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1、仪表基础知识,2,现场仪表的分类,现场仪表根据功能可分为： 1、检测仪表：压力、温度、流量、液位 2、控制仪表：PLC、DCS 3、执行仪表：调节阀、关断阀 4、分析仪表：组分仪、可燃气探测仪 5、显示仪表：中控上位机、压力表等,3,传感器基础知识,传感器基本概念,1.定义 传感器（Transducer/Sensor）能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。如下图所示:,4,传感器基础知识,传感器是测量装置，能完成检测任务； 输入量是某一被测量，可能是物理量，也可能是化学量、生物量等； 输出量是某种物理量，便于传输、转换、处理、显示等，可以是气、光、电物理量，主要是电

2、物理量； 输出输入有对应关系，且应有一定的精确程度。 传感器功用：一感二传,即感受被测信息,并传送出去。,传感器基本概念,5,传感器基础知识,输入信号,Process Pressure,传感元件 + 电子线路,模拟/智能/现场总线 Electronics,(把机械信号转换成有用的电信号),(翻译可用的电信号到标准的电信号),变送器介绍,6,传感器基础知识,传感器与变送器的区别： 传感器是能够受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置的总称，通常由敏感元件和转换元件组成。 当传感器的输出为规定的标准信号（4-20mA）时，则称为变送器。,7,信号基础知识,模拟信号(Analog

3、 Signal)，它是指时间上和数值上的变化都是连 续平滑的信号；,数字信号（Digital signal ），它是指时间上和数值上的变化都是不 连续的信号；,预备知识,8,现场仪表的分类,根据仪表所使用的能源分类可以分为： 1、气动仪表 （20-100Kpa） 2、电动仪表 （4-20mA） 3、液动仪表 根据仪表信号的形式可分为： 1、模似仪表 2、数字仪表,9,检测仪表的分类和用途,检测仪表（measuring instrument）：用来检测生产过程中各个有关参数的技术工具称为检测仪表，也称测量仪表，是指能正确感受和反映被测量大小的仪表，确定被测变量的量值变化或量值特性、状态、成份的仪

4、表。 工业生产中有压力、流量、温度、液位等物理仪表，有气体分析、水分分析、微量元素分析等分析仪表。 检测仪表根据信号传输的特性可分为： 1、就地指示仪表 2、远传仪表,10,检测仪表的分类和用途,压力 P PI PIC PT PSLL PSHH PALL PAHH PSH PSL 流量 F FI FIC FT FSH FSL FAH FAL 温度 T TI TIC TT TSLL TSHH TALL TAHH TSH TSL 液位 L LI LIC LT LSLL LSHH LALL LAHH LSH LSL 组分 A AT,11,压力仪表的分类和用途,测量压力或真空度的仪表很多，按其转换原理

5、的不同大致可以分四大类： 1、液柱式压力计 液柱式压力计是依据流体动力学的原理，把被测压力转换成液柱高度的压力计。它被广泛应用于表压和真空度的测量中。也可以测定两点的压力差。按其结构形式不同，有u型管压力计、单管压力计和斜管压力计等。这类压力计结构简单，使用方便，但其精度受工作液的毛细管作用、密度及视差等因素的影响，测量范围窄。 2、弹性式压力计 弹性式压力计是利用弹性元件受压后所产生的弹性变形的原理进行测量的。由于测量范围不同，所以弹性元件也不一样，例如弹簧管压力计、波纹管压力计及薄膜式压力计等。,12,压力仪表的分类和用途,3、电气式压力计 它是将被测的压力通过机械和电气元件转换成电量(如

6、电压、电流、频率等)来进行测量的仪表，如电容式、电感式、应变片式和霍尔片式等压力计。 4、活塞式压力计 它是将被测压力转换成活塞上所加平均砝码的重量来进行测量的，是一种精度较高的标准型压力计，允许误差可为0.05一0.02。常用于校验其它压力计。,13,流量仪表的分类和用途,流量计 定义：流量计是指测量流体流量的仪表，它能指示和记录某瞬时流体的流量值； 分类： 1、速度式流量计 ：以测量流全在管道中的流速作为测量依据来计算流量的仪表。如差压式流量计、变面积流量计、电磁流量计、漩涡流量计等； 2、容积式流量计 ：它以单位时间内所排出的流体固定容积的数目作为测量依据，如椭圆齿轮流量计、腰轮流量计和

7、活塞式流量计等 平台常用的流量计有：差压流量计、质量流量计、电磁流量计和腰轮流量计等,14,温度仪表的分类和使用范围,15,液位仪表的分类和用途,1、按测量方式分：按测量方式物位仪表可分为接触式物位测量仪表和非接触式测量仪表。其中接触式测量仪表有：沉筒式液位仪表；差压式液位仪表；射频导纳式液位仪表。非接触式液位仪表有：超声波液位仪表；雷达式液位仪表。 2、按取样方式分：按取样方式液位仪表可分为浮力式测量仪表，差压式测量仪表，电容式测量。 3、按控制要求分：按控制要求液位仪表可分为就地显示（现场指示）液位仪表和远传液位仪表（液位变送器）。 4、按测量参数分：按测量参数液位仪表可分为液位测量仪表和

8、界面测量仪表。,16,1、显示仪表的定义 凡能将生产过程中各种参数进行指示、记录或累积的仪表统称为 显示仪表。 2.显示仪表的分类 按能量分:电动显示仪表，气动显示仪表。 按显示的方式分:,显示仪表,模拟式显示仪表:指针位移或记录笔,数字式显示仪表:数字显示,新型显示仪表:无纸记录仪、曲线和图像显示,显示仪表,17,数字式显示仪表:以数字的形式直接显示被测参数大小的仪表。因 具有速度快.精度高.读数直观,便于与计算机等数字装置联用等特 点,正在迅速发展。 新型显示仪表:将图形、字符、曲线及数字等直接在屏幕上进行显 示, 用途非常广泛。,模拟式显示仪表:以仪表指针(记录笔)的角位移(线位移)来模

9、拟显示被测参数连续变化的仪表。测量速度较慢.精度较低.读数易造成多值性。但该类仪表结构简单.工作可靠.价格低廉.易于反映被测参数的变化趋势,故迄今仍然是一种广泛采用的仪表。,显示仪表,18,在化工生产中, 压力是指由气体或液体均匀垂直地作用于单位面积上的力。,在工业生产过程中,压力往往是重要的操作参数之一。,压力的检测与控制,对保证生产过程正常进行,达到高产、优质、低消耗和安全是十分重要的。,压力检测仪表的结构和工作原理,19,一、压力单位及测压仪表,压力是指均匀垂直地作用在单位面积上的力。,压力的单位为帕斯卡，简称帕（Pa）,20,一、压力单位及测压仪表,1 kgf/cm2 = 0.9807

10、105Pa 1mmH2O = 0.980710Pa 1 mmHg = 1.332102Pa 1atm = 1.01325105Pa 1bar=105Pa 1PSI=6.89103Pa,压力单位的换算关系：,21,在压力测量中，常有表压、绝对压力、负压或真空度之分。,当被测压力低于大气压力时，一般用负压或真空度来表示。,一、压力单位及测压仪表,22,二、弹性式压力计,定义,弹性式压力计是利用各种形式的弹性元件，在被测介质压力的作用下，使弹性元件受压后产生弹性变形的原理而制成的测压仪表。,优点,23,1.弹性元件,弹性元件是一种简易可靠的测压敏感元件。当测压范围不同时，所用的弹性元件也不一样。,弹

11、性元件示意图,弹簧管式弹性元件如图(a)和(b)所示，波纹管式弹性元件如图(e)所示，薄膜式弹性元件如图(c)和(d)所示。,24,2.弹簧管压力表,25,基本测量原理,单圈弹簧管是一根弯成270圆弧的椭圆截面的空心金属管子。管子的自由端B封闭，另一端固定在接头上。当通入被测的压力p后，由于椭圆形截面在压力p的作用下，将趋于圆形，而弯成圆弧形的弹簧管也随之产生扩张变形。同时，使弹簧管的自由端B产生位移。输入压力p越大，产生的变形也越大。 由于输入压力与弹簧管自由端B的位移成正比，所以只要测得B点的位移量，就能反映压力p的大小。,注意：弹簧管自由端B的位移量一般很小，直接显示有困难，所以必须通过

12、放大机构才能指示出来。,26,结构示意图,27,三、电气式压力计,定义,电气式压力计是一种能将压力转换成电信号进行传输及显示的仪表。,28,组成,一般由压力传感器、测量电路和信号处理装置所组成。常用的信号处理装置有指示仪、记录仪以及控制器、微处理机等。,电气式压力计组成方框图,29,1.霍尔片式压力传感器,30,2.应变片压力传感器,应变片式压力传感器利用电阻应变原理构成。电阻应变片有金属和半导体应变片两类，被测压力使应变片产生应变。当应变片产生压缩（拉伸）应变时，其阻值减小（增加），再通过桥式电路获得相应的毫伏级电势输出，并用毫伏计或其他记录仪表显示出被测压力，从而组成应变片式压力计。,31

13、,3.压阻式压力传感器,压阻式压力传感器利用单晶硅的压阻效应而构成。 采用单晶硅片为弹性元件，在单晶硅膜片上利用集成电路的工艺，在单晶硅的特定方向扩散一组等值电阻，并将电阻接成桥路，单晶硅片置于传感器腔内。 当压力发生变化时，单晶硅产生应变，使直接扩散在上面的应变电阻产生与被测压力成比例的变化，再由桥式电路获得相应的电压输出信号。,工作原理,32,特点,精度高、工作可靠、频率响应高、迟滞小、尺寸小、重量轻、结构简单；,便于实现显示数字化；,可以测量压力，稍加改变，还可以测量差压、高度、速度、加速度等参数。,3.压阻式压力传感器,33,4.力矩平衡式压力变送器,力矩平衡式差压变送器是一种典型的自

14、平衡检测仪表，它利用负反馈的工作原理克服元件材料、加工工艺等不利因素的影响，使仪表具有较高的测量准确度 (一般为0.5级)、工作稳定、可靠、线性好、不灵敏区小、温度误差小等一系列优点。,34,5.电容式压力变送器,工作原理,先将压力的变化转换为电容量的变化，然后进行测量。,精度可达0.2级,35,控制仪表的结构和工作原理,中控操作人员,PLC和DCS,生产工艺流程,数据,显示和报警,指令,控制,36,PLC系统硬件知识介绍,PLC的硬件结构框图,控制器,输入/输出接口单元,I/O扩展单元,外部设备及其接口,上位机、编程器等,电源,内部系统总线,37,PLC系统硬件知识介绍,1、控制器：是控制系

15、统的核心部件，由大规模和超大规模的集成电路组成，是系统的运算和控制中心； 2、输入/输出接口单元：是控制系统与工艺过程控制现场之间的连接部件，包括：DI、DO、AI、AO等； 3、扩展单元：用于扩展输入/输出点数和信号类型； 4、外部设备及其接口：外部设备主要有上位机、编程器等，接口分为通用接口和专用接口两种； 5、电源：把外部供应的电源变成系统内部所需要的电源；,38,DCS系统结构框图,39,DCS系统硬件知识介绍,DCS系统由三部分组成： 1、过程控制站 现场检测模拟量、数字量和脉冲量的输入输出并进行转换处理 ；各 种控制回路的运算(调节回路、逻辑运算等)；控制运算结果的直接输出。 2、

16、过程管理站 过程管理站包括工程师站和操作站，工程师站负责系统的管理、控制组态、系统生成与下装。操作站是人机接口，由微处理器、CRT显示器、键盘和打印机等组成，用于生产工艺的控制操作、过程状态显示、报警状态显示以及实时数据和历史数据显示打印等。 3、通信网络 网络通信部分负责各种功能站之间的数据通信和联络；,40,控制仪表,变量：输入、输出和中间变量 算法：顺序运算、逻辑运算、PID运算等 地址：存放变量的位置 编程语言：梯形图、功能块 点数：输入输出变量的个数 因果逻辑：输入和输出变量之间的关系,控制仪表的关键词：,41,油气田常用PLC、DCS简介,一个油气田生产平台，中控系统一般由三个相对

17、独立的系统组成：过程控制系统（PCS）、应急关断系统（ESD）和火气监控系统（F 1、过程控制系统（PCS）： 完成对平台的生产和公用流程的温、压、流、液数据进行采集和监测，监 控泵的状态以及气动阀门的状态，在监控数据出现异常时启动报警信号； 2、火气系统（F&G） 主要目的是及时、准确地探测到可能发生或已经发生的火情或可燃气体泄 露 ，并及时采取相应的安全措施，以保护平台人员和设备的安全，系统的 控制逻辑由火气监控系统来实现；,42,油气田常用PLC、DCS简介,3、应急关断系统（ESD） 也叫信号报警及连锁系统，其作用是对生产过程状况进行自动监视，当 某些工艺参数达到或超过一定数值时，或者生产运行状态发生异常变化 时，连锁系统