化工仪表及自动化试验手册

1、化工仪表及自动化实验指导书化工教研室绪论生产与生活的自动化是人类长久以来所梦寐以求得目标 ,在18世纪自动限制系 统在蒸汽机运行中得到成功的应用以后 启动化技术时代开始了.随着工业技术的更新,特别是半导体技术、微电子技术、计算机技术和网络技 术的开展,自动化已经进入了计算机限制装置时代.自动化技术的进步推动了工业 生产的飞速开展,在促进产业革命中起着十分重要的作用.特别是在石油、化工、 冶金、轻工等部门,由丁采用了自动化仪表和集中限制装置,促进了连续生产过程自 动化的开展,大大地提升了劳动生产率,获得了巨大的社会效益和经济效益.为了适应社会开展的需要,同时满足应用型本科院校的教学要求,本实验教

2、材全 面系统地介绍了化工过程检测仪表的根本知识,重点介绍工业生产过程中的压力、 流量、物位、温度的检测原理及相应的仪表结构选用、实验装置和实验方法、注意 事项以及数据处理等.同时除介绍工业生产过程中的自动限制系统方面的应用知识 还分别介绍了构成自动限制系统的被控对象、限制仪表及装置,在简单、复杂限制系统的根底上,介绍了高级限制系统与计算机限制系统.目录实验1实验平安教育、配备实验仪器1实验2常见化工仪表的认知3实验3压力表校验6实验5热电偶的校验(12实验1实验平安教育、配备实验仪器一、化工仪表及自动化实验室学生守那么化工仪表及自动化实验室守那么是学生正常进行实验的保证,学生进入实验室必须遵守

3、以下规那么：(1进入实验室,须遵守实验室纪律和制度,听从老师指导.(2未穿实验服,未写实验预习报告者不得进入实验室进行实验.(3进入实验室后要熟悉周围环境,熟悉防火及急救设备器材的使用方法和存放 位置,遵守平安规那么.(4实验前,活点、检查仪器,明确仪器标准操作方法及本卷须知(老师会给予演示否那么不得动手操作.(5实验中,保持安静,认真操作,仔细观察,积极思维,如实记录,不得擅自离开岗位.(6实验室公用物品(包括器材、药品等用完后,应归放回原指定位置.(7保护公物,注意卫生,保持整洁,节约用水、电、气及器材.(8实验完毕后,要求整理,活洁实验台面,检查水、电、气源,清扫实验室卫生.(9实验记录

4、经教师签字认可后,方可离开实验室.、实验课学习方法(1预习并写预习报告认真阅读实验教材及相关参考资料,明确实验目的、理解实验原理、掌握实验 方法、熟悉实验内容并简明扼要的写出预习报告.认真听讲.(2操作认真、独立操作,仔细观察现象,做好记录.应按拟定的实验操作方案与方案进 行.做到轻(动作轻、讲话轻,细(细心观察、细致操作,准(参数调节准、结果及其记 录准确,洁(使用的仪器活洁,实验桌面活洁,实验结束把实验室清扫活洁.(3交正式实验报告做完实验后,应解释实验现象,并作出结论,或根据实验数据进行计算和处理,主要 包括:a、目的,b、原理,c、操作步骤及实验性质、现象,d、数据处理,e、经验与教

5、训,f、思考题答复.三、配备实验仪器(1熟悉化工仪表及自动化实验规那么和要求(2领取实验常用仪器.四、值日生守那么(1活扫实验室卫生,包括地面、水槽、实验台面、公共实验仪器等.(2将所有仪器放回原处,方便下一班级同学使用.(3关闭所有水龙头、电源、窗户等.实验2常见化工仪表的认知、领取实验常用仪表器材,熟悉其名称、规那么,理解使用本卷须知.二、压力表的认知压力是指由气体或液体均匀垂直地作用丁单位面积上的力.在工业生产中 ,压 力是重要的操作参数之一.压力常用 P表示,根据国际单位制压力用帕Pa来表示, 工程上经常用兆帕MPa表示.测量压力或真空度的仪表种类很多,根据转换原理不 同大致可分为四类

6、：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的.按结构形式 不同有U型压差计、单管压力计和斜管压力计等.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.比方弹簧管压力计、 波纹管压力计和膜式压力计等.3. 电气式压力计它通过机械和电气元件将被测压力转换成电量 电压、电流、频率等来进行测 量的仪表.如各种压力传感器和压力变送器.4. 活塞式压力计它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石去码的质 量来进行测量的.三、标准流量计的认知一般所讲的流量大小是指单位时间内流过管道某一截面的流体数量的大小,及瞬时流量.而某一段时间内流过

7、管道的流体流量的总和称为总量.流量和总量可以 用质量表示也可以用体积表示,质量流量用M表示,体积流量用Q表示.常用的流 量单位有吨每小时t/h、千克每小时kg/h、千克每秒kg/s、立方米每小时m3/h、升 每小时L/h、升每分L/min等.测量流体流量的仪表叫做流量计,流量计的测量原理 和仪表结构形式各不相同,主要有以下分类方法：1. 速度式流量计它以测量流体在管道内的流速作为测量依据来计算流量.比方差压式流量计、 转子流量计、电磁流量计、涡轮流量计、堰式流量计等.2. 容积式流量计它以单位时间内所排出流体的固定容积的数目作为测量依据来计算流量.比方 椭圆齿轮流量计、活塞式流量计等.3. 质

8、量流量计它以测量流体流过的质量 M为依据来计算流量.质量流量计分直接式和间接 式两种.四、热电偶、热电阻的认知温度是表征物体冷热程度的物理量,是各种工业生产和科学实验中最普遍重要 的操作参数.温度用T来表示,常用的温度单位有摄氏度C,而温度的国际单位为开 尔文K.温度不能直接测量,只能借助丁冷热不同物体之间的热交换,以及物体的某 些物理性质随冷热程度不同而变化的特性来加以间接测量.根据测量的原理不同来 分,可分为膨胀式温度计、压力式温度计、热电偶温度计、热电阻温度计和辐射高 温计五类.下面主要来学习一下热电偶温度计和热电阻温度计：1. 热电偶温度计热电偶温度计是以热点效应为根底的测温仪表.它由

9、三局部组成 ：热电偶感温 元件、测量仪表毫伏计或电位差计、连接热电偶和测量仪表的导线 补偿导线及铜 导线.热电偶温度计是把温度的变化通过测温元件 -热电偶转化为热电势的变化来测量温度的.工业上常用的热电偶为以下几类：a钳铭30-钳铭6热电偶分度号为B,测温范围为3001600C ;b钳铭10-钳热电偶分度号为S,测温范围为-201300C ;c 锐铭-铭硅铭铝热电偶分度号为K,测温范围为-50100OCo2. 热电阻温度计热电阻温度计是由热电阻感温元件、显示仪表不平衡电桥或平衡电桥以及连 接连接导线组成.热电阻温度计是利用金届导体的电阻值随温度变化而变化的特性 来进行温度的测量.由丁温度的变化

10、导致金届导体电阻的变化,因此,只需设法测出电阻值的变化就可以到达温度测量的目的.热电阻适用丁测量-200500C的液体、气体、蒸汽及固体外表的温度.常用的热电阻有钳热电阻和铜热电阻.五、动圈仪的认知动圈仪是一种全量程指示的限制仪表,与一次测量元件配合使用,能将温度、压 力、流量、液位、电压、电流等各种工业参数进行指示.它由细导线绕成的可动线 圈靠金届张丝或轴尖支承在永久磁铁极靴的间隙中 ,当电流通过可动线圈时感生磁 场与永久磁场相互作用产生力矩,驱动线圈偏转,使张丝或游丝变形而产生反力矩,当 二力矩平衡时指针稳定在某一位置.指针转角的大小与流过线圈的电流成正比,指针在标尺上指示出被测值.六、D

11、CS实训装置的认知实验3压力表校验一、实验目的1、熟悉活塞式压力计的根本结构、工作原理及使用方法.2、熟悉弹簧管压力表的根本结构、工作原理、以及用标准压力表对工业压力 表进行校验、调整的方法.二、实验内容用标准弹簧管压力表校验并调整工业用弹簧压力表.2.1实验设备1、标准压力表一块.2、工业用压力表一块.2.2实验步骤和方法1、实验设备图：1、手柄；2、油缸;3、储油杯;4、标准杯;5、被校表；6、7、8、阀门;9、活塞筒；10、活塞杆；11、石去码2、准备工作：(1、把标准压力表及被校压力表在活塞压力计上安装好,检查活塞压力计在水 平位置.(2、排净管道中的气体.a、关闭阀T 6、7、8,翻

12、开储油杯阀.b、 转动手柄1后退油缸中小活塞吸油、再推进活塞将气体赶走 ,如此反复几次, 直至储油杯口无气泡为止.c、最后将活塞退回、将油吸入油缸内,然后关闭储油杯阀.3、工业用压力表的调整与校验(1、初检压力表a、翻开阀1 6、7 ob、挪动手柄给以零点压力与最大量程压力,对应标准压力表的读数,看被校表的 零点是否正确、量程是否适宜.(2、观察压力表的内部结构(弹簧管(3、校验压力表按量程分五等分进行校验,接上行、下行读出标准表与被校表的示值,根据效验 结果判断仪表精确等级.三、校验记录、计算1、列表将记录数据、计算结果列表(参照下表标准值Xu被校值P变差相对误差上行下行X-X<)标尺

13、上限值标尺卜限值被测fix 1误差X r-Xfl被测值X f误差X r-Xu2、结论:按被校表的给定精度等级：合格或不合格实验4流量计的校核一、实验目的1、熟悉孔板流量计的构造、性能及安装方法.2、 掌握流量计的标定方法之一 容量法.3、测定孔板流量计的孔流系数与雷诺准数的关系根本原理对非标准化的各种流量仪表在出厂前都必须进行流量标定,建立流量刻度标尺 如转子流量计、给出孔流系数如涡轮流量计、给出校正曲线如孔板流量计.使用 者在使用时,如工作介质、温度、压强等操作条件与原来标定时的条件不同,就需要根据现场情况,对流量计进行标定.孔板、文丘里流量计的收缩口面积都是固定的,而流体通过收缩口的压力降

14、那么 随流量大小而变,据此来测量流量,因此,称其为变压头流量计.而另一类流量计中,当 流体通过时,压力降不变,但收缩口面积却随流量而改变,故称这类流量计为变截面流 量计,此类的典型代表是转子流量计.1、孔板流量计的校核孔板流量计是应用最广泛的节流式流量计之一,本实验采用自制的孔板流量计测定液体流量,用容量法进行标定,同时测定孔流系数与雷诺准数的关系孔板流量计是根据流体的动能和势能相互转化原理而设计的,流体通过锐孔时流速增加,造成孔板前后产生压强差,可以通过引压管在压差计或差压变送器上显示.其根本构造如图4-1所示.假设管路直径为d1,孔板锐孔直径为d 0,流体流经孔板前后所形成的缩脉直径为d

15、2,流体的密度为p那么根据柏努利方程,在界面1、2处有：图4-1孔板流量计2221122u u p p p p p-？= (4-1或=(4-2J"： - ttj-由丁缩脉处位置随流速而变化,截面积2A也用孔板孔径处流速0u来替代上式中的2u,乂考虑这种替代带来的误差以及实 际流体局部阻力造成的能量损失,故需用系数C加以校正.式(4-2改写为(4-3对丁不可压缩流体,根据连续性方程可知,代入式(4-3并整理可得0u =(4-4令0C色, P=(4-5 那么式(4-4 简化为 0u C = (4-6农-诚根据0u和0A即可计算出流体的体积流量p /20000p A C A u V ？=

16、(47或 P P p /(20gR A C A u V (4-8式中:V -流体的体积流量,m 3/s ;R -U形压差计的读数,m ;i -死差计中指示液密度,kg/m 3;0C -孔流系数,无因次；0C由孔板锐口的形状、测压口位置、孔径与管径之比和雷诺数 Re所决定,具 体数值由实验测定.当孔径与管径之比为一定值时 ,Re超过某个数值后,0C接近丁 常数.一般工业上定型的流量计,就是规定在0C为定值的流动条件下使用.0C值 范围一般为0.6-0.7孔板流量计安装时应在其上、下游各有一段直管段作为稳定段,上游长度至少 应为10d 1,下游为5d 2.孔板流量计构造简单,制造和安装都很方便,其

17、主要缺点是 机械能损失大.由丁机械能损失,使下游速度复原后,压力不能恢复到孔板前的值,称 之为永久损失.d 0/d 1的值越小,永久损失越大.三、实验装置与流程实验装置 如图4-2所示.主要局部由循环水泵、流量计、U型压差计、温度计和水槽等组成,实验主管路为1寸不锈钢管内径25mm.图4-2流量计校合实验示意图四、实验步骤与本卷须知1. 熟悉实验装置,了解各阀门的位置及作用2. 对装置中有关管道、导压管、压差计进行排气,使倒U形压差计处丁工作状3. 对应每一个阀门开度,用容积法测量流量,同时记下压差计的读数,按由小到大 的顺序在小流量时测量8-9个点,大流量时测量5-6个点.为保证标定精度,最

18、好再 从大流量到小流量重复一次,然后取其平均值.4. 测量流量时应保证每次测量中,计量桶液位差不小丁 100mm或测量时间不少 丁 40s.5. 主要计算过程如下:(1根据体积法(秒表配合计量筒算得流量 V (m 3/h ;(2根据24d V u 兀=;(3读取流量V (由闸阀开度调节对应下的压差计高度差R,根据0u C =和gR pP =就得C 0值.(4根据从pdu =Re求得雷诺数,其中d取对应的d 0值.(5在坐标纸上分别绘出孔板流量计和文丘里流量计的0C -Re图.五、实验报告1. 将所有原始数据及计算结果列成表格,并附上计算例如.2. 在单对数坐标纸上分别绘出孔板流量计和文丘里流量计的0C -Re图.3. 讨论实验结果.六、思考题1. 孔流系数与哪些因素有关？2. 孔板、文丘里流量计安装时各应注意什么问题 ？3. 如何检查系统排气是否完全？4. 从实验中,可以直接得到 R-V的校正曲线,经整理后也可以得到0C -Re的曲 线,这两种表示方法各有什么优点？实验5热电偶的校验一、实验目的1、掌握精密型电子电位差计正确使用方法.2、掌握热电偶的检验方法.3、掌握确定仪表精密度的方法.二、实验内容1、识别热电偶的种类及电极方向.2、进行热电偶校验.三、实验设备与仪