第1章过程控制仪表的基本知识_过程控制仪表及装置

过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院EXIT第1页掌握控制仪表的信号标准及使用方法掌握控制仪表防爆知识理解DDZ-Ⅲ型仪表的型号含义和命名方法掌握DDZ-Ⅲ型仪表分析方法能理解电动仪表采用电流信号传送和控制室采用电压信号接线的道理能识别控制仪表铭牌上关于型号、防爆等级的含义第1章过程控制仪表的基本知识知识目标技能目标过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院EXIT第2页1.1控制仪表的信号制1.2电动仪表信号标准的使用1.3控制仪表的防爆知识1.4过程控制仪表的型号命名1.5过程控制仪表的分析方法第1章过程控制仪表的基本知识过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院EXIT第3页1.1信号制信号制即信号标准，是指仪表之间采用的传输信号的类型和数值。下限上限20kPa(0.2Kgf/cm2)100kPa(1Kgf/cm2)电流信号负载电阻４－２０mA２５０－７５０欧0-10mA０－１０００欧０－３０００欧目的：达到通用性和相互兼容性的要求，以便不同系列或不同厂家生产的仪表能够共同使用在同一控制系统中，实现系统的功能。过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院EXIT第4页1.2电动仪表信号标准的使用现场与控制室仪表之间采用直流电流信号优点：直流比交流干扰少直流信号对负载的要求简单电流比电压更利于远传信息缺点：多个仪表接收同一电流信息，它们必须串联。要求：·接收仪表输入电阻小·任何一个仪表在拆离信号回路之前首先要把该仪表的两个输入端短接，否则其它仪表将会因电流中断而失去信号·仪表无公共接地点，须浮空工作变送器发送者rrIoRL1RL2负载接受者现场控制室过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院EXIT第5页控制室内部仪表之间采用直流电压信号Io＋Vi－RL1RL2RL3现场控制室优点：△任何一个仪表拆离信号回路都不会影响其它仪表的运行。△各个仪表具有公共接地点，可以共用一个直流电源。要求：接收仪表的输入阻抗要足够高过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院EXIT第6页1.3仪表防爆的基本知识气动仪表从本质上来说具有防爆性能（不可能产生火花）。电动仪表必须采取必要的防爆措施才具有防爆性能。原因：在某些生产现场存在着各种易燃、易爆气体（炼油、化工等生产现场）。安装在这种危险场所的仪表如果产生火花，就容易引起爆炸，因而必须具有防爆性能。过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院EXIT第7页1.防爆仪表的标准防爆仪表的分类防爆仪表的分级和分组防爆仪表的标志标准：国家标准GB3836.1《爆炸性环境用防爆电气设备通用要求》标志：iaIICT5，iaIICT6，dIIBT3……过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院EXIT第8页防爆仪表的分类S特殊型n无火花型q充沙型O充油型P正压型i本质安全型e增安型d隔爆型按照国标GB3836.1规定，防爆电气设备分为两大类：I类：煤矿井下用电气设备II类：工厂用电气设备II类(工厂用)电气设备又分为8种类型。其标志如下：过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院EXIT第9页在爆炸性气体或蒸汽中使用的仪表，引起爆炸主要有两方面原因：2.仪表过高的表面温度II类(工厂用)防爆仪表的分级和分组就是针对上述两个方面进行的。1.仪表产生能量过高的电火花或仪表内部因故障产生的火焰通过表壳的缝隙引燃仪表外的气体或蒸汽过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院EXIT第10页防爆仪表的分级0.45MICR0.5≥dmaxIIC0.8≥MICR≥0.450.9dmax0.5IIBMICR0.8dmax≥0.9IIAMICRdmax(mm)级别根据：最大试验安全间隙dmax或最小点燃电流的比值MICR防爆仪表的分组根据：仪表最高表面温度450T1300T2200T3135T485100最高表面温度T6T5温度组别仪表的最高表面温度=实测最高表面温度―实测时环境温度+规定最高环境温度过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院EXIT第11页防爆仪表的标志防爆仪表的防爆标志为“Ex”；仪表的防爆等级标志的顺序为：防爆型式、类别、级别、温度组别。过程控制仪表常见的防爆等级有iaIICT5(iaIICT6)和dIIBT3二种。前者表示II类本质安全型ia等级C级T5组；后者表示II类隔爆型B级T3组。防爆仪表的分级与分组，与易燃易爆气体或蒸汽的分级和分组是相对应的。硝酸乙脂二硫化碳乙炔氢、水煤气IIC乙醚、二乙醚二甲醚、丙烯醛、碳化氢环氧丙烷、丁二烯、乙烯丙烯脂、二甲醚、环丙烷、市用煤气IIB亚硝酸乙脂乙醛、三甲胺环乙烷、戊烷、己烷、庚烷、辛烷、汽油、煤油、柴油、戊醇、己醇、环乙醇乙醇、丁醇、丁烷、醋酸丁脂、醋酸戊脂、环戊烷、丙烯、乙苯、甲醇、丙醇甲烷、氨、乙烷、丙烷、丙酮、苯、甲苯、一氧化碳、丙烯酸、甲脂、苯乙烯、醋酸乙脂、醋酸、氯苯、醋酸甲脂IIAT685～100℃T5100～135℃T4135～200℃T3200～300℃T2300～400℃T1450℃组别过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院EXIT第12页过程控制仪表的防爆措施过程控制仪表主要有:–隔爆型防爆仪表–本质安全型防爆仪表过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院EXIT第13页隔爆型防爆仪表特点：仪表的电路和接线端子全部置于防爆壳体内防爆措施：采用耐压80～100N/cm2以上的表壳表壳外部的温升不得超过由易爆性气体或蒸汽的引燃温度所规定的数值表壳接合面的缝隙宽度及深度，应根据它的容积和易爆性气体的级别采用规定的数值使用注意：*揭开仪表表壳后，将失去了防爆性能*长期使用会逐渐降低防爆性能过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院EXIT第14页本质安全型防爆仪表正常状态指在设计规定条件下的工作状态，故障状态指电路中非保护性元件损坏或产生短路、断路、接地及电源故障等情况。本质安全型防爆仪表也称安全火花型防爆仪表。这种仪表，在正常状态下或规定的故障状态下产生的电火花和热效应均不会引起规定的易爆性气体混合物爆炸。本质安全型ia和ib两个等级分别表示：1.ia等级在正常工作、一个故障和两个故障时均不能点燃爆炸性气体混合物的电气设备。2.ib等级在正常工作和一个故障时不能点燃爆炸性气体的电气设备。过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院EXIT第15页控制系统的防爆措施要使整个测量或控制系统的防爆性能符合安全火花防爆要求，必须满足：1.在危险场所使用安全火花型防爆仪表2.在控制室仪表与危险场所仪表之间设置安全栅变送器安全栅控制器安全栅执行器现场危险场所控制室非危险场所要真正实现安全火花防爆，必须注意：4方面的要求。过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院EXIT第16页（8）执行单元：气动执行器、电气阀门定位器等。1.4过程控制仪表的型号命名按过程控制仪表在系统中的作用和特点可分为八类。（1）变送单元：温度变送器、差压变送器、液位变送器、压力变送器等。（2）调节单元：基型控制器、特种控制器。（3）给定单元：恒流给定器、比值给定器。（4）转换单元：电/气转换器、电流转换器。（5）计算单元：加减器、乘除器、开方器等。（6）显示单元：积算器、记录仪等。（7）辅助单元：安全栅、配电器、操作器等。过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院EXIT第17页DDZ-Ⅲ型仪表的型号及命名DDZ-Ⅲ型仪表各单元的型号由三部分组成，各部分之向用短横线隔开，格式如下。第一部分由三个汉语拼音大写字母所组成。第一个字母均为D，表示属于电动单元组合仪表。D□□-□□□□-□第二个字母代表仪表大类，字母含意如下：B-变送单元；T-调节单元；X-显示单元；J-计算单元；Z-转换单元；K-执行单元；G-给定单元；F-辅助单元。过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院EXIT第18页在变送单元中：W-温度和温差；Y-压力；C-差压。在调节单元中：L-连续；D-断续。在运算单元中：J-加减；S-乘除；K-开方。在显示单元中：Z-指示；J-记录；B-报警；S-积算。在执行单元中：Z-直行程；J-角行程。第三个字母代表各大类中的产品小类，同一字母在不同大类中有不同的含义，如：过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院EXIT第19页例如,DBC-2310为一台差压变送器的型号规格。其中第一位数字“2”表示工作压力为400kPa，第二位数字“3”表示测量范围为0～600Pa至0～4kPa，第三位数字“l”表示带单平法兰，第四位数字“0”表示序号。第二部分由四位阿拉伯数字组成，这四位数字代表产品的种类、规格和结构特征。第三部分由一个或数个汉语拼音大写字母组成，标志产品的特殊用途。例如,安全火花防爆（A）、隔离防爆（B）、防腐（F）、船用（C）等。当具备一个以上特殊用途时，按字母顺序排列。过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院EXIT第20页第三个字母表示测量参数或仪表品种QDZ型仪表的型号及命名QDZ型仪表型号格式为Q□□-□，第二个字母代表仪表大类，字母含义同DDZ-Ⅲ型仪表最后一个部分是阿拉伯数字，用以表示产品系列、规格、结构特征等编号。过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院EXIT第21页1.5过程控制仪表的分析方法过程控制仪表的总体分析思路采用单个放大器电路分析方法采用集成运算放大器电路分析方法过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院EXIT第22页总体分析思路从仪表整体结构上看，模拟式控制仪表有两种构成形式：1.仪表整机采用单个放大器，其放大器可由若干级放大电路或不同的放大器串联而成。属于这一类的仪表有：DDZ-II型仪表、大部分的变送器、气动仪表等。2.整机由数目不等的运算放大器电路以不同形式（主要是串联形式）组装而成。采用运算放大器的仪表都属于这一类构成形式如：DDZ-III型系列、I系列、EK系列仪表等。过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院EXIT第23页采用单个放大器的仪表分析fiKKKKxy1采用单个放大器的仪表一般有如下的结构：输入部分、放大器和反馈部分。单回路负反馈KiKKfε+zi－zfxy输入部分放大器反馈部分求传递函数？←→仪表的特性如果该仪表满足深度负反馈（K*Kf1)，则：ifKyxK特点：１.在满足K*Kf1的条件时，仪表的输出与输入关系仅取决于输入部分的特性和反馈部分的特性；2.在满足K*Kf1的条件时，放大器的净输入e趋向于零（e→0）。过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院EXIT第24页分析方法1、将仪表划分为输入部分、放大器和反馈部分；2、对各个部分分析，重点是输入部分和反馈部分；3、求出整机输出与输入之间的关系，得整机特性。比较环节的确定可以从放大器的输入端即e所加位置着手；取样环节的确定可以从仪表的输出信号回路着手。过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院EXIT第25页采用运算放大器的仪表分析方法这类仪表的线路是由若干个运算放大器电路组装而成，主要是运算放大器电路以串联形式相联。由于每一个运算放大器电路的输出电阻很小，而输入电阻又都足够大，这样，前、后级运算放大器电路之间相互影响很小。分析这类仪表时，可以把整个仪表线路分成一个个运算放大器电路单独地进行分析，最后再综合得到整机的特性。过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院EXIT第26页运算放大器的基本知识运算放大器的引出端输入端(+、-)：+端为同相输入端-端为反相输入端UT为同相端对地的电压UF为反相端对地的电压电压差Ud从同相端到反相端输出端：Uo为输出端对地的电压(输出电压)＋－＋UTUFUdUoU+U－电源端（U+、U-）分析线路时往往把运算放大器看成是双端输入、单端输出的三端器件。过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院EXIT第27页运算放大器的基本性能222dcFTFTFUUUUUUU222dcFTFTTUUUUUUUUc为共模输入电压Ud为差模输入电压任何一个运算放大器，其允许承受的Uc和Ud都有一定的限制，制造厂规定了运算放大器的最大差模输入电压(又称差模输入范围)和最大共模输入电压(又称共模输入范围)。运算放大器的输出电压和电流也都有一定的限制，最大输出电