化工仪表及自动化完整第三厉玉鸣.pptx

图书信息化工仪表及自动化（第三版）厉玉鸣主编教育部高职高专规划教材化工类专业适用化学工业出版社教材出版中心1第1页/共801页内容提要 化工自动化的意义及目的 化工自动化的发展概况 化工仪表及自动化系统的分类2第2页/共801页化工自动化的意义及目的 加快生产速度、降低生产成本、提高产品产量和质量。减轻劳动强度、改善劳动条件。能够保证生产安全，防止事故发生或扩大，达到延长设备使用寿命，提高设备利用率、保障人身安全的目的。生产过程自动化的实现，能根本改变劳动方式，提高工人文化技术水平，以适应当代信息技术革命和信息产业革命的需要。3第3页/共801页化工自动化的发展情况20世纪40年代以前绝大多数化工生产处于手工操作状况，操作工人根据反映主要参数的仪表指示情况，用人工来改变操作条件，生产过程单凭经验进行。低效率，花费庞大。20世纪50年代到60年代人们对化工生产各种单元操作进行了大量的开发工作，使得化工生产过程朝着大规模、高效率、连续生产、综合利用方向迅速发展。4第4页/共801页化工自动化的发展概况20世纪70年代以来，化工自动化技术水平得到了很大的提高20世纪70年代，计算机开始用于控制生产过程，出现了计算机控制系统20世纪80年代末至90年代，现场总线和现场总线控制系统得到了迅速的发展5第5页/共801页化工仪表及自动化系统的分类按功能不同，分四类：检测仪表(包括各种参数的测量和变送)显示仪表(包括模拟量显示和数字量显示)控制仪表(包括气动、电动控制仪表及数字式控制器)执行器(包括气动、电动、液动等执行器)图0-1 各类仪表之间的关系6第6页/共801页化工仪表及自动化系统的分类1.1.1.1.自动检测系统自动检测系统自动检测系统自动检测系统 利用各种仪表对生产过程中主要工艺参数进行测量、指示或记录的部分。作用作用作用作用对过程信息的获取与记录作用。图0-2 热交换器自动检测系统示意图7第7页/共801页化工仪表及自动化系统的分类自动检测系统中主要的自动化装置敏感元件传感器显示仪表 对被测变量作出响应,把它转换为适合测量的物理量。对检测元件输出的物理量信号作进一步信号转换 将检测结果以指针位移、数字、图像等形式,准确地指示、记录或储存。8第8页/共801页化工仪表及自动化系统的分类 2.2.2.2.自动信号和联锁保护系统自动信号和联锁保护系统自动信号和联锁保护系统自动信号和联锁保护系统 对某些关键性参数设有自动信号联锁保护装置，是生产过程中的一种安全装置。自动信号联锁保护电路按主要构成元件不同分类：自动信号联锁保护电路按主要构成元件不同分类：有触点式无触点式两类 9第9页/共801页化工仪表及自动化系统的分类 3.3.3.3.自动操纵及自动开停车系统自动操纵及自动开停车系统自动操纵及自动开停车系统自动操纵及自动开停车系统 自动操纵系统可以根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行某种周期性操作。自动开停车系统可以按照预先规定好的步骤,将生产过程自动地投入运行或自动停车。10第10页/共801页化工仪表及自动化系统的分类 4.4.4.4.自动控制系统自动控制系统自动控制系统自动控制系统 对生产中某些关键性参数进行自动控制,使它们在受到外界干扰的影响而偏离正常状态时,能自动地调回到规定的数值范围内。11第11页/共801页本学科的作用 通过本门课程的学习,应能了解主要工艺参数(温度、压力、流量及物位)的检测方法及其仪表的工作原理及特点;能根据工艺要求,正确地选用和使用常见的检测仪表及控制仪表;能了解化工自动化的初步知识,理解基本控制规律,懂得控制器参数是如何影响控制质量的;12第12页/共801页本学科的作用 能根据工艺的需要,和自控设计人员共同讨论和提出合理的自动控制方案;能为自控设计提供正确的工艺条件和数据;能在生产开停车过程中,初步掌握自动控制系统的投运及控制器的参数整定;能了解检测技术和控制技术的发展趋势和最新发展动态。13第13页/共801页第14页/共801页化工仪表及自动化第一章第一章 检测仪表基本知识检测仪表基本知识 第15页/共801页内容提要 测量过程与测量误差 测量仪表的品质指标 测量系统中的常见信号类型 检测系统中信号的传递形式检测仪表与测量方法的分类化工检测的发展趋势1第16页/共801页测量过程与测量误差测量测量是用实验的方法,求出某个量的大小。举例测一段导线的长度直接测量直接测量间接测量间接测量测量实质：测量实质：是将被测参数与其相应的测量单位进行比较的过程。2第17页/共801页测量过程与测量误差测量误差：测量误差：由仪表读得的被测值(测量值)与被测参数的真实值之间的差距。测量误差按其测量误差按其产生原因产生原因的不同的不同,可以分为三类：可以分为三类：系统误差 疏忽误差偶然误差3第18页/共801页测量过程与测量误差绝对误差xI：仪表指示值,xt：被测量的真值由于真值无法得到 x：被校表的读数值，x0：标准表的读数值 相对误差4第19页/共801页检测仪表的品质指标51.1.1.1.测量仪表的准确度（精确度）测量仪表的准确度（精确度）测量仪表的准确度（精确度）测量仪表的准确度（精确度）说说明明：仪表的测量误差可以用绝对误差来表示。但是，仪表的绝对误差在测量范围内的各点不相同。因此，常说的“绝对误差”指的是绝对误差中的最大值max。两大影响因素绝对误差和仪表的标尺范围第20页/共801页检测仪表的品质指标相对百分误差相对百分误差相对百分误差相对百分误差允许误差允许误差允许误差允许误差6第21页/共801页检测仪表的品质指标 仪表的允越大，表示它的精确度越低；反之，仪表的允越小，表示仪表的精确度越高。将仪表的允许相对百分误差去掉“”号及“”号，便可以用来确定仪表的精确度等级。目前常用的精确度等级有0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等。小结小结7第22页/共801页检测仪表的品质指标8举例例1-1某台测温仪表的测温范围为200700，校验该表时得到的最大绝对误差为4，试确定该仪表的相对百分误差与准确度等级。解解 该仪表的相对百分误差为 如果将该仪表的去掉“”号与“”号，其数值为0.8。由于国家规定的精度等级中没有0.8级仪表，同时，该仪表的误差超过了0.5级仪表所允许的最大误差，所以，这台测温仪表的精度等级为1.0级。第23页/共801页检测仪表的品质指标9仪表的准确度等级仪表的准确度等级是衡量仪表质量优劣的重要指标之一。是衡量仪表质量优劣的重要指标之一。准确度等级数值越小，就表征该仪表的准确度等级越高，仪表的准确度越高。工业现场用的测量仪表，其准确度大多在0.5级以下。仪表的精度等级一般可用不同的符号形式标志在仪表面板上。举例举例1.51.0如：第24页/共801页检测仪表的品质指标注意注意 在工业上应用时,对检测仪表准确度的要求,应根据生产操作的实际情况和该参数对整个工艺过程的影响程度所提供的误差允许范围来确定,这样才能保证生产的经济性和合理性。10第25页/共801页检测仪表的品质指标2.2.2.2.检测仪表的恒定度检测仪表的恒定度检测仪表的恒定度检测仪表的恒定度 变变差差是指在外界条件不变的情况下，用同一仪表对被测量在仪表全部测量范围内进行正反行程（即被测参数逐渐由小到大和逐渐由大到小）测量时，被测量值正行和反行所得到的两条特性曲线之间的差值。图1-1 测量仪表的变差11仪表的变差不能超出仪表的允仪表的变差不能超出仪表的允仪表的变差不能超出仪表的允仪表的变差不能超出仪表的允许误差，否则应及时检修。许误差，否则应及时检修。许误差，否则应及时检修。许误差，否则应及时检修。第26页/共801页检测仪表的品质指标123.3.3.3.灵敏度与灵敏限灵敏度与灵敏限灵敏度与灵敏限灵敏度与灵敏限 仪仪表表的的灵灵敏敏度度是指仪表指针的线位移或角位移，与引起这个位移的被测参数变化量的比值。即 式中，S为仪表的灵敏度；为指针的线位移或角位移；x为引起所需的被测参数变化量。仪仪表表的的灵灵敏敏限限是指能引起仪表指针发生动作的被测参数的最小变化量。通常仪表灵敏限的数值应不大于仪表允许绝对误差的一半。注注意意：上上述述指指标标仅仅适适用用于于指指针针式式仪仪表表。在在数数字字式式仪仪表表中中，往往用分辨率表示。往往用分辨率表示。第27页/共801页检测仪表的品质指标134.4.4.4.反应时间反应时间反应时间反应时间 反反应应时时间间就是用来衡量仪表能不能尽快反映出参数变化的品质指标。反应时间长，说明仪表需要较长时间才能给出准确的指示值，那就不宜用来测量变化频繁的参数。仪表反应时间的长短，实际上反映了仪表动态特性的好坏。仪表的反应时间有不同的表示方法 当输入信号突然变化一个数值后，输出信号将由原始值逐渐变化到新的稳态值。仪表的输出信号由开始变化到新稳态值的63.2（95）所用的时间，可用来表示反应时间。第28页/共801页检测仪表的品质指标145.5.5.5.线性度线性度线性度线性度 线线性性度度是表征线性刻度仪表的输出量与输入量的实际校准曲线与理论直线的吻合程度。通常总是希望测量仪表的输出与输入之间呈线性关系。图1-2 线性度示意图 式式中中，f为线性度（又称非线性误差）；fmax为校准曲线对于理论直线的最大偏差（以仪表示值的单位计算）。第29页/共801页检测仪表的品质指标 6.6.6.6.重复性重复性重复性重复性 重复性重复性表示检测仪表在被测参数按同一方向作全量程连续多次变动时所得标定特性曲线不一致的程度。若标定的特性曲线一致,重复性就好,重复性误差就小。图1-3 重复性示意图15第30页/共801页检测系统中的常见信号类型作用于检测装置输入端的被测信号，通常要转换成以下几作用于检测装置输入端的被测信号，通常要转换成以下几种便于传输和显示的信号类型种便于传输和显示的信号类型1.位移信号2.压力信号3.电气信号4.光信号16第31页/共801页检测系统中信号的传递形式 1.1.模拟信号模拟信号模拟信号模拟信号 在时间上是连续变化的,即在任何瞬时都可以确定其数值的信号。2.2.数字信号数字信号数字信号数字信号 数字信号是一种以离散形式出现的不连续信号,通常用二进制数“0”和“1”组合的代码序列来表示。3.3.开关信号开关信号开关信号开关信号 用两种状态或用两个数值范围表示的不连续信号。17第32页/共801页检测仪表与测量方法的分类 1.1.1.1.检测仪表的分类检测仪表的分类检测仪表的分类检测仪表的分类依据所测参数所测参数所测参数所测参数的不同,可分成压力(包括差压、负压)检测仪表、流量检测仪表、物位(液位)检测仪表、温度检测仪表、物质成分分析仪表及物性检测仪表等。按表达示数表达示数表达示数表达示数的方式不同,可分成指示型、记录型、讯号型、远传指示型、累积型等。按精度等级及使用场合精度等级及使用场合精度等级及使用场合精度等级及使用场合的不同,可分为实用仪表、范型仪表和标准仪表,分别使用在现场、实验室和标定室。18第33页/共801页检测仪表与测量方法的分类 2.2.2.2.测量方法的分类测量方法的分类测量方法的分类测量方法的分类按照测量结果的获得过程 直接测量 间接测量 19第34页/共801页检测仪表与测量方法的分类 （1 1）直接测量）直接测量 利用经过标定的仪表对被测参数进行测量，直接从显示结果获得被测参数的具体数值的测量方法。根据被测参数获得方式的不同，直接测量又有偏差法与平衡法（零位法）之分。除此之外,还有一种将平衡法与偏差法结合起来的微差微差法法 20第35页/共801页检测仪表与测量方法的分类（2 2）间接测量）间接测量 当被测量不宜直接测量时,可以通过测量与被测量有关的几个相关量后,再经过计算来确定被测量的大小。21第36页/共801页化工检测的发展趋势 1.1.检测技术的现代化检测技术的现代化 2.2.检测仪表的集成化、数字化、智能化检测仪表的集成化、数字化、智能化 3.3.软测量技术和虚拟仪器软测量技术和虚拟仪器22第37页/共801页例题分析1.某台具有线性关系的温度变送器,其测温范围为 0200,变送器的输出为 420mA。对这台温度变送器进行校验,得到下列数据:输入信号 标准温度/050100150200输出信号/mA正行程读数x正正行程读数x反44.0288.1012.0112.1016.0116.092020.01试根据以上校验数据确定该仪表的变差、准确度等级与线性度。23第38页/共801页解解:该题的解题步骤如下。(1)根据仪表的输出范围确定在各温度测试点的输出标准值x标。任一温度值的标准输出信号(mA)为 例如,当温度为50时,对应的输出应为 其余类推。24第39页/共801页(2)算出各测试点正、反行程时的绝对误差正与反,并算出正、反行程之差变,分别填入下表内(计算变时可不考虑符号,取正值)。输入信号/050100150200输出信号/mA正行程读数x正反行程读数x反标准值44.02488.10812.0112.101216.0116.09162020.0120绝对误差/mA正行程正反行程反 00.0200.100.010.100.010.0900.01正反行程之差变 0.020.100.090.080.0125第40页/共801页(3)由上表找出最大的绝对误差max,并计算最大的相对百分误差max。由上表可知 去掉max的“”号及“%”号后,其数值为0.625,数值在0.51.0之间,由于该表的max已超过0.5级表所允许的允,故该表的准确度等级为1.0级。26第41页/共801页(4)计算变差 由于该变差数值在1.0级表允许的误差范围内,故不影响表的准确度等级。注意若变差数值变max超过了绝对误差max,则应以变max来确定仪表的准确度等级。27第42页/共801页(5)由计算结果可知,非线性误差的最大值fmax=0.10,故线性度f为 注意注意 在具体校验仪表时,为了可靠起见,应适当增加测试点与实验次数,本例题只是简单列举几个数据说明问题罢了。28第43页/共801页2.某台测温仪表的测温范围为2001000,工艺上要求测温误差不能大于5,试确定应选仪表的准确度等级。解解解解:工艺上允许的相对百分误差为 要求所选的仪表的相对百分误差不能大于工艺上的允,才能保证测温误差不大于5,所以所选仪表的准确度等级应为0.5级。当然仪表的准确度等级越高,能使测温误差越小,但为了不增加投资费用,不宜选过高准确度的仪表。29第44页/共801页第45页/共801页化工仪表及自动化第二章第二章 压力检测压力检测 第46页/共801页内容提要压力单位及测压仪表弹性式压力计弹性元件弹簧管压力表电气式压力计应变片式压力传感器压阻式压力传感器电容式压力传感器1第47页/共801页内容提要智能式变送器智能变送器的特点智能变送器的结构原理压力计的选用及安装压力计的选用压力计的安装2第48页/共801页概述3 在化工生产中,压力是指由气体或液体均匀垂直地作用于单位面积上的力。在工业生产过程中,压力往往是重要的操作参数之一。压力的检测与控制,对保证生产过程正常进行,达到高产、优质、低消耗和安全是十分重要的。第49页/共801页第一节 压力单位及测压仪表压力压力是指均匀垂直地作用在单位面积上的力。压力压力的单位为帕斯卡，简称帕（Pa）4第50页/共801页第一节第一节 压力单位及测压仪表压力单位及测压仪表 为了使大家了解国际单位制中的压力单位（Pa或MPa）与过去的单位之间的关系，下面给出几种单位之间的换算关系表。5第51页/共801页6压力单压力单位位帕帕/Pa兆帕兆帕/MPa工程大气压工程大气压/(kgf/cm2)物理大气压物理大气压/atm汞柱汞柱/mmHg水柱水柱/mH2O（磅（磅/英寸英寸2）/（1b/in2）巴巴/bar帕帕1110106 61.01971010-5-59.8691010-6-67.5011010-3-31.01971010-4-41.4501010-4-411010-5-5兆帕兆帕110106 61 110.1979.8697.50110103 31.019710102 21.45010102 210工程大工程大气压气压9.80710104 49.807110 0-2-210.9678735.610.0014.220.9807物理大物理大气压气压1.013310105 50.101331.0332176010.3314.701.0133汞柱汞柱1.333210102 21.33321010-4-41.35951010-3-31.31581010-3-310.01361.9341010-2-21.33321010-3-3水柱水柱9.80610103 39.806110 0-3-30.10000.0967873.5511.4220.09806（磅（磅/英寸英寸2）6.89510103 36.895110 0-3-30.070310.0680551.710.703110.06895巴巴110105 50.11.01970.9869750.110.19714.501表3-1 各种压力单位换算表第52页/共801页第一节 压力单位及测压仪表7在压力测量中，常有在压力测量中，常有表压、绝对压力、负压或真空度表压、绝对压力、负压或真空度之分。之分。当被测压力低于大气压力时，一般用负压或真空度来表示。当被测压力低于大气压力时，一般用负压或真空度来表示。p表P真P绝P绝大气压力线大气压力线 零线零线图2-1绝对压力、表压、负压（真空度）的关系第53页/共801页第一节 压力单位及测压仪表8测量压力或真空度的仪表按照其转换原理的不同，分为四类。测量压力或真空度的仪表按照其转换原理的不同，分为四类。1.1.1.1.液柱式压力计液柱式压力计液柱式压力计液柱式压力计 它根据流体静力学原理，将被测压力转换成液柱高度进行测量。按其结构形式的不同按其结构形式的不同按其结构形式的不同按其结构形式的不同 有U形管压力计、单管压力计等 优点优点优点优点这类压力计结构简单、使用方便 缺点缺点缺点缺点 其精度受工作液的毛细管作用、密度及视差等因素的影响，测量范围较窄，一般用来测量较低压力、真空度或压力差。第54页/共801页第一节 压力单位及测压仪表2.2.2.2.弹性式压力计弹性式压力计弹性式压力计弹性式压力计 它是将被测压力转换成弹性元件变形的位移进行测量的。3.3.3.3.电气式压力计电气式压力计电气式压力计电气式压力计 它是通过机械和电气元件将被测压力转换成电量（如电压、电流、频率等）来进行测量的仪表。9第55页/共801页第一节 压力单位及测压仪表4.4.4.4.活塞式压力计活塞式压力计活塞式压力计活塞式压力计 它是根据水压机液体传送压力的原理，将被测压力转换成活塞上所加平衡砝码的质量来进行测量的。优点优点优点优点缺点缺点缺点缺点测量精度很高，允许误差可小到0.05%0.02%。结构较复杂，价格较贵。10第56页/共801页第二节 弹性式压力计11定义定义定义定义 弹性式压力计弹性式压力计是利用各种形式的弹性元件，在被测介质压力的作用下，使弹性元件受压后产生弹性变形的原理而制成的测压仪表。优点优点优点优点 具有结构简单、使用可靠、读数清晰、牢固可靠、价格低廉、测量范围宽以及有足够的精度等优点。可用来测量几百帕到数千兆帕范围内的压力。第57页/共801页第二节 弹性式压力计12n 一、一、弹性元件弹性元件 弹性元件是一种简易可靠的测压敏感元件。当测压范围不同时，所用的弹性元件也不一样。图2-2弹性元件示意图 弹簧管式弹性元件如图如图(a)(a)和和(b)(b)所示，所示，波纹管式弹性元件如图如图(e)(e)所示，所示，薄膜式弹性元件如图如图(c)(c)和和(d)(d)所示。所示。第58页/共801页第二节 弹性式压力计13n 二、弹簧管压力表二、弹簧管压力表 分分分分类类类类使用的测压元件使用的测压元件 单圈弹簧管压力表与多单圈弹簧管压力表与多圈弹簧管压力表。圈弹簧管压力表。用途用途 普通弹簧管压力表，耐腐蚀的氨普通弹簧管压力表，耐腐蚀的氨用压力表、禁油的氧气压力表等。用压力表、禁油的氧气压力表等。1弹簧管；2 拉杆；3 扇形齿轮；4 中心齿轮；5 指针；6 面板；7 游丝；8 调整螺丝；9 接头弹簧压力表弹簧压力表弹簧压力表弹簧压力表第59页/共801页第二节 弹性式压力计基本测量原理基本测量原理基本测量原理基本测量原理 单圈弹簧管是一根弯成270圆弧的椭圆截面的空心金属管子。管子的自由端B封闭，另一端固定在接头上。当通入被测的压力p后，由于椭圆形截面在压力p的作用下，将趋于圆形，而弯成圆弧形的弹簧管也随之产生扩张变形。同时，使弹簧管的自由端B产生位移。输入压力p越大，产生的变形也越大。由于输入压力与弹簧管自由端B的位移成正比，所以只要测得B点的位移量，就能反映压力p的大小。注意注意注意注意：弹簧管自由端B的位移量一般很小，直接显示有困难，所以必须通过放大机构才能指示出来。14第60页/共801页第二节 弹性式压力计 在在化化工工生生产产过过程程中中，常常需需要要把把压压力力控控制制在在某某一一范范围围内内，即即当当压压力力低低于于或或高高于于给给定定范范围围时时，就就会会破破坏坏正正常常工工艺艺条条件件，甚甚至至可可能能发发生生危危险险。这这时时就就应应采采用用带带有有报报警警或或控控制制触触点点的的压压力力表表。将将普普通通弹弹簧簧管管压压力力表表稍稍加加变变化化，便便可可成成为为电电接接点点信信号号压压力力表表，它它能能在在压压力力偏偏离离给给定定范范围围时时，及及时时发发出出信信号号，以以提提醒操作人员注意或通过中间继电器实现压力的自动控制。醒操作人员注意或通过中间继电器实现压力的自动控制。警惕！警惕！警惕！警惕！15第61页/共801页第二节 弹性式压力计图2-4 电接点信号压力表1，4 静触点；2 动触点；3 绿灯；5 红灯 压力表指针上有动触点2，表盘上另有两根可调节指针，上面分别有静触点1和4。当压力超过上限给定数值时，2和4接触，红色信号灯5的电路被接通，红灯发亮。若压力低到下限给定数值时，2与1接触，接通了绿色信号灯3的电路。1、4的位置可根据需要灵活调节。16第62页/共801页第三节 电气式压力计定义定义定义定义电电气气式式压压力力计计是一种能将压力转换成电信号进行传输及显示的仪表。17优点优点优点优点1.该仪表的测量范围较广测量范围较广，分别可测710-5Pa至5102MPa的压力，允许误差可至0.2；2.由于可以远距离传送信号，所以在工业生产过程中可以实现压力自动控制和报警，并可与工业控制机联用。第63页/共801页第三节 电气式压力计组成组成组成组成 一般由压力传感器、测量电路和信号处理装置所组成。常用的信号处理装置有指示仪、记录仪以及控制器、微处理机等。图2-5 电气式压力计组成方框图18第64页/共801页19第三节 电气式压力计n 一、应变片压力传感器一、应变片压力传感器 应应变变片片式式压压力力传传感感器器利用电阻应变原理构成。电阻应变片有金属和半导体应变片两类，被测压力使应变片产生应变。当应变片产生压缩（拉伸）应变时，其阻值减小（增加），再通过桥式电路获得相应的毫伏级电势输出，并用毫伏计或其他记录仪表显示出被测压力，从而组成应变片式压力计。图2-6 应变片压力传感器示意图1应变筒；2外 壳；3密封膜片第65页/共801页第三节 电气式压力计n 二、压阻式压力传感器二、压阻式压力传感器二、压阻式压力传感器二、压阻式压力传感器 压阻式压力传感器压阻式压力传感器利用单晶硅的压阻效应而构成。采用单晶硅片为弹性元件，在单晶硅膜片上利用集成电路的工艺，在单晶硅的特定方向扩散一组等值电阻，并将电阻接成桥路，单晶硅片置于传感器腔内。当压力发生变化时，单晶硅产生应变，使直接扩散在上面的应变电阻产生与被测压力成比例的变化，再由桥式电路获得相应的电压输出信号。工作原理工作原理工作原理工作原理20第66页/共801页第三节 电气式压力计特点特点特点特点 精度高、工作可靠、频率响应高、迟滞小、尺寸小、重量轻、结构简单；便于实现显示数字化；可以测量压力，稍加改变，还可以测量差压、高度、速度、加速度等参数。2 21 1图3-12 压阻式压力传感器1基座；2单晶硅片；3导环；4螺母；5密封垫圈；6等效电阻第67页/共801页第三节 电气式压力计n 三、电容式压力变送器三、电容式压力变送器三、电容式压力变送器三、电容式压力变送器 工作原理工作原理工作原理工作原理22先将压力的变化转换为电容量的变化，然后进行测量。图2-8 电容式测量膜盒1中心感应膜片(可动电极)；2固定电极；3测量侧；4隔离膜片第68页/共801页第四节 智能式变送器 智智智智能能能能型型型型压压压压力力力力或或或或差差差差压压压压变变变变送送送送器器器器是在普通压力或差压传感器的基础上增加微处理器电路而形成的智能检测仪表。23一、智能变送器的特点性能稳定,可靠性好,测量精度高,基本误差仅为0.1%。量程范围可达1001,时间常数可在036s内调整,有较宽的零点迁移范围。第69页/共801页第四节 智能式变送器具有温度、静压的自动补偿功能,在检测温度时,可对非线性进行自动校正。具有数字、模拟两种输出方式,能够实现双向数据通讯,可以与现场总线网络和上位计算机相连。可以进行远程通讯,通过现场通讯器,使变送器具有自修正、自补偿、自诊断及错误方式告警等多种功能,简化了调整、校准与维护过程,使维护和使用都十分方便。24第70页/共801页第四节 智能式变送器二、智能变送器的结构原理从整体上整体上来看,由硬件和软件两大部分组成。从电路结构电路结构上来看,包括传感器部件和电子部件两部分。25第71页/共801页第四节 智能式变送器举例举例举例举例以美国费希尔以美国费希尔以美国费希尔以美国费希尔-罗斯蒙特公司的罗斯蒙特公司的罗斯蒙特公司的罗斯蒙特公司的3051C3051C型智能差压变型智能差压变型智能差压变型智能差压变送器为例介绍其工作原理。送器为例介绍其工作原理。送器为例介绍其工作原理。送器为例介绍其工作原理。图2-9 3051C型智能差压变送器（420mA）方框图26第72页/共801页第四节 智能式变送器 3051C3051C3051C3051C型型型型智智智智能能能能差差差差压压压压变变变变送送送送器器器器所用的手持通信器为275型，带有键盘及液晶显示器。可以接在现场变送器的信号端子上，就地设定或检测，也可以在远离现场的控制室中，接在某个变送器的信号线上进行远程设定及检测。实现的功能实现的功能图2-10 手持通信器的连接示意图（1）组态（2）测量范围的变更（3）变送器的校准（4）自诊断27第73页/共801页第四节 智能式变送器 要对智能型差压变送器每五年校验一次，智能型差压变送器与手持通信器结合使用，可远离生产现场，尤其是危险或不易到达的地方，给变送器的运行和维护带来了极大的方便。注意注意注意注意28第74页/共801页第五节 压力计的选用及安装一、压力计的选用 压压力力计计的的选选用用应应根根据据工工艺艺生生产产过过程程对对压压力力测测量量的的要要求求，结结合合其其他他各各方方面面的的情情况况，加加以以全全面面的的考考虑虑和和具具体体的的分析，分析，一般考虑以下几个问题。一般考虑以下几个问题。仪表类型的选用仪表类型的选用仪表类型的选用仪表类型的选用 仪表精度级的选取仪表精度级的选取仪表精度级的选取仪表精度级的选取 仪表测量范围的确定仪表测量范围的确定仪表测量范围的确定仪表测量范围的确定29第75页/共801页第五节 压力计的选用及安装1.1.1.1.测压点的选择测压点的选择测压点的选择测压点的选择应能反映被测压力的真实大小。要选在被测介质直线流动的管段部分，不要选在管路拐弯、分叉、死角或其他易形成漩涡的地方。测量流动介质的压力时，应使取压点与流动方向垂直，取压管内端面与生产设备连接处的内壁应保持平齐，不应有凸出物或毛刺。测量液（气）体压力时，取压点应在管道下（上）部，使导压管内不积存气（液）体。30二、压力计的安装第76页/共801页第五节 压力计的选用及安装2.2.2.2.导压管铺设导压管铺设导压管铺设导压管铺设 导压管粗细要合适，一般内径为610mm，长度应尽可能短，最长不得超过50m，以减少压力指示的迟缓。如超过50m，应选用能远距离传送的压力计。导压管水平安装时应保证有1:101:20的倾斜度，以利于积存于其中之液体（或气体）的排出。当被测介质易冷凝或冻结时，必须加设保温伴热管线。取压口到压力计之间应装有切断阀，以备检修压力计时使用。切断阀应装设在靠近取压口的地方。31第77页/共801页第五节 压力计的选用及安装3.3.压力计的安装压力计的安装压力计的安装压力计的安装压力计应安装在易观察和检修的地方。安装地点应力求避免振动和高温影响。32第78页/共801页第五节 压力计的选用及安装测量蒸汽压力时，应加装凝液管，以防止高温蒸汽直接与测压元件接触图3-17（a）；对于有腐蚀性介质的压力测量，应加装有中性介质的隔离罐，右图（b）表示了被测介质密度2大于和小于隔离液密度1的两种情况。图2-11 压力计安装示意图压力计；切断阀门；凝液管；取压容器33第79页/共801页第五节 压力计的选用及安装压力计的连接处，应根据被测压力的高低和介质性质，选择适当的材料，作为密封垫片，以防泄漏。当被测压力较小，而压力计与取压口又不在同一高度时，对由此高度而引起的测量误差应按pHg进行修正。式中H为高度差，为导压管中介质的密度，g为重力加速度。为安全起见，测量高压的压力计除选用有通气孔的外，安装时表壳应向墙壁或无人通过之处，以防发生意外。34第80页/共801页例题分析举例举例举例举例1.1.某某台台往往复复式式压压缩缩机机的的出出口口压压力力范范围围为为25252828MPa，测测量量误误差差不不得得大大于于1 1MPa。工工艺艺上上要要求求就就地地观观察察，并并能能高高低低限限报报警警，试试正正确确选选用用一一台台压压力力表，指出型号、精度与测量范围。表，指出型号、精度与测量范围。解解由于往复式压缩机的出口压力脉动较大，所以选择仪表的上限值为 根据就地观察及能进行高低限报警的要求，由本章附录，可查得选用YX-150型电接点压力表，测量范围为060MPa。35第81页/共801页例题分析 由于 ，故被测压力的最小值不低于满量程的 1/3，这是允许的。另外，根据测量误差的要求，可算得允许误差为 所以，精度等级为1.5级的仪表完全可以满足误差要求。至此，可以确定，选择的压力表为YX-150型电接点压力表，测量范围为060MPa，精度等级为1.5级。36第82页/共801页例题分析2.2.如果某反应器最大压力为如果某反应器最大压力为0.60.6MPa，允许最大绝对误差，允许最大绝对误差为为0.020.02MPa。现用一台测量范围为。现用一台测量范围为0 01.61.6MPa，准确度，准确度为为1.51.5级的压力表来进行测量，问能否符合工艺上的误差级的压力表来进行测量，问能否符合工艺上的误差要求？若采用一台测量范围为要求？若采用一台测量范围为0 01.01.0MPa，准确度为，准确度为1.51.5级的压力表，问能符合误差要求吗？试说明其理由。级的压力表，问能符合误差要求吗？试说明其理由。解：解：对于测量范围为01.6MPa，准确度为1.5级的压力表，允许的最大绝对误差为 1.61.5%=0.024(MPa)37第83页/共801页例题分析 因为此数值超过了工艺上允许的最大绝对误差数值,所以是不合格的。对于测量范围为01.0MPa，准确度亦为1.5级的压力表,允许的最大绝对误差为 1.01.5%=0.015(MPa)因为此数值小于工艺上允许的最大绝对误差,故符合对测量准确度的要求,可以采用。该例说明了选一台量程很大的仪表来测量很小的参数值是不适宜的。38第84页/共801页第85页/共801页化工仪表及自动化第三章第三章 流量检测流量检测 第86页/共801页内容提要差压式流量计节流现象与流量基本方程式标准节流装置力矩平衡式差压变送器差压式流量计的测量误差转子流量计工作原理电远传式转子流量计漩涡流量计1第87页/共801页内容提要质量流量计直接式质量流量计补偿式质量流量计其他流量计靶式流量计椭圆齿轮流量计涡轮流量计电磁流量计2第88页/共801页概述 介介介介质质质质流流流流量量量量是控制生产过程达到优质高产和安全生产以及进行经济核算所必需的一个重要参数。流量大小流量大小流量大小流量大小：单位时间内流过管道某一截面的流体数量的大小，即瞬时流量。总量总量总量总量：在某一段时间内流过管道的流体流量的总和，即瞬时流量在某一段时间内的累计值。定义定义定义定义3第89页/共801页概述质量流量质量流量质量流量质量流量MM体积流量体积流量体积流量体积流量Q Q如以 t 表示时间，则流量和总量之间的关系是 流量计流量计流量计流量计：测量流体流量的仪表。计量表计量表计量表计量表：测量流体总量的仪表。4第90页/共801页概述1.1.1.1.速度式流量计速度式流量计速度式流量计速度式流量计 以测量流体在管道内的流速作为测量依据来计算流量的仪表。2.2.2.2.容积式流量计容积式流量计容积式流量计容积式流量计 以单位时间内所排出的流体的固定容积的数目作为测量依据来计算流量的仪表。3.3.3.3.质量流量计质量流量计质量流量计质量流量计 以测量流体流过的质量M为依据的流量计。质量流量计分直接式和间接式两种。5分类第91页/共801页第一节 差压式流量计 差差差差压压压压式式式式（也也也也称称称称节节节节流流流流式式式式）流流流流量量量量计计计计是基于流体流动的节流原理，利用流体流经节流装置时产生的压力差而实现流量测量的。通常是由能将被测流量转换成压差信号的节流装置和能将此压差转换成对应的流量值显示出来的差压计以及显示仪表所组成。6第92页/共801页第一节 差压式流量计n 一、节流现象与流量基本方程式一、节流现象与流量基本方程式1.1.1.1.节流现象节流现象节流现象节流现象 流体在有节流装置的管道中流动时，在节流装置前后的管壁处，流体的静压力产生差异的现象称为节节流流现现象象。节节流流装装置置就就是是在在管管道道中中放放置置的的一一个个局局部部收收缩缩元元件件,应用最广泛的是孔板应用最广泛的是孔板,其次是喷嘴、文丘里管。其次是喷嘴、文丘里管。7第93页/共801页第一节 差压式流量计图3-1 孔板装置及压力、流速分布图 要准确测量出截面、处的压力有困难，因为产生最低静压力p2的截面的位置随着流速的不同会改变。因此是在孔板前后的管壁上选择两个固定的取压点，来测量流体在节流装置前后的压力变化。因而所测得的压差与流量之间的关系，与测压点及测压方式的选择是紧密相关的。注意注意注意注意8第94页/共801页第一节 差压式流量计2.2.2.2.节流基本方程式节流基本方程式节流基本方程式节流基本方程式 流量基本方程式是阐明流量与压差之间定量关系的基本流量公式。它是根据流体力学中的伯努利方程和流体连续性方程式推导而得的。可以看出可以看出可以看出可以看出要知道流量与压差的确切关系，关键在于的取值。流量与压力差P的平方根成正比。9第95页/共801页第一节 差压式流量计n 二、二、二、二、标准节流装置标准节流装置标准节流装置标准节流装置 国内外把最常用的节流装置、孔板、喷嘴、文丘里管等标准化，并称为“标准节流装置”。采用标准节流装置进行设计计算时都有统一标准的规定、要求和计算所需要的通用化实验数据资料。10第96页/共801页第一节 差压式流量计 1.1.1.1.节流装置的选用节流装置的选用节流装置的选用节流装置的选用在加工制造和安装方面,以孔板为最简单,喷嘴次之,文丘里管最复杂。造价高低也与此相对应。实际上,在一般场合下,以采用孔板为最多。当要求压力损失较小时,可采用喷嘴、文丘里管等。11第97页/共801页第一节 差压式流量计在测