1、油氣儲運儀表及自動化 第一章 概述,教材： 石油儀表及自動化王克華編； （或：測量儀表與自動化杜鵑編） 適用專業(yè)： 石油加工、石油儲運、熱能工程、化工機械、石油開采、應用化學、化學工程與工藝等。 主要內(nèi)容：第一篇 測量儀表 檢測 第二篇 控制儀表 調(diào)節(jié)裝置 第三篇 過程控制 自控理論、過程控制,概述,學習本課程的目的和意義: 學習本課程的意義在于： 自動化是一門應用非常廣泛的學科：日常生活和工作、工業(yè)生產(chǎn)、 軍事、航空航天、國民經(jīng)濟調(diào)控等領域內(nèi)都有應用。自動化水平是 一個國家技術先進程度、生產(chǎn)力發(fā)達程度的重要標志。 擴大知識面，適應生產(chǎn)現(xiàn)代化需要；擴大就業(yè)途徑。 生產(chǎn)過程自動化基本概念： 就是

2、在我們所從事的行業(yè)中（化工、煉油、石油儲運等）與生產(chǎn)過程自動化結(jié)合起來，也即在上述這些連續(xù)性生產(chǎn)設備上，配備一些自動化裝置，代替操作人員的部分直接勞動，使 生產(chǎn)在不同程度上自動地進行。 實現(xiàn)化工自動化的目的是： 加快生產(chǎn)速度，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品數(shù)量和質(zhì)量； 降低勞動強度，改善勞動成本； 確保生產(chǎn)安全,本課程主要內(nèi)容 舉例,A、液位的人工控制過程,B、自動控制過程,液位計+人眼（觀測） ：檢測儀表 大腦 （思考、計算、運算）：控制器 手+手動閥 （產(chǎn)生動作） ：執(zhí)行機構 水槽（對象）,液位變送器 電動調(diào)節(jié)/控制器 自動調(diào)節(jié)閥 水槽（對象）,可根據(jù)工藝需要添加顯示、報警等裝置,章節(jié)內(nèi)容,第一節(jié)

3、 測量過程及測量誤差 測量的概念、方法、測量誤差 第二節(jié) 測量儀表的品質(zhì)指標 精度、靈敏度、變差、動態(tài)特性 第三節(jié) 測量儀表的分類與組成 儀表的組成、安全防爆知識 要求： 1.掌握測量誤差、儀表的性能及計算； 2.了解測量方法、儀表組成及分類。,第一節(jié) 測量過程及測量誤差,一、測量的概念 測量：采用實驗方法，借助專用設備，將被測量A與其單位標準量Ux比較，求得被測量數(shù)值g大小的過程。 式中 A被測值；Ux測量單位； g測量值，即被測量與所選測量單位的比值。 二、測量方法 測量方式 直接：米尺、普通溫度計等 間接：推導y=f(x1,x2 ),如求體積 接觸方式 接觸式：水銀溫度計 非接觸式：紅外

4、、超聲波、放射線,平衡方式 零位式：天平 偏差式：指針式電流表 三、測量誤差及處理 誤差的概念： 誤差分類： 按誤差表示方式分： （1）絕對誤差： 反應誤差的大小和正負 （2）相對誤差： 反應測量結(jié)果的可信度,測量誤差儀表測得的測量值 與被測真值 之差,*在理論上，真值無法真正被獲取的，故測量誤差就是指檢測儀表（精度較低）和標準表（精度較高）在同一時刻對同一被測變量進行測量所得到的2個讀數(shù)之差。 即：,x0標準表讀數(shù),（3）引用誤差： 反應測量儀表的可信度 Xmax-Xmin為儀表的量程，即測量范圍的上下限之差。 按誤差規(guī)律分： （1）系統(tǒng)誤差：相同條件下多次測量同一量時，誤差值固定或按規(guī)律變

5、化。 原因：儀表質(zhì)量問題、條件改變或可控原因。 消除：調(diào)零、修正、補償法。 （2）隨機誤差：相同條件下測量同一量時，誤差值不可預見、隨機變化。 原因：由無法控制的偶然因素造成。 消除：多次測量求平均值。 （3）疏忽誤差：誤差較大且違反常規(guī) 的誤差。 原因：人為疏忽（操作、讀數(shù)、記錄）。 消除：凡超過 的誤差，予以剔除。,第二節(jié) 測量儀表的品質(zhì)指標,一、精確度及精度等級 一臺測量范圍01000kPa的壓力測量儀表，其最大絕對誤差10kPa(在整個量程范圍內(nèi))，另一臺測量范圍0400kPa的壓力測量儀表，其最大絕對誤差5kPa， 請問哪一臺壓力檢測儀表的精度更高？,雖然后者的最大絕對誤差較小，但這

6、并不說明后者較前者精度高。如何衡量？,在自動化儀表中，通常是以最大引用誤差來衡量儀表的精確度 定義儀表的精度等級。,由于儀表的絕對誤差在測量范圍內(nèi)的各點上是不相同的，因此在工業(yè)上通常將絕對誤差中的最大值，即把最大絕對誤差折合成測量范圍的百分數(shù)表示，稱為最大引用誤差:,1.5,精度等級數(shù)值越小，表示儀表的精確度越高。 精度等級數(shù)值小于等于0.05的儀表通常用來作為標準表，而工業(yè)用表的精度等級數(shù)值一般大于等于0.5。,精確度（簡稱精度）是精密度和準確度的綜合，表示正常使用條件下所得結(jié)果的可靠程度。 允許引用誤差：簡稱允許誤差，是儀表出廠時所規(guī)定的引用誤差的最大允許值。 把儀表允許引用誤差去掉“”號

7、和“”號，便可以用來確定儀表的精度等級。 目前，按照國家統(tǒng)一規(guī)定所劃分的儀表精度等級有： 0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.25，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等。 所謂的0.5級儀表，表示該儀表允許的最大引用誤差為0.5，以此類推。 精度等級一般用一定的符號形式表示在儀表面板上：,例1：某壓力變送器測量范圍為0400kPa，在校驗該變送器時測得的最大絕 對誤差為-5kPa，請確定該儀表的精度等級。,解：先求最大引用誤差,去掉和%為1.25，因該儀表誤差超過了（）1.0級儀表所允許的最大誤差 故該變送器精度等級為1.5級,例2：根據(jù)工藝要求選擇一測量范圍為04

8、0m3/h的流量計，要求測量誤差不 超過0.5 m3/h，請確定該儀表的精度等級。,解：同樣，先求最大引用誤差,若選擇1.5級儀表其1.5%，超過了工藝允許值測量誤差 故該流量計必須選擇1.0級的流量計,結(jié)論： 工藝要求的允許誤差 儀表的允許誤差 校驗所得到的最大引用誤差,根據(jù)儀表校驗數(shù)據(jù)確定儀表等級,根據(jù)工藝要求確定儀表等級,二、靈敏度及分辨率 1、靈敏度 增加靈敏度不能提高精度，儀表刻度分格值 2、靈敏限,是表征檢測儀表對被測量變化的靈敏程度，它是指儀表輸出變化量和輸入變化量之比，即,靈敏度y/x,指針式儀表,能引起儀表指針發(fā)生位移變化的被測參數(shù)的最小變化量。 它也是靈敏度的一種反映。,3

9、、分辨力 在最低量程上，最末一位數(shù)字改變一個字表示的物理量。 4、分辨率 指數(shù)字儀表顯示的最小數(shù)值與最大數(shù)值之比。 關系：分辨率=分辨力/最低量程 例：液位儀表,最小測量范圍099.99m，最小顯示0.01m,則分辨率0.01/99.99=0.01%；分辨力為0.01m,數(shù)字式儀表,三、變差 在外界條件不變的情況下，使用同一儀表對被測變量在全量程范 圍內(nèi)進行正反行程（即逐漸由小到大和逐漸由大到?。y量時， 對應于同一被測值的儀表輸出可能不等，二者之差的絕對值即為 變差。 變差大小一般采用最大引用 誤差形式表示，即 儀表的變差不能超過儀表的允許誤差，否則 及時檢修 變差產(chǎn)生原因： 傳動機構間隙和

10、摩擦力、 彈性元件滯后等,四、動態(tài)特性 儀表動態(tài)特性是指測量隨時間變化時，儀表指示值跟隨被測量隨時間變化的特性。,第三節(jié) 測量儀表的分類與組成,一、測量儀表的分類 按所測參數(shù)不同： 壓力測量儀表、流量測量儀表、液位測量儀表、 溫度測量儀表、成分分析儀表。 按儀表示數(shù)方式： 指示型儀表、記錄型儀表、自力式儀表。 按儀表能源不同： 電動儀表、氣動儀表、液動儀表。,二、測量儀表的組成 檢測部分：感受被測變量，利用某物理效應，轉(zhuǎn)換成其他信號形式。 變換部分：將檢測元件輸出信號放大、轉(zhuǎn)換、處理（補償、線性化等）。 顯示部分：以指針、記錄筆、文字圖像形式顯示出被測量大小。 傳感器：又稱為檢測元件或敏感元件

11、，它直接響應被測變量，經(jīng)能量轉(zhuǎn)換并轉(zhuǎn)化成一個與被測變量成對應關系的便于傳送的輸出信號，如mV、V、mA、Hz、位移、力等等。 變送器：由于傳感器的輸出信號種類很多，且信號往往很微弱，一般都需要經(jīng)過變送環(huán)節(jié)的進一步處理，把傳感器的輸出轉(zhuǎn)換成如010mA、420mA等統(tǒng)一標準的模擬量信號或者滿足特定標準的數(shù)字量信號，這種檢測儀表稱為變送器。 如：1151系列；ST3000(霍尼韋爾) 、羅斯蒙特3051。 有時將傳感器稱為 一次儀表 ；將變送器和顯示裝置稱為 二次儀表。,檢測儀表結(jié)構形式 （1）開環(huán)式結(jié)構 輸出與輸入的關系：y = k1*k2*k3*x =Kx 儀表性能與各環(huán)節(jié)性能有關，儀表無法獲

12、得較高性能。,三、安全防爆基本知識,重點： 爆炸性物質(zhì)的劃分、爆炸性環(huán)境的劃分、 防爆電氣儀表的防爆形式和選擇、 本質(zhì)安全設備與系統(tǒng)的相關知識,補充：儀表防爆,防爆問題很復雜 簡單介紹 目的：有所認識 主要針對電動儀表,爆炸性物質(zhì)：氣體、蒸汽、薄霧、粉塵或纖維狀的易燃物質(zhì)與空氣 混合，點燃后燃燒將在整個范圍內(nèi)傳播的混合物稱 危險場所：具有爆炸性物質(zhì)的周圍空間稱為具有不同程度爆炸危險 的場所，簡稱.,1、防爆的基本知識：,用于危險場所的儀表與控制系統(tǒng)，必須具有防爆性能。 氣動儀表：本質(zhì)上來說具有防爆性能 電動儀表：必須采取必要的防爆措施才具有防爆性能,類：工廠用電氣設備,根據(jù)國標GB3836.1

13、規(guī)定，防爆的電氣設備分為兩類：,類：為煤礦井下用防爆電氣設備,類防爆電氣設備又分8中類型：,防爆儀表的分級和分組：,在爆炸性氣體或蒸汽中使用的儀表，引起爆炸主要有兩方面原因： 1、儀表產(chǎn)生能量過高的電火花或儀表內(nèi)部故障產(chǎn)生的火焰通過表殼的縫隙引燃儀表外的氣體或蒸汽； 2、過高的表面溫度 因此，根據(jù)上述兩個方面對II類（工廠用）防爆儀表進行了分級和分組，規(guī)定其適用范圍。,（1）按最大試驗安全間隙分級：,（2）按最小點燃電流比分級,在規(guī)定的標準實驗條件下，調(diào)節(jié)最小點燃電流，以甲烷的最小點燃電流為標準 定為1.0，其他物質(zhì)的最小點燃電流與之比較，得出最小點燃電流比（MICR）為：某物質(zhì)的最小點燃電流

14、比=某物質(zhì)的最小點燃電流/甲烷最小點燃電流 。 按爆炸性氣體、蒸汽的最小點燃電流比，可分等級： 無級： MICR=1.0級為甲烷，作為起始點,在規(guī)定的標準試驗條件下，火焰不能傳播的最大間隙稱為最大試驗安全間隙（MESG）按爆炸性氣體、蒸汽的最大試驗安全間隙可分為以下幾級： 無級： MESG=1.14mm為甲烷，作為起始點,由此可見，爆炸性氣體、蒸汽的最大安全間隙越小，最小點燃電流也越小。,或MESG,（3）爆炸性物質(zhì)的分組,爆炸性物質(zhì)按引燃溫度分組：（在沒有明火源的條件下，不同物質(zhì)加熱引燃所需要的溫度是不同的，因為自燃點不同）,按引燃溫度可分為六組，如表：,用于不同組別的防爆電器設備，其表面允

15、許最高溫度各不相同，不可隨便混用。,儀表的最高表面溫度 = 實測最高表面溫度-實測時環(huán)境溫度+規(guī)定最高環(huán)境溫度,防爆儀表的防爆標志為“Ex”； 儀表的防爆等級標志的順序為：防爆型式、類別、級別、溫度組別。 過程控制儀表常見的防爆等級有iaIICT5 (iaIICT6)和dIIBT3二種。 前者表示II類本質(zhì)安全型ia等級C級T5組；后者表示II類隔爆型B級T3組。 * 防爆儀表的分級與分組，與易燃易爆氣體或蒸汽的分級和分組是相對應的。 易爆性氣體或蒸汽級別和組別一覽表,防爆儀表的標志：,措施：防爆殼體耐壓大于10個工業(yè)大氣壓；殼體表面溫升小， 不能在通電運行的情況下打開表殼進行檢修或調(diào)校。,電

16、動控制儀表、裝置主要采用隔爆型防爆措施和本質(zhì)安全型防爆措施.注：防爆措施不同器防爆性能也不同，適合應用的危險場所也不同,2、電動儀表的防爆：,隔爆型電動控制儀表、裝置：,隔爆又稱耐壓防爆，它把能點燃爆炸混合物的儀表部件封閉在一個外殼內(nèi)， 該外殼特別牢固，能承受內(nèi)部爆炸性混合物的爆炸壓力，并阻止向殼外的 爆炸性混合物傳爆。這就是說，隔爆型儀表的殼體內(nèi)部是可能發(fā)生爆炸的， 但不會傳到殼體外面來，因此這種儀表的各部件的接合面，如儀表蓋的螺 紋圈數(shù)，螺紋精度，零點，量程調(diào)整螺釘和表殼之間，變送器的檢測部件 和轉(zhuǎn)換部件之間的間隙，以及導線口等，都有嚴格的防爆要求。,特點：儀表電路與接線端子置于防爆殼體內(nèi)

17、； 但揭開表殼就失去了防爆性能,1151系列變送器屬隔爆型,本質(zhì)安全型電動控制儀表、裝置：,又分： ia等級：在正常工作，及電路中存在一個故障或兩個故障時，均不能點燃爆炸 性氣體混合物。在ia型電路中，工作電流被限制在100mA以下 ib等級：在正常工作狀態(tài)下，以及電路中存在一個故障時，不能點燃爆炸性 氣體混合物。在ib電路中，工作電流被限帛在150mA以下。 從本質(zhì)安全角度講，ib型儀表適用于煤礦井下，ia型儀表適用于工廠。,本質(zhì)安全型防爆儀表又叫安全火花型防爆儀表，簡稱：本安儀表,特點：在正常情況或規(guī)定的故障狀態(tài)下產(chǎn)生的電火花和達到的溫度都不會引燃 爆炸性混合物。其防爆性能，不是采用通風、

18、充氣、充油、隔爆等外部措施實 現(xiàn)的，而是由電路本身實現(xiàn)的，因而是本質(zhì)安全的。它能適用于一切危險場所 和一切爆炸性氣體、蒸氣混合物，并可以在通電的情況下進行維修和調(diào)整。 但，它不能單獨使用必須和本安關聯(lián)設備（安全柵）、外部配線一起組成本 安電路，才能發(fā)揮防爆功能。,措施： 儀表采用低的工作電壓和小的工作電流； 對處于危險場所的電路，選擇適當?shù)碾娮琛㈦娙?、電感元件借以限制?火花能量,2、控制系統(tǒng)的防爆措施：,要使整個測量或控制系統(tǒng)的防爆性能符合安全火花防爆要求，必須滿足：,在危險場所使用安全火花型的防爆儀表； 在控制室儀表與危險場所儀表之間設置安全柵,安全柵作用： 限制由控制室至現(xiàn)場的能量,安全柵,安全柵,要真正實現(xiàn)安全火花防爆，必須做到： 1.必須正確地安裝安全柵和布線。 （1）安全柵必須有良好的接地。 （2）安全柵的輸入、輸出端的接線，應該分別布設，不能走同一條線槽。 （3）對由安全柵通向現(xiàn)場儀表的信號線的分布電容和分布電感有一定的限制。 （4）因為信號線與穿線管管壁之間存在的分