仪表基础知识培训教材.pptx
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1、2024/8/10周六1 马跃辉马跃辉2024/8/10周六2仪表及自动化的基本知识n培训内容:培训内容:n1、仪表概述、仪表概述n2、仪表基础知识、仪表基础知识n3、现场仪表、现场仪表n4、控制仪表、控制仪表n1.1目的和意义2024/8/10周六3n在化工等连续性生产设备上,配备一些自动化装置,代在化工等连续性生产设备上,配备一些自动化装置,代替操作人员的部分直接劳动,使生产在不同程度上自动替操作人员的部分直接劳动,使生产在不同程度上自动地进行,称为化工自动化。地进行,称为化工自动化。n实现化工自动化的目的是:实现化工自动化的目的是:1.加快生产速度,降低生产成本,加快生产速度,降低生产成
2、本,提高产品数量和质量提高产品数量和质量。2.降低劳动强度,改善劳动成本。降低劳动强度,改善劳动成本。3.确保生产安全。确保生产安全。2024/8/10周六4n化工仪表及自动化,最早出现在四十年代,那时的仪表体积大,精度低。n六十年后半期,随着半导体和集成电路的进一步发展,自动化仪表便向着小体积、高性能的方向迅速发展,并实现了用计算机作数据处理的各种自动化方案。n七十年代以来,仪表和自动化技术又有了迅猛的发展,新技术、新产品层出不穷,多功能组装式仪表也投入运行,特别是微型计算机的发展,在化工自动化技术工具中发挥了巨大作用。n1975年出现了以微处理器为基础的过程控制仪表:集中分散型控制系统,把
3、自动化技术推到了一个更高的水平。电子技术、计算机技术的发展,也促进了常规仪表的发展,新型的数字仪表,自动化仪表,程序控制器,调节器等也不断投入使用。1.2仪表概述2024/8/10周六5工业自动化仪表重点发展基于现场总线技术的主控系统装置及智能化仪表、特种和专用自动化仪表;全面扩大服务领域,推进仪器仪表系统的数字化、智能化、网络化,完成自动化仪表从模拟技术向数字技术的转变,5年内数字仪表比例达到60%以上;1.3仪表及自动化的发展趋势2.1过程参数检测基本概念n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。n检测仪表检测仪表-将检测元件、变送器及显示装置
4、统称为检测仪表。n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,即为检测元件。n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。2024/8/10周六62.2检测仪表的性能检测仪表的性能2024/8/10周六7仪表的性能指标通常用精确度、变差精确度、变差 、灵敏度、灵敏度、重复性、稳定性、重复性、稳定性、可靠性可靠性来描述。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。测量误差测量误差-在测量过程中测量结果与被测量的真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
5、可靠程值之间会有一定的差值。它反映了测量结果的可靠程度。度。2.2检测仪表的性能检测仪表的性能2024/8/10周六81.精确度精确度又称精度,指的是仪表测量值与真值接近的准确程度,与误差相对而言,通常用相对百分误差表示。精确度是仪表的一个很重要质量指标,常用精度等级来规范和表示。精度等级就是最大相对误差去掉正负号和,按国家统一规定划分的等级有0.005,0.02,0.05,0.1,0.2,0.25,0.35,0.5,1.0,1.5,2.5,4等。仪表精度等级一般都标志在仪表标尺或标牌上,如等,数字越小,说明精度越高。0.52.2检测仪表的性能检测仪表的性能2024/8/10周六92.指示变差
6、指示变差变差指的是仪表被测变量(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,或是说仪表在外部条件保持不变情况下,被测参数由小到大变化和由大到小变化不一致的程度,两者之差即为仪表的变差。变差产生主要原因是仪表传动机构的间隙,运动部件的摩擦,弹性元件的滞后等,现在随着电子技术发展,这些原因将越来越少,特别是智能仪表中,变差作为仪表性能指标已是不重要的对象了。2.2检测仪表的性能检测仪表的性能2024/8/10周六103.重复性重复性重复性是指在不同测量条件下,如不同方法,不同观测者,在不同的测量环境对同一被测的量进行检测时,得到测量结果的一致程度。与变差相反,随着智能仪表的发
7、展,重复性将成为仪表的重要性能指标。2.2检测仪表的性能检测仪表的性能4.稳定性稳定性n在规定工作条件下,仪表某些性能随时间保持不变的能力称未稳定性。仪表稳定性在我们化工仪表中是一个需重点关心的指标,由于化工企业的环境比较恶劣,压力、稳定及腐蚀性因素会使仪表部件随应用时间变长而保持稳定能力降低,仪表稳定性也会下降。2024/8/10周六112.2检测仪表的性能检测仪表的性能5.可靠性可靠性n仪表可靠性是化工企业仪表专业重点关心的另一重要性能指标,仪表可靠性和仪表维护量是成反比的,仪表可靠,则仪表维护量就小。通常用平均无故障时间(MTBF)来描述仪表可靠性,MTBF越大,仪表可靠性越高。2024
8、/8/10周六122.2检测仪表的性能检测仪表的性能2024/8/10周六136.灵敏度与反应时间灵敏度与反应时间n灵敏度灵敏度:测量的反应时间:测量的反应时间n反应时间反应时间:显示值变化相显示值变化相对于实际值变化的滞后时间。对于实际值变化的滞后时间。被测变量被测变量仪仪表表显显示示值值2.3检测系统的构成图检测系统的构成图2024/8/10周六14被被测测参参数数敏敏感感元元件件信信号号变变换换信信号号传传输输信信号号测测量量显示显示记录记录控制控制+-A/DPLC2.4仪表的分类仪表的分类自动化控制仪表可简单的分为自动化控制仪表可简单的分为n检测仪表检测仪表n显示仪表显示仪表n控制仪表
9、控制仪表n执行器执行器2024/8/10周六15检测仪表分为:n流量仪表n压力仪表n液位仪表n温度仪表n成分分析仪表2024/8/10周六162.4.1仪表的分类之检测仪表仪表的分类之检测仪表2.4.2仪表的分类之显示仪表仪表的分类之显示仪表显示仪表分为:n指示仪n记录仪n信号报警器n屏幕显示器2024/8/10周六172.4.3仪表的分类之控制仪表仪表的分类之控制仪表n可编程控制器n计算机控制系统n分散控制系统n总线控制系统2024/8/10周六182.4.4仪表的分类之执行器仪表的分类之执行器n调节阀n变频器2024/8/10周六192.5常用仪表信号(1)重点n仪表常用的电信号包括:仪表
10、常用的电信号包括:n420mADC信号n15VDC信号n脉冲信号nRTD(热电阻)PT100信号nmV信号(热电偶)2024/8/10周六202.5常用仪表信号(2)重点n常见的调节阀气源信号:n20-100KPan40-200KPan80-240KPan气缸阀气源压力一般不低于气缸阀气源压力一般不低于450KPa2024/8/10周六212.6仪表位号的表示方法n在测量、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:2
11、024/8/10周六222.6PI图中常见的仪表字母含义(1)2024/8/10周六23字母第一位字母后继字母被测变量修饰词读出功能输出功能修饰词A分析报警B烧嘴、火焰供选用供选用供选用C电导率控制D密度差E电压(电动势)检测元件F流量比(分数)G供选用视镜、观察H手动高I电流显示J功率扫描K时间、时间程序变化速率操作器L物位灯低M水分或湿度瞬动中、中间2.6PI图中常见的仪表字母含义(1)2024/8/10周六24O供选用节流孔P压力、真空连接点、测试点Q数量积算、累计R核辐射记录S速度、频率安全开关、联锁T温度传送U多变量多功能多功能多功能V振动、机械监视阀、阀门、百叶窗W重量、力X未分类
12、X轴未分类未分类未分类Y事件、状态Y轴继动哭、计算器、转换器Z位置、尺寸Z轴驱动器、执行机构未分类的最终执行元件示例n对于对于FIC7301中字母按以上表格说明应中字母按以上表格说明应表示为仪表测量为流量,带指示、控制表示为仪表测量为流量,带指示、控制功能;功能;nLIHH7301表示为液位指示且带有高高表示为液位指示且带有高高限联锁控制、报警。限联锁控制、报警。2024/8/10周六252.7PI图中的一部分2024/8/10周六263.13.1压力仪表压力仪表n压力的概念n单位及换算n压力仪表n压力变送器2024/8/10周六272024/8/10周六281、大气压:地球表面上的空气柱因重
13、力而产生的压力。它和所处的海拔高度、纬度及气象状况有关。2、差压(压差):两个压力之间的相对差值。3、绝对压力:介质(液体、气体或蒸汽)所处空间的所有压力。绝对压力是相对零压力而言的压力。4、表压力(相对压力):如果绝对压力和大气压的差值是一个正值,那么这个正值就是表压力,即表压力=绝对压力-大气压0。5、负压(真空表压力):和“表压力“相对应,如果绝对压力和大气压的差值是一个负值,那么这个负值就是负压力,即负压力=绝对压力-大气压0。3.1.13.1.1压力的一些概念压力的一些概念(重点)2024/8/10周六293.1.2压力的表示压力的表示压力的表示和分类:压力的表示和分类:n绝对压力绝
14、对压力n单位面积所受到的力单位面积所受到的力n相对压力(表压)相对压力(表压)n绝对压力与大气压之差绝对压力与大气压之差n真空度真空度n大气压与绝对压力之差大气压与绝对压力之差绝绝对对压压力力绝对绝对压力压力真空度真空度表压表压标准大气压标准大气压2024/8/10周六303.1.33.1.3压力单位及换算压力单位及换算(重点)压强(俗称压力):压强(俗称压力):单位面积所受到的垂直作用力。单位面积所受到的垂直作用力。工程上的工程上的“压力压力”与力学中的与力学中的“压力压力”不表示同一个概不表示同一个概念。念。1Mpa=1000Kpa=10.1972Kgf/cm2=10bar=145.038
15、lb/in2=7500.62mmHg=10.1972*104mmH2O=9.86927atm注:注:lb/in2(磅磅/平方英寸平方英寸英制压强单位英制压强单位)2024/8/10周六313.1.4压力仪表压力仪表现场压力表,从表盘直径看最常见的有60mm,100mm,150mm三种规格。从接口看最常见的有M20X1.5,1/2NPT,法兰连接(有法兰尺寸和耐压等级要求)2024/8/10周六32电接点压力表一般有双节点作为报警、或启泵的条件。3.1.4压力仪表压力仪表2024/8/10周六333.1.4压力仪表压力仪表压力变送器压力变送器最常见的分为电容式压力变送器和单晶硅压力变送器。其它还
16、有扩撒硅压力变送器。目前主流压力变送器主流几乎都采用了智能协议。电容式压力变送器电容式压力变送器:采用结构简单、坚固耐用且极稳定的可变电容形式,可变电容由压力腔上的膜片和固定在其上的绝缘电极所组成,当感受到压力变化时,膜片要产生微微的翘曲变形,从而改变了两极的间距,采用独特的检测电路测电容的微小变化,并进行线性处理和温度补偿。传感器输出与被测压力成正比的直流电压或电流信号。精巧的结构、高性能的材料及先进的检测电路的完美结合,赋予了电容式压力变送器以很高的性能。2024/8/10周六34单晶硅谐振式传感器:是一块单晶硅芯片上采用微电子机械加工技术,在单晶硅芯片上制成两个完全一致的H形状的谐振梁,
17、并以一定的频率产生振动。其谐振频率取决于梁的长度和张力,其梁的长度已经确定,而张力是随压力变化而变化。从而把压力的变化转换成频率的变化,对差压采用频率差分技术,并将频率差信号直接输出到CPU进行运算和A/D转换。单晶硅谐振式压力变送器1、精度高2、稳定性好3、静压特性好4、具有良好的单向受压特性5、具有较宽的测量范围6、方便的组态能力和自诊断功能2024/8/10周六35差压变送器差压变送器一般使用来测量阻力、液位或者与流量节流元件配套使用测量流量仪表。该类型仪表往往与三阀组或者五阀组配套使用。目前国内应用三阀组较为普遍。对于三阀组类型的仪表有一个开关投用程序。投用三阀组:开正压阀,再关平衡阀
18、,再开负压阀;关闭三阀组:关负压阀,打开平衡阀,关正压阀。2024/8/10周六36最具有代表性的压力变送器:1、EJA川仪横河(重庆川仪),通讯时叠加Brain或Hart协议的数字信号。2、Rosemount(中国北京远东)通讯时叠加Hart协议的数字信号。通讯时有专用的手操器,可以在主控室、现场进行仪表的组态。3.1.4压力仪表压力仪表压力变送器压力变送器艾默生公司生产的375手操器2024/8/10周六373.1.4压力仪表压力仪表压力开关压力开关压力开关压力开关1、压力开关是一种简单的(压力控制装置),当被测压力达到额定值时,压力开关可发出(警报或控制)信号。2、压力开关的工作原理是:
19、当被测压力超过额定值时,弹性元件的自由端(产生位移),直接或经过比较后推动(开关元件),改变(开关元件)的通断状态,达到控制被测压力的目的。3.压力开关采用的弹性元件有(单圈弹簧管)、(膜片)、(膜盒)及(波纹管)等。开关元件有(磁性开关)、(水银开关)、(微动开关)等。4.压力开关的开关形式有(常开式)和(常闭式)两种。5、压力开关的调节方式有(两位式)和(三位式)两种。6.压力开关的参数可调,依实际使用压力范围调节2024/8/10周六383.2温度仪表温度仪表玻璃管温度计双金属温度计压力式温度计热电阻热电偶温度变送器温度开关非接触式温度计2024/8/10周六39温度是表征物体冷热程度的
20、物理量。温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量,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。3.2.1温度的概念2024/8/10周六40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,每第分为报氏1度,符号为F。摄氏温度()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,每第分为报氏1度,符号为。摄氏温度值t和华氏温度值tF有如下关系如下关系:3.2.2温标的换算(1)2024/8/10周六41热力学温标又称
21、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。3.2.2温标的换算(2)2024/8/10周六42玻璃管温度计:玻璃管温度计:这种温度表非常简单、普通。目前高精度的往往使用在仪表校验间实验室内。由于价格便宜,目前工厂内还有应用。3.2.3温度仪表-玻璃管温度计2024/8/10周六43由于两种金属的热膨胀系数不同,双金属片在温度改变时,两面的热胀冷缩程度不同,因此在不同的温度下,其弯曲程度发生改变。利用这一原理,制成温度计叫双金属温度计双金属温度计。双金属温度计双金属温度计3.2.3温度仪表-双金属温度计2024/8/10周六44压力式温度计压力式温度计压力表式温
22、度计的测量原理压力表式温度计是根据在封闭容器中的液体、气体或低沸点液体和饱和蒸汽,受热后体积膨胀或压力变化这一原理而制作的,并用压力来测量这种变化,从而测得温度3.2.3温度仪表-压力式温度计2024/8/10周六45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确度是最高的,它不仅广泛应用于工业测温,而且被制成标准的基准仪。热电阻测温原理:热电阻测温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。热电阻大都由纯金属材料制成,目前应用最多的是铂和铜。3.2.3温度仪表-热电阻(常用)2024/8/10周六46热电偶是中高温区最
23、常用的一种温度检测元件。它的主要特点是测量精度高,性能稳定。它不仅广泛应用于工业测温,而且被制成标准的基准仪。热电偶的工作原理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。当导体A和B的两个执着点1和2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个大小的电流,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。热电偶按材料分最常用的为K型(4.096mV)K镍铬-镍硅-200-+1000,E型(6.319mV),镍铬铜镍-200-+700。3.2.3温度仪表-热电偶(常用)2024/8/10周六47如图所示,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
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