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化工仪表基础知识 生产部 1 仪表的定义与概念 一 定义仪表 简单来说就是将我们无法用肉眼观察到物质的物理和化学特征值 用一定的方法转变为我们能用肉眼进行度量的设备 2 二 概念 仪表的概念在我们生活中无处不在 只是我们没有去注意它而已 首先 说说物质的物理 化学特性 比如长度 温度 重量 体积 密度 成分等 在古代的时候 人们没有发明尺子 就只有用我们身体的一部分作为衡量工具 如用手来卡 用手臂张开来量 这就是长度的最初测量方法 比如在古小说中经常说那根树是几人合抱那么大 3 作为温度测量 就是用手去感受烫不烫手 对重量 就是用手来掂一掂沉不沉 对于化学特征就是用鼻子闻闻臭不臭 香不香等等 这种测量方法测出来的东西能准确吗 当然不准确 但人们已经开始了对事物的度量认识 在人类历史上可是很重要的进步 你们在现场操作可不能用这种办法来测量工艺参数呀 那是要出大麻烦的 4 化工仪表的四大分类 一 温度1 温度就是物体的冷热程度 常见的温度单位是摄氏度 在一个大气压的情况下的水处于稳定的冰水混合物的状态定义为0 处于稳定的汽水混合物的状态定义为100 将中间的不同热度状态进行100等分 每一份就是1 5 2 测量方法 目前常用热膨胀 电阻变化 热电效应 热辐射四类物性随温度变化而变化来进行温度测量的 6 1 热膨胀式 膨胀式温度计有玻璃液体温度计 双金属温度计及压力式温度计 我们主要介绍现场使用最多的双金属温度计 双金属温度计的感温元件是由两片膨胀系数不同的金属材料彼此牢固结合在一起构成的 其中膨胀系数大的一层叫主动层 小的一层叫被动层 温度升高时由于它们的膨胀系数不同 7 主动层变形大被动层变形小 使双金属片向被动层弯曲 弯曲产生的角位移带动指针指示相应的温度 双金属温度计的读数方法和压力表的读数方法相同 8 2 热电偶 热电偶是由2种不同材质的导体或半导体材料使它们焊接或者铰链而成的 它是根据热点效应来测被测介质的温度变化的 具有物理稳定性高 化学稳定性高 在高温下电极不被氧化和腐蚀 线性好 复现性好等特点 适用范围广泛 9 3 热电阻 它是根据导体或半导体材料的电阻值随温度变化而变化的原理来测量温度的 一般用铜和铂来制造 最常用的为Cu50和Pt100 Cu50是在摄氏0 时该电阻体的温度为50欧姆 Pt100是在摄氏0 时该电阻体的温度为100欧姆 它们的特点是测量范围在 200 500 之间 精度高 特别适用于低温的检测 10 二 液位测量 对于液体在罐 塔 容器内的位置的测量 实际上是对距离的测量 单位是米 常使用的单位是毫米mm 很多液位的测量零点不是在罐 塔的底部 因此 在读数的时候要将仪表的安装零点位置加到读出的数值上才是容器的真正液位 11 液位测量仪表分为玻璃液位计 静压式液位计 浮力式液位计 电测式液位计 超声波式液位计 同位素式液位计 雷达液位计 磁致式液位计几大类 12 1 玻璃液位计 玻璃液位计是根据连通器原理进行工作的 在观看玻璃液位计示值时应注意考虑表面张力现象 13 2 浮力式液位计 浮力式液位计又分为恒浮力式液位计和变浮力式液位计 恒浮力式液位计就是我们现场使用的浮子式或浮标式液位计 我们公司车间目前测量液位的都是采用磁性翻板液位计 14 3 电测式液位计 电测式液位计也就是我们平时所说的电容式液位计 它是根据容器内液位的变化引起液位计的两个电极之间的电容变化 通过检测两个电极之间电容值变化量来测量容器的液位 该液位计特别适用于腐蚀性液体的液位测量 15 4 雷达液位计 通过天线向被测介质物位发射微波 然后测出微波发射和反射回来的时间而得容器内液位的一种仪表 16 三 流量测量 流量是指单位时间内流过管道断面的流体数量 为瞬时流量 流量可分为体积流量和质量流量 体积流量一般使用的单位是立方米每小时 m3 H 升每分钟 L min 等 质量流量一般使用的单位是公斤每小时 Kg H 吨每小时 T H 将瞬时流量进行累计就称为总流量 总流量的单位是立方米 升和公斤 吨等等 用于测量流量的仪表一般可分为三大类 速度式流量测量仪表 容积式流量测量仪表 质量式流量测量仪表 17 转子流量计 转子流量计是利用流体流动节流原理来进行流量测量的 它是属于恒差压流量计 就是在浮子 转子 的上下两端的压差是恒定的 通过利用流通面积的变化来测量流量的 转子流量计在使用时压力损失小 反应快 但转子流量计必须垂直安装 不允许有倾斜 介质流向也一定要自下向上 不能反向 否则 流量计不能正常工作 18 电磁流量计 电磁流量计是应用导电体在磁场中运动产生感应电动势 而感应电动势又和流量大小成正比 通过测电动势来反映管道流量的原理而制成的 其测量精度和灵敏度都较高 工业上多用以测量水 矿浆等介质的流量 可测最大管径达2m 而且压损极小 但导电率低的介质 如气体 蒸汽等则不能应用 电磁流量计造价较高 且信号易受外磁场干扰 影响了在工业管流测量中的广泛应用 为此 产品在不断改进更新 向微机化发展 19 其它流量计 1 孔板流量计2 涡街流量计3 超声波流量计 20 压力 1 定义与单位 压力是指均匀垂直地作用在单位面积上的力 可用下式表示P F S式中P表示压力 F表示垂直作用力 S表示受力面积 根据国际单位制规定 压力的单位为帕斯卡 简称 Pa 帕 帕所代表的压力较小 工程上经常使用兆帕 MPa 帕与兆帕之间的关系为 1MPa 1000KPa 1000000Pa 21 2 分类 测量压力的仪表很多 根据其转换原理的不同 大致可分为四大类1 液柱式液位计例如U型压力计2 弹性式压力计例如压力表3 电气式压力计例如压力变送器 22 控制系统 化工操作中 最早的操作是简单的化工生产 没有自动化一说 都是一个人看着仪表 去扳阀门 那是很累人的 但当时生产工艺简单 流程不复杂 进行的是间歇性的生产 随着大工业的发展和连续性生产的发展 靠人来扳阀门已经完全不能适应生产的需要了 或者说 随着自动控制水平的提高 大工业 连续性生产才能得以实现 23 自动控制说起来很复杂 实际上还是很简单的 就是一个人 用眼看着仪表 然后用手来扳阀门的过程用一台调节仪表来实现 而现在就用DCS系统来实现 很简单 我们设定一个需要稳定的数值 仪表输入的数值高于这个值 调节器或DCS的控制器就输出一个信号去打开或关闭一点阀门 就实现了对工艺参数的调节和控制 24 由于控制器现在基本不用了 都是用DCS系统来操作和控制 而DCS系统讲起来又太复杂了 因此在这里就不对控制部分进行介绍了 25 集散控制系统 DistributedControlsystemDCS 1 发展历史集散控制系统是1975年首先由美国霍尼威尔 Honeywell 公司推出的 在国外著名厂家的DCS迅速发展之际 我国的DCS产业也渐渐启动 浙大中控在1993年推出第一套DCS系统 2 国内外其它主要的DCS生产厂家北京和利时 瑞士ABB 德国慕尼黑西门子 日本横河 美国艾默生 美国霍尼韦尔 26 3 DCS特性集散控制系统的主要特性是它的集中管理和分散控制 而且 随着计算机技术的发展 网络技术已经使集散控制系统不仅主要用于分散控制 而且向着集成管理的方向发展 系统的开放不仅使不同制造厂商的集散控制系统产品可以互相连接