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1、1,主要內(nèi)容,一、四大參數(shù)的測量原理及儀表二、自動控制基礎知識三、調(diào)節(jié)閥四、聯(lián)鎖系統(tǒng)的構成,2,一、四大參數(shù)的測量原理及儀表,現(xiàn)場儀表測量參數(shù)的分類： 現(xiàn)場儀表測量參數(shù)一般分為溫度、壓力、流量、液位四大參數(shù)。 下面就著重介紹一下這四大參數(shù)的測量原理，以及測量這四大參數(shù)所運用的儀表。,3,1、 溫度的測量與變送,溫度是化工生產(chǎn)中既普遍而又十分重要的參數(shù)之一。任何一個化工生產(chǎn)過程，都伴隨著物質(zhì)的物理和化學性質(zhì)的改變，都必然有能量的轉(zhuǎn)化和交換，而熱交換則是這些能量轉(zhuǎn)換中最普遍的交換形式。因此，在很多煤化工反應的過程中，溫度的測量和控制，常常是保證這些反應過程正常進行與安全運行的重要環(huán)節(jié)；它對產(chǎn)品產(chǎn)量

2、和質(zhì)量的提高都有很大的影響。,4,1、 溫度的測量與變送,溫度測量儀麥種類繁多，若按測量方式的不同，測溫儀表可分為接觸式和非接觸式兩大類。前者感溫元件與被測介質(zhì)直接接觸，后者的感溫元件卻不與被測介質(zhì)相接觸。接觸式測溫元件簡單、可靠、測量精度較高；但是，由于測溫元件要與被測介質(zhì)接觸進行充分的熱交換才能達到熱平衡，因而產(chǎn)生了滯后現(xiàn)象，而且可能與被測介質(zhì)產(chǎn)生化學反應；另外高溫材料的限制，接觸式測溫儀表不能應用于很高溫度的測量。而非接觸式測溫儀表不與被測介質(zhì)接觸，因而其測溫范圍很廣，其測溫上限原則上不受限限制；由于它是通過熱輻射來測量溫度的，所以不會破壞被測介質(zhì)的溫度場，測溫速度也較快，但是這種方法受

3、到被測介質(zhì)至儀表之間的距離以及幅射通道上的水汽、煙霧、塵埃等其它介質(zhì)的影響，因此測量量精度較低。,5,1、 溫度的測量與變送,下表列出了常用測溫儀麥的測溫原理、測溫范圍和主要特點。表中所列的各種溫度計，機械式的大多只能就地指示，幅射式的精度較差，只有電的測溫儀表精度高，且測溫元件很容易與溫度變送器配用，轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一標準信號進行遠傳，以實現(xiàn)對溫度的自動記錄和調(diào)節(jié)。因此，在生產(chǎn)過程控制中應用最多的是熱電偶和熱電阻溫度計。本節(jié)僅介紹這兩種溫度計。,6,7,1、 溫度的測量與變送,1.1 熱電偶溫度計 熱電偶溫度計由熱電偶、電測部份 (動圈儀表、電位差計或DCS)及連接導線組成如圖所示。由于熱電偶的性能

4、穩(wěn)定、結構簡單、使用方便、測量范圍廣、有較高的準確度，且能方便地將溫度信號轉(zhuǎn)換為電勢信號，便于信號的遠傳和多點集中測量，因而在石油化工生產(chǎn)中應用極為普遍。,8,1、 溫度的測量與變送,9,熱電偶是由兩根不同的導體或半導體材料(如上圖中的A和B)焊接或絞接而成。焊接的一端稱為熱電偶的熱端(測量端或工作端)，和導線連接的一端稱為熱電偶的冷端 (自由端)。組成熱電偶的兩根導體或半導體稱作熱電極。把熱電偶的熱端插入需要測溫的生產(chǎn)設備中，A和B兩種不同的物質(zhì)，電子密度高的向電子密度低的流動，產(chǎn)生電流，形成電動勢，一般為mV信號，經(jīng)過測溫儀計算為測量介質(zhì)的溫度。,1、 溫度的測量與變送,由于熱電極的材料不

5、同，所產(chǎn)生的接觸電勢亦不同，因此不同熱電極材料制成的熱電偶在相同溫度下產(chǎn)生的熱電勢是不同的，這在各種熱電偶的分度表中可以查到。根據(jù)熱電測溫的基本原理，理論上似乎任意兩種導體都可以組成熱電偶。但實際情況它們還必須進行嚴格的選擇，熱電極材料應滿足如下要求。 1在測溫范圍內(nèi)其熱電性質(zhì)要穩(wěn)定，不隨時間變化。 2穩(wěn)定性要高，即在高溫下不被氧化和腐蝕。 3電阻溫度系數(shù)要小，導電率要高，組成熱電偶后產(chǎn)生的熱電勢要大，熱電勢與溫度間要成線性關系，這樣有利于提高儀表的測量精度。4復現(xiàn)性要好 (同種成分的材料制成的熱電偶，其熱電特性相一致的性質(zhì)稱復現(xiàn)性)，這樣便于成批生產(chǎn)，而且在使用上也可保證良好的互換性。 5、

6、材料組織要均勻，要有良好的韌性，便于加工成絲。,10,1、 溫度的測量與變送,國際電工委員會（IEC）對其中已被國際公認，性能優(yōu)良和產(chǎn)量最大的七種制定了標準，即IEC584-1和IEC584-2中所規(guī)定的：S分度(鉑銠10-鉑)；B分度號 (鉑銠30-鉑銠6)；K分度號(鎳鉻-鎳硅)；E分度號(鎳鉻-康銅 )； T分度號 (銅-康銅)；J分度號（鐵-康銅）； R分度號 (鉑銠13-鉑)等熱電偶。 熱電偶根據(jù)測溫條件和安裝位置的不同，具有多種結構型式。雖然它們的結構和外形不盡相同，但其基本結構通常均由熱電極、絕緣管、保護套管和接線盒等主要部分組成。,11,1、 溫度的測量與變送,12,1、 溫度

7、的測量與變送,1.2 熱電阻溫度計 熱電阻溫度計由熱電阻、電測儀表 (動圈儀表或平衡電橋)和連接導線所組成，其中熱電阻是感溫元件，有導體的和半導體兩種。 熱電阻溫度計廣泛用來測量中、低溫 (一般為500以下)。它的特點是準確度高，在測量中、低溫時，它的輸出信號比熱電偶要大得多，靈敏度高，同樣可實現(xiàn)遠傳、自動記錄和多點測量。,13,1、 溫度的測量與變送,熱電阻的測溫原理 金屬導體的電阻值隨溫度的變比而變化的。一般說來，他們之間的關系為: Rt=R01+(t-t0) Rt=Rt-R0=R0t 式中 Rt 溫度為t時的電阻值; R。 溫度為t0(通常為0)時的電阻值; 電阻溫度系數(shù)即溫度變化1時電

8、阻值的相對變化量，單位是 -1，; t 溫度的變化量，即t-t。=t Rt 溫度改變t時的電阻變化量。,14,1、 溫度的測量與變送,由上可知，溫度的變化，導致了導體電阻的變化。實驗證明，大多數(shù)金屬導體在溫度每升高1時，其電阻值要增加0.4一0.6%，熱電阻溫度計就是把溫度變化所引起熱電阻的變化值，通過測量電路 (電橋)轉(zhuǎn)換成電壓(毫伏)信號，然后由顯示儀表指示或記錄被測溫度。 熱電阻溫度計與熱電偶溫度計的測溫原理是不相同的。熱電偶溫度計把溫度的變化通過感溫元件熱電偶轉(zhuǎn)換為熱電勢的變化值來測量溫度的；而熱電阻溫度計則是把溫度的變化通過感溫元件熱電阻轉(zhuǎn)換為電阻的變化來測量溫度的。,15,1、 溫

9、度的測量與變送,對于制作熱電阻絲的材料是有一定技術要求的，一般應具有下列特性；電阻溫度系數(shù)要大，則測量靈敏度就高；熱容量要小，則對溫度變化的響應就快，即動態(tài)特性較好；電阻率要大，則相同的電阻值下電阻體體積就小，因而熱容量也?。辉谡麄€測溫范圍內(nèi)，具有穩(wěn)定的物理和化學性質(zhì)；要容易加工，有良好的復制性，電阻與溫度的關系最好近于線性或為平滑的曲線，以便于分度和讀數(shù)；價格便宜等。根據(jù)具體情況，目前應用最廣泛的是鉑和銅，分度號Pt50鉑電阻、分度號Pt100鉑電阻和分度號Cu50銅電阻、分度號Cu100銅電阻。相應的分度表 (電 阻值與溫度對照表)可在相關資料中查到。熱電阻是由電阻體、保護套管以及接線盒等

10、主要部件所組成。除電阻體外，其余部分的結構形狀一般與熱電偶的相應部分相同。,16,2、 壓力的測量與變送,我們生產(chǎn)中一般所說的壓力，指發(fā)生在兩個物體的接觸表面的作用力，或者是氣體對于固體和液體表面的垂直作用力，或者是液體對于固體表面的垂直作用力。,17,2、 壓力的測量與變送,壓力測量儀表的品種，規(guī)格甚多。常用的壓力測量方法和儀表有：通過液體產(chǎn)生或傳遞壓力來平衡被測壓力的平衡法。屬于應于這類方法的儀表有液柱式壓力計和活塞式壓力計；將被測壓力通過一些隔離元件（如彈性元件）轉(zhuǎn)換成一個集中力，并在測量過程中用一個外界力（如電磁力或氣動力）來平衡這個未知的集中力，然后通過對外界力的測量而得知被測壓力的

11、機械力平衡法。力平衡式壓力變送器就是屬于應用此法的例子；根據(jù)彈性元件受壓后產(chǎn)生彈性變型的大小來測量彈性力平衡法。屬于這類應用方法的儀表很多，若根據(jù)所用彈性元件來分，可分為薄膜式，波紋管式，彈簧管式壓力表；能過機械和電子元件將被測壓力轉(zhuǎn)換在成各種電量（如電壓、電流、頻率等）來測量的電測法。例如電容式、電阻式、電感式、應變片式和霍爾片式等變送器應于此法的壓力測量儀表。,18,2、 壓力的測量與變送,目前，石油化工生產(chǎn)中應用中廣泛的一種壓力測量儀表是彈性元件。根據(jù)測壓范圍不同，常用的測壓元件有單圈彈簧管、多圈彈簧管、膜片、膜盒、波紋管等。在被測介質(zhì)壓力的作用下，彈性元件發(fā)生彈性變型，而產(chǎn)生相應的位移

12、，能過轉(zhuǎn)換位置，可將位移轉(zhuǎn)換成相應的電信號或氣信號，以遠傳顯示，報警或調(diào)節(jié)用。,19,2、 壓力的測量與變送,主要壓力檢測儀表： （1）彈簧管壓力表 彈簧管壓力表是壓力儀表的主要組成部份之一，它有著極為廣泛的應用價值 ，它具有結構簡單，品種規(guī)格齊全、測量范圍廣、便于制造和維修和價格低廉等特點。彈簧管壓力表是單圈彈簧壓力表的簡稱。它主要由彈簧管、齒輪傳動機構（包括拉桿、扇形齒輪、中心齒輪）、示數(shù)裝置（指針和分度盤）以及外殼等幾部份組成，如下圖所示。彈簧管是一端封閉并彎成270度圓孤形的空心管子 。,20,2、 壓力的測量與變送,21,2、 壓力的測量與變送,它的截面呈扁圓形或橢圓形，橢圓的長軸2

13、a與圖面垂直的彈簧管的中心軸O相平行。管子封閉的一端B為自由端，即位移輸出端；而另一端A則是固定的，作為被測壓力的輸入端。當由它的固定端A通入被測壓力P后，由于呈橢圓形截面的管子在壓力P的作用下，將趨于圓形，彎成圓弧形的彈簧管隨之產(chǎn)生向外挺直的擴張變形，使自由端B發(fā)生位移。此時彈簧管的中心角要隨即減小，也就是自由端將由B移到B，處，如圖2-3(b)上虛線所示。此位移量就相應于某一壓力值。自由端B的彈性變形位移通過拉桿使扇形齒輪作逆時針偏轉(zhuǎn)，使固定在中心齒輪軸上的指針也作順時針偏轉(zhuǎn)，從而在面板的刻度標尺上顯示出被測壓力的數(shù)值。由于彈簧管自由端位移而引起彈簧管中心角相對變化值/與被測壓力P之間具有

14、比例關系，因此彈簧管壓力表的刻度標尺是均勻的。,22,2、 壓力的測量與變送,由上述可如，彈簧管自由端將隨壓力的增大而向外伸張。反之若管內(nèi)壓力小于管外壓力，則自由端將隨負壓的增大而向內(nèi)彎曲。所以，利用彈簧管不僅可以制成壓力表，而且還可制成真空表或壓力真空表。 彈簧管壓力表除普通型外，還有一些是具有特殊用途的，例如耐腐蝕的氨用壓力表、禁油的氧用壓力表等。為了能表明具體適用何種特殊介質(zhì)的壓力測量，常在其表殼、襯圈或表盤上涂以規(guī)定的色標，并注有特殊介質(zhì)的名稱，使用時應予以注意。,23,2、 壓力的測量與變送,（2）應變式壓力變送器 應變式變送器以是以電為能源，它利用應變片作為轉(zhuǎn)換元件，將被測壓力轉(zhuǎn)換

15、成應變片電阻值的變化，然后經(jīng)過橋式電路得到毫伏級的電量輸出，供顯示儀表顯示被測壓力或經(jīng)放大電路轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一標準信號后，再傳送到記錄儀和調(diào)節(jié)器等儀表。 應變片有金屬電阻絲應變片(金屬絲粘貼在襯底上組成的元件)和半導體應變片兩類。 根據(jù)電阻應變原理，應變片在壓力作用下產(chǎn)生彈性變形dL/L(即應變e) ，其電阻值隨之發(fā)生變化。如果已如應變片的電阻變化與其變形(即應變)的關系，那么，通過對應變片電阻變化的測量就可測知被測壓力。,24,2、 壓力的測量與變送,25,2、 壓力的測量與變送,（3）單晶硅諧振式傳感器 諧振式傳感器是采用超精細加工工藝在單晶硅材料上制成兩個完全一致的H型諧振梁，并以一定的頻率產(chǎn)

16、生振動。其諧振頻率取決于梁的長度及張力，而張力隨壓力的變化而變化，實現(xiàn)了壓力變化轉(zhuǎn)換成頻率信號的變化，并采用了頻率差分技術，將兩個頻率信號直接輸出到脈沖計數(shù)器。從而使傳感器具有誤差小，重復性好、分解能力和反應靈敏度高、直接輸出數(shù)字信號等特點。由于傳感器良好的特性，可使變送器幾乎不受靜壓和溫度的影響，而且具有優(yōu)良的過壓性能和范圍較寬的量程。,26,2、 壓力的測量與變送,27,2、 壓力的測量與變送,（4）電容式傳感器,28,原理：P變化 C 電流的變化,2、 壓力的測量與變送,壓力表的選用應根據(jù)工藝生產(chǎn)過程對壓力測量的要求，被測介質(zhì)的性質(zhì)，現(xiàn)場環(huán)境條件等來考慮儀表的類型、量程和精度等級。并確定是否需要帶有遠傳、報警等附加裝置。這樣才能達到經(jīng)濟、合理和有效的目的。 1類型的選用 儀表類型的選用必須滿足工蘭生產(chǎn)的要求。例如是否需要遠傳變送、 自動記錄或報警；被測介質(zhì)的物理化學性質(zhì) (如腐蝕性、溫度高低、粘度大小、臟污程度、 易燃易爆等)是否對儀表提出特殊要求；現(xiàn)場環(huán)境條件 (如高溫、電磁場、振動等)對儀表有否特殊要求等。 普通壓力表的彈簧管材料多采用銅合金，高壓的也有采用碳鋼，而氨用壓力表