油田测量仪表.ppt

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1、,2010年,油田测量仪表,内容介绍,压力（差压）变送器温度变送器磁浮子液位计,压力变送器,压力是单位面积上所受到的垂直均匀分布的力。压力计算：P=F/S。F的单位是牛顿（N)，面积的单位是m2，因此压力的单位是N/m2，成为帕斯卡（Pa）,也就是1 N的力垂直均匀的作用在1 m2的面积上所产生的压力就是1 Pa。压力计量的目的 就是准确测量压力容器或管道、锅炉的压力值。,1、基本概念,大气压力?在地球表面的气体在地球的引力作用下产生的重力，作用在地球表面上产生的压力叫大气压力。是个变量，随着温度的变化和重力加速度的不同而变化.标准大气压为0.101325MPa。绝对压力?作用于物体表面上的全

2、部压力，以零压力为起点的压力。表压力?以一个大气压为零点的压力。,1、基本概念,常用的计量单位：PSI：145.0382PSI=1MPa Bar：10Bar=1MPa mmH2O：1000mmH2O=10KPa 100mH2O=1MPa mmHg：1mmHg=133.322Pa,1、基本概念,压力变送器是一种将压力变量转换为可传送的标准输出信号的仪表，而且输出信号与压力变量之间有一定的连续函数关系（通常为线性函数）。主要用于工业过程压力参数的测量和控制。,差压变送器是压力变送器的一种，常用于流体流量及物位的测量。,1、基本概念,按照工作原理分可分为：应变式变送器：是将电阻应变片粘合基体上，当基

3、体受力变化，电阻应变片产生形变使阻值改变，导致加在电阻上的电压发生变化。压电式变送器：利用压电晶体的压电效应。压阻式变送器：利用半导体的压阻效应。,2、压力变送器分类,电阻、电感式变送器：压力引起弹性元件的变形转换为电阻、电感，通过测量电路转换为电压、电流输出。电容式：把弹性模片作为测量电容的一个极板。动态特性好。,2、压力变送器分类,工作状态下被测介质的两种压力通入高、低压力室，作用于敏感元件的两侧隔离膜片，通过隔离片和元件内的填充液传递到传感膜片两侧。传感膜片与两侧绝缘片上的电极各组成一个电容器。当两侧压力不一致时，致使测量膜片产生位移，其位移量和压力差成正比，故两侧电容量就不等，通过振荡

4、和解调环节，转换成与压力成正比的电流、电压或数字HART（高速可寻址远程发送器数据公路）输出信号。,3、压力变送器工作原理,绝对压力变送器(AP)：作用于感压膜片表面上的全部压力，以零压力为起点的压力。表压力变送器(GP)：以一个大气压为零点的压力变送器。,3、压力变送器工作原理,电容式压力变送器有电动和气动两大类。电动的标准化输出信号主要为0mA10mA和4mA20mA（或15V）的直流信号。气动的标准化输出信号主要为20kPa100kPa的气体压力。但不排除具有特殊规定的其他标准化输出信号。,4、压力变送器的组成结构,压力变送器通常由两部分组成：感压单元、信号处理和转换单元。有些变送器增加

5、了显示单元，还有些具有现场总线功能。,4、压力变送器的组成结构,图2 分解图,1）导致压力变送器精度下降的原因：零点和量程或工作点输出不断偏移，或两种现象都有。对压力增大或减少的低敏感性或两者均不敏感。非常严重的非线性输出。工作点输出发生明显的漂移。零点或量程的偏移值突然增大，或两者都增大。输出不稳定。饱和输出值为低或高。,5、压力变送器故障分析,2）导致压力变送器损坏的原因：变送器内隔离膜片与传感元件间的灌充液漏，使其感压元件受力不均，使其测量失准。由于被雷击或瞬间电流过大，变送器膜盒内的电路部分损坏，无法进行通讯。气体中的粘污介质在变送器隔离膜片和取压管内长时间堆积，导致变送器精度逐渐下降

6、，仪表精度失准。由于介质对感压膜片的长期侵蚀和冲刷，使其出现腐蚀或变形，导致仪表测量失准。,5、压力变送器故障分析,变送器的电路部分长时间处于潮湿环境或表内进水,电路部分发生短路损坏,使其不能正常工作。,2）导致压力变送器损坏的原因：,接线端子损坏：完好的接线端子块其电源端子阻值为无穷大，被击穿后其阻值只有几千或十几千欧，一般接线端子块损坏后变送器无法通讯，且输出电流值超量程。电子线路板损坏：电子线路板采用高度集成电路技术，它接受来自传感器膜盒的数字输入信号及其修正系数，然后将信号进行修正和线性化，同时电子线路板还与HART手抄器进行通讯。电子线路板损坏后变送器无法通讯、输出电流值与膜头感受压

7、力下的电流值不一致、通讯的结果是电压、电流超量程。感压膜头损坏：当确认FLUKE的测试线、HART通讯线完好，变送器的电子线路板、接线端子完好时仍出现电流、压力值超量程时，可以确定变送器的感压膜头损坏。,变送器量程选择不当，压力、差压变送器长时间超量程使用，造成感压元器件产生不可修复的变形。变送器取压管发生堵塞、泄露，导致压力变送器受压无变化或输出不稳定。差压变送器取压管发生堵塞、泄露或操作不当，因感压膜片单向受压，使变送器损坏。,2）导致压力变送器损坏的原因：,6、压力变送器故障处理,检查管道内是否存在压力；电源极性是否接反；检查仪表供电是否正常；检查并更换变送器电源端子块。,输出信号为零：

8、,变送器不与手操器通讯,检查变送器的电源电压是否符合仪表要求；检查并更换电子线路板；检查并更换感压膜头。,6、压力变送器故障处理,检查隔离膜片是否变形或蚀坑；导压管、变送器有无泄漏或堵塞；是否有外界干扰，应避开干扰源，重新配线并接地；管道是否存在杂物，使管道内出现气流扰动；更换感压膜头。,压力变量读数不稳定：,6、压力变送器故障处理,取压管上的阀门是否正常；取压管路是否发生堵塞；检查变送器的保护功能跳线开关；核实变送器零点和量程；更换传感膜头。,对于所加压力的变化无反应,温度变送器,1、基本概念,温度 是表征物体冷热程度的物理量。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

9、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、热力学温标和国际实用温标。,华氏温标:在标准大气压下，冰的熔点为32oF，水的沸点为212 oF，中间划分180等分，每第分为华氏1度，符号为oF。摄氏温度():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，每第分为摄氏1度，符号为。,1、基本概念,热力学温标：又称开尔文温标，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。,温度单位换算:（t-32）X5/9=t tK-273.15=t,1、基本概念,2、温度测量仪表类型,非接触式测温

10、仪表：通过热辐射原理来测量温度，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。,2、温度测量仪表类型,温度测量仪表按测温方式可分为：接触式测温仪表：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，还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。,工业上最常用的温度检测元件之一，工业用热电偶以热电效应、接触电势、温差电势为理论基础，其综合作用为热电势。,3、部分温度测量仪表介绍

11、,1）热电偶,热电偶是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。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。,热电偶测温基本原理,常用热电偶的种类可分为：标准热电偶：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，它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化热电偶：在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量。,常用热电偶分类,测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。测量范围广。常用的热电偶从-50+160

12、0均可延续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269(如金铁镍铬)，最高可达+2800(如钨-铼)。构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和接头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。,热电偶特点,2）热电阻,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。将热电阻置于被测介质中，其敏感元件的电阻将随介质温度的变化而变化，并且有一个确定的函数关系。可用电测仪表通过电阻值的测量，达到测

13、量温度的目的。,热电阻测温基本原理,热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。热电阻测温系统一般由热电阻、连接导线和显示仪表等组成。必须注意以下两点：热电阻和显示仪表的分度号必须一致；为了消除连接导线电阻变化的影响，必须采用三线制接法。,热电阻测温系统组成与结构,热电阻是由感温元件(电阻体)、引线、绝缘材料、不锈钢套管组合而成的坚实体。热电阻体的引线等各种导线电阻的变化会给温度测量带来影响。为消除引线电阻的影响一般采用三线制或四线制。,热电阻测温系统组成与结构,体积小，内部无空气隙，热惯性小，测量滞后小；机械性能好、耐振，抗冲击；能弯曲

14、，便于安装；使用寿命长。,热电阻特点,3）温度变送器,铂电阻温度计最大的问题就是引线误差，随着距离的增长，引线电阻也增加，测得的温度值也随之增加，有时候由于引线的长短相差的值达到十几度。通过添加电路板、更换卡键来将其改变为温度变送器，消除其由于电阻测量中引线长度不同导致电阻不同所带来的误差。,温度变送器是过程变量变送器中很重要的一类，它是测量流量、密度及其他过程变量的基本要素之一。智能温度变送器指的是将温度,3）温度变送器,传感器技术和附加的电子部件结合在一起的一种温度变送器，它可以实现远方设定或远方修改组态数据。从应用和成本的角度来看，每一类智能温度变送器都有其优点和不足之处。,温度变送器分

15、类,温度变送器按测温元件可分为：热电偶变送器和热电阻变送器，通常和显示仪表、记录仪表、电子计算机等配套使用，输出4-20mA。直接测量各种生产过程中的-200 1800 范围内液体、蒸汽和气体介质以及固体表面温度。,电动温度变送器工作原理,热电偶（阻）在工作状态下所测得的热电势（电阻）的变化，经过温度变送器的电桥产生不平衡信号，经放大后转换成为 4-20mA 电信号给工作仪表，工作仪表便显示所对应的温度值。,气动温度变送器工作原理,按力矩平衡原理，通过把温度改变所产生充氮温包的压力变化转换为杠杆的位移，使放大器产生气压信号输出。用途用于连续测量生产流程中气体、蒸汽、液体的介质温度，并将其转换成

16、20-100kPa的气压信号，输出到气动显示调节等单元进行指示、记录或调节。,温度变送器有电压型和电流型；电压型有三线和四线之说，区别就是是否公用零线；电流型有二线和四线之说，区别是电源串进去还是单供电源。两线制：两根线既传输电源又传输信号,即传感器输出的负载和电源串联在一起，电源从外部引入和负载串联来驱动负载。,温度变送器结构,三线制：电源正端和信号输出的正端分离，但它们共用一个COM端。四线制：电源两根线，信号两根线。电源和信号是分开工作的。,温度变送器结构,目前大多数变送器均为二线制变送器，其供电电源、负载电阻、变送器是串联的，即二根导线同时传送变送器所需的电源和输出电流信号。,传感器是

17、能够受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置的总称,通常由敏感元件和转换元件组成。当传感器的输出为规定的标准信号时，则称为变送器。传感器则是将物理信号转换为电信号的器件；变送器是将非标准电信号转换为标准电信号的仪器。,4、变送器和传感器区别和联系,传感器是把非电物理量如温度、压力、液位、物料、气体特性等转换成电信号或把物理量如压力、液位等直接送到测量设备。变送器则是把传感器采集到的微弱的电信号放大以便转送或启动控制元件。或将传感器输入的非电量转换成电信号同时放大以便供远方测量和控制的信号源。根据需要还可将模拟量变换为数字量。传感器和变送器一同构成自动控制的监测信号源。,4、

18、变送器和传感器区别和联系,分析温度控制仪表系统故障时，要注意两点：该系统仪表多采用电动仪表测量、指示、控制；该系统仪表的测量往往滞后较大。温度仪表系统的指示值突然变到最大或最小，一般为仪表系统故障。因为温度仪表系统测量滞后较大，不会发生突然变化。此时的故障原因多是热电偶、热电阻、补偿导线断线或变送器放大器失灵造成。温度控制仪表系统指示出现快速振荡现象，多为控制参数调整不当造成。,5、温度变送器的常见故障分析,温度控制仪表系统指示出现大幅缓慢的波动，可能是工艺操作变化引起的，如当时工艺操作没有变化，则可能是仪表控制系统本身的故障。,5、温度变送器的常见故障分析,温度变送器应分别检查热电阻、变送器

19、部分，若单独是热电阻或变送器部分故障，可以通过更换部分元件重新装配的办法来实现，装配完毕后的仪表应重新校验。,5、温度变送器的常见故障分析,铂电阻温度变送器存在的问题,铂电阻温度变送器存在的问题,a、热电阻故障分析,瞬间电流大、雷击或表内进水，导致电路板烧坏和表内锈蚀，整个温度计不能正常工作；给正负电源端子之间增加一个二极管，防止瞬间的高电压对测量电路的冲击，使其免受雷击损坏；变送器变送单元（即膜盒）稳定性差，示值易漂移，量程范围内示值线形易偏移，导致使用中测温过大偏差。,铂电阻温度变送器存在的问题,b、变送器部分故障分析,热电偶测得的电势值低于实际值，原因可能如下：有热电偶内部电极局部短路漏

20、电；补偿导线局部短路；热电极腐蚀或变质；热电偶表面积垢太多。,热电偶温度变送器存在的问题,热电偶测得的电势值电势值偏高，原因可能如下：热电极变质；绝缘层的破坏等。测得的热电势不稳定，原因可能如下：热电偶接线柱和热电极接触不良；绝缘层破坏引起时续短路或接地现象；热电偶或测量端将断未断、断续连接等原因。,热电偶温度变送器存在的问题,6、压力 温度变送器的发展方向,1）现场总线控制系统（FCS）,现场总线遵循ISO的OSI开放系统互连参考模型的全部或部分通讯协议，是将自动化最底层的现场控制器和现场智能仪表设备互连的实时控制通讯网络，使控制功能彻底下放到现场，降低了安装成本和维护费用。因此，FCS实质

21、是 一种开放的、具可互操作性的、彻底分散的分布式控制系统。,1）现场总线控制系统（FCS）,系统的开放性。互可操作性与互用性。现场设备的智能化与功能自治性。系统结构的高度分散性。对现场环境的适应性。节省硬件数量与投资。节省安装费用。节省维护开销。用户具有高度的系统集成主动权。提高了系统的准确性与可靠性。,现场总线控制系统特点,6、压力 温度变送器的发展方向,2）仪表无线方案的直接优势,不需要敷设电缆、接线盒、机柜和I/O卡件、无需接线，能节省90%的安装成本；系统扩展的方便、快捷，增加新的测点非常容易;未来改造也无需考虑增加机柜、接线盒、卡件、桥架等；不会破坏工厂的现有系统布置简介，没有电缆、

22、机柜，和卡件的束缚；大大减少占用控制室的空间；,节省大量的设备采购费用、调试费用以及后期设备维护费用；节省大量的设备调试时间，实现设备迅速投运，提高工作效率；通过AMS平台，实现无线变送器的远程在线组态、校验、诊断，以及监控通讯，远程实时了解无线变送器的所有信息：组态、诊断、报警、及测量参数。,2）仪表无线方案的直接优势,测点分布示意图,DCS控制室,无线监控方案：测点分布示意图,换热器,反应器,设备区域,DCS工作站,换热器,反应罐,设备区域,无线监控方案：自组网示意图,安装在控制室1420网关可以直接同现场的无线变送器以无线的方式通讯，一个网关可以管理所有的100台无线变送器 现场的无线变

23、送器能够以智能的自组织网络的形式自我管理、自我组织、自我愈合 冗余通讯；跳频技术；时间同步技术 所有的无线变送器都是电池-15年自供电,3051S无线压力变送器,648T无线温度变送器,现场无线变送器,安装在控制室,无线监控方案：一般自组网示意图,Host,AMS,Serial,OPC,直接接入工作站以太网通讯口(Ethernet/TCP;OPC);也可以选择通过Modbus RS485 接口接到工作站上；,标准通讯接口,无线监控方案：与DCS无缝式通讯,控制室,机柜,$,DCS/PLC/主机,接线盒,电缆,无需电缆、桥架、保护管，机柜；无需人工安装成本,磁浮子液位计,磁浮子式液位计是以磁性浮

24、子为感应元件，并通过磁性浮子与显示色条中磁性体的耦合作用，反映被测液位或界面的测量仪表。被广泛应用于石油，化工，电站，制药，冶金，船舶工业，水/污水处理等行业的罐，槽，箱等容器的液位检测。,（1）磁浮子液位计与被测容器构成连通器，利用浮力原理和磁耦合，磁浮子随被测介质的液面的变化上下移动，浮子内置永磁磁组与显示器的磁柱之间产生磁性耦合作用，吸引外部显示器磁柱的翻转，从而现场显示器可清晰地指示出液位的高度。,1、磁浮子液位计工作原理,（2）远传变送器的工作原理 远传变送单元由传感器和转换器两部分组成。当处于某一液面位置，磁浮子的磁钢使相应的干簧管（例如第个）吸合，其它干簧管均为断开状态，传感器的

25、输出电阻为：RAB=R1+R2RkkR。液面的高低与传感器的输出电阻RAB成一次线性关系，当液位变化时，通过变送单元转换器将对应的输出阻值转换420mA标准电流信号输出，实现远距离的液位指示、检测、控制和记录。,图2 干簧管等值电阻,1、磁浮子液位计工作原理,远传式磁浮子液位计的原理框图如下：,1、磁浮子液位计工作原理,2、磁浮子液位计组成,远传式磁浮子液位计由磁浮子、工作筒、指示器、远传变送器组成（见右图）。,指示器,远传变送器,工作筒,磁性浮子式液位计具有显示直观醒目、不需电源，安装方便可靠；配合磁控液位计使用，可就地数字显示，或输出420mA的标准远传电信号，以配合记录仪表，或工业过程控

26、制的需要，实现液位检测数据远传通讯功能，便于液位远程控制及监控报警；远传磁浮子液位计取压管路较短，结构紧凑、附件少，大大降低了人员的维护量。,3、磁浮子液位计测量液位的特点,长期工作由于物质中固体杂质随物流和浮子强磁场的作用，逐渐在密闭管道中凝结、吸附，导致浮子卡死，使现场液位测量出现定值，无法进行液位检测。清洗磁浮子液位计浮筒和浮子，确保浮筒内壁和浮子清洁，无污垢沉淀，防止出现“浮子卡死”。,6、磁浮子液位计的故障分析与处理,（1）“浮子卡死”,消磁现象：磁浮子液位计长时间使用后，磁钢的性能出现不稳定现象，甚至导致部分浮子的磁钢和指示器的部分小磁钢的磁性减弱或消失，失去磁钢之间相互的磁耦合作

27、用，无法带动指示器的小磁钢翻转，从而产生指示器磁钢红白紊乱的情况，即“乱磁”现象，这是磁浮子液位计产生乱磁现象的原因之一。当出现由于部分磁钢磁性减弱或消失而导致的“乱磁”现象时，对现场液位计更换磁钢、维修或校正。,6、磁浮子液位计的故障分析与处理,（2）乱磁现象,气阻现象：测量某些流体物质液位时，由于液相中混杂许多大小不等的气泡，这些气相随液相进入磁浮子液位计的工作筒，形成一个上升的气相段，当气相从磁浮子周围穿过时，由于重力作用浮子在气相中坠落，导致浮子运动速度过快而与工作筒外的指示器瞬间失去磁耦合作用，造成指示器的“乱磁”现象，无法监控液位。当液位计出现由于气阻导致的“乱磁”现象时，可现行排

28、空气体，再用磁棒等磁性物体进行现场校正，以恢复现场液位的监控。,（2）乱磁现象,传感器故障：容器内液位的不断变化，传感器的干簧管不断吸合或断开，长期使用中会出现一个或多个干簧管永久性导通(失效)，失去吸合导通的特性，成为永久通路，使当磁钢随液位上下移动时，就会由于某个干簧管失效，影响变送单元的分压电阻比，出现液位值的测量偏差，就无法准确测量液位；传感器内部电阻坏，使输出电阻，导致对应其远传液位数据为满液位值。,（3）变送单元故障,转换器故障：磁浮子液位计在运行中变送单元遭受雷击、信号线路中瞬间冲击电流过大或电子元件损毁，导致变送单元无法对检测信号进行转换，使液位失准。,（3）变送单元故障,The End,