計(jì)控車間尚永亮二零一二年七月,儀表知識(shí)培訓(xùn),目錄,儀表專業(yè)的基本概念,常見儀表的工作原理,現(xiàn)場(chǎng)問題的分析判斷,實(shí)際操作的注意事項(xiàng),控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí),自動(dòng)化儀表作為一類專門的儀表，最早出現(xiàn)于20世紀(jì)40年代初。用以滿足石油、化工、電力等工業(yè)對(duì)自動(dòng)化的需要。較早出現(xiàn)氣動(dòng)儀表，價(jià)格便宜，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有本安防爆性能，曾長(zhǎng)期處于優(yōu)勢(shì)地位。從60年代后，由于電動(dòng)儀表的技術(shù)進(jìn)步，出現(xiàn)了本安儀表，由于電信號(hào)傳輸處理方便，特別是容易和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)配合使用，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的全盤自動(dòng)化。因此，基本替代了氣動(dòng)儀表。,儀表專業(yè)的基本概念,自動(dòng)化儀表概述,目前我們所有儀表都采用國(guó)際統(tǒng)一的420mADC標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，供電大都是24VDC。優(yōu)點(diǎn)：安全防爆、減少損耗、節(jié)省能量；有利于識(shí)別儀表斷電、斷線等故障；為現(xiàn)場(chǎng)變送器實(shí)現(xiàn)兩線制提供了可能。兩線制：儀表的供電和信號(hào)傳輸共用，兩根導(dǎo)線既用于儀表供電，又用于信號(hào)傳輸。本安儀表：限制儀表工作中產(chǎn)生的能量，即使出現(xiàn)故障也不會(huì)引爆爆炸性環(huán)境中的爆炸性物質(zhì)。,儀表專業(yè)的基本概念,自動(dòng)化儀表信號(hào)標(biāo)準(zhǔn),根據(jù)能源分：氣動(dòng)、電動(dòng)、液動(dòng)、核能等根據(jù)組合：基地式、單元式、綜合控制根據(jù)安裝：現(xiàn)場(chǎng)、盤裝、架裝根據(jù)是否可引入計(jì)算機(jī)：智能、非智能根據(jù)儀表信號(hào)形式：模擬儀表、數(shù)字儀表最通用的分類是按儀表在測(cè)量與控制系統(tǒng)中的作用進(jìn)行劃分：檢測(cè)儀表、顯示儀表、調(diào)節(jié)儀表、執(zhí)行器,儀表專業(yè)的基本概念,自動(dòng)化儀表分類,儀表分類表,儀表專業(yè)的基本概念,檢測(cè)環(huán)節(jié):,是檢出元件或傳感器，直接感受被測(cè)變量，并將它變換成適于測(cè)量的信號(hào)形式。,轉(zhuǎn)換放大環(huán)節(jié):,對(duì)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、放大等處理，并傳送給顯示部分進(jìn)行指示或記錄。,顯示部分:,就地指示型儀表、單元組合型儀表、數(shù)字式顯示儀表,檢測(cè)儀表組成：,儀表專業(yè)的基本概念,檢測(cè)過程及誤差檢測(cè)過程：被測(cè)參數(shù)經(jīng)過能量形式的轉(zhuǎn)換，得到便于測(cè)量的信號(hào)形式，然后與相應(yīng)的測(cè)量單位進(jìn)行比較，由指針位移或數(shù)字形式顯示出來。檢測(cè)誤差：測(cè)量值和真實(shí)值之間的差值誤差產(chǎn)生的原因：選用的儀表精確度有限，實(shí)驗(yàn)手段不夠完善、環(huán)境中存在各種干擾因素，以及檢測(cè)技術(shù)水平的限制等原因.,儀表專業(yè)的基本概念,根據(jù)誤差的性質(zhì)及產(chǎn)生的原因，誤差分為三類,儀表專業(yè)的基本概念,檢測(cè)儀表的基本技術(shù)性能指標(biāo),儀表的性能指標(biāo)，主要有：精度靈敏度與靈敏限回差1精度檢測(cè)儀表的精度反映測(cè)量值接近真實(shí)值的準(zhǔn)確程度，一般用一系列誤差來衡量。由于真值無法得到，一般將精度較高的標(biāo)準(zhǔn)表的示值作為真值，稱為約定真值。,儀表專業(yè)的基本概念,.,檢測(cè)儀表的基本技術(shù)性能指標(biāo),引用誤差(相對(duì)百分誤差),引用誤差儀表量程,儀表專業(yè)的基本概念,檢測(cè)儀表的基本技術(shù)性能指標(biāo),精度等級(jí)按儀表工業(yè)規(guī)定，去掉最大引用誤差的“”號(hào)和“%”號(hào)，稱為儀表的精度等級(jí)，目前已系列化。,1.5,1.5,0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0,精度等級(jí)符號(hào),儀表專業(yè)的基本概念,.,例1有兩臺(tái)測(cè)溫儀表，它們的測(cè)溫范圍分別為0100和100300，校驗(yàn)表時(shí)得到它們的最大絕對(duì)誤差均為2，試確定這兩臺(tái)儀表的精度等級(jí)。,解這兩臺(tái)儀表的最大引用誤差分別為,一臺(tái)儀表的精度等級(jí)為2.5級(jí)，而另一臺(tái)儀表的精度等級(jí)為1級(jí)。,儀表專業(yè)的基本概念,.,例2某臺(tái)測(cè)溫儀表的工作范圍為0500，工藝要求測(cè)溫時(shí)測(cè)量誤差不超過4，試問如何選擇儀表的精度等級(jí)才能滿足要求？解根據(jù)工藝要求，儀表的最大引用誤差為應(yīng)選擇0.5級(jí)的儀表才能滿足要求,儀表專業(yè)的基本概念,.,靈敏度與靈敏限靈敏度表示儀表對(duì)被測(cè)參數(shù)變化反應(yīng)的能力，是指儀表達(dá)到穩(wěn)態(tài)后輸出增量與輸入增量之比，即S儀表的靈敏度y儀表輸出變量的增量x儀表輸入變量的增量數(shù)字式儀表常用分辨力來表示靈敏度。分辨力是指數(shù)字儀表在最低量程上最末位數(shù)字改變一個(gè)字時(shí)所對(duì)應(yīng)的物理量數(shù)值，它反映了數(shù)字儀表能夠檢測(cè)到的被測(cè)參數(shù)中最小變化的能力。靈敏限指引起儀表指針發(fā)生可見變化的被測(cè)參數(shù)的最小變化量。,儀表專業(yè)的基本概念,回差在外界條件不變的情況下，當(dāng)被測(cè)參數(shù)從小到大（正行程）和從大到?。ǚ葱谐蹋r(shí)，同一輸入的兩個(gè)相應(yīng)輸出值常常不相等。兩者絕對(duì)值之差的最大值和儀表量程之比的百分?jǐn)?shù)稱為回差，也稱變差。,儀表專業(yè)的基本概念,目錄,儀表專業(yè)的基本概念,常見儀表的工作原理,現(xiàn)場(chǎng)問題的分析判斷,實(shí)際操作的注意事項(xiàng),控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí),溫度檢測(cè)的基本知識(shí),溫度：反映了物體冷熱的程度，與自然界中的各種物理和化學(xué)過程相聯(lián)系。溫度測(cè)量：溫度不能直接測(cè)量，只能利用物質(zhì)的某些特性與溫度之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)間接測(cè)量。溫度測(cè)量建立在熱平衡基礎(chǔ)上。溫度最本質(zhì)的性質(zhì)：當(dāng)兩個(gè)冷熱程度不同的物體接觸后就會(huì)產(chǎn)生導(dǎo)熱換熱，換熱結(jié)束后兩物體處于熱平衡狀態(tài)，則它們具有相同的溫度。測(cè)量方法：接觸式測(cè)溫和非接觸式測(cè)溫,常見儀表的工作原理,接觸式測(cè)溫溫度敏感元件與被測(cè)對(duì)象接觸，經(jīng)過換熱后兩者溫度相等。(1)膨脹式溫度計(jì)(2)熱電阻溫度計(jì)(3)熱電偶溫度計(jì)(4)其他原理的溫度計(jì),直觀、可靠，測(cè)量?jī)x表也比較簡(jiǎn)單,特點(diǎn),非接觸測(cè)溫溫度敏感元件不與被測(cè)對(duì)象接觸，而是通過輻射能量進(jìn)行熱交換，由輻射能的大小來推算被測(cè)物體的溫度。(1)輻射式溫度計(jì)(2)光纖式溫度計(jì)：,特點(diǎn),不與被測(cè)物體接觸，不破壞原有的溫度場(chǎng)。精度一般不高。,常見儀表的工作原理,應(yīng)用熱膨脹原理測(cè)溫,測(cè)量原理,物體受熱時(shí)產(chǎn)生膨脹,液體膨脹式溫度計(jì),固體膨脹式溫度計(jì),玻璃管溫度計(jì),雙金屬溫度計(jì),常見儀表的工作原理,應(yīng)用熱電效應(yīng)測(cè)溫,測(cè)量原理,兩種不同的金屬A和B構(gòu)成閉合回路當(dāng)兩個(gè)接觸端TT0時(shí)，回路中會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì),熱電勢(shì)由兩種材料的接觸電勢(shì)和單一材料的溫差電勢(shì)決定,熱電極,常見儀表的工作原理,閉合回路總電勢(shì),A,B,常見儀表的工作原理,分度表,如果能使冷端溫度t0固定，則總電勢(shì)就只與溫度t成單值函數(shù)關(guān)系,分度表-熱電勢(shì)與熱端溫度之間關(guān)系列成表格,注：熱電勢(shì)與熱端溫度之間關(guān)系是非線性,常見儀表的工作原理,補(bǔ)償導(dǎo)線,問題引出,解決方法,熱電偶冷端暴露于空間，受環(huán)境溫度影響,熱電極長(zhǎng)度有限，冷端受到被測(cè)溫度變化的影響,把熱電偶的冷端延伸到遠(yuǎn)離被測(cè)對(duì)象且溫度比較穩(wěn)定的地方,造成浪費(fèi),選用一種具有和所連接的熱電偶相同的熱電性能，其材料又是廉價(jià)金屬導(dǎo)線,補(bǔ)償導(dǎo)線,其一實(shí)現(xiàn)了冷端遷移；其二是降低了成本。,功能,常見儀表的工作原理,不同型號(hào)的熱電偶所配用的補(bǔ)償導(dǎo)線不同連接補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)要注意區(qū)分正負(fù)極，使其分別與熱電偶的正負(fù)極一一對(duì)應(yīng)補(bǔ)償導(dǎo)線連接端的工作溫度不能超出（0100），否則會(huì)給測(cè)量帶來誤差。,使用補(bǔ)償導(dǎo)線注意問題,常見儀表的工作原理,問題引出,冷端溫度補(bǔ)償,熱電偶的分度表所表征的是冷端溫度為0時(shí)的熱電勢(shì)-溫度關(guān)系，與熱電偶配套使用的顯示儀表就是根據(jù)這一關(guān)系進(jìn)行刻度的。,解決方法,0恒溫法,冷端溫度修正法,儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整法,補(bǔ)償電橋法,常見儀表的工作原理,0恒溫法,適用于實(shí)驗(yàn)室中的精確測(cè)量和檢定熱電偶時(shí)使用,常見儀表的工作原理,冷端溫度修正法,設(shè)：冷端溫度恒為t0（t00）被測(cè)溫度為t,修正公式,冷端t0的熱電勢(shì),測(cè)量得出的熱電勢(shì),被測(cè)溫度t的熱電勢(shì),儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整法,將顯示儀表的機(jī)械零點(diǎn)調(diào)至t0處，相當(dāng)于在輸入熱電偶熱電勢(shì)之前就給顯示儀表輸入了電勢(shì)E(t0,0),常見儀表的工作原理,由分度表查得E(20,0)=0.113mv則E(t,0)=E(t,t0)+E(t0,0)=7.32+0.113=7.434mv再查分度表得其對(duì)應(yīng)的被測(cè)溫度t=808,例,用S型熱電偶測(cè)溫，熱電偶的冷端溫度t0=20，測(cè)得熱電勢(shì)為7.32mv，求被測(cè)對(duì)象的實(shí)際溫度t。,解,常見儀表的工作原理,使用補(bǔ)償電橋注意問題,根據(jù)各類熱電偶的型號(hào)選擇配套的補(bǔ)償電橋,注意補(bǔ)償溫度的起點(diǎn)在20平衡，須把顯示儀表的機(jī)械零點(diǎn)預(yù)先調(diào)整到20在0平衡，須把顯示儀表的機(jī)械零點(diǎn)預(yù)先調(diào)整到0,補(bǔ)償是相對(duì)的，有一定誤差,常見儀表的工作原理,為保證熱電偶的正常工作，熱電偶的兩極之間以及與保護(hù)套管之間都需要良好的電絕緣，而且耐高溫、耐腐蝕和沖擊的外保護(hù)套管也是必不可少的。1.普通型裝配式結(jié)構(gòu)2.柔性安裝型鎧裝結(jié)構(gòu),熱電偶結(jié)構(gòu),常見儀表的工作原理,應(yīng)用熱電阻原理測(cè)溫,導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化,測(cè)量原理,在0630.74范圍內(nèi)，金屬鉑的電阻值與溫度的關(guān)系為,在-50180范圍內(nèi)，金屬銅的電阻值與溫度的關(guān)系為,溫度0時(shí)的電阻值,溫度t時(shí)的電阻值,常見儀表的工作原理,熱電阻溫度計(jì),應(yīng)用于-200600范圍內(nèi)的溫度測(cè)量,熱電阻電阻體（最主要部分）絕緣套管接線盒,熱電阻的材料要求：電阻溫度系數(shù)要大；電阻率盡可能大，熱容量要小，在測(cè)量范圍內(nèi)，應(yīng)具有穩(wěn)定的物理和化學(xué)性能；電阻與溫度的關(guān)系最好接近于線性；應(yīng)有良好的可加工性，且價(jià)格便宜。,常見儀表的工作原理,常用熱電阻,常見儀表的工作原理,熱電阻結(jié)構(gòu),常見儀表的工作原理,測(cè)溫元件安裝注意事項(xiàng),插入深度要求測(cè)量端應(yīng)有足夠的插入深度，應(yīng)使保護(hù)套管的測(cè)量端超過管道中心線510mm。,插入方向要求保證測(cè)溫元件與流體充分接觸，最好是迎著被測(cè)介質(zhì)流向插入，正交90也可，但切勿與被測(cè)介質(zhì)形成順流。,常見儀表的工作原理,壓力檢測(cè)方法,液柱測(cè)壓法彈性變形法電測(cè)壓力法,壓力檢測(cè)儀表,彈簧管壓力表霍爾式壓力表差壓（壓力）變送器,力平衡式壓力變送器微位移式變送器智能差壓（壓力）變送器,主要內(nèi)容,常見儀表的工作原理,壓力的基本概念,垂直而均勻地作用在單位面積上的力,式中壓力（Pa）均勻垂直作用力（N）受力面積（m2）,1Pa=1*10-3KPa=1*10-6MPa,單位:牛頓/米2（N/m2），簡(jiǎn)稱“帕”，用符號(hào)“Pa”,常見儀表的工作原理,壓力的幾種表示形式,被測(cè)壓力通?？杀硎緸榻^對(duì)壓力、表壓、負(fù)壓（或真空度）,常見儀表的工作原理,壓力檢測(cè)方法及儀表,根據(jù)流體靜力學(xué)原理，將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成液柱高度進(jìn)行測(cè)量,常用的壓力表有U形管壓力表、單管壓力表、斜管壓力表和活塞式壓力表等。,測(cè)量原理,液柱測(cè)壓法,常見儀表的工作原理,壓力檢測(cè)方法及儀表,將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件變形的位移,測(cè)量原理,彈性變形法,常見儀表的工作原理,彈性元件結(jié)構(gòu)和特點(diǎn),常見儀表的工作原理,彈簧管壓力表,壓力檢測(cè)方法及儀表,常見儀表的工作原理,利用轉(zhuǎn)換元件（如某些機(jī)械和電氣元件）直接把被測(cè)壓力變換為電信號(hào)來進(jìn)行測(cè)量的。,測(cè)量原理,1.彈性元件附加一些變換裝置，使彈性元件自由端的位移量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，如電阻式、電感式、電容式、霍爾片式、應(yīng)變式、振弦式等；,2.非彈性元件組成的快速測(cè)壓元件，主要利用某些物體的某一物理性質(zhì)與壓力有關(guān)，如壓電式、壓阻式、壓磁式等。,電測(cè)壓力法,常見儀表的工作原理,壓力檢測(cè)方法及儀表,電容式測(cè)壓原理,采用變電容原理，利用彈性元件受壓變形來改變可變電容器的電容量，然后通過測(cè)量電容量C便可以知道被測(cè)壓力的大小，從而實(shí)現(xiàn)壓力-電容轉(zhuǎn)換的。,定極板,彈性元件,動(dòng)極板,被測(cè)壓力,測(cè)量原理,常見儀表的工作原理,壓力檢測(cè)方法及儀表,壓電式測(cè)壓原理,根據(jù)“壓電效應(yīng)”把被測(cè)壓力變換為電信號(hào)。,（a）單晶體,（b）剖面圖,（c）X截割的石英片,受力面積,作用在受力面積上的壓力,壓電常數(shù),電荷數(shù),常見儀表的工作原理,應(yīng)變片式測(cè)壓原理,壓力檢測(cè)方法及儀表,1敏感柵2基片3粘合劑4引線5覆蓋片,敏感柵直徑為0.025mm左右的合金電阻絲基底絕緣覆蓋層保護(hù),組成,常見儀表的工作原理,電動(dòng)單元組合儀表（簡(jiǎn)稱為DDZ儀表）,差壓（壓力）變送器,作用：將各種物理量轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào),差壓變送器力平衡式變送器,位移平衡式變送器,氣動(dòng)單元組合儀表（簡(jiǎn)稱為QDZ儀表）,DDZ-型儀表為010mADC,DDZ-型儀表為420mADC,20100KPa,常見儀表的工作原理,壓力檢測(cè)儀表,壓力檢測(cè)方法及儀表,力平衡式壓力變送器,1低壓室2高壓室3測(cè)量元件（膜盒、膜片）4軸封膜片5主杠桿6過載保護(hù)片7靜壓調(diào)整螺釘8矢量機(jī)構(gòu)9零點(diǎn)遷移彈簧10平衡錘11量程調(diào)整螺釘12檢測(cè)片（銜鐵）13差動(dòng)變壓器14副杠桿15放大器16反饋動(dòng)圈17永久磁鋼18電源19負(fù)載20調(diào)零彈簧,常見儀表的工作原理,壓力檢測(cè)儀表,微位移式變送器,壓力檢測(cè)方法及儀表,I0,（1）測(cè)量部分,測(cè)量部分包括電容膜盒、高低壓室及法蘭組件等.測(cè)量原理:將被測(cè)壓力的變化轉(zhuǎn)換成電容量的變化。,填充液（硅油）,常見儀表的工作原理,壓力檢測(cè)儀表,智能差壓（壓力）變送器,壓力檢測(cè)方法及儀表,在普通壓力傳感器上增加微處理器特點(diǎn)：具有遠(yuǎn)程通訊的功能依靠手操通信器，用戶可在現(xiàn)場(chǎng)或控制室設(shè)定變送器各種參數(shù)使用維護(hù)方便長(zhǎng)期穩(wěn)定工作，每5年才需校檢一次。,以3051C為例：組成：傳感膜頭：被測(cè)壓力-A/D轉(zhuǎn)換-數(shù)字信號(hào)電子線路板：對(duì)信號(hào)進(jìn)行修正，線性化處理-D/A轉(zhuǎn)換-420mA信號(hào),常見儀表的工作原理,壓力檢測(cè)方法及儀表,A/D轉(zhuǎn)換器,溫度傳感器,電容傳感器,傳感膜頭內(nèi)存修正系數(shù)膜頭信號(hào),微處理器傳感器線性化重設(shè)量程診斷工程單位通信,電子板內(nèi)存量程值變送器組態(tài)信息,D/A轉(zhuǎn)換,數(shù)字通信,本機(jī)量程和零點(diǎn)調(diào)整,手操器,傳感膜頭,電子線路板,420mA,3051C型智能變送器原理圖,常見儀表的工作原理,壓力測(cè)量?jī)x表的選用,壓力檢測(cè)方法及儀表,儀表種類和型號(hào)的選擇工藝要求現(xiàn)場(chǎng)指示、遠(yuǎn)傳指示、自動(dòng)記錄、自動(dòng)調(diào)節(jié)或信號(hào)報(bào)警介質(zhì)性質(zhì)溫度、粘度、臟污程度、腐蝕性、易燃性現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度、濕度、有無振動(dòng)、有無腐蝕性,儀表量程的確定化工自控設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定被測(cè)壓力較穩(wěn)定的情況，最大壓力值應(yīng)不超過滿量程的2/3；被測(cè)壓力波動(dòng)較大的情況，最大壓力值應(yīng)不超過滿量程的1/2被測(cè)壓力的最小值也不應(yīng)低于全量程的1/3,儀表精度等級(jí)的選擇,常見儀表的工作原理,.,例題分析,解由于往復(fù)式壓縮機(jī)的出口壓力脈動(dòng)較大，所以選擇儀表的上限值為P1=Pmax2=282=56(MPa)根據(jù)就地觀察及能進(jìn)行高低限報(bào)警的要求，選用YX-150型電接點(diǎn)壓力表，測(cè)量范圍為060MPa。,常見儀表的工作原理,例題分析,由于，故被測(cè)壓力的最小值不低于滿量程的1/3，這是允許的。另外，根據(jù)測(cè)量誤差的要求，可算得允許誤差為所以，精度等級(jí)為1.5級(jí)的儀表完全可以滿足誤差要求。至此，可以確定，選擇的壓力表為YX-150型電接點(diǎn)壓力表，測(cè)量范圍為060MPa，精度等級(jí)為1.5級(jí)。,常見儀表的工作原理,例題分析,2.如果某反應(yīng)器最大壓力為0.6MPa，允許最大絕對(duì)誤差為0.02MPa?，F(xiàn)用一臺(tái)測(cè)量范圍為01.6MPa，準(zhǔn)確度為1.5級(jí)的壓力表來進(jìn)行測(cè)量，問能否符合工藝上的誤差要求？若采用一臺(tái)測(cè)量范圍為01.0MPa，準(zhǔn)確度為1.5級(jí)的壓力表，問能符合誤差要求嗎？試說明其理由。,解：對(duì)于測(cè)量范圍為01.6MPa，準(zhǔn)確度為1.5級(jí)的壓力表，允許的最大絕對(duì)誤差為1.61.5%=0.024(MPa),常見儀表的工作原理,例題分析,因?yàn)榇藬?shù)值超過了工藝上允許的最大絕對(duì)誤差數(shù)值,所以是不合格的。對(duì)于測(cè)量范圍為01.0MPa，準(zhǔn)確度亦為1.5級(jí)的壓力表,允許的最大絕對(duì)誤差為1.01.5%=0.015(MPa)因?yàn)榇藬?shù)值小于工藝上允許的最大絕對(duì)誤差,故符合對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度的要求,可以采用。該例說明了選一臺(tái)量程很大的儀表來測(cè)量很小的參數(shù)值是不適宜的。,常見儀表的工作原理,流量檢測(cè)方法及儀表,流量檢測(cè)方法及儀表,應(yīng)用容積法檢測(cè)流量（腰輪流量計(jì)）應(yīng)用動(dòng)、靜壓能轉(zhuǎn)換原理檢測(cè)流量（差壓式流量計(jì))應(yīng)用改變流通面積的方法檢測(cè)流量(轉(zhuǎn)子流量計(jì))應(yīng)用電磁感應(yīng)原理檢測(cè)流量(電磁流量計(jì))應(yīng)用超聲波檢測(cè)流量(超聲波流量計(jì)),本節(jié)主要內(nèi)容,常見儀表的工作原理,體積流量的測(cè)量方法,（1）容積法：在單位時(shí)間內(nèi)以標(biāo)準(zhǔn)固定體積對(duì)流動(dòng)介質(zhì)連續(xù)不斷地進(jìn)行度量，以排出流體固定容積數(shù)來計(jì)算流量。橢圓齒輪流量計(jì)、旋轉(zhuǎn)活塞式流量計(jì)和刮板流量計(jì)。受流體的流動(dòng)狀態(tài)影響小，適用于測(cè)量高粘度、低雷諾數(shù)的流體。,（2）速度法：這種方法是先測(cè)出管道內(nèi)的平均流速，再乘以管道截面積求得流體的體積流量。較寬的使用條件，可用于各種工況下的流體的流量檢測(cè)，利用平均流速計(jì)算流量，管路條件的影響大，流動(dòng)產(chǎn)生渦流以及截面上流速分布不對(duì)稱等都會(huì)給測(cè)量帶來誤差。,常見儀表的工作原理,質(zhì)量流量的測(cè)量方法,（1）直接法：利用檢測(cè)元件，使輸出信號(hào)直接反映質(zhì)量流量。利用孔板和定量泵組合實(shí)現(xiàn)的差壓式檢測(cè)方法；利用同軸雙渦輪組合的角動(dòng)量式檢測(cè)方法；應(yīng)用麥納斯效應(yīng)的檢測(cè)方法基于科里奧利力效應(yīng)的檢測(cè)方法。（2）間接法：用兩個(gè)檢測(cè)元件分別測(cè)出兩個(gè)相應(yīng)參數(shù)，通過運(yùn)算間接獲取流體的質(zhì)量流量。qv2檢測(cè)元件和檢測(cè)元件的組合；qv檢測(cè)元件和檢測(cè)元件的組合；qv2檢測(cè)元件和qv檢測(cè)元件的組合。,常見儀表的工作原理,應(yīng)用容積法檢測(cè)流量,單位時(shí)間內(nèi)所排出固定容積的數(shù)目作為測(cè)量依據(jù),測(cè)量原理,設(shè)：V0計(jì)量室的容積n轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)次數(shù),則,排出的流體總量,常見儀表的工作原理,腰輪流量計(jì),測(cè)量原理,腰形輪每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，就把轉(zhuǎn)子與殼體之間所構(gòu)成的具有一定容積的計(jì)量室流體的四倍體積，從流入口送到流出口。,計(jì)量室體積,腰輪轉(zhuǎn)速,體積流量,常見儀表的工作原理,流量檢測(cè)方法及儀表,腰輪流量計(jì),腰輪流量計(jì)是一種容積式流量測(cè)量?jī)x表，用以測(cè)量封閉管中流體的體積流量。就地顯示累積流量，并有遠(yuǎn)傳輸出接口，與相應(yīng)的光電式電脈沖轉(zhuǎn)換器和流量積算儀配套，可進(jìn)行遠(yuǎn)程測(cè)量，顯示和控制。精度高，重復(fù)性好，范圍度大，對(duì)流量計(jì)前后直管段要求不高。適用較高粘度流體，流體粘度變化對(duì)示值影響較小。適用無腐蝕性能的流體，如原油，石油制品(柴油，潤(rùn)滑油等)。,腰輪流量計(jì),常見儀表的工作原理,應(yīng)用動(dòng)壓能和靜壓能轉(zhuǎn)換的原理檢測(cè)流量,節(jié)流元件附近流速和壓力分布情況,檢測(cè)原理,當(dāng)流體流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流件時(shí)，流速將在節(jié)流件處形成局部收縮，因而流速增加，靜壓力降低，于是在節(jié)流件前后便產(chǎn)生了壓差。流體流量愈大，產(chǎn)生的壓差愈大，這樣可依據(jù)壓差來衡量流量的大小。基礎(chǔ)：流體連續(xù)性方程（質(zhì)量守恒定律）和伯努利方程（能量守恒定律）。壓差影響因素：流量、節(jié)流裝置形式、管道內(nèi)流體的物理性質(zhì)（密度、粘度）,常見儀表的工作原理,差壓式流量計(jì),測(cè)量對(duì)象：流體方面，單相、混相、潔凈、臟污；工作狀態(tài)：常壓、高壓、真空、常溫、高溫、低溫；管徑方面：從幾毫米到幾米；流動(dòng)條件：亞音速流、臨界流、脈動(dòng)流,歷史悠久、技術(shù)成熟、應(yīng)用最廣泛。,節(jié)流式特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用壽命長(zhǎng)，適應(yīng)能力強(qiáng)，幾乎能測(cè)量各種工況下的流量。,差壓式流量計(jì),孔板,引壓管,差壓計(jì),常見儀表的工作原理,差壓式流量計(jì)分類表,常見儀表的工作原理,差壓式流量計(jì)組成,節(jié)流裝置：安裝于管道中產(chǎn)生差壓，節(jié)流件前后的差壓與流量成開方關(guān)系。引壓導(dǎo)管：取節(jié)流裝置前后產(chǎn)生的差壓，傳送給差壓變送器。差壓變送器：產(chǎn)生的差壓轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)（4-20mA）。,常見儀表的工作原理,標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流元件,標(biāo)準(zhǔn)孔板,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，適合大流量的測(cè)量,標(biāo)準(zhǔn)噴嘴,標(biāo)準(zhǔn)文丘里管,結(jié)構(gòu)復(fù)雜，壓力損失比孔板小,常見儀表的工作原理,環(huán)室取壓?jiǎn)为?dú)鉆孔取壓法蘭取壓標(biāo)準(zhǔn)噴嘴取壓方式標(biāo)準(zhǔn)孔板的幾種取壓方式,取壓方式,常見儀表的工作原理,選用考慮要點(diǎn),安裝條件方面,流件前后有必要直管段長(zhǎng)度,引壓管線,儀表性能方面(1)精確度、重復(fù)性、線性度、流量范圍壓力損失,流體特性方面流體物性參數(shù)的確定(2)流體的腐蝕、磨蝕、結(jié)垢、臟污等,環(huán)境條件方面,常見儀表的工作原理,應(yīng)用改變流通面積的方法檢測(cè)流量,變面積式測(cè)量方法示意圖,檢測(cè)原理,錐形管-由下往上逐漸擴(kuò)大管轉(zhuǎn)子-阻力件,組成,當(dāng)流體自下而上流經(jīng)錐形管與轉(zhuǎn)子之間的環(huán)形流通面積時(shí)，由于受到流體的沖擊，轉(zhuǎn)子便要向上運(yùn)動(dòng)。,常見儀表的工作原理,物位檢測(cè)方法及儀表,物位-指容器中的液體介質(zhì)的液位、固體的料位或顆粒物的料位和兩種不同液體介質(zhì)分界面的總稱,液位容器中的液體介質(zhì)的高低料位容器中固體或顆粒狀物質(zhì)的堆積高度,物位檢測(cè)的作用確定容器中的貯料數(shù)量，以保證連續(xù)生產(chǎn)的需要或進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算；為了監(jiān)視或控制容器的物位，使它保持在規(guī)定的范圍內(nèi)；對(duì)它的上下極限位置進(jìn)行報(bào)警，以保證生產(chǎn)安全、正常進(jìn)行。,物位的基本概念,常見儀表的工作原理,物位檢測(cè)方法及儀表,應(yīng)用浮力原理檢測(cè)物位應(yīng)用靜壓原理檢測(cè)物位應(yīng)用超聲波反射檢測(cè)物位,物位檢測(cè)方法,常見儀表的工作原理,物位檢測(cè)方法及儀表,應(yīng)用浮力原理檢測(cè)物位,利用漂浮于液面上的浮標(biāo)或浸沒于液體中的浮筒對(duì)液位進(jìn)行測(cè)量的。當(dāng)液位變化時(shí)，前者產(chǎn)生相應(yīng)的位移，而所受到的浮力維持不變，后者則發(fā)生浮力的變化。因此，只要檢測(cè)出浮標(biāo)的位移或浮筒所受到的浮力的變化，就可以知道液位的高低。,恒浮力法液位測(cè)量示意圖,測(cè)量原理,常見儀表的工作原理,密閉容器：測(cè)量容器底部壓力，除與液面高度有關(guān)外，還與液面上部介質(zhì)壓力有關(guān)，其關(guān)系為,應(yīng)用靜壓原理檢測(cè)物位,壓力表測(cè)量液位原理,通過液柱靜壓的方法對(duì)液位進(jìn)行測(cè)量的。敞口容器：多用直接測(cè)量容器底部壓力的方法。如圖所示，測(cè)壓儀表通過導(dǎo)壓管與容器底部相連，由測(cè)壓儀表的壓力指示值，便可推知液位的高度。,其關(guān)系為式中P測(cè)壓儀表指示值H液位的高度液體的密度g重力加速度,式中PA、PB分別是液面上部介質(zhì)壓力和液面以下H深度的液體壓力。,常見儀表的工作原理,差壓變送器測(cè)量液位時(shí)的零點(diǎn)遷移問題（重點(diǎn)）,特征：差壓變送器的正壓室取壓口正好與容器的最低液位（Hmin=0）處于同一水平位置。作用于變送器正、負(fù)壓室的差壓P與液位高度H的關(guān)系為P=Hg。當(dāng)H=0時(shí)，正負(fù)壓室的差壓P=0，變送器輸出信號(hào)為4mA當(dāng)H=Hmax時(shí)，差壓Pmax=gHmax，變送器的輸出信號(hào)為20mA，,無遷移,常見儀表的工作原理,.,物位檢測(cè)方法及儀表,負(fù)遷移,差壓變送器的正、負(fù)壓室的壓力分別為,正、負(fù)壓室的壓差為,當(dāng)被測(cè)液位H=0時(shí)，P=-（h2-h1）2g0，從而使變送器在H=0時(shí)輸出電流大于4mA；H=Hmax時(shí)，輸出電流大于20mA。,常見儀表的工作原理,.,應(yīng)用靜壓原理檢測(cè)物位,（a）無遷移（b）負(fù)遷移（c）正遷移,某壓力變送器的測(cè)量范圍：05000Pa，,固定差壓=2000Pa,常見儀表的工作原理,物位檢測(cè)方法及儀表,應(yīng)用超聲波反射檢測(cè)物位,根據(jù)超聲波從發(fā)射到接收反射回波的時(shí)間間隔大小與被測(cè)介質(zhì)高度成比例關(guān)系的原理，實(shí)現(xiàn)液位測(cè)量的。,測(cè)量時(shí)由置于容器底部的超聲波探頭向液面與氣體的分界面發(fā)射超聲波，經(jīng)過時(shí)間t后，便可接收到從界面反射回來的回波信號(hào)。,測(cè)量原理,根據(jù)傳聲介質(zhì)的不同可以分為：液介式、氣介式、固介式三種。,V-超聲波在液體中的傳播速度H-從探頭至界面的距離（被測(cè)介質(zhì)物位高度）T-超聲波從探頭發(fā)射至液面反射回來的時(shí)間,常見儀表的工作原理,超聲波物位計(jì),超聲波物位計(jì)由超聲波發(fā)射、接收器（探頭）及顯示儀表組成。,超聲波物位計(jì)原理框圖,超聲波物位計(jì)的原理物位計(jì)以微處理機(jī)8031單片機(jī)為核心，進(jìn)行超聲波的發(fā)射、接收控制和數(shù)據(jù)處理，具有聲速溫度補(bǔ)償功能及自動(dòng)增益控制功能。,常見儀表的工作原理,自動(dòng)成份分析儀表按原理分類:1.熱導(dǎo)式;2.熱磁式;3.磁壓式;4.磁機(jī)械式;5.氧化鋯式;6.電化學(xué)式;7.紅外線;8.工業(yè)酸度計(jì);9.工業(yè)電導(dǎo)儀;10.溶解氧；11.密度計(jì);12.有毒氣體報(bào)警器;13.色譜儀;14.質(zhì)譜儀。按測(cè)量介質(zhì)分類：1.氣體分析；2.液體分析。,常見儀表的工作原理,自動(dòng)成份分析儀表組成被測(cè)介質(zhì)采樣處理單元組分的解析與分離單元檢測(cè)器和傳感器信號(hào)處理單元信號(hào)顯示單元數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)庫(kù),常見儀表的工作原理,自動(dòng)成份分析儀表特點(diǎn)在線分析儀器與實(shí)驗(yàn)室分析儀器相比較，有三個(gè)顯著的特點(diǎn)：第一，過程分析儀器必須有自動(dòng)取樣和試樣預(yù)處理系統(tǒng)；第二，過程分析儀器必須是完全自動(dòng)化的，即完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制；第三，過程分析儀器的精度可以低些，但是必須保證能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期運(yùn)行的穩(wěn)定性。,常見儀表的工作原理,取樣和預(yù)處理系統(tǒng)過程分析儀器出現(xiàn)的同時(shí)，就出現(xiàn)了取樣預(yù)處理系統(tǒng)。取樣預(yù)處理系統(tǒng)是聯(lián)系生產(chǎn)過程和儀器主機(jī)的橋梁。它不但要適應(yīng)儀器較為苛刻的要求，而且要受生產(chǎn)過程惡劣條件的嚴(yán)格制約。預(yù)處理系統(tǒng)制造難度不高，但設(shè)計(jì)難度很高。,常見儀表的工作原理,預(yù)處理系統(tǒng)的作用和組成,預(yù)處理系統(tǒng)作用是將取樣氣加以處理，以滿足儀器對(duì)樣氣的要求。預(yù)處理系統(tǒng)包括過濾（除塵、除機(jī)械雜質(zhì)）、壓力調(diào)節(jié)（減壓或抽引）、溫度調(diào)節(jié)（降溫或升溫）、有害或干擾成分處理（除油霧、水分、腐蝕性介質(zhì)等）、流量調(diào)節(jié)等。輔助環(huán)節(jié)包括需多點(diǎn)切換、旁路系統(tǒng)、管線吹掃、氣體混合、化學(xué)反應(yīng)或轉(zhuǎn)化、管線伴熱、排氣、排液等。,常見儀表的工作原理,取樣點(diǎn)選擇,潔凈有代表性樣氣，不能選擇層流、渦流或空氣漏人；盡可能滿足儀器對(duì)樣氣要求（溫度、濕度、含塵量、壓力、流量、非腐蝕性、非干擾性、取樣管盡量短）；易燃易爆劇毒介質(zhì)采樣時(shí)，應(yīng)考慮安全取樣和環(huán)境保護(hù)措施；便于保養(yǎng)維護(hù)；取樣點(diǎn)流速應(yīng)接近平均流速，圓形截面管道應(yīng)靠近圓心1/3半徑范圍內(nèi)，不能靠近管壁。,常見儀表的工作原理,預(yù)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則和依據(jù),保證一定的反應(yīng)速度要求。（反應(yīng)滯后不超過60秒）合理的保存信息。樣氣要有代表性，組分濃度不致發(fā)生變化。達(dá)到儀器對(duì)樣氣清潔度的要求。弄清粉塵含量變化規(guī)律后選擇合理凈化方式。樣氣要有一定的溫度、壓力、流量，特別是對(duì)堵塞使樣氣中斷應(yīng)采取措施，絕不能讓分析器降低要求去適應(yīng)粗糙的取樣預(yù)處理系統(tǒng)。盡可能排除各種可能發(fā)生的干擾因素。選擇與該流程相適應(yīng)的部件和結(jié)構(gòu)材料。（是否有腐蝕性）,常見儀表的工作原理,紅外線氣體分析儀,紅外光是一種比可見光線波長(zhǎng)長(zhǎng)，比微波的波長(zhǎng)短的電磁波，紅外分析儀通常使用的紅外線波長(zhǎng)范圍為210m(紫外線分析波長(zhǎng)180-330nm)，紅外線分析儀只能對(duì)各組分氣體中的某一種成分進(jìn)行分析。,常見儀表的工作原理,工作原理是根據(jù)某些氣體對(duì)特定波長(zhǎng)的紅外輻射有選擇吸收，且吸收程度與被測(cè)氣體濃度有關(guān)，用于連續(xù)測(cè)定氣體的相對(duì)濃度。被測(cè)氣體經(jīng)一定波長(zhǎng)紅外線照射后，會(huì)吸收掉一部分紅外線能量E,只有通過物質(zhì)的紅外光線的頻率與物質(zhì)分子本身的特定頻率相同，這種分子才能吸收紅外光線的輻射能。特點(diǎn)：1.能測(cè)量多種氣體：可分析CO、CO2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6、SO2、NH3等近三十種氣體。紅外線分析儀不能分析單原子（惰性氣體）和雙原子氣體（氫、氧、氮等）。2.測(cè)量范圍寬：上限可到100%下限可到幾個(gè)ppm3.靈敏度高4.測(cè)量精度高5.反應(yīng)快：一般在10秒內(nèi)6.有良好的選著性,常見儀表的工作原理,熱導(dǎo)式氣體分析儀,是出現(xiàn)最早，種類較多，應(yīng)用較廣的一類在線分析儀器，常用于分析混合氣體中的H2、Ar、CO2、NH3、SO2等多種氣體的百分含量。,常見儀表的工作原理,工作原理：基于不同氣體具有不同的導(dǎo)熱系數(shù)，混合氣體的導(dǎo)熱系數(shù)隨其組分的百分含量而變化這一物理特性來分析某一組分的百分含量。,熱導(dǎo)分析儀檢測(cè)室,常見儀表的工作原理,常見儀表的工作原理,采用鉑絲做工作橋臂和參比橋臂的不平衡電橋檢測(cè)氣體熱導(dǎo)率。參比臂、內(nèi)充參比氣體，被測(cè)氣體流過工作臂、，電橋各臂通穩(wěn)定電流加熱至一定溫度，當(dāng)被測(cè)氣體濃度與參比氣體濃度一樣時(shí)，各橋臂溫度一樣，電阻值相等，電橋平衡。當(dāng)被測(cè)氣體濃度變化，氣體熱導(dǎo)率改變，工作臂的溫度和阻值隨之改變，電橋失去平衡產(chǎn)生電信號(hào)輸出。,常見儀表的工作原理,1000C部分氣體的相對(duì)熱導(dǎo)率Air:1H2:7.130N2:0.998O2:1.015CO2:0.614NH3:0.897Ar:0.658CO:0.964SO2:0.344CH4:1.318,常見儀表的工作原理,氧含量分析儀,在化學(xué)工業(yè)中，氧氣是直接參與反應(yīng)的物質(zhì)，其含量必須控制在特定界限內(nèi)。在很多情況下，氧含量是很難檢測(cè)的，低氧量更難準(zhǔn)確確定。工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用氧分析儀越來越廣泛。各種原理的氧分析儀都有其應(yīng)用的局限性。,常見儀表的工作原理,1.磁力機(jī)械式氧分析2.磁性壓力式氧分析儀3.熱磁式氧分析儀4.氧化鋯式氧分析儀5.電化學(xué)原電池式氧分析儀6.新型燃料電池傳感器氧分析儀,按工作原理分類：,常見儀表的工作原理,磁力機(jī)械式氧分析儀1.磁力機(jī)械式氧分析儀又稱啞鈴式氧分析儀，是利用氧的順磁性原理（法拉第原理）。2.氧分子在磁場(chǎng)中有很強(qiáng)的順磁性，是區(qū)分氧氣與樣氣中其他氣體成分的有效手段。3.氧分析儀的傳感器由一對(duì)充滿氮?dú)獾氖⒉Ａ♀徢蚪M成，啞鈴球周圍環(huán)繞有一根鉑絲，形成電反饋回路，啞鈴球懸垂在磁場(chǎng)中，正中裝有一個(gè)小反射鏡。,常見儀表的工作原理,4.當(dāng)啞鈴周圍有氧分子時(shí)，在磁場(chǎng)作用下，氧分子被磁場(chǎng)吸引而形成一定的壓力差，推動(dòng)啞鈴球體發(fā)生偏轉(zhuǎn)。5.氧濃度越高，偏轉(zhuǎn)角度越大。6.由光源、反射鏡及光敏元件組成的精密光學(xué)系統(tǒng)測(cè)出這一偏轉(zhuǎn)并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。7.該信號(hào)由放大器放大后，經(jīng)反饋電路形成電流回路，在磁場(chǎng)作用下，迫使啞鈴回復(fù)原平衡位置。此回路中電流值與氧濃度成正比。,常見儀表的工作原理,熱磁式氧分析儀,1.工作原理：利用具有極高磁化率的氧氣，在非均勻磁場(chǎng)作用下形成“熱磁對(duì)流”（磁風(fēng)），對(duì)敏感元件產(chǎn)生冷卻作用而工作的。,常見儀表的工作原理,2.不含氧的混合氣體進(jìn)入測(cè)量環(huán)室，則氣體分兩路經(jīng)過環(huán)型氣路兩旁通道流出環(huán)室。處于環(huán)室氣路中間的水平管道，因其兩端氣壓相同，故不形成氣流。3.當(dāng)有氧的混合氣體進(jìn)入環(huán)室時(shí)，氧被吸入水平管道的磁場(chǎng)內(nèi)。由于水平管道上繞有被加熱的鉑絲電橋臂I、，進(jìn)入的氧將受熱而溫度升高。4.由于氧的磁化率隨溫度升高而降低，這樣就減弱了磁場(chǎng)對(duì)它們的吸引力，受熱的氧分子將不斷被冷的氧分子所補(bǔ)充而排出磁場(chǎng)。5.因此，在水平管道中形成了氧的對(duì)流，一般稱之為“熱磁對(duì)流”或稱“磁風(fēng)”。,常見儀表的工作原理,調(diào)節(jié)閥的組成及分類調(diào)節(jié)閥又稱控制閥，它是過程控制系統(tǒng)中用動(dòng)力操作去改變流體流量的裝置。調(diào)節(jié)閥由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥組成，執(zhí)行機(jī)構(gòu)起推動(dòng)作用，而閥起調(diào)節(jié)流量的作用。調(diào)節(jié)閥的產(chǎn)品類型很多，按其能源方式不同主要分為氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、液動(dòng)調(diào)節(jié)閥、智能調(diào)節(jié)閥四大類，我廠現(xiàn)在使用的基本上是氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，即以壓縮空氣為動(dòng)力源的調(diào)節(jié)閥。在此僅介紹氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的組成與分類。按調(diào)節(jié)型式：調(diào)節(jié)型、切斷型、調(diào)節(jié)切斷型三種按移動(dòng)型式：直行程和角行程兩種按流量特性：直線、等百分比、拋物線、快開四種按上閥蓋型式：普通型、散熱型、長(zhǎng)頸型、波紋管密封型四種按閥芯形狀：平板形、柱塞形、窗口形、套筒形、多級(jí)形、偏旋形、蝶形、球形等,常見儀表的工作原理,氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)將控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的動(dòng)作來控制閥內(nèi)截流件的位置或其它調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的裝置。它按信號(hào)壓力的大小產(chǎn)生相應(yīng)的推力，使推桿產(chǎn)生相應(yīng)的位移，而帶動(dòng)調(diào)節(jié)閥芯動(dòng)作，達(dá)到調(diào)節(jié)的目的。分為：氣動(dòng)薄膜式執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣動(dòng)活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu),常見儀表的工作原理,氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)它是最常用的機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作可靠、維修方便、價(jià)格低廉。氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)分正作用和反作用兩種型式，國(guó)產(chǎn)型號(hào)為ZMA（正作用）和ZMB（反作用）。信號(hào)壓力一般是20100kPa，膜片使用信號(hào)壓力不應(yīng)大于250kPa，氣源壓力的最大值為500kPa。信號(hào)壓力增加時(shí)推桿向下動(dòng)作的叫正作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)；信號(hào)壓力增加時(shí)推桿向上動(dòng)作的叫反作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)。其均由上、下膜蓋、波紋薄膜片、推桿、托盤、支架、壓縮彈簧、彈簧座、調(diào)節(jié)件、標(biāo)尺等組成。在正作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)上加一個(gè)裝有O形密封圈的填塊，只要更換個(gè)別零件，即可變?yōu)榉醋饔脠?zhí)行機(jī)構(gòu)。,常見儀表的工作原理,氣動(dòng)活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣動(dòng)活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要是由氣缸、活塞、氣缸蓋、密封圈、支架、推桿、調(diào)節(jié)件、限位螺栓、標(biāo)尺等組成。它有帶彈簧和不帶彈簧兩種結(jié)構(gòu)形式。其氣缸允許操作壓力可達(dá)700kPa，故輸出力大，適用于高壓差、高靜壓及緊急切斷等場(chǎng)合。按輸出特性它分比例式和兩位式兩種。所謂比例式是指輸入信號(hào)壓力與推桿的行程成比例關(guān)系，這時(shí)它必須帶閥門定位器。兩位式是根據(jù)輸入執(zhí)行機(jī)構(gòu)活塞兩側(cè)的操作壓力差來完成的?；钊筛邏簜?cè)推向低壓側(cè)，就使推桿由一個(gè)極端位置移到另一個(gè)極端位置，故其只控制閥的開關(guān)動(dòng)作（二位式一般為無彈簧結(jié)構(gòu)）?；钊麍?zhí)行機(jī)構(gòu)的行程一般為10100mm或090,常見儀表的工作原理,閥閥是調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)部分，它直接與介質(zhì)接觸，由執(zhí)行機(jī)構(gòu)推桿的位移，改變調(diào)節(jié)閥內(nèi)的節(jié)流面積，達(dá)到調(diào)節(jié)的作用。閥是由閥體、上閥蓋組件、下閥蓋、閥內(nèi)件等組成。上閥蓋組件包括上閥蓋和填料函及填料。閥內(nèi)件是指與流體接觸并可拆卸的，起到改變節(jié)流面積和截流件導(dǎo)向等作用的零件總稱，例如閥芯、閥座、閥桿、導(dǎo)向套、套筒等。,常見儀表的工作原理,直通單、雙座調(diào)節(jié)閥它們均由上、下閥蓋、閥體、閥芯、閥座、閥桿、填料和壓板等零部件組成。上、下閥蓋都裝有襯套，為閥芯移動(dòng)起導(dǎo)向作用；由于上、下都有導(dǎo)向作用，故稱為雙導(dǎo)向，但對(duì)公稱直徑DN25mm的調(diào)節(jié)閥一般無下閥蓋，閥芯為單導(dǎo)向。單座閥特點(diǎn)是泄漏量小、易于保證關(guān)閉，但介質(zhì)對(duì)閥芯推力大即不平衡力大。雙座閥的特點(diǎn)是流通能力較單座閥大約2025%，不平衡力小，允許壓差大，但是泄漏量較大。,常見儀表的工作原理,角形閥角形調(diào)節(jié)閥閥體為直角形結(jié)構(gòu)，它流路簡(jiǎn)單，阻力小，適用于高壓差、高粘度，含懸浮物和顆粒狀物質(zhì)流體的調(diào)節(jié)，可以避免結(jié)焦、堵塞，也便于自凈和清洗。其一般使用于底進(jìn)側(cè)出的場(chǎng)合，這樣可使調(diào)節(jié)閥有較好的穩(wěn)定性。但在高壓差或顆粒多的場(chǎng)合下，為延長(zhǎng)閥芯使用壽命，可采用側(cè)進(jìn)底出，但這時(shí)在開度小時(shí)容易產(chǎn)生振蕩。,常見儀表的工作原理,高壓調(diào)節(jié)閥高壓閥是一種適用于高靜壓和高壓差調(diào)節(jié)的特殊閥門，為多角形單座結(jié)構(gòu)，最大公稱壓力可達(dá)32MPa。這種閥的閥體多為鍛造結(jié)構(gòu)，填料函與閥體做成一體，閥座與下閥體分開，該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，內(nèi)件易配換。但閥芯為單導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，只能用正裝式，因不平衡力大，一般要配用閥門定位器。,常見儀表的工作原理,套筒調(diào)節(jié)閥套筒閥也稱籠式閥，它的閥體與一般直通單座閥相似，但閥內(nèi)有一個(gè)圓柱形套筒，根據(jù)流通能力的大小要求，套筒開有四個(gè)、兩個(gè)或一個(gè)的窗口，窗口形狀由何種流量特性來取決。閥芯利用套筒導(dǎo)向在其中上下移，來改變窗口的節(jié)流面積，形成各種流量特性并實(shí)現(xiàn)流量調(diào)節(jié)。由于套筒閥采用平衡型的閥芯結(jié)構(gòu)，閥芯和套筒側(cè)面導(dǎo)向，因此不平衡力小，穩(wěn)定性好，不易振蕩，允許調(diào)節(jié)壓差也大，且維修方便并有降噪聲的作用。,常見儀表的工作原理,蝶閥蝶閥的形式較多，除普通型外，還有高溫型、切斷型、偏心型、軟密封型，以及采用各種不同作用的閥板構(gòu)成的蝶閥。它阻力小，結(jié)構(gòu)緊湊，壽命長(zhǎng)，特別適用于低壓差、大口徑、大流量氣體和帶有懸浮物流體的場(chǎng)合，一般泄漏較大。但也有高性能、低泄漏量的蝶閥結(jié)構(gòu)，如我廠空分系統(tǒng)用的軟密封切斷、調(diào)節(jié)蝶閥。它的流量特性在轉(zhuǎn)角60前與等百分比相似，60以后轉(zhuǎn)矩增大，工作不穩(wěn)定，特性變差，故蝶閥常在75轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)使用。,常見儀表的工作原理,球閥氣動(dòng)球閥按閥芯型式可分為O形球閥和V形球閥，從全開位置到全關(guān)位置的轉(zhuǎn)角為90。O形球閥：其球體上開有一個(gè)直徑與管道直徑相等的通孔，球體可在密封座中旋轉(zhuǎn)。一般作二位調(diào)節(jié)用，流量特性為快開。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便，密封可靠，流通能力大，流體進(jìn)入閥門沒有方向性。V形球閥：它的球體上開有一個(gè)V形口，隨著球的旋轉(zhuǎn)，開口面積發(fā)生變化，但開口面形狀始終保持為三角形，流量特性近似等百分比，可調(diào)比大。特點(diǎn)與O形球閥類似，但其V形口與閥座之間具有剪切作用，適用于纖維狀、漿狀的流體，關(guān)閉性能好。,常見儀表的工作原理,偏心旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)閥偏旋閥又稱凸輪撓曲閥，它動(dòng)作過程是球面閥芯的中心線與轉(zhuǎn)軸中心偏離，轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)閥芯偏心旋轉(zhuǎn)，由于這種偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使閥芯向前下方進(jìn)入閥座，工作時(shí)轉(zhuǎn)軸運(yùn)行是由氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)來驅(qū)動(dòng)，推桿的運(yùn)動(dòng)通過曲柄傳給轉(zhuǎn)軸。該閥特點(diǎn)是閥芯與閥座閉合時(shí)依靠柔臂的彈性變形，自動(dòng)對(duì)中，密封性好，泄漏量小，流路簡(jiǎn)單，流體阻力小，流通能力大，不平衡力小，可耐受較高溫度，允許壓差大，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小重量輕，價(jià)格低廉。,常見儀表的工作原理,常見儀表的工作原理,常見儀表的工作原理,常見儀表的工作原理,常見儀表的工作原理,常見儀表的工作原理,閥門定位器閥門定位器是調(diào)節(jié)閥的主要附件，可分為氣動(dòng)閥門定位器和電-氣閥門定位器。動(dòng)閥門定位器接受氣動(dòng)信號(hào)0.020.1MPa，輸出0.020.1MPa。電-氣閥門定位器將420mADC的電信號(hào)，轉(zhuǎn)換成0.020.1MPa的氣壓，并按氣動(dòng)閥門定位器的功能進(jìn)行工作。閥門定位器接受調(diào)節(jié)器輸出的控制信號(hào)，去驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)閥動(dòng)作，并利用閥桿的位移進(jìn)行反饋，將位移信號(hào)直接與閥位比較，改善閥桿行程的線性度，克服閥桿的各種附加摩擦力，消除被調(diào)介質(zhì)在閥上產(chǎn)生的不平衡力的影響，從而使閥位對(duì)應(yīng)于調(diào)節(jié)器的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)正確定位。,常見儀表的工作原理,目錄,儀表專業(yè)的基本概念,常見儀表的工作原理,現(xiàn)場(chǎng)問題的分析判斷,實(shí)際操作的注意事項(xiàng),控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí),.,生產(chǎn)過程自動(dòng)控制,自動(dòng)控制技術(shù)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防和科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化中起著十分重要的作用，自動(dòng)控制水平的高低也是衡量一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)先進(jìn)與否的重要標(biāo)志之一。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)的發(fā)展，自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用日益廣泛，其重要作用也越來越顯著。,生產(chǎn)過程自動(dòng)控制（簡(jiǎn)稱過程控制）是自動(dòng)控制技術(shù)在石油、化工、電力、冶金、機(jī)械、輕工、紡織等生產(chǎn)過程的具體應(yīng)用，是自動(dòng)化技術(shù)的重要組成部分。,控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí),.,過程控制系統(tǒng)特點(diǎn),生產(chǎn)過程的連續(xù)性在過程控制系統(tǒng)中，大多數(shù)被控過程都是以長(zhǎng)期的或間歇形式運(yùn)行，在密閉的設(shè)備中被控變量不斷的受到各種擾動(dòng)的影響。被控過程的復(fù)雜性過程控制涉及范圍廣，被控對(duì)象較復(fù)雜控制方案的多樣性過程控制系統(tǒng)的控制方案非常豐富,控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí),自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用范疇,宇航方面：同步衛(wèi)星（隨動(dòng)控制系統(tǒng)）衛(wèi)星的發(fā)射與回收（神州飛船，航天飛機(jī)）自動(dòng)關(guān)機(jī)、點(diǎn)火系統(tǒng)軍事方面：火炮自動(dòng)點(diǎn)火、巡航導(dǎo)彈其他方面：農(nóng)業(yè)（病蟲害防治、專家系統(tǒng)）社會(huì)科學(xué)（計(jì)劃生育，人口增長(zhǎng)模型）現(xiàn)代管理：辦公自動(dòng)化工業(yè)生產(chǎn)：自動(dòng)車床、加熱爐、發(fā)酵罐,控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí),過程控制的主要內(nèi)容,自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)利用各種檢測(cè)儀表對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行測(cè)量、指示或記錄自動(dòng)信號(hào)和聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)自動(dòng)信號(hào)系統(tǒng)：當(dāng)工藝參數(shù)超出要求范圍，自動(dòng)發(fā)出聲光信號(hào)聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)：達(dá)到危險(xiǎn)狀態(tài)，打開安全閥或切斷某些通路，必要時(shí)緊急停車,控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí),自動(dòng)操縱及自動(dòng)開停車系統(tǒng)自動(dòng)操縱系統(tǒng)：根據(jù)預(yù)先規(guī)定的步驟自動(dòng)地對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行某種周期性操作自動(dòng)開停車系統(tǒng)：按預(yù)先規(guī)定好的步驟將生產(chǎn)過程自動(dòng)的投入運(yùn)行或自動(dòng)停車自動(dòng)控制系統(tǒng)：利用自動(dòng)控制裝置對(duì)生產(chǎn)中某些關(guān)鍵性參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)控制，使他們?cè)谑艿酵饨鐢_動(dòng)的影響而偏離正常狀態(tài)時(shí)，能自動(dòng)的回到規(guī)定范圍。,過程控制的主要內(nèi)容,控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí),過程控制系統(tǒng)的組成,過程控制系統(tǒng),檢測(cè)元件（裝置）,控制器,執(zhí)行器（裝置）,檢測(cè)被控制的物理量,將設(shè)定值與測(cè)量信號(hào)進(jìn)行比較，求出它們之間的偏差,然后按照預(yù)先選定的控制規(guī)律進(jìn)行計(jì)算并將計(jì)算結(jié)果作為控制信號(hào)送給執(zhí)行裝置,作用是接受控制器的控制信號(hào)，直接推動(dòng)被控對(duì)象，使被控變量發(fā)生變化,控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí),過程控制系統(tǒng)的主要類型,閉環(huán)控制系統(tǒng),指控制器與被控對(duì)象之間既有順向控制又有反向聯(lián)系的控制系統(tǒng)。,閉環(huán)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：,不管任何擾動(dòng)引起被控變量偏離設(shè)定值，都會(huì)產(chǎn)生控制作用去克服被控變量與設(shè)定值的偏差。,閉環(huán)控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)：,由于閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制作用只有在偏差出現(xiàn)后才產(chǎn)生，當(dāng)系統(tǒng)的慣性滯后和純滯后較大時(shí)，控制作用對(duì)擾動(dòng)的克服不及時(shí)，從而使其控制質(zhì)量大大降低。,控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí),過程控制系統(tǒng)的主要類型,閉環(huán)控制系統(tǒng)分類,根據(jù)設(shè)定值分為定值控制系統(tǒng)，隨動(dòng)控制系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)。,定值控制系統(tǒng),特點(diǎn)：設(shè)定值是固定不變的閉環(huán)控制系統(tǒng)稱為定值控制系統(tǒng)。,作用：克服擾動(dòng)的影響，使被控變量保持在工藝要求的數(shù)值上,控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí),過程控制系統(tǒng)的主要類型,隨動(dòng)控制系統(tǒng),特點(diǎn)：設(shè)定值是一個(gè)未知的變化量的閉環(huán)控制系統(tǒng)稱為隨動(dòng)控制系統(tǒng)。,作用：以一定的精度跟隨設(shè)定值的變化而變化,自動(dòng)平衡電位差計(jì)的方框圖,控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí),過程控制系統(tǒng)的主要類型,程序控制系統(tǒng),特點(diǎn)：設(shè)定值是變化的，且按一定時(shí)間程序變化的時(shí)間函數(shù),程序控制系統(tǒng)可以看成是隨動(dòng)控制系統(tǒng)的特殊情況，其分析研究方法與隨動(dòng)控制系統(tǒng)相同。,作用：以一定的精度跟隨設(shè)定值的變化而變化,控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí),過程控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)及要求,常見典型信號(hào),階躍信號(hào)、斜坡信號(hào)、脈沖信號(hào)、加速度信號(hào)和正弦信號(hào)等。,階躍信號(hào),數(shù)學(xué)表達(dá)式為：,當(dāng)A=1時(shí)稱為單位階躍信號(hào)。,特點(diǎn),易產(chǎn)生對(duì)系統(tǒng)輸出影響大便于分析和計(jì)算,控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí),在階躍信號(hào)作用下，被控變量隨時(shí)間的變化有以下幾種形式,1.發(fā)散振蕩過程曲線所示,5.非振蕩發(fā)散過程曲線所示,3.等幅振蕩過程曲線所示,4.衰減振蕩過程曲線所示,2.非振蕩衰減過程曲線所示,過程控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)及要求,控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí),.,簡(jiǎn)單控制,簡(jiǎn)單控制（單回路控制）由一個(gè)受控對(duì)象、一個(gè)測(cè)量變送器、一個(gè)控制器和一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（控制閥）所組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)。,簡(jiǎn)單溫度控制系統(tǒng),溫度控制系統(tǒng)方框圖,控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí),.,串級(jí)控制,基本原理及結(jié)構(gòu)在多回路控制系統(tǒng)中，有兩個(gè)被控過程、兩套測(cè)量變送裝置、兩臺(tái)控制器和一個(gè)控制閥構(gòu)成的系統(tǒng)稱為串級(jí)控制系統(tǒng)。,控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí),比值控制的類型,單閉環(huán)比值控制系統(tǒng),特點(diǎn)-兩種物料流量之比較為精確，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)施方便。不足-兩種物料的總量（F1F）不固定。,控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí),雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng),比值控制的類型,特點(diǎn)-兩種物料流量之比精確，其總量（F1F）基本保持不變。不足-系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，使用的儀表較多，投資較大，系統(tǒng)調(diào)整比較復(fù)雜。使用場(chǎng)合-主流量干擾頻繁，工藝不允許有較大波動(dòng)或工藝上經(jīng)常需要提升負(fù)荷的場(chǎng)合。,控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí),前饋控制,前饋控制系統(tǒng)與反饋控制比較,前饋控制比反饋控制及時(shí)有效前饋控制屬于開環(huán)控制系統(tǒng)，反饋控制是閉環(huán)控制系統(tǒng)前饋控制使用的實(shí)施對(duì)象特性而定的專用控制器，反饋控制采用通用PID控制器一種前饋?zhàn)饔弥荒芸朔环N干擾，反饋控制只用一個(gè)控制器就可克服多個(gè)干擾,控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí),均勻控制,均勻控制的基本概念,均勻控制是在連續(xù)生產(chǎn)過程中各種設(shè)備前后緊密聯(lián)系的情況下提出來的一種特殊的液位（或氣壓）流量控制。其目的在于使液位保持在一個(gè)允許的變化范圍，而流量保持平穩(wěn)。,控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí),均勻控制,小結(jié)：均勻控制系統(tǒng)，是指兩個(gè)工藝參數(shù)在規(guī)定范圍內(nèi)能緩慢地、均勻地變化，使前后設(shè)備在物料供求上相互兼顧，均勻協(xié)調(diào)的系統(tǒng)。,構(gòu)成均勻控制系統(tǒng)，液位和流量?jī)蓚€(gè)參數(shù)的變化應(yīng)滿足如下要求：,1.兩個(gè)參數(shù)在控制過程中都應(yīng)該是變化的，且變化是緩慢的。,2.兩個(gè)參數(shù)必須在允許的范圍內(nèi)變化，均勻控制要求在最大干擾作用下，液位在塔釜的上下限內(nèi)波動(dòng)，而流量應(yīng)在一定的范圍內(nèi)平穩(wěn)漸變，避免對(duì)后段工序產(chǎn)生較大的干擾。,控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí),分程控制,由一個(gè)控制器的輸出信號(hào)分段分別去控制兩個(gè)或兩個(gè)以上控制閥動(dòng)作的系統(tǒng)稱為分程控制系統(tǒng),控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí),選擇性控制,選擇性控制系統(tǒng)-當(dāng)生產(chǎn)操作趨向限制條件時(shí)，一個(gè)用