1、 仪表专业技术培训 仪表基础知识 一、生产过程几大参数 及常用检测仪表 1、温度及常用检测仪表 温度是用来表征工艺介质、工艺设备、管线、容 器、炉膛冷热程度的一大参数。常用单位： K A、热膨胀式温度计：玻璃棒（酒精、水银），直读 式。 B、双金属温度计（万向型）：也是膨胀原理，直读 式。 C、热电阻温度计：常用的有PT100 、 Cu50，远传 式。 . 即0时CU的电阻为50欧姆，铂的电阻 为100欧姆。电阻随温度的升高而升高，成 正比例关系。 D、热电偶：西贝克电动势，远传式，输出 mV信号。 常用：E镍络康铜、K镍络镍硅、B铂 铑铂 原理：两种不同金属材质的热电特性不同， 有一 定电势
2、差，其差值与温度成正比。 双金属 温度计. 1.1、双金属温度计 双金属温度计的测温元件由两种不同膨胀系 数彼此牢固结合的金属片制成的。它是一种适合 中、低温现场检测的仪表。可直接测量气体或液 体的温度。 精度等级较低：1.0、1.5、2.5，主要用于现 场指示。 其中电接点双金属温度计是带有报警输出的。 1.2 铂电阻温度计 铂电阻是铂丝制成的测温元件。它是利用铂 金属的电阻值变化而变化的特性来测量温度的。 常用的分度号为PT100。 PT100即表示热电阻在0时的阻值：R为100 PT100的测量范围及精度 测量范围：-200-+850，适用于500 以内温 度的测量。 精度： A级 T（
3、0.15+2.0*10-2T) B级 T（0.3+5.0*10-2T) 其中：T为被测量温度的绝对值 允许通过电流：5mA 绝缘电阻：电阻元件与保护管之间的绝缘电 阻100M 热电阻按结构可分为：组装式和铠装式 1.3 热电偶 热电偶是利用两种不同材料相接触而产生的热 电势随温度变化的特性来测量温度的。由于热电偶 具有结构简单、使用方便、测量范围宽、便于远距 离传送和集中检测等特点，因而在工业生产中得以 广泛使用。热电偶的热电特性由电极材料的化学成 分和物理性能所决定，热电势的大小与组成热电偶 的材料及两端温度有关，与热电偶的粗细无关。 热电偶的测温范围及精度 热电偶 类别 分 度 号 无差等
4、级 I II 误差值 测量范围 误差值 测量范围 镍铬-镍硅（镍铝） K 1.5或0.4T -40-1000 2.5或0.75T -40-1200 镍铬-铜镍（康铜） E -40-800 -40-900 铁-铜镍（康铜） J -40-750 -40-750 铜-铜镍（康铜） T 0.5或0.4T -40-350 1或0.75T -40-350 铂铑10-铂 S 1 或 1+0.003（T- 1000） 0-1600 1.5或0.25T 0-1600 铂铑13-铂 R 0-1600 0-1600 铂铑30-铂铑6 B - 600-1700 表中T为被测温度的绝对值，测温范围是指热 偶丝，不包括保
5、护套管。 绝缘电阻：热电偶与其保护套管之间的绝缘电阻应 不小于5M（100V） 在工业生产中利用热电偶来测量温度通常要使用到 补偿导线，各种分度号的热电偶使用的补偿导线是 不相同的，根据说明选用。 测温元件在管道上、设备上安装时，固定方式有两 种：螺纹连接、法兰连接。 热电偶 热电偶故障造成的几次紧急停车生产事故 A、转化炉集气管测温热电偶套管断裂，造成转化 气泄漏着火； B、转化炉盲三通热电偶因插入深度没有达到中心 线，实测温度显示偏低，造成二段转化炉超温， 废锅、二段炉损坏； 2、物位及常用检测仪表 用来表达容器内储存物质表面高低位置的参数。 A、钢带液位计：油罐、水塔 B、玻璃（管）板液
6、位计：容器液位 C、磁浮子液位计：润滑油箱 D、同位素液位计：高压容器 E、浮球液位计：塔底液面 F、浮筒液位计：容器液位 G、差压式液位计：量程大于2米的容器 H、磁伸缩液位计：容器液位 I、超声波液位计：常温开口容器 J、雷达液位计：精密测量 导波雷达：介电常数大于1.3的液位测量 是替代浮筒液位计的新型仪表 K、射频导纳液位计：界面测量 L、静压式液位计：开口水箱 导波雷达和音叉开关 3、压力及常用检测仪表 3.1 压力表 实验室所使用的标准压力表精度较高，而在生产装置 中管道上或容器、机泵进出口等设备上作为现场指示的压 力表精度都比较低，而这类压力表根据传统习惯归工艺管 理，它们包括：
7、全不锈钢压力表、不锈钢耐震压力表、膜 片耐震压力表、隔膜压力表、化学密封压力表。 对上述所说到的压力表应进行以下检查： A、零点示值检查 （I）有零值限止钉的压力表，其指针应紧靠在限止钉上。 （II）无零值限止钉的压力表，起指针须在零值分度线上。 B、示值检查 （I）压力表指针的移动，在全分度范围内应平稳，不得有 跳动或卡住现象。 （II）在轻敲表壳后，其指针值变动量不得超过最大允许基 本误差的1/2。 现场指示型压力表在测量稳定压力时，可在测量上限值的 1/3-2/3范围内使用，在测量交变压力表，则应不大于测 量上限值的1/2为宜，对于在瞬间的测量时，允许使用在 测量上限值的3/4。 3.2
8、 压力表：我们常用的两种压力表 1)一般压力表（弹簧管） 一般压力表适用测量无爆炸，不结晶，不凝固，对 铜和铜合金无腐蚀作用的液体、气体或蒸汽的压力。 2)隔膜压力表 隔膜压力表采用间接测量结构，适用于测量粘度 大、易结晶、腐蚀性大、温度较高的液体、气体或颗粒 状固体介质的压力。隔离膜片有多种材料，以适应各种 不同腐蚀性介质。 3.3 双波纹管差压计 常用于气体流量测量 一般压力表 隔膜式压力表 3.4 差压变送器： 电容式 扩散硅压阻式 单晶硅谐振硅式 3.5 压力变送器： 可测量表压、绝压、真空 3.6 压力变送器工作原理 压力变送器是利用压力传感器将压力信 号转换为频率信号，送到脉冲计数
9、器，直接 传递到CPU（微处理器）进行数据处理，经 D/A转换器转换为与输入信号相对应的4- 20mADC 的输出信号，并在模拟信号上叠加 一个HART数字信号进行通信的压力检测仪 表。 压力变送器的工作原理如下： 3.6 压力开关 压力开关是一种借助弹性元件受压后产生位移以驱 动微动开关工作的压力控制仪表。通常使用于报警 或联锁保护系统中。 压力开关的主要技术指标包括以下内容： （1）设定值控制范围 （2）控制精度 （3）控制方式：一位式或二位式 （4）触点容量：380VAC2A或220VAC3A （6）使用环境：温度-25-70。相对湿度不大于85 。 3.7 差压开关 差压开关是一种差压
10、控制仪表，与压力开关类似。 差压开关的主要技术指标： （1）设定值控制范围 （2）控制精度 （3）触点容量 （4）使用环境 4、流量及检测仪表 流量是表征生产过程中所传送物料数量的数。 一般分为重量流量和体积流量KG/h、M3/h A、孔板：前后差压与流量成正比 B、转子流量计（变截面积）：转子的高度与流 量成正比 C、楔形流量计：前后差压与流量成正比。适用 于介质粘度大、易结晶、易结焦、有颗粒的场 合。 D、靶式流量计：靶受介质冲击发生位移，其大 小与流量成正比。 转子流量计 楔形流量计 . 靶式流量计 . E、超声波流量计： F、质量流量计：克利奥里力原理，测量 精度高，用于交接。 G、电
11、磁流量计：法拉第电磁感应原理 H、阿牛巴流量计：差压法，主要用于测 量蒸汽流量。 I、托巴管流量计 ：差压法，主要用于大 口径水、污水、蒸汽的测量 电磁流量计特点 测量管无阻碍流动部件、 无压损、直管段要求较低。 测量不受流体密度、粘 度、温度、压力和电导率 变化的影响。 适用于导电率5us/cm 的流体流量测量 量程比大，达1：20， 满量程流速范围可0.5m/s- 10m/s范围自由选定 J、旋涡流量计：根据漩涡发生体后产生 的漩涡数量，测量流量。 K、腰轮流量计：根据腰轮转动的频率 测量流量。对介质洁净度要求高。 L、刮板流量计：根据刮板转动的频率 测量流量。 M、涡轮流量计：根据涡轮转
12、动的频率 测量流量。 N、螺杆流量计：根据螺杆转动的频率 测量流量。有单、双螺杆。 5、组分在线分析 5.1、氧含量：顺磁式氧量分析仪、氧化 锆氧量分析仪； 5.2、H2、CO、CO2：红外分析仪； 5.3、烃含量组成：色普仪； 5.4、水质分析：PH、电导、溶氧、硅； 5.5、粉尘含量：粉尘检测仪； 5.6、组分软测量技术：由温度、压力反 映某种组分的含量。如蒸馏系统。 6、其它测量 6.1、转速、振动、位移传感器： 6.2、可燃气体报警： 6.3、重量、火焰、厚度检测 6.4、电量变送器：电压、电流、功率等 6.5、火灾报警： 二、自动化仪表的信号制 1、气动仪表 A、气源压力：0.14M
13、P B、输出：0.02-0.10MP 2、气动薄膜调节阀 A、气源压力： 0.14MP、 0.25MP B、输入信号：4-20mA DC 3、电动仪表 A、电源：-220V AC 、24VDC B、输入：P 、P 、mV 、mA 、欧姆 C、输出：0-10mADC、 4-20mADC、 1-5VDC 三、自动化仪表的两大基本结构 1、喷嘴挡板机构及气动放大器 P0为气动放大器的输入压力（0.14MPa） P1为气动放大器的背压 在气动放大器中背压P1的大小决定了膜 片对针型阀作用力的大小，从而决定了阀的 开度，而使输出的气动信号发生变化。 由图中可以看到，当档板逐渐靠近盖住 喷嘴时背压逐渐接近
14、并达到气源压力P0。但 由于档板和喷嘴都是金属材料，所以实际上 不可能完全盖住，也就是说P1只可能接近气 源压力P0。 当档板远离喷嘴时，P1为大气压力。但 喷嘴有一定的阻力，所以实际上是P1接近于 大气压力。档板与喷嘴之间的距离在实际工 作中一般很微小，只有零点零几毫米。 喷嘴档板机构在目前的仪表系统中主 要用于电气阀门定位器中。 2、电磁平衡机构 四、执行机构 1、调节阀： 按动力可分为： 气动、电动、自力式 按阀体结构可分为： 单座阀、双座阀、笼式阀、球 形阀、碟 阀、角形阀、三通阀、 隔膜阀、偏心阀。 1.1单座阀 1.2双座阀 1.3套筒阀 1.4角形阀 1.5三通阀 1.6碟阀 1
15、.7隔膜阀 2、挡板机构：烟道气调节 3、变频器：取代调节阀，如液位 调节。 4、气缸：大口径阀门或动作要求 快。 5、油缸：汽轮机转速调节 调节阀 阀芯阀座 笼式调节阀 单座调节阀 五、典型控制 1、单回路控制：增加实例 2、串级控制：如精馏塔塔顶温度调节 3、比例控制：如水碳比调节 4、三冲量控制： 锅炉汽包液位、给水流量、排汽流量 5、逻辑控制：如大于、小于、三取二等等 6、先进控制：多变量输入，多变量输出。 PID的参数的整定： 对于简单的单回路控制系统，根据在工程中得到 的实际经验，一般设定如下： 液位调节系统，P=20%80%, I=15,D=0。 流量调节系统，P=40%100%
16、, I=15,D=0。 温度调节系统：P=20%60%，I=510， D=520。 压力调节系统：P=30%70%，I=15,D=0。 六、DCS控制系统 1、DCS是分散控制系统(Distributed Control System)的简称，国内一般习惯称为集散控制系 统。它是一个由过程控制级和过程监控级组成的 以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计 算机(Computer) 通讯(Communication)、显示 (CRT)和控制(Control)等4C技术，其基本思想是 分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组 态方便。 2、控制系统由以下硬件组成： 控制站、操作站、工程师站和过
17、程控制网络 2.1 控制站是系统的核心部件，它负责直接 处理现场的I/O信号、信息交换、控制算法、 逻辑控制，以及实现工业过程的实时控制功 能。控制站任一组成部分都能根据用户的要 求实现冗余配置。 2.2 操作站是一套由PC机、CRT显示器、键 盘、鼠标、打印机等组成的人机界面。它使 得操作者能够完成对生产过程的监控和管理。 高性能的工业PC、友好的工艺画面、多窗口 图形显示，更好的实现控制过程的集中显示、 操作和管理。 2.3 工程师站是专门为专业工程师设计 的，安装了组态软件和系统维护工具， 对系统进行组态和维护。 2.4 过程控制网是实现工程师站、控制 站、操作站的连接，完成信息、控制指 令的传输，可采用双重化冗余化配置， 使得信息传输更加安全、高速。 3.系统结构图 4.主要DCS品牌 4.1国际品牌 美国Honeywell、ABB、日本Yokogawa、日本 YAMATAKE、美国FOXBORO 、德国Siemens等。 4.2国内品牌 浙大中空SUPCON、北京和利时、上海新华
