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化工仪表知识讲解 造气车间 1、绪论 仪表是实现工业生产过程自动化的重要工具 ，它应用广泛。在自动控制系统中，过程检测仪 表将被控变量转换成电信号或气信号，去进行显 示、记录、调节等单元，从而实现生产过程的自 动化，使之达到我们预期的要求。 仪表是操作人员的眼睛和手臂，操作人员通 过 检测仪表获得设备、工艺的特定信号，观察、 分析、判断设备内的运行状况，并通过控制和执 行机构来调整工艺参数，调控设备运行到最佳状 况。从而对生产过程进行监测、控制、优化、调 度、管理和决策，达到增加产量、提高质量、降 低消耗、确保安全等目标的综合性技术。 本课件将简要介绍各种仪表的原理、构造、 使用方法，使大家能对常用仪表有一个大致的了 解。 2、仪表的分类 一、自动仪表的分类： 自动化仪表可简单地分为检测仪表、显示仪 表、控制仪表、执行器四大类。 检测仪表：用来感受生产过程中压力、流 量、物位、温度等参数变化的元件。变送器的作 用是将测量元件得到的信号转换为一定的标准信 号，送往显示仪表或调节仪表进行显示、记录或 调节。 显示仪表：能将生产过程中各种参数进行指 示、记录或累计的仪表。可分模拟式、数字式、 图像显示三种。 控制仪表：即调节器，主要是将被调参数测 量值与给定值之间的差值，按一定的数学关系， 转换为调节作用，施加于对象，以校正由于扰动 而引起的偏差。 2、仪表的分类 执行器：执行器接受调节器送来的控制信号 ，改变被调介质的流量，从而把被调参数维持在 所要求的范围内，是自动调节系统中一个重要的 组成部分。 LC 2、仪表的分类 流流 量量 压压 力力 物物 位位 可燃可燃 火灾火灾 工业工业 电视电视 温温 度度 成成 分分 检测仪 表 显示仪表 控制仪表 气动气动 单元单元 组合组合 仪表仪表 电动电动 单元单元 组合组合 仪表仪表 基地基地 式调式调 节器节器 可编可编 程调程调 节器节器 可编可编 程控程控 制器制器 PLCPLC 分散分散 控制控制 系统系统 DCSDCS 安全安全 控制控制 系统系统 FSCFSC 执行器 气动调气动调 节阀节阀 电动调电动调 节阀节阀 液动调液动调 节阀节阀 指指 示示 仪仪 记记 录录 仪仪 累累 计计 器器 信信 号号 报报 警警 器器 屏屏 幕幕 显显 示示 器器 3、仪表基础知识 绝对误差：测量值与真实值之差，称为绝对误 差 相对误差：绝对误差与被测量真实值比值的百 分数为相对误差。 引用误差：所谓引用误差就是测量仪表在量程 范围内某一点 的绝对误差与其量程的比值的百 分数，就称为仪表在该点示值的 引用误差。 精确度：测量值与实际值的差异程度，表示测 量误差的大小。 相对误差 绝对误 差 真实值 X100 仪表引用误差 该点的绝对误 差 量 程 X100 精确度 测量值实际值 量 程 X100 3、仪表基础知识 除以上的性能指标外，还用以下的质量指标来衡 量测量仪表的好坏。 允许误差：依据仪表使用要求，在一个正常情况 下允许的最大误差， 精度等级：按国家统一规定的允许误差划分成 若干等级，仪表的精度等级与仪表允许误差有关。 仪表的精度等级越高，仪表的精确度也越高。 灵敏度：数值上等于能引起仪表指针发生动作 的被测参数最小变化量。数值仪表用最低量程上最 末一位改变一个数表示的量。 反应时间：测量仪表能不能尽快反映出参数变 化的品质指标，反应时间大，说明仪表需要较长时 间才能得出准确的指示。 另外还有可靠性、生产需求、经济合理性。 4、检测仪表 一、温度检测仪表 温度测量仪表按测量方式可以分为接触式和 非接触式两大类： 通常来说接触式测温仪表测温仪表比较简 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，帮需要一定的时间 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。接触式测温仪表包括(1) 膨胀式温度计 (2)热电效应测温（热电偶）(3) 热电阻温度计 等。 4、检测仪表 非接触式仪表测温是通过热辐射原理来测量 温度的，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。非接触式仪表包括(1) 辐射式温度计 (2) 光电温度计 (3) 比色温度计 (4) 红外温度计。 下面我们主要讲解膨胀式液位计、热电偶、 热电阻。 4.1温度检测仪表 常见的温度测量仪表有： 1 1 1、膨胀式温度计、膨胀式温度计、膨胀式温度计 测量原理 物体受热时产生膨胀 液体膨胀式温度计 固体膨胀式温度计 玻璃管温度计 双金属温度计 4.1.1膨胀式温度计 双金属温度计是利用两种膨胀系数不同的 金属薄片叠焊在一起制成的测温元件，结构简 单、牢固，可取代部分水银温度计，用于气体、 液体及蒸汽的温度测量。 其中双金属片的一端为固定端，另一端为自由 端。 当t=t0时，两金属片都处于水平位置； 当tt0时，双金属片受热后由于两种金属片的膨 胀系数不同而使自由端产生弯曲变形，弯曲的程 度与温度的高低成正比。 4.1.1膨胀式温度计 电熨斗双位调节原理 4.1.1膨胀式温度计 4.1.2热电偶 2 2 2、热电偶、热电偶、热电偶 热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一，其 特点如下： A、测量精度高：因为热电偶偶体直接与被测对象 接触，不受中间介质影响。 B、测量范围广：常有的热电偶从501600均 可连续测量，特殊的最低可测到269 （如： 金铁镍鉻）最高可达2800 （如：钨铼）。 C、构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不 同金属丝组成，而且不受大小和形状的限制，外 有保护套管，用起来非常方便。 4.1.2热电偶 A、热电偶测温基本原理 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，如图：当导体A和B的两 个接点t和t0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定大小的电流，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。 如图所示: 4.1.2热电偶 热电偶的一端将A、B两种导体连接在一起 ，置于温度为t的被测介质中，称为工作端：另 一端为自由端，放在温度为t0的恒定温度下。当 工作端的被测介质温度发生变化时，热电势随之 发生变化，将热电势送入变送、显示、记录仪表 和现在的DCS等卡件中进行处理，即可获得温度 值。 当组成热电偶的热电极的材料均匀时，其 热电势的大小与热电极本身的长度和直径、大小 无关，只与材料的成分及两端的温度有关。所以 只要测出热电势的大小，就能判断测点温度的高 低。 4.1.2热电偶 所谓标准热电偶是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，它有配套的仪表供选用。 4.1.2热电偶 普通型装配式结构通常由 热电极、绝缘材料、保护套管 和接线盒等主要部分构成。绝 缘材料通常采用带孔的耐高温 陶瓷管，热电极从陶瓷管的孔 中穿过。保护套管的材料应具 有耐高温、耐腐蚀、气密性 好、机械强度高、热导率高等 性能，目前有金属、非金属、 金属陶瓷3类，其中不锈钢是常 用的一种，可用于温度在900 以下的场合。 4.1.2热电偶 铠装热电偶是由热电偶 丝、绝缘材料和金属套管三 者经拉伸加工而成的组合体 ，可做的很细很长，可任意 弯曲。套管材料一般为铜、 不锈钢或镍基高温合金等， 热电极与套管间填满绝缘材 料粉末，常用绝缘材料为氧 化镁、氧化铝等。铠装热电 偶特点：测量端热容小，动 态响应快，机械强度高，扰 性好。 铠装热电偶广泛应用于 工业部门。 4.1.3热电阻 3 3 3、热电阻、热电阻、热电阻 热电偶温度计，其感受温度的一次元件是热电偶， 一班适用于测量500C以上的较高温度，对于在 500以下的中低温，由于输出的热电势很小， 利用热电偶进行测量就不一定适当，一般用热电 阻温度计来进行温度的测量。 热点阻的特点：在低温端测量精度高、性能 稳定，便于远距离传输和集中控制。缺点：感温 元件存在传感滞后，连接导线线路电阻受环境温 度影响。 工作原理：热电阻测量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，要求阻丝在整个测量范围内具有稳定的理 化性质，而且电阻和温度之间的关系复现性要 好。 4.1.3热电阻 一、金属热电阻（大多数具有正的热阻温度系数， 温度升高电阻值增大，一般温度每升高1 ，电阻 值约增加4%6%） 二、半导体热敏电阻（大多具有负温度系数，温度 每升高1 ，电阻约减少2%6%） 工业上常用的为铂电阻和铜电阻。铂电阻适 用于0650C的范围。铜电阻适用于-50+150C 容易加工和提纯，线性较好，价格便宜。 4.1.3热电阻 热电阻电阻体（最 主要部分）绝缘套管 保护套管 接线盒一般是 将电阻丝绕在云母或石 英、 陶瓷、 塑料等绝缘 骨架上固定后套上保护套 管， 在热电阻丝与套管间 填上导热材料即成。 热电阻结构形式：普 通型、铠装型、专用型。 铠装型热电阻与铠装 热电偶相似。 铠装型热电阻 4.1.4测温元件的安装要求 插入深度要求 测量端应有足够的插入深度，应使保护套管的测量 端超过管道中心线一定距离，热电偶510mm。 铂电阻5070mm， 插入方向要求 保证测温元件与流体充分接触，最好是迎着被测介 质流向插入，正交90也可，但切勿与被测介质 形成顺流。 流体流动方向 4.1.4测温元件的安装要求 若工艺管道过小（直径小于80mm），安装测 温元件应安装扩大管，如图所示。 热电偶或热电阻的接线盒的出线孔应朝下，以 免积水及灰尘等造成接触不良，防止引入干扰信 号。 检测元件应避开热辐射强烈影响处。要密封安 装孔，避免被测介质溢出或冷空气吸入而引入误 差。 按照规定的型号配用热电偶的补偿导线，注意 热电偶的正、负极与补偿导线的正、负相连接，不 要接错。 导线应尽量避免有接头，应有良好的绝缘。 4.1.4温度仪表的选择 就地温度仪表 在满足测温范围、工作压力、精度要求下，首选双 金属温度计。 温度检测元件的选择 热电偶适合一般场合、工况温度比较高的场合。 热电阻适合要求测量精度高，中低温段，无振动场 合。 根据环境条件选择温度计接线盒 普通式条件较好的场所。 防溅式条件较好的场所，主要是放水。 防暴式易燃、易爆的场所。 特殊的场合的温度计 如：轴承、电机绕组、炼钢时钢水温度等。 保护管的选择。根据使用的环境选择不同的保护 管。 4.2、压力检测仪表 一、压力测量基础 绝对压力：指被测介质作用在容器单位面积上的全 部压力。 P绝P气 P表 表压：绝对压力与大气压力之差，称为表压。 P表 P绝 P气 负压：当绝对压力值小于大气压力值时，表压力为 负值。 P负 真空度：负压力的绝对值，称为真空度。 P真 P真 P大气压力 P绝对压力 P 绝 P表 P真 P 绝 大气压力线 4.2、压力检测仪表 测压仪表大致分为四大类： 液柱式压力计，它是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的。 弹性式压力计，它是将被测压力转换成弹性元件 变形位移进行测量的。 电气式压力计，它是通过机械和电气元件将被测 压力转换成电量来进行测量的仪表。 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砝码的质量 来进行测量的。 下面我们主要讲解弹簧管压力表、液柱式压 力表和电容压力变送器。 4.2.1、弹簧管压力表 弹簧管压力表的测量范围极广，品种规格繁 多。其外形与结构基本相同，只是所用材质有所 不同。 结构及原理如图所示，弹簧管1是压力表的 测量元件，图中为单圈弹簧管，它是一根弯成 270圆弧的椭圆界面的空心金属管子。管子的 自由端B封闭，管子的另一端固定在结头9上。当 通入被测的压力P后，圆弧形的弹簧管也随之产 生向外挺直的扩张变形。由于变形，使弹簧管的 自由端产生位移。输入压力P越大，产生的变形 也越大。也就是说测得自由端的位移，就能反映 压力P的大小。这就是弹簧管压力表的基本测量 原理。 4.2.1、弹簧管压力表 弹簧管压力表动作原理 4.2.1、弹簧管压力表 电远传弹性压力表 4.2.1、弹簧管压力表 电接点压力表 4.2.2液柱式压力计 在没有被测压力 作用时，两管中自由 液面同处于标尺的中 央，0刻度处，当被测 压力P大于大气压时， 右面液体下降，左面 上升直到液面差的高 度所产生的压力与被 测压力向平衡为止。 就可以直接读出压力 的大小了。 0 压力P 4.2.3电容式压力变送器 电容式变送器是根据变电容原理工作的压力检测 仪表，是利用弹性元件受压变形来改变电容器的电 容量，从而实现压力电容的转换的。然后在变送 单元将电容变化量转换成标准的420mA电流信号。 特点是：结构简单、体积小、动态性能好、灵 敏度高。 原理（检测元件） 电容式变送器通常采用改变变极板间的距离，或 改变两极间电介质来改变电容，经变换电路拾取其 电容变化量，并转换成标准的420mA电流信号输 出。 4.2.3电容式压力变送器 在检测极板（隔离膜片） 左右p1、p2通过硅油推动极板 ，改变动极板与定极间的距离 ，定、动极板组成的电容C1 、C2发生改变。当两侧压力 相等时，使定极板左右两个电 容的电容量完全相等，电容量 的差值c0，在有差压作用 时，检测膜片发生变形，动极 板向低压侧定级靠近，同时远 离高压侧定级，使电容 c1c2(c1c2)测出电容量的 差值， c c1c2，其值大 小与被测差压值成正比。然后 将采集到的电容的变化量转换 成电流信号输出。 DD 初始间间距 位移 C1 固定电电极 可动电动电 极 固定电电极 D C2 检测元件工作原理图 4.2.4压力检测仪表的使用 1、仪表测量范围的确定：在使用中，为延长压力表 使用寿命，避免受压元件因受力过大而损坏，在 测量稳定压力时，最大工作压力不应超过测量上 限值的2/3；测量脉动压力时，最大工作压力不应 超过测量上限值的1/2；测量高压压力时，最大工 作压力不应超过测量上限值的3/5； 一般被测压力的最小值不低于仪表满量程的 1/3为宜。 2、仪表精度是根据工艺生产上允许的最大测量误差 来确定的，选用的仪表越精密，测量结果就越精 确、可靠，但价格也越贵，操作和维护越费事。 4.2.4压力检测仪表的使用 压力测量仪表的安装 取压点的选择 （1）取压点要选在被测介质作直线流动的直管段 上，不能选在拐弯、分岔、死角或其他能形成旋 涡的地方。 （2）测量液体介质的压力时，传压管应与介质流 动方向垂直。传压管口应与工艺设备管臂平齐， 不得有毛刺。 （3）测量液体的压力时，取压点应在管道的下部 ，以免传压管内存有气体，测量气体压力时，测 点应在水平管道的上部。 （4）测量低于0.1MPa的压力时，所选取样点尽量 减少液柱重力所引起的误差。 4.3流量检测仪表 在过程仪表与装置中，流量仪表主要有两大功 用，即作为过程自动化控制系统的检测仪表和测量 物料数量的总量表。流体流量参数检测与控制是最 常见的参数之一，它关系到生产过程的质量与安 全。 流量就是单位时间内流经某一截面的流体数 量。流量可用体积流量和质量流量来表示。单位有 m3/h、L/h（体积流量）和Kg/h、T/h（质量流量） 等。 工业上常用的流量仪表可以分为两大类 （1）速度式流量计 以测量流体在管道中的流速作为 测量依据来计算流量的仪表：如 差压式、变面积 式、电磁、旋涡流量计等 。 （2）容积式流量计 以单位时间内所排出的流体固定 容积的数目作为测量依据： 如 椭圆齿轮、腰轮、刮 板式等流量计。 下面我们主要学习压差式流量计、转子流量计 和超声波流量计。 4.3.1压差式流量计 当流体在有孔板的管 道中流动时，在远离孔板之 前的A处就开始收缩、流速 加快，流体内部的静压力逐 渐下降。流体对管道壁的压 力却在上升直到孔板处达到 最大值，在孔板两边形成一 个压力差。当流体通过孔板 之后，由于惯性关系流束不 仅没有立即扩散，而且还是 继续收缩，压力继续下降， 直至B处流束最小，这时流 体的平均流速最大，而后开 始扩散到C处时，流体又充 满管道。所有条件又回到初 时状态。 ABC P OX 流束变化情 况 压力分布曲线 OX 速度分布曲线 4.3.1压差式流量计 充满管道的流体，当流 经管道内的节流件时，流束 将在节流件处形成局部收 缩。此时流速增大，静压降 低，在节流件前后产生差 压。也就是流量愈大，差压 愈大。因而可依据差压来衡 量流量的大小，理论证明， 这个压力之差和流过节流装 置的流体体积流量的平方成 正比。因此，我们只要测出 节流元件前后的压力差，就 可以知道流体流过管道的流 量。 ABC P OX 流束变化 情况 压力分布曲线 OX 速度分布曲线 4.3.1压差式流量计 压差式流量计的特点： 1、结构简单、性能稳定可靠，使用期限长、价格 低廉。 2、应用广泛，全部单相、部分混相流体均可应用 ，公称压力0.2532MPa、公称直径50-1600mm。 3、检测件与变送器配合灵活方便。 4.3.1压差式流量计的测量误差 差压式流量计在实际应用时，往往具有比较大 的测量误差，有时甚至高达1020%，造成测量误 差的原因有以下几种。 1、被测流体工作状态的变动：实际使用时被测 流体的工作状态（温度、压力、湿度）及相应的流 体重度、粘度、雷诺数等参数数值，与设计计算时 有所不符，故使测量的流量数值与实际流量不符。 需要加以修正。 2、节流装置安装不正确：安装时应注意节流装 置的安装方向。一般，节流装置露出部分所标注的 “+”号一侧，应当是流体的入口方向。节流装置 处有沉淀、结焦、堵塞等现象，会引起较大的测量 误差。应及时清洗。 4.3.1压差式流量计的测量误差 3、孔板入口边缘的磨损：节流装置使用日久，它 的入口边缘的尖锐度会由于冲击、磨损和腐蚀而 变钝，引起仪表指示数值偏低。应注意检查、维 修，必要时更换新孔板。 4、导压管安装不正确，有堵塞、渗透的现象，引 起较大的测量误差。 4.3.2转子流量计 转子流量计 转子流量计又称浮子流量计 特点：可测多种介质的流量（液体、气体、蒸汽等 ），适用于中、小孔径流量测量。压力损失小，反 映灵敏，量程宽，结构简单，价格便宜，使用维护 方便。安装方式必须垂直。 转子流量计是利用改变流通面积的方法来实现 测量的，所以也称为面积式流量计。 转子流量计由一段扩大的圆锥形管子和密度大 于被测介质且能随介质流量大小上下浮动的转子组 成。 4.3.2转子流量计 当流体自下而上流 动时，流过锥管，转子因 受到流体的冲击而向上运 动。随着转子的上移，转 子与锥管间的环形流通面 积增大，流体流速减低， 冲击作用减弱，直到流体 作用在转子上向上的推力 与转子在流体中的重力相 互平衡。此时，转子停留 在锥形管中的某一高度。 如流量在增大，平衡被打 破转子继续升高，到新的 平衡点为止。反之下降。 因此，根据转子悬浮的高 低就可以测知流体的流量 的大小。 4.3.2转子流量计 转子流量计种类及结构 转子流量计一般按锥形管材料的不同可分为玻璃 转子和金属管转子流量计两大类。玻璃一般为就 地指示。金属管转子流量计为远传指示等。按结 果和用途可分为，基本型、夹套保护型、耐腐 蚀、高温、高压等。 转子流量计使用安装 工作环境温度低于60、防震、防晒、便于 操作。 锥管垂直安装，倾斜小于30度。 仪表前后应有五倍直径的直管段。且在仪表 之前要安装过滤器，以免脏污介质粘附在转子上 影响精度。 4.3.2转子流量计 转子流量计的指示值修正 ： 转子流量计是一种非标准化 仪表，仪表厂家是在工业标准 状态（20C，0.10133MPa大气 压）下用水或空气进行刻度 的。所以在实际使用时，如果 被测介质的密度和工作状态不 同，需要根据具体情况进行修 正。 玻璃转子流量计 4.3.3超声波流量计 超声波流量计 超声波流量计是近代发展起来的一种新型 测量流量的仪表，只要能传播声音的流体均可以 用超声波流量计测量；超声波流量计可以测量高 粘度液体、非导电性液体或气体的流量，其测量 流速的原理是：超声波在流体中的传播速度会随 被测流体流速而变化。 超声波流量计一般不作结算计量仪表使用 ，对于现场计量点损坏生产不能停机更换，又需 要检测参数指导生产的情况也往往用到超声波流 量计。超声波流量计最大优势是用于大口径流量 测量（管径大于 2 米 ），即使有些结算用计量 点，经过使用双方认可，选用精度高的超声波流 量计，可以节约成本，并减少维护量。 4.3.3超声波流量计 1 超声波流量计的分类 超声波流量计的各类很多，依照不同的分类方法， 可以分为不同类型的超声波流量计。 多谱勒式超声波流量计 换能器发射频率为的超声波信号，经过管道内 液体中的悬浮颗粒或气泡后，频率发生偏移，以的 频率反射到换能器，这就是多谱勒效应，两者之差 即为多谱勒频差。 当管道条件、换能器安装位置、发射频率、声速确 定以后，c、f1、即为常数，流体流速和多谱勒频 移成正比，通过测量频移就可得到流体流速，进而 求得流体流量。 时差式超声波流量计 时差式超声波流量计是利用声波在流体中顺流 传播和逆流传播的时间差与流体流速成正比这一原 理来测量流体流量的。 4.3.3超声波流量计 插入式超声波流量计 4.3.4冲量式流量计 4.3.5电磁式流量计 4.3.6容积式流量计 4.4物位检测仪表 物位测量的主要目的有两个：一是通过物位测量 来确定容器内的原料、产品或半成品的数量，以保 证连续供应生产中各个环节所需的物料或进行经济 核算,对物料测量的绝对值要求非常精确：另一个是 通过物位测量了解物料是否在规定的范围内，能正 确迅速反映出某一特定水准面上的物料相对变化。 以使生产过程正常进行，保证产品质量、产量和生 产安全。对物料测量的相对值要求非常精确。 物位测量仪表的种类很多，如果按液位、料位 和界面来分可分为：测量液位的仪表：玻璃管（板 ）、称重、浮力、静压、电容、电感、电阻、超声 波、放射性、激光式及微波式等。测量界面的仪表 ：浮力、差压、电极式及超声波式等。测量料位的 仪表：重锤探测式、音叉式、超声波式、激光式、 放射性式等。 4.4.1物位仪表的性能比较表 4.4.1物位仪表的性能比较表 4.4.2直读式物位仪表 直读式：利用仪表 与被测容器的气相、液 相的直接连接来直接读 取容器中的液位高低。 原理如图： 利用液相压力平衡原理 当 时 H1=H2 H1 H2 气相切 断阀 液相切 断阀 玻璃管 液位计 4.4.3、差压式液位计 用差压变送器测量液位 的原理如图： 差压变送器与液体导压 管水平安装， 液体导压管 到液面距离为H、液体密度 为 、气相压力为P气正压 室压力 P1P气H g 负压室压力 P1P气 故正、负压室的差压为 PP1P2H g 由此可见，由于密度一定 ，差压与液位高度一一对 应关系。 气相不易冷凝的情况下 的差压液位测量原理图 知道了差压值就知道液位的高 度。这样就把测量液位的问题 归结为测量差压的问题。用差 压变送器就很方便地把差压测 得，并转换成统一标准信号， 这就是差压测量液位的原理。 4.4.3、差压式液位计 DDZ-II差压变送器 4.4.3、差压式液位计 DDZ-III差压变送器 4.4.4浮力式液位计 浮力式液位计分为恒浮力式和变浮力式两大 类。恒浮力式液位计的传感部件有浮球和浮标， 变浮力式液位计的传感部件为沉筒（浮筒）。 浮筒工作原理：检测部分由浮筒、杠杆、扭 力管、芯轴、外壳、轴承等部件组成。浮筒由一 定重量的不锈钢材质制成，它垂直悬挂在杠杆的 一端，杠杆的另一端与扭力管和芯轴的一端固定 连接在 一起，端为自由端，由轴承支撑，芯轴 的自由端上固芯轴套在扭力管中心，并由外壳上 的支点所支撑，扭力管的另一端固定在外壳上， 芯轴的另一定一指针，对应于一圆形刻度盘，用 于指示液位。 4.4.4浮力式液位计 浮筒 杠杆 扭力管 外壳 芯轴 轴承 4.4.4浮力式液位计 随着液位的上升， 浮筒浸没入液体的体积 增大，浮筒所受的浮力 增大，浮筒作用于杠杆 的作用力随之减小，扭 力管所受到的扭力矩也 逐渐减小，芯轴所产生 的角位移也相应减小， 指针向液位高度相应的 刻度指示。扭力管和芯 轴角位移通过电动附加 装置转换为电信号，用 于远传。 4.4.4浮力式液位计 4.4.5放射性物位计（射线） 在自然界中某些元素能放射出某种看不见的粒子线，即射线（如、 同位素钴60、铀 铯137等）。当这些射线穿过一定厚度的物体时 ，因粒子的碰撞和克服阻力而消耗了粒子的动能，以至最后动能 耗尽，粒子便留在物体中，被吸收了。不同的物体对射线的穿透 与吸收能力是不同的，一般来说固体大于液体。液体大于气体。 故测得因被吸收而衰减的射线强度，就测得了相应的液位。 放射性物位计由；放射源、一次仪表（监测器、计数管）、二次 仪表组成。 4.4.5放射性物位计（射线） 当料位低于射源的 位置时，射线粒子大部 分通过气体介质到达探 测器；若料位上升到超 过射源的高度时，因固 体吸收能力强，大部分 射线粒子被容器中的物 料所吸收，而探测器测 得的粒子数很少。所以 ，从探测器测得的粒子 数的多少，便知道容器 中的料位有多高。指示 仪表把测到的粒子数进 行转换、功率放大成标 准的电信号，远传进行 指示。 物料 铅罐 射源 探测器 容器 4.4.5放射性物位计（射线） 放射性物位计的特点： 、可以实现完全不接触式的测量。 、容器上不用开孔，因而可以用在高/低温、高 压、高粘度、强腐蚀、易燃、易爆等的工况。 、可以测量液位、粉状、块状介质的物料。 5、显示仪表 凡能将生产过程中 各种参数进行指示、记 录或积累的仪表统称为 显示仪表。一般装在控 制室的仪表盘上，和各 种变送器配套使用，连 续地显示或记录生产过 程中各种参数的变化。 5、显示仪表 模拟式显示仪表： 是以仪表的指针（或记 录笔）的线性位移或角 位移来模拟显示被调参 数连续变化的仪表。 数字式显示仪表： 是直接以数字的形式显 示被调参数数值大小的 仪表。 图像显示：就是将 图形、曲线、字符和数 字直接在屏幕上进行显 示。它是随着电子计算 机的推广应用而发展起 来的一种新型显示设 备。 智能光柱数显仪表 智能系列双数字显示调节仪 6、控制仪表 现代工业生产过程，随着生产规模的不断扩大 ，生产过程的强化，对产品质量的严格要求，以及 各公司间的激烈竞争，人工操作和一般的控制远远 不能满足现代化生产的要求，工业过程控制系统已 成为工业生产过程必不可少的设备，它是保证现代 企业安全、优化、低耗和高效生产的主要技术手 段。 6、控制仪表 这是一个单元组合仪 表构成的简单控制系统。 图中控制对象代表生产过 程中的某个环节，控制对 象输出的被控变量（T P L F等），经变送、转换成相 应的信号，送显示、记 录、调节与给定单元来的 给定值进行比较，将偏差 值进行一定运算后，发出 信号控制执行单元的动作 ，将阀门开大或关小，改 变控制量，直到被控变量 与给定值相等。 单元组合仪表的构成 控制 对象 变送 单元 调节 单元 执行 单元 显 示 单 元 给定 6.5简单控制系统 简单控制系统由下列基本单元组成。简单的自 控系统由被控对象、检测元件、控制器和调节阀四 部分组成。组成方框图如下： 变送器 测量值 偏差 e z x 控制器调节阀 操纵变量 给水、蒸汽、 等 对象 扰动 f 被控变量 水位、温度等 6.5简单控制系统 简单控制系统又称单回路反馈控制系统。其 指由一个被控对象、一个测量变送器、一个控制 器和一只调节阀所组成的单回路闭合控制系统， 是复杂控制系统的基础。 简单控制系统结构简单、投资少、易于调整 和投用。能满足一般生产过程的控制要求，因而 应用广泛，尤其适用于被控对象滞后小，时间常 数小，负荷和干扰变化比较平缓或者对被控变量 要求不太高的场合。 常见的有温度、压力、流量、液位和成分等 物种控制系统。 6.1、液位控制系统 图中，检测变送 器检测到水位高低， 当水为高度与正常给 定水位之间出现偏差 时，调节器就会立刻 根据偏差的大小去控 制给水阀，使水位回 到给定值上。从而实 现水位的自动控制。液位自动控制系统 LTLC 给定值 6.2、温度控制系统 它由蒸汽加热器、 温度变送器、调节器和 蒸汽流量阀组成。控制 目标是保持出口温度恒 定。当进料流量或温度 等因素的变化引起出口 物料的温度变化时，通 过温度仪表测得的变化 ，并将其信号送至调节 器与给定值进行比较， 调节器根据其偏差信号 进行运算后将控制命令 送至调节阀，改变蒸汽 量维持出口温度。 进料 蒸汽 TT TC 给定值 蒸汽加热器温度控制系统 6.3、流量控制系统 它由管路、孔板和差压 变送器、流量调节器和流量 调节阀。控制目标是保持流 量恒定。当管道其他部分阻 力发生变化或有其他扰动时 ，流量将偏离设定值。利用 孔板作为检测元件，把孔板 上、下游的差压接至差压变 送器，将流量信号标准信号 ；该信号送至调节器与给定 值进行比较，流量控制器根 据偏差信号进行运算后将控 制命令送至控制阀，改变阀 门开度，就调整了管道中流 体的阻力，从而影响了流量 ，使流量维持在设定值。 FC 流量控制系统 6.4、其他控制系统 PT PC 压力控制系统 TTTC 成分控制系统 精馏塔 6.5.1控制系统中常用名词术语 、被控对象：需要实现控制的生产设备或生产过 程装置，称为被控对象。 、被控变量：对象需要控制的变量，也就是说对 象要求保持设定值的物理量，称为被控变量。 、操纵变量：受控制器操纵，用以使被控变量保 持给定值的物料量或能量，称为操纵变量。 、干 扰：除操纵变量以外作用于对象并能引 起被控变量变化的因素，称为干扰。 、设定 值：被控变量的目标值，称为设定值。 、偏差：偏差理论上应该是指被控变量的设定值 与实际值之差，但是能够直接获取的是被控变量 的测量值，而不是实际值，因此也称为给定值与 测量值之差，称为偏差。 6.6控制系统的分类 由于控制技术的 广泛应用以及控制理 论的发展，使得控制 系统具有各种各样的 形式，但总的来说分 为两大类，即开环和 闭环控制系统。 、开环控制 又分两种、一种是 按设定值进行控制。 其操纵变量与设定值 保持一定的函数关系 ，当设定值变化时， 操纵变量随之变化。 如下图： 控制装置 给定值 按设定值控制的开环系 统 6.6.1开环控制 另一种是按扰动量进行控制，即所谓前馈控 制，如图：在蒸汽加热器中，若负荷为主要干扰 ，如果使蒸汽流量与冷流体流量保持一定关系， 当扰动出现时，操纵变量随之变化。 控制装置 按扰动而控制的开环系统 6.6.2闭环控制系统 系统的输出（被 控变量）通过测量、 变送环节，又返回到 系统的输入端，与给 定信号比较，以偏差 的形式进入控制器， 对系统起控制作用， 整个系统构成一个封 闭的反馈回路，这种 控制系统统称为闭环 控制系统或反馈控制 系统。 闭环控制系统 TT TC 给定值 7、执行器（调节阀） 执行器接受调节器送来的控制信号，改变被 调介质的流量，从而把被调参数控制在要求的范 围内。它是自动调节系统中一个重要的组成部 分。 生产现场，调节阀直接控制工艺介质，尤其 是高温、高压、低温、腐蚀、易燃、易爆、有 毒、结晶的介质情况下，若选择或使用不当，往 往给生产过程自动化带来困难，导致调解品质下 降，甚至会造成事故。因此，对阀的正确选用、 安装和维修等环节都是很重要的。 按其能源形式 可分为气动、电动和液动三大类。 7.1调节阀对比表 项目项目气动调节阀气动调节阀电动调节阀电动调节阀 动力源动力源压缩空气压缩空气 公称压力公称压力0.30.31.0Mpa1.0Mpa 工作温度；常温工作温度；常温 露点；在常压下，低于最低气露点；在常压下，低于最低气 温温1010度度 电源电源 交流单相交流单相200V 50HZ200V 50HZ 交流三相交流三相380V 50HZ380V 50HZ 辅助装置辅助装置1 1、电、电/ /气阀门定位器气阀门定位器 2 2、气动阀门定位器、气动阀门定位器 3 3、电磁阀、电磁阀 4 4、保位阀、保位阀 5 5、阀位开关、阀位开关 6 6、手轮、手轮 1 1、伺服放大器、伺服放大器 2 2、限位开关、限位开关 规格 公称压力 Mpa 1.6、4.0、6.4、16.0、32.0、 175.0、350.0 1.6、4.0、6.0、10.0 工作温度 6045040450 口径 mm 2040020400 7.2、气动调节阀 气动调节阀，以压缩空气为能源，具有结 构简单、动作可靠、平稳、输出推力大、本安防 爆、价格便宜、维修方便等优点。其与气动、电 动仪表方便的配套使用。当采用电动仪表或计算 机控制时，只要用电/气阀门定位器或电/气转化 器，将420 mA电信号转成20100KPa的气信 号即可。 气动调节阀按其结构形式分为薄膜式、活 塞式、长行程和近年新研制的增力型薄膜调节 阀。 7.2调节阀的结构 调节阀