化工仪表基础知识培训-马课件

仪表专业知识培训课件化工仪表基础知识黔希化工马勇主要内容：一：概述二：仪表基础知识三：生产过程中四大测量参数及仪表四：调节阀基础知识五：信号报警与联锁保护系统六：自动控制系统基础知识七：集散型控制系统(DCS)一、概述看到“仪表”两个字，人们很容易想到电流表、电压表、示波器等实验室中常用的测试仪器。自动化仪表不是这些通用仪表，而是讨论生产自动化中，特别是连续生产过程自动化中必需的一类专门的仪器仪表。其中包括对工艺参数进行测量的检测仪表、根据测量值对给定值的偏差按一定的调节规律发出调节命令的调节仪表，以及根据调节仪表的命令对进出生产装置的物料或能量进行控制的执行器等。这些仪表代替人们对生产过程进行测量、控制、监督和保护，是实现生产过程自动化必不可少的技术工具。

随着社会进步和科学技术的发展，自动化装置在生产过程中得到广泛的应用。早期的仪表控制是生产装置的眼睛和耳朵。而对于现代化工厂的自动化装置已不仅仅是工厂的眼睛和耳朵，而现在已成为工厂的大脑、神经和手、脚。随着电子技术、计算机技术、控制技术、网络技术的发展，自控技术得到了长足的发展，已成为化工企业提高企业效益和工作效益的有效手段，它是经营管理、企业管理，操作管理、运转管理、运转控制等方面的集成，是社会现代化、科学技术进步的重要标志。仪表及自控系统在化工装置中占有重要而关键的地位，工艺介质及装置设备的运行状况如流量、温度、压力、物位、转速、振动等参数都由仪表及自控系统进行自动检测、显示、控制和保护联锁。因此，仪表性能及工作状况的好坏，直接影响到工艺介质及装置设备的运行，以至影响到工艺介质及装置设备的安全运行和经济效益。二、仪表基础知识1、化工自动化的目的：提高工作效益降低生成成本保证生产安全减轻劳动强度化工自动化目的

2、化工自动化的基本组成：显示控制仪表检测仪表执行器

3、仪表的量程：

仪表量程=测量上限-测量下限

如仪表的测量范围：-400~1200KP则仪表的量程为1600KP4、仪表精度：表示测量的准确程度。精度等级有0.02、0.05、0.1、0.2、0.4、0.5、1.0、1.5、2.5、4.0等5、仪表类型及标准信号：4~20mADC（1~5VDC）0.02~0.1MPa（20KPa~100KPa）

1）远传信号用电流源优于电压源（电流传输、电压接收）；2）20mA的选择是基于:安全、实用、功耗、成本的考虑；3）零点为4mA.DC，不与机械零点重合，这种“活零点”有利于识别断电和断线等故障。4）采用两线制。仪表类型电动仪表气动仪表6、信号的传递形式：连续变化“0”和“1”组合两种状态模拟信号数字信号开关信号信号传递形式7、仪表位号（TAG)：

仪表的名称;在DCS系统中是唯一的;一般不超过8位。如：PV2301、LT2310、TIC2310等。英文字母数字+仪表位号=仪表位号（TAG)：仪表工位号：参数符号+功能符号+数字，如：TIC-2310前面2位阿拉伯数字一般代表生产工序；后面2位阿拉伯数字一般代表该工序该参数的序号。参数符号F:流量；L：液位；P：压力；T：温度；E：电流；H：手操；V：振动、阀门；功能符号A：报警；R：记录；C：调节；I：指示；Q：累积；T：变送器；CV：自力式G：现场监视数字12..9PI图中常见的仪表字母含义仪表的常用名词仪表的概念：仪表一般只是用来指示数据用的仪器。化工自动化仪表：对化工、煤化工等生产过程中的各种变量(温度、压力、液位、流量、成分等)进行自动检测、显示和控制的仪表。传感器：接受输入变量的信息，并按一定规律将其转换为同种或别种性质输出变量的装置。变送器：当传感器的输出为规定的标准信号时，则称为变送器。一次仪表：现场直接与工艺介质接触的仪表，独立完成测量显示任务。如压力表二次仪表：仪表示值信号不直接来自工艺介质，而是经过变送器送来的。一次元件：现场直接与工艺介质接触的用于测量的机械元件，比如孔板。三、生产过程中四大测量参数及仪表1、温度及常用检测仪表1.1：概述温度是表征物体冷热程度的物理量。温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量。温度是工业过程中最常见、最基本的参数之一，物体的任何物理变化和化学变化都与温度有关。温度一般约占全部过程参数的50%左右。因此温度检测在工业生产中占有很重要的地位。常用的温标有：

摄氏温标（℃）、华氏温标（℉）、热力学温标（K）三种。三者的关系是：℃=9/5（ºF-32）；℃=K-273.151.2：分类1.2.1、热膨胀式温度计：玻璃棒（酒精、水银)直读式。1.2.2、双金属温度计：是膨胀原理，直读式。双金属温度计的测温元件由两种不同膨胀系数彼此牢固结合的金属片制成的。它是一种适合中、低温现场检测的仪表。可直接测量气体或液体的温度。精度等级较低：1.0、1.5、2.5，主要用于现场指示。

1.2.3、热电阻温度计：是基于金属丝的电阻随温度变化且在一定范围内成正比例关系的原理。常用的有：Pt100、Cu50，属于远传式。0℃时：Pt100对应的阻值是100欧姆Cu50对应的电阻为50欧姆

Pt100的测量范围：-200--+850℃，适用于500℃以内温度的测量。Cu50的测量范围：-50--+150℃热电阻按结构可分为：组装式和铠装式

普通热电阻结构：1、接线盒，2、接线柱，3、铭牌，4、保护管，5、绝缘套管，6、感温部件1.2.4、热电偶：热电偶是利用两种不同材料相接触而产生的热电势随温度变化的特性来测量温度的。由于热电偶具有结构简单、使用方便、测量范围宽、便于远距离传送和集中检测等特点，因而在工业生产中得以广泛使用。热电偶的热电特性由电极材料的化学成分和物理性能所决定，热电势的大小与组成热电偶的材料及两端温度有关，与热电偶的粗细无关。231热电偶温度计测量线路1、热电偶2、连接导线3、电测仪表t0t0tAB现场常用热电偶

在工业生产中利用热电偶来测量温度通常要使用到补偿导线，各种分度号的热电偶使用的补偿导线是不相同的，根据说明选用。测温元件在管道上、设备上安装时，固定方式有两种：螺纹连接、法兰连接。

常用的型号有：B型：铂铑30-铂铑6S型：铂铑10-铂E型：镍络-康铜K型：镍络-镍硅T型：铜-康铜J型：铁-康铜

热电偶的测温范围0--1600°C(短期可用到1800°C）-200--350°C(短期可用到400°C）T铜--康铜-200--750°C(短期可用到900°C）E镍铬--康铜K镍铬--镍硅S铂铑10--铂B铂铑30--铂6-200--1200°C(短期可用到1300°C）0--1300°C(短期可用到1600°C）测温范围分度号热点偶名称2、压力及常用检测仪表2.1压力的定义及单位：

压力是指均匀垂直地作用在单位面积上的力。工程上的“压力”与力学中的“压力”不表示同一个概念。

压力的单位为帕斯卡，简称帕（Pa）1kgf/cm2=105Pa=0.1MPa1巴(bar)=0.1兆帕(MPa)=100千帕(KPa)=1.0197公斤/平方厘米绝对压力、大气压、表压、真空度之间的关系：P表压

=P绝对压力

-P大气压

P

P2

P2表压

1大气压

P2绝压P1负压（真空度）

P1

P1绝压

0绝对零压当被测压力低于大气压力时，一般用负压或真空度来表示：

P真空度=P大气压-P绝对压力2.2压力表2.2.1压力表的分类（常用的两种压力表）1)一般压力表（弹簧管）

一般压力表适用测量无爆炸、不结晶、不凝固、对铜和铜合金无腐蚀作用的液体、气体或蒸汽的压力。2)隔膜压力表

隔膜压力表采用间接测量结构，适用于测量粘度大、易结晶、腐蚀性大、温度较高的液体、气体或颗粒状固体介质的压力。隔离膜片有多种材料，以适应各种不同腐蚀性介质。

一般压力表隔膜式压力表2.2.2压力表量程现场指示型压力表在测量稳定压力时，可在测量上限值的1/3-2/3范围内使用，在测量交变压力表，则应不大于测量上限值的1/2为宜，对于在瞬间的测量时，允许使用在测量上限值的3/4。2.2.3、如何选用压力表压力表的选用应根据生产工艺要求，合理地对压力表的种类、型号、量程、精度等级等进行选择。选择时主要考虑以下方面：(1)根据被测介质压力是否稳定而区别对待。测稳定压力时介质的最大压力值应不超过压力表全量程的2/3。为了保证压力表的测量精度，被测介质的压力值应不小于压力表全量程的1/3为宜。(2)根据生产工艺指标所允许的最大测量误差确定压力表的精度。在满足生产需求的前提下，不要选用精度过高的仪表。(3)选择时需考虑被测介质的性质而分别选用通用型压力表和专用型压力表。2.3、压力开关

压力开关是一种借助弹性元件受压后产生位移以驱动微动开关工作的压力控制仪表。通常使用于报警或联锁保护系统中。压力开关的主要技术指标包括以下内容：（1）设定值控制范围（2）控制精度（3）控制方式：一位式或二位式（4）触点容量：380VAC\2A或220VAC\3A（5）使用环境：温度-25-70℃。相对湿度不大于85％。压力开关2.4、差压开关差压开关是一种差压控制仪表，与压力开关类似。差压开关的主要技术指标：（1）设定值控制范围（2）控制精度（3）触点容量（4）使用环境2.5、压力变送器用途：用于测量气体、液体、和蒸气的压力、负压和绝对压力等参数，然后将其转换4-20mA.DC信号输出。

分类：GP型（表压力）：变送器的δ室，一侧接受被测压力信号，另一侧则与大气压力贯通，因此可用于测量表压力或负压。AP型（绝对压力）：变送器的δ室,一侧接绝对压力信号，另一侧被封闭成高真空基准室，可以测量排气系统、蒸馏塔、蒸发器和结晶器等的绝对压力。2.5.1压力变送器工作原理压力变送器是利用压力传感器将压力信号转换为频率信号，送到脉冲计数器，直接传递到CPU（微处理器）进行数据处理，经D/A转换器转换为与输入信号相对应的4-20mADC的输出信号，并在模拟信号上叠加一个HART数字信号进行通信的压力检测仪表。

P单晶硅传感器膜盒组件CPU内置存储器D/AMODEM手持智能终端4-20MADC及数字信号2.5.2、压力变送器最常见的分为电容式压力变送器和单晶硅压力变送器。其它还有扩撒硅压力变送器。电容式压力变送器：采用结构简单、坚固耐用且极稳定的可变电容形式，可变电容由压力腔上的膜片和固定在其上的绝缘电极所组成，当感受到压力变化时，膜片要产生微微的翘曲变形，从而改变了两极的间距，采用独特的检测电路测电容的微小变化，并进行线性处理和温度补偿。传感器输出与被测压力成正比的直流电压或电流信号。精巧的结构、高性能的材料及先进的检测电路的完美结合，赋予了电容式压力变送器以很高的性能。电容式压力变送器1—中心感应膜片(可动电极)；2—固定电极；3—测量侧；4—隔离膜片压力变化电容量的变化变转4~20mA输出电容式测量膜盒单晶硅谐振式传感器：是一块单晶硅芯片上采用微电子机械加工技术，在单晶硅芯片上制成两个完全一致的H形状的谐振梁，并以一定的频率产生振动。其谐振频率取决于梁的长度和张力，其梁的长度已经确定，而张力是随压力变化而变化。从而把压力的变化转换成频率的变化，对差压采用频率差分技术，并将频率差信号直接输出到CPU进行运算和A/D转换。单晶硅谐振式压力变送器：

1、精度高

2、稳定性好

3、静压特性好

4、具有良好的单向受压特性

5、具有较宽的测量范围

6、方便的组态能力和自诊断功能不同形式传感器的压力变送器电容式压力变送器单晶硅谐振式压力变送器3、流量及常用检测仪表3.1：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。定义：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。流量的两种表示方法：体积流量Q---单位时间内通过管道某一截面的物料体积（m3/h）。质量流量M---单位时间内通过管道某一截面物料的质量（kg/h）。它们之间的关系：M=Q×ρ式中：ρ----流体密度

流量计：测量流体流量的仪表。

计量表：测量流体总量的仪表。

常用流量单位：体积流量：m³/h、L/h、Nm³/h质量流量：kg/h、t/h3.2、流量计的分类：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。如：差压式流量计、转子式流量计、电磁流量计、涡轮流量计、涡街流量计、超声波流量计等。

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。如：椭圆齿轮流量计、腰轮流量计、旋转活塞式流量计、刮板流量计等。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。如：直接式质量流量计、间接补偿式质量流量计等。流量测量仪表还可以有以下的分类：

A、孔板：前后差压与流量成正比

B、转子流量计（变截面积）：转子的高度与流量成正比。C、楔形流量计：前后差压与流量成正比。适用于介质粘度大、易结晶、易结焦、有颗粒的场合。D、靶式流量计：靶受介质冲击发生位移，其大小与流量成正比。E、超声波流量计：是利用时间差计量（传播速度差法）

或多普勒原理计量。F、质量流量计：克利奥里力原理，测量精度高，用于交接。G、电磁流量计：法拉第电磁感应原理H、阿牛巴流量计：差压法，主要用于测量蒸汽流量。I、托巴管流量计：差压法，主要用于大口径水、污水、蒸汽的测量。J、涡街流量计：根据漩涡发生体后产生的漩涡数量，测量流量。常用的几种流量计：

孔板差压式流量计

质量流量计转子流量计涡街流量计电磁波流量计楔形流量计4、物位及常用检测仪表4.1：基本概念物位计：在容器中液体介质的高低叫液位，容器中固体或颗粒状物质的堆积高度叫料位。测量液位的仪表叫液位计，测量料位的仪表叫料位计，测量两种密度不同的液体介质分界面的高低（界位）的仪表叫界面计。上述三种仪表统称为物位计。物位开关：在物位检测中，有时不需要对物位进行连续测量，只需要测量物位是否达到上线、下限或某个特定的位置，这种定点测量用的仪表被称为物位开关。一般用来监视、报警、输出控制信号。物位测量目的：

一是用于确定物料的体积或质量；二是调节流入与流出物料的平衡。4.2、分类物位测量仪表的种类很多，按液位、料位和界位来可分：（1）液位仪表：浮力式（浮筒、浮球、浮标、沉筒）、静压式（压力式、差压式）、电容式、电感式、电阻式、超声波式、微波式等。（2）界位仪表：浮力式、差压式、电极式、超声波式等。（3）料位仪表：重锤探测式、音叉式、超声波式、激光式、放射性式等。4.3、常用的液位计4.3.1、玻璃板液位计

容器连接联通器，透过玻璃板直接指示容器的液位。4.3.2、磁翻板液位计根据浮力原理和磁性藕合作用原理工作的。当被测容器中的液位升降时，液位计本体管中的磁性浮子也随之升降，浮子内的永久磁钢通过磁耦合传递到磁翻柱指示器，驱动红、白翻柱翻转180°，当液位上升时翻柱由白色转变为红色，当液位下降时翻柱由红色转变为白色，指示器的红白交界处为容器内部液位的实际高度，从而实现液位清晰的指示。4.3.3、差压液位变送器工作原理：将差压变送器的一端接液相，另一端接气相。差压式液位计原理图因此

当用差压式液位计来测量液位时,若被测容器是敞口的,气相压力为大气压,则差压计的负压室通大气就可以了,这时也可以用压力计来直接测量液位的高低。若容器是受压的,则需将差压计的负压室与容器的气相相连接。以平衡气相压力pA的静压作用。结论常用的差压液位计：双法兰毛细管液位计单法液位计双法兰液位计差压液位计4.3.4、浮筒液位计浮筒是根据阿基米德原理工作的，当液位变化时，浸没于液体中的浮筒（或沉筒）所受的浮力发生变化，通过支点，使扭力管受力作用后产生扭变，检测元件检测出后，变送器功能模块电路将测量信号经缓冲、放大和电压/电流变换后，输出4～20mA标准电流信号，此时与作用在浮筒上的浮力成正比例变化。浮筒式液位计不但能测量液位，还可以应用于界位的测量。4.3.5、电容式液位计

电容量的变化与液位高度H成正比。该法是利用被测介质的介电系数ε与空气介电系数ε0不等的原理进行工作，（ε-ε0）值越大，仪表越灵敏。电容器两极间的距离越小，仪表越灵敏。4.3.6、其他液位计

磁致伸缩液位计

浮球液位计（浮力和静磁场原理）

雷达式液位计物位开关：音叉液位开关浮球液位开关阻旋式液位开关四、调节阀基础知识调节阀又称控制阀，它是过程控制系统中用动力操作去改变流体流量的装置。调节阀由执行机构和阀体组成，执行机构起推动作用，而阀体起调节流量的作用。1：阀门执行器的分类气动执行器电动执行器液动执行器调节阀切断阀2：调节阀的组成调节机构执行机构辅助机构调节阀的组成3：执行机构的分类执行机构气动薄膜气动活塞4：调节机构的分类调节机构（阀）直通单座阀直通双座阀角形阀蝶阀球阀5：调节阀的作用方式6：气开式与气关式的选择压力信号增加时，阀关小、压力信号减小时阀开大的为气关式。反之，为气开式。

气开式（FC）气关式（FO）调节阀的作用形式气关气开

气开气关7：流量特性的分类调节阀的流量特性直线等百分百快开抛物线选择要求

主要从工艺生产上安全要求出发。信号压力中断时，应保证设备和操作人员的安全。如果阀处于打开位置时危害性小，则应选用气关式，以使气源系统发生故障，气源中断时，阀门能自动打开，保证安全。反之阀处于关闭时危害性小，则应选用气开阀。8、辅助机构电气阀门定位器电磁阀9、各类调节阀9.1：气动薄膜单座调节阀

单座调节阀阀体内有一个阀芯和一个阀座，具有泄漏量小的特点。该阀不平衡力大，其允许压差较双座阀小，在高压差、大口径时，最好配上阀门定位器。公称通径≥25mm的阀为双导向结构，只要改变阀杆与阀芯的连接位置就可实现气开或气闭。9.2：气动薄膜直通双座阀与单座调节阀相比，双座阀具有额定流量系数大，不平衡力小等优点，只要改变阀杆与阀芯的连接位置就可实现气开或气闭，

因而被广泛应用，但泄漏量大。9.3：套筒阀套筒阀是六十年代发展起来的品种。它由套筒阀塞节流代替单双阀座的阀芯、阀座节流。其特点如下：

1.稳定性好。由于阀塞设有平衡孔，可以减少介质作用在阀塞上的不平衡力，加上足够的阀塞导向，因此不容易引起阀芯的振荡。

2.套筒阀提供的节流窗口有开大窗和打小孔（喷射型）两种，后者有降低噪音，减小共振的功能。进一步改进，即可成为专门的低噪音阀。

3.双密封机构，泄露量大，许用压差也大。

4.维修方便。

5.阀塞自导向，流路复杂，更易堵塞。

6.过于笨重。

9.4：角型阀单座角型调节阀是一种上导向结构的调节阀，阀结构紧凑，压降损失小，流量大，可调范围广。阀芯导向部分的导向面积大，抗振性好。9.5：三通阀三通阀有三个出入口与管道相连，相当于两台单座阀合成一体。

按作用分为合流阀

（两进一通）与分流阀

（一进两通）。

工作时，一路全开，

一路全关，所以关闭时

受力与单座阀相似，不

平衡力大。

9.6：蝶阀蝶阀又叫翻板阀，

优点是流通能力大，

约为同口径的双座

阀的1.5-2倍，价格

便宜，阻力损失小，

沉淀物不易积存，

缺点是操作转矩大，

泄漏量大，可调范

围小9.7：隔膜阀气动隔膜阀采用橡胶和聚四氟乙烯等材料作为隔膜，抗腐蚀性能好，结构简单，流路阻力小，流通能力较同口径的其他阀大，能严密关闭。缺点是耐压耐温低，控制性能差。9.8：偏心旋转阀偏心旋转阀流路简单，阻力小，流通

能力大，阀座密封可靠，泄漏量小，体积小重量轻。9.9：闸刀阀具有结构简单紧凑、轻型节材,密封可靠、体积小、通道流畅、流阻小、重量轻、易安装、易拆卸等优点。气动对夹刀型闸阀其闸板具有剪切功能，可刮除密封面上的

粘着物，自动清除杂物，不锈钢闸板可防止腐蚀引起的密封泄漏。

五、信号报警与联锁保护系统1：信号报警系统1.1：信号报警系统的一般功能（1)、闪光信号一般报警系统的功能：当过程变量超限时，使故障检出元件发出信号，信号报警系统动作，发出音响并灯闪光。操作者确知信号内容后，按动确认（消声）按钮，灯就转为平光，音响停止。直至采取正确操作措施后，过程变量恢复正常，信号报警系统自动回复，就可以再次接受故障检测元件送来的超限信号。(2)、不闪光信号一般报警系统与闪光信号一般报警系统相仿，只是在不正常时，灯光只是平光而不是闪光。按动确认（消声）按钮后灯光仍亮而音响消除。按试验按钮，灯亮且声响。2：联锁保护系统2.1、概述联锁保护系统是按生产装置的工艺过程和设备要求，使相应的执行机构动作，或自动启动备用系统，或实现安全停车的系统。

联锁保护系统要既能保证生产装置和设备的正常开、停、运转，又能在工艺过程出现异常时，按规定的程序保证安全生产，实现紧急操作、安全停车、紧急停车或自动投入备用设备。

联锁保护系统的安全可靠运行对实现生产装置的正常生产和设备的正常运行至关重要。

3：信号报警和联锁保护系统的构成

通常由以下三部份构成：

a

发信元件

b

执行元件

c

逻辑元件4:基础知识：4.1、触点常开、常闭：

正常操作情况下触点断开为常开，反之为常闭。4.2、反逻辑、正逻辑：

正反逻辑起源：在数字电路中，输出信号与输入信号之间有一定的逻辑关系,例如非门，当输人信号为高电平时,输出为低电平；反之，当输入为低电平，输出为高电平。为了方便,在逻辑电路中用符号1和0来表示高电平和低电平两种状态,换言之即高电平是逻辑“1”，低电平是逻辑“0”。这是一种人为的规定,亦可以反过来将高电平定为逻辑“0”，低电平定为逻辑“1”。由于大多数数字电路采用的是正电源、硅管电路,用高电平作逻辑1、低电平作逻辑0比较方便,所以定为用1表示高电平。正、负逻辑只是规定不同，没有好坏之分。

如令H=1，L=0，则称之为正逻辑体制，与此相反，若令H=0，L=1，则称之为负逻辑体制。一般满足正常条件为1（或通电为1），为正逻辑，即1动作。为非故障安全型。通常情况下常通电，故障或动作时断电（0），为负逻辑。5：设置联锁保护系统时应注意的问题5.1、在联锁保护逻辑中，一次原件输入信号尽量不要单取，容易引起误动，为了解决单取的误动作，引入了二取二，当两个信号同时动作时，才发生联锁。但这引来了新的问题，就是拒动，当一个信号坏掉永运不动时，二取二就不起作用。5.2、工业控制中，重要联锁最好是三取二去联锁（三取中值去控制）。这兼顾了安全，又兼顾了成本。5.3、在联锁保护中，一次原件的输入，应设置旁路开关（by-pass）；机泵等应设置手/自动开关。5.4、联锁动作后，应设置手动复位才能重新运行。六、自动控制系统基础知识1：人工操作与自动控制比较图2：基本控制规律基本控制规律比例控制（P）积分控制（I）微分控制（D）3：常用控制规律常用的控制规律比例控制（P）比例积分控制（PI）比例微分控制（PD）比例积分微分控制（