过程仪表基础知识

过程仪表制作人：董祥波目录第一章：仪表基础知识第二章：温度测量仪表第三章：压力测量仪表第四章：流量测量仪表第五章：物位测量仪表第六章：过程分析仪表第七章：执行机构第八章：DCS系统介绍第一章仪表基础知识一、基本概念1、过程参数检测基本概念▀过程参数检测-----指连续生产过程中的温度、压力、流量、液位、和成分等参数的检测。▀检测仪表-----将检测元件、变送器及显示装置统称为检测仪表。▀一次仪表-----一般为将被测量转换为便于计量的物理量所使用的仪表。▀二次仪表-----将测得的信号变送转换为可计量的标准电、气信号并显示的仪表。即包括变送器和显示装置。2、测量过程与测量误差▀测量过程-----利用一个已知的单位量(即标准量)与被测的同类量进行比较的过程，即用仪器获取数据各方面信息的过程。▀测量误差-----在测量过程中测量结果与被测量的真值之间会有一定的差值。它反映了测量结果的可靠程度。3、测量误差的分类按误差的数值表示来分，分为绝对误差、相对误差和引用误差▀绝对误差-----指测量结果与被测量的真值之差。▀相对误差-----指绝对误差与真值或测量值之百分比。▀引用误差-----指绝对误差与测量范围上限值或测量仪表量程的比值，以百分数表示。工业仪表通常用引用误差来表示仪表的准确程度。按误差出现的规律来分，可分为系统误差、随机误差和疏忽误差。▀系统误差-----指测量仪表本身或其他原因(如零点没有调整好等)引起的有规律的误差。▀随机误差-----指在测量中所出现的没有一定规律的误差。▀疏忽误差-----指观察人员误读或不正确使用仪器与测试方法等人为因素所引起的误差。按仪表使用的条件来分，有基本误差、附加误差▀基本误差-----指仪表在规定的正常工作条件下所具有的误差。▀附加误差-----指仪表超出规定的正常工作条件时所增加的误差。4、仪表分类▀检测与过程控制仪表最通用的分类，是按仪表在测量与控制系统中的作用进行划分，一般分为检测仪表、显示仪表、调节（控制）仪表和执行器4大类。▀检测仪表根据被测变量分为：压力仪表、温度仪表、流量仪表、物位仪表、成分分析仪表。在工程上仪表性能指标通常用准确度（又称精度）、变差、灵敏度来描述。仪表工校验仪表通常也是调校精确度、变差和灵敏度三项。1、准确度和准确度等级▀仪表精确度：简言之就是仪表测量值接近真值的准确程度，通常用相对百分误差（也称相对折合误差）表示。▀准确度等级：在工业测量中，为了便于表示仪表的质量，通常用准确度等级来表示仪表的准确程度。准确度等级就是最大引用误差去掉正、负号及百分号。准确度等级是衡量仪表质量优劣的重要指标。我国工业仪表等级一般划分为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0七个等级。▀仪表准确度习惯上称精度，准确度等级习惯上称为精度等级二、仪表主要性能指标2、变差▀变差:是指仪表被测变量（可理解为输入信号）多次从不同方向达到同一数值时，仪表指示值之间的最大差值，或者说是仪表在外界条件不变的情况下，被测参数由小到大变化（正向特性）和被测参数由大到小变化（反向特性）不一致的程度，两者之差即为仪表变差。变差大小取最大绝对误差与仪表标尺范围之比的百分比。变差产生的主要原因:是仪表传动机构的间隙，运动部件的摩擦，弹性元件滞后等。取胜着仪表制造技术的不断改进，特别是微电子技术的引入，许多仪表全电子化了，无可动部件，模拟仪表改为数字仪表等等，所以变差这个指标在智能型仪表中显得不那么重要和突出了。3、灵敏度▀灵敏度:是指仪表对被测参数变化的灵敏程度，或者说是对被测的量变化的反应能力，是在稳态下，输出变化增量对输入变化增量的比值.灵敏度有时也称“放大比”，也是仪表静特性贴切线上各点的斜率。增加放大倍数可以提高仪表灵敏度，单纯加大灵敏度并不改变仪表的基本性能，即仪表精度并没有提高，相反有时会出现振荡现象，造成输出不稳定。仪表灵敏度应保持适当的量。然而对于仪表用户，诸如化工企业仪表工来讲，仪表精度固然是一个重要指标，但在实际使用中，往往更强调仪表的稳定性和可靠性，因为化工企业检测与过程控制仪表用于计量的为数不多，而大量的是用于检测。另外，使用在过程控制系统中的检测仪表其稳定性、可靠性比精度更为重要。4、复现性（又叫重复性）▀测量复现性（重复性）:是在不同测量条件下，如不同的方法，不同的观测者，在不同的检测环境对同一被检测的量进行检测时，其测量结果一致的程度。测量复现性必将成为仪表的重要性能指标。5、稳定性▀稳定性:在规定工作条件内，仪表某些性能随时间保持不变的能力称为稳定性（度）。仪表稳定性是化工企业仪表工十分关心的一个性能指标。由于化工企业使用仪表的环境相对比较恶劣，被测量的介质温度、压力变化也相对比较大，在这种环境中投入仪表使用，仪表的某些部件随时间保持不变的能力会降低，仪表的稳定性会下降。徇或表征仪表稳定性现在尚未有定量值，化工企业通常用仪表零漂移来衡量仪表的稳定性。仪表投入运行一年之中零位没有漂移，相反仪表投入运行不到3个月，仪表零位就变了，说明仪表稳定性不好。仪表稳定性的好坏直接关系到仪表的使用范围，有时直接影响化工生产，仪表稳定性不好造成的影响往往比仪表精度下降对化工生产的影响还要大。仪表稳定性不好仪表维护量也大，是仪表工最不希望出现的事情。6、可靠性▀可靠性:仪表可靠性是化工企业仪表工所追求的另一重要性能指标。可靠性和仪表维护量是相反相成的，仪表可靠性高说明仪表维护量小，反之仪表可靠性差，仪表维护量就大。对于化工企业检测与过程控制仪表，大部分安装在工艺管道、各类塔、釜、罐、器上，而且化工生产的连续性，多数有毒、易燃易爆的环境，这些恶劣条件给仪表维护增加了很多困难，一是考虑化工生产安全，二是关系到仪表维护人员人身安全，所以化工企业使用检测与过程控制仪表要求维护量越小越好，亦即要求仪表可靠性尽可能地高。随着仪表更新换代，特别是微电子技术引入仪表制造行业，使仪表可靠性大大提高。仪表生产厂商对这个性能指标也越来越重视，通常用平均无故障时间MTBF来描述仪表的可靠性。一台全智能变送器的MTBF比一般非智能仪表如电动Ⅲ变送器要高10倍左右，它可高达100~390年。举例PDT-2120P—代表压力D—代表差压T—代表传送或变送器三、仪表位号的表示方法1、仪表位号的组成2、被测变量和仪表功能的字母代号第一节热量传递的方式本节的主要内容一、热传导二、对流传热三、辐射传热第二章、温度测量仪表在环境工程中，很多过程涉及加热和冷却：对水或污泥进行加热；对管道及反应器进行保温以减少系统的热量散失；在冷却操作中移出热量。传热是极普遍的过程：凡是有温差存在的地方，就必然有热量传递。环境工程中涉及的传热过程主要有两种情况：强化传热过程，如各种热交换设备中的传热；削弱传热过程，如对设备和管道的保温，以减少热量损失。传热速率问题物体由于热的原因而发出辐射能的过程。根据传热机理的不同，热的传递主要有三种方式：热传导对流传热辐射传热通过物质的分子、原子和电子的振动、位移和相互碰撞发生的热量传递过程。流体中质点发生相对位移而引起的热量传递过程，仅发生在液体和气体中。通常认为是流体与固体壁面之间的热传递过程。物体各部分之间无宏观运动本节思考题(1)什么是热传导？(2)什么是对流传热？分别举出一个强制对流传热和自然对流传热的实例。(3)简述辐射传热的过程及其特点。(4)试分析在居室内人体所发生的传热过程，设室内空气处于流动状态。(5)若冬季和夏季的室温均为18℃，人对冷暖的感觉是否相同？在哪种情况下觉得更暖和？为什么？第二节、基本概念▀温度：反映了物体冷热的程度，与自然界中的各种物理和化学过程相联系。▀温度概念的建立及测量：以热平衡为基础的，▀温度最本质的性质：当两个冷热程度不同的物体接触后就会产生▀导热换热，换热结束后两物体处于热平衡状态，则它们具有相同的温度。▀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（零点）和测量温度的基本单位。目前国际上用得较多的温标有华氏温标、摄氏温标、热力学温标和国际实用温标。▀华氏温标（ºF）规定：在标准大气压下，冰的熔点为32度，水的沸点为212度，中间划分180等分，每等份为华氏1度，符号为ºF。▀摄氏温度（℃）规定：在标准大气压下，冰的熔点为0度，水的沸点为100度，中间划分100等分，每等份为摄氏1度，符号为℃。▀摄氏温度值t和华氏温度值tF有如下关系：▀热力学温标又称开尔文温标，或称绝对温标，它规定分子运动停止时的温度为绝对零度，记符号为K。▀热力学温度T（K）与摄氏温度t的关系是：T（K）=273.15+t(℃)。CttF)32(95第三节、温度测量仪表的分类▀按使用的测量范围分常把测量600℃以上的测温仪表叫高温计；测量600℃以下的测温仪表叫温度计▀按用途分标准仪表和实用仪表▀按工作原理分分为膨胀式温度计、压力式温度计、热电偶温度计、热电阻温度计和辐射高温计五类▀按测量方式分分为接触式与非接触式两大类。前者测温元件直接与被测介质接触，这样可以使被测介质与测温元件进行充分地热交换而达到测温目的；后者测温元件与被测介质不接触，通过辐射或对流实现热交换来达到测温的目的。第三节、温度测量仪表的分类1、接触式测温温度敏感元件与被测对象接触，经过换热后两者温度相等。(1)膨胀式温度计(2)热电阻温度计(3)热电偶温度计(4)其他原理的温度计直观、可靠，测量仪表也比较简单特点缺点：由于测温元件与被测对象必须经过充分的热交换且达到平衡后才能测量，这样容易破坏被测对象的温度场，同时带来测温过程的延迟现象，不适于测量热容量小的对象、极高温的对象、处于运动中的对象。不适于直接对腐蚀性介质测量。2、非接触测温温度敏感元件不与被测对象接触，而是通过辐射能量进行热交换，由辐射能的大小来推算被测物体的温度。(1)辐射式温度计(2)红外线温度计：特点不与被测物体接触，不破坏原有的温度场。精度一般不高。缺点：容易受到外界因素的干扰，测量误差较大，且结构复杂，价格比较昂贵。测温方式温度计种类优点缺点使用范围／℃接触式测温仪表玻璃液体温度计结构简单、使用方便、测量准确、价格低廉容易破损、读数麻烦、一般只能现场指示,不能记录与远传-100～100（150）有机液体0～350（-30～650）水银双金属温度计结构简单、机械强度大、价格低、能记录、报警与自控精度低、不能离开测量点测量,量程与使用范围均有限0～300（-50～600）压力式温度计结构简单、不怕震动、具有防爆性、价格低廉、能记录、报警与自控精度低、测量距离较远时,仪表的滞后性较大、一般离开测量点不超过10米0～500（-50～600）液体型0～100（-50～200）蒸汽型电阻温度计测量精度高,便于远距离、多点、集中测量和自动控制结构复杂、不能测量高温,由于体积大,测点温度较困难-150～500（-200～600）铂电阻0～100（-50～150）铜电阻-50～150（180）镍电阻-100～200（300）热敏电阻热电偶温度计测温范围广,精度高,便于远距离、多点、集中测量和自动控制需冷端温度补偿,在低温段测量精度较低-20～1300（1600）铂铑10-铂-50～1000（1200）镍铬-镍硅-40～800（900）镍铬-铜镍-40～300（350）铜-铜镍非接触式测温仪表光学高温计携带用、可测量高温、测温时不破坏被测物体温度场测量时,必须经过人工调整,有人为误差,不能作远距离测量,记录和自控900～2000（700～2000）辐射高温计测温元件不破坏被测物体温度场,能作远距离测量、报警和自控、测温范围广只能测高温,低温段测量不准,环境条件会影响测量精度,连续测高温时须作水冷却或气冷却100～2000（50～2000）1、应用热膨胀原理测温测量原理物体受热时产生膨胀液体膨胀式温度计固体膨胀式温度计玻璃管温度计双金属温度计第四节、工业常用温度检测仪表2、膨胀式温度计双金属片双金属片温度计双金属温度信号器1-双金属片2-调节螺钉3-绝缘子4-信号灯感温元件:两片线膨胀系数不同的金属片叠焊在一