仪表基础知识课件

2020/2/221第一章仪表及自动化的基本知识1·仪表及自动化的产生和发展2·仪表的常用信号简介3·仪表的分类4·仪表的工作原理2020/2/222仪表发展已有悠久的历史。据《韩非子·有度》记载，中国在战国时期已有了利用天然磁铁制成的指南仪器，称为司南。古代的仪器在很长的历史时期中多属用以定向、计时或供度量衡用的简单仪器。17～18世纪，欧洲的一些物理学家开始利用电流与磁场作用力的原理制成简单的检流计；利用光学透镜制成的望远镜，奠定了电学和光学仪器的基础。其它一些用于测量和观察的各种仪器也遂逐渐得到了发展。19世纪到20世纪，工业革命和现代化大规模生产促进了新学科和新技术的发展，后来又出现了电子计算机和空间技术等，仪器仪表因而也得到迅速的发展。现代仪器仪表已成为测量、控制和实现自动化必不可少的技术工具。2020/2/223仪表的发展历史：工业自动化仪表重点发展基于现场总线技术的主控系统装置及智能化仪表、特种和专用自动化仪表；全面扩大服务领域，推进仪器仪表系统的数字化、智能化、网络化，完成自动化仪表从模拟技术向数字技术的转变，5年内数字仪表比例达到60%以上；2020/2/224仪表的分类一、常规仪表二、主控室DCS及PLC2020/2/225常用仪表的信号仪表常用的电信号包括：4—20mADC信号1—5VDC信号脉冲信号RTD（热电阻）PT100信号mV信号(热电偶)2020/2/226最常使用的一个工具2020/2/227万用表万用表又叫多用表、复用表。万用表分为指针式万用表和数字万用表引。是一种多功能、多量程的测量仪表，一般万用表可测量直流电流、直流电压、交流电流、交流电压、电阻等，还可以测交流电流、电容量、电感量。甚至是频率和三极管的放大倍数。仪表里常见用来测量4-20mADC电流信号、交流电压。24VDC电压信号、回路的通断等注意一点:就是测量不同的条件要将表笔更换到相应的插孔2020/2/228常用仪表信号常见的调节阀气源信号：20-100KPa40-200KPa80-240KPa气缸阀气源压力一般不低于450KPa2020/2/229仪表的量程：就是测量刻度上限减去刻度的下限，可不是测量能力范围的上下限。一块温度仪表的测量刻度范围为-20~100度，那么它的量程为120度。2020/2/2210图例中常见的仪表字母含义举例PDT02106P—代表压力D—代表差压T—代表传送或变送器2020/2/2211图例中常见的仪表字母含义2020/2/2212字母第一位字母后续字母被测变量修饰词功能ACDEFHIKLMPQRSTVWYZ分析电导率密度电压(电动势)流量手动电流时间或时间程序物位水分或湿度压力或真空数量或件数核辐射速度、频率温度振动、机械监视重量、力事件、动态位置、尺寸差比(分数)变化速率累积、积算安全Y轴Z轴报警控制检测元件指示自动-手动操作器灯连接点、测试点记录开关、联锁传送、变送阀、风门、百叶窗套管继电器、计算器、转换器驱动器、执行机构或未分类的最终执行元件2020/2/2213常规仪表的分类一、压力仪表二、温度仪表三、流量仪表四、液位仪表五、特殊仪表（振动、位移等）六、分析仪表2020/2/22142020/2/2215压力仪表现场压力表电接点压力表压力变送器/差压变送器压力开关2020/2/2216压力仪表现场压力表，从表盘直径看最常见的有60mm,100mm,150mm三种规格。从接口看最常见的有M20X1.5,1/2NPT,法兰连接（有法兰尺寸和耐压等级要求）2020/2/2217电接点压力表一般有双节点作为报警、或启泵的条件。压力仪表2020/2/2218压力仪表压力变送器最常见的分为电容式压力变送器和单晶硅压力变送器。其它还有扩撒硅压力变送器。目前主流压力变送器主流几乎都采用了智能协议。电容式压力变送器：采用结构简单、坚固耐用且极稳定的可变电容形式，可变电容由压力腔上的膜片和固定在其上的绝缘电极所组成，当感受到压力变化时，膜片要产生微微的翘曲变形，从而改变了两极的间距，采用独特的检测电路测电容的微小变化，并进行线性处理和温度补偿。传感器输出与被测压力成正比的直流电压或电流信号。精巧的结构、高性能的材料及先进的检测电路的完美结合，赋予了电容式压力变送器以很高的性能。2020/2/2219单晶硅谐振式传感器：是一块单晶硅芯片上采用微电子机械加工技术，在单晶硅芯片上制成两个完全一致的H形状的谐振梁，并以一定的频率产生振动。其谐振频率取决于梁的长度和张力，其梁的长度已经确定，而张力是随压力变化而变化。从而把压力的变化转换成频率的变化，对差压采用频率差分技术，并将频率差信号直接输出到CPU进行运算和A/D转换。单晶硅谐振式压力变送器1、精度高2、稳定性好3、静压特性好4、具有良好的单向受压特性5、具有较宽的测量范围6、方便的组态能力和自诊断功能2020/2/2220差压变送器一般使用来测量阻力、液位或者与流量节流元件配套使用测量流量仪表。该类型仪表往往与三阀组或者五阀组配套使用。目前国内应用三阀组较为普遍。对于三阀组类型的仪表有一个开关投用程序。投用三阀组：开正压阀，再关平衡阀，再开负压阀；关闭三阀组：关负压阀，打开平衡阀，关正压阀。2020/2/2221最具有代表性的压力变送器：1、EJA川仪横河（重庆川仪），通讯时叠加Brain或Hart协议的数字信号。2、Rosemount（中国北京远东）通讯时叠加Hart协议的数字信号。通讯时有专用的手操器，可以在主控室、现场进行仪表的组态。压力仪表—压力变送器艾默生公司生产的375手操器2020/2/2222压力仪表—压力开关压力开关1、压力开关是一种简单的（压力控制装置），当被测压力达到额定值时，压力开关可发出（警报或控制）信号。2、压力开关的工作原理是：当被测压力超过额定值时，弹性元件的自由端（产生位移），直接或经过比较后推动（开关元件），改变（开关元件）的通断状态，达到控制被测压力的目的。3.压力开关采用的弹性元件有（单圈弹簧管）、（膜片）、（膜盒）及（波纹管）等。开关元件有（磁性开关）、（水银开关）、（微动开关）等。4.压力开关的开关形式有（常开式）和（常闭式）两种。5、压力开关的调节方式有（两位式）和（三位式）两种。6.压力开关的参数可调，依实际使用压力范围调节。2020/2/2223温度仪表玻璃管温度计双金属温度计压力式温度计热电阻热电偶温度变送器温度开关非接触式温度计2020/2/2224玻璃管温度计：这种温度表非常简单、普通。目前高精度的往往使用在仪表校验间实验室内。由于价格便宜，目前工厂内还有应用。2020/2/2225由于两种金属的热膨胀系数不同，双金属片在温度改变时，两面的热胀冷缩程度不同，因此在不同的温度下，其弯曲程度发生改变。利用这一原理，制成温度计叫双金属温度计。双金属温度计2020/2/2226压力式温度计压力表式温度计的测量原理压力表式温度计是根据在封闭容器中的液体、气体或低沸点液体和饱和蒸汽，受热后体积膨胀或压力变化这一原理而制作的，并用压力来测量这种变化，从而测得温度。压力表式温度计主要由以下三部分组成：1.温包——温包是直接与被测介质相接触来感受温度变化的元件，因此要求它具有高的强度，小的膨胀系数，高的导热率以及抗腐蚀等性质，根据所充工作介质和被测介质的不同，温包可用铜合金，钢或不锈钢来制造。2.毛细管——它是用铜或钢等材料冷拉成的无缝圆管，用来传递压力的变化。3.弹簧管——它就是一般压力表用的弹性元件。2020/2/2227热电阻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。热电阻测温原理：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。我们这套液化天然气项目中采用了大量的PT100型号的铂热电阻体。又分为单支、双支。PT100类型电阻体对应0℃时阻值为100Ω。标准的热电阻回路国内一般采用三线制，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。热电阻将铂热电阻体的电阻信号直接转换为4~20mADC的标准信号一体化仪表就是温度变送器中比较常见的一种。2020/2/2228热电阻接线方式。2020/2/2229热电偶热电偶是中高温区最常用的一种温度检测元件。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。热电偶的工作原理两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路。当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流，这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。热电偶按材料分最常用的为K型（4.096mV）K镍铬--镍硅-200-+1000℃,E型(6.319mV),镍铬铜镍-200-+700℃。2020/2/2230如图所示，两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路。置于被测温度为t的介质中，称为工作段，另一端为自由端，放在温度为t0的恒定温度下，当工作段的被测介质温度发生变化时，热电势也随温度发生一定规律的变化。热电偶产生的热电动势，其大小只与电极材料与两端的温差有关，而与热电极的长度和直径的粗细无关。采用热电偶为测量元件的变送器称之为热电偶温度变送器。从外观上看，热电阻和热电偶温度变送器没有太大的区别。2020/2/2231热电偶产生热电势的条件是两热电极材料相异、两接点温度相异。2020/2/2232温度变送器的作用:有人说是测量温度的，这是不对的。其作用是将检测的热电偶或则热电阻等温度信号转变为标准的仪表信号:如4-20mADC,或者1-5VDC.2020/2/2233温度开关温度开关传统的温度开关多为机械式，其分为：蒸气压力式温控器、液体膨胀式温控器、气体吸附式温控器、金属膨胀式温控器。目前我厂没有使用该产品。2020/2/2234非接触式温度计温度仪表非接触式温度计是靠红外辐射，亮度，色差等方法感应、比较，得出被测物件温度。好处是可遥测，量程大，可测极高温物件。如红外测温计、亮度测温计等。缺点是一般精度不高。但是作为工厂辅助测温元件是不可缺少的。2020/2/2235涡轮流量计孔板流量计（含一体化孔板流量计）质量流量计转子流量计涡街流量计超声波流量计电磁流量计明渠流量计流量仪表楔形流量计靶式流量计2020/2/2236在天然气国际计量协会和中国的标准里目前得到认可的流量计只有三种：1、涡轮流量计：GB/T21391-2008“用涡轮流量计测量天然气流量”，主要参考标准是EN12261、AGA7号报告和ISO标准952:19932、孔板流量计：GB/T21446-2008“用标准孔板流量计测量天然气流量”，主要参考标准是AGA3号报告和ISO5167:2003。3、超声波流量计：GB/T18604-2001“用超声流量计测量天然气流量”，主要参考标准是AGA9号报告和ISO技术报告12765。天然气计量2020/2/2237流量计涡轮流量计：当被测流体流过涡轮流量计传感器时，在流体作用下，叶轮受力旋转，其转速与管道平均流速成正比，叶轮的转动周期地改变磁电转换器的磁阻值。检测线圈中磁通随之发生周期性变化，产生周期性的感应电势，即电脉冲信号，经放大器放大后，送至显示仪表显示。qv=f/K(7.1)qm=qvρ(7.2)式中qv,qm－分别为体积流量，m3/s，质量流量，kg/s；f－流量计输出信号的频率，Hz；K－流