化工仪表及自动化全套ppt课件.ppt

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1、,化工仪表及自动化,目 录,第一章 测量仪表基本知识 第二章 压力测量仪表 第三章 流量测量仪表 第四章 物位测量仪表 第五章 温度测量仪表 第六章 自动成份分析仪表 第七章 自动控制仪表 第八章 执行器,第一章 测量仪表基本知识,第一节：化工自动化仪表的发展化工仪表及自动化,最早出现在四十年代,那时的仪表体积大,精度低。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。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

2、术工具中发挥了巨大作用。1975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。,第二节：化工自动化仪表的分类 化工自动化仪表的分类方法很多,根据不同原则可以进行相应的分类。,按仪表所使用的能源分类：可以分为气动仪表、电动仪表和液动仪表(很少见);按仪表组合形式：可以分为 基地式仪表:将测量、显示、控制等各部分集中组装在一个表壳里，从而形成 一个整体，并且可就地安装的的一类仪表。 单元组合仪表:以统一的标准信号，将对参数的测量、变送、

3、显示及控制等各种能够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）相互联系而组合起来的一种仪表 。 综合控制装置:按仪表安装形式:可以分为现场仪表、盘装仪表和架装仪表(架装仪表是针对常规仪表的盘装表而言，不需要操作的仪表就装成架装仪表，需要操作的安装成盘装仪表)。根据仪表信号的形式：可分为模拟仪表和数字（开关量）仪表等等。,第三节：化工自动化控制仪表优势功能 化工自动化控制仪表，主要特点是采用先进的微电脑芯片及技术,减小了体积,并提高了可靠性及抗干扰性能。实现劳动强度逐渐降低、生产效率逐步提高、人为干预越来越少、产品产出率越来越高。,仪表有了可编程功能 计算机的软件进入仪表

4、,可以代替大量的硬件逻辑电路,这叫硬件软化。特别是在控制电路中应用一些接口芯片的位控特性进行一个复杂功能的控制,其软件编程很简单(即可以用存储控制程序代替以往的顺序控制) 。而如果带之以硬件,就需要一大套控制和定时电路。所以软件移植入仪器仪表可以大大简化硬件的结构,代替常规的逻辑电路。 仪表有了记忆功能 以往的仪表采用组合逻辑电路和时序电路,只能在某一时刻记忆一些简单状态,当下一状态到来时,前一状态的信息就消失了。但微机引入仪表后,由于它的随机存储器可以记忆前一状态信息,只要通电,就可以一直保存记忆,并且可以同时记忆许多状态信息,然后进行重现或处理。,仪表有了计算功能 由于自动化仪表内含微型计

5、算机,因此可以进行许多复杂的计算,并且具有很高的精度。在自动化仪表中可经常进行诸如乘除一个常数、确定极大和极小值、被测量的给定极限检测等多方面的运算和比较。 仪表有了数据处理的功能 在测量中常常会遇到线性化处理、自检自校、测量值与工程值的转换以及抗干扰问题。由于有了微处理器和软件,这些都可以很方便的用软件来处理,一方面大大减轻了硬件的负担,又增加了丰富的处理功能。自动化仪表也完全可以进行检索、优化等工作。,第二章 压力测量仪表,第一节： 压力单位 国际单位制（SI）-帕（Pa）， 工程大气压-at 标准大气压-atm 毫米汞柱-mmHg 毫米水柱-mmH2O1Pa=1牛/米2（N/m2）1Mp

6、a=1105Pa1 公斤力/厘米2(kgf/cm2) = 0.0981 MPa 1 巴(bar) = 0.1 MPa1 毫米水柱(mmH2O) = 9.8110-6 MPa 1 毫米水银柱(mmHg) = 1.33310-3 MPa1 标准大气压(atm) = 0.1013 MPa1psi=6.895KPapsi和KPa都是压强（压力，大气压）的单位，前者是磅每平方英寸，后者是千帕（1帕等于1牛顿的力作用在1平方米的面积上所产生的压强）。真空度数值是表示出系统压强实际数值低于大气压强的数值,真空度=标准大气压力绝对压力工业上所用的压力指示值大多为表压，即压力表的指示值是绝对压力和大气压力之差。

7、,第二节：弹性式压力计 测压原理： 各种弹性元件在被测介质压力作用下会产生弹性变形。 特点及适用场合： 结构简单，价格便宜、测压范围宽，测量精度也比较高，在生产过程中获得了最广泛的应用。,压力表图片,普通压力表,耐震压力表,电接点压力表,双刻度压力表,隔膜压力表,第三节：电气式压力计 测压原理： 把压力转换为电阻、电容、电感或电势等电量，从而实现压力的间接测量。 特点及适用场合： 反应较快，测量范围较广、精度可达0.2，便于远距离传送。所以在生产过程中可以实现压力自动检测、自动控制和报警，适用于测量压力变化快、脉动压力、高真空和超高压的场合。,第四节：智能型压力变送器 高可靠性的微控制器及高精

8、度温度补偿； 将被测介质的压力信号转换成420mADC标准 信号叠加HART数字信号； 支持现场总线基于现场控制； 具有完整的自诊断功能和通讯功能； 零点自动迁移，零点量程外部可调； 通过手持器和PC机可实现远程管理。,AMS Trex设备通讯器,第五节：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：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

9、（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,第五节：压力表的选用压力检测仪表的选择主要包括仪表的型式、量程范围、精度与灵敏度、外形尺寸以及是否需要远传和其他功能，如指示、记录、报警控制等；必须满足工艺生产过程的要求，包括量程与精度；必须考虑被测介质的性质，如温度高低、工作压力大小、粘度、易燃易爆程度等；必须注意仪表安装使用的现场环境条化，如环境温度、电磁场、振动等。,第三章 流量测量仪表,机泵、压缩机的出口流量代

10、表了生产装置的负荷（设备的处理量），必须进行严格检测和控制。以便为生产操作和控制提供依据。同时，为了进行经济核算，经常需要知道在一段时间（如一班、一天等）内流过的介质总量。所以，介质流量（液体、气体和蒸汽等）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。,第一节 流量的基本概念流量（瞬时流量）：单位时间内流过管道某一截面的流体的数量。 累积流量（总流量）：某一时段内流过的流体的总合。瞬时流量在某一时段的累积量。 质量流量(M)：单位时间内流过某截面的流体的质量。单位：(kg/s、t/h) 体积流量(Q)：单位时间内流过某截面的流体的体积。（工作状态下）单位：（m3/

11、h ）,体积流量(Qn)：折算到标准的压力和温度下的体积流量。（标准状态下） 流量的国际单位是千克/秒（kg/s）、立方米/秒（m3/s）。此外，常用的还有吨/小时（t/h）、千克/小时（kg/h）、立方米/小时（m3/h）等； 总量的国际单位是千克（kg）、立方米（m3）。此外，常用的总量单位还有吨（t）。,对于气体，密度受温度、压力变化影响较大，如在常温常压附近，温度每变化10，密度变化约为3%；压力每变化10kPa，密度约变化3%。 因此在测量气体流量时，必须同时测量流体的温度和压力。为了便于比较，常将在工作状态下测得的体积流量换算成标准状态下（温度为20，压力为101325Pa）的体积

12、流量，用符号Qn表示，单位符号为Nm3/s或Nm3/h。,第二节：差压式流量计 测量原理：在气体的流动管道上装有一个节流装置，其内装有一个孔板，中心开有一个圆孔，其孔径比管道内径小，气体流过孔板时由于孔径变小，截面积收缩，使稳定流动状态被打乱，因而流速将发生变化，速度加快，气体的静压随之降低，于是在孔板前后产生压力降落，即差压（孔板前截面大的地方压力大，通过孔板截面小的地方压力小）。差压的大小和气体流量有确定的数值关系，即流量大时，差压就大，流量小时，差压就小。流量与差压的平方根成正比。,1-节流元件 2-引压管路3-三阀组 4-差压计,优点: 应用最多的孔板式流量计结构牢固,性能稳定可靠,使

13、用寿命长; 应用范围广泛,至今尚无任何一类流量计可与之相比拟; 检测件与变送器、显示仪表分别由不同厂家生产,便于规模经济生产。 缺点: 测量精度普遍偏低; 范围度窄,一般仅3:14:1; 现场安装条件要求高; 压损大(指孔板、喷嘴等)。,仪表里标准的三种节流元件：a: 孔板b: 喷嘴c: 文丘里管,一体化差压式流量计,流量孔板,第三节：转子流量计浮子流量计,又称转子流量计,是变面积式流量计的一种,在一根由下向上扩大的垂直锥管中,圆形横截面的浮子的重力是由液体动力承受的,浮子可以在锥管内自由地上升和下降。在流速和浮力作用下上下运动，与浮子重量平衡后，通过磁耦合传到与刻度盘指示流量。一般分为玻璃和

14、金属转子流量计。金属转子流量计是工业上最常用的，对于小管径腐蚀性介质通常用玻璃材质，由于玻璃材质的本身易碎性，关键的控制点也有用全钛材等贵重金属为材质的转子流量计。,转子流量计的特点： 转子流量计是工业上和实验室最常用的一种流量计。它具有结构简单、直观、压力损失小、维修方便等特点。转子流量计适用于测量通过管道直径D150mm的小流量，也可以测量腐蚀性介质的流量。使用时流量计必须安装在垂直走向的管段上，流体介质自下而上地通过转子流量计。,金属管转子流量计,玻璃管转子流量计,第四节：涡街流量计应用范围：涡街流量计用于测量气体、蒸汽或液体的体积流量、标况的体积流量。并可作为流量变送器应用于自动化控制

15、系统中。测量原理：涡街流量计应用是根据卡门（Karman）涡街原理来测量流量的，流体在管道中经过涡街流量变送器时，在三角柱的旋涡发生体后上下交替产生正比于流速的两列旋涡，旋涡的释放频率与流过旋涡发生体的流体平均速度及旋涡发生体特征宽度有关 。 1912年，德国物理学家冯卡曼,涡街流量计与差压流量计测量饱和蒸汽流量对比： 标准孔板流量计，从流量仪表发展状况来看，孔板流量计尽管其历史悠久、应用范围广；人们对它的研究也最充分，试验数据最完善。 标准孔板流量计不足之处： 1、压力损失较大； 2、导压管、三阀组间及连接接头容易泄漏； 3、量程范围小，一般为3比1，对流量波动较大易造成测量值偏低。,而涡街

16、流量计： 1、结构简单； 2、涡街变送器直接安装于管道上，克服了管路泄漏现象；3、涡街流量计的压力损失较小；4、量程范围宽，对饱和蒸汽测量量程比可达30比1。因此，随着涡街流量计测量技术的成熟，涡街流量计的使用越来越受到人们的青睐。,涡街流量计,插入式涡街流量计,涡街流量计原理,涡街流量计是根据卡门（Karman）涡街原理研究生产一种流体振动式仪表。当流体流过传感器壳体内垂直放置的漩涡发生体时，在其后方两侧交替地产生两列漩涡，两侧漩涡分离的频率与流速成正比。,涡街流量计安装图,第五节：电磁流量计电磁流量计的工作原理 电磁流量计的工作原理是基于法拉第电磁感应定律。在电磁流量计中，测量管内的导电介

17、质相当于法拉第试验中的导电金属杆，上下两端的两个电磁线圈产生恒定磁场。当有导电介质流过时，则会产生感应电压。管道内部的两个电极测量产生的感应电压。测量管道通过不导电的内衬（橡胶，特氟隆等）实现与流体和测量电极的电磁隔离。,在进行流量测量时，如果被测介质具有导电性，则可以使用电磁流量计来测量。,电磁流量计特点: 1、测量精度不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化的影响，传感器感应电压信号与平均流速呈线性关系，因此测量精度高。2、测量管道内无阻流件，因此没有附加的压力损失；测量管道内无可动部件，因此传感器寿命极长。3、由于感应电压信号是在整个充满磁场的空间中形成的，是管道载面上的平均值，因此传

18、感器,所需的直管段较短，长度为5倍的管道直径。5、传感器部分只有内衬和电极与被测液体接触，只要合理选择电极和内衬材料，即可耐腐蚀和耐磨损。6、双向测量系统，可测正向流量、反向流量。采用特殊的生产工艺和优质材料，确保产品的性能在长时候内保持稳定。 7、测量管道内没有可动部件或突出于管内的部件，所以几乎没有压力损失，可以测量各种腐蚀性液体以及带有悬浮颗粒的浆液。,8、输出电流与介质流量呈线性关系，且不受液体物理性质（温度、压力、粘度、密度）或流动状态的影响。流速的测量范围大。 9、一般精度为0.5 级到1.5级。 10、被测介质必须是导电液体，导电率一般要求不小于水的导电率。不能测量气体、蒸气及石

19、油制品等的流量。 11、信号较弱，满量程时只有2.58mV ，抗干扰能力差。电源电压的波动会引起磁场强度的变化，从而影响到测量信号的准确性。,电磁流量计,分体式电磁流量计,第六节：阿牛巴流量计 阿牛巴流量计具有根据空气动力学设计，可大大降低传感器处流体分离产生的误差，在同类产品中可达到更高精度，性能更加优于传统的流量仪表。阿牛巴流量传感器是检测杆、取压口和导杆组成，它横穿管道内部与管轴垂直，在检测杆迎流面上设有多个总压检测孔，分别由总压导压管和静压导压管引出，根据总压与静压的差压值，计算流经管道流量。,特点: 1.精度：读数的 1% （未标定）， 0.5% （标定），同类产品最高; 2.重复性

20、：读数的 0.1% ; 3.量程比： 30 ： 1 ;4. 椭圆形设计大幅度降低了压损，减少了噪音;5. 单台传感器配备参数变送器可实现质量流量测量，真正静压测量，温度测量 ; 6.安装简易，维护方便、自清洗; 7.传感器不产生流体分离点，无涡流扰动; 8. 对直管段要求低.,第七节：楔形流量计楔形流量计是八十年代开始开始逐步走向实用的一种新型流量计，其检测件是一个V字形楔块（又称楔形节流件），它的圆滑顶角朝下，这样有利于含悬浮颗粒的液体或粘稠液体顺利通过，不会在节流件上游侧产生滞流。因此特别适合在石油、化工等行业中用于体积流量和质量流量的测量。,楔形流量计由楔形流量装置和差压变送器组成。当介

21、质流过楔形节流件时，在节流件前后产生差压，对于任何流体，在很宽的流量范围内，甚至雷诺数低至300，流量与差压的平方根成比例关系；差压变送器将来自流量装置的差压值转变成420mA的标准输出或流量显示值： Q=KP2P1,雷诺数（Reynolds number）一种可用来表征流体流动情况的无量纲数。 Re=vd/，其中v、分别为流体的流速、密度与黏性系数，d为一特征长度。例如流体流过圆形管道，则d为管道的当量直径。利用雷诺数可区分流体的流动是层流或湍流，也可用来确定物体在流体中流动所受到的阻力。 知道了雷诺数的大小就可以判断出流体的流动状态，这对沿程阻力、换热系数等的计算是非常重要的。,主要特点：

22、 1.重复性好、精确度高，经标定的楔形流量计，精度达 0.5 级。 2.具有自清洁能力，无滞流区。 3. 耐磨损、寿命长、可靠性高。 4 .永久压损比孔板小。 5 .一体型结构，现场安装无需安装导压管路，直接与管道进行螺纹或法兰连接。施工省时省力，维护方便。,第八节：质量流量计流体在旋转的管内流动时会对管壁产生一个力，它是科里奥利在1832年研究水轮机时发现的，简称科氏力。质量流量计以科氏力为基础，在传感器内部有两根平行的T型振管，中部装有驱动线圈，两端装有拾振线圈，变送器提供的激励电压加到驱动线圈上时，振动管作往复周期振动，工业过程的流体介质流经传感器的振动管，就会在振管上产生科氏力效应，使

23、两根振管扭转振动，安装在振管两端的拾振线圈将产生相位不同的两组信号，这两个信号差与流经传感器的流体质量流量成比例关系。,计算机解算出流经振管的质量流量。不同的介质流经传感器时，振管的主振频率不同，据此解算出介质密度。安装在传感器器振管上的铂电阻可间接测量介质的温度。质量流量计可分为两类：一类是直接式，即直接输出质量流量；另一类为间接式或推导式，如应用超声流量计和密度计组合，对它们的输出再进行乘法运算以得出质量流量。,第四章 物位测量仪表,第一节：概述,物位测量仪表是测量液态和粉粒状材料的液面和装载高度的工业自动化仪表。测量块状、颗粒状和粉料等固体物料堆积高度，或表面位置的仪表称为料位计；测量罐

24、、塔和槽等容器内液体高度，或液面位置的仪表称为液位计，又称液面计；测量容器中两种互不溶解液体或固体与液体相界面位置的仪表称为相界面计。物位测量仪表的种类很多，常用的有直读式液位计、差压式物位仪表、浮力式液位计、电容式物位仪表、声波式物位仪表和核辐射物位仪表。此外，还有电触点式、翻板式和机械叶轮探测式等物位测量仪表。,第二节 差压式液位变送器 差压式物位仪表是假定物料的重度为恒定值，容器中液体或固体物料堆积的高度与它在某测试点所产生的压力成正比，因而可用测压的方法来测量物位。测量压力可用压力表、压力传感器和压力变送器等。,差压式液位变送器的选型原则,对于腐蚀性液体,粘稠性液体,熔融性液体,沉淀性

25、液体等,当采取灌隔离液,吹气或冲液等措施时,可选用差压变送器 对于腐蚀性液体,粘稠性液体,易气化液体,含悬浮物液体等,宜选用平法兰式差压变送器 对于易结晶液体,高粘度液体,结胶性液体,沉淀性液体等,宜选用插入式法兰差压变送器 对于被测对象有大量冷凝物或沉淀物析出时,宜选用双法兰式差压液位变送器 测液位的差压液位变送器宜带有正负迁移机构,其迁移量应在选择仪表量程时确定 对于正常工况下液体密度发生明显变化介质,不宜选用差压式液位变送器,第三节：电容式物位传感器,电容式物位仪表的工作原理是把物位的变化，变换成相应电容量的变化，然后测量此电容量的变化从而得到物位变化的。电容式物位仪表用于测量导电、非导

26、电液体或固体物料的液位、料位或相界面位置，可供连续测量和定点监控之用。,第四节：声波式物位仪表,声波式物位仪表由微处理器控制的数字物位仪表。在测量中脉冲超声波由传感器(换能器)发出，声波经物体表面反射后被同一传感器接收，通过压电晶体或磁致伸缩器件转换成电信号。并由声波的发射和接收之间的时间来计算传感器到被测物体的距离。,探头到液（物）面的距离和超声波经过的时间成比例：hb = CT/2 即距离 m = 时间声速/2 m声速的温度补偿公式：环境声速= 331.5 + 0.6温度,优点:1.安装维护方便、读数简捷；2.具有安全、清洁、精度高、寿命长、稳定可靠；3.属于非接触测量，受液体的粘度、密度

27、等而影响精度比较低超声波液位计缺点：1.声波下面不宜有障碍物。超声波液位计是一种声波反射原理，有障碍物会影响超声波发射，造成信号丢失；2.超声波液位计测试容易有盲区；3.不宜测量压力容器。压力主要影响的是探头，同时压力和温度之间也有一定的关系，T=KP(K为常数),所以压力的变化影响着温度的变化,进而影响声速的变化；,4.在实际测量中，温度也会导致测量误差，温度的变化会导致声音速度的变化。先进的测量系统，包括了温度传感器和系统功能，可以对温度的影响进行自动补偿。在实际应用中，由于探头周围环境，与被测介质的温度不尽相同，测量系统会选择探头结合的温度传感器与探头分离的外置温度传感器进行对温度补偿；

28、5.粉尘是超声波液位计测量中影响较大的一种，粉尘环境对声速的影响非常小，但对声波的衰减度很明显，所以这种场合最好不要使用；6.有水雾、易产生大量泡沫性的介质、易挥发性介质的场合不能使用超声波液位计，容易吸收声波或干扰声波发射，而使信号丢失、精度下降。,第五节：雷达物位计,雷达波是一种特殊形式的电磁波，雷达料位计利用了电磁波的特殊性能来进行料位检测。电磁波的物理特性与可见光相似，传播速度相当于光速。其频率为300MHz-3000GHz。电磁波可以穿透空间蒸汽、粉尘等干扰源，遇到障碍物易于被反射，被测介质导电性越好或介电常数越大，回波信号的反射效果越好。,发射反射接收是雷达式料位计工作的基本原理。

29、雷达传感器的天线以波束的形式发射最小5.8GHz的雷达信号。反射回来的信号仍由天线接收，雷达料位计雷达脉冲信号从发射到接收的运行时间与传感器到介质表面的距离以及物位成比例。即：h= Hvt/2式中 h为料位；H为槽高； v为雷达波速度；t为雷达波发射到接收的间隔时间,优势及应用：1、雷达液位计可以测量液体、固体介质比如：原油、浆料、原煤、粉煤、挥发性液体等；2、可以在真空中测量，可以测量所有介质常数1.2的介质，测量范围可达70m；3、供电和输出信号通过一根两芯线缆（回路电路）,采用420mA输出或数字型信号输出；4、非接触式测量安装方便采用极其稳定的材料牢固耐用，精确可靠分辨率可达1mm；5

30、、不受噪音、蒸汽、粉尘、真空等工况影响；6、不受介质密度和温度的变化，过程压力可达400bar,介质温度可达-200至800；7、安装方式有多种可以选择：顶部安装、侧面安装、旁通管安装、导波管安装；8、调试可多种方式选择：采用编程模块调试（相当于一个分析处理仪表）、SOFT软件调试、HART手持编程器调试，调试起来方便快捷。,第五章 温度检测仪表,第一节 温度检测方法 接触式测量：即通过测量体与被测介质的接触来测量物体的温度； 特点：简单、可靠、测量精度较高。但由于要达到热平衡，因而产生了滞后。而且可能与被测介质产生化学反应。不能应用于很高温度的测量。 非接触式测量：即通过接收被测物体发出的辐

31、射热来判断温度。 特点：其测温范围很广，其测温上限原则上不受限制；测温速度比较快，而且可以对运动体进行测量，但一般测温误差较大。,化工常用温度计的测温范围：水银玻璃管温度计 -50 300 酒精玻璃管温度计 -50 100 双金属温度计 -50 300 铂热电阻（Pt100） -200 850 铜热电阻(Cu50) -50 150 铂铑10铂热电偶(S型) -50 1750 铂铑13铂热电偶(R型) -50 1750 铂铑30铂铑6热电偶(B型) 0 1800 镍铬镍硅热电偶(K型) -270 1350 镍铬硅镍硅热电偶（N型） -270 1300 镍铬铜镍合金（康铜）热电偶（E型） -270

32、 1000 铁铜镍合金（康铜）热电偶（J型） -210 1200 铜铜镍合金（康铜）热电偶（T型） -270 400 辐射式高温计 100 2000 ,第二节 热电偶温度计热电偶的测温原理：是利用热电偶的热电效应来测量温度的。热电效应-将任意两种不同的导体A、B组成一个闭合回路，只要其连接点l、2温度不同，在回路中就产生热电动势的现象。,工艺温度,该MV数可以由标准化的标度表格查到!,铠装热电偶，是将热电偶丝和绝缘材料一起紧压在金属保护管中制成的热电偶。,第三节 热电阻温度计测温原理：是基于金属导体或半导体的电阻会随温度的变化而变化的特性。因此只要测出感温元件热电阻的阻值变化，就可测得被测温度

33、。特点：测量精度高，在测量500以下温度时，它的输出信号比热电偶大得多，性能稳定，灵敏度高。另外热电阻温度计的输出是电信号，便于远传，同时又不需要冷端温度补偿。所以在中低温(-200650)测量中得到了广泛的应用。,第四节 一体化温度变送器一体化温度变送器是温度传感器与变送器的完美结合，以十分简捷的方式把 -200+1600 范围内的温度信号转换为二线制 420mA DC 的电信号传输给显示仪、调节器、记录仪、 DCS 等，实现对温度的精确测量和控制。一体化温度变送器是现代工业现场、科研院所温度测控的更新换代产品，是集散系统、数字总线系统的必备产品。一体化温度变送器一般由测温探头（热电偶或热电

34、阻传感器）和两线制固体电子单元组成。采用固体模块形式将测温探头直接安装在接线盒内，从而形成一体化的变送器。一体化温度变送器一般分为热电阻和热电偶型两种类型。,基于固体受热膨胀原理，测量温度通常是把两片线膨胀系数差异相对很大的金属片叠焊在一起，构成双金属片感温元件（俗称双金属温度计）。 当温度变化时，因双金属片的两种不同材料线膨胀系数差异相对很大而产生不同的膨胀和收缩，导致双金属片产生弯曲,第五节 双金属温度计,双金属温度计的结构和特点：双金属温度计的感温双金属元件的形状有平面螺旋型和直线螺旋型两大类，其测温范围大致为-80600，精度等级通常为1.5级左右。双金属温度计抗振性好，读数方便，但精

35、度不太高，只能用做一般的工业用仪表。,第五节 温度开关,温度开关传统的温度开关多为机械式，其分为：蒸气压力式温控器、液体膨胀式温控器、气体吸附式温控器、金属膨胀式温控器。,第六章 自动成份分析仪表,第一节：自动成份分析仪表分类按原理分类: 1. 热导式; 2. 热磁式; 3.磁压式; 4. 磁机械式; 5. 氧化锆式; 6.电化学式;7.红外线; 8.工业酸度计; 9.工业电导仪; 10.溶解氧；11.密度计; 12.有毒气体报警器; 13.色谱仪;14.质谱仪。按测量介质分类：1.气体分析；2.液体分析。,第二节：自动成份分析仪表组成被测介质采样处理单元 组分的解析与分离单元 检测器和传感器

36、信号处理单元信号显示单元数据处理及数据库,第三节：自动成份分析仪表特点 在线分析仪器与实验室分析仪器相比较，有三个显著的特点： 第一，过程分析仪器必须有自动取样和试样预处理系统； 第二，过程分析仪器必须是完全自动化的，即完全实现自动检测和自动控制； 第三，过程分析仪器的精度可以低些，但是必须保证能实现长期运行的稳定性。,第四节：取样和预处理系统 过程分析仪器出现的同时，就出现了取样预处理系统。 取样预处理系统是联系生产过程和仪器主机的桥梁。它不但要适应仪器较为苛刻的要求，而且要受生产过程恶劣条件的严格制约。 预处理系统制造难度不高，但设计难度很高。,一、预处理系统的作用和组成：,预处理系统作用

37、是将取样气加以处理，以满足仪器对样气的要求。预处理系统包括过滤（除尘、除机械杂质）、压力调节（减压或抽引）、温度调节（降温或升温）、有害或干扰成分处理（除油雾、水分、腐蚀性介质等）、流量调节等。辅助环节包括需多点切换、旁路系统、管线吹扫、气体混合、化学反应或转化、管线伴热、排气、排液等。,二、取样点选择：,洁净有代表性样气，不能选择层流、涡流或空气漏人；尽可能满足仪器对样气要求（温度、湿度、含尘量、压力、流量、非腐蚀性、非干扰性、取样管尽量短）；易燃易爆剧毒介质采样时，应考虑安全取样和环境保护措施；便于保养维护；取样点流速应接近平均流速，圆形截面管道应靠近圆心1/3半径范围内，不能靠近管壁 。

38、,三、预处理系统的设计原则和依据：,保证一定的反应速度要求。（反应滞后不超过60秒）合理的保存信息。样气要有代表性，组分浓度不致发生变化。达到仪器对样气清洁度的要求。弄清粉尘含量变化规律后选择合理净化方式。样气要有一定的温度、压力、流量，特别是对堵塞使样气中断应采取措施，绝不能让分析器降低要求去适应粗糙的取样预处理系统。尽可能排除各种可能发生的干扰因素。选择与该流程相适应的部件和结构材料。（是否有腐蚀性）,第五节、红外线气体分析仪,红外光是一种比可见光线波长长，比微波的波长短的电磁波，红外分析仪通常使用的红外线波长范围为210m(紫外线分析波长180-330nm)，红外线分析仪只能对各组分气体

39、中的某一种成分进行分析。,工作原理是根据某些气体对特定波长的红外辐射有选择吸收，且吸收程度与被测气体浓度有关，用于连续测定气体的相对浓度。被测气体经一定波长红外线照射后，会吸收掉一部分红外线能量E,只有通过物质的红外光线的频率与物质分子本身的特定频率相同，这种分子才能吸收红外光线的辐射能。特点：1.能测量多种气体：可分析CO、CO2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6、SO2、NH3等近三十种气体。红外线分析仪不能分析单原子（惰性气体）和双原子气体（氢、氧、氮等）。2.测量范围宽：上限可到100%下限可到几个ppm3.灵敏度高4.测量精度高5.反应快：一般在10秒内6.有良好的选着性,第六节

40、 热导式气体分析仪,是出现最早，种类较多，应用较广的一类在线分析仪器，常用于分析混合气体中的H2、Ar、CO2、NH3、SO2等多种气体的百分含量。,工作原理：基于不同气体具有不同的导热系数，混合气体的导热系数随其组分的百分含量而变化这一物理特性来分析某一组分的百分含量。,热导分析仪检测室,采用铂丝做工作桥臂和参比桥臂的不平衡电桥检测气体热导率。参比臂、内充参比气体，被测气体流过工作臂、，电桥各臂通稳定电流加热至一定温度，当被测气体浓度与参比气体浓度一样时，各桥臂温度一样，电阻值相等，电桥平衡。当被测气体浓度变化，气体热导率改变，工作臂的温度和阻值随之改变，电桥失去平衡产生电信号输出。,100

41、0C部分气体的相对热导率 Air: 1 H2: 7.130 N2: 0.998 O2: 1.015 CO2: 0.614 NH3: 0.897 Ar: 0.658 CO: 0.964 SO2: 0.344 CH4: 1.318,第七节、氧含量分析仪,在化学工业中，氧气是直接参与反应的物质，其含量必须控制在特定界限内。在很多情况下，氧含量是很难检测的，低氧量更难准确确定。工业生产中应用氧分析仪越来越广泛。各种原理的氧分析仪都有其应用的局限性。,1.磁力机械式氧分析2.磁性压力式氧分析仪3.热磁式氧分析仪4.氧化锆式氧分析仪5.电化学原电池式氧分析仪6.新型燃料电池传感器氧分析仪,按工作原理分类：

42、,磁力机械式氧分析仪1.磁力机械式氧分析仪又称哑铃式氧分析仪，是利用氧的顺磁性原理（法拉第原理）。2.氧分子在磁场中有很强的顺磁性，是区分氧气与样气中其他气体成分的有效手段。3.氧分析仪的传感器由一对充满氮气的石英玻璃哑铃球组成，哑铃球周围环绕有一根铂丝，形成电反馈回路，哑铃球悬垂在磁场中，正中装有一个小反射镜。,4.当哑铃周围有氧分子时，在磁场作用下，氧分子被磁场吸引而形成一定的压力差，推动哑铃球体发生偏转。5.氧浓度越高，偏转角度越大。6.由光源、反射镜及光敏元件组成的精密光学系统测出这一偏转并转换成电信号。7.该信号由放大器放大后，经反馈电路形成电流回路，在磁场作用下，迫使哑铃回复原平衡

43、位置。此回路中电流值与氧浓度成正比。,热磁式氧分析仪,1.工作原理：利用具有极高磁化率的氧气，在非均匀磁场作用下形成“热磁对流”（磁风），对敏感元件产生冷却作用而工作的。,2.不含氧的混合气体进入测量环室，则气体分两路经过环型气路两旁通道流出环室。处于环室气路中间的水平管道，因其两端气压相同，故不形成气流。3.当有氧的混合气体进入环室时，氧被吸入水平管道的磁场内。由于水平管道上绕有被加热的铂丝电桥臂 I 、，进入的氧将受热而温度升高。4.由于氧的磁化率随温度升高而降低，这样就减弱了磁场对它们的吸引力，受热的氧分子将不断被冷的氧分子所补充而排出磁场。5.因此，在水平管道中形成了氧的对流，一般称之

44、为“热磁对流”或称“磁风”。,第七章 自动控制系统,第一节：集散控制系统 集散控制系统也叫分布式控制系统，即Distributed Control System，缩写为DCS，是集计算机技术（Computer）、控制技术（Control）、通讯技术（Communication）和显示技术（CRT）为一体的综合性高技术产品。DCS通过操作站对整个工艺过程进行集中监视、操作、管理，通过控制站对工艺过程各部分进行分散控制，既不同于常规的仪表控制系统，也不同于集中式的计算机控制系统，而是集中了两者的优点，克服了它们各自的不足。DCS以其可靠性、灵活性，人机界面的友好性以及通讯的方便性等特点日益被广泛应

45、用。最早是美国霍尼威尔（HONEYWELL）公司推出的TDC2000。,DCS的特点控制功能多样化。一般都有几十种运算控制算法或其他数学和逻辑功能，如四则运算、逻辑运算、前馈、PID控制、顺序控制，以及各种联锁报警功能并可根据控制对象的不同要求，将这些功能有机地组合运用，能方便地满足系统的要求。操作简便。配备了灵活而功能强大的人机接口，如CRT、键盘（系统也提供专用的功能键）、打印机（打印需要的信息及报表）等。系统便于扩展。DCS的部件设计采用积木式的结构，可模板、模块、卡件、控制柜和站为单位逐步增加，形成更大规模的控制系统。,维护方便。DCS配有智能的自动故障诊断功能，内部设计是按照标准化、

46、积木化、系列化进行的，便于装配和更换。可靠性高。DCS是监视集中，而控制分散，并且在设计中已经考虑到有联锁保护功能、诊断功能、冗余措施等，使系统的可靠性大大提高。便于与其他计算机联网。DCS配有高、中、低不同速率和不同模式的通讯接口，可方便地与个人计算机或其他大型计算机联网，组成工厂自动化综合控制和管理系统。,24,DCS控制原理：DCS控制系统是将控制回路集中在控制机柜内，在操作站上进行集中的控制和管理。测量信号通过信号电缆接至DCS输入卡件，经过DCS卡件转换为数字信号送至控制器，在控制器中与给定值进行比较（如果是仅显示，在控制器中进行量程转换、与报警值比较等运算后直接显示在操作站上），根

47、据设定的正反作用、PID参数计算出输出信号，然后此输出信号送给输出卡件，经过输出卡件转换为模拟信号四420mA标准信号，通过信号电缆送至调节阀进行调节。也可以输出开关量信号，用于控制两位式阀门或其他工艺设备。,第二节：SIS安全仪表系统 SIS是英文SAFE INSTRUMENT SYSTEM 安全仪表系统的缩写。这种专用的安全保护系统是90年代发展起来的，以它的高可靠性和灵活性而受到一致好评。 SIS系统按照安全独立原则要求，独立于DCS集散控制系统，其安全级别高于DCS。在正常情况下，SIS系统是处于静态的，不需要人为干预。作为安全保护系统，凌驾于生产过程控制之上，实时在线监测装置的安全性

48、。只有当生产装置出现紧急情况时，不需要经过DCS系统，而直接由SIS发出保护联锁信号，对现场设备进行安全保护，避免危险扩散造成巨大损失。,为何要独立设置SIS系统呢？当然一般安全联锁保护功能也可由DCS来实现。但是对于较大规模的紧急停车系统应按照安全独立原则与DCS分开设置，这样做主要有以下几方面原因：（1）降低控制功能和安全功能同时失效的概率，当维护DCS部分故障时也不会危及安全保护系统; （2）对于大型装置或旋转机械设备而言，紧急停车系统响应速度越快越好。这有利于保护设备，避免事故扩大；并有利于分辨事故原因记录。而DCS处理大量过程监测信息，因此其响应速度难以作得很快；,（3）DCS系统是

49、过程控制系统，是动态的，需要人工频繁的干预，这有可能引起人为误动作；而ESD是静态的，不需要人为干预，这样设置ESD可以避免人为误动作。 （4）国家安全法律法规的规定 关于加强化工安全仪表系统管理的指导意见(安监总管三2014116号.pdf GBT 50770-2013 石油化工安全仪表系统设计规范.pdf,作为一个安全保护系统通常应具备如下特征,24,独立于其他控制系统 是一套硬件冗余的系统，单点故障不会导致停车能够带电热插拔卡件 具有全面的在线自诊断并带有故障报警指示 系统是故障安全型 具有相当快的扫描时间 在线修改下装功能 在线对点的强制功能 下装前的离线仿真及比较功能 具有 SOE

50、事件顺序纪录功能,I/O卡件类型,I/O卡件的常用类型有以下几种：模拟信号输入AI（1-5V电压或4-20mA)模拟信号输出AO（4-20mA)数字信号输入DI数字信号输出DO热电阻信号输入RTD脉冲输入卡PI,横河系统,PI图中常见的仪表字母含义,举例PDT-2120P代表压力D代表差压T代表传送或变送器,控制流程图字母意义,过程测量与控制仪表的功能标志及图形符号,控制流程图字母意义,过程测量与控制仪表的功能标志及图形符号,第八章 执行器,第一节：调节阀的组成及分类调节阀又称控制阀，它是过程控制系统中用动力操作去改变流体流量的装置。调节阀由执行机构和阀组成，执行机构起推动作用，而阀起调节流量