自动化仪表培训教材

自动化仪表培训教材第一页，共四十一页，编辑于2023年，星期一培训内容：对各种仪表按照测量对象的不同，进行分类介绍，并就各类仪表的构成和工作原理作深入简出的讲解。各类测量仪表依次为：一、温度检测仪表二、压力检测仪表三、液位检测仪表四、流量检测仪表五、分析仪表六、全线紧急停车按钮（ESD）的控制第二页，共四十一页，编辑于2023年，星期一培训内容：将各类仪表按照现场仪表和远传仪表这两大类，就仪表的工作原、内部组成、结构特点、在使用中的注意事项等几方面，进行逐一地论述。温度检测中的现场仪表：

1、万向型双金属温度计

远传仪表：1、防爆型铂电阻2、平均温度计压力检测中的现场仪表：1、全不锈钢压力表2、全不锈钢耐震压力表

远传仪表：1、智能型防爆压力变送器2、智能型防爆差压变送器

3、压力开关液位检测中的远传理仪表：1、雷达液位计2、磁致伸缩液位计3、音叉式液位开关流量检测中的远仪表的安全管理传仪表：1、超声波流量计2、流量开关分析仪表：1、密度分析撬座（密度计、光学界面检测仪）第三页，共四十一页，编辑于2023年，星期一温度检测仪表现场仪表——双金属温度计（一）结构特点：双金属温度计是工业上测量温度常用的现场一次表，具有适应范围广、结构简单、安装方便等特点。由指针、刻度盘、表壳、指针轴、感温元件、保护管组成。可分为1.0、1.5、2.0、2.5、4.0五个精度等级。站上使用的双金属温度计主要为1.0级、1.5级两种，安装在密度计撬座、储油罐、进出站管线、部分阀门后等位置，用于测量相应位置的油品温度。（二）原理：双金属温度计用膨胀系数不同的两种金属片牢固结合在一起组成感温元件,一般绕制成螺旋形,其一端固定,另一端装有指针.但温度变化时,感温元件曲率发生变化，自由端旋转，带动指针在刻度盘上指示温度数值。第四页，共四十一页，编辑于2023年，星期一（三）双金属温度计使用中的注意事项：

1，温度计个部件装配要牢固，不得松动，不得有锈蚀，保护应牢固、均匀和光洁。2，温度计表头的玻璃要保持干净，以免防碍正确读数。3，温度计刻度盘上的刻线、数字和其他标志应完整、清晰。4，温度计指针与刻度盘面间的距离应不大于5mm,但也不应触及刻度盘，对于可调角双金属温度计该项检查应在从轴项位置到径项位置的全过程中进行。5，温度计安装套管内要加变压器油，以确保测量准确。第五页，共四十一页，编辑于2023年，星期一温度检测中的远传仪表——1、温度变送器（防爆型铂电阻）2、平均温度计（一）概述各站选用的是美国罗斯蒙特公司生产的智能型温度变送器。主要安装在部分阀门后、进出站等工艺管线上，用以测量油品温度值，温度变送器一般都是垂直安装在输油管线上。此外，在现场还安装一个温变用于测量站内地温。相关性能参数：型号：SQ-PT-Z-80E-0205精度：±0.1％量程±0.1℃量程：0----50℃；-10---30℃环境温度：-40—85℃输出：4—20mA和HART信号电源：12—42.4Vdc传感器：PT100，A级，四线制第六页，共四十一页，编辑于2023年，星期一（二）组成及接线：

温度变送器由变送模板、检测模板以及模拟量输出模板等组成，通过后面的接线板将4—20毫安的模拟量信号接到PLC机柜上，再通过转换在站控机上显示各个被测的温度参数值

接线如图所示：（三）校验及量程修改：50电阻

温变安全栅Pt24VDCS500

温变FLUKS744第七页，共四十一页，编辑于2023年，星期一1、校验:

将温度变送器从安装管线上拆下来，按上图将FLUKE与温变连接好。打开FLUKE电源→按MEAS/SOURCE键，选择“SOURCE”→按TC/RTD键两次→按▽键，选择“Pt100(385)”→按SETUP键→按ENTER键→按▽键，选择“24VDC”→按ENTER键→按DONE键→按MEAS/SOURCE键，选择“MEAS”→按mA键→按MEAS/SOURCE键，这FLUKE屏幕显示→输入温度值将温变显示与FLUKE对比，进行温度变送器校验。2、温变量程修改:按HART键→SET键，选择“basic”→按ENTER，选择“下限”或“上限”输入要更该的数值，按ENTER键→按SEND键→按DONE键退出，更改完成。（四）日常应用1、正常时温变就地显示温度和电流两种参数，现场显示的温度值和站控室显示温度值一致。2、当温变出现就地和远传都没有显示故障时，是由以下几种原因造成的：温变损坏、保险熔断、安全栅损坏、接线松动。3、当温变出现远传值不准故障时，是由以下几种原因造成的量程设置不对、接线端子出现轻微漏电。4、温变要定期校验，安装套管内要填加变压器油.MEASUES。。。。。...mASOURCE。。。。。。℃第八页，共四十一页，编辑于2023年，星期一压力检测中的现场仪表——压力表（一）概述压力表是石油化工最常用的压力检测仪表，按精度等级分可以分为普通压力表和精密压力表，0.6级以上的为精密压力表，0.6级以下的为普通压力表；按材质可分为普通弹簧管压力表和全不锈钢压力弹簧管压力表；根据使用的场合不同可以分为普通压力表和耐震压力表等。乌首站管线主要使用1.5级全不锈钢压力弹簧管压力表和耐震全不锈钢压力弹簧管压力表两种。（二）工作原理压力表弹簧管在压力和真空作用下，产生弹性变形引起管端位移，其位移通过机械传动机构进行放大，传递给指示装置，再由指针在刻有法定计量单位的分度盘上指出被测压力或真空量值。第九页，共四十一页，编辑于2023年，星期一（三）使用中注意事项1、在测量范围内,示值误差,不应大于允许误差,（允许误差=±精度×量程％）。2、在测量范围内，回程误差应不大于允许误差绝对值。3、轻敲位移，轻敲表壳后,指针示值变动量应不大允许误差绝对值的1/2。4、外观：（1）压力表的零部件装配应牢固,无松动现象。（2）压力表安全孔上应有防尘装置，当发现防尘橡胶盖脱落时要重新安好。（3）压力表按其所测量介质不同,在压力表上应有下表中规定的色标,并注名特殊介质的名称.氧气表还必须标有红色“禁油”字样.（4）玻璃应无色透明,不应有妨碍读数的缺陷和损伤。（5）分度盘应平整光洁,各标志应清晰可辨。（6）巡检中发现压力表有渗漏情况，应关闭压力表根部阀，汇报处理。第十页，共四十一页，编辑于2023年，星期一压力检测中的远传仪表——压力变送器差压变送器（一）安装位置和作用各站选用的是罗斯蒙特公司生产的智能型防暴压力变送器。主要安装在进出站管线、主泵和给油泵进出口、调节阀组前管线上、计量撬出口管线上。用于检测被测管线内压力，将测得的值进行远传及现场显示，远传压力信号用于站控机显示及参与工艺控制和控制保护。（二）性能参数型号：3051TG4A2B21AE5M5T1Q4精确度等级:

+/-0.075﹪量程：0.6MPa，1.6MPa，2.5MPa，6MPa，10MPa，16MPa等输出信号:4-20mADC线性电源电压:24VDC被测介质:汽油,柴油带雷电保护器第十一页，共四十一页，编辑于2023年，星期一（三）结构原理

1，结构

压变主要有传感器、信号放大器、模-数转换器、微处理器、数-模转换器、操作键、显示屏等几部分组成。第十二页，共四十一页，编辑于2023年，星期一2，原理

传感器产生的信号被信号放大器放大后，经模-数转换器转换成数字信号，在微处理器中经线性和温度校正后，在经数-模转换器转换成直流4-20mA输出信号。涉及测量元件的电子数据和变送器功能参数数据都被存储在两个EEPROM中，通过3个输入调整键直接在测量点进行参数调整。也可以在数字显示中读取测量结果、故障信息和工作方式。（四）接线压力变送器采用二线制接线方式，由PLC柜内24VDC直流电源提供工作电压,输出4—20mA信号经防雷端子接到PLCD模拟输入板（AI板）。＋－PLCAI板24VDC4—20mA防雷击端子压变第十三页，共四十一页，编辑于2023年，星期一（五）日常维护

1、巡检时要注意检查压变引压管有无渗漏情况；现场指示值与站控机上的显示值是否一致。

2、当发现压变引压管出现轻度渗漏时，关闭压变根部阀前要和调度联系，采取相应保护措施，因为有些压变的测量值参与了工艺调节控制，在受控设备运行时，关闭些压变的根部阀会引起误动作，引起事故。

3、当发现压变测量值不准，很有可能是引压管内有空气或根部阀没有打开。

4、当发现压变就地值和远传值都没有显示时，很有可能是防雷击端子损坏或接线松动。第十四页，共四十一页，编辑于2023年，星期一

液位检测仪表——雷达液位计1、测量原理（如图所示）

t=2d/Cd=Ct/2H=L－d=L－Ct/2只要测得微波的往返时间t，即可计算得到液位的高度H。探测器对时间测量有两种方式，即微波脉冲法及连续波调频法。微波脉冲法：脉冲频率大多为5～6GHz微波脉冲法的原理图如下：

LHtd第十五页，共四十一页，编辑于2023年，星期一由发送器将脉冲发生器生成的一串脉冲信号通过天线发出，经液面反射后由接收器接收，再将信号传给计时器，从计时器得到脉冲的往返间t。

难点：必须精确地测量时间t。

解决方法：变脉冲雷达波为合成脉冲雷达波，通过测量发射波与反射波的频率差，间接地求往返时间，计算出雷达波的传播距离。

液面到天线距离d的计算公式如下:d=（C/2）·Δt=（C/2）·(Δf/S)S=Δf0/Δt0式中：Δf──测量量，它关系到d的精度；

S──跳频斜率，Hz。说明：该测量方法中发射频率不是固定的，而是等幅可调频率（FMCW）。

第十六页，共四十一页，编辑于2023年，星期一2、实际液位的测量如图所示：Lu──检尺口到罐底基准点的距离（是罐本身固有高度）

LR0──检尺所得实际液位

Lp0──雷达头安装位置距罐底的值检尺口导向管雷达测量头LuLp0LR0d量油管基准点第十七页，共四十一页，编辑于2023年，星期一d──液位计测出的空罐高度

∴LR0=Lu（L0－L1）

说明：雷达液位计在技术上允许Lp0=Lu±1m，这样就降低了液位计的安装要求。

向雷达液位计输入LR0，并取：

Lp=LR0+d

以Lp代替Lp0，则雷达液位计测得的液位为：

LR=Lp－d

由此可见：Lp的产生，使测量与机械安装无关；使测量值与真实值有了同一个标准的起点，因而提高了测量精度。3、雷达液位计的应用问题1）被测介质特性①相对介电常数一般在1.5～2左右②湍动和气泡2）温度通常在-40℃～+150℃之间3）操作压力如:瑞典SAAB公司：RTG2960为4MPa；4、雷达液位计的基本设置①基本设定②安全设置③输出④显示第十八页，共四十一页，编辑于2023年，星期一5、雷达液位计的特点①测量部分无位移、无传动部件。②与介质不直接接触。③测量不受温度、压力、蒸汽、烟雾、粉尘的限制，适用于粘度大、有毒、有腐蚀性介质的液位测量。④使用、维护费用低。⑤精度高计量级：±1mm，±0.5mm，特殊的可达±0.1mm

罐区管理级：±3mm

一般控制级：±5mm，±10mm⑥分辩率高计量级：1mm，0.1mm

工业级：10～20mm说明：目前雷达液位计的测量范围为：0～20m，0～35m（E+H），0～40m第十九页，共四十一页，编辑于2023年，星期一四、音叉液位开关

1、工作原理：音叉由晶体激励产生振动（按某一频率），当音叉被液体浸没时振动频率发生变化，该频率变化由电子线路检测出来并输出一个开关量。

2、特点：适应性强：介质的电参数、密度对测量不产生影响。结垢、搅动、湍流、气泡、振动、中等粘度、高温、高压等恶劣条件对检测无影响；免于维护；不需调校。说明：音叉开关可用于液位的上下限位报警或控制（上/下限位检测由一选择开关确定）第二十页，共四十一页，编辑于2023年，星期一流量检测仪表——超声波流量计（一）、工作原理（传播时间法）利用顺流和逆流时的传播速度之差与被测流体流速之间的关系求取流速。

VP=V·cosθ，L=D／sinθLDVPXVθ测量管下游换能器上游换能器声碶V第二十一页，共四十一页，编辑于2023年，星期一∴声波顺流时的传播时间：T1=t1+τ

声波逆流时的传播时间：T2=t2+τ第二十二页，共四十一页，编辑于2023年，星期一时差法流量方程的另外一种形式：∵VP=V·cosθ=V·X／L

流量方程：式中：K───流速分布修正系数，K=V／V0V───线平均流速

V0───面平均流速（二）、超声波流量计的组成及分类1、组成超声换能器（或由换能器和测量管组成的超声流量传感器转换器（电子数据处理单元）二者之间用专用信号传输电缆连接。2、分类①按声道数分类说明：四声道及以上的多声道配置对提高测量精度起很大作用。②按被测介质分类气体用、液体用第二十三页，共四十一页，编辑于2023年，星期一（三）、超声波流量计的特点1、应用范围广2、适用介质多3、原理上不受管径限制，适用于圆形、矩形管道4、可实现非接触测量，了进行移动性测量5、无压力损失，操作费用低6、测量精度不够理想7、介质温度不能太高（受换能器耐温限制），一般≤200℃8、技术复杂，价格较高9、传播时间法超声波流量计只能用于清洁液体和气体（四）、超声波流量计的使用1、对被测流体的要求(清洁、满管、单相，所含悬浮颗粒不能超过允许值)2、夹装式换能器的安装①要知道确切的管道外径、壁厚、材质及衬里情况，管道内壁不应锈蚀、结垢、凹凸不平。②安装换能器时，管道外壁表面应去保温层、去漆，锈迹应砂平，涂匀耦合剂，不能有空隙。③换能器安装处和管壁反射处必须避开接口和焊缝。第二十四页，共四十一页，编辑于2023年，星期一3、流量传感器的安装①连接流量传感器的管道内径必须与流量传感器相同。②换能器安装在水平管道上时，应避免安装在底部和顶部。流量传感器或换能器也可安装于倾斜管道或垂直管道。③测量液体时安装位置必须充满液体。④传感器上、下游要有足够的直管段，以确保流体所需的流速分布（沿管道中心平行对称地流动）。4、管道埋在地下时需设安装室，其基本要求与夹装式换能器相同。5、信号传输电缆的敷设①所有信号电缆必须由金属穿线管保护，穿线管的所有接口部位（包括与接线盒和换能器的接口）都必须密封防水。②换能器引出电缆与信号电缆的连接应经过接线盒中接线端子连接，接线盒也必须密封防水。③同侧换能器信号电缆应走同一根穿线管。④所有换能器端的屏蔽都应同电位接地。⑤所有信号电缆不许与电力线共用一根穿线保护管，其走向也不要与靠近的电力线平行，还应尽量绕开其他电缆线。6、确定安装位置时，尤其要注意换能器尽量避开有变频调速器、电焊机等干扰电源的场合。7、及时核校对现场安装固定式超声波流量计数量大、范围广的用户，可配备一台同类型的便携式超声波流量计，用于核校现场仪表情况。8、定期维护第二十五页，共四十一页，编辑于2023年，星期一KROHNE超声波流量计用途：配合压力、温度和密度检测仪表，为管道泄漏检测软件提供基础数据，完成管道泄漏报警及泄漏点定位功能。同时，还完成管道运行流量监测和生产计量任务。本工程采用的是德国科隆公司UFM3030K型超声波流量计。结构：超声波流量计按照传感器是否接触流体，可分为外夹式和湿式。KROHNE超声波流量计为湿式超声波流量计，其流量传感器UFS3000K和信号转换器UFC030K采用一体化结构方式。传感器为三声道专利技术设计，采用管道对射式安装和弦状通道布置，可以检测到不同层面的流速，较好地测量非轴向对称的流体形态。工作原理科隆公司UFM3030K超声波流量计采用基本的声波传播时间法，两个传感器发射和接收具有时间标志的声波脉冲。零流量时，声波在两个传感器之间往返的时间是完全相同的。流体开始流动时，顺流方向的传播时间较短，而逆流方向的传播时间较长。通过测量上述顺流和逆流的时间差，来确定管道内流体的流量。第二十六页，共四十一页，编辑于2023年，星期一性能：科隆公司UFM3030K型超声波流量计，具有动态增益补偿功能，能实现全雷诺数范围的动态流态补偿，能补偿如介质温度、密度、粘度等变化引起的误差，能克服如固体颗粒、气泡、旋涡、结垢、结蜡等引起的干扰，从而保证流量测量的高精度、高稳定性和高重复性。主要技术性能指标：测量精度：+/-0.3%（流速＞0.5m/s），<+/-0.5%（0.3m/s<流速<0.5m/s），重复性：+/-0.2%，探头数量：3组探头，测量范围：0～20m/s，功能：瞬时流量、累积流量、质量流量、流速、声速、流向、信号强度测量及自诊断，防爆等级：EExd（ib）IICT3～T6，GB3836.1～3836.4.2000，ATEX94/9/EC，防护等级：IP67，IEC60529/EN60529，测量管：碳钢，探头：SS316L，法兰：碳钢，传感器罩：碳钢，变送器：铝，介质温度：-25℃～+140℃，环境温度：-40℃～+65℃，供电电源：24VDC，电气接口：2×1/2’’NPT，安装要求：直管段前10D、后5D。第二十七页，共四十一页，编辑于2023年，星期一撬装分析系统

1、用途本工程采用分析系统橇座。安装在各工艺站场进出站处，用于连续测量成品油密度，检测0#柴油、-10#柴油、90#汽油、93#汽油以及相互之间的油品界面。本工程撬装分析系统选用的是英国输力强公司的产品结构撬装分析系统包括以下主要设备：分析系统，主要设备的安装支架，油品循环取样泵，整个分析系统的附件和材料，分析小屋。分析系统所有仪表和介质接触的连接管路部分采用不锈钢材质，安全泄放管和排污管公用一个收集器，所有排污管线均通过管线接往污油罐。分析系统橇座预留光学界面检测仪的安装位置，配置手动采样接口。第二十八页，共四十一页，编辑于2023年，星期一工作原理分析系统的核心设备为密度计，密度计的关键部件是测量振动管，当液体流经测量振动管时，测量振动管在电子反馈系统的作用下产生谐振，振动频率随着管内液体密度的变化而成比例的变化，密度计内置一个Pt100热电阻

用于检测测量振动管内介质的温度，使密度计可以进行温度补充和标准密度转换，密度计的振动频率信号和温度信号同时传输到位于控制室的信号转换器，由信号转换器转换为密度信号并显示。性能分析系统安装在爆炸危险场所区域内，其防爆等级不低于ExdⅡAT3，防护等级不低于IP65。分析系统橇座有对环境的冷、热，以及雨淋、沙尘等的保护措施。分析系统橇座具有高精度连续测量功能和高稳定性，对安装位置、设备振动、流速和压力影响不敏感，免维护。密度计性能指标如下：精度：±0.15kg/m3，密度范围：0至2000kg/m3，重复性小于0.02kg/m3第二十九页，共四十一页，编辑于2023年，星期一温度影响小于±0.05kg/m3/℃压力影响小于±0.003kg/m3/100kPa供电电源：24VDC温度测量：Pt100（四线制），密度计输出：频率信号，防护等级:IP65，接触介质部件：Ni-Span-C，外壳：316不锈钢，法兰材料：316L不锈钢。外型、结构及原理图：第三十页，共四十一页，编辑于2023年，星期一第三十一页，共四十一页，编辑于2023年，星期一光学界面检测仪用途用于检测0#柴油、-10#柴油、90#汽油、93#汽油以及相互之间的油品界面。KAM-OID-SR-1″flange-900型光学界面检测仪安装在各工艺站场进站处，KAM-OID-SR-2/18”flange-600/900型光学界面检测仪安装在分输阀室进口管道干线上。本工程采用美国KAM-OID-SR型光学界面检测仪。结构KAM光学界面检测仪为智能型一体式结构设计，探头、信号传输光纤、控制器集成为一体，可直接现场使用；每台光学界面检测仪带有独立的控制器，运行无干扰；光学界面检测仪的控制器及附件均可室外安装，不受环境影响。工作原理KAM光学界面检测仪利用光电学原理，采用专门开发的LED（发光二极管）光源，发射特定波长的可见光光束，可同时检测多种光学特征，从而检测出0#柴油、-10#柴油、90#汽油、93#汽油以及柴油和汽油的油品界面(包括同密度不同油品的界面)。第三十二页，共四十一页，编辑于2023年，星期一性能

KAM光学界面检测仪技术先进、性能可靠，不受温度影响，无需预校正；光学界面检测仪与油品接触的镜面带有纳米材料涂层，是免清洗的，不受油品的性质和油品中的杂质的影响；光学界面检测仪的防爆等级为ExdIIBT6，环境温度为-40～80℃，适用于油气场合和恶劣环境。外型、结构及原理图第三十三页，共四十一页，编辑于2023年，星期一第三十四页，共四十一页，编辑于2023年，星期一流量开关用途本工程采用美国SORT21-DF6D-CS-RRX/EAC-1E-CS-10-CB型流量开关，用于监测各工艺站场进、出站泄压管线中的流量及完成低流量越限报警。结构SOR流量开关为自行加热的传感器设计，采用法兰连接方式，无任何可能粘住或出故障的可移动部件；其电气触点为机械气密式，触点类型为DPDT。工作原理SOR流量开关采用温差技术原理，根据在流体中，不同流速传热不同的特性来测量液体流量。第三十五页，共四十一页，编辑于2023年，星期一性能

SOR流量开关操作简单，动作准确快速，在±27.7℃的温度范围内，精度为开关点流速的±0.5%，响应时间为：0.5~10秒。并且在参考的校准范围内能任意调节设定值。供电电源：24VDC输出：5A设定点范围：0.904～452m3/h元件插入长度：10″过程温度范围：-70～200℃过程压力范围：真空～3000psig防爆等级：CSAClassI,GroupsB,C,D防护等级：NEMA4接液材质：316SS过程连接：1″600#法兰电气连接：3/4″NPT(F)第三十六页，共四十一页，编辑于2023年，星期一

全线紧急停车按钮（ESD）控制一、ESD的组成和用途ESD紧急停车：在管线运行时，当一些难以预料的紧急情况出现时，如果不及时停车，很可能会造成生产事故或财产损失，以及危及人身安全，在这种情况下采取的一种紧急停车保护措施。西部管道成品油管线ESD停车保护，对确保安全生产，防止输油设备和输油管线损坏，保证财产及人身安全起着重要作用。二、西部管道成品油管线ESD命令有四种1、中控ESD命令——调度人在紧急情况发出的全线紧急停输命令。2、站控ESD命令——站控人员在紧急情况下发出的全站紧急停输命令，输油泵站和减压站执行全站紧急停输时，会引起全线ESD保护动作，造成全线紧急停输。3、设备保护触发ESD命令——工艺运行参数达到设定保护值、运行泵机组状况

达到机泵保护参数值，触发ESD执行部分机组停车或全线停输。4、意外故障引起的ESD命令——如电网停电，设备阀门误动作等触发的ESD命令。第三