现场仪表基础培训.ppt

仪表概述 概述 1温度仪表 2压力仪表 3流量仪表 4物位仪表 5调节阀 温度仪表 1 1热电偶 1 2热电阻 1 3热电偶 热电阻的选用 1 4常见故障及其处理 1 2热电偶 1 测温原理 热电效应 热电偶的热电特性由电极材料的化学成分和物理性能所决定 热电势的大小与组成热电偶的材料及两端温度有关 与热偶丝的粗细和长短无关 热电偶产生热电势的条件是两热电极材料相异 两接点温度相异 常用工业热电偶比较 常用热电偶类型 普通型热电偶铠装热电偶多点式热点偶防爆型热点偶表面型热点偶 普通热电偶按照安装方式可分为无固定方式固定螺纹式固定法兰式活络管接头式 无固定装置 固定法兰式 固定螺纹式 活络管接头式 直型管接头式 图3 5防爆型热电偶一览图 多点热电偶适用于生产现场存在温度梯度不显著 须同时测量多个位置或位置的多处测量 广泛应用于大化肥合成塔 存储罐等装置中 图3 4多点热电偶 铠装热电偶的特点 热响应时间少 减小动态误差 可弯曲安装使用 测量范围大 机械强度高 耐压性能好 扁接插式铠装热电偶 补偿导线式铠装热电偶 防喷式铠装热电偶 防水式铠装热电偶 手柄式铠装热电偶 圆接插式铠装热电偶 图3 3 2 补偿导线进行冷端补偿的原因是 在实际应用中 由于热电偶冷端暴露在空间受到周围环境影响 所以测温中的冷端温度不可能保持0度不变 也不可能固定在某个温度不变 而热电偶电势既决定与热端温度 又决定与冷端温度 所以如果冷端温度自由变化 必然会引起测量误差 为了消除这种误差 必须进行冷端补偿 补偿导线要求 价格便宜 0 100 范围内的热电性质与要补偿的热电偶的热电性质几乎完全一样 一般使用材料为铜 康铜 1 3热电阻 测温原理 热电阻是利用物质在温度变化时 其电阻也随着发生变化的特征来测量温度的 当阻值变化时 工作仪表便显示出阻值所对应的温度值 常用热电阻 铂电阻和铜电阻热电阻的按安装方式可分为 无固定方式 固定螺纹式 固定法兰式 卡套式 无固定装置热电阻 固定螺纹式热电阻 活动法兰式热电阻 固定螺纹锥式热电阻 固定螺纹管接头式热电阻 活络管接头式热电阻 图3 8 装配式热电阻 图3 9 防喷式铠装热电阻 扁接插式铠装热电阻 防水式铠装热电阻 圆接插式铠装热电阻 补偿导线式铠装热电阻 图3 10 端面热电阻 适合于测量电厂汽轮机及电机轴瓦或其它机体表面温度 防腐热电阻 采用新型防腐材料 外包覆聚四氟乙烯F46 适合于石油化工各种腐蚀性介质中测温 是氯碱行业的专用测温仪表 图3 11端面热电阻 图3 12防腐热电阻 微型热电偶 热电阻 适用于狭小场所的温度测量与控制 是纺织 绦纶等行业业不可缺少的温度测量装置 炉壁热电偶 热电阻适合于电厂锅炉炉壁 管壁及其它圆柱体表面测量 微型热电偶 热电阻 特殊热电偶 热电阻 炉壁热电偶 热电阻 图3 13 1 4热电偶 热电阻的选用 1 选用原则 较高温度 热电偶中低温区 热电阻一般以500 为分界 但不绝对 热电偶 热电阻一般根据测温范围选用 热电偶的测量温度较高 量程较大 热电阻的测量温度低 量程较小 有振动的场合 宜选用热电偶 测温精确度要求较高 无剧烈振动 测量温差等场合 宜选用热电阻 另外 还应注意工作环境 如环境温度 介质性质 氧化性 还原性 腐蚀性 等 选择适当的保护套管 连接导线等 2 安装 选择有代表性的测温点位置 测温元件有足够的插入深度 螺纹式和法兰式热元件的总长和插深相差150mm 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 螺纹连接头固定方式 一般适用于在无腐蚀性介质的管道上安装测温元件 具有体积小 安装较为紧凑的特点 螺纹式温度元件要安装凸台 法兰固定方式 适用于在设备安装测温元件 在高温 强腐蚀性介质 结焦淤泥介质 剧毒介质 粉状介质以及测触媒层多点温度时 采用法兰固定方式 以方便维护 1 温度显示不稳定 波动大 原因 接触不好 热元件损坏 2 温度显示偏低或者偏高 原因 线路断开或者短路 热元件损坏 常见故障及其处理 2 1压力定义2 2压力的表示方法2 3压力的检测方法2 4常用压力检测仪表2 5压力表的选用2 6压力变送器的使用2 7常见故障 压力仪表 国际单位制 SI 中定义 1牛顿力垂直均匀地作用在1平方米面积上形成的压力为1 帕斯卡 帕斯卡简称 帕 单位符号为Pa 其他的压力单位 工程大气压 即 kgf cm2 毫米汞柱 即mmHg 毫米水柱 即mmH2O 物理大气压 即atm 等还在应用 换算关系见p40表3 6 式中 P 压力 F 作用力 A 作用面积 2 1压力定义 P F A 2 2压力的表示方法 绝对压力指作用于物体表面积上的全部压力 其零点以绝对真空为基准 又称总压力或全压力 一般用大写符号P表示 大气压力是指地球表面上的空气柱重量所产生的压力 以P0表示 表压力这是指绝对压力与大气压力之差 一般用p表示 测压仪表一般指示的压力都是表压力 表压力又称相对压力 当绝对压力小于大气压力时 则表压力为负压 负压又可用真空度表示 负压的绝对值称为真空度 如测炉膛和烟道气的压力均是负压 差压任意两个压力之差称为差压 如静压式液位计和差压式流量计就是利用测量差压的大小来知道液位和流体流量的大小的 绝对压力 表压力 负压之间的关系 图3 33 1 弹性式压力表弹性式压力表是以弹性元件受压后所产生的弹性变形作为测量基础的 它结构简单 价格低廉 现场使用和维修都很方便 又有较宽的压力测量范围 因此在工程中获得了非常广泛的应用 2 4常用压力检测仪表 图3 34弹性元件示意图 弹性元件采用不同材料 不同形状的弹性元件作为感压元件 可以适用于不同场合 不同范围的压力测量 目前广泛使用的弹性元件有弹簧管 波纹管和膜片等 图3 34给出了一些常用弹性元件的示意图 其中波纹膜片和波纹管多用于微压和低压测量 单圈和多圈弹簧管可用于高 中 低压和真空度的测量 弹簧管压力表 压力表的选用主要包括仪表型式 量程范围 精度和灵敏度 外形尺寸以及是否还需要远传和其他功能 如指示 记录 报警 控制等 我厂使用的压力表大多数是弹簧管式的 选用的依据如下 1 必须满足工艺生产过程的要求 包括量程和精度 2 考虑被测介质的性质 如温度 压力 粘度 腐蚀性 易燃易爆程度等 3 注意仪表安装使用时所处的现场环境条件 如环境温度 电磁场 振动等 2 5压力表的选用 2 压力传感器 是能够检测压力并提供远传信号的装置 能够满足自动化系统集中检测显示和控制的要求 当压力传感器输出的电信号进一部变换成标准统一信号时 又将它称为压力变送器 应变片式 压电式 压阻式 电容式 集成式 当某些材料受到某一方向的压力作用而发生变形时 内部就产生极化现象 同时在它的两个表面上就产生符号相反的电荷 当压力去掉后 又重新恢复不带电状态 这种现象称为压电效应 具有压电效应的材料称为压电材料 压电材料种类较多 有石英晶体 人工制造的压电陶瓷 还有高分子压电薄膜等 压电式压力传感器 我厂使用的压力变送器一般是EJA和罗斯蒙特的 压力变送器一般是通过测量介质直接或者间接积压膜室后传到表内计得出 普通测量介质一般选用普通压力变送器 一般是EJA430A 3051等型号的产品 测量介质易结垢的测量点使用法兰变送器 例如EJA438W 法兰变送器由法兰膜盒 毛细管和毛细管内填充液组成 工作时 被测介质作用在法兰膜盒膜片上 使膜片变形 通过毛细管内的填充液将压力传到表内测量 法兰变送器毛细管填充液一般选用硅油 2 6压力变送器的使用 1 压力表显示不准 主要原因 压力表机械磨损严重 弹簧管变型 弹性失效等 2 压力变送器显示不准 主要原因 引压管堵塞 法兰变送器膜片损坏或者上附属介质多 压力变送器损坏 2 7常见故障及其处理 3流量检测 3 1基本概念 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 计量表 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 M Q 如果t表示时间 则流量和总量之间的关系是 流量的表示方法 质量流量 qm 单位时间内流过某截面的流体的质量 单位 kg s 体积流量 qv 单位时间内流过某截面的流体的体积 工作状态下 单位 m3 s qm qv 常见的流量计测量仪表类型有 1 差压式孔板流量计又称节流式 利用节流件前后的差压和流速关系 通过差压值获得流体的流速 我厂使用的常见差压流量计有横河川仪EJA110 罗斯蒙特3095等 1 节流装置节流装置是差压式流量传感器的流量敏感检测元件 是安装在流体流动的管道中的阻力元件 常用的节流元件有孔板 喷嘴 文丘里管 它们的结构形式 相对尺寸 技术要求 管道条件和安装要求等均已标准化 故又称标准节流元件 如下页图所示 其中孔板最简单又最为典型 加工制造方便 在工业生产过程中常被采用 标准节流装置按照规定的技术要求和试验数据来设计 加工 安装 无需检测和标定 可以直接投产使用 并可保证流量测量的精度 图3 22标准节流元件 a 孔板 b 喷嘴 c 文丘里管 2 测量原理测量原理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 节流装置的安装介质为液体时 差压变送器应装在节流装置下面 取压点应在工艺管道的中心线以下引出 下倾45 左右 导压管最好垂直安装 否则也应有一定斜度 当差压变送器放在节流装置之上时 要装置贮液罐 图3 25 介质为气体时 差压变送器应装在节流装置的上面 防止导压管内积聚液滴 取压点应在工艺管道的上半部引出 图3 26 介质为蒸汽时 应使导压管内充满冷凝液 因此在取压点的出口处要装设凝液罐 其它安装同液体 图3 27 2 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 包括励磁线 信号线 相互连接 工作原理是基于电磁感应定律来工作的 导电流体在磁场中运动产生感应电势 感应电势大小与流体的平均流速成正比 其测量介质的必须是导电性液体 最低电导率 20us cm 电磁流量计的特点是光滑的直管 无压力损失 合理选用衬里材料及电极材料可以测量各种腐蚀性介质流量 测量精度高 缺点是不适合测量温度高于120度 压力高于1 6MPa的介质 我厂使用的电磁流量计主要品牌是是光华和E H 3 质量流量计 科里奥利质量流量计 以下简称CMF 是利用流体在直线运动的同时处于一旋转系中 产生与质量流量成正比的科里奥利力原理制成的一种直接测量质量流量的仪表 质量流量计一般由传感器 变送器和显示器组成 质量流量计特点是不受温度 压力粘度和密度因素的影响 应用范围广 可以测量高粘度的流体 浆液和气体 一般振动较大的场所不适合使用 会产生共振 产生测量误差 5 转子流量计转子流量计是工业中最为常用的一种主要适用于50mm以下的管道使用 主要原理是 压差不变通道变 转子流量计有玻璃和金属两种类型 流量仪表的选用 选择流量仪表要考虑的主要因素 流体种类 操作条件 流动工况 流体特性 物性参数和流动参数 化学性质 脏污结垢 影响最大的是 密度和粘度 使用环境 是否会腐蚀 常见故障现象 1 测量不准 差压式是引压管堵塞 法兰式是法兰膜片被异物附着或者膜片被损坏 质量流量计为管道振动大 电池流量计是电极被异物附着或被损坏 仪表损坏 工艺发生变化 仪表不能满足测量要求 4物位检测 4 1基本概念 在容器中液体介质的高低叫液位 容器中固体或颗粒状物质的堆积高度叫料位 测量液位的仪表叫液位计 测量料位的仪表叫料位计 测量两种密度不同的液体介质分界面的高低 界位 的仪表叫界面计 上述三种仪表统称为物位计 物位开关 在物位检测中 有时不需要对物位进行连续测量 只需要测量物位是否达到上线 下限或某个特定的位置 这种定点测量用的仪表被称为物位开关 一般用来监视 报警 输出控制信号 1 常用物位检测仪表 差压式液位计 图3 41差压传感器测量液位原理图 设被测介质的密度为 容器顶部为气相介质 气相压力为pA pB是液位零面的压力 p1是取压口的压力 根据静力学原理可得 因此 差压变送器正负压室的压力差为 液位测量问题就转化为差压测量问题了 但是 当液位零面与检测仪表的取压口不在同一水平高度时 会产生附加的静压误差 就需要进行量程迁移和零点迁移 1 取压点与液位零面在同一水平面 法兰式液位计由法兰膜盒 毛细管和毛细管内填充液组成 例如EJA118W和EJA118N 法兰变送器工作时 被测介质作用在法兰膜盒膜片上 使膜片变形 通过毛细管内的填充液将压力传到表内测量 法兰变送器毛细管填充液一般选用硅油 2 雷达液位计雷达液位计是采用高频振荡器作为微波发生器 发生器产生的微波用波导管将它引到辐射天线 并向下射出 当微波遇到障碍物 例如液体液面时 部分被吸收 部分被反射回来 通过测量发射波与液位反射波之间某种参数管理来实现液位测量 雷达液位计由传感器 工作部件和波导单元组成 雷达液位计的特点是无位移 传动部件 不受温度 压力的闲置 测量无盲区 精度高 安装雷达液位计时应该避开进料口和旋窝 不要安装在搅拌器附件 液体产生的泡沫会使微波信号受到衰减 从而影响雷达液位计的正常测量 我厂使用的雷达液位计的品牌是E H 3 核辐射式液位计由放射源和仪表组成 工作原理 由发射源发射射线后 穿过设备壁和其内的被测物料到达探测器 射线同物料相互作用的规律是射线强度随穿过的物料的厚度增加而呈指数规律减弱 当料位变化时 射线穿过物料的厚度也随之发生变化 并保持一定的函数管理 I f h 一般由放射源 被测设备 探测器 信号转换器和显示表组成的 4 电容式液位计工作原理 用电容式液位计测量介电介质液位时候 电机面积不变 液位变化 相当与电极面积在变化 电容式液位计结构简单