热工仪表基础知识讲义

1、1、主要内容有：一、四大参数测量原理和仪表二、自动控制基础知识三、调节阀四、联锁系统构成，二、一、四大参数测量原理和仪表，现场仪表测量参数分类：现场仪表测量参数一般为温度、压力、流量、液位四大参数这里重点介绍这四个参数的测量原理和用于测量这四个参数的仪表。 3、1、温度的测量和输送、温度是化工生产中普遍重要的参数之一。 每个化工生产过程都随着物质物理性质和化学性质的变化，一定有能量的转换和交换，热交换是这些能量转换中最普遍的交换形式。 因此，在众多煤化工反应过程中，温度的测定和控制一直是保证这些反应过程正常安全运行的重要环节它对产品产量和质量的提高有很大的影响。 4、1、温度的测定和变化、温度

2、测定器麦的种类很多，根据测定方式，测温计可分为接触式和非接触式两种。 前者的感温元件与被检介质直接接触，而后者的感温元件不与被检介质接触。 接触式测温元件简单、可靠性高、测定精度高，但是，测温元件必须与被测定介质接触并进行充分的热交换才能实现热平衡，因此会产生滞后，并且有可能与被测定介质发生化学反应，另外，高温材料的限制，接触式测温计不适用于高温的测定。 由于非接触式测温计不与被测量介质接触，所以其测温范围宽，其测温上限原则上是通过不受限制的热辐射来测量温度，所以不会破坏被测量介质的温度场，测温速度也快，但该方法受到从被测量介质到仪表的距离、放射路上的水蒸气、烟、尘埃等其他介质的影响，因此进行

3、了测量5、1、温度的测定和输送，下表显示了常用温度计麦的测温原理、测温范围和主要特征。 表中记载的各种温度计，机械式多数只能在当地指示，放射式的精度差，只有电气温度计精度高，而且温度测量元件与温度发射器易于使用，转换成统一的标准信号并远传，实现温度的自动记录和调节。 因此，生产过程控制中使用最多的是热电偶和热电阻温度计。 本节仅介绍这两种温度计。6、7、1、温度的测量和发送，1.1热电偶温度计热电偶温度计由热电偶、电气测量部分(可动线圈计、电位差计或DCS )和连接导线构成。 热电偶性能稳定，结构简单，使用方便，测量范围宽，精度高，且能简单地将温度信号转换成电位信号，容易进行信号的远传和多点集

4、中测量，因此在石油化工生产中应用极为普遍。 8、1、温度测量和发送，9、热电偶用两根不同的导体或半导体材料(上图中的a和b )焊接或绞死。 焊接的一端称为热电偶的热端(测量端或工作端)，与导线连接的一端称为热电偶的冷端(自由端)。 构成热电偶的两个导体或半导体称为热电极。 将热电偶的热端插入需要测温的生产设备中时，a和b两种不同的物质，向电子密度高、电子密度低的一方流动，产生电流，形成电动势，一般成为mV信号，用温度计作为测量介质的温度计算。 1、温度的测量和运输，根据热电极的材料不同而产生的接触电位不同，因此，用不同的热电极材料制作的热电偶在相同的温度下产生的热电势不同，这一点在各种热电偶的

5、分度表中已经明确。 根据热电测温的基本原理，理论上两个导体都可以构成热电偶。 但是，实际上，这些都必须作出严格的选择。 热电极材料应该满足以下要求。 1在测温范围内热电特性稳定，不随时间变化。 2稳定性高，即在高温下不氧化或腐蚀。3电阻温度系数小，电导率高，构成热电偶后产生的热电势大，热电势和温度之间需要线性关系，有助于提高仪表的测量精度。 4再现性好(用相同成分的材料制作的热电偶，热电特性一致的性质称为再现性)，容易量产，而且在使用上也能保证良好的互换性。 5、材料组织均匀，具有良好的韧性，容易加工成丝。10、1、温度的测量和运输、国际电工委员会(IEC )其中已得到国际公认，性能和产量最大

6、的7种标准，IEC584-1和IEC584-2中规定： s尺度(铂铑10-铂) b索引号(铂铑30- ) k索引号(镍铬合金) e索引号(镍铬合金) t索引号(铜-康铜) j索引号(铁-铜) r索引号(铂铑13-铂)等热电偶。 热电偶根据测温条件和安装位置有各种结构形式。 虽然结构和外形不同，但基本结构由热电极、绝缘管、保护套管、端子箱等主要部分构成。11，1，温度的测量和变化，12，1，温度的测量和变化，1.2测温电阻温度计由测温电阻体，电表(可动线圈表或平衡桥)和连接导线组成，其中测温电阻体是感温元件，有导体和半导体两种。 测温电阻温度计广泛用于中低温(一般在500以下)的测量。 其特征是

7、精度高，在测量中、低温时，其输出信号比热电偶大得多，灵敏度高，同样可以进行远传、自动记录、多点测量。 13、1、温度的测量和发送、热电阻的测温原理金属导体的电阻值随温度的变化比而变化。 一般来说，他们的关系是：Rt=R01 (t-t0)Rt=Rt-R0=R0t式，是Rt温度为t时的电阻值的r。 温度为t0 (通常为0 )时的电阻值电阻温度系数，即温度变化1时的电阻值的相对变化量，单位为-1、 作为t温度的变化量的t-t。=tRt温度改变t时的电阻变化量。 14、1、温度的测量和变化，从以上可知，温度的变化引起了导体电阻的变化。 很多金属导体在温度每上升1，电阻值就增加0.40.6%，测温温度计

8、通过测量电路(桥)将温度变化引起的测温电阻的变化值转换为电压(毫安)信号，之后用显示计指示或记录被测温温度。 测温电阻体温度计和热电偶温度计的测温原理不同。 热电偶温度计通过温感元件热电偶将温度的变化转换为热电偶的变化值来测定温度的热电阻温度计，通过温感元件的热电阻将温度的变化转换为电阻的变化来测定温度。 15、1、温度的测定和输送，对制作热电阻线的材料有技术要求，一般应具有以下特性，电阻温度系数大时，测定灵敏度变高，热容量小时，对温度变化的响应快，即动态特性好，电阻率变大时，电阻体的体积变小，因此， 在热容量也变小的测温范围整体内，为了使具有稳定的物理和化学性质的加工变得容易，具有良好的转印

9、性，电阻和温度的关系，为了使分度和读取变得容易，最好是接近直线性或平滑的曲线，价格便宜等。 根据具体情况，目前使用最广泛的是铂和铜、索引号Pt50铂电阻、索引号Pt100铂电阻和索引号Cu50铜电阻、索引号Cu100铜电阻。 对应的索引表(电阻值和温度的比较表)记载在相关资料中。 测温电阻体由电阻体、保护套管、端子箱等主要部件构成。 除了电阻外，其馀部分的结构形状一般与热电偶的相应部分相同。 16、2、压力的测量和输送，我们生产中一般所说的压力是指在两个物体的接触面上产生的力，或者是气体垂直于固体和液体表面的力，或者是液体垂直于固体表面的力。 17、2、压力测量和运输、压力测量仪品种、规格很多

10、。常用的压力测量方法和仪表有通过液体产生和传递压力来平衡被测量压力的平衡法。 在符合这种方法的仪表中，有液柱压力计和活塞式压力计，通过弹性要素等隔离要素将被测定压力转换成集中力，在测定中通过电磁力和空气力等外部力平衡该未知集中力，测定外部力，由此知道被测定压力的机械力平衡法。 力平衡式压力变送器是应用该方法的例子，根据弹性元件受压后产生的弹性变形的大小来测量弹力平衡法。 属于这种应用方法的仪表很多，根据使用的弹性要素，可以分为薄膜式、波纹管式、弹簧管式压力计的机械和电子部件可以将被测定压力转换成各种电量(电压、电流、频率等)进行测定的电气测定法。 例如，静电电容式、电阻式、感应式、应变式、霍尔

11、式等振荡器对应于该方法的压力测定器。 18、2、压力的测定和输送，目前广泛应用于石油化工生产中的压力测量仪是弹性因素。 根据测力传感器的范围，常用的测力传感器有单转单簧管、多转单簧管、隔膜、膜盒、波纹管等。 由于被测量介质的压力，弹性元件发生弹性变形，发生相应的位移，可以改变位置，将位移转换为相应的电信号和电信号，可以从远处传递给显示、警报和调节用。19、2、压力测量和运输、主要压力测量仪： (1)单簧管压力计是压力计的主要组成部分之一，具有很广泛的应用价值，结构简单，品种规格完善，测量范围广，制造和修理容易，价格便宜等特点。 单簧管压力计是单螺旋弹簧压力计的简称。 它主要由单簧管、齿轮传动机

12、构(包括拉杆、扇形齿轮、中心齿轮)、显示装置(指针和刻度盘)和外壳等构成。 单簧管是一端封闭，弯曲成270度的圆形的空管。20、2、压力的测量和输送、21、2、压力的测量和输送，其截面为扁平的圆形或椭圆形，椭圆的长轴2a与垂直于图纸的单簧管的中心轴o平行。 管闭合的一端b是自由端，即作为位移输出端的另一端a被固定，成为被检测压力的输入端。 从其固定端a通过被测定压力p时，呈椭圆形截面的管子因压力p而变成圆形，弯曲成圆弧状的单簧管引起向外侧笔直扩展的变形，自由端b变位。 此时，单簧管的中心角马上变小，即自由端从b向b移动，在图2-3(b )中用虚线表示。 这个位移量对应于某个压力值。 自由端b的

13、弹性变形位移通过拉杆使扇形齿轮逆时针转动，固定在中心齿轮轴上的指针也顺时针转动，在面板的刻度刻度刻度上显示被检测压力的数值。 由于单簧管的自由端位移与单簧管中心角相对变化的值/被测量压力p有比例关系，因此单簧管压力计的尺寸是均匀的。 22、2、压力的测定和输送，如上所述，单簧管的自由端随着压力的增大而向外扩展。 相反，当管内压力小于管外压力时，自由端随着负压的增大而向内侧弯曲。 所以，不仅可以利用单簧管制作压力计，还可以制作真空计和压力真空计。 单簧管压力表除了普通型之外，还有耐腐蚀的氨用压力表、禁油的氧用压力表等特殊用途。 为了具体表示应用了什么样的特殊介质的压力测量，总是在那个表壳、背面、

14、表盘上贴上规定的色标，并附上特殊介质的名称来使用时要注意。23、2、压力测量和发射，(2)应变式压力发射器应变式发射器以电为能源，以应变仪为转换元件，将被测压力转换为应变仪的电阻值变化，通过桥接电路得到毫安级的电力输出，在仪表上显示被测压力应变片分为金属电阻应变片(金属线贴在基板上)和半导体应变片两种。 根据电阻应变原理，应变片会因压力发生弹性变形，产生dL/L (应变e )，电阻值随之变化。 只要是应变片的电阻变化和其应变(应变)的关系，就能通过测量应变片的电阻变化来检测被检测压力。 24，2，压力的测量和变化，25，2，压力的测量和变化，(3)单晶硅谐振式传感器谐振式传感器采用超微细加工技

15、术制造出与单晶硅材料完全一致的h型谐振梁，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，张力随压力的变化而变化，将压力的变化转换为频率信号的变化，采用频率差分技术，将两个频率信号直接输出到脉冲计数器中。 因此，传感器具有误差小、再现性好、分解能力和反应灵敏度高、直接输出数字信号等特征。 传感器的良好特性使变送器几乎不受静压和温度的影响，可以具有优良的过电压性能和范围宽的范围。26、2、压力的测量和输送、27、2、压力的测量和输送、(4)电容式传感器、28、原理： p变化c电流的变化、2、压力的测量和输送、压力计的选定根据工艺生产过程对压力测量的要求、被测量介质的性质、现场环境条件等

16、考虑仪表的类型、量程和精度等级判断是否需要远传、警报等附带装置。 这样才能达到经济、合理、有效的目的。 一种期权仪表类型的期权必须满足工兰生产的要求。 例如，是否需要远程传输、自动记录、警报被测定介质的物理化学性质(腐蚀性、温度的高低、粘度的大小、污垢的程度、容易燃烧的爆炸等)是否对仪表提出了特殊的要求，现场环境条件(如高温、电磁场、振动等)是否对仪表有特殊的要求等。 普通压力计的单簧管材料多采用铜合金，高压的也采用碳钢，而氨用压力计的单簧管材料则采用碳钢，不允许采用铜合金。 由于氨气对铜的腐蚀非常强，一般压力计一用于氨气压力测定就破损。 氧气压力计和通常的压力计、结构和材质完全相同，氧气用压

17、力计挡油。 因为油进入氧气系统会爆炸。 必须用现有的带油污压力计测量氧压力时，必须在使用前用四氯化碳反复清洗，认真地检查，直到油污消失。 29、2、压力的测量和变动，2测量范围的确定仪表的测量范围由被测量压力的大小确定。 在弹性压力计中，范围的上限值必须高于过程生产中可能的最大压力值，以确保弹性元件在弹性变形的完全范围内可靠地工作。 按照化工自习设计技术的规定，在测定稳定压力时，最大工作压力不可超过档的2/3的脉动压力，最大工作压力不可超过档的1/2的高压压力，最大工作压力不可超过档的3/5。 为了保证测量的准确性，测量的压力值不太接近仪表的下限值，也就是说，不能很大地选择仪表的范围，一般的被

18、测量压力的最小值必须在范围的1/3以上。 根据上述要求计算后，取稍大的邻接系列的值，一般可在相应的目录中调查。 三精度级别仪表的精度主要基于生产上允许的最大测量误差来决定。 另外，在满足工艺要求的前提下，考虑到经济性，尽量选择精度低、廉价、耐用的仪表。30、3、流量的测量和运输是化工生产过程，为了有效地进行生产操作和控制，需要测量生产过程中各种介质(液体、气体和蒸汽等)的流量，为生产操作和控制提供依据。 另外，为了进行经济计算，还需要知道一般时间(例如，一组、一天等)流过的介质的总量。 因此，管道内介质流量的测量和输送对实现生产过程的控制和经济计算是必要的。 施工上，流量是指单位时间内在有配管的截面中流动的流体的体积或质量，即瞬时流量。 流量的测量单位为：作为体积流量的单位，表示一般的立方米/时间(m3/h )、升/分(I/min )、升/秒(l/