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化工仪表学习交流 你是我的眼 目录 1 化工仪表基础知识 2 压力检测及仪表 3 温度检测及仪表 4 流量检测及仪表 5 物位检测及仪表 第一章化工仪表基础知识 一 仪表的性能指标 仪表基础知识 相对百分误差 fmax range 目前我国生产的仪表常用的精度等级有 0 005 0 02 0 05 0 1 0 2 0 4 0 5 1 0 1 5 2 5 4 0等 1 精确度 简称精度 仪表基础知识 是指在外界条件不变的情况下 用同一仪表对被测量在仪表全部测量范围内进行正反行程 即北侧参数逐渐由小到大和逐渐由大到小 测量时 被测量值正行和反行所得到的两条特性曲线之间最大偏差 仪表基础知识 2 变差 灵敏限 是指引起仪表指针发生动作的被测参数的最小变化量 上述指标适用于指针式仪表 仪表基础知识 3 灵敏度与灵敏限 灵敏度 仪表指针的线位移或角位移 与引起这个位移的被测参数变化量之比称为仪表的灵敏度 对于数字仪表 分辨力是指数字显示器的最末位数字间隔所代表的被测参数变化量 仪表基础知识 4 分辨力 线性度是表征线性刻度仪表的输出量与输入量的实际校准曲线与理论直线的吻合程度 仪表基础知识 5 线性度 当用仪表对被测量进行测量时 被测量突然变化以后 仪表指示值总是要经过一段时间后才能准确地显示出来 仪表基础知识 6 反应时间 电动仪表 气动仪表 液动仪表 1 按仪表使用的能源分类 电动仪表的优点 电动仪表是以电为能源 信号之间联系比较方便 适宜于远距离传送和集中控制 便于与计算机联用 现在电动仪表可以做到防火 防爆 更有利于电动仪表的安全使用 电动仪表的缺点 电动仪表一般结构较复杂 易受温度 湿度 电磁场 放射性等环境影响 仪表基础知识 二 工业仪表的分类 2 按信息的获得 传递 反映和处理过程分类 检测仪表显示仪表集中控制仪表控制仪表执行器 仪表基础知识 3 按仪表的组成形式分类 单元组合仪表 单元组合仪表 以统一的标准信号 将对参数的测量 变送 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 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 基地式仪表 仪表基础知识 英文字母 数字 仪表位号 仪表工位号 参数符号 功能符号 数字 TIC2310A 参数符号F 流量 L 液位 P 压力 T 温度 E 电流 H 手操 V 振动 阀门 功能符号A 报警 R 记录 C 调节 I 指示 Q 累积 T 变送器 CV 自力式G 现场监视 数字12 9 仪表基础知识 三 仪表的标号 第二章压力检测及仪表 压力检测的意义还不局限于自身 有些其他参数的测量 如物位 流量等往往是通过测量压力或压差来进行的 即测出了压力或压差 便可确定物位或流量 压力检测及仪表 1 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 mmH2O 压力检测及仪表 Psig磅 平方英寸 表压力 poundpersquareinch gauge Psia 绝对压力 磅 平方英寸 poundspersquareinch absolute 1 常见压力单位 1Pa 1N m21Mpa 1 106Pa1kgf cm2 0 0981MPa1bar 0 1MPa1mmH2O 9 81 10 6MPa1mmHg 1 333 10 3MPa1atm 0 1013MPa 1bar 14 5psi1psi 6 895kPa 压力检测及仪表 2 常见压力单位的换算 弹性式压力计在工业上是应用最为广泛的一种测压仪器 压力检测及仪表 2 测压仪表 压力检测及仪表 3 弹性式压力计 原理 弹性式压力计是利用各种形式的弹性元件 在被测介质压力的作用下 使弹性元件受压后产生弹性变形的原理而制成的测压仪表 优点 1 转换原理 压力检测及仪表 弹性元件示意图 压力检测及仪表 2 弹性元件 1 弹簧管2 拉杆3 扇形齿轮4 中心齿轮5 指针6 面板7 游丝8 调节螺钉9 接头 压力检测及仪表 3 弹簧管压力表 测压原理 它是通过机械和电气元件将被测压力转换成电量 如电压 电流 频率等 来进行测量的仪表 应用特点 反应较快 测量范围较广测量范围较广 可测7 10 5Pa至5 102MPa的压力 精度可达0 2 便于远距离传送 压力检测及仪表 4 电气式压力表 压力检测及仪表 类型选择功能 显示 报警 记录 传送 数字 模拟 介质条件 温度 腐蚀性 粘度 脏污程度 易燃易爆 如 氨气表防腐 氧气表禁油 现场环境条件 温度 震动 电磁场等 量程与盘面大小测量稳定压力Pmax 2 3量程 上限 Pmin 1 3量程 测量脉动压力Pmax 1 2量程 测高压Pmax 3 5量程 盘面大小应方便安装和观察 精度等级根据工艺要求所允许的最大测量误差确定 压力检测及仪表 5 压力仪表的选用 1 测压点的选择 要选在被测介质直线流动的管段部分 不要选在管路拐弯 分叉 死角或其他易形成漩涡的地方 测量流动介质的压力时 应使取压点与流动方向垂直 取压管内端面与生产设备连接处的内壁应保持齐平 不应有凸出物或毛刺 测量液体压力时 取压点取压点应在管道下部 使导压管内不积存气体 测量气体时 取压点应在管道上方 使导压管内部积存液体 压力检测及仪表 6 压力表的安装 2 导压管铺设 导压管粗细要合适 一般内径为6 10mm 长度应尽可能短 最长不超过50m 以减少压力指示的迟缓 如超过50m 应选用能远距离传送的压力计 导压管水平安装时应保证有1 10 1 20的倾斜度 以利于积存于其中之液体 或气体 的排出 当被测介质易冷凝或冻结时 必须加设保温伴热管线 取压口到压力计之间应装有切断阀 以备检修压力表时使用 切断阀应装设在靠近取压口的地方 压力检测及仪表 3 压力计的安装 压力计应安装在易观察和检修的地方 安装地点应力求避免震动和高温影响 针对被测介质的不同性质 高温 低温 腐蚀 结晶 沉淀等 要采取相应的防热 防腐 防冻 防堵等措施 压力检测及仪表 第三章温度检测及仪表 为什么冬天摸铁和木头 会觉得铁更冷 摄氏温标 所用标准仪器是水银玻璃温度计 分度方法是规定在标准大气压力下 水的冰点为零度 沸点为100度 单位为 华氏温标 标准仪器是水银温度计 选取氯化铵和冰水混合物的温度为零度 单位为 F 热力学温标 以绝对零度作为计算起点的温度 即将水三相点的温度准确定义为273 16K后所得到的温度 过去也曾称为绝对温度 单位为 K 1 温度单位 温度检测及仪表 摄氏温度和华氏温度的关系 T 1 8t 32 t为摄氏温度数 T为华氏温度数 摄氏温度和开尔文温度的关系 K 273 15 两者关系 接触式测量特点 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 辐射热 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 温度检测及仪表 2 温度检测方法 按测量方式分类 接触式测量仪表 非接触式测量仪表 膨胀式温度计 热电阻温度计 辐射温度计 亮度温度计 比色温度计 热电偶温度计 温度检测及仪表 3 温度计的分类 由两种不同的导体 或半导体 A B组成的闭合回路 当接点1 2处于不同温度时 回路就会出现电动势 称为热电动势 简称为热电势 这一由温度产生电动势的现象称为热电现象 这两根导体 或半导体 称为热电极 温度检测及仪表 4 热电偶温度计 1 热电偶工作原理 热电势是由温差电势和接触电势组成 温差电势温差电势是由于一根导体两端温度不同而产生的热电动势 设t t0 eA t t0 称为温差电势 eA t t0 的大小取决于两端温差和电子密度 温度检测及仪表 接触电势是由于两种材料电子密度不同而产生的电势 设NA NB eAB t 为接触电势 温度检测及仪表 热电势综合温差电势和接触电势可以知道由两种不同材料组成的热电偶的热电势EAB t t0 设t t0 NA NB 按顺时针方向取向 温度检测及仪表 当保持材料确定的条件下 热电势只与t有关 只要测出EAB t t0 就可求出温度t的数值 常把t称为热端 工作端 测量端 把t0称为冷端 自由端 参考端 在冷端 电流从导体A流向导体B 则A称为正热电极 B称为负电极 温度检测及仪表 热电极A 右端称为 自由端 参考端 冷端 左端称为 测量端 工作端 热端 热电极B 热电势 热电偶温度计工作原理示意图 温度检测及仪表 2 补偿导线 使用时应注意 补偿导线只能与相应型号的热电偶匹配使用 不得将极性接反 补偿导线与热电偶连接点的温度 不得超过规定的使用温度范围 两连接点温度必须相同 温度检测及仪表 3 热电偶冷端补偿问题 冷端温度保持为0 的方法冷端温度修正方法E t t0 E t t1 E t1 t0 E t t1 E t t0 E t1 t0 补偿电桥法补偿热电偶法 温度检测及仪表 对热电极材料的要求 物理性能稳定 能在较宽的温度范围内使用 其热电特性不随时间变化 化学性能稳定 不易氧化和电极间不相互渗透 热电势和热电势率要大 温度变化1 引起的热电势变化 热电势与温度间呈线性关系 复制性好 以便互换 价格便宜 加工方便 温度检测及仪表 4 热电极材料的选择 只有满足上述要求的材料才能制成热电偶 但实际上 很难找到全部满足上述要求的电极材料 只能根据所使用的条件范围 选择合适的热电极材料 纯金属电极 热电极容易复制 热电势率小 当两电极是由两种纯金属组成时 热电势率平均为20 V 所以热电偶的两电极很少均采用纯金属 非金属电极 电势率大 可达1000 V 熔点高 复现性和稳定性较差 合金电极 热电性质和工艺性能介于两者之间 常用的热电偶一般是用纯金属与合金相配 或是合金与合金相配 温度检测及仪表 5 标准化热电偶标准化热电偶是指制造工艺较成熟 应用广泛 能成批生产 性能优良且稳定并已列入专业或国家工业标准化文件中的那些热电偶 K型 测温范围 200 1250 镍铬 镍硅热电偶 K型 J型 测温范围 0 750 铁 铜镍 康铜 热电偶 J型 E型 测温范围 200 900 镍铬 铜镍 康铜 热电偶 E型 T型 测温范围 250 350 铜 铜镍 康铜 热电偶 T型 B型 测温范围 0 1700 铂铑30 铂铑6热电偶 B型 S型 测温范围 0 1450 铂铑10 铂热电偶 S型 温度检测及仪表 6 常见故障原因及处理 1 测温原理金属导体或半导体 电阻值R f 温度t 电阻温度系数 温度变化1 时 导体电阻值的相对变化量 单位为1 2 仪表特点测量精度高 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 200 650 测量中得到了广泛的应用 温度检测及仪表 5 热电阻温度计 3 工业常用热电阻 A 铂热电阻 Pt 特点 稳定性好 精确度高 性能可靠 铂的电阻值与温度的关系 Rt R0 1 At Bt2 Ct3 铂电阻的分度号 Pt10 Pt100Pt10 表示铂电阻在0 时的电阻值为R0 10 温度检测及仪表 B 铜热电阻 Cu 特点 金属铜易加工提纯 价格便宜 电阻温度系数很大 电阻与温度呈线性关系 超过150 易被氧化 氧化后失去良好的线性特性 铜电阻与温度的关系在 50 150 范围内电阻温度关系是线性的 Rt R0 1 t t0 式中 为铜的电阻温度系数 4 25 10 3 铜电阻的分度号Cu50和Cu100 温度检测及仪表 物理及化学性质稳定 电阻温度系数大 电阻率大 电阻值与温度近似为 线性关系 复现性好 价格便宜 温度检测及仪表 4 热电阻材料要求 5 常见故障原因及处理 1 温度计的选择原则 1 所需测量温度的范围和精度要求 2 所需温度计是否便于读数 记录和远传 3 感温元件的尺寸是否适合测量现场要求 4 对变化的被测温度 所选温度计感温元件的动态性能是否满足测温要求 5 所选温度计在测温时是否安全 可靠 使用方便 6 所选温度计使用寿命长短 价格高低 温度检测及仪表 6 温度计的选择与安装 2 安装形式 安装时应注意有利于测温准确 安全可靠及维修方便 而且不影响设备运行和生产操作 在选择对热电偶和热电阻的安装部位和插入深度时要注意以下几点 A 为了使热电偶和热电阻的测量端与被测介质之间有充分的热交换 应合理选择测点位置 尽量避免在阀门 弯头及管道和设备的死角附近装设热电偶或热电阻 B 带有保护套管的热电偶和热电阻有传热和散热损失 为了减少测量误差 热电偶和热电阻应该有足够的插入深度 温度检测及仪表 对于测量管道中心流体温度的热电偶 一般都应将其测量端插入到管道中心处 垂直安装或倾斜安装 如被测流体的管道直径是200毫米 那热电偶或热电阻插入深度应选择100毫米 对于高温高压和高速流体的温度测量 如主蒸汽温度 为了减小保护套对流体的阻力和防止保护套在流体作用下发生断裂 可采取保护管浅插方式或采用热套式热电偶 浅插式的热电偶保护套管 其插入主蒸汽管道的深度应不小于75mm 热套式热电偶的标准插入深度为100mm 温度检测及仪表 假如需要测量是烟道内烟气的温度 尽管烟道直径为4m 热电偶或热电阻插入深度1m即可 当测量原件插入深度超过1m时 应尽可能垂直安装 或加装支撑架和保护套管 温度检测及仪表 第四章流量检测及仪表 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 t h kg h kg s 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 h L h L min 一 流量的基本概念 流量检测及仪表 流量检测及仪表 二 流量计的分类 差压式 也称节流式 流量变送器基于流体流动的节流原理 利用流体流经节流装置时产生的压力差而实现流量测量的 它是目前生产中测量流量最成熟 最常用的方法之一 通常是由节流装置产生的压差信号 通过差压流量变送器转换成相应的标准电信号 以供显示 记录或控制用 流量检测及仪表 三 压差式流量计 在管道中流动的流体具有动压能和静压能 在一定条件下这两种形式的能量可以相互转换 但参加转换的能量总和不变 用节流元件测量流量时 流体流过节流装置前后产生压力差 p p p1 p2 且流过的流量越大 节流装置前后的压差也越大 流量与压差之间存在一定关系 这就是差压式流量传感器测量原理 流量检测及仪表 1 测量原理 流量检测及仪表 2 常见的差压流量计 流体应当清洁 充满圆管并连续稳定地流动 流体的雷诺数在104 105以上 不发生相变 管道必须是直的圆形截面 直径大于50mm 为保证流体在节流装置前后为稳定的流动状态 在节流装置的上 下游必须配置一定长度的直管段 流量检测及仪表 3 标准节流装置使用条件 4 差压式流量计的校正 采用差压式流量计测量气体或蒸汽流量时 若被测介质的实际工况偏离了流量计的设计工况 则因介质密度的变化 需对流量计的读数进行校正 流量检测及仪表 4 取压方式 流量检测及仪表 转子流量计是以浮子在垂直锥形管中随着流量变化而升降 改变它们之间的流通面积来进行测量的体积流量仪表 又称浮子流量计 转子流量计利用流体节流作用测量流体的体积流量 结构有锥管和浮子 流量检测及仪表 四 转子流量计 故 转子流量计是以定压降 变节流面积法测量流量的 1 工作原理 2 转子位置信号的引出 锥形管是玻璃的 直接目视转子的位置 在转子内安装磁铁 锥形管外安装磁环随转子上下移动 触发显示 在转子内安装磁铁 锥形管外安装双霍尔磁场传感器 测出磁场的水平分量和垂直分量 可确定转子位置 在转子上方安装一导磁棒 使差动变压器输出随转子位置变化 流量检测及仪表 3 转子流量计特点 结构简单 直观 压力损失小 维修方便等特点 适用于测量通过管道直径D 150mm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 安装维护方便 可广泛用于复杂 恶劣环境及各种介质条件的流量测量与过程控制中 流量检测及仪表 该流量计系直读累积式流体流量计 是由装有一对椭圆齿轮转子的计量室 密封联轴器 小口径流量计采用灵敏度高的磁性联轴器 和计数机构组成 测得旋转频率就可求得体积流量 流量检测及仪表 四 椭圆齿轮流量计 1 工作原理 由于椭圆齿轮流量计是基于容积式原理测量的 与流体的粘度 密度 雷诺数等参数无关 因此 安装时不需要有直管段 对流体的流动状态无要求 特别适用于高粘度介质的流量测量 测量精度高 最高可达 0 1 椭圆齿轮流量计的使用温度不能过高 否则可能使齿轮膨胀卡死 另外被测流体中不能含有固体颗粒 否则会引起齿轮磨损以至损坏 流量检测及仪表 2 运行特点 利用某些流体的导电性质 根据电磁感应原理制成的测量流量的装置 称为电磁流量计 电磁流量计应用范围广 可以测量酸 碱 盐溶液等腐蚀性介质 也可以测量那些带有悬浮颗粒的导电浆液 流量检测及仪表 五 电磁流量计 1 工作原理 2 电磁流量计的特点 1 优点 测量导管内无任何阻碍物 因而被测流体的压力损失很小 可以测量各种导电液体的流量 如酸 碱 盐溶液 流体可以含有固体颗粒 悬浮物或纤维等 输出信号与流量之间的关系不受流体的物理性质 例温度 压力 粘度等 变化和流动状态的影响 测量响应速度快 可用来测量脉动流量 流量检测及仪表 2 缺点只能用来测量导电液体的流量 要求导电率不小于水的导电率 不能测量气体 蒸汽及石油制品等的流量 由于感应电势数值很小 后级采用高放大倍数的放大器 很容易受外界电磁场干扰的影响 安装时应远离大功率电机变压器电焊机等强磁场设备 保证测量管满管 流量检测及仪表 准确度等级 0 5级 1级量程比 1 20最大流速范围 0 3 10m s输出信号 脉冲信号 0 2KHz 幅度 0 5V 模拟信号 0 10mADC 负载能力为0 1 5千欧 4 20mADC 负载能力为0 75千欧 流量检测及仪表 3 主要技术指标 质量流量计大致分为三大类 直接式 即直接检测与质量流量成比例的量 检测元件直接反映出质量流量 推导式 即同时检测出体积流量和流体密度 通过运算得出与质量流量有关的输出信号 流量检测及仪表 六 质量流量计 1 质量流量计的分类 科里奥利质量流量计 简称CMF 是利用流体在振动管中流动时 产生与质量流量成正比的科里奥利力而制成的一种直接式质量流量仪表 科里奥利质量流量传感器是利用流体在直线运动的同时 处于一个旋转系中 产生与质量流量成正比的科里奥利力而制成的一种直接式质量流量传感器 然而 通过旋转运动产生科里奥利力实现起来比较困难 目前的传感器均采用振动的方式来产生 流量检测及仪表 2 科里奥利质量流量传感器 1 工作原理 精度高 稳定性好 且不受被测介质物理参数的影响 不受管内流动状态的影响 从而在流量计的前后不必设置很长的直管段 维护和清洗方便 使用寿命长 测量范围大 对介质的适应性较广 可测量种类很多的液体和浆液 可进行多参数测量 2 科氏力质量流量计的特点 流量检测及仪表 优点 流量范围宽但零点不稳定 对外界干扰敏感尤其是震动 不能测量密度小的介质 压力损失大 价格昂贵 安装位置应使管道内流体满管 尽可能安装在静压高的位置 以防止空穴和汽蚀的发生 缺点 1 安装流量计前应吹扫管线 以免管道中有焊渣等较大异物影响传感器正常工作 甚至损坏传感器 2 涡街流量传感器在管道上可以水平或垂直安装 被测介质应为满管流动 垂直安装时 流向应自下而上 3 当需要温度 压力补偿时 压力变送器安装在流量传感器下游3 5D处 测温元件 通常用铂电阻 安装在下游6 8D处 流量检测及仪表 六 安装的要求 4 传感器可以在水平管道上侧装 特别是测量过热蒸汽 饱和蒸汽和低