化工仪表基础知识培训.马

5、仪表类型及标准信号：
4~20mADC（1~5VDC）
电动 仪表
仪表 类型
0.02~0.1MPa（20KPa~100KPa）
气动 仪表
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。
化工仪表基础知识
黔希化工 马 勇
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)
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。
E -200--750°C(短期可用到900°C） T -200--350°C(短期可用到400°C）
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。
F S 式中，p表示压力；F表示垂直作用力； S表示受力面积。 p
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。
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。
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％。
6、信号的传递形式：
信号传递形式
模拟信号
数字信号 “0”和“1”组合
开关信号 两种状态
连续变化
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。
仪表 位号
=
英文 字母
+
数 字
如：PV2301、LT2310、TIC2310 等。
仪表位号（TAG)：
仪表工位号：参数符号+功能符号 + 数字， 如：TIC-2310
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。
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：
数 字 1
2 . .
9
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。
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。
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
t0 A t B
t0 1
2
3
热电偶温度计测量线路 1、热电偶 2、连接导线
3、电测仪表
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6 E型：镍络-康铜 T型：铜-康铜
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：
(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。
P表压 = P绝对压力 - P大气压
P P2
P2表压
1
P2绝压
大气压
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。
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
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
S型：铂铑10-铂 K型：镍络-镍硅 J型：铁-康铜
热电偶的测温范围
热点偶名称
铂铑30--铂6 铂铑10--铂
分 度 号
测温范围
B 0--1600°C(短期可用到1800°C） S 0--1300°C(短期可用到1600°C）
镍铬--镍硅 镍铬--康铜 铜--康铜
K
-200--1200°C(短期可用到 1300°C）
压力的单位为帕斯卡，简称帕（Pa）
1Pa 1 N m2
1 kgf/cm2=105Pa=0.1MPa
1MPa 1106 Pa 1000KPa 10kg / cm2
1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：
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
电容式测量膜盒
压力 变化
变转
电容 量的 变化
输出
4~20 wk.baidu.comA
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
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-273.15 1.2：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。
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。
1、化工自动化的目的：
提高工作效益
降低生成成本
化工自动 化 目的
保证生产安全
减轻劳动强度
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1600KP
4、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
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。