仪表基础培训自动化.doc

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1、第五章 化工仪表及自动化第一节 测量简述一、压力测量：1、基本概念压力是工业生产中的重要参数之一，为了保证生产正常运行，必须对压力进行监测和控。这里所说的压力，实际上是物理概念中的压强，即垂直作用在单位面积上的力。法定计量单位是帕斯卡（简称帕），符号为Pa.在压力测量中，常用绝对压力、表压力、负压力或真空度之分。绝对压力：指被测介质作用在容器单位面积上的全部压力，用符号pj表示。大气压：地面上的空气柱所产生的平均压力称为大气压力，用符号pq表示。表压：绝对压力与大气压力之差。用符号pb表示。即pb=pj-pq。当绝对压力值小于大气压力值时，表压力为负值（即负压力），此负压力值的绝对值，称为真空

2、度，用符号pz表示。用来测量真空度的仪表称为真空表。既能测量压力值又能测量真空度的仪表叫压力真空表。2、单位转换1mmH2O=9.81Pa 1kgf/cm2=0.981105Pa1mmHg=133.2Pa bar=105Pa 1atm=101325Pa1psi=6.895kpa常用压力换算表：压力单位帕/Pa兆帕/ MPa工程大气压/ (kgf/cm2)物理大气压/ atm汞柱/ mmHg水柱/ mH2O（磅/英寸2）/ （1b/in2）巴/bar帕111061.019710-59.86910-67.50110-31.019710-41.45010-4110-5兆帕1106110.1979.8

3、697.5011031.01971021.45010210工程大气压9.8071049.80710-210.9678735.610.0014.220.9807物理大气压1.01331050.101331.0332176010.3314.701.0133汞柱1.33321021.333210-41.359510-31.315810-310.01361.93410-21.333210-3水柱9.8061039.80610-30.10000.0967873.5511.4220.09806（磅/英寸2）6.8951036.89510-30.070310.0680551.710.703110.06895

4、巴11050.11.01970.9869750.110.19714.5013. 压力检测方法与测压仪表按信号原理不同分四类：液柱式压力计根据流体静力学原理，将被测压力转换成液柱高度，一定的液位高度对应一定的压力。见右图：弹性式压力计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。 具有结构简单、使用可靠、读数清晰、牢固可靠、价格低廉、测量范围宽以及有足够的精度等优点。 常见的就地压力表：电气式压力计：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。 结构：霍尔压力变送器利用单晶硅的压阻效应而构成。采用单晶硅片为弹性元

5、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。优点：a.该仪表的测量范围较广，分别可测710-5Pa至5102MPa的压力，允许误差可至0.2； b.由于可以远距离传送信号，所以在工业生产过程中可以实现压力自动控制和报警，并可与工业控制机联用。 EJA310A系列变送器图样：活塞式压力计工作原理：所谓活塞式压力计是一种最基础的压力标准器。通过压强的基础公式演变而来。结构及操作：主要由手摇压力发生器、标准

6、活塞测量头、标准砝码组、液压系统以及各种操控阀门组成。当油杯阀处于开启状态下，可通过手摇压力发生器（或称压力校验器）为系统填充介质；当油杯阀处于关闭状态下，活塞式压力计便成为一个密闭的压力系统。再通过手摇压力发生器为这一密闭的系统进行压力操控。在整个工作进程中，活塞式压力计将遵循流体静力学平衡原理稳定工作。当您在活塞底盘上添加或减少砝码后，系统的压力会随之发生变化。要使系统的压力与活塞底盘及其连接件和当时所承载的标准砝码的质量总和的作用力平衡，还需通过手摇压力发生器为系统升压（降压）操控，使活塞底盘升（降）到指定位置。处于这种状态下的系统压力就是一个标准的压力值。显然，这就是压力概念定义的实践

7、，这一压力量值的准确程度将完全取决于活塞系统的有效面积和专用砝码的质量精度。如果需要解除系统的密闭状态，只要通过手摇压力发生器将系统压力下调到活塞底盘的初始位置后，缓慢开启油杯针阀即可。可见，这种活塞式压力计的工作原理十分简单。下图为某款实验室用活塞式压力计活塞系统材质：陶瓷工作介质：水砝码材质：不锈钢产品用途：1、可作量值传递和高精度测量之用；2、可检定所有禁油仪器、仪表。性能特点：1、整机使用不锈钢材料制造，坚固、美观；2、阀门为特殊材料，密封结构设计新颖、操作简单、方便。3、有无电源均可使用，适合现场操作。4、可作水介质校验台使用。5、传递压力恒定，其优越性是油水分离器不可替代的。4、压

8、力表的选择应根据被测压力的种类（正压、负压或压差）、被测介质的物理、化学性质（腐蚀等）和用途（是否远传）以及生产过程所提的技术要求，本着既要满足测量准确度，又经济的原则，合理地选择压力表的型号、量程和精度等级。1) 为了保护压力表，一般在被测压力较稳定的情况下，其最高压力值不应超过仪表量程的2/3；若被测压力波动较大，其最高压力值应低于仪表量程的1/2。2) 为了保证实际测量的精度，被测压力的最小值不应仪表量程的1/3。3) 对某些特殊的介质，如氧气、氨气等有专用的压力表。4) 在测量一般介质时，压力在-40040kPa时，宜选用膜盒式压力表；40kPa以上，宜选用弹簧管压力表或波纹管压力表；

9、-1MPa02.4MPa时，宜选用压力真空表。5 压力表的安装1) 取压管口应与工质流动方向垂直。测点要选在其前后有足够长直管段的地方，以保证仪表所测的是介质的静压。2) 防止仪表传感器与高温或有害的被测介质直接接触。如：测量高温蒸汽时，应加装冷凝盘管；测量含尘气体时，应装设灰尘捕集器；对于有腐蚀性的介质，应加装充有中性介质的隔离容器；对于测量温度高于60的介质，一般要加环形圈（冷凝）。3) 取压口的位置，对于测量气体介质的，一般位于工艺管道的上部；测量蒸汽的，应位于工艺管道的两侧偏上。（这样可以防止工艺管道底部的固体介质进入测量管道和仪表。）4) 对于测量液体的，取压口应位于工艺管道的下部，

10、这样可以让液体内析出的少量气体不进入测量管和仪表。5) 取压口与压力表间应装隔离阀，检修用。对于污浊介质应选择球形切断阀或闸阀，防止介质堵塞取压管道或阀门。6) 对于水平敷设的压力信号导管应有3%的坡度，以便排除导管内积水或积汽。7) 引压管不宜过长（一般情况小于50米），以减少压力指示的滞后。8) 压力表的安装位置应选择：震动较小、温度湿度相对恒定、电磁干扰小的地方。二、温度测量：1、基本概念温度（temperature）是表示物体冷热程度的物理量，微观上来讲是物体分子热运动的剧烈程度。温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量，而用来量度物体温度数值的标尺叫温标。它规定了温度的读数起点

11、（零点）和测量温度的基本单位。国际单位为热力学温标(K)。目前国际上用得较多的其他温标有华氏温标(F)、摄氏温标(C)和国际实用温标。从分子运动论观点看，温度是物体分子运动平均动能的标志。温度是大量分子热运动的集体表现，含有统计意义。对于个别分子来说，温度是没有意义的。摄氏温度和华氏温度的关系 ：T = 1.8t + 32 （t为摄氏温度数，T为华氏温度数） 摄氏温度和开尔文温度的关系： K=+273.152、测量方式：1) 热膨胀测温双金属温度计的感温元件是由两层线膨胀系数不同的,金属片叠焊在一起制成的,线膨胀系数大的金属片称为主动层,另一片则称为被动层,元件的一端固定,另一端为自由端,当被

12、测温度变化时,由于两层金属片的线膨胀系数不同,自由端就会受组合力矩而变曲(或叫变形),其变曲率与组成双金属片的材料的物理性能,长度为每层的厚度,温度有关,而与宽度无关.当温度设计成后,双金属片的材料和几何尺寸确定,所以变曲率只与温度有关,如果在自由端配备上传动机构,指针和以温度标示的刻度盘,这样就可以直接显示出温度的示值。2) 工作物质的压力随温度变化的原理测温工作原理：热胀冷缩。典型代表：体温计3) 热电效应测温工作原理：两种不同的金属A和B构成闭合回路，当两个接触端 T T0时，回路中会产生热电势。见下图：热电偶结构：为保证热电偶的正常工作，热电偶的两极之间以及与保护套管之间都需要良好的电

13、绝缘，而且耐高温、耐腐蚀和冲击的外保护套管也是必不可少的。柔性安装型铠装结构 普通型装配式结构特点：热电势由两种材料的接触电势和单一材料的温差电势决定应用：不同型号的热电偶所配用的补偿导线不同连接补偿导线时要注意区分正负极，使其分别与热电偶的正负极一一对应补偿导线连接端的工作温度不能超出（0100），否则会给测量带来误差。4) 热电阻原理测温热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热是阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。与热电偶的测温原理不同的是，热电阻是基于电阻的热效应进行温度测量的，即电阻体的阻值随温度的变化而

14、变化的特性。因此，只要测量出感温热电阻的阻值变化，就可以测量出温度。目前主要有金属热电阻和半导体热敏电阻两类。相比较而言，热敏电阻的温度系数更大，常温下的电阻值更高（通常在数千欧以上），但互换性较差，非线性严重，测温范围只有-50300左右，大量用于家电和汽车用温度检测和控制。金属热电阻一般适用于-200500范围内的温度测量，其特点是测量准确、稳定性好、性能可靠，在程控制中的应用极其广泛。热电阻材料热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。热电阻种类（1）精密

15、型热电阻：工业常用热电阻感温元件（电阻体）的结构及特点。从热电阻的测温原理可知，被测温度的变化是直接通过热电阻阻值的变化来测量的，因此，热电阻体的引出线等各种导线电阻的变化会给温度测量带来影响。为消除引线电阻的影响同般采用三线制或四线制。铠装热电阻：铠装热电阻是由感温元件（电阻体）、引线、绝缘材料、不锈钢套管组合而成的坚实体，它的外径一般为28mm，最小可达mm。 与普通型热电阻相比，优点：体积小，内部无空气隙，热惯性上，测量滞后小；机械性能好、耐振，抗冲击；能弯曲，便于安装；使用寿命长。端面热电阻：端面热电阻感温元件由特殊处理的电阻丝材绕制，紧贴在温度计端面。它与一般轴向热电阻相比，能更正确

16、和快速地反映被测端面的实际温度，适用于测量轴瓦和其他机件的端面温度。隔爆型热电阻：隔爆型热电阻通过特殊结构的接线盒，把其外壳内部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等影响而发生的爆炸局限在接线盒内，生产现场不会引超爆炸。隔爆型热电阻可用于BlaB3c级区内具有爆炸危险场所的温度测量。Pt100和Cu50的应用最为广泛。热电阻的信号连接方式热电阻是把温度变化转换为电阻值变化的一次元件，通常需要把电阻信号通过引线传递到计算机控制装置或者其它一次仪表上。工业用热电阻安装在生产现场，与控制室之间存在一定的距离，因此热电阻的引线对测量结果会有较大的影响。目前热电阻的引线主要方式三线制：在热电阻的根部的一端连接

17、一根引线，另一端连接两根引线的方式称为三线制，这种方式通常与电桥配套使用，可以较好的消除引线电阻的影响，是工业过程控制中的最常用的引线电阻。热电阻采用三线制接法。采用三线制是为了消除连接导线电阻引起的测量误差。这是因为测量热电阻的电路一般是不平衡电桥。热电阻作为电桥的一个桥臂电 阻，其连接导线（从热电阻到中控室）也成为桥臂电阻的一部分，这一部分电阻是未知的且随环境温度变化，造成测量误差。采用三线制，将导线一根接到电桥的电 源端，其余两根分别接到热电阻所在的桥臂及与其相邻的桥臂上，这样消除了导线线路电阻带来的测量误差。工业上一般都采用三线制接法。5) 热辐射原理测温红外测温属于非接触测温的一种方

18、法，测温元件不需与被测介质接触，通过热辐射原理来测量温度。红外测温仪由光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理、显示输出等部分组成。光学系统汇集其视场内的目标红外辐射能量，视场的大小由测温仪的光学零件以及位置决定。红外能量聚焦在光电探测仪上并转变为相应的电信号，该信号经过放大器和信号处理电路按照仪器内部的算法和目标发射率校正后转变为被测目标的温度值。除此之外，还应考虑目标和测温仪所在的环境条件，如温度、气氛、污染和干扰等因素对性能指标的影响及修正方法。 物体处于绝对零度以上时，因为其内部带电粒子的运动，以不同波长的电磁波形式向外辐射能量，波长涉及紫外、可见、红外光区，但主要处于(0.815)

19、m 的红外区内。物体的红外辐射能量的大小按其波长的分布与它表面温度有着十分密切的关系。因此，通过对物体自身辐射的红外能量的测量，便能准确地测定它的表面温度，这就是红外测温的客观依据。温度原件的安装要求：1）测温元件的安装应确保测量的准确性(a)首先要正确选取测温点；测量管道中的流动介质时，测温元件的工作端应在管道中心流速最大处，不应插在死角区。插入方向应为流体流向的逆向而不是顺向，必要时也可以垂直插入。(b)避免热辐射：在温度较高场合，要尽量减小被测介质与管(或设备)壁表面之间的温度差，以减少热辐射所引起的测量误差，为此，在安装测温元件处，如果管道壁暴露于空气中，则在其表面加一绝热层，必要时可

20、在测温元件与器壁之间加装防辐射罩。同时还应避免测温元件外露部分的热损失而引起的测温误差。为此，一是要保证有足够的插入深度(经实践证明，插入深度应尽量保证在300mm左右)，二是测温元件的外露部分应加以保温措施。(c)用热电偶测量炉温时，要避免热电偶与火焰直接接触，也不宜距离太近或装在炉门附近。测温原件的接线盒不应紧靠炉壁，以免热电偶冷端温度过高。(d)测温元件安装在负压管道或设备时，必须保证安装孔与测温原件的密封，以免冷空气被吸入时，降低该测温点的指示值。(e)使用热电偶、热电阻测温时，应防止引入电磁干扰信号，同时要使接线盒的出线孔向下方，以防止水汽、灰尘等进入，影响温度测量的准确。(f）安装

21、压力式温度计的感温包时，应将温包自上而下垂直安装。使用膨胀式温度计时，温度计不得水平安装。2）测量元件的安装应确保安全可靠为避免测温元件的损坏，测温元件应保持有足够强度。所以要根据被测介质的工作压力、温度和其它特性，合理地选择测温元件、保护管的壁厚与材料。通常把被测介质的工作压力分为低压(P1.6MPa)、中压(1.6MPa6.4 MPa )，测温元件在不同的压力范围工作，有不同的安装要求。此外测温元件的机械强度还与其结构形式、安装形式、插入深度以及被测介质的流速等因素有关。(a)凡安装承受压力的测温元件时，都必须保证密封，当介质工作压力超过10Mpa时，测温原件必须另外加装保护外套。(b)在

22、高温下工作的热电偶，其安装位置应尽可能保持垂直，以防热电偶防保护管在高温下变形。若须水平安装时，热电偶不宜过长，且应安装有耐火粘土或耐热台金钢管制成的支架。(c)在介质具有较大流速的管道中安装测温原件时，测测温原件必须倾斜安装，以免受到过大冲蚀。若被测介质中有尘粒、粉物，为保护测温元件勉受磨损起见，应加装保护屏。(d)在安装陶瓷和氧化铝这一类保护管的热电偶时，其安装位置应适当，以免因加热工件移动而损坏。此外，在插入或取出热电偶时，还应避免急冷急热，以免保护管破裂。3）测温元件的安装，应便于仪表维修工作人员的维护、校验和拆装。4）在加装保护外套时，为减少测温时的滞后，可在套管之间加装传热良好的填

23、充物。如温度低于150 时可充入变压器油，当温度高于150 时，可充填铜屑或石英砂，以保证传热良好。三、液位测量：概述：在化工工业生产过程中，常遇到大量的液体物料和固体物料，它们占有一定的体积，堆成一定的高度，把生产过程中罐、塔、槽等容器中存放的液体表面位置称为液位；把料斗、堆场仓库等储存的固体块，颗粒、粉粒等的堆积高度和表面位置称为料位；两种互不相溶的物质的蚧面位置叫作蚧位。液位、料位以及相界面总称为物位。对物位进行测量的仪表被称为物位检测仪表。物位测量的主要目的：1) 通过物位测量来确定容器中的原料，产品或半成品的数量，以保证连续供应生产中各个五一节所需的物料或进行经济核算；2) 是通过物

24、位测量，了解物位是否在规定的范围内，以便使生产过程政党进行，保证产品的质量、产量和生产安全。液位计分类：就地液位计和远传液位计一般情况就地液位有：1、玻璃管液位计2、磁翻板液位计3、双色液位计远传液位有：类型基本原理代表产品特点浮力式液位计应用浮力原理测量液位浮球式液位计浮筒式液位计以机械结构为主，体积笨重，但维护简单。测量的量程有限。适合于粘度小、无结晶、无腐蚀的介质。静压式液位计液柱的高度与液柱产生的静压成正比差压变送器单/双法兰式差压变送器投入式液位变送器使用最广泛、安装方便适合于腐蚀性介质，价格适中。超声波式用压电晶体作探头发射声波，声波遇到两相界面被反射回来又被探头所吸收，根据声波来

25、回时间而测出物体高度。超声波物位计非接触式测量测量范围宽，液体、粉末、块体的物位均可。受被测介质温度、压力、密度变化的影响。价格较高微波式物位计天线发射微波，微波遇到物料界面被反射，雷达系统接收反射信号，根据微波的行程时间而测出物位高度。雷达物位计非接触式测量测量范围宽，液体、粉末、块体的物位均可。不受被测介质温度、压力、密度变化的影响。测量精度高，价格高昂放射测量通过放射源发送射线，另一端接收器接收该射线，被检测的设备内阻挡的射线多少可以反映被测物位高度核辐射物位计非接触式测量测量范围宽，液体、粉末、块体的物位均可。不受被测介质温度、压力、密度变化的影响。测量精度高，价格高昂对人体有危害差压

26、式液位计：差压式液位计就是利用液体液位差引起的静压变化来测量液位高度的，例如：在水下1米的地方，其静压为9.8kPa，在2米的的地方，其静压为19.6kPa，但对于密闭的容器，由于其容器本身有压力，假如该压力位500kPa，这时，容器内1米的水下，实际压力位9.8kPa+500kPa,要测出实际水位，必须要将该压力减去，才能得到实际水的静压压力，所以就必须使用差压变送器，正压接在容器底部，负压接在容器顶部，这样获得的差压就是实际水位造成的静压，从而换算出水位高度。应用：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

27、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的静压作用常见的液位测量图示：四 流量测量1、基本概念工业生产过程中另一个重要参数就是流量。流量就是单位时间内流经某一截面的流体数量。流量可用体积流量和质量流量来表示。其单位分别用m3/h、L/h和kg/h等。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；计量表（总量表）是指测量流体总量的仪表，它能累计某段时间间隔内流体的总量，即各瞬时流量的累加和，如水表、煤气表等等。2、流量测量的特点1) 流体的流动状态直接影响流量测量的准确度。一般介质的流动多为非定常流，为保证仪表测量的准确度，仪表

28、的结构和管道布局的设计应能适应流态的变化，能够消除上游阻力件造成的流态扰动以及管道上界面上流速不均匀分布带来的影响。2) 不同流体的物理和化学特性对流量仪表提出了不同的要求。如温度、压力变化大、粘度高、流体有腐蚀性、多相流、脏污流、等等，都对仪表提出了相应的要求。3) 被测介质状态的变化或组分变化都会引起流量测量的误差。4) 介质处于流动的状态，任何接触测量的敏感元件都会干扰流动状态的变化和压力损失。3、流量计的分类1) 差压式流量计：目前常用的节流元件有标准节流装置，如孔板、文丘利管、喷嘴、楔形、弯管、V缀等。2) 容积式流量计：椭圆齿轮流量计、腰轮流量计、刮板流量计。3) 速度流量计：电磁

29、流量计、涡轮流量计、超声波流量计。4) 流体动量式流量计：如靶式流量计、浮子流量计、阿牛靶流量计。5) 流体振荡式流量计：涡街流量计、旋进漩涡流量计。6) 质量流量计：U型管式流量计。7) 超声波流量计：内置式超声波流量计、外置式超声波流量计。4、差压流量计4.1节流式元件的工作原理把节流装置装入管道中，当被测介质从节流装置中流过时其局部收缩，因此其流速必定增加，即动能增加，因而其静压力减小，即位能减小，所以在节流装置的前后产生一定的压力降。管道介质流量越大，介质的流速就越大，因而收缩时的压力降就越大。因此只要测出压降的大小就可以测量出介质的流量。下面以常用的孔板节流装置为例说明流体压力的变化

30、，当流体流过孔板时，流速的收缩在到达孔板之前就开始了，流过孔板后在介质本身的惯性及孔板靠近管壁角落处漩涡的离心力作用下，使流束在孔板后面一段距离处达到最小截面，接着流束又逐渐扩大到整个管道的截面。图中所示的压力变化是沿管壁测得的。在节流元件前，由于孔板对流体的迎面阻力，使沿上游管道到孔板的压力逐渐上升，孔板以后的压力则随流束的收缩而逐渐降低，一直到达某一最低后，又随流束的扩张而逐渐上升。4.2取压方法节流元件产生的差压输出信号是从节流装置前后取出的。不同的取样方法将直接影响输出差压值的大小。因此，不同的取样方法，对于同一节流装置，流量系数也不一样。下面介绍几种取压方法：1、角接取压法这种取压法

31、是把两个取压点都靠近孔板前后两个端面，由于它与孔板靠的很近，带来了一些优点，即在结构上易于实现教均匀的环型取压；安装时直管段的要求较低，两个取压点之间除孔板的厚度外，没有其它管道部分，因此管道的内摩擦损失也较小，取压不会因摩擦力的变化而变化。其缺点是：对于取压点位置的选择及节流装置的安装要求很严。2、法兰取压这种取压方法，不管被测管道直径和节流装置的系数大小无关，取压点的位置完全一样，都位于孔板前后25.4mm处。这种取压方法在制造和使用上都比较方便，通用性较强。在很多国家法兰被规定为标准取压方法。4.3孔板取压的计算公式流量方程式中的参数与很多参数有关，例如节流元件的类型、取压方式、被测介质

32、的种类、选用的差压量计的型式、工业生产中流量所采用的单位、节流元件开孔直径选用的单位等。当采用标准的角接或法兰取压；流量单位取m3/h、kg/h；节流元件开口直径以mm为单位：QKd2SQR（P/）d-孔板的开孔直径，mmP -节流元件产生的差压-被测介质工作状态下的重度4.4孔板取压的直管段要求：节流装置上、下游侧要保证有一定长度的直管段，具体要求4.4仪表位置及管道要求：五 在线成分分析1、基本概念在线分析仪表是指安装在生产流程装置现场能自动对原料、成品、半成品、中间产品的成分、组分进行连续地测量、分析、指示的分析仪器。工业分析仪表主要用于几个方面。 （1）产品质量监督：对化工生产的最终指

33、标的控制，要求对关键化工生产的产品质量进行实时监测，如：锅炉烟气排放的指标、化学水中含盐量的监测、污水中COD 的监测等。 （2）工艺监督：在生产过程中，合理选用分析仪表能准确，迅速分析出参与生产过程的有关物质成分，可以及时地进行控制和调节。达到最佳生产过程地条件，从而实现稳产，高效的目的。如分析进合成塔气体的组成，根据分析结果可及时调节气体中氢和氮的含量，使两者之间保持最佳的比值，获得最佳的氨合成效率，使产氨量增加。 （3）安全生产：工业生产中，必须保证生产安全，如在生产过程中因阀门，管路泄漏使有毒气体或者可燃气体进入大气，当达到一定含量时可能造成人身安全事故或设备安全事故，通过分析仪表可测

34、得有害性气体或可然气体含量分析，确保安全生产。 （4）节约能源：生产过程中均有加热炉或锅炉等加热系统，因燃烧不完全造成燃料浪费，污染环境，目前较多采用热效率控制。如实时分析烟气中二氧化碳和氧的含量调节空气量，可保证充分燃烧，既有较高热效率，又不污染大气。 2、在线分析仪表有三大特点： 在线分析仪表必须有自动取样和试样预处理系统。 在线分析仪表必须是完全自动化的。 在线分析仪表的稳定性要好。3、在线分析仪的基本构成： 一般都由四个部分所构成取样、预处理及进样系统。从流程中取出具有代表性的样品，并使它符合分析器对样品状态或条件的要求。取样及预处理系统是确保分析仪表正常工作的关键部分。他的任务是从被

35、测对象中取出具有代表性的样品并做必要的预处理。取样位置选择是很重要的，例如，要了解炉膛内燃烧情况，从炉门处取样与从烟道中取样的结果会有较大差异，因炉门处取样中含有较多的氧气（因有许多氧气由此进入炉膛）。所以取样点处不应有孔洞，砖缝，以免吸气和漏气，引起取样不准，取样装置应包括取样探头及包括其他一些与探头有关的不见，如冷却与冷凝收集器，抽吸器及取样泵等。取样有正压取样和负压取样时要有抽吸泵。分析器。将样品的成分量或物性量转换成可测量的电信号。传感器时分析仪器的主要部分，它的任务是把被分析物质的成分含量或物理性质转换成电信号。不同分析仪器具有不同形式的传感器。分析仪器技术性能主要取决于传感器。电源

36、和电子线路。对仪表各部分供电，控制仪表各部分的工作，将分析器送来的电信号放大后，输出至显示、记录器，或同时送至自动控制器或电子计算机。显示、记录器。用来显示、记录代表成分量或物性量的电信号。4、我公司目前分析仪表大致分类：气系统分析仪表：氧气浓度仪、氢分析仪、氨浓度分析仪、一氧化碳分析仪、二氧化碳分析仪、湿度仪、可燃气体分析仪、有毒有害气体分析仪、硫化氢气体浓度分析仪、总硫含量气体分析仪等。水系统分析仪表：浊度仪，COD、溶解氧、工业电导仪，PH计、二氧化硅分析仪磷酸根浓度分析仪。5、我公司典型分析仪表热导式气体分析器基于气体导热系数值与其成分量有关的物理特性，被测气体通过热导池，检测热导池中

37、热丝电阻的变化，可得知其中各成分的含量。主要用于分析混合气中氢气的含量。红外线气体分析器基于各种气体对红外线辐射能具有选择性吸收的特性，红外线被气体中一种组分吸收后，辐射能部分地转化为热能，使气体温度升高，通过测量气体温度变化或恒容积内气体压力的变化，就可得知气体中这一组分的含量。它可分析的对象很广泛(如一氧化碳、二氧化碳、甲烷的含量)，灵敏度高，量程范围广，响应速度快。工作原理：不同分子结构的各种物质具有对光波（电磁辐射）选择吸收的特点。当用一束具有连续波长的光照射分子时，分子会选择地吸收某波长的光子而产生能量跃迁。由异原子组成的气体分子（如C02、CO、CH3、SO2、H2O等），由于组成

38、气体分子各元素的电负性不同，电荷不重心，分子内部处在不停地运动中，构成分子的原子之间的相对位置不断地发生周期性变化。这个分子就好象一个振动着的偶极子，振动的偶极子有其固有的振动频率，在与其频率相同的外场作用下，偶极子将发生共振，并吸收外场的能量。当用一束具有连续波长的红外光照射这一气体分子时，该气体分子就吸收一部分与其振动（或转动）频率相同的光能，并转变为分子的振动能和转动能，从而在光谱图上形成吸收峰。例如C02在中红外波段区在4.26和14.99处有两个强吸收峰，这两个吸收峰表示C02存在两种振动状态。 单元素组成的气体分子，如2、2、O2或单原子分子He、Ar等没有偶极，是非极性分子，在红

39、外波段区没有吸收，然而这些分子可作为红外光的透明气体。一台红外线C02气体分析仪由三个基本部分组成：红外线辐射源、气室和检测器(图3 )。气室中有C02存在时会减少到达检测器的辐射，从而减少检测器的输出信号。作差分测量时需要有两个平行的气室，并且所用的检测器也必须能够测出两个气室吸收的辐射能量的差值。红外线C02气体分析仪基本结构示意图 来自源(S)的红外辐射通过气室(C)，气室有1个入口(I)和1个出口(Q)，这两个口允许被分析气体连续地流过，经过气室的红外辐射被滤光片(F)过滤，一般只让4.3nm波段辐射通过，然后到达检测器(D)。检测器的信号被整流、放大(RA)，最后由显示器显示氧化锆氧

40、分析器氧化锆在高温下，由于有氧离子存在而具有导电性。若在氧化锆管的内外两侧贴上铂电极，当电极两侧的气体含氧量不同，电极就产生电动势。若使一侧（参比侧）氧浓度固定不变，则另一侧(被测侧)氧浓度与电动势有对应关系。测量该电动势值，就得知被测气体中含氧量的多少。该分析器响应很快，结构简单，使用、安装方便，维护工作量少。常用于工业炉窑烟道气含氧量的测量和控制，提高燃烧热效率。氧化锆材料是一种氧化锆固体电解质，是在纯氧化锆中掺以一定量的氧化钙或氧化钇经高温烧结后形成的稳定的氧化锆陶瓷烧结体。由于在它的立方晶格中含有氧离子空穴，因此，在高温条件下它是良好的氧离子导体。利用它的这一特性，在一定的温度下，当传

41、感器两侧的氧含量不同时，它便是一个典型的氧浓差电池。如果在氧化锆管内外涂制纯铂电极，用电炉对氧化锆管加热，使其内外壁接触氧分压不同的气体，氧化锆管就成为一个氧浓差电池。安装：探头安装位置的选择：正确选择探头安装点，对于提高测量准确性和延长探头使用寿命有着重要意义。选择安装点的原则：参考之一：由于锅炉烟道中烟气工况十分复杂，如果氧化锆探头安装点选择不合理，将会出现氧量失真、响应迟缓现象，同时还会严重缩短氧化锆探头的使用寿命。因此选好氧化锆探头安装点是用好氧量表的关键，所以用户应严格遵照以下规范选好安装点： 在较高的温度段对氧化锆探头各部件的氧化腐蚀比较严重，对氧化锆探头的使用寿命有明显的影响；而

42、温度过低时，凝结的水气与烟气中的SO2及SO3形成亚硫酸、硫酸，对氧化锆元件危害极大，因此，氧化锆探头的检测点应尽量选在（100600）之间。 要求安装点的烟气流通好，以保证有较快的响应时间。切忌安装在炉内侧、死角、涡流和缩口处。安装在内侧和死角处易造成慢响应迟缓现象；安装在涡流处会导致氧量波动大，代表性差；安装在缩口处烟速过大，虽然响应迅速，但易造成灰堵故障和冲刷故障。 要求便于操作，没有障碍物影响插入氧化锆探头的操作。 要求安装点上游5米内无人孔及明显漏点，以防氧量失真。在停炉时，安装点应不受水冲刷操作的影响，不易被人为因素破坏。不能受火焰冲刷。 氧化锆探头的安装方式可分为：垂直向下或者水

43、平安装，其中水平安装时一般情况下与水平夹角大于20度（即氧化锆探头在烟道内部最好向下倾斜20度左右），防止水蒸汽残留在探头内。 及时掌握烟气中的含硫量、流速等技术参数，对维护好氧化锆探头十分重要。参考之二：一般情况下，探头安装位置的选择，通常应选择在具备下列条件的地方： 具有一定代表性的平均气样； 安装点附近的炉墙必须无漏风； 锅炉内无吹灰设备的地方； 被测气体(烟气)的压力变化不大的地方； 机械振动小的地方； 安装点处要有拆装传感器的空间位置； 环境温度不超过探头接线盒允许温度，易于维修的地方。参考图： 锅炉推荐安装点pH计基于水溶液中氢离子浓度与插入溶液中一对电极所产生的电动势有关的电化学

44、特性，用测量电动势值，可得知被测溶液的pH值。水系统应用广泛。利用溶液的电化学性质测量氢离子浓度，以确定溶液酸碱度的传感器。氢离子浓度的对数的负值称为pH值。通常pH值为014。25中性水的pH值为7，pH值小于 7的溶液为酸性，pH值大于 7为碱性。温度对水的电离系数有较大影响，引起pH值的中性点随温度而改变（见表温度对中性水pH值的影响）。构成原理 pH计由参考电极和测量电极组成（见图pH计的构成原理）将两个电极插入被测溶液就构成电池,设两极间电位差为E，根据涅恩斯特公式简化后得出 329-02 式中 为灵敏度。常用参考电极用玻璃制成，内部有一装有甘汞（氯化亚汞和汞溶液）的玻璃组件，在组件

45、与玻璃外壳之间装有氯化钾饱和溶液作为电解液。在外壳底部有用多孔陶瓷塞堵住的小口，氯化钾溶液可经过它缓慢渗入被测溶液，以实现电极与被测溶液的导电接触。参考电极的电位恒等于氯化钾溶液的电解电位而与被测溶液的酸碱度无关。这种参考电极称为甘汞电极。类似结构的参考电极还有银氯化银电极等。常用测量电极是玻璃电极，它的结构类似于参考电极，不同之处是用pH值稳定的缓冲溶液（即弱酸或弱碱与它们的盐的混合溶液）代替氯化钾溶液和底部用可渗透离子的玻璃薄膜（厚度约0.10.3毫米）制成。在底部，缓冲溶液与被测溶液之间形成电位差。由于缓冲溶液的pH值为常值，所以测量电极的有效电位是被测溶液pH值的函数。玻璃电极不受溶液

46、中的氧化剂或还原剂的影响，配合适当的温度补偿，可在0100或更大的温度范围内测量。测量电极还有氢醌电极、锑电极、铋电极等，但不具备玻璃电极的这些优点，只是在玻璃电极发展起来以后pH测量才成为一种能进行连续测量的简单可靠的方法。pH计在两个电极间接入用pH值标定的电压表即可读出pH值，或将电极间的电位差用作控制信号。PH仪表的安装与使用pH计由传感器和二次仪表组成，其间用电缆线连接。二次仪表采用国际通用的标准机箱，以便于盘式安装，所需的连线从仪表后部接线端子引出。传感器由流通池和复合pH电极组成。仪表安装位置应选择在清洁、干燥、通风好、无振动的地方，周围应无腐蚀性气体或蒸汽。仪表周围应有一定空间

47、，便于仪表的操作及检修，仪表应尽可能接近取样点，以便于进行管道及电气连接。仪表与传感器之间的距离不要太远以方便校准操作。该仪表安装方式为盘装式，上盘安装时最好将二次表固定在最佳视平线上。用随机专用的固定卡夹住，分别旋动顶紧固定卡的螺杆，固定卡就会逐渐地顶紧表盘架，直到满意为止。传感器的安装：传感器的测量池采用流通式结构，内装复合pH电极和NTC温补电极，外壳一般采用不锈钢制作，可屏蔽有害干扰，并且安装十分方便。测量池下段为进水口，上段为出水口。进出管外径为8mm，既可用软管，也可用硬管连接。复合pH电极安装于流通池之上，其安装方式为快装式结构，当复合pH电极插入流通池后旋转90o。复合pH电极

48、既可通过自带的O型密封圈密封安装于流通池之上。而流通池在出水处用螺母固定。 溶解氧分析仪测量原理：平衡式溶解氧电极采用三电极体系，阴极和阳极为两根双绕的细铂丝，浸在由永久性隔膜包住的电解液中，同时采用银丝带作参比电极，提供控制反应的偏压。此种电极的最大特点是电极自身无消耗。电极反应为：阴极：O2 + 4H+ + 4e 2H2O阳极：2H2O O2+4H+ + 4e总反应为零。在测量过程中电极产生的电流信号与溶解氧的浓度成正比。仪表测量方框图为：溶解氧仪安装：在此应注意，一定要选用原厂的安装支架。厂家配带的安装支架为不锈钢制成，带有塑料链条，通过调整链条长度可以改变传感器的浸入深度，支架上的引导

49、管保证了传感器始终处于垂直位置。支架部分都经过特殊设计，它可以将水面的波动传至浸入管，从而引起浸入管的轻微振动，使得通过浸入管在探头的表面产生一个附加的清洗效果使用时注意维护：溶解氧探头每周应用水轻轻清洗，发现膜头损坏应及时更换，电解液受污染也应及时更换。当污水中含有h2s、nh3、苯或酚这些成份时，对膜头是有害的。在这种场合下必须经常更换膜头。溶解氧仪仪表的日常维护主要包括定期对进行清洗、校验、再生。(1)12周应清洗一次电极，如果膜片上有污染物，会引起测量误差。清洗时应小心，注意不要损坏膜片。将电极放入清水中涮洗，如污物不能洗去，用软布或棉布小心擦洗。(2)23月应重新校验一次零点和量程。

50、(3)电极的再生大约1年左右进行一次。当测量范围调整不过来，就需要对溶解氧电极再生。电极再生包括更换内部电解液、更换膜片、清洗银电极。如果观察银电极有氧化现象，可用细砂纸抛光。(4)在使用中如发现电解液泄露，就必须更换电解液。另外也要记得使用后要时常维护，延长溶解氧仪使用寿命。电化学式气体分析仪根据化学反应所引起的离子量的变化或电流变化来测量气体成分。为了提高选择性，防止测量电极表面玷污和保持电解液性能，一般采用隔膜结构。常用的电化学式分析仪有定电位电解式和伽伐尼电池式两种。定电位电解式分析仪（图2）的工作原理是在电极上施加特定电位，被测气体在电极表面就产生电解作用，只要测量加在电极上的电位，

51、即可确定被测气体特有的电解电位，从而使仪表具有选择识别被测气体的能力。伽伐尼电池式分析仪（图3）是将透过隔膜而扩散到电解液中的被测气体电解，测量所形成的电解电流，就能确定被测气体的浓度。通过选择不同的电极材料和电解液来改变电极表面的内部电压从而实现对具有不同电解电位的气体的选择性。主要测量大气中有毒有害气体。可燃气体探测器安装中，需特别注意的有以下几点：防爆要求：含有爆炸性混合物的环境，称为爆炸性环境。按规定条件设计制造而不会引起周围爆炸性混合物爆炸的电气设备，称为爆炸性环境用防爆电气设备。对探测器来说，就是用防爆探测器。国家对爆炸性环境用防爆电气设备的各种防爆型式都有明确的规定：例如，费加罗

52、公司的防爆探测器防爆标志为dCT6。这里，d表示防爆型式为隔爆型，表示工厂用电气设备，C表示爆炸性气体混合物最大试验安全间隙或最小点燃电流比（A,B,C三级）的最严级别，T6表示允许最高表面温度的最严级别（85）。对象气体及安装位置：无论是防爆型还是非防爆型探测器，其安装位置都视检测对象气体而异。即当检测气体比重比空气轻时，探测器应安装在接近屋顶，泄露气体容易滞留处。反之，当检测气体比重比空气重时，探测器应安装在接近地面，泄露气体容易滞留处。探测器报警输出与否取决于探测器位置的燃气浓度，所以探测器数量因房间大小，通风状况而异。根据GB50028-2006 10.8.2的要求，燃气浓度检测报警器

53、的设置应符合下列要求：（1） 检测比空气轻的燃气时，检测报警器与燃具或阀门的水平距离不得大于8m,安装高度应距顶棚0.3m以内，且不得设在热源上方。（2） 当检测比空气重的燃气时，检测报警器与燃具或阀门的水平距离不得大于4m，安装高度应距地面0.3m以内。（3）防水防雨：室外用一般是防爆场所，隔爆型外壳的设计已经可以防水，但是气体传感器部分只有采用通气设计，才能检测泄露气体，所以传感器部分必须防水。防爆型探测器上已安装了塑料防护罩，一般溅落的水滴可不受影响。但是室外用时，大雨的降落或从地面回溅，都可能导致传感器进水失效。同时，必须保证传感器部分的透气性。第二节 调节阀一、基本概念：1、概述：作

54、用：阀门是流体输送系统中的控制部件，具有截断、调节、导流、防止逆流、稳压、分流或溢流泄压等功能。2、分类：按用途和作用分类 a.两位阀：主要用于关闭或接通介质； b.调节阀：主要用于调节系统。选阀时，需要确定调节阀的流量 特性； c.分流阀：用于分配或混合介质； d.切断阀：通常指泄漏率小于十万分之一的阀。 按主要参数分类 按压力分类 (1)真空阀：工作压力低于标准大气压； (2)低压阀：公称压力PN1.6MPa； (3)中压阀：PN2.56.4MPa； (4)高压阀：PNl0.080.OMPa，通常为PN22、PN32； (5)超高压阀：PNIOOMPa。 按介质工作温度分类 (1)高温阀：

55、t450； (2)中温阀：220t450； (3)常温阀：40t220；低温阀：200t40。 3、常用分类法及基本结构:这种分类方法既按原理、作用又按结构划分，是目前国内、国际最常用的分类方法。一般分为九个大类： 直行程气动调节阀 (1)单座调节阀； 阀体内只有一个阀座和密封面，结构简单,密封效果好,是使用 较多的一种阀体类型。(2)双座调节阀； 阀体内有两个阀座和密封面，流通能力大,不平衡力小,但泄漏量大,切断效果差,是使用较多的一种阀体类型(3)套筒调节阀； 阀体内部阀芯由套筒导向 套筒上开有窗口用于决定流量与流量特性 阀芯上可开有平衡孔,减小不平衡力 套筒阀可调比大,振动小,不平衡力小

56、,互换性好, 可适用于大部分单双座阀的应用场合 不适用于有颗粒及较脏污介质 是使用最为广泛的一种阀体类型(4)角形调节阀； 阀芯采用上导向结构，压降损失小，流量大，可调范围广，流量特性精度高，符合IEC543-1-1976标准。调节阀配用多弹簧薄膜执行机构，其结构紧凑，输出力大(5)三通调节阀； 适合于把一种流体通过三通阀分成二路流出或是把两种流体经三通阀合并成一种流体的场合具有结构简单、重量轻、体积小、拆装方便等优点。广泛应用于精确控制气体、液体等介质，工艺参数如压力、流量、温度、液位保持在给定值。(6)隔膜阀； 结构上采用带有耐腐蚀衬里的阀体和耐腐蚀的隔膜、无填料函结构、节流元件为弹性隔膜

57、、阀体流道平滑，故气动薄膜隔膜阀具有阴力小，流量大、无外漏和方便可靠、防火防爆的优点，广泛适用于工业自动化系统中的强酸、强碱、强腐蚀、高粘度、含颖粒、带纤维以及有毒和不充许污染的介质的流量调节。(7)蝶阀； 蝶阀是由阀体、圆盘、阀杆、和手柄组成。它是采用圆盘式启闭件，圆盘式阀瓣固定于阀杆上，阀杆转动90即可完成启闭作用。同时在阀瓣开启角度为2075时，流量与开启角度成线性关系，有节流的特性。蝶阀的特点： 结构简单，外形尺寸小，结构长度短，体积小，重量轻，适用于大口径的阀门。 全开时阀座通道有效流通面积较大，流体阻力较小。 启闭方便迅速，调节性能好 。 启闭力矩较小，由于转轴两侧蝶板受介质作用基

58、本相等，而产生转矩的方向相反，因而启闭较省力。 密封面材料一般采用橡胶、塑料、故低压密封性能好。(8)球阀； (9)偏心旋转阀:该系列气动偏心旋转阀由气动执行机构和偏心旋转阀两部分组成。气动执行机构有两种形式。阀体近似一个圆筒形，阀芯球面的中心线与阀轴旋转中心之间设计了一个偏心距，当阀轴带动阀芯旋转时，阀芯球面相对于阀体中心做偏心旋转，其轨迹呈凸轮状曲线，当阀关闭时，阀芯的柔臂发生弹性变形，使阀芯球面与阀座紧密贴合，达到可靠的密封。关闭状态小开度状态工作状态偏心旋转阀的优点：该系列偏心旋转阀与普通控制阀相比具有以下优点：流路简单、阻力小，流通能力大；体积小，质量轻，通用性好；适用的温度范围广。

59、它的阀盖和阀体整体铸造，最高适应温度达450。阀芯球面的偏心运动减少了所需的操作力矩，并且操作稳定。该阀在施加较小的力矩时，可以获得严密密封的效果；两种流向动态稳定性好。在流开和流关安装时流量特性不改变。按主要特殊用途来分（即特殊、专用阀） (1)软密封切断阀； (2)硬密封切断阀； (3)耐磨调节阀； (4)耐腐蚀调节阀； (5)全四氟耐蚀调节阀 (6)全耐蚀合金调节阀； (7)紧急动作切断或放空阀； (8)防堵调节阀； (9)耐蚀防堵切断阀； (10)保温夹套阀； (11)大压降切断阀； (12)小流量调节阀； (13)大口径调节阀； (14)大可调比调节阀； (15)低S节能调节阀； (

60、16)低噪音阀； (17)精小型调节阀； (18)衬里（橡胶、四氟、陶瓷）调节阀； (19)水处理专用球阀； (20)烧碱专用阀； (21)磷铵专用阀； (22)氯气调节阀； (23)波纹管密封阀 按驱动能源分类 (1)气动调节阀； (2)电动调节阀； (3)液动调节阀。 4、阀门安装的一般要求 法兰式螺纹连接的阀门应在关闭状态下进行。 焊接阀门与管道焊接时要用氩弧焊打底，以保证其内部光洁平整。焊接时，阀门应处在开启状态，以防局部过热变形。焊接高压注水阀门时要把阀体打开，把胶皮垫圈挑出，防止胶圈被烫坏。 安装阀门前，应根据介质流动方向，确定其安装方向。 安装在水平管道上的阀门，要垂直向上，水平向上或向下倾斜45，其中心线要尽量取齐。 安装铸铁阀门（黑色、银色）时，须防止强力连接或受力不均引起损坏。对阀门的维护，可分两种情况；保管维护和使用维护。（一）保管维护 阀门保管，不能乱堆乱垛，小阀门放在货架上，大阀门可在库房地面上整齐排列，不要让法兰连接面接触