化工仪表及自动化ppt课件完整版(第三版 厉玉鸣).ppt

化工仪表及自动化,绪论,图书信息,化工仪表及自动化（第三版）厉玉鸣主编教育部高职高专规划教材化工类专业适用化学工业出版社教材出版中心,1,内容提要,化工自动化的意义及目的 化工自动化的发展概况 化工仪表及自动化系统的分类,2,化工自动化的意义及目的,加快生产速度、降低生产成本、提高产品产量和质量。 减轻劳动强度、改善劳动条件。能够保证生产安全，防止事故发生或扩大，达到延长设备使用寿命，提高设备利用率、保障人身安全的目的。 生产过程自动化的实现，能根本改变劳动方式，提高工人文化技术水平，以适应当代信息技术革命和信息产业革命的需要。,3,化工自动化的发展情况,20世纪40年代以前绝大多数化工生产处于手工操作状况，操作工人根据反映主要参数的仪表指示情况，用人工来改变操作条件，生产过程单凭经验进行。低效率，花费庞大。20世纪50年代到60年代人们对化工生产各种单元操作进行了大量的开发工作，使得化工生产过程朝着大规模、高效率、连续生产、综合利用方向迅速发展。,4,化工自动化的发展概况,20世纪70年代以来，化工自动化技术水平得到了很大的提高20世纪70年代，计算机开始用于控制生产过程，出现了计算机控制系统20世纪80年代末至90年代，现场总线和现场总线控制系统得到了迅速的发展,5,化工仪表及自动化系统的分类,按功能不同，分四类： 检测仪表 (包括各种参数的测量和变送) 显示仪表 (包括模拟量显示和数字量显示) 控制仪表 (包括气动、电动控制仪表及数字式控制器) 执行器(包括气动、电动、液动等执行器),图0-1 各类仪表之间的关系,6,化工仪表及自动化系统的分类,1.自动检测系统,利用各种仪表对生产过程中主要工艺参数进行测量、指示或记录的部分。,图0-2 热交换器自动检测系统示意图,7,化工仪表及自动化系统的分类,对被测变量作出响应,把它转换为适合测量的物理量。,对检测元件输出的物理量信号作进一步信号转换,将检测结果以指针位移、数字、图像等形式,准确地指示、记录或储存。,8,化工仪表及自动化系统的分类,2.自动信号和联锁保护系统,对某些关键性参数设有自动信号联锁保护装置，是生产过程中的一种安全装置。,9,化工仪表及自动化系统的分类,3.自动操纵及自动开停车系统,自动操纵系统可以根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行某种周期性操作。,自动开停车系统可以按照预先规定好的步骤,将生产过程自动地投入运行或自动停车。,10,化工仪表及自动化系统的分类,4.自动控制系统,对生产中某些关键性参数进行自动控制,使它们在受到外界干扰的影响而偏离正常状态时,能自动地调回到规定的数值范围内。,11,本学科的作用,通过本门课程的学习,应能了解主要工艺参数 (温度、压力、流量及物位)的检测方法及其仪表的工作原理及特点; 能根据工艺要求,正确地选用和使用常见的检测仪表及控制仪表; 能了解化工自动化的初步知识,理解基本控制规律,懂得控制器参数是如何影响控制质量的;,12,本学科的作用,能根据工艺的需要,和自控设计人员共同讨论和提出合理的自动控制方案; 能为自控设计提供正确的工艺条件和数据; 能在生产开停车过程中,初步掌握自动控制系统的投运及控制器的参数整定; 能了解检测技术和控制技术的发展趋势和最新发展动态。,13,END,化工仪表及自动化,第一章 检测仪表基本知识,内容提要,测量过程与测量误差 测量仪表的品质指标 测量系统中的常见信号类型 检测系统中信号的传递形式检测仪表与测量方法的分类化工检测的发展趋势,1,测量过程与测量误差,测量是用实验的方法,求出某个量的大小。,测量实质：是将被测参数与其相应的测量单位进行比较的过程。,2,测量过程与测量误差,测量误差：由仪表读得的被测值 (测量值)与被测参数的真实值之间的差距。,3,测量过程与测量误差,绝对误差,xI：仪表指示值, xt：被测量的真值,相对误差,4,检测仪表的品质指标,5,1.测量仪表的准确度（精确度）,说明：仪表的测量误差可以用绝对误差来表示。但是，仪表的绝对误差在测量范围内的各点不相同。因此，常说的“绝对误差”指的是绝对误差中的最大值max。,检测仪表的品质指标,相对百分误差,允许误差,6,检测仪表的品质指标,7,检测仪表的品质指标,8,解 该仪表的相对百分误差为,如果将该仪表的去掉“”号与“”号，其数值为0.8。由于国家规定的精度等级中没有0.8级仪表，同时，该仪表的误差超过了0.5级仪表所允许的最大误差，所以，这台测温仪表的精度等级为1.0级。,检测仪表的品质指标,9,仪表的准确度等级是衡量仪表质量优劣的重要指标之一。,准确度等级数值越小，就表征该仪表的准确度等级越高，仪表的准确度越高。工业现场用的测量仪表，其准确度大多在0.5级以下。,仪表的精度等级一般可用不同的符号形式标志在仪表面板上。,检测仪表的品质指标,注意,在工业上应用时,对检测仪表准确度的要求,应根据生产操作的实际情况和该参数对整个工艺过程的影响程度所提供的误差允许范围来确定,这样才能保证生产的经济性和合理性。,10,检测仪表的品质指标,2.检测仪表的恒定度,变差是指在外界条件不变的情况下，用同一仪表对被测量在仪表全部测量范围内进行正反行程（即被测参数逐渐由小到大和逐渐由大到小）测量时，被测量值正行和反行所得到的两条特性曲线之间的差值。,图1-1 测量仪表的变差,11,仪表的变差不能超出仪表的允许误差，否则应及时检修。,检测仪表的品质指标,12,3.灵敏度与灵敏限,仪表的灵敏度是指仪表指针的线位移或角位移，与引起这个位移的被测参数变化量的比值。即,式中，S为仪表的灵敏度；为指针的线位移或角位移；x为引起所需的被测参数变化量。,仪表的灵敏限是指能引起仪表指针发生动作的被测参数的最小变化量。通常仪表灵敏限的数值应不大于仪表允许绝对误差的一半。,检测仪表的品质指标,13,4.反应时间,反应时间就是用来衡量仪表能不能尽快反映出参数变化的品质指标。反应时间长，说明仪表需要较长时间才能给出准确的指示值，那就不宜用来测量变化频繁的参数。,仪表反应时间的长短，实际上反映了仪表动态特性的好坏。,检测仪表的品质指标,14,5.线性度,线性度是表征线性刻度仪表的输出量与输入量的实际校准曲线与理论直线的吻合程度。通常总是希望测量仪表的输出与输入之间呈线性关系。,图1-2 线性度示意图,式中，f为线性度（又称非线性误差）；fmax为校准曲线对于理论直线的最大偏差（以仪表示值的单位计算）。,检测仪表的品质指标,6.重复性,重复性表示检测仪表在被测参数按同一方向作全量程连续多次变动时所得标定特性曲线不一致的程度。若标定的特性曲线一致,重复性就好,重复性误差就小。,图1-3 重复性示意图,15,检测系统中的常见信号类型,作用于检测装置输入端的被测信号，通常要转换成以下几种便于传输和显示的信号类型,1.位移信号2.压力信号3.电气信号4.光信号,16,检测系统中信号的传递形式,1. 模拟信号,在时间上是连续变化的, 即在任何瞬时都可以确定其数值的信号。,2. 数字信号,数字信号是一种以离散形式出现的不连续信号,通常用二进制数“0”和“1”组合的代码序列来表示。,3. 开关信号,用两种状态或用两个数值范围表示的不连续信号。,17,检测仪表与测量方法的分类,1.检测仪表的分类,依据所测参数的不同,可分成压力 (包括差压、负压)检测仪表、流量检测仪表、物位 (液位)检测仪表、温度检测仪表、物质成分分析仪表及物性检测仪表等。按表达示数的方式不同,可分成指示型、记录型、讯号型、远传指示型、累积型等。按精度等级及使用场合的不同,可分为实用仪表、范型仪表和标准仪表,分别使用在现场、实验室和标定室。,18,检测仪表与测量方法的分类,2.测量方法的分类,19,检测仪表与测量方法的分类,（1）直接测量,利用经过标定的仪表对被测参数进行测量，直接从显示结果获得被测参数的具体数值的测量方法。,根据被测参数获得方式的不同，直接测量又有偏差法与平衡法（零位法）之分。,除此之外,还有一种将平衡法与偏差法结合起来的微差法,20,检测仪表与测量方法的分类,（2）间接测量,当被测量不宜直接测量时,可以通过测量与被测量有关的几个相关量后,再经过计算来确定被测量的大小。,21,化工检测的发展趋势,1.检测技术的现代化,2.检测仪表的集成化、数字化、智能化,3.软测量技术和虚拟仪器,22,例题分析,1. 某台具有线性关系的温度变送器,其测温范围为 0200,变送器的输出为 420mA。对这台温度变送器进行校验,得到下列数据:,试根据以上校验数据确定该仪表的变差、准确度等级与线性度。,23,解:该题的解题步骤如下。 (1)根据仪表的输出范围确定在各温度测试点的输出标准值x标。任一温度值的标准输出信号(mA)为 例如,当温度为50时,对应的输出应为 其余类推。,24,(2)算出各测试点正、反行程时的绝对误差正与反 ,并算出正、反行程之差变 ,分别填入下表内(计算变时可不考虑符号,取正值)。,25,(3)由上表找出最大的绝对误差max ,并计算最大的相对百分误差max。由上表可知,去掉max的“”号及“%”号后,其数值为0.625 ,数值在0.51.0之间,由于该表的max已超过0.5级表所允许的允,故该表的准确度等级为1.0级。,26,(4)计算变差,由于该变差数值在1.0级表允许的误差范围内,故不影响表的准确度等级。注意若变差数值变max超过了绝对误差max ,则应以变max来确定仪表的准确度等级。,27,(5)由计算结果可知,非线性误差的最大值fmax = 0.10 ,故线性度f为,28,2. 某台测温仪表的测温范围为2001000,工艺上要求测温误差不能大于5,试确定应选仪表的准确度等级。,解:工艺上允许的相对百分误差为,要求所选的仪表的相对百分误差不能大于工艺上的允,才能保证测温误差不大于5,所以所选仪表的准确度等级应为0.5级。当然仪表的准确度等级越高,能使测温误差越小,但为了不增加投资费用,不宜选过高准确度的仪表。,29,END,化工仪表及自动化,第二章 压力检测,内容提要,压力单位及测压仪表弹性式压力计弹性元件弹簧管压力表电气式压力计应变片式压力传感器压阻式压力传感器电容式压力传感器,1,内容提要,智能式变送器智能变送器的特点智能变送器的结构原理压力计的选用及安装压力计的选用压力计的安装,2,概述,3,在化工生产中, 压力是指由气体或液体均匀垂直地作用于单位面积上的力。,在工业生产过程中,压力往往是重要的操作参数之一。,压力的检测与控制,对保证生产过程正常进行,达到高产、优质、低消耗和安全是十分重要的。,第一节 压力单位及测压仪表,压力是指均匀垂直地作用在单位面积上的力。,压力的单位为帕斯卡，简称帕（Pa）,4,第一节 压力单位及测压仪表,为了使大家了解国际单位制中的压力单位（Pa或MPa）与过去的单位之间的关系，下面给出几种单位之间的换算关系表。,5,6,表3-1 各种压力单位换算表,第一节 压力单位及测压仪表,7,在压力测量中，常有表压、绝对压力、负压或真空度之分。,当被测压力低于大气压力时，一般用负压或真空度来表示。,第一节 压力单位及测压仪表,8,测量压力或真空度的仪表按照其转换原理的不同，分为四类。,1.液柱式压力计,它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。,优点,这类压力计结构简单、使用方便,缺点,其精度受工作液的毛细管作用、密度及视差等因素的影响，测量范围较窄，一般用来测量较低压力、真空度或压力差。,第一节 压力单位及测压仪表,2.弹性式压力计,它是将被测压力转换成弹性元件变形的位移进行测量的。,3.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（如电压、电流、频率等）来进行测量的仪表。,9,第一节 压力单位及测压仪表,4.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平衡砝码的质量来进行测量的。,优点,缺点,测量精度很高，允许误差可小到0.05%0.02%。,结构较复杂，价格较贵。,10,第二节 弹性式压力计,11,定义,弹性式压力计是利用各种形式的弹性元件，在被测介质压力的作用下，使弹性元件受压后产生弹性变形的原理而制成的测压仪表。,优点,第二节 弹性式压力计,12,一、弹性元件,弹性元件是一种简易可靠的测压敏感元件。当测压范围不同时，所用的弹性元件也不一样。,图2-2弹性元件示意图,弹簧管式弹性元件如图(a)和(b)所示，波纹管式弹性元件如图(e)所示，薄膜式弹性元件如图(c)和(d)所示。,第二节 弹性式压力计,13,二、弹簧管压力表,第二节 弹性式压力计,基本测量原理,单圈弹簧管是一根弯成270圆弧的椭圆截面的空心金属管子。管子的自由端B封闭，另一端固定在接头上。当通入被测的压力p后，由于椭圆形截面在压力p的作用下，将趋于圆形，而弯成圆弧形的弹簧管也随之产生扩张变形。同时，使弹簧管的自由端B产生位移。输入压力p越大，产生的变形也越大。由于输入压力与弹簧管自由端B的位移成正比，所以只要测得B点的位移量，就能反映压力p的大小。,注意：弹簧管自由端B的位移量一般很小，直接显示有困难，所以必须通过放大机构才能指示出来。,14,第二节 弹性式压力计,在化工生产过程中，常需要把压力控制在某一范围内，即当压力低于或高于给定范围时，就会破坏正常工艺条件，甚至可能发生危险。这时就应采用带有报警或控制触点的压力表。将普通弹簧管压力表稍加变化，便可成为电接点信号压力表，它能在压力偏离给定范围时，及时发出信号，以提醒操作人员注意或通过中间继电器实现压力的自动控制。,警惕！,15,第二节 弹性式压力计,压力表指针上有动触点2，表盘上另有两根可调节指针，上面分别有静触点1和4。当压力超过上限给定数值时，2和4接触，红色信号灯5的电路被接通，红灯发亮。若压力低到下限给定数值时，2与1接触，接通了绿色信号灯3的电路。1、4的位置可根据需要灵活调节。,16,第三节 电气式压力计,定义,电气式压力计是一种能将压力转换成电信号进行传输及显示的仪表。,17,第三节 电气式压力计,组成,一般由压力传感器、测量电路和信号处理装置所组成。常用的信号处理装置有指示仪、记录仪以及控制器、微处理机等。,图2-5 电气式压力计组成方框图,18,19,第三节 电气式压力计,一、应变片压力传感器,应变片式压力传感器利用电阻应变原理构成。电阻应变片有金属和半导体应变片两类，被测压力使应变片产生应变。当应变片产生压缩（拉伸）应变时，其阻值减小（增加），再通过桥式电路获得相应的毫伏级电势输出，并用毫伏计或其他记录仪表显示出被测压力，从而组成应变片式压力计。,第三节 电气式压力计,二、压阻式压力传感器,压阻式压力传感器利用单晶硅的压阻效应而构成。 采用单晶硅片为弹性元件，在单晶硅膜片上利用集成电路的工艺，在单晶硅的特定方向扩散一组等值电阻，并将电阻接成桥路，单晶硅片置于传感器腔内。 当压力发生变化时，单晶硅产生应变，使直接扩散在上面的应变电阻产生与被测压力成比例的变化，再由桥式电路获得相应的电压输出信号。,工作原理,20,第三节 电气式压力计,特点,精度高、工作可靠、频率响应高、迟滞小、尺寸小、重量轻、结构简单；,便于实现显示数字化；,可以测量压力，稍加改变，还可以测量差压、高度、速度、加速度等参数。,21,第三节 电气式压力计,三、电容式压力变送器,工作原理,22,先将压力的变化转换为电容量的变化，然后进行测量。,第四节 智能式变送器,智能型压力或差压变送器是在普通压力或差压传感器的基础上增加微处理器电路而形成的智能检测仪表。,23,一、智能变送器的特点,性能稳定,可靠性好,测量精度高,基本误差仅为0.1%。量程范围可达1001 ,时间常数可在036s内调整,有较宽的零点迁移范围。,第四节 智能式变送器,具有温度、静压的自动补偿功能,在检测温度时,可对非线性进行自动校正。具有数字、模拟两种输出方式,能够实现双向数据通讯,可以与现场总线网络和上位计算机相连。可以进行远程通讯,通过现场通讯器,使变送器具有自修正、自补偿、自诊断及错误方式告警等多种功能,简化了调整、校准与维护过程,使维护和使用都十分方便。,24,第四节 智能式变送器,二、智能变送器的结构原理,从整体上来看,由硬件和软件两大部分组成。,从电路结构上来看,包括传感器部件和电子部件两部分。,25,第四节 智能式变送器,图2-9 3051C型智能差压变送器（420mA）方框图,26,第四节 智能式变送器,3051C型智能差压变送器所用的手持通信器为275型，带有键盘及液晶显示器。可以接在现场变送器的信号端子上，就地设定或检测，也可以在远离现场的控制室中，接在某个变送器的信号线上进行远程设定及检测。,27,第四节 智能式变送器,28,第五节 压力计的选用及安装,一、压力计的选用,压力计的选用应根据工艺生产过程对压力测量的要求，结合其他各方面的情况，加以全面的考虑和具体的分析， 一般考虑以下几个问题。,仪表类型的选用,仪表精度级的选取,仪表测量范围的确定,29,第五节 压力计的选用及安装,1.测压点的选择应能反映被测压力的真实大小。, 要选在被测介质直线流动的管段部分，不要选在管路拐弯、分叉、死角或其他易形成漩涡的地方。 测量流动介质的压力时，应使取压点与流动方向垂直，取压管内端面与生产设备连接处的内壁应保持平齐，不应有凸出物或毛刺。 测量液（气）体压力时，取压点应在管道下（上）部，使导压管内不积存气（液）体。,30,二、压力计的安装,第五节 压力计的选用及安装,2.导压管铺设, 导压管粗细要合适，一般内径为610mm，长度应尽可能短，最长不得超过50m，以减少压力指示的迟缓。如超过50m，应选用能远距离传送的压力计。 导压管水平安装时应保证有1:101:20的倾斜度，以利于积存于其中之液体（或气体）的排出。 当被测介质易冷凝或冻结时，必须加设保温伴热管线。 取压口到压力计之间应装有切断阀，以备检修压力计时使用。切断阀应装设在靠近取压口的地方。,31,第五节 压力计的选用及安装,3. 压力计的安装,压力计应安装在易观察和检修的地方。安装地点应力求避免振动和高温影响。,32,第五节 压力计的选用及安装,测量蒸汽压力时，应加装凝液管，以防止高温蒸汽直接与测压元件接触图3-17（a）；对于有腐蚀性介质的压力测量，应加装有中性介质的隔离罐，右图（b）表示了被测介质密度2大于和小于隔离液密度1的两种情况。,33,第五节 压力计的选用及安装,压力计的连接处，应根据被测压力的高低和介质性质，选择适当的材料，作为密封垫片，以防泄漏。当被测压力较小，而压力计与取压口又不在同一高度时，对由此高度而引起的测量误差应按pHg进行修正。式中H为高度差，为导压管中介质的密度，g为重力加速度。为安全起见，测量高压的压力计除选用有通气孔的外，安装时表壳应向墙壁或无人通过之处，以防发生意外。,34,例题分析,解由于往复式压缩机的出口压力脉动较大，所以选择仪表的上限值为 根据就地观察及能进行高低限报警的要求，由本章附录，可查得选用YX-150型电接点压力表，测量范围为060MPa。,35,例题分析,由于 ，故被测压力的最小值不低于满量程的 1/3，这是允许的。另外，根据测量误差的要求，可算得允许误差为 所以，精度等级为1.5级的仪表完全可以满足误差要求。至此，可以确定，选择的压力表为YX-150型电接点压力表，测量范围为060MPa，精度等级为1.5级。,36,例题分析,2. 如果某反应器最大压力为0.6MPa，允许最大绝对误差为0.02MPa。现用一台测量范围为01.6MPa，准确度为1.5级的压力表来进行测量，问能否符合工艺上的误差要求？若采用一台测量范围为01.0MPa，准确度为1.5级的压力表，问能符合误差要求吗？试说明其理由。,解：对于测量范围为01.6MPa，准确度为1.5级的压力表，允许的最大绝对误差为 1.61.5% = 0.024(MPa),37,例题分析,因为此数值超过了工艺上允许的最大绝对误差数值,所以是不合格的。对于测量范围为01.0MPa，准确度亦为1.5级的压力表,允许的最大绝对误差为 1.01.5% = 0.015(MPa) 因为此数值小于工艺上允许的最大绝对误差,故符合对测量准确度的要求,可以采用。 该例说明了选一台量程很大的仪表来测量很小的参数值是不适宜的。,38,END,化工仪表及自动化,第三章 流量检测,内容提要,差压式流量计节流现象与流量基本方程式标准节流装置力矩平衡式差压变送器差压式流量计的测量误差转子流量计工作原理电远传式转子流量计漩涡流量计,1,内容提要,质量流量计直接式质量流量计补偿式质量流量计其他流量计靶式流量计椭圆齿轮流量计涡轮流量计电磁流量计,2,概述,介质流量是控制生产过程达到优质高产和安全生产以及进行经济核算所必需的一个重要参数。,流量大小：单位时间内流过管道某一截面的流体数量的大小，即瞬时流量。,总量：在某一段时间内流过管道的流体流量的总和，即瞬时流量在某一段时间内的累计值。,定义,3,概述,质量流量M,体积流量Q,如以 t 表示时间，则流量和总量之间的关系是,流量计：测量流体流量的仪表。,计量表：测量流体总量的仪表。,4,概述,5,分类,第一节 差压式流量计,差压式（也称节流式）流量计是基于流体流动的节流原理，利用流体流经节流装置时产生的压力差而实现流量测量的。,通常是由能将被测流量转换成压差信号的节流装置和能将此压差转换成对应的流量值显示出来的差压计以及显示仪表所组成。,6,第一节 差压式流量计,一、节流现象与流量基本方程式,1.节流现象,流体在有节流装置的管道中流动时，在节流装置前后的管壁处，流体的静压力产生差异的现象称为节流现象。,节流装置就是在管道中放置的一个局部收缩元件,应用最广泛的是孔板,其次是喷嘴、文丘里管。,7,第一节 差压式流量计,图3-1 孔板装置及压力、流速分布图,8,第一节 差压式流量计,2.节流基本方程式,流量基本方程式是阐明流量与压差之间定量关系的基本流量公式。它是根据流体力学中的伯努利方程和流体连续性方程式推导而得的。,可以看出,9,第一节 差压式流量计,二、标准节流装置,国内外把最常用的节流装置、孔板、喷嘴、文丘里管等标准化，并称为“标准节流装置”。,采用标准节流装置进行设计计算时都有统一标准的规定、要求和计算所需要的通用化实验数据资料。,10,第一节 差压式流量计,1.节流装置的选用,在加工制造和安装方面,以孔板为最简单,喷嘴次之,文丘里管最复杂。造价高低也与此相对应。实际上,在一般场合下,以采用孔板为最多。当要求压力损失较小时,可采用喷嘴、文丘里管等。,11,第一节 差压式流量计,在测量某些易使节流装置腐蚀、沾污、磨损、变形的介质流量时,采用喷嘴较采用孔板为好。在流量值与压差值都相同的条件下,使用喷嘴有较高的测量精度,而且所需的直管长度也较短。如被测介质是高温、高压的,则可选用孔板和喷嘴。文丘里管只适用于低压的流体介质。,12,第一节 差压式流量计,2.节流装置的安装使用, 必须保证节流装置的开孔和管道的轴线同心,并使节流装置端面与管道的轴线垂直。 在节流装置前后长度为两倍于管径(2D)的一段管道内壁上,不应有凸出物和明显的粗糙或不平现象。,13,第一节 差压式流量计, 任何局部阻力 (如弯管、三通管、闸阀等)均会引起流速在截面上重新分布,引起流量系数变化。所以在节流装置的上、下游必须配置一定长度的直管。 标准节流装置 (孔板、喷嘴) ,一般都用于直径D50mm的管道中。 被测介质应充满全部管道并且连续流动。 管道内的流束 (流动状态)应该是稳定的。 被测介质在通过节流装置时应不发生相变。,14,第一节 差压式流量计,三、力矩平衡式差压变送器,变送器是单元组合式仪表中不可缺少的基本单元之一。,所谓单元组合式仪表,这是将对参数的检测及其变送、显示、控制等各部分,分别做成只完成某一种功能而又能各自独立工作的单元仪表 (简称单元,例如变送单元、显示单元、控制单元等)。,15,第一节 差压式流量计,分类,按使用的能源不同,单元组合式仪表有气动单元组合式仪表(QDZ型)和电动单元组合式仪表(DDZ型)。,差压变送器可以将差压信号p转换为统一标准的气压信号或电流信号,可以连续地测量差压、液位、分界面等工艺参数。当它与节流装置配合时,可以用来连续测量液体、蒸汽和气体的流量。,16,第一节 差压式流量计,力矩平衡式差压变送器是一种典型的自平衡检测仪表，它利用负反馈的工作原理克服元件材料、加工工艺等不利因素的影响，使仪表具有较高的测量准确度 (一般为0.5级)、工作稳定、可靠、线性好、不灵敏区小、温度误差小等一系列优点。,17,第一节 差压式流量计,18, DDZ-型差压变送器将差压信号转换为420mA的直流电流信号。,第一节 差压式流量计,该变送器是按力矩平衡原理工作的。根据主、副杠杆的平衡条件可以推导出被测压力p与输出信号I0的关系。,当主杠杆平衡时，应有,将式（3-5）代入式（3-6），有,19,第一节 差压式流量计,将式（3-10）代入式（3-9），得,（3-10）,、 分别为F2及电磁力 离副杠杆十字支撑簧片的距离。,（3-9）,（3-11）,联立式（3-8）与（3-11），得,（3-20）,式中， 为转换比例系数。,20,第一节 差压式流量计,四、差压式流量计的测量误差,在现场实际应用时，往往具有比较大的测量误差，有的甚至高达1020。,21,第一节 差压式流量计,误差产生的原因,被测流体工作状态的变动。节流装置安装不正确。孔板入口边缘的磨损。导压管安装不正确，或有堵塞、渗漏现象差压计安装或使用不正确,到23页,到27页,22,第一节 差压式流量计,23,导压管要正确地安装，防止堵塞与渗漏，否则会引起较大的测量误差。对于不同的被测介质，导压管的安装亦有不同的要求，下面分类讨论。,图3-3 测量液体流量时的取压点位置,第一节 差压式流量计,取压点应该位于节流装置的下半部，与水平线夹角为045。,引压导管最好垂直向下，如条件不许可，导压管亦应下倾一定坡度（至少120110），使气泡易于排出。,在引压导管的管路中，应有排气的装置。,（1）测量液体的流量时，应该使两根导压管内都充满同样的液体而无气泡，以使两根导压管内的液体密度相等。,24,第一节 差压式流量计,25,（2）测量气体流量时，上述的这些基本原则仍然适用。,取压点应在节流装置的上半部。,引压导管最好垂直向上，至少亦应向上倾斜一定的坡度，以使引压导管中不滞留液体。,如果差压计必须装在节流装置之下，则需加装贮液罐和排放阀，如图3-5所示。,（3）测量蒸汽的流量时，要实现上述的基本原则，必须解决蒸汽冷凝液的等液位问题，以消除冷凝液液位的高低对测量精度的影响。常见的接法见图3-6所示。,第一节 差压式流量计,26,第一节 差压式流量计,27,差压计或差压变送器安装或使用不正确也会引起测量误差。,由引压导管接至差压计或变送器前，必须安装切断阀1、2和平衡阀3，如图3-7所示。,测量腐蚀性（或因易凝固不适宜直接进入差压计）的介质流量时，必须采取隔离措施。常用的两种隔离罐形式如图3-8所示。,第一节 差压式流量计,图3-26 隔离罐的两种形式,28,第二节 转子流量计,一、工作原理,29,转子流量计采用的是恒压降、变节流面积的流量测量方法。,图3-9 转子流量计的工作原理图,第二节 转子流量计,30,第二节 转子流量计,31,二、电远传式转子流量计,它可以将反映流量大小的转子高度h转换为电信号，适合于远传，进行显示或记录。,LZD系列电远传式转子流量计主要由流量变送及电动显示两部分组成。,1.流量变送部分,图3-10 差动变压器结构,第二节 转子流量计,32,第二节 转子流量计,33,2.电动显示部分,图3-11 LTD系列电远传转子流量计,第三节 漩涡流量计,精度高、测量范围宽、没有运动部件、无机械磨损、维护方便、压力损失小、节能效果明显。,34,漩涡流量计是利用有规则的漩涡剥离现象来测量流体流量的仪表。,第三节 漩涡流量计,满足hL0.281时，则所产生的涡街是稳定的。由圆柱体形成的卡曼漩涡，其单侧漩涡产生的频率为,35,第四节 质量流量计,定义,直接测量单位时间内所流过的介质的质量,即质量流量M。,优点,质量流量计的最后输出信号只与介质的质量流量M成比例,这就能从根本上提高流量测量的精度,省去了烦琐的换算和修正。,质量流量的基本方程式为,36,第四节 质量流量计,一、直接式质量流量计,图3-14 双孔板差压式质量流量测量示意图,将式(3-19)减去式(3-18),可得,即,37,第四节 质量流量计,38,二、补偿式质量流量计,1.流速-密度补偿法,图3-15 流速-密度补偿法,质量流量,2.压差-密度法,图3-16 压差-密度补偿法,第四节 质量流量计,3.压差-流速补偿法,图3-17 压差-流速补偿法,39,（3-20）,将式 (3-21)代入式 (3-20)，得,第五节 其他流量计,一、靶式流量计,便于某些黏度较高或含有悬浮物介质的流量检测。,40,第五节 其他流量计,二、椭圆齿轮流量计,41,1.工作原理,图3-19 椭圆齿轮流量计结构原理,通过椭圆齿轮流量计的体积流量,2.使用特点,适用于高黏度介质的流量测量。 测量精度较高，压力损失较小，安装使用也较方便。 椭圆齿轮流量计的入口端必须加装过滤器。 椭圆齿轮流量计的使用温度有一定范围。 椭圆齿轮流量计的结构复杂，加工成本较高。,第五节 其他流量计,三、涡轮流量计,42,优点,安装方便。 测量精度高，可耐高压。 反应快，可测脉动流量。 输出信号为电频率信号，便于远传，不受干扰。,缺点,一般应加过滤器。 安装时，前后要有一定的直管段。,第五节 其他流量计,四、电磁流量计,43,能够测量酸、碱、盐溶液以及含有固体颗粒（例如泥浆）或纤维液体的流量。,图3-21 电磁流量计原理,将式（4-24）代入式（4-23），得,第五节 其他流量计,44,例题分析,解：由流量基本方程式可知 流量是与差压的平方根成正比的。当测量的所有条件都不变时,可以认为式中的、F0、1均为不变的数。如果假定上题中的 Q1 = 320m3/h ;p1 = 2500Pa ; Q2 = 160m3/h ;所求的差压为p2 ,则存在下述关系,45,例题分析,由此得,代入上述数据,得,该例说明了差压式流量计的标尺如以差压刻度,则是均匀的,但以流量刻度时,如果不加开方器,则流量标尺刻度是不均匀的。当流量值是满刻度的1/2时,指针却指在标尺满刻度的1/4处。,46,例题分析,解：这可以从它们的工作原理上来分析。 差压式流量计在工作过程中,只要节流元件结构已定,则其尺寸是不变的,因此它是属于定节流面积的。当流量变化时,在节流元件两侧的压降也随之而改变,差压式流量计就是根据这个压降的变化来测量流量的,因此是属于变压降式的。,47,例题分析,转子流量计在工作过程中转子是随着流量变化而上下移动的,由于锥形管上部的直径较下部的大,所以转子在锥形管内上下移动时,转子与锥形管间的环隙是变化的,即流体流通面积是变化的,因此它是属于变节流面积的。 由于转子在工作过程中截面积不变,重力也不变,而转子两端的静压差作用于转子上的力恒等于转子的重力,转子才能平衡在一定的高度上,所以在工作过程中,尽管转子随着流量的变化上下移动,但作用在转子两侧的静压差却是恒定不变的,所以它是属于定压降式流量计。,48,END,化工仪表及自动化,第四章 物位检测,内容提要,物位检测的意义及主要类型压差式液位计工作原理零点迁移问题用法兰式差压变送器测量液位其他物位计电容式物位计核辐射物位计雷达式液位计称重式液罐计量仪,1,第一节 物位检测的意义及主要类型,2,几个概念,液位 料位液位计 料位计 界面计,测量物位的两个目的,按其工作原理分为,直读式物位仪表 差压式物位仪表浮力式物位仪表 电磁式物位仪表核辐射式物位仪表 声波式物位仪表光学式物位仪表,第二节 差压式液位计,将差压变送器的一端接液相，另一端接气相,因此,3,一、工作原理,图4-1 差压式液位计原理图,第二节 差压式液位计,4,第二节 差压式液位计,5,二、零点迁移问题,在使用差压变送器测量液位时，一般来说,实际应用中，正、负室压力p1、p2分别为,则,图4-2 负迁移示意图,第二节 差压式液位计,迁移弹簧的作用 改变变送器的零点。,迁移和调零 都是使变送器输出的起始值与被测量起始点相对应，只不过零点调整量通常较小，而零点迁移量则比较大。,迁移 同时改变了测量范围的上、下限，相当于测量范围的平移，它不改变量程的大小。,6,第二节 差压式液位计,举例,某差压变送器的测量范围为05000Pa，当压差由0变化到5000Pa时，变送器的输出将由4mA变化到20mA，这是无迁移的情况，如左图中曲线a所示。负迁移如曲线b所示，正迁移如曲线c所示。,7,一般型号后面加“A”的为正迁移；加“B”的为负迁移。,第二节 差压式液位计,三、用法兰式差压变送器测量液位,8,为了解决测量具有腐蚀性或含有结晶颗粒以及黏度大、易凝固等液体液位时引压管线被腐蚀、被堵塞的问题，应使用法兰式差压变送器，如下图所示。,第二节 差压式液位计,9,第三节 其他物位计,一、电容式物位计,1.测量原理,两圆筒间的电容量C,当 D 和 d 一定时，电容量 C 的大小与极板的长度 L 和介质的介电常数的乘积成比例。,10,通过测量电容量的变化可以用来检测液位、料位和两种不同液体的分界面。,第三节 其他物位计,2.液位的检测,当液位为零时，仪表调整零点，其零点的电容为,对非导电介质液位测量的电容式液位传感器原理如下图所示。,当液位上升为H时，电容量变为,电容量的变化为,11,第三节 其他物位计,12,第三节 其他物位计,3.料位的检测,用电容法可以测量固体块状颗粒体及粉料的料位。由于固体间磨损较大，容易“滞留”，可用电极棒及容器壁组成电容器的两极来测量非导电固体料位。,左图所示为用金属电极棒插入容器来测量料位的示意图。,电容量变化与料位升降的关系为,13,第三节 其他物位计,优点,电容物位计的传感部分结构简单、使用方便。,缺点,需借助较复杂的电子线路。 应注意介质浓度、温度变化时，其介电系数也要发生变化这种情况。,14,第三节 其他物位计,二、核辐射物位计,特点,适用于高温、高压容器、强腐蚀、剧毒、有爆炸性、黏滞性、易结晶或沸腾状态的介质的物位测量，还可以测量高温融熔金属的液位。可在高温、烟雾等环境下工作。但由于放射线对人体有害，使用范围受到一些限制。,15,第三节 其他物位计,三、雷达式液位计,雷达式液位计是一种采用微波技术的液位检测仪表。,可以用来连续测量腐蚀性液体、高黏度液体和有毒液体的液位。 它没有可动部件、不接触介质、没有测量盲区,而且测量精度几乎不受被测介质的温度、压力、相对介电常数的影响,在易燃易爆等恶劣工况下仍能应用。,优点,16,第三节 其他物位计,图4-12 雷达式液位计示意图,雷达波由天线发出到接收到由液面来的反射波的时间t由下式确定,由于,故,雷达探测器对时间的测量有微波脉冲法及连续波调频法两种方式。,17,第三节 其他物位计,图4-13 微波脉冲法原理示意图,要使用导波管？,18,第三节 其他物位计,四、称重式液罐计量仪,既能将液位测得很准，又能反映出罐中真实的质量储量。,称重仪根据天平原理设计。,由于,19,第三节 其他物位计,20,例题分析,解：如果已知某厂生产的 DDZ-型压力变送器的规格有： 010，16，25，60，100 （MPa） 精度等级均为0.5级。 输出信号范围为010mA。,21,例题分析,由已知条件，最高压力为15MPa，若贮罐内的压力是比较平稳的，取压力变送器的测量上限为,若选择测量范围为025MPa、准确度等级为0.5级,这时允许的最大绝对误差为,由于变送器的测量范围为025MPa，输出信号范围为010mA,故压力为12MPa时,输出电流信号为,22,例题分析,压力为15MPa时，输出电流信号为,这就是说,当贮罐内的压力由12MPa变化到15MPa时,变送器的输出电流只变化了1.2mA。 在用差压变送器来测量液位