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1、第一篇 自動化儀表根底知識第一章 儀表根本概念第二章 檢測技術(shù) 第一節(jié) 概述 第二節(jié) 溫度檢測儀表 第三節(jié) 流量檢測儀表 第四節(jié) 壓力檢測儀表 第五節(jié) 物位檢測儀表第三章 調(diào)節(jié)閥,第一章 儀表根本概念,精確度：簡稱精度。精確度與誤差可以說是孿生兄弟，因為有誤差存在才有精度這個概念。不僅與絕對誤差有關(guān)，而且和儀表的測量范圍有關(guān)。 儀表精確度簡言之就是測量值接近真值的準確程度，通常用引用誤差表示。常用精度等級來標準和表示，精度等級就是最大引用誤差去掉正負號和%。顯然數(shù)字越小，說明儀表精確度越高。 引用誤差指絕對誤差與量程的比值,以百分數(shù)表示,儀表主要性能指標,變差：指儀表被測變量屢次從不同方向到達

2、同一數(shù)值時，儀表指示值之間的最大變差 變差產(chǎn)生的主要原因：儀表轉(zhuǎn)動機構(gòu)的間隙，運動部件的摩擦，彈性元件滯后等靈敏度：指儀表對被測變量變化的靈敏程度。 S=L/ X， L：儀表輸出變化增量 X：儀表輸入變化增量穩(wěn)定性：通常用儀表零點漂移來衡量儀表穩(wěn)定性。儀表穩(wěn)定性不好，儀表維護量增大可靠性,儀表分類,按儀表所使用能源分為氣動儀表、電動儀表和液動儀表。按儀表安裝形式，分為現(xiàn)場儀表、盤裝儀表和架裝儀表。按儀表信號形式，分為模擬儀表和數(shù)字儀表，現(xiàn)在又出現(xiàn)了現(xiàn)場總線儀表。按儀表在測量與控制系統(tǒng)中的作用分，一般分為檢測儀表、顯示儀表、調(diào)節(jié)儀表和執(zhí)行器4大類。,第二章 檢測技術(shù),檢測技術(shù)作為現(xiàn)代電子信息產(chǎn)業(yè)

3、的重要組成局部，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程和科技領(lǐng)域中占有非常重要的地位，可以說現(xiàn)代生活離不開現(xiàn)代檢測技術(shù)。檢測技術(shù)的應(yīng)用范圍涉及到人類活動的各個領(lǐng)域，如工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學等等，幾乎無處不在。,傳感器技術(shù)從信息技術(shù)的角度看，傳感技術(shù)、通訊技術(shù)和計算機技術(shù)分別相當于人的“感官、“神經(jīng)和“大腦。因此傳感器技術(shù)是信息技術(shù)的重要根底。 現(xiàn)代的工業(yè)生產(chǎn)過程參數(shù)檢測已從傳統(tǒng)的單一變量檢測向多變量復合檢測，從確定性變量檢測到隨機性變量檢測開展，檢測的概念也從傳統(tǒng)的“被測量與測量裝置的比照開展到了“從物理和化學過程獲取信息這樣一種寬廣的概念，這就使得工業(yè)生產(chǎn)過程參數(shù)檢測問題已不僅僅再局限于獲取被測參數(shù)得“數(shù)量信息，而已

4、擴展到了包括獲取工業(yè)生產(chǎn)過程的“狀態(tài)信息，進行生產(chǎn)狀態(tài)監(jiān)測，進而對生產(chǎn)過程進行“狀態(tài)診斷。,第一節(jié) 概述,對于檢測儀表來說，檢測、變送與顯示可以是三個獨立局部，也可以只用到其中兩個局部。過程控制對檢測儀表有以下三條根本的要求： 測量值y(t)要正確反映被控變量C(t)的值，誤差不超過規(guī)定的范圍； 在環(huán)境條件下能長期工作，保證測量值y(t)的可靠性； 測量值y(t)必須迅速反映被控變量c(t)的變化，即動態(tài)響應(yīng)比較迅速。,化工檢測儀表的作用,檢測儀表的作用就是獲取生產(chǎn)過程中化工生產(chǎn)過程中化工變量的信息。如：溫度T、壓力P、流量F、物位L、成分A等,檢測儀表的組成,檢測元件：又稱為敏感元件、傳感器

5、。 敏感元件是傳感器的根底元件，是檢測技術(shù)實現(xiàn)的媒介。檢測技術(shù)就是通過敏感元件來感受被測物理量的作用，并以參數(shù)方式輸出響應(yīng)的簡單過程。因此敏感元件是關(guān)系著不同類型物理量之間轉(zhuǎn)換關(guān)系的物理實體。,例如：壓力敏感元件石英、壓電陶瓷都是在受到壓力時就會在材料外表上產(chǎn)生一定的電荷；而氣敏元件氣敏電阻那么是當其接觸不同濃度被測氣體時就會表現(xiàn)出電阻不同的性質(zhì)。,第二節(jié) 溫度檢測儀表,溫度儀表分類按工作原理分，有膨脹式、熱電阻、熱電偶、輻射式等按測量方式分，有接觸式和非接觸式。,熱電偶溫度計,測溫原理：熱電偶溫度計是以熱電效應(yīng)為根底，將溫度變化轉(zhuǎn)換為熱電勢變化進行溫度測量的儀表。是目前應(yīng)用最為廣泛的溫度傳感

6、器。特點：精度高，靈敏度好，穩(wěn)定性較好，響應(yīng)時間少，結(jié)構(gòu)簡單，測溫范圍廣，可以測量-2001600，在特殊情況下，可測至2800的高溫或4K的低溫。,常用熱電偶類型,熱電阻溫度計,測溫原理：熱電阻溫度計是基于金屬導體或半導體電阻值與溫度成一定函數(shù)關(guān)系的原理實現(xiàn)溫度測量的。常用的有Pt100，Cu50鉑電阻特點：精度高、性能可靠工業(yè)用熱電阻的結(jié)構(gòu)型式有普通型、皚裝型和專用型等型式,輻射式溫度計,輻射式溫度計屬于非接觸式測溫儀表，主要是利用物體的輻射能隨溫度的變化的原理制成的。輻射式溫度計在應(yīng)用時只需要把溫度計對準被測物體，而不必與被測物體直接接觸，它可以用于運動物體以及高溫物體外表的溫度檢測，而

7、且不會破壞被測對象的溫度場。,輻射測溫主要有三種根本方法，即全輻射法、亮度法和比色法。 無論采用何種輻射測溫法，輻射溫度計主要由光學系統(tǒng)、檢測元件、轉(zhuǎn)換電路和信號處理等局部組成。,全輻射高溫計,全輻射高溫計是接受被測物體全部輻射能量來測定溫度的。這種高溫計的光學系統(tǒng)有透鏡式和反射鏡式兩種結(jié)構(gòu)。透鏡式系統(tǒng)將物體的全輻射能透過透鏡及光闌、濾光片等聚焦于檢測元件；反射鏡式系統(tǒng)那么將全輻射能利用反射聚光鏡反射后聚焦在檢測元件上。前者主要用來測量高溫，后者用于測量中溫。全輻射溫度計的溫度測量范圍一般在4002000根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)形式，測量誤差在1.5%2.0%左右。,光電溫度計,光電溫度計采用光電元件作

8、為敏感元件，感受輻射源的亮度變化，并根據(jù)被測物體亮度與溫度的關(guān)系確定溫度的上下。 光電溫度計雖然和全輻射高溫計相比儀器結(jié)構(gòu)復雜，接受的能量小，但抗環(huán)境干擾的能力強，有利于提高測量的穩(wěn)定性。光電溫度計的溫度測量范圍一般為2001500通過分檔實現(xiàn)，測量誤差在1.0%1.5%左右，響應(yīng)時間在1.55s之間。,比色溫度計,比色溫度計是基于維恩位移定律工作的。根據(jù)維恩位移定律，物體溫度變化時，輻射強度最大值所對應(yīng)的波長要發(fā)生移動，從而使特定波長1和2下的亮度發(fā)生變化，測出這兩個波長對應(yīng)的亮度比，就可以求出被測物體溫度。比色溫度計結(jié)構(gòu)比較復雜，儀表設(shè)計和制造要求較高。這種溫度計的測量范圍一般為40020

9、00，根本測量誤差為1%。,第三節(jié) 流量檢測儀表,流量是指單位時間內(nèi)流過管道某一截面的流體的數(shù)量，即瞬時流量。瞬時流量在某一時段的累積量稱為累積流量(總流量)。流量可用體積流量和質(zhì)量流量來表示。,流量檢測的主要方法,(1)測體積流量 容積法：它以單位時間內(nèi)所排出的流體固定容積的數(shù)目作為測量依據(jù)。如：如橢圓齒輪流量計、腰輪流量計 速度法：以測量流全在管道中的流速作為測量依據(jù)來計算流量的儀表。差壓式(節(jié)流式)、旋渦式、渦輪式、聲學式、熱學式 (2)測質(zhì)量流量 直接法直接測量質(zhì)量流量 間接法又稱推導法,一、差壓式流量計,節(jié)流裝置與差壓變送器配套測量流體的流量，仍是目前煉油、化工生產(chǎn)中使用最廣的一種流

10、量測量儀表。目前工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用有各種各樣的節(jié)流裝置，但應(yīng)用最多的是孔板、噴嘴、文丘里管和文丘利噴嘴。,差壓式流量計,測量原理在管道中流動的流體具有動能和位能，在一定條件 下這兩種能量可以相互轉(zhuǎn)換，但參加轉(zhuǎn)換的能量總和是不變的，節(jié)流元件測量流量就是利用這個原理來實現(xiàn)的。根據(jù)能量守恒定律及流體連續(xù)性原理，節(jié)流裝置的流量公式可以寫成：體積流量 2-1-11質(zhì)量流量 2-1-12式中M質(zhì)量流量，kg/s; Q體積流量，m3/s流量系數(shù)；流束膨脹系數(shù)；F0節(jié)流裝置開孔截面積，m2；1流體流經(jīng)節(jié)流元件前的密度，kg/m3;p節(jié)流元件前后壓力差，即p=p1-p2,pa。,差壓式流量計,由節(jié)流元件、連接管路和

11、差壓變送器組成一體，統(tǒng)稱為差壓式流量計。差壓變送器由兩局部組成，下半局部為測量局部，上半局部為轉(zhuǎn)換局部。測量局部包括測量室、測量元件膜盒等，轉(zhuǎn)換局部包括主杠桿、矢量機構(gòu)、副杠桿、差動變壓器、反響機構(gòu)、調(diào)零裝置和放大器等。,要使儀表的指示值與通過管道的實際流量相符，必須做到以下幾點 差壓變送器的差壓和顯示儀表流量標尺選擇時應(yīng)與節(jié)流裝置孔徑匹配。在測量蒸汽和氣體流量時，遇到工作條件的密度p與設(shè)計時的密度p0不相同，必須對示數(shù)進行修正。顯示儀表測量值(差壓信號)要經(jīng)開方運算線性化處理后再送顯示儀表。節(jié)流裝置應(yīng)正確安裝。接至差壓變送器的差壓應(yīng)該與節(jié)流裝置前后差壓相一致，這就需要正確安裝差壓信號管路。如

12、后面圖示,被測流體為液體時信號管路安裝示意圖,被測流體為氣體時信號管路安裝示意圖,被測流體為水蒸氣時信號管路安裝示意圖,被測介質(zhì)具有腐蝕性時采用噴吹系統(tǒng),二、腰輪流量計羅茨流量計,根本原理：通過測量元件把流體連續(xù)不斷地固體體積的單元液體，然后根據(jù)測量元件的動作次數(shù)給出流體的總量，即容積法測出出流體流量。 特點：1、可測液體、氣體流量，準確度高，可達0.5-0.1級。2、體積大比較笨重；周期檢定比較困難；壓損大，運作中有振動。,腰輪流量計的轉(zhuǎn)子象腰子，沒有齒，靠聯(lián)在轉(zhuǎn)子外的一對嚙合輪相互驅(qū)動，轉(zhuǎn)子不相接觸，有間隙，壽命較長。,二、腰輪流量計羅茨流量計,適用介質(zhì)：可用于各種清潔液體流量測量，無須直

13、管段。如：石腦油、渣油、柴油、蠟油等。在焦化、常壓、瀝青等裝置都有應(yīng)用。主要用來測量不含固體雜質(zhì)的液體，如油類、冷凝液、樹脂和液態(tài)食品等粘稠流體的流量。對于高粘度介質(zhì)的流量，其他流量計很難測量，而容積式流量計卻能精確測量。精度可達0.2%。,二、腰輪流量計羅茨流量計,安裝注意：1、水平安裝羅茨軸，如果側(cè)圈磨損，影響精度。2、流體流向與流量計本體箭頭方向一致。3、設(shè)置旁路方便檢修；設(shè)過濾器防止雜質(zhì)損壞儀表。4、豎直安裝時上管段要短，防止雜質(zhì)沉淀。,三、渦街流量計,根本原理：渦街流量計是根據(jù)卡門渦街原理制成的。在流動的流體中插入一個非流線型柱狀物如圓柱體或三角形柱體，那么在柱體下游會產(chǎn)生兩列不對稱

14、且又有規(guī)律的漩渦。該漩渦在柱體的側(cè)后產(chǎn)生、分開、形成漩渦列，通常稱作卡門渦街或卡門渦列。渦列的個數(shù)即渦街頻率和流體的流速成正比。因而，通過測量旋渦頻率，就可知道流體的流速，從而測出流體流量,三、渦街流量計,渦街流量計是由檢測器圓柱或三角柱等、放大器和轉(zhuǎn)換器等組成。 特點：管道內(nèi)無可動部件，壽命長、量程比大、壓力損失小。精度較高，量程比寬，可達100:1，安裝簡便，維護量小，故障極少。流速分布及脈動流影響測量，有直管段要求，檢測元件必要時清污。,三、渦街流量計,儀表示值幾乎不受溫度、壓力、密度、黏度及成分等影響。用水或空氣標定的流量計可用于其他液體或氣體的流量測量而不用校正。渦街流量計適用于各種

15、液體、氣體、蒸汽流量的測量。適用介質(zhì)：可用于測量水、蒸汽、氮氣等。我廠主要在水廠、空分、聚丙烯、亞砜等裝置。,安裝注意：直管段要求一般前10D后5D。測量蒸汽要求蒸汽不能帶水，否那么影響測量。,四、電磁流量計,根本原理：是基于電磁感應(yīng)定律工作的，被測介質(zhì)垂直于磁力線方向流動，因而在與介質(zhì)流動和磁力線都垂直的方向上產(chǎn)生一感應(yīng)電動勢Ex=KQ。感應(yīng)電勢Ex與被測介質(zhì)的體積流量Q成正比。電磁流量計由變送器和轉(zhuǎn)換器兩局部組成，二者之間用連接線勵磁線信號線相互連接。,電磁流量計的特點,測量導管內(nèi)無可動部件和阻流體，因而無壓損，無機械慣性，所以反響十分靈敏。測量范圍寬，量程比一般為10：1，最高可達100

16、：1。流速范圍一般為16m/s，也可擴展到0.510 m/s.流量范圍可測每小時幾十毫升到十幾立方米，測量管徑范圍可從2mm到2400mm，甚至可達300mm.可測含有固體顆粒、懸浮物如礦漿、煤粉漿、紙漿等或酸、堿、鹽溶液等具有一定電導率的液體體積流量；也可測脈動流量；并可進行雙向測量。EX與Q成線性關(guān)系，故儀表具有均勻刻度，且流體的體積流量與介質(zhì)的物性如溫度、壓力、密度、粘度等、流動狀態(tài)無關(guān)，所以電磁流量計只需用水標定后，即可用來測量其他導電介質(zhì)的體積流量而不用修正。,電磁流量計局限性和缺乏,使用溫度和壓力不能太高，具體使用溫度與管道襯里的材料發(fā)生膨脹、變形、變質(zhì)的溫度有關(guān)，一般不超過120；最高使用壓力取決于管道強度、電極局部的密封狀況以及法蘭的規(guī)格等，一般使用壓力不超過1.6MPa。應(yīng)用范圍有限。電磁流量計不能用來測量氣體、蒸汽和石油制品等非導電流體的流量。當流速過低時，要把與干擾信號相同數(shù)量級的感應(yīng)電勢進行放大和測量是比較困難的，而且儀表也易產(chǎn)生零點漂移。因此，電磁流量計的滿量程流速的下限一般不得低于0.5m/s。流速與速度分布不均勻時，將產(chǎn)生較大的測量誤差。因此，在電磁流量計