仪表基础知识培训...ppt

仪表基础知识 组织部门 仪控组组织实施 王克兵 第一章仪表基础知识 第一节 仪表分类第二节 仪表主要品质指标第三节 法定计量的基本计量单位 第一节仪表分类 一 检测仪表二 显示仪表三 控制仪表四 执行器 第二节仪表的品质指标 一 准确度二 复现性三 稳定性四 可靠性 一 精确度 仪表精确度简称精度 又称准确度 因为有误差的存在 才有精确度这个概念 仪表精确度简言之就是仪表测量值接近真值的程度 误差的计算方法 绝对误差 测量值 真值相对误差 绝对误差 真值引用误差 绝对误差 量程 二 复现性 测量复现性是在不同测量条件下 用不同的方法 不同的观测者 在不同的检测环境下对同一被检测量进行检测时 其测量结果一致的程度 测量复现性作为仪表的性能指标 表征仪表的特性 随着智能仪表的问世 发展和完善 复现性必将成为仪表的重要性能指标 三 稳定性 在规定工作条件内 仪表某些性能随时间保持不变的能力称为稳定性 度 化工企业通常用仪表零点漂移来衡量仪表的稳定性 四 可靠性 仪表可靠性是化工企业仪表工所追求的另一个重要性能指标 可靠性和仪表维护量是相辅相成的 仪表可靠性高说明仪表维护量小 反之仪表可靠性差 仪表维护量就大 对于化工企业检测与过程控制仪表 大部分安装在工艺管道 各类塔 釜 罐 器上 而且化工生产的连续性 多数有毒 易燃易爆的环境 这些恶劣条件给仪表维护增加了很多困难 所以说选择仪表 一是考虑化工生产安全 二是关系到仪表维护人员人身安全 所以化工企业使用检测与过程控制仪表要求维护量越小越好 亦即要求仪表可靠性尽可能地高 第三节法定的基本计量单位 一 检测仪表 一 温度检测方法及仪表二 压力检测方法及仪表三 流量检测方法及仪表四 物位检测方法及仪表 温度检测方法 应用热膨胀测温应用工作物质的压力随温度变化的原理测温应用热电效应测温应用热电阻原理测温应用热辐射原理测温 温度检测仪表 热电偶热电阻双金属温度计 本部分主要内容 温度检测的基本知识 温度 反映了物体冷热的程度 与自然界中的各种物理和化学过程相联系 温度最本质的性质 当两个冷热程度不同的物体接触后就会产生导热换热 换热结束后两物体处于热平衡状态 则它们具有相同的温度 测量方法 接触式测温和非接触式测温 接触式测温温度敏感元件与被测对象接触 经过换热后两者温度相等 1 膨胀式温度计 2 热电阻温度计 3 热电偶温度计 4 其他原理的温度计 直观 可靠 测量仪表也比较简单 特点 非接触测温温度敏感元件不与被测对象接触 而是通过辐射能量进行热交换 由辐射能的大小来推算被测物体的温度 1 辐射式温度计 2 光纤式温度计 特点 不与被测物体接触 不破坏原有的温度场 温标 摄氏温标 是把标准大气压下纯水的冰融点定为0度 纯水的沸点定为100度的一种温标 在0度和100度之间分成100等分 每一分为一摄氏度 符号为 华氏温标 规定在大气压下 纯水的冰融点为32度 纯水的沸点为212度 中间划分为180等分 每一分为一华氏度 符号为 9 5 32 F 热力学温标 又称开尔文温标 单位为开尔文 K 273 15 K 国际实用温标 应用热膨胀原理测温 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 应用热电效应测温 测量原理 两种不同的金属A和B构成闭合回路当两个接触端T T0时 回路中会产生热电势 热电极 闭和回路总电势 A B 分度表 如果能使冷端温度t0固定 则总电势就只与温度t成单值函数关系 注 热电势与热端温度之间关系是非线性 补偿导线 问题引出 解决方法 热电偶冷端暴露于空间 受环境温度影响 热电极长度有限 冷端受到被测温度变化的影响 把热电偶的冷端延伸到远离被测对象且温度比较稳定的地方 选用一种具有和所连接的热电偶相同的热电性能 其材料又是廉价金属导线 补偿导线 其一实现了冷端迁移 其二是降低了成本 功能 不同型号的热电偶所配用的补偿导线不同连接补偿导线时要注意区分正负极 使其分别与热电偶的正负极一一对应 使用补偿导线注意问题 问题引出 冷端温度补偿 热电偶的分度表所表征的是冷端温度为0 时的热电势 温度关系 与热电偶配套使用的显示仪表就是根据这一关系进行刻度的 解决方法 0 恒温法 冷端温度修正法 仪表机械零点调整法 补偿电桥法 0 恒温法 适用于实验室中的精确测量和检定热电偶时使用 冷端温度修正法 设 冷端温度恒为t0 t0 0 被测温度为t 修正公式 冷端t0的热电势 测量得出的热电势 被测温度t的热电势 仪表机械零点调整法 将显示仪表的机械零点调至t0处 相当于在输入热电偶热电势之前就给显示仪表输入了电势E t0 0 由分度表查得E 20 0 0 113mv则E t 0 E t t0 E t0 0 7 32 0 113 7 434mv再查分度表得其对应的被测温度t 808 例 用S型热电偶测温 热电偶的冷端温度t0 20 测得热电势为7 32mv 求被测对象的实际温度t 解 使用补偿电桥注意问题 根据各类热电偶的型号选择配套的补偿电桥 注意补偿温度的起点在20 平衡 须把显示仪表的机械零点预先调整到20 在0 平衡 须把显示仪表的机械零点预先调整到0 补偿是相对的 以此有一定误差 热电阻温度计 应用于 200 600 范围内的温度测量 热电阻 电阻体 绝缘套管 接线盒 常用热电阻 测温元件安装注意事项 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5 10mm 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 二 压力检测方法与仪表 压力检测方法 液柱测压法弹性变形法电测压力法 压力检测仪表 弹簧管压力表差压 压力 变送器 主要内容 压力的基本概念 垂直而均匀地作用在单位面积上的力 式中 压力 Pa 均匀垂直作用力 N 受力面积 m2 1Pa 1 10 3KPa 1 10 6MPa 单位 牛顿 米2 N m2 简称 帕 用符号 Pa 压力的几种表示形式 被测压力通常可表示为绝对压力 表压 负压 或真空度 表压是指高于大气压的绝对压力与大气压之差 即 P表压 P绝对压力 P大气压力负压与真空度是指大气压力与低于大气压力的绝对压力之差 即 P真空度 P大气压力 P绝对压力 压力检测方法及仪表 液柱测压法 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 常用的压力表有U形管压力表 单管压力表 斜管压力表和活塞式压力表等 测量原理 弹性变形法 压力检测方法及仪表 将被测压力转换成弹性元件变形的位移 测量原理 弹簧管压力表 压力检测方法及仪表 电测压力法 利用转换元件 如某些机械和电气元件 直接把被测压力变换为电信号来进行测量的 压力检测方法及仪表 测量原理 1 弹性元件附加一些变换装置 使弹性元件自由端的位移量转换成相应的电信号 如电阻式 电感式 电容式 霍尔片式 应变式 振弦式等 2 非弹性元件组成的快速测压元件 主要利用某些物体的某一物理性质与压力有关 如压电式 压阻式 压磁式等 电测压力法 压力检测方法及仪表 电容式测压原理 采用变电容原理 利用弹性元件受压变形来改变可变电容器的电容量 然后通过测量电容量C便可以知道被测压力的大小 从而实现压力 电容转换的 定极板 弹性元件 动极板 被测压力 测量原理 压力测量仪表的选用 压力检测方法及仪表 仪表种类和型号的选择工艺要求现场指示 远传指示 自动记录 自动调节或信号报警介质性质温度 粘度 脏污程度 腐蚀性 易燃性现场环境温度 湿度 有无振动 有无腐蚀性 仪表量程的确定化工自控设计技术规定被测压力较稳定的情况 最大压力值应不超过满量程的2 3 被测压力波动较大的情况 最大压力值应不超过满量程的1 2被测压力的最小值也不应低于全量程的1 3 三 流量检测方法及仪表 流量检测方法及仪表 流量检测方法及仪表 应用容积法检测流量 腰轮流量计 应用动 静压能转换原理检测流量 差压式流量计 应用改变流通面积的方法检测流量 转子流量计 应用电磁感应原理检测流量 电磁流量计 应用超声波检测流量 超声波流量计 本节主要内容 流量检测的基本概念 累积体积流量 累积质量流量 体积流量的测量方法 1 容积法 在单位时间内以标准固定体积对流动介质连续不断地进行度量 以排出流体固定容积数来计算流量 椭圆齿轮流量计 旋转活塞式流量计和刮板流量计 受流体的流动状态影响小 适用于测量高粘度 低雷诺数的流体 2 速度法 这种方法是先测出管道内的平均流速 再乘以管道截面积求得流体的体积流量 较宽的使用条件 可用于各种工况下的流体的流量检测 利用平均流速计算流量 管路条件的影响大 流动产生涡流以及截面上流速分布不对称等都会给测量带来误差 质量流量的测量方法 1 直接法 利用检测元件 使输出信号直接反映质量流量 利用孔板和定量泵组合实现的差压式检测方法 基于科里奥利力效应的检测方法 2 间接法 用两个检测元件分别测出两个相应参数 通过运算间接获取流体的质量流量 应用容积法检测流量 单位时间内所排出固定容积的数目作为测量依据 测量原理 设 V0 计量室的容积n 转子的旋转次数 则 排出的流体总量 应用动压能和静压能转换的原理检测流量 节流元件附近流速和压力分布情况 检测原理 当流体流经管道内的节流件时 流速将在节流件处形成局部收缩 因而流速增加 静压力降低 于是在节流件前后便产生了压差 流体流量愈大 产生的压差愈大 这样可依据压差来衡量流量的大小 基础 质量守恒定律和能量守恒定律压差影响因素 流量 节流装置形式 管道内流体的物理性质 密度 粘度 流量基本方程式 根据流体力学的伯努力方程和流体的连续性方程 可以推导出流量与压差之间的流量方程式 即体积流量 质量流量 式中 流量系数 流束膨胀系数A0 节流装置的开孔截面积 流体密度 节流装置前后实际测得的压力差 流量与压力差的平方根成正比 差压式流量计 测量对象 流体方面 单相 混相 洁净 脏污 工作状态 常压 高压 真空 常温 高温 低温 管径方面 从几毫米到几米 流动条件 亚音速流 临界流 脉动流 历史悠久 技术成熟 应用最广泛 节流式特点 结构简单 使用寿命长 适应能力强 几乎能测量各种工况下的流量 差压式流量计 孔板 引压管 差压计 差压式流量计组成 节流装置 安装于管道中产生差压 节流件前后的差压与流量成开方关系 引压导管 取节流装置前后产生的差压 传送给差压变送器 差压变送器 产生的差压转换为标准电信号 4 20mA 标准节流元件 标准孔板 结构简单 安装方便 适合大流量的测量 标准喷嘴 标准文丘里管 结构复杂 压力损失比孔板小 选用考虑要点 安装条件方面 流件前后有必要直管段长度 仪表性能方面 1 精确度 重复性 线性度 流量范围 压力损失 流体特性方面 流体物性参数的确定 2 流体的腐蚀 磨蚀 结垢 脏污等 四 物位检测方法与仪表 物位检测方法及仪表 物位检测方法 应用浮力原理检测物位应用静压原理检测物位应用超声波反射检测物位 本章主要内容 物位检测方法及仪表 物位 指容器中的液体介质的液位 固体的料位或颗粒物的料位的总称 液位 容器中的液体介质的高低料位 容器中固体或颗粒状物质的堆积高度 物位检测的作用 确定容器中的贮料数量 以保证连续生产的需要或进行经济核算 为了监视或控制容器的物位 使它保持在规定的范围内 对它的上下极限位置进行报警 以保证生产安全 正常进行 物位的基本概念 物位检测方法及仪表 应用浮力原理检测物位 利用漂浮于液面上的浮标或浸没于液体中的浮筒对液位进行测量的 当液位变化时 前者产生相应的位移 而所受到的浮力维持不变 后者则发生浮力的变化 因此 只要检测出浮标的位移或浮筒所受到的浮力的变化 就可以知道液位的高低 恒浮力法液位测量示意图 测量原理 物位检测方法及仪表 应用静压原理检测物位 压力表测量液位原理 通过液柱静压的方法对液位进行测量的 敞口容器 多用直接测量容器底部压力的方法 如图所示 测压仪表通过导压管与容器底部相连 由测压仪表的压力指示值 便可推知液位的高度 其关系为式中P 测压仪表指示值H 液位的高度 液体的密度g 重力加速度 式中PA PB 分别是液面上部介质压力和液面以下H深度的液体压力 密闭容器 测量容器底部压力 除与液面高度有关外 还与液面上部介质压力有关 其关系为 物位检测方法及仪表 差压变送器测量液位时的零点迁移问题 安装位置条件不同存在着仪表零点迁移问题 特征 差压变送器的正压室取压口正好与容器的最低液位 Hmin 0 处于同一水平位置 作用于变送器正 负压室的差压 P与液位高度H的关系为 P H g 当H 0时 正负压室的差压 P 0 变送器输出信号为4mA当H Hmax时 差压 Pmax gHmax 变送器的输出信号为20mA 无迁移 物位检测方法及仪表 负迁移 差压变送器的正 负压室的压力分别为 正 负压室的压差为 当被测液位H 0时 P h2 h1 2g 0 使变送器在H 0时输出电流小于4mA H Hmax时 输出电流小于20mA 正迁移 变送器的安装位置