仪表专业现场仪表基础知识ppt课件.ppt
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1、现场仪表基础知识1仪表基础知识 目 录第一章、仪表基础知识第一章、仪表基础知识第二章、温度测量仪表第二章、温度测量仪表第三章、压力测量仪表第三章、压力测量仪表第四章、流量测量仪表第四章、流量测量仪表第五章、物位测量仪表第五章、物位测量仪表第六章、过程分析仪表第六章、过程分析仪表第七章、执行机构和控制阀第七章、执行机构和控制阀第八章、第八章、DCS系统介绍系统介绍现场仪表基础知识3一、基本概念一、基本概念 1 1、过程参数检测基本概念、过程参数检测基本概念o 过程参数检测过程参数检测-指连续生产过程中的温度、压力、流量、液位和成分等参数的检测。o 检测仪表检测仪表-将检测元件、变送器及显示装置统
2、称为检测仪表。o 一次仪表一次仪表-一般为将被测量转换为便于计量的物理量所使用的仪表。o 二次仪表二次仪表-将测得的信号变送转换为可计量的标准电、气信号并显示的仪表。即包括变送器和显示装置。 第一章 仪表基础知识 现场仪表基础知识4o测量过程测量过程-利用一个已知的单位量(即标准量)与被测的同类量进行比较的过程,即用仪器获取数据各方面信息的过程。o测量误差测量误差-在测量过程中测量结果与被测量的真值之间会有一定的差值。它反映了测量结果的可靠程度。 2 2、测量过程与测量误差、测量过程与测量误差现场仪表基础知识5o按误差的数值表示来分,分为绝对误差、相对误差和引用误差按误差的数值表示来分,分为绝
3、对误差、相对误差和引用误差 绝对误差绝对误差-指测量结果与被测量的真值之差。 相对误差相对误差-指绝对误差与真值或测量值之百分比。 引用误差引用误差-指绝对误差与测量范围上限值或测量 仪表量程的比值,以百分数表示。工 业仪表通常用引用误差来表示仪表的 准确程度。3 3、测量误差的分类、测量误差的分类现场仪表基础知识6o按误差出现的规律来分,可分为系统误差、随机误差和疏忽按误差出现的规律来分,可分为系统误差、随机误差和疏忽误差。误差。 系统误差系统误差-指测量仪表本身或其他原因(如零点没有调整 好等)引起的有规律的误差。 随机误差随机误差-指在测量中所出现的没有一定规律的误差。 疏忽误差疏忽误差
4、-指观察人员误读或不正确使用仪器与测试方 法等人为因素所引起的误差。现场仪表基础知识7o按仪表使用的条件来分,有基本误差、附加误差按仪表使用的条件来分,有基本误差、附加误差 基本误差基本误差-指仪表在规定的正常工作条件下所具有的 误差。 附加误差附加误差-指仪表超出规定的正常工作条件时所增加 的误差。现场仪表基础知识8o检测与过程控制仪表最通用的分类,是按仪表在测量与控制系统中的作用进行划分,一般分为检测仪表、显示仪表、调节(控制)仪表和执行器4大类。o检测仪表根据被测变量分为:压力仪表、温度仪表、流量仪表、物位仪表、成分分析仪表。4 4、仪表分类、仪表分类现场仪表基础知识9仪表分类表仪表分类
5、表现场仪表基础知识10 在工程上仪表性能指标通常用准确度(又称精度)、变差、灵敏度来描述。仪表工校验仪表通常也是调校精确度、变差和灵敏度三项。 1 1、准确度和准确度等级、准确度和准确度等级o仪表精确度:仪表精确度:简言之就是仪表测量值接近真值的准确程度,通常用相对百分误差(也称相对折合误差)表示。o准确度等级:准确度等级:在工业测量中,为了便于表示仪表的质量,通常用准确度等级来表示仪表的准确程度。准确度等级就是最大引用误差去掉正、负号及百分号。准确度等级是衡量仪表质量优劣的重要指标。我国工业仪表等级一般划分为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0七个等级。o仪表准确度习惯上称
6、精度,准确度等级习惯上称为精度等级二、仪表主要性能指标二、仪表主要性能指标现场仪表基础知识11 2 2、变差、变差 变差变差:是指仪表被测变量(可理解为输入信号)多次从不同方向达到同一数值时,仪表指示值之间的最大差值,或者说是仪表在外界条件不变的情况下,被测参仪表在外界条件不变的情况下,被测参数由小到大变化(正向特性)和被测参数由大到小变化(反向特性)不一致的数由小到大变化(正向特性)和被测参数由大到小变化(反向特性)不一致的程度程度,两者之差即为仪表变差。变差大小取最大绝对误差与仪表标尺范围之比的百分比。 变差产生的主要原因变差产生的主要原因:是仪表传动机构的间隙,运动部件的摩擦,弹性元件滞
7、后等。取胜着仪表制造技术的不断改进,特别 是微电子技术的引入,许多仪表全电子化了,无可动部件,模拟仪表改为数字仪表等等,所以变差这个指标在智能型仪表中显得不那么重要和突出了。 现场仪表基础知识12 3 3、灵敏度、灵敏度o灵敏度灵敏度:是指仪表对被测参数变化的灵敏程度,或者说是对被测的量变化的反应能力,是在稳态下,输出变化增量对输入变化增量的比值.o灵敏度有时也称“放大比”,也是仪表静特性贴切线上各点的斜率。增加放大倍数可以提高仪表灵敏度,单纯加大灵敏度并不改变仪表的基本性能,即仪表精度并没有提高,相反有时会出现振荡现象,造成输出不稳定。仪表灵敏度应保持适当的量。o然而对于仪表用户,诸如化工企
8、业仪表工来讲,仪表精度固然是一个重要指标,但在实际使用中,往往更强调仪表的稳定性和可靠性,因为化工企业检测与过程控制仪表用于计量的为数不多,而大量的是用于检测。另外,使用在过程控制系统中的检测仪表其稳定性、可靠性比精度更为重要。现场仪表基础知识134、复现性(又叫重复性)、复现性(又叫重复性)o测量复现性(重复性)测量复现性(重复性):是在不同测量条件下,如不同的方法,不同的观测者,在不同的检测环境对同一被检测的量进行检测时,其测量结果一致的程度。测量复现性必将成为仪表的重要性能指标。现场仪表基础知识145、稳定性稳定性o在规定工作条件内,仪表某些性能随时间保持不变的能力称为稳定性(度)。在规
9、定工作条件内,仪表某些性能随时间保持不变的能力称为稳定性(度)。仪表稳定性是化工企业仪表工十分关心的一个性能指标。由于化工企业使用仪表的环环境相对比较恶劣境相对比较恶劣,被测量的介质温度、压力变化也相对比较大,在这种环境中投入在这种环境中投入仪表使用,仪表的某些部件随时间保持不变的能力会降低,仪表的稳定性会下降。仪表使用,仪表的某些部件随时间保持不变的能力会降低,仪表的稳定性会下降。徇或表征仪表稳定性现在尚未有定量值,化工企业通常用仪表零漂移来衡量仪表的化工企业通常用仪表零漂移来衡量仪表的稳定性稳定性。仪表投入运行一年之中零位没有漂移,相反仪表投入运行不到3个月,仪表零位就变了,说明仪表稳定性
10、不好。仪表稳定性的好坏直接关系到仪表的使用范围,有时直接影响化工生产,仪表稳定性不好造成的影响往往比仪表精度下降对化仪表稳定性不好造成的影响往往比仪表精度下降对化工生产的影响还要大工生产的影响还要大。仪表稳定性不好仪表维护量也大,是仪表工最不希望出现的事情。现场仪表基础知识156、可靠性o仪表可靠性是化工企业仪表工所追求的另一重要性能指标。可靠性和仪表维护量是可靠性和仪表维护量是相反相成的,仪表可靠性高说明仪表维护量小,反之仪表可靠性差,仪表维护量相反相成的,仪表可靠性高说明仪表维护量小,反之仪表可靠性差,仪表维护量就大就大。对于化工企业检测与过程控制仪表,大部分安装在工艺管道、各类塔、釜、罐
11、、器上,而且化工生产的连续性,多数有毒、易燃易爆的环境,这些恶劣条件给仪表维护增加了很多困难,一是考虑化工生产安全,二是关系到仪表维护人员人身安全,所以化工企业使用检测与过程控制仪表要求维护量越小越好,亦即要求仪表可靠性尽可能地高。o随着仪表更新换代,特别 是微电子技术引入仪表制造行业,使仪表可靠性大大提高。仪表生产厂商对这个性能指标也越来越重视,通常用平均无故障时间MTBF来描述仪表的可靠性。一台全智能变送器的MTBF比一般非智能仪表如电动变送器要高10倍左右,它可高达100390年。现场仪表基础知识16三、仪表位号的表示方法三、仪表位号的表示方法 1 1、仪表位号的组成、仪表位号的组成 在
12、测量、控制系统中,构成一个回路的每一个仪表都有自己的仪表位号,仪表位号由字母代号和回路编号两部分组成。第一个字母表示被测变量,后继字母表示仪表的功能;回路编号可以按装置或工段(区域)进行编制,一般用三至五位数字表示,如下例所示:现场仪表基础知识17 2 2、被测变量和仪表功能的字母代号、被测变量和仪表功能的字母代号现场仪表基础知识18现场仪表基础知识19 一、一、 基本概念基本概念o温度:温度:反映了物体冷热的程度,与自然界中的各种物理和化学过反映了物体冷热的程度,与自然界中的各种物理和化学过程相联系。程相联系。o温度概念的建立及测量:温度概念的建立及测量:以热平衡为基础的以热平衡为基础的,o
13、温度最本质的性质:温度最本质的性质:当两个冷热程度不同的物体接触后就会产生当两个冷热程度不同的物体接触后就会产生o 导热换热,换热结束后两物体处于热平衡状态,则它们具有相导热换热,换热结束后两物体处于热平衡状态,则它们具有相同的温度。同的温度。o而用来量度物体温度数值的标尺叫温标。它规定了温度的读数起点(零点)和测量温度的基本单位。目前国际上用得较多的温标有华氏温标、摄氏温标、热力学温标和国际实用温标。第二章、温度测量仪表第二章、温度测量仪表现场仪表基础知识20o华氏温标(F)规定:在标准大气压下,冰的熔点为32度,水的沸点为212度,中间划分180等分,每等份为华氏1度,符号为F。o摄氏温度
14、()规定:在标准大气压下,冰的熔点为0度,水的沸点为100度,中间划分100等分,每等份为摄氏1度,符号为。o摄氏温度值t和华氏温度值tF有如下关系:o热力学温标又称开尔文温标,或称绝对温标,它规定分子运动停止时的温度为绝对零度,记符号为K。o热力学温度T(K)与摄氏温度t的关系是:T(K)=273.15+t()。 CttF)32(95现场仪表基础知识21 二、温度测量仪表的分类二、温度测量仪表的分类o按使用的测量范围分按使用的测量范围分 常把测量600以上的测温仪表叫高温计;测量600以下的测温仪表叫温度计o按用途分按用途分 标准仪表和实用仪表 o按工作原理分按工作原理分 分为膨胀式温度计、
15、压力式温度计、热电偶温度计、热电阻温度计和辐射高温计五类 o按测量方式分按测量方式分 分为接触式与非接触式两大类。前者测温元件直接与被测介质接触,这样可以使被测介质与测温元件进行充分地热交换而达到测温目的;后者测温元件与被测介质不接触,通过辐射或对流实现热交换来达到测温的目的。现场仪表基础知识221 1、接触式测温、接触式测温 温度敏感元件与被测对象接触,经过换热后两者温度相等。 (1) 膨胀式温度计 (2) 热电阻温度计 (3)热电偶温度计 (4)其他原理的温度计直观、可靠,测量仪表也比较简单特点2 2、非接触测温、非接触测温 温度敏感元件不与被测对象接触,而是通过辐射能量进行热交换,由辐射
16、能的大小来推算被测物体的温度。 (1) 辐射式温度计 (2) 红外线温度计红外线温度计:特点不与被测物体接触,不破坏原有的温度场。精度一般不高。缺点:由于测温元件与被测对象必须经过充分的热交换且达到平衡后才能测量,这样容易破坏被测对象的温度场,同时带来测温过程的延迟现象,不适于测量热容量小的对象、极高温的对象、处于运动中的对象。不适于直接对腐蚀性介质测量。缺点:容易受到外界因素的干扰,测量误差较大,且结构复杂,价格比较昂贵。红外线温度计现场仪表基础知识23接接触触式式测测温温仪仪表表玻璃液体玻璃液体温度计温度计 结构简单、使用方便、测量结构简单、使用方便、测量准确、价格低廉准确、价格低廉 容易
17、破损、读数麻烦、一般只容易破损、读数麻烦、一般只能现场指示能现场指示 , ,不能记录与远传不能记录与远传-100-100100100(150150)有机液体)有机液体0 0 350350(-30 -30 650650)水银)水银双金属温双金属温度计度计结构简单、机械强度大、价结构简单、机械强度大、价格低、能记录、报警与自控格低、能记录、报警与自控 精度低、不能离开测量点测量精度低、不能离开测量点测量 ,量程与使用范围均有限量程与使用范围均有限 0 0 300300(-50 -50 600600)压力式温压力式温度计度计结构简单、不怕震动、具有结构简单、不怕震动、具有防爆性、价格低廉、能记录、防
18、爆性、价格低廉、能记录、报警与自控报警与自控 精度低、测量距离较远时精度低、测量距离较远时 ,仪表仪表的滞后性较大、一般离开测量的滞后性较大、一般离开测量点不超过点不超过 10米米 0 0 500500(-50 -50 600600)液体型)液体型0 0 100100(-50 -50 200200)蒸汽型)蒸汽型电阻温度电阻温度计计测量精度高测量精度高 ,便于远距离、便于远距离、多点、集中测量和自动控制多点、集中测量和自动控制 结构复杂、不能测量高温结构复杂、不能测量高温 ,由于由于体积大体积大 ,测点温度较困难测点温度较困难 -150 -150 500500(-200 -200 600600
19、)铂电阻)铂电阻0 0 100100(-50 -50 150150)铜电阻)铜电阻-50 -50 150150(180180)镍电阻)镍电阻-100 -100 200200(300300)热敏电阻)热敏电阻热电偶温热电偶温度计度计测温范围广测温范围广 ,精度高精度高 ,便于远便于远距离、多点、集中测量和自距离、多点、集中测量和自动控制动控制 需冷端温度补偿需冷端温度补偿 ,在低温段测量在低温段测量精度较低精度较低 -20 -20 13001300(16001600)铂铑)铂铑1010- -铂铂-50 -50 10001000(12001200)镍铬)镍铬- -镍硅镍硅-40 -40 80080
20、0(900900)镍铬)镍铬- -铜镍铜镍-40 -40 300300(350350)铜)铜- -铜镍铜镍非接非接触式触式测温测温仪表仪表光学高温光学高温计计携带用、可测量高温、测温携带用、可测量高温、测温时不破坏被测物体温度场时不破坏被测物体温度场 测量时测量时 ,必须经过人工调整必须经过人工调整 ,有有人为误差人为误差 ,不能作远距离测量不能作远距离测量 ,记录和自控记录和自控 900 900 20002000(700 700 20002000)辐射高温辐射高温计计测温元件不破坏被测物体温测温元件不破坏被测物体温度场度场 ,能作远距离测量、报能作远距离测量、报警和自控、测温范围广警和自控、
21、测温范围广 只能测高温只能测高温,低温段测量不准低温段测量不准,环环境条件会影响测量精度境条件会影响测量精度,连续测连续测高温时须作水冷却或气冷却高温时须作水冷却或气冷却 100 100 20002000(50 50 20002000)现场仪表基础知识241、应用热膨胀原理测温、应用热膨胀原理测温 测量原理物体受热时产生膨胀 液体膨胀式温度计 固体膨胀式温度计 玻璃管温度计 双金属温度计三、工业常用温度检测仪表三、工业常用温度检测仪表现场仪表基础知识252、膨胀式温度计、膨胀式温度计 双金属片双金属片温度计双金属温度信号器1-双金属片 2-调节螺钉 3-绝缘子 4-信号灯感温元件:两片线膨胀系
22、数不同的金属片叠焊在一起而制成的.温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表现场仪表基础知识263、压力式温度计、压力式温度计 利用密闭系统中的液体、气体或低沸点液体的饱和蒸汽受热后体积膨胀利用密闭系统中的液体、气体或低沸点液体的饱和蒸汽受热后体积膨胀或压力变化这一原理而制成的,并用压力表来测量这种变化,从而测得温度或压力变化这一原理而制成的,并用压力表来测量这种变化,从而测得温度u 工作介质是气体、液体或蒸气工作介质是气体、液体或蒸气u 简单可靠、抗振性能好,具有良好的防爆性简单可靠、抗振性能好,具有良好的防爆性u 动态性能差,示值的滞后较大,不能测量迅动态性能差,示值的滞后较大,不能测量迅速变化
23、的温度速变化的温度现场仪表基础知识27 4 4、双金属温度计、双金属温度计 双金属温度计属于固体膨胀式温度计。双金属温度计中的感温元件是用两片线膨胀系数不同的金属片叠焊在一起而制成的。双金属片受热后,由于两金属片的膨胀长度不同而产生弯双金属片受热后,由于两金属片的膨胀长度不同而产生弯曲,温度越高产生的线膨胀长度差就越大,因而引起弯曲的角曲,温度越高产生的线膨胀长度差就越大,因而引起弯曲的角度就越大。度就越大。双金属温度计就是基于这一原理而制成的,它是用双金属片制成螺旋形感温元件,外加金属保护套管,当温度变化时,螺旋的自由端便围绕着中心轴旋转,同时带动指针在刻度盘上指示出相应的温度数值。现场仪表
24、基础知识28o双金属温度计是一种测量中 低温度的现场检测仪表。可 以直接测量各种生产过程中 的-80+500范围内液体 、蒸汽和气体介质温度。o特点 现场显示温度,直观方便; 安全可靠,使用寿命长; 多种结构形式。现场仪表基础知识29双金属温度计的型号命名 WSS -ABCD W 温度仪表 S 金属膨胀式 S 感温元件双金属片 A 表壳公称直径:3-60; 4-100; 5-150; B 结构形式:0-轴向(直型);1径向(角型);8万向 (可调角型) C 安装固定装置:0-无固定装置; 1-可动外螺纹; 2-可动内螺纹; 3- 固定螺纹; 4-固定法兰;5-卡套螺纹;6-卡套法兰 D F-防
25、护型:O-电接点型;MO-大电流型;EX-防爆型;现场仪表基础知识30 5 5、热电阻、热电阻 热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。 它的主要特点是测量精度高,性能稳定。其中铂热电阻的测量精度是最高的,它广泛应用于工业测温,而且被制成标准的基准仪。 现场仪表基础知识31应用热电阻原理测温应用热电阻原理测温 导体或半导体的电阻值随温度变化导体或半导体的电阻值随温度变化 测量原理 T R热电阻热电阻温度计适用于测量热电阻温度计适用于测量-200500范围内液体、气体、蒸汽及固体表范围内液体、气体、蒸汽及固体表面的温度;具有远传、自动记录和实现多点测量等优点。热电阻输出信面的温度;具有远传、自动
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