1、化工仪表知识讲解造气车间1、绪论仪表是实现工业生产过程自动化的重要工具，它应用广泛。在自动控制系统中，过程检测仪表将被控变量转换成电信号或气信号，去进行显示、记录、调节等单元，从而实现生产过程的自动化，使之达到我们预期的要求。仪表是操作人员的眼睛和手臂，操作人员通过 检测仪表获得设备、工艺的特定信号，观察、分析、判断设备内的运行状况，并通过控制和执行机构来调整工艺参数，调控设备运行到最佳状况。从而对生产过程进行监测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目标的综合性技术。本课件将简要介绍各种仪表的原理、构造、使用方法，使大家能对常用仪表有一个大致的了解。2、
2、仪表的分类一、自动仪表的分类：自动化仪表可简单地分为 检测仪表、显示仪表、控制仪表、执行器四大类 。检测仪表：用来感受生产过程中压力、流量、物位、温度等参数变化的元件。 变送器的作用是将测量元件得到的信号转换为一定的标准信号，送往显示仪表或调节仪表进行显示、记录或调节。显示仪表：能将生产过程中各种参数进行指示、记录或累计的仪表。 可分模拟式、数字式、图像显示三种。控制仪表：即调节器， 主要是将被调参数测量值与给定值之间的差值，按一定的数学关系，转换为调节作用，施加于对象，以校正由于扰动而引起的偏差。2、仪表的分类执行器：执行器接受调节器送来的控制信号，改变被调介质的流量，从而把被调参数维持在所
3、要求的范围内，是自动调节系统中一个重要的组成部分。LC2、仪表的分类流流量量压压力力物物位位可燃可燃火灾火灾工业工业电视电视温温度度成成分分检测仪 表显 示 仪 表 控制 仪 表气动气动单元单元组合组合仪表仪表电动电动单元单元组合组合仪表仪表基地基地式调式调节器节器可编可编程调程调节器节器可编可编程控程控制器制器PLC分散分散控制控制系统系统DCS安全安全控制控制系统系统FSC执 行器气动调气动调节阀节阀电动调电动调节阀节阀液动调液动调节阀节阀指指示示仪仪记记录录仪仪累累计计器器信信号号报报警警器器屏屏幕幕显显示示器器3、仪表基础知识绝对误差 ：测量值与真实值之差，称为绝对误差相对误差 ：绝对
4、误差与被测量真实值比值的百分数为相对误差。引用误差：所谓引用误差就是测量仪表在量程范围内某一点 的绝对误差与其量程的比值的百分数，就称为仪表在该点示值的 引用误差。精确度： 测量值与实际值的差异程度，表示测量误差的大小。相 对误 差 绝对误 差真 实值X100仪 表引用 误 差该 点的 绝对误 差量 程X100精确度 测 量 值 实际值量 程 X1003、仪表基础知识除以上的性能指标外，还用以下的质量指标来衡量测量仪表的好坏。允许误差：依据仪表使用要求，在一个正常情况下允许的最大误差，精度等级：按国家统一规定的允许误差划分成若干等级，仪表的精度等级与仪表允许误差有关。仪表的精度等级越高，仪表的
5、精确度也越高。灵敏度：数值上等于能引起仪表指针发生动作的被测参数最小变化量。数值仪表用最低量程上最末一位改变一个数表示的量。反应时间：测量仪表能不能尽快反映出参数变化的品质指标，反应时间大，说明仪表需要较长时间才能得出准确的指示。另外还有可靠性、生产需求、经济合理性。4、检测仪表一、温度检测仪表温度测量仪表按测量方式可以分为 接触式和非接触式两大类：通常来说 接触式测温仪表测温仪表比较简单、可靠，测量精度较高；但因测温元件与被测介质需要进行充分的热交换，帮需要一定的时间才能达到热平衡，所以存在测温的延迟现象，同时受耐高温材料的限制，不能应用于很高的温度测量。 接触式测温仪表包括 (1) 膨胀式
6、温度计 (2)热电效应测温（热电偶） (3) 热电阻温度计 等。4、检测仪表非接触式仪表测温是通过热辐射原理来测量温度的，测温元件不需与被测介质接触，测温范围广，不受测温上限的限制，也不会破坏被测物体的温度场，反应速度一般也比较快；但受到物体的发射率、测量距离、烟尘和水气等外界因素的影响，其测量误差较大。 非接触式仪表包括 (1) 辐射式温度计 (2) 光电温度计 (3) 比色温度计 (4) 红外温度计。下面我们主要讲解膨胀式液位计、热电偶、热电阻。4.1温度检测仪表常见的温度测量仪表有：1、膨胀式温度计、膨胀式温度计 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
7、 双金属温度计4.1.1膨胀式温度计双金属温度计是 利用两种膨胀系数不同的金属薄片叠焊在一起制成的测温元件， 结构简单、牢固，可取代部分水银温度计，用于气体、液体及蒸汽的温度测量。其中双金属片的一端为固定端，另一端为自由端。当 t=t0时，两金属片都处于水平位置；当 tt0时，双金属片受热后由于两种金属片的膨胀系数不同而使自由端产生弯曲变形，弯曲的程度与温度的高低成正比。4.1.1膨胀式温度计电熨斗双位调节原理4.1.1膨胀式温度计4.1.2热电偶2、热电偶、热电偶热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一 ，其特点如下：A、 测量精度高 ：因为热电偶偶体直接与被测对象接触，不受中间介质影响。B、
8、 测量范围广 ：常有的热电偶从 501600 均可连续测量，特殊的最低可测到 269 （如：金铁 镍鉻）最高可达 2800 （如：钨铼）。C、 构造简单，使用方便 。热电偶通常是由两种不同金属丝组成，而且不受大小和形状的限制，外有保护套管，用起来非常方便。4.1.2热电偶A、热电偶测温基本原理将两种不同材料的导体或半导体 A和 B焊接起来，构成一个闭合回路，如图：当导体 A和 B的两个接点 t和 t0之间存在温差时，两者之间便产生电动势，因而在回路中形成一定大小的电流，这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。如图所示 :4.1.2热电偶热电偶的一端将 A、 B两种导体连接在一起，
9、置于温度为 t的被测介质中，称为工作端：另一端为自由端，放在温度为 t0的恒定温度下。当工作端的被测介质温度发生变化时，热电势随之发生变化，将热电势送入变送、显示、记录仪表和现在的 DCS等卡件中进行处理，即可获得温度值。当组成热电偶的热电极的材料均匀时，其热电势的大小与热电极本身的长度和直径、大小无关，只与材料的成分及两端的温度有关。所以只要测出热电势的大小，就能判断测点温度的高低。4.1.2热电偶所谓标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系，允许误差并有统一的标准分度表的热电偶，它有配套的仪表供选用。4.1.2热电偶普通型装配式结构通常由热电极、绝缘材料、保护套管和接线盒等主要部分
10、构成。 绝缘材料通常采用带孔的耐高温陶瓷管，热电极从陶瓷管的孔中穿过。保护套管的材料应具有耐高温、耐腐蚀、气密性好、机械强度高、热导率高等性能，目前有金属、非金属、金属陶瓷 3类，其中不锈钢是常用的一种，可用于温度在 900 以下的场合。4.1.2热电偶铠装热电偶 是由热电偶丝、绝缘材料和金属套管三者经拉伸加工而成的组合体，可做的很细很长， 可任意弯曲。 套管材料一般为铜、不锈钢或镍基高温合金等，热电极与套管间填满绝缘材料粉末，常用绝缘材料为氧化镁、氧化铝等。铠装热电偶特点：测量端热容小，动态响应快，机械强度高，扰性好。铠装热电偶广泛应用于工业部门。4.1.3热电阻3、热电阻、热电阻热电偶温度
11、计，其感受温度的一次元件是热电偶，一班适用于测量 500C 以上的较高温度， 对于在500 以下的中低温， 由于输出的热电势很小，利用热电偶进行测量就不一定适当， 一般用热电阻温度计来进行温度的测量。热点阻的特点：在 低温端测量精度高、性能稳定，便于远距离传输和集中控制 。缺点：感温元件存在传感滞后，连接导线线路电阻受环境温度影响。工作原理：热电阻测量是 基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加 这一特性来进行温度测量的，要求阻丝在整个测量范围内具有稳定的理化性质，而且电阻和温度之间的关系复现性要好。4.1.3热电阻一、金属热电阻（大多数具有正的热阻温度系数，温度升高电阻值增大，一般温度每升高
12、1 ，电阻值约增加 4%6%）二、半导体热敏电阻（大多具有负温度系数，温度每升高 1 ，电阻约减少 2%6%）工业上常用的为 铂电阻和铜电阻。 铂电阻适用于 0650C 的范围。铜电阻适用于 -50+150C容易加工和提纯，线性较好，价格便宜。4.1.3热电阻热电阻电阻体（最主要部分）绝缘套管保护套管 接线盒 一般是将电阻丝绕在云母或石英、 陶瓷、 塑料等绝缘骨架上固定后套上保护套管， 在热电阻丝与套管间填上导热材料即成。热电阻结构形式：普通型、铠装型、专用型。铠装型热电阻与铠装热电偶相似。铠装型热电阻4.1.4测温元件的安装要求插入深度要求测量端应有足够的插入深度，应使保护套管的测量端超过管
13、道中心线一定距离， 热电偶 510mm。铂电阻 5070mm，插入方向要求保证测温元件与流体充分接触，最好是迎着被测介质流向插入，正交 90 也可，但 切勿与被测介质形成顺流。流体流 动 方向4.1.4测温元件的安装要求若工艺管道过小（直径小于 80mm），安装测温元件应安装扩大管 ，如图所示。热电偶或热电阻的接线盒的 出线孔应朝下，以免积水及灰尘等造成接触不良 ，防止引入干扰信号。检测元件应 避开热辐射强烈影响 处。要密封安装孔，避免 被测介质溢出或冷空气吸入而引入误差 。按照规定的型号配用热电偶的补偿导线， 注意热电偶的正、负极与补偿导线的正、负相连接 ，不要接错。导线应 尽量避免有接头
14、，应有良好的绝缘。4.1.4温度仪表的选择 就地温度仪表在满足测温范围、工作压力、精度要求下，首选 双金属温度计。 温度检测元件的选择热电偶适合一般场合、工况温度比较高的场合。热电阻适合要求测量精度高，中低温段，无振动场合。 根据环境条件选择温度计接线盒 普通式条件较好的场所。防溅式条件较好的场所，主要是放水。防暴式易燃、易爆的场所。 特殊的场合的温度计如：轴承、电机绕组、炼钢时钢水温度等。 保护管的选择。根据使用的环境选择不同的保护管 。 4.2、压力检测仪表一、压力测量基础绝对压力：指被测介质作用在容器单位面积上的全部压力。P绝 P气 P表表压：绝对压力与大气压力之差，称为表压。P表 P绝
15、 P气负压：当绝对压力值小于大气压力值时，表压力为负值。 P负真空度：负压力的绝对值，称为真空度。 P真P真 P大气压力 P绝对压力P绝P表P真P绝大气 压 力 线4.2、压力检测仪表测压仪表大致分为四大类： 液柱式压力计 ，它是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的。 弹性式压力计 ，它是将被测压力转换成弹性元件变形位移进行测量的。 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来进行测量的仪表。 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砝码的质量来进行测量的。下面我们主要讲解弹簧管压力表、液柱式压力表和电容压力变送器。4.2.1、弹簧管压力表弹簧管压力表的测量范围极广，品种规格繁多。其外形与结构基本相同，只是所用材质有所不同。结构及原理如图所示，弹簧管 1是压力表的测量元件，图中为单圈弹簧管，它是一根弯成270 圆弧的椭圆界面的空心金属管子。管子的自由端 B封闭，管子的另一端固定在结头 9上。当通入被测的压力 P后，圆弧形的弹簧管也随之产生向外挺直的扩张变形。由于变形，使弹簧管的自由端产生位移。输入压力 P越大，产生的变形也越大。也就是说测得自由端的位移，就能反映压力 P的大小。这就是弹簧管压力表的基本测量原理。4.2.1、弹簧管压力表弹簧管压力表动作原理4.2.1、弹簧管压力表电远传弹性压力表
