仪表基础知识讲座第一章

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1、仪 表 基 础 知 识 讲 座主 讲 人 ： 李 龙2004年 4月 第 一 章 检 测 技 术 第 一 节 概 述 第 二 节 温 度 检 测 第 三 节 流 量 检 测 第 四 节 压 力 检 测 第 五 节 物 位 检 测 第 二 章 执 行 器 第 一 节 执 行 机 构 第 二 节 控 制 阀 第 三 章 简 单 控 制 系 统 第 一 节 系 统 组 成 原 理 及 分 析 第 二 节 简 单 控 制 系 统 的 设 计 第 三 节 简 单 控 制 系 统 的 投 运 与 参 数 整 定 第 四 章 流 体 输 送 设 备 的 控 制 第 一 节 泵 的 控 制 第 二 节 压 缩

2、 机 的 控 制 笫 三 节 防 喘 振 控 制 系 统 第 五 章 DCS控 制 的 应 用 一 、 检 测 技 术 概 述 检 测 元 件 ： 又 称 为 敏 感 元 件 、 传 感 器 ， 它 直 接 响 应 工 艺 变 量 ，并 转 化 成 一 个 与 之 成 对 应 关 系 的 输 出 信 号 。 检 测 仪 表 ： 将 检 测 元 件 、 变 送 器 及 显 示 装 置 的 统 称 ， 或 者 将检 测 元 件 称 为 一 次 仪 表 ， 将 变 送 器 和 显 示 装 置 称 为 二 次 仪 表 。信 号 传 送 ： 420mA(020mA、 0-10mA)； 20100kPa

3、对 于 检 测 仪 表 来 说 ， 检 测 、 变 送 与 显 示 可 以 是 三 个 独 立 部 分 ，也 可 以 只 用 到 其 中 两 个 部 分 。 过 程 控 制 对 检 测 仪 表 有 以 下 三 条 基 本 的 要 求 ： 测 量 值 y(t)要 正 确 反 映 被 控 变 量 C(t)的 值 ， 误 差 不 超 过 规 定 的 范 围 ； 在 环 境 条 件 下 能 长 期 工 作 ， 保 证 测 量 值 y(t)的 可 靠 性 ； 测 量 值 y(t)必 须 迅 速 反 映 被 控 变 量 c(t)的 变 化 ， 即 动 态 响 应 比 较 迅 速 。 测 量 误 差 检 测

4、 环 节 分 成 两 个 部 分 ： 一 是 能 量 形 式 的 一 次 或 多 次 转 换 过 程 ；二 是 将 被 测 变 量 与 其 相 应 的 测 量 单 位 进 行 比 较 并 输 出 检 测 结 果 。 而检 测 仪 表 就 是 实 施 检 测 功 能 的 工 具 。 测 量 误 差 ： 从 检 测 仪 表 获 得 的 被 测 值 与 实 际 被 测 变 量 真 实 值之 间 存 在 一 定 的 差 距 ， 可 分 为 绝 对 误 差 和 相 对 误 差 。 绝 对 误 差 是 指 仪 表 指 示 值 x与 被 测 量 的 真 值 x0之 间 的 差 值 ， 即 = x一 x 0

5、(11) 相 对 误 差 即 仪 表 引 用 误 差 ， 它 是 绝 对 误 差 与 测 量 标 尺 范 围 之 比 . (XX0) = - 100 (12) 标 尺 上 限 一 标 尺 下 限 (XX0) max max= - 100 (13) 标 尺 上 限 一 标 尺 下 限 仪 表 性 能 指 标精 确 度变 差线 性 度灵 敏 度 和 分 辨 率动 态 误 差 线 性 度 示 意 图 二 、 温 度 检 测1、 主 要 温 度 检 测 方 法a、 接 触 式 膨 胀 式 ：玻璃液体、双金属 压 力 式 ：气体、蒸汽、液体 热 电 类 ：热电偶 热 电 阻 ：铂电阻、铜电阻、热敏电阻

6、其 他 电 学 ：集成温度传感器、石英晶体温度计b、 非 接 触 式 光 纤 类 ： 光纤温度传感器、光纤辐射温度计 辐 射 式 ：辐射式、光学式、比色式 2、 热 电 偶 介 绍(a)热电偶热电效应 EAB(， 0)=EAB()一 EAB (0) (1 5) EAB(， 0)=f()一 C =() (1 6) （ b） 热 电 偶 测 温 回 路 工 业 常 用 热 电 偶 外 形 结 构 普 通 型 热 电 偶 铠 装 热 电 偶 多 点 式 热 电 偶 隔 爆 型 热 电 偶 表 面 型 热 电 偶 普 通 型 热 电 偶 基 本 结 构 图 铠 装 热 电 偶 补 偿 导 线补偿导线连

7、接图 热 电 偶 参 比 温 度 补 偿 方 法 计 算 法 ： 根 据 补 偿 原 理 计 算 修 正 ； 冰 浴 法 ： 一 般 仅 用 于 实 验 室 ； 机 械 调 零 法 ： 一 般 仪 表 在 未 工 作 时 指 针 指 在 零 位 (机 械 零 点 )； 补 偿 电 桥 法 ： 利 用 参 比 端 温 度 补 偿 器 产 生 的 不 平 衡 电 势 去 补 偿 热 电 偶 因 温 度 变 化 而 引 起 的 热 电 势 变 化 值 。 3、 热 电 阻 分 类 金 属 热 电 阻 工 业 用 热 电 阻 的 结构 型 式 有 普 通 型 、 皑装 型 和 专 用 型 等 型 式

8、a)铜电阻 b)铂电阻 c)电阻体的外肜 普 通 热 电 阻 结 构 半 导 体 热 敏 电 阻 a)珠形 b)棒形 c)管形 半 导 体 热 敏 电 阻 结 构 4、 电 偶 、 热 电 阻 的 选 用 (1)选 择 一 般 热 电 偶 用 于 较 高 温 度 的 测 量 ， 在 500 以 下 (特 别 是 300 以 下 )用 热 电 偶 测 温 就 不 十 分 妥 当 。 中 低 温 区 采 用 热 电 阻 进 行 测 温 。 (2)安 装 选 择 有 代 表 性 的 测 温 点 位 置 ， 测 温 元 件 有 足 够 的 插 人 深 度 。 热 电 偶 或 热 电 阻 的 接 线 盒

9、 的 出 线 孔 应 朝 下 ， 以 免 积 水 及 灰 尘 等 造 成 接 触 不 良 ， 防 止 引 入 扰 动 信 号 。 检 测 元 件 应 避 开 热 辐 射 强 烈 影 响 处 。 (3)使 用 热 电 偶 测 温 时 ， 一 定 要 注 意 参 比 端 温 度 补 偿 。 除 正 确 选 择 补 偿 导 线 、 正 负 极 性 不 能 接 反 外 ， 热 电 偶 的 分 度 号 应 与 配 接 的 变 送 、 显 示 仪 表 分 度 号 一 致 。 热 电 阻 分 度 号 要 与 配 接 的 温 度 变 送 器 、 显 示 仪 表 分 度 号 一 致 。 。 三 、 流 量 检

10、测 流 量 是 指 单 位 时 间 内 流 过 管 道 某 一 截 面 的 流 体 的 数 量 ， 即 瞬 时 流 量 。 瞬 时 流 量 在 某 一 时 段 的 累 积 量 称 为 累 积 流 量 (总 流 量 )。 流 量 通 常 有 三 种 表 示 方 法 质 量 流 量 qm 工 作 状 态 下 的 体 积 流 量 qv。 qm = qv 或 qv = qm/ 标 准 状 态 下 的 体 积 流 量 qvn。 q vn = qm/Pn或 qv = qvnPn qv =qvP/Pn或 qv = qvn Pn/P 1、 流 量 检 测 的 主 要 方 法 (1)测 体 积 流 量 容 积

11、法 速 度 法 ： 差 压 式 (节 流 式 )、 旋 涡 式 、 涡 轮 式 、 声 学 式 、 热 学 式 (2)测 质 量 流 量 直 接 法 直 接 测 量 质 量 流 量 间 接 法 又 称 推 导 法 2、 速 度 式 流 量 计（ 1） 节 流 装 置 包 括 孔 板 、 喷 嘴 和 文 丘 管 Q=K*Sqr(P)节 流 装 置 前 后 的 压 力 分 布 情 况 节 流 装 置 与 差 压 变 送 器 连 接 要 使 仪 表 的 指 示 值 与 通 过 管 道 的 实 际 流 量 相 符 ， 必 须 做 到 以 下 几 点 差 压 变 送 器 的 差 压 和 显 示 仪 表

12、流 量 标 尺 选 择 时 应 与 节 流 装 置 孔 径 匹 配 。 在 测 量 蒸 汽 和 气 体 流 量 时 ， 遇 到 工 作 条 件 的 密 度 p与 设 计 时 的 密 度 pc不 相 同 ， 必 须 对 示 数 进 行 修 正 。 显 示 仪 表 测 量 值 (差 压 信 号 )要 经 开 方 运 算 线 性 化 处 理 后 再 送 显 示 仪 表 。 节 流 装 置 应 正 确 安 装 。 接 至 差 压 变 送 器 的 差 压 应 该 与 节 流 装 置 前 后 差 压 相 一 致 ， 这 就 需 要 正确 安 装 差 压 信 号 管 路 。 （ 如 后 面 图 示 ） 被

13、测 流 体 为 液 体 时 的 信 号 管 路 安 装 示 意 图 被测流体为气体时信号管路安装示意图 被测流体为水蒸气时信号管路安装示意图 被测介 质 具 有 腐 蚀性 时 采 用 喷 吹 系 统 (2)靶 式 流 量 计 F K*Q 靶 式 流 量 计 示 意 图 (3)转 子 流 量 计转 子 流 量 计 示 意 图 (4)涡 轮 流 量 计 涡 轮 流 量 计 示 意 图 (5)电 磁 流 量 计 电 磁 流 量 计 工 作 原 理 图 (6)旋 涡 流 量 计 q=f/k 旋 涡 发 生 原 理 图 (7)超 声 波 流 量 计 t 2Lv/c2超 声 波 测 速 原 理 图 3、

14、容 积 式 流 量 计 椭 圆 齿 轮 测 量 流 量 示 意 图 4、 质 量 流 量 计 科 氏 力 流 量 计 测 量 原 理 (1)科 里 奥 利 质 量 流 量 计 (2)量 热 式 质 量 流 量 计 量 热 式 质 量 流 量 计 原 理 图 (3)间 接 式 质 量 流 量 计 间 接 式 质 量 流 量 计 组 合 示 意 图 5、 流 量 仪 表 的 选 用 按 被 测 介 质 特 性 选 用 流 量 计 四 、 压 力 检 测 1、 压 力 单 位 和 压 力 检 测 方 法 （ 1） 压 力 单 位 在 工 程 上 ， 压 力 定 义 为 垂 直 均 匀 地 作 用 于

15、 单 位 面 积 上 的 力 ， 用 符 号 P表 示 。 在 国 际 单 位 制 中 定 义 1N垂 直 作 用 于 1m2面 积 上 所 形 成 的 压 力 为 l帕 斯 卡 (简 称 “ 帕 ” ， 符 号 Pa)。 (2)压 力 的 表 示 方 法 压 力 有 绝 对 压 力 、 表 压 力 、 负 压 或 真 空 度 三 种 表 示 方 法 ， 其 关 系 如 右 图 。 绝 对 压 力 是 指 物 体 所 受 的 实 际 压 力 。表 压 力 是 指 一 般 压 力 仪 表 所 测 得 的 压 力 。 P 表 压 =P绝 对 压 力 一 P大 气 压 力真 空 度 是 指 大 气

16、压 与 低 于 大 气 压 的 绝 对 压 力 之 差 ， 是 负 的 表 压 (负 压 )，即 P真 空 度 =P大 气 压 力 一 P绝 对 压 力 (3)压 力 的 检 测 方 法 弹 性 力 平 衡 方 法 基 于 弹 性 元 件 的 弹 性 变 形 特 性 进 行 测 量 。 重 力 平 衡 方 法 主 要 有 活 塞 式 和 液 柱 式 。 机 械 力 平 衡 方 法 。 物 性 测 量 方 法 基 于 在 压 力 作 用 下 测 压 元 件 的 某 些 物 理 特 性 发 生 变 化 的 原 理 。 2、 常 用 压 力 检 测 仪 表 （ 1） 弹 性 式 压 力 表 膜 片

17、波 纹 管 波 纹 管 弹 簧 管 弹 簧 管 平 薄 膜 波 纹 膜 波 纹 管 单 圈 弹 簧 管 多 圈 弹 簧 管 (2)压 力 传 感 器 应 变 片 式 压 力 传 感器 压 电 式 压 力 传 感 器 压 阻 式 压 力 传 感 器 电 容 式 压 力 传 感 器 集 成 式 压 力 传 感 器 弹 簧 管 压 力 表 箔 式 应 变 片 压 电 式 压 力 传 感 器 结 构 示 意 图 压 阻 式 压 力 传 感器 结 构 示 意 图 电 容 式 压 力 传 感器 示 意 图 压 阻 式 集 成 传 感 器检 测 元 件 示 意 图 五 、 物 位 检 测 3、 压 力 表

18、的 选 用 压 力 表 的 选 用 主 要 包 括 仪 表 型 式 、 量 程 范 围 、 精 度 和 灵 敏 度 、 外 形 尺寸 以 及 是 否 还 需 要 远 传 和 其 他 功 能 。 选 用 的 依 据 如 下 ： 必 须 满 足 工 艺 生 产 过 程 的 要 求 ， 包 括 量 程 和 精 度 ； 必 须 考 虑 被 测 介 质 的 性 质 ， 如 温 度 、 压 力 、 粘 度 、 腐 蚀 性 等 ； 必 须 注 意 仪 表 安 装 使 用 时 所 处 现 场 环 境 条 件 ， 如 环 境 温 度 、 振 动 等 。 物 位 包 括 三 个 方 面 ： 液 位 料 位 界 位

19、 1、 物 位 检 测 方 法 直 读 式 静 压 式 浮 力 式 机 械 接 触 式 电 气 式 声 学 式 射 线 式 光 学 式 物 位 开 关 工 作 原 理 与 相 应 的 物 位 计 工 作 原 理 相 同 ， 物 位开 关 有 浮 球 式 、 电 学 式 、 超 声 波 式 、 射 线 式 、 振 动 式 等 。 (1)差 压 式 液 位 计 利 用 静 压 原 理 来 测 量 静 压 式 液 位 测 量 原 理 液 位 测 量 的 正 迁 移 2、 常 用 物 位 检 测 仪 表 正 迁 移 :当 差 压 式 液 位 计 的 取 压 口 低 于 储 槽 底 部 P1=PB+ h

20、opg =PA+ h g +ho g P2=PA P=P1-P2= h g +ho g 液 位 测 量 的 负 迁 移 负 迁 移 :当 差 压 式 液 位 计 的 取 压 口 高 于 储 槽 底 部 P 1=PA+ h 1g +ho 2g P2=PA +h1 2g P=P1一 P2= h 1g -（ h1-ho） 2g利 用 差 压 式 液 位 计 还 可 以 测 量 液 体 的 分 界 面 P1=h0 2g+(h1+h2) 1g P2=(h2+h1+h0) lg p=Pl-P2= 0g( 2- 1) 用 差 压 式 液 位 计 测分 界 面 原 理 图 P1=PA+h g P2=PA P=Pl-P2=h g (2)电 容 式 物 位 计 电 容 式 物 位 计 原 理 图(3)超 声 波 物 位 计 H=(1/2)vt (126)超 声 波 液 位 检 测 原 理 (4)核 辐 射 式 物 位 计 射 线 方 法 检 测 物 位 示 意 图 (5)磁 翻 转 式 液 位 计 磁 翻 转 式 液 位 计 示 意 图