仪表及自动化-3、常用仪表.ppt

化工仪表及自动化 温度检测及仪表压力检测及仪表流量检测及仪表物位检测及仪表调节阀开关阀 常用现场仪表 温度检测及仪表 定义温度是表示物体冷热程度的物理量 微观上讲是物体分子热运动的剧烈程度 温度测量仪表按测温方式可分为接触式和非接触式两大类 通常来说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 故需要一定的时间才能达到热平衡 所以存在测温延迟现象 同时受耐高温材料的限制 不能应用于很高的温度测量 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 温度检测及仪表 温度检测及仪表 温度检测常用几类一 膨胀式温度计膨胀式温度计的测温是基于物体受热时产生膨胀的原理 双金属温度计就是其中的一种 双金属温度计是把两种膨胀系数不同的金属薄片焊接在一起制成的 是一种固体膨胀温度计 结构简单 牢靠 双金属温度计可将温度变化转化为机械量变化 如下图所示 为双金属温度计的结构 它的感温元件通常绕成螺旋形 一端固定 另一端连接指针轴 温度变化时 感温元件的弯曲率发生变化 并通过指针轴带动指针偏转 在刻度盘上显示出温度的变化 温度检测及仪表 温度检测常用几类二 压力式温度计压力式温度计的原理是基于密闭测温系统内蒸发液体的饱和蒸汽压力和温度之间的变化关系 而进行温度测量的 当温包感受到温度变化时 密闭系统内饱和蒸汽产生相应的压力 引起弹性元件曲率的变化 使其自由端产生位移 再由齿轮放大机构把位移变为指示值 这种温度计具有温包体积小 反应速度快 灵敏度高 读数直观等特点 温度检测及仪表 温度检测常用几类三 热电偶温度计热电偶温度计是以热电效应为基础的测温仪表 由三部分组成 热电偶 测量仪表 连接热电偶和测量仪表的导线 热电偶温度计测温系统示意图1 热电偶 2 导线 3 测量仪表 温度检测及仪表 温度检测常用几类三 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 其优点是 1 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 2 测量范围广 常用的热电偶从 50 1600 均可连续测量 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 3 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 而且不受大小和开头的限制 外有保护套管 用起来非常方便 热电偶示意图 温度检测及仪表 温度检测常用几类三 热电偶温度计热电现象及测温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的两个执着点之间存在温差时 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 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 将热电势送入显示仪表进行指示或记录 或送入微机进行处理 即可获得温度值 热电现象 温度检测及仪表 温度检测常用几类三 热电偶温度计常用热电偶的种类工业上对热电偶材料的要求 1 温度每增加1 时所能产生的热电势要大 而且热电势与温度应尽可能成线性关系 2 物理稳定性要高 3 化学稳定性要高 4 材料组织要均匀 要有韧性 便于加工成丝 复现性好 便于成批生产 而且在应用上也可保证良好的互换性 温度检测及仪表 温度检测常用几类三 热电偶温度计热电偶的结构1 普通型热电偶 热电极 绝缘管 保护套管 绝缘盒 2 铠装热电偶 由金属套管 绝缘材料 氧化镁粉 热电偶丝一起经过复合拉伸成型 然后将端部偶丝焊接成光滑球状结构 优点反应速度快 使用方便 可弯曲 气密性好 不怕振 耐高压等 3 表面型热电偶 专门用来测量物体表面温度的一种特殊热电偶 反应速度极快 热惯性极小 热电偶结构 温度检测及仪表 温度检测常用几类四 热电阻温度计热电阻温度计是由热电阻 感温元件 显示仪表以及连接导线所组成 在中 低温区 一般是使用热电阻温度计来进行温度的测量较为适宜 热电阻温度计示意图 温度检测及仪表 温度检测常用几类四 热电阻温度计测温原理利用金属导体的电阻值随温度变化而变化的特性 电阻温度效应 来进行温度测量的 热电阻温度计适用于测量 200 500 范围内液体 气体 蒸汽及固体表面的温度 温度检测及仪表 温度检测常用几类四 热电阻温度计作为热电阻的材料一般要求是 1 电阻温度系数 电阻率要大 2 热容量要小 3 在整个测温范围内 应具有稳定的物理 化学性质和良好的复制性 4 电阻值随温度的变化关系 最好呈线性 温度检测及仪表 温度检测常用几类四 热电阻温度计工业常用热电阻1 铂电阻 工业上常用的铂电阻有两种 一种是R 10 对应分度号为Pt10 另一种是R 100 对应分度号为Pt100 温度每变化1 电阻变化约0 4 2 铜电阻 金属铜易加工提纯 价格便宜 它的电阻温度系数很大 且电阻与温度呈线性关系 在测温范围为 50 150 内 具有很好的稳定性 工业上常用的铜电阻有两种 一种是R 50 对应的分度号为Cu50 另一种是R 100 对应的分度号为Cu100 温度检测及仪表 温度检测常用几类四 热电阻温度计热电阻的结构1 普通型热电阻主要由电阻体 保护套管和接线盒等主要部件所组成 2 铠装热电阻将电阻体预先拉制成型并与绝缘材料和保护套管连成一体 3 薄膜热电阻将热电阻材料通过真空镀膜法 直接蒸镀到绝缘基底上 热电阻的支架形状 已绕电阻丝 温度检测及仪表 温度检测常用几类五 温度变送器KZW 体化温度变送器是一种接触式测量温度的现场用仪表 通常与其相应的二次仪表或计算机采集测最系统配套使用 可准确测量生产工作过程中各种介质或物体的温度 使用范围200 1600 KZW 体化温度变送器是在装配式温度传感器的防水或隔爆接线盒内装入放人变送模块 与传感器连接形成一体化 输出标准4 20mADC 两线制 温度变送器 压力检测及仪表 定义压力是工业生产中的重要参数之一 为了保证生产正常运行 必须对压力进行监测和控制 但需说明的是 这里所说的压力 实际上是物理概念中的压强 即均匀垂直的作用在单位面积上的力 法定计量单位是帕斯卡 简称帕 符号为 Pa 压力检测及仪表 压力为了使大家了解国际单位制中的压力单位 Pa或MPa 与过去的单位之间的关系 下面给出几种单位之间的换算关系表 压力检测及仪表 在压力测量中 常有绝对压力 表压力 负压力或真空度之分 绝对压力是指被测介质作用在容器单位面积上的全部压力 用来测量绝对压力的仪表称为绝对压力表 地面上的空气柱所产生的平均压力称为大气压力 用来测量大气气压力的仪表叫气压表 绝对压力与大气压力之差 称为表压力 当绝对压力值小于大气压力值时 表压力为负值 即负压力 此负压力值的绝对值 称为真空度 用来测量真空度的仪表称为真空表 既能测量压力值又能测量真空度的仪表叫压力真空表 压力检测及仪表 压力检测常用几类一 按信号原理不同分四类 1 液柱式压力计 它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 一般用来测量较低压力 真空度或压力差 2 弹性式压力计 它是将被测压力转换成弹性元件变形的位移进行测量的 3 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 如电压 电流 频率等 来进行测量的仪表 4 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平衡砝码的质量来进行测量的 压力检测及仪表 压力检测常用几类一 电气式压力计电气式压力计是一种能将压力转换成电信号进行传输及显示的仪表 该仪表的测量范围较广 分别可测7 10 5Pa至5 102MPa的压力 允许误差可至0 2 由于可以远距离传送信号 所以在工业生产过程中可以实现压力自动控制和报警 并可与工业控制机联用 电气式压力计组成方框图一般由压力传感器 测量电路和信号处理装置所组成 常用的信号处理装置有指示仪 记录仪以及控制器 微处理机等 压力检测及仪表 压力表的选择应根据被测压力的种类 正压 负压或压差 被测介质的物理 化学性质 腐蚀等 和用途 是否远传 以及生产过程所提的技术要求 本着既要满足测量准确度 又经济的原则 合理地选择压力表的型号 量程和精度等级 为了保护压力表 一般在被测压力较稳定的情况下 其最高压力值不应超过仪表量程的2 3 若被测压力波动较大 其最高压力值应低于仪表量程的1 2 为了保证实际测量的精度 被测压力的最小值不应仪表量程的1 3 对某些特殊的介质 如氧气 氨气等有专用的压力表 压力检测及仪表 压力表的安装取压管口应与介质流动方向垂直 测点要选在其前后有足够长直管段的地方 以保证仪表所测的是介质的静压 防止仪表传感器与高温或有害的被测介质直接接触 如 测量高温蒸汽时 应加装冷凝盘管 对于有腐蚀性的介质 应加装充有中性介质的隔离容器 对于测量温度高于60 的介质 一般要加环形圈 冷凝 取压口的位置 对于测量气体介质的 一般位于工艺管道的上部 测量蒸汽的 应位于工艺管道的两侧偏上 这样可以防止工艺管道底部的固体介质进入测量管道和仪表 对于测量液体的 取压口应位于工艺管道的下部 这样可以让液体内析出的少量气体不进入测量管和仪表 取压口与压力表间应装隔离阀 检修用 对于水平敷设的压力信号导管应有3 的坡度 以便排除导管内积水或积汽 流量检测及仪表 流量的概述介质流量是控制生产过程达到优质高产和安全生产以及进行经济核算所必需的一个重要参数 流量大小 单位时间内流过管道某一截面的流体数量的大小 即瞬时流量 总量 在某一段时间内流过管道的流体流量的总和 即瞬时流量在某一段时间内的累计值 流量计 测量流体流量的仪表 计量表 测量流体总量的仪表 流量检测及仪表 流量检测仪表分类与检测方法1 速度式流量计 以测量流体在管道内的流速作为测量依据来计算流量的仪表 2 容积式流量计 以单位时间内所排出的流体的固定容积的数目作为测量依据来计算流量的仪表 3 质量流量计 以测量流体流过的质量M为依据的流量计 质量流量计分直接式和间接式两种 直接式质量流量计 科氏力流量计的测量原理是基于流体在振动管中流动时 将产生与质量流量成正比的科里奥利力 能够直接测量质量流量 不受流体物性 密度 黏度等 的影响 测量精度高 测量值不受管道内流场影响 没有上 下游直管段长度的要求 可测各种非牛顿流体以及黏滞和含微粒的浆液 它的阻力损失较大 零点不稳定 管路振动会影响测量精度 间接式质量流量计 测量体积流量Q的仪表与密度计配合 测量 Q2的仪表与密度计配合 测量 Q2的仪表与测量体积流量Q的仪表配合来共同算出质量 流量检测及仪表 流量检测仪表分类与检测方法4 差压式 也称节流式 流量计 是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 通常是由能将被测流量转换成压差信号的节流装置和能将此压差转换成对应的流量值显示出来的差压计以及显示仪表所组成 5 转子流量计 以压降不变 利用节流面积的变化来测量流量的大小 即转子流量计采用的是恒压降 变节流面积的流量测量方法 转子流量计的工作原理图 它可以将反映流量大小的转子高度h转换为电信号 适合于远传 进行显示或记录 若将转子流量计的转子与差动变压器的铁芯连接起来 使转子随流量变化的运动带动铁芯一起运动 那么 就可以将流量的大小转换成输出感应电势的大小 流量检测及仪表 流量检测仪表分类与检测方法6 涡轮流量计 安装方便 测量精度高 可耐高压 反应快 可测脉动流量 输出信号为电频率信号 便于远传 不受干扰 一般应加过滤器 安装时 前后要有一定的直管段 转子流量计的工作原理图1 涡轮 2 导流器 3 磁电感应转换器 4 外壳 5 前置放大器 流量检测及仪表 流量检测仪表分类与检测方法7 电磁流量计 能够测量酸 碱 盐溶液以及含有固体颗粒 例如泥浆 或纤维液体的流量 只能用来测量导电液体的流量 且导电率要求不小于水的导电率 不能测量气体 蒸汽及石油制品等的流量 要引入高放大倍数的放大器 会造成测量系统很复杂 成本高 并且易受外界电磁场的干扰 使用中要注意维护 防止电极与管道间绝缘的破坏 安装时要远离一切磁源 不能有振动 电磁流量计原理图 流量检测及仪表 流量检测仪表分类与检测方法7 涡街流量计 有精度高 测量范围宽 没有运动部件 无机械磨损 维护方便 压力损失小 节能效果明显 涡街流量计是利用有规则的漩涡剥离现象来测量流体流量的仪表 检测方法有热敏检测法 电容检测法 应力检测法 超声检测法等 圆柱检出器原理图1 空腔 2 圆柱棒 3 导压孔 4 铂电阻丝 5 隔墙 物位检测及仪表 物位检测仪表分类与检测方法在工业生产过程中 常遇到大量的液体物料和固体物料 它们占有一定的体积 堆成一定的高度 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 把料斗 堆场仓库等储存的固体块 颗粒 粉粒等的堆积高度和表面位置称为料位 两种互不相溶的物质的界面位置称为界位 液位 料位以及相界面总称为物位 对物位进行测量的仪表被称为物位检测仪表 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中的原料 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 另一个是通过物位测量 了解物位是否在规定的范围内 以便使生产过程正常进行 保证产品的质量 产量和生产安全 物位检测及仪表 物位检测仪表分类与检测方法物位测量仪表的种类很多 如果按液位 料位 界位可分为 测量液位的仪表 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 电阻式 超声波式 放射性式 激光式及微波式等测量界位的仪表 浮力式 差压式 电极式和超声波式等 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 物位检测及仪表 物位检测仪表分类与检测方法表中所列为常用的连续测量型的物位仪表 物位检测及仪表 物位检测仪表分类与检测方法一 磁翻板液位计磁翻板液位计安装在罐槽外侧或上面 用以指示罐槽内的液位 封闭形式可根据需要加装排污阀 指示器由磁性色片组成 当本体管内的磁性浮子随液位上升时色片翻转 即可显示液位高度 也可在本体管上加装磁性开关或远传变送器 输出开关信号或模拟量信号 适合用于高温 高压 耐腐蚀等场合 可就地显示和远程控制 磁翻板液位计是以磁性浮子为感测元件 并通过磁性浮子与显示色柱中磁性体的磁耦合作用 反映被测液位或界面的测量仪表 磁翻板液位计应用连通管原理 保证被测容器与测量管体间的液位相等 当测量管中的浮子随被测液位等量变化 浮子中的磁性体与显示板上显示色柱中的磁性体作用 使色柱翻转 白色表示无液 红色 黄色表示为有液 以达到就地显示液位的数值 就地显示的磁翻板液位计具有显示直观 醒目 视角宽 结构紧凑合理 安全可靠 无 跑 冒 滴 漏 现象 维护量小 维修费用低等优点 且其指示功能无须另外供电 即使电力供应发生故障 液位观测也不会受到影响 磁翻板液位计若配置UR型电阻液位传感器或UB型电阻 电流液位变送器和 二次 显示仪表 可以完成远传 并输出4 20mA 或0 10mA 的标准信号 以配合记录仪表 或工业控制系统联网 磁翻板液位计又称为磁性液位计 磁翻柱液位计 磁浮子液位计 它是利用磁藕合原理进行工作的 磁翻板液位计弥补了玻璃管液位计不能在高温高压下工作且易碎的多重缺点 磁翻板液位计图 物位检测及仪表 物位检测仪表分类与检测方法一 雷达液位计雷达液位计是一种 俯视式 时间行程测量仪表 用于测量从参考点 即过程连接 到物料表面的间距 天线发出微波脉冲 在被测物料表面产生反射 并被雷达系统所接收 雷达液位计图 输入 天线接收到反射回来的雷达脉冲后 再将它变送为电信号 由微处理器计算信号并分辨出由介质表面反射的雷达脉冲的回波 由软件来完成信号识别工作 该软件凝聚了多年的时间行程测量经验 通过软件的专利算法 可以达到毫米级精度 具有抗干扰回波的功能确保干扰回波不会被误认作液位回波 输出 通过输入空罐距离E 零点 满罐距离F 量程 和应用参数来对进行调试 应用参数可以使仪表自动适应过程条件 数据点 E 和 F 相应于仪表当前输出的4mA和20mA 对应于数字数出和显示模块的0 和100 调节阀 调节阀的概述 调节阀是由执行机构和阀体部件两部分组成 即 调节阀 执行机构 阀体部件其中 执行机构是调节阀的推动装置 它按信号压力的大小产生相应的推力 使推杆产生相应的位移 从而带动调节阀的阀芯动作 阀体部件是调节阀的调节部份 它直接与介质接触 通过执行机构推杆的位移 改变调节阀的节流面积 达到调节的目的 调节阀按其能源方式不同主要分为气动调节阀 电动调节阀 液动调节阀三大类 它们的差别在于所配的执行机构上 前者配的是气动执行机构 中间一种配的是电动执行机构 后者配的是液动执行机构 调节阀 调节阀 调节阀的功能 要正确使用调节阀 尤其是选择调节阀 必须首先弄清楚调节阀的使用功能 做到有的放矢 方能选好所需的调节阀 一 调节功能 顾名思义 调节阀的首要功能就是调节 其主要表现在五个方面 1 流量特性是反映调节阀的开度与流量的变化关系 以适应不同的系统特性要求 如对流量调节系统反应速度快需对数特性 对温度调节系统反应速度慢 需直线流量特性 流量特性反映了调节阀的调节品质 2 可调范围反映调节阀可控制的流量范围 用R Qmax Qmin之比表示 R越大 调节流量的范围越宽 性能指标就越好 通常阀的R 30 好的阀 如V型球阀 全功能超轻型调节阀 R可达100 200 3 小开度工作性能有些阀受到结构的限制 小开度工作性能差 产生启跳 振荡 R变得很小 即Qmin很大 如双座阀 衬胶蝶阀 好的阀小开度应有微调功能 即可满足很小流量的调节 且工作又要求十分平衡 这类阀如V型球阀 偏心旋转阀 全功能超轻型调节阀 4 流量系数Kv流量系数表示通过流量的能力 同口径Kv值越大越好 尤其是球阀 蝶阀 全功能超轻型阀 它们的Kv值是单座阀 双座阀 套筒阀的2 3倍 5 调节速度满足系统对阀动作的速度要求 调节阀 调节阀的功能 二 切断功能 切断由阀的泄漏量指标来表示 切断通常指泄漏量小于0 001 它反映阀的内在的质量 三 克服压差功能 它通常用阀关闭时的允许压差来表示 允许压差越大 此功能也就越好 如果考虑不周到 阀芯就会被压差顶开 造成阀关不到位 泄漏量超标 因此 保证阀切断就必须克服阀关闭时的工作压差 通常单密封阀的允许压差小 如单座阀 角形阀 隔膜阀 三通阀 双密封的阀和转动类的阀的允许压差大 如双座阀 套筒阀 球阀 全功能超轻型阀 从泄漏量与克服压差两者上看 单密封阀泄漏小但允许压差小 双密封阀泄漏大 允许压差大 只有旋转类阀 泄漏量又小 允许压差又大 这就是旋转类阀使用越来越多的原因 调节阀 调节阀的功能 四 防堵功能 对不干净介质的调节或者即使是干净介质 管道中的焊渣等杂物都可能造成阀堵塞或被卡住 因此要求阀