仪表基础知识培训讲义ppt课件.ppt

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1、,仪表基础知识讲座,各种测量仪表的工作原理,仪表控制原理及复杂回路介绍,各种测量仪表的工作原理,工作原理部分,四、温度测量仪表的工作原理,一、压力测量仪表的工作原理,二、流量测量仪表的工作原理,三、物位测量仪表的工作原理,一、压力测量仪表的工作原理,工作原理部分,压力是垂直均匀地作用在单位面积上的力，法定计量单位是帕斯卡（Pa）。 1 Pa=1 N/m2=1 Kg/m*S2,1、压力、绝对压力、大气压、表压和真空度,如果被测流体的绝对压力地狱大气压，则压力表所测得的压力为负压，其值称为真空度。,绝对真空下的压力称为绝对零压，以绝对零压为基准来表示的压力为绝对压力。,测量流体压力用的压力表上的读

2、数叫表压，它是流体绝对压力与该处大气压力的差值。,工作原理部分,2、绝压、大气压、表压、真空度之间的相互关系 如下图：,0,绝对零压,P1,1,P2,大气压,P,工作原理部分,3、压力变送器工作原理,压力变送器是以电为能源，它利用变送器膜盒上的应变片作为转换元件，将被测压力转换成应变片电阻值的变化，然后经过桥式电路得到毫伏级的电量输出，供显示仪表显示被测压力或经放大电路转换成统一标准信号后，再传送到DCS等显示。,孔板是标准节流装置中最为简单的一种，也最便宜，制作加工好后无须标定就可投入使用。但在相同的差压下，其压损也最大。若是测量腐蚀性或磨蚀性流体，由于入口边缘的变形，流量系数会发生变化，体

3、现在孔板上比较明显。,工作原理部分,二、流量测量仪表工作原理,1、孔板+差变,流量是指单位时间内流过管道某一截面的流体数量,流体通过孔板内孔后，会产生前后差压。差压变送器就是通过这个前后差压的变化来计算出流量的变化。,工作原理部分,基本的流量计算方程式为：,Q=0.01252ad*d SQRT（P/1）,Q：工作状态下的体积流量 a：流量系数 ：流体膨胀系数 d：工作状态下的节流孔直径 1：工作状态下的流体密度,一般情况下，标准孔板只测量口径50mm以上，300mm以下的管道流量。,工作原理部分,孔板取压要求：,气体：一般要求变送器安装位置高于取压点,液体：一般要求变送器安装位置低于取压点,差

4、压变送器的检测元件采用膜盒组件，在使用的差压即使差压超过范围时，即单向过载，膜盒不容易损坏。膜盒内充满硅油，除用于传递压力之外，还有阻尼作用，使仪表输出平稳。范围内，具有很好的灵敏度和线性，测量范围广，静压误差小。,差压变送器的正、负压室膜盒可能存在有效面积不相等或长期使用出现变形，在同样的压力下，会产生一个附加的测量力，造成零位偏移。,工作原理部分,2、1 工作原理,电磁流量计由变送器和转换器两部分组成，两者之间用连接线（励磁线、信号线）相互连接。,变送器是基于电磁感应定律工作的。,2、电磁流量计,工作原理部分,Ex=Bdv*10 B：磁感应强度 d：两电极间距离 v：被测介质平均流速,被测

5、介质流量Q与d、v有关 Q=/4d*d*v 则Q=Ex/K K：为一常数,如上图，被测介质垂直与磁励线方向流动，因而在介质流动和磁力线都垂直的方向产生一感应电势Ex。,工作原理部分,采用电磁流量计，要求测量介质温度不能太高，一般不超过120，压力不超过1.6MPa，流速不得低于0.3m/s；被测介质必须是导电介质，不能用于气体、蒸汽、石油制品等非导电性流体。被测介质不能含气泡。,电磁流量计是一段光滑的管道，无活动及阻流部件，基本上无压力损失；流量计输出与流量成线性关系，可测量2.5mm的管道；合理选材可以测量腐蚀性的介质；安装要求比较低（前5D，后3D）；精度高。,2、2 选型优点,2、3 适

6、用缺点,工作原理部分,3、质量流量计,质量流量计是通过激励线圈使管子产生振动，流动的液体在振动管子内产生科氏力，由于测量管进出测所受的力方向相反，所以管子会产生扭曲，在通过电磁检测器或光电检测器，将测量管的扭曲转变成电信号，以进入变送器进一步处理。,质量流量计一般分三个部分：传感器；变送器；显示器,3.1 工作原理,工作原理部分,3.2 质量流量计优点,、能够直接测量质量流量，不受温度、压力、粘度、密度等因素影响，测量精度高。,、没有可动部件，虽然检测管有振动，但振幅很小，不会对测量产生影响,、管道内无障碍物，便于清洗。,、除一般介质外，还可测量高粘度的流体、浆液，并可测气体,、安装时不需要前

7、后直管段,、还可以获得介质密度信号,工作原理部分,4、超声波流量计,4.2 探头安装方式,超声波在流体中的传播速度，顺流方向和逆流方向是不一样的，其传播的时间差和流体的流速成正比。所以只要测出了超声波在两个方向上传播的时间差，便可以知道流体的流速，再乘上管道截面积，便可得流体流量。,超声波流量计传感器可以安装在管道外侧，可以不与介质接触；也可以安装在管道内。前者安装时不需将管道截断，不需开孔，比较方便，但由于管道的不确定性，测量精度较差。,4.1 工作原理,（6）经济性。,工作原理部分,5、流量仪表选型需要考虑因素,（1） 被测流体的种类（气体、液体、粉尘）、操作条件（压力、温度）、流动工况（

8、层流、脉动流）、物理性质（密度、粘度、腐蚀性）；,（2）仪表功能；,（3）流量范围；,（4）流体的测量精度要求；,（5）现场安装和使用条件；,三、物位测量仪表,工作原理部分,1、浮筒式液位计,浮筒随着液位高低，浮力出现相应变化，影响扭力管所受的力矩，通过电子元器件反映出来。,2、浮球式液位计,浮球液位计实际上是一种杠杆系统，杠杆的一端连浮球，另一端连平衡锤；随着液位的高低，浮球所受的浮力是不变的，只是它的位置随液位的变化而变化。如果介质密度有变化，浮球没入介质中部分体积会有变化，体现在液位上也会有一定的偏差。,3、超声波液位计,工作原理部分,超声波液位计是应用回声测距法的原理制成的一种仪表。声

9、波从发射至接收到反射回波的时间间隔与物位高度成正比。,超声波液位计无可动部件，结构简单；它不受光线、粉尘、湿度、粘度的影响，与介电常数、电导率等参数无关；可以液体、粉尘、固体等，范围比较广。由于为不接触测量仪表，适用于腐蚀性、有毒等介质测量。,超声波液位计缺点是不耐高温，声速受介质温度和压力的影响。另外，相对造价比较高,四、温度仪表,工作原理部分,1、热电偶,热电偶是由两根不同的导体或半导体材料焊接或绞接而成。焊接的一端称为热电偶的热端(测量端或工作端)，和导线连接的一端称为热电偶的冷端 (自由端)。,组成热电偶的两根导体或半导体称作热电极。把热电偶的热端插入需要测温的生产设备中，冷端置于生产

10、设备的外面，如果两端所处的温度不同(譬如，热端温度为t，冷瑞温度为to)，则在热电偶回路中便会产生热电势E。该热电势E与热电偶两端的温度t和to均E有关。,工作原理部分,在单支温度显示时，热偶或热阻指示值的准确性基本无法直观确认，基本上可以通过相连或相关的温度进行参考，或者根据操作经验值进行判断。仪表人员一般在进行准确性判断时，最简单有效的方法是拿同类型的热偶或热阻在同一测温点进行比对。,2、热电阻,电阻温度计是借金属丝的电阻随温度的变化而变化的原理制成。热电阻温度计广泛用来测量中、低温 (一般为500以下)。它的特点是准确度高，在测量中、低温时，它的输出信号比热电偶要大得多，灵敏度高，同样可

11、实现远传、自动记录和多点测量。,工作原理部分,状态监测系统一般由固定安装在转轴附近的传感器（探头）、前置器和状态监视仪三部分组成。,五、旋转机械状态检测系统,所谓旋转机械状态检测，是指用各种仪器或仪表，对反映旋转机械运行状态的参数进行测量和监视，从而了解其运行状态。目前长期监测的状态参数主要有：轴的径向振动值，轴向位移值、转速等。,状态监测中采用的传感器分为接触式和非接触式传感器两种。目前使用比较广泛的是非接触式传感器，主要是采用电涡流式趋近传感器。,仪表控制原理及复杂回路举例,仪表控制原理,一、控制原理,仪表控制原理,1、简单控制系统。,简单控制系统是指单闭环控制，是指控制器与被控对象之间既

12、有顺向控制又有反向联系的自动控制。,上图就是一个单回路控制。图中控制器接受检测元件及变送器来的测量信号，并与设定值相比较得到偏差信号，再根据偏差的大小和方向，调整蒸汽阀门的开度，改变蒸汽流量，使热物料出口温度回到设定值上。,仪表控制原理,控制系统方块图如下：,调节器的正反作用：如果将调节器的输入偏差信号定义为测量值减去给定值，那么，当偏差增加时，其输出也增加的调节器称为“正作用”调节器；反之，调节器的输出信号随偏差的增加而减小的称为“反作用”调节器。,调节阀的正反作用：阀的正反作用由它的气开、气关形式来确定。气开阀为“正作用”，气关阀为“反作用”。,1、1 正反作用,仪表控制原理,一般而言，选

13、择调节器的正、反作用目的是使调节器、调节阀、对象三个环节组合起来，能在控制系统中起负反馈作用。首先由操纵变量对被控变量的影响来确定对象的作用方向，然后由工艺安全角度来确定调节阀的气开、气关形式，最后由对象、调节阀、调节器三个环节组合后为负来确定调节器的正、反作用。,比例调节依据“偏差”大小来动作，它的输出与输入偏差的大小成比例。比例调节及时、有力，但有余差。它用比例度来表示其作用的强弱， 越小，放大倍数Kc愈强，调节作用愈强。比例作用太强时，会引起振荡。,1、2 P I D调节,仪表控制原理,积分调节依据“偏差是否存在”来动作，它的输出与偏差对时间的积分成比例，只有当余差消失时，积分作用才会停

14、止。其作用是消除余差。但积分作用使最大动偏差增大，延长了调节时间。它用T来表示其作用的强弱，T愈小，积分作用愈强，但积分作用太强时，也会引起振荡。,微分调节依据“偏差变化速度”来动作，它的输出与输入偏差变化的速度成比例，其效果是阻止被控变量的一切变化，有超前调节的作用，对滞后大的对象有很好的效果。它使调节过程偏差减少，时间缩短，余差也减小（但不能消除）。它用Td来表示其作用的强弱，Td愈大，作用愈强，但Td太大，也会引起振荡。,仪表控制原理,2、串级控制,串级控制系统是由其结构上的特征而得名。它是由主、副两个调节器串接工作的。主调节器的输出作为副调节器的给定值，副调节器的输出去操纵调节阀，以实

15、现对主变量的定值控制 。典型方块图如下：,串级控制系统的目的是为了高精度地稳定主变量，对主变量要求比较高，一般不允许有余差，所以主调节器一般选择比例积分控制规律，当对象滞后比较大时，也可以引入适当的微分作用。,2.1 串级控制简述,仪表控制部分,串级控制系统对副变量的要求不严。在控制过程中，副变量不断跟随主调节器的输出变化而变化，所以，副调节器一般采用比例控制规律就行了，必要时引入适当的积分作用，而微分作用一般是不需要的。,2.2 串级控制系统中主副调节器正、反作用的确定,副调节器的作用方向与副对象特性、调节阀的气开、气关形式有关，其选择方法与简单控制系统中调节器正、反作用的选择方法相同。,主

16、调节器的作用方向的选择可按下述方法进行：当主、副变量增加（或减少）时，如果要求调节阀的动作方向是一致的，则主调节器应选“反”作用；反之，则应选“正”作用。,仪表控制部分,2.3 例子,根据工艺安全性，可以判断调节阀为气关型，副调节器的正、反作用可以通过单回路来进行判断。由于T2C温度升高时要求补充冷却水，即加大阀门开度，而阀门为气关型，如果输入阀门的信号增加，阀门反而关小，因此要求输出阀门的信号是变小；这样就可以判断T2C调节器为反作用。,而主调节器T1C指示增加时也是要求阀门打开多补充冷水进行降温，因此也可以判断是反作用。,仪表控制部分,3、分程控制,分程控制系统就是一个调节器同时控制两个或

17、两个以上的调节阀，每一个调节阀根据工艺的要求在调节器输出的信号范围内动作。设置分程控制可以改善调节阀的工作条件，满足开停车时小流量和正常生产时的大流量要求，使之都能有较好的调节质量以及满足正常生产和事故状态下的稳定性和安全性。,例如，一加热炉，要求用瓦斯与燃料油加热，使原油出口保持恒定。为节省燃料，尽量采用瓦斯供热，只有在瓦斯气量不足时才用燃料油。,仪表控制部分,这样的情况可以考虑用分程控制方式，利用炉温来同时控制两个阀门，可以设定炉温低时两个阀门都打开，当炉温较高时逐渐关小燃料油阀，直至全关；若温度还高，逐渐关小瓦斯阀，直到温度达到要求为止。,两阀的工作信号段可以进行下列划分：,仪表控制部分

18、,二、重要控制回路分析,1. 压缩机（C302A/B）的压力递推控制,为保证压缩机入口压力稳定，采用压力递推控制方案如下：,仪表控制部分,正常操作时，PV302C关闭，当V301压力继续上升时，则PV302C打开，维持V301压力恒定，当V302压力较低时，则PIC316输出下降，经过反向放大器PY316D后变为大值，输入到低值选择器PY302B，因此低值选择器只能选上PIC302，压缩机一级出口返回入口量由压力调节器PIC302控制，当V302压力较高时，PIC316输出高，经反向放大器PY316D变为小值，输入低选PY302B后被选上，控制压缩机一级出口返回一级入口量，同样二级出口返回二级

19、入口量的控制与一级出口返回一级入口量的控制相同，故当V303压力较低时，PIC317控制PV317，而二级出口返回量控制阀PV316A/B由PIC316控制，使二级出口返回二级入口量减少。调节、分程、放大及反向放大、低选均在DCS中完成。,仪表控制部分,2. 燃料气压力多级分程,从流程图上看，燃料气来源有三个：其一、C4/C5分馏塔回流罐V209排出的燃料气进入脱水罐V207；其二、液化气馏分汽化；其三、由炼厂瓦斯气管网补充。,仪表控制部分,从图可以看出，PIC227调节器为反作用，当调节器输出在33-66%时，V207压力上升，PIC227输出减少，相当于FIC223给定减少，测量增加，因FIC223为反作用，故输出下降，FV223开度减少，加热蒸汽减少，导致液化气气化量下降，使V207压力降低；如果压力继续上升，FV223全闭，则PV227B打开放空，若V207压力很低，当FV223全开，压力仍不能达到给定值时，则PV227A阀开，由炼厂燃料气管网补充。当然该调节作用还可视具体工艺情况作适当调整。,谢谢！,我们的工作需要您们的大力支持！,