工业自动化工程仪表基础知识教程

仪表基础知识,黄家颢,一、一次仪表就是现场安装仪表，主要为测量变送单元和执行单元两类。,二、二次仪表就是控制室内安装仪表，主要为转换单元类、调节单元类、运算单元类、显示单元类、给定单元类和辅助单元类。,仪表的精度,仪表的分类及图例,温度检测与仪表,液位检测与仪表,压力检测与仪表,流量检测与仪表,执行器,主要内容,一、仪表精度等级是衡量仪表测量显示值准确程度的重要标志。仪表出厂根据设计及制造质量的不同，要求基本误差都不超过某一规定值，此规定即为基本误差，基本误差去掉百分号的数值称为仪表的精度等级。二、精度等级是由国家计量检定规程规定的，我国过程检测控制仪表的精度等级有0.005、0.02、0.1、0.35、0.5、1.0、1.5、2.5、4等，精度数字越小说明仪表精确度越高。三、工业用一般弹簧管式压力表精度等级为1.5，温度类仪表中热电阻和热电偶例外（按检定规程规定工业用热电阻精度等级分为A、B，工业用廉金属热电偶和贵金属热电偶精度等级分为等、等）,仪表精度,四、仪表精度计算精度=（测量值-约定真值）/（标尺上限值-标尺下限值）100%或精度=（绝对误差/测量范围）100%式中约定真值也就是标准器示值。在仪表调试中，仪表精度是作为仪表的一个重要指标来检查和调整的。【例】一台测温仪表测量范围是6001100。其绝对误差是6，此表的精度等级计算：6/（1100-600）100%=1.2%则仪表精度等级应是1.5级。,仪表的精度,仪表的分类及图例,温度检测与仪表,液位检测与仪表,压力检测与仪表,流量检测与仪表,执行器,主要内容,检测与过程控制仪表我们通常称为自动化仪表，由于自控仪表种类繁多，分类方法也较多。,仪表分类,按仪表在测量与控制系统中的作用进行划分：,检测仪表、显示仪表、调节(控制)仪表、执行器,按被测变量划分：,压力、温度、流量、物位、成分、执行机构、阀,根据以上分类，国家行业标准HG/T20505-2000，自控常用图形及代号如下：,XXXX,PG：就地指示压力表TG：就地指示温度计LG：就地指示液位计PT：压力变送器PdT：差压变送器TT：温度变送器LT：液位变送器FT：流量变送器PV：压力调节阀TV：温度调节阀LV：液位调节阀,就地指示,XXXX,带远传变送单元,集中仪表盘面安装的仪表，远传到DCS、PLC系统上的控制点。,第一个字母：T温度P压力L液位F流量第二个字母及以后：I指示C控制A报警,S开关、联锁Q累积,仪表图例,仪表的精度,仪表的分类及图例,温度检测与仪表,液位检测与仪表,压力检测与仪表,流量检测与仪表,执行器,主要内容,温度检测与仪表,自然界中几乎所有的物理化学过程都与温度紧密相关，因此温度是工农业生产、科学试验以及日常生活中需要普遍进行测量和控制的一个重要物理量。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。,概述,分类,测温方法分为接触式和非接触式，测温仪器亦分为接触式和非接触式两大类。接触式仪器又可分为:膨胀式温度计(包括液体和固体膨胀式温度计、双金属温度计)、热电阻式温度计(包括金属热电阻温度计和半导体热敏电阻温度计)、热电偶式温度计(包括标准热电偶和非标准热电偶)。非接触式温度计又可分为：辐射温度计、亮度温度计和比色温度计，由于它们都是以光辐射为基础，故也统称为辐射温度计。(便携式红外测温仪),常用测温仪表：,1、双金属温度计,主要特点现场显示温度，直观方便；安全可靠，使用寿命长；方便维护或更换；可以満足各种现场安装的需要。,工作原理利用不同金属膨胀系数不同的原理。用绕制成螺旋管状的双金属片一端被固定，另一自由端与指针连接，随着温度的变化而转动，并带动指针旋转。,应用可以直接测量各种生产过程中的-80-+500范围内液体蒸汽和气体介质温度。,常用测量仪表：,2、热电阻温度计,热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。主要特点测量精度高，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。测温原理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。材料热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜。,常用测量仪表：,3、热电偶温度计,热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一，常用于测量高温区优点：测量精度高。测量范围广。-构造简单，使用方便。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。当导体A和B的两个接点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。热电偶就是利用这一效应来工作的。,A,B,测量端,参考端,常用测量仪表：,4、一体化温度变送器,温度变送器是现场安装式温变送单元，变送器可以安装于热电偶、热电阻的接线盒内与之形成一体化结构，也可单独安装于仪表盘内作转换单元，该仪表以十分简捷的方式把-2001300的温度信号转换为标准420mA电流信号实现对温度的精确测量与控制。温度变送器可与显示仪、控制系统等调节器配套使用，并被广泛应用于石化、发电、医药、锅炉等工业领域。,仪表的精度,仪表的分类及图例,温度检测与仪表,液位检测与仪表,压力检测与仪表,流量检测与仪表,执行器,主要内容,压力检测与仪表,压力是连续生产过程的重要工艺参数。为了保证生产正常运行，必须对压力进行监测和控制。物理上把单位面积上所受的作用力叫做压强，而把某一面积所受力的总和称之为压力。我们这里所说的压力实际上就是物理概念中的压强。,概述,压力表示方法有两种：绝对压力和相对压力绝对压力是以绝对真空作为基准所表示的压力。相对压力是以大气压力作为基准所表示的压力。由于大多数测压仪表所测得的压力都是相对压力，故相对压力也称表压，绝对压力与相对压力的关系为：绝对压力=相对压力+大气压力,压力检测与仪表,按其作用原理可分为液柱式、弹性式、电气式及活塞式四大类,分类,液柱式：包括U型管式、倾斜式、杯式和补偿式结构简单、使用方便弹性式：包括弹簧管式、膜片式、膜盒式、波纹管式使用范围广，测量范围宽电气式：包括电位器式、应变片式、电感式、电容式、霍尔片式等输出信号根据不同的形式可以是电阻、电流、电压、频率活塞式：包括单活塞式和双活塞式两种测量精度很高，结构较复杂，价格较贵,常用压力仪表：,1、压力表,工作原理当弹簧管内受到介质压力时，它的活动端就向外伸张，经传动机构带动指针转动，由刻度盘上指示出介质的压力。,1.表壳2.弹簧管3.指针4.机芯5.连杆6.刻度盘7.接头,压力表的选用原则压力表满量程刻度为容器或容器系统最高工作压力的1.53.0倍，最好选用2倍。压力表的安装（1）应设置在便于观察、清理处，应避免受到辐射热、冻结或振动等不利因素影响；（2）压力表应垂直安装，安装位置较高时，可略向前倾斜，以便于观察，但倾斜角度不得超过30度；（3）一情况下压力表前应装有缓冲弯管，缓解压缩空气直接冲入弹簧弯管内，还可积存凝结水；（4）压力表和缓冲弯管之间应装有三通旋塞或针型阀，以便更换和校验压力表。压力表的使用要求压力表在安装前，应经国家认可的计量部门对压力表进行校验，并出具校验合格证。使用中的压力表至少每年校验一次，出现压力指示不灵，指针松动，刻度不清，表盘玻璃破裂，泄压后指针不回零位及铅封损坏等问题之一时，必须立即更换,常用压力仪表：,2、压力变送器,工作原理工作时，高、低压侧的隔离膜片和灌充液将过程压力传递给灌充液，接着灌充液将压力传递到传感器中心的传感膜片上。传感膜片是一个张紧的弹性元件，其位移随所受压而变化，且位移量与压力成正比。,特点测量范围：0-0.5inH2O至6000psig结构小巧、坚固、抗震模块化结构,仪表的精度,仪表的分类及图例,温度检测与仪表,液位检测与仪表,压力检测与仪表,流量检测与仪表,执行器,主要内容,液位检测与仪表,在工业生产过程中，常遇到大量的液体物料它们占有一定的体积，我们把生产过程中罐、塔、槽等容器中存放的液体表面位置称为液位。,概述,测量液位的仪表很多，按测量方式分为玻璃管(板)式、称重式、浮力式(浮筒、浮球、浮标)、静压式(压力式、差压式)、电容式、电感式、电阻式、超声波式、放射性式、激光式及微波式,常用液位仪表：,1、玻璃板式液位计,玻璃板式液位计是一种直读式液位测量仪表，使用于工业过程中一般贮液设备的液体位置的现场检测.其结构简单，测量可靠，是传统的现场液位测量工具。,常用液位仪表：,2、磁性翻板液位计,它通过法兰或其他接口与容器组成一个连通器；根据浮力原理和磁性耦合作用研制而成,材料为全不锈钢或防腐型材料,当被测容器中的液位升降时,液位计主测量管中的浮子也随之升降,浮子内的永久磁钢通过磁耦合传递到现场指示器,驱动红、白翻柱翻转180当液位上升时，翻柱由白色转为红色，当液位下降时，翻柱由红色转为白色，指示器的红、白界位处为容器内介质液位的实际高度，从而实现液位的指示。,常用液位仪表：,3、差压式液位计,原理：它是利用容器内的液位改变时，液柱产生的静压也相应变化的原理而工作的。,特点：a、不占容器空间b、便于操作维护c、解决了高凝固、易结晶、腐蚀性、含有悬浮物介质的液位测量问题,常用液位仪表：,3、雷达液位计,是采用微波技术来检测料位的高科产品.微波脉冲沿着浸没于过程介质的探头的引导向下发射。当雷达脉冲抵达具有不同介电常数的介质表面时，部分能量被反射回变送器而被发射(参考信号)与被反射脉冲之间的时间差正比于空间距离，由此距离计算出总的液位,优点:有非接触低维护，不挂料，抗粘附、高性能、高精度、高可靠性，使用寿命长等,常用液位仪表：,4、伺服式液位计,原理：伺服式液位计基于浮力平衡的原理，由微伺服电动机驱动体积较小的浮子，能精确地测出液位等参数。,优点:（1）测量精度很高（+0.9mm）；（2）可靠性很高，故障率比较低；（3）可测量液位、界位、介质比重等参数,仪表的精度,仪表的分类及图例,温度检测与仪表,液位检测与仪表,压力检测与仪表,流量检测与仪表,执行器,主要内容,流量检测与仪表,在工业生产过程中另一个重要的参数就是流量。流量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，其单位分别用M3/h、L/h和kg/h等。,概述,工业上常用的流量仪表分为两大类A、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。(差压式流量计、电磁流量计、漩涡流量计等)B、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。(腰轮流量计、刮板式流量计和活塞式流量计等),常用流量仪表：,1、一体化孔板流量计,原理：当充满管道的流体流经孔板时产生局部收缩，流速增加，静压力降低，于是在孔板前后产生一个静压差，该压力差与流量存在一定的函数关系，流量越大，压力差就越大。通过引压管将差压、压力和温度信号传递到变送器进行自动补偿从而实现流体的测量。,优点:a.减少直管段需求b.降低孔板安装成本c.方便维护d.精确并可重复,常用流量仪表：,2、涡街流量计,原理：是应用流体振荡原理来测量流量的，流体在管道中经过涡街流量变送器时，在三角柱的漩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漩涡发生体的流体平均速度及漩涡发生体特征宽度有关.,优点:涡街流量计测量范围大，压力损失小，准确度高，安装与维护简单。但涡街流量计的环境相关参数较多，容易在使用现场被忽略而影响流量计性能的正确发挥。,常用流量仪表：,3、智能旋进流量计,原理：流体通过螺旋形导叶片组成的旋涡发生体后，流体被迫绕旋涡发生体中心剧烈地旋转，形成旋涡流。旋涡流加速，流动强度增强。当旋涡流进入扩散段后，在导流体回流的作用下，该旋涡产生二次旋转运动，即旋涡进动。二次旋转进动的频率与流量成正比。,优点:无机械转动部件，可靠性高、稳定性好，维修量少。大屏幕LCD显示标准体积流量、标准体积总量、温度、压力和电池容量，显示清晰直观，读数方便。,常用流量仪表：,4、科里奥利质量流量计,以往要测量流体质量流量，必须分别测出流体密度和体积流量,然后将两数值相乘才得出质量流量.而根据科里奥利力的原理制成的流量计,可以直接测得介质的质量流量。工业流程中经常遇到介质的密度、压力、温度、粘度、电导率、流动断面的变化,以及介质中存在均匀分布的小气泡和固体微粒,均不影响科里奥利力质量流量计的测量