仪表基础知识培训教材1

2020/7/21马跃辉2020/7/22仪表及自动化的基本知识培训内容：1、仪表概述2、仪表基础知识3、现场仪表4、控制仪表1.1目的和意义2020/7/23在化工等连续性生产设备上，配备一些自动化装置，代替操作人员的部分直接劳动，使生产在不同程度上自动地进行，称为化工自动化。实现化工自动化的目的是：1.加快生产速度，降低生产成本，提高产品数量和质量。2.降低劳动强度，改善劳动成本。3.确保生产安全。2020/7/24化工仪表及自动化,最早出现在四十年代,那时的仪表体积大,精度低。六十年后半期,随着半导体和集成电路的进一步发展,自动化仪表便向着小体积、高性能的方向迅速发展，并实现了用计算机作数据处理的各种自动化方案。七十年代以来,仪表和自动化技术又有了迅猛的发展,新技术、新产品层出不穷,多功能组装式仪表也投入运行,特别是微型计算机的发展，在化工自动化技术工具中发挥了巨大作用。1975年出现了以微处理器为基础的过程控制仪表：集中分散型控制系统,把自动化技术推到了一个更高的水平。电子技术、计算机技术的发展,也促进了常规仪表的发展,新型的数字仪表,自动化仪表,程序控制器,调节器等也不断投入使用。1.2仪表概述2020/7/25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；1.3仪表及自动化的发展趋势2.1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，即为检测元件。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。2020/7/262.2检测仪表的性能2020/7/27•仪表的性能指标通常用精确度、变差、灵敏度、重复性、稳定性、可靠性来描述。•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。•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。2.2检测仪表的性能2020/7/281.精确度又称精度，指的是仪表测量值与真值接近的准确程度，与误差相对而言，通常用相对百分误差表示。精确度是仪表的一个很重要质量指标，常用精度等级来规范和表示。精度等级就是最大相对误差去掉正负号和％，按国家统一规定划分的等级有0.005,0.02,0.05,0.1,0.2,0.25,0.35,0.5,1.0,1.5,2.5,4等。仪表精度等级一般都标志在仪表标尺或标牌上，如等，数字越小，说明精度越高。0.52.2检测仪表的性能2020/7/292.指示变差变差指的是仪表被测变量（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，或是说仪表在外部条件保持不变情况下，被测参数由小到大变化和由大到小变化不一致的程度，两者之差即为仪表的变差。变差产生主要原因是仪表传动机构的间隙，运动部件的摩擦，弹性元件的滞后等，现在随着电子技术发展，这些原因将越来越少，特别是智能仪表中，变差作为仪表性能指标已是不重要的对象了。2.2检测仪表的性能2020/7/2103.重复性重复性是指在不同测量条件下，如不同方法，不同观测者，在不同的测量环境对同一被测的量进行检测时，得到测量结果的一致程度。与变差相反，随着智能仪表的发展，重复性将成为仪表的重要性能指标。2.2检测仪表的性能4.稳定性在规定工作条件下，仪表某些性能随时间保持不变的能力称未稳定性。仪表稳定性在我们化工仪表中是一个需重点关心的指标，由于化工企业的环境比较恶劣，压力、稳定及腐蚀性因素会使仪表部件随应用时间变长而保持稳定能力降低，仪表稳定性也会下降。2020/7/2112.2检测仪表的性能5.可靠性仪表可靠性是化工企业仪表专业重点关心的另一重要性能指标，仪表可靠性和仪表维护量是成反比的，仪表可靠，则仪表维护量就小。通常用平均无故障时间（MTBF）来描述仪表可靠性，MTBF越大，仪表可靠性越高。2020/7/2122.2检测仪表的性能2020/7/2136.灵敏度与反应时间灵敏度：测量的反应时间反应时间：显示值变化相对于实际值变化的滞后时间。被测变量仪表显示值2.3检测系统的构成图2020/7/214被测参数敏感元件信号变换信号传输信号测量显示记录控制+-A/DPLC2.4仪表的分类自动化控制仪表可简单的分为检测仪表显示仪表控制仪表执行器2020/7/215检测仪表分为：流量仪表压力仪表液位仪表温度仪表成分分析仪表2020/7/2162.4.1仪表的分类之检测仪表2.4.2仪表的分类之显示仪表显示仪表分为：指示仪记录仪信号报警器屏幕显示器2020/7/2172.4.3仪表的分类之控制仪表可编程控制器ＰＬＣ计算机控制系统分散控制系统ＤＣＳ总线控制系统2020/7/2182.4.4仪表的分类之执行器调节阀变频器2020/7/2192.5常用仪表信号（1）重点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)2020/7/2202.5常用仪表信号（2）重点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450KPa2020/7/2212.6仪表位号的表示方法在测量、控制系统中，构成一个回路的每一个仪表都有自己的仪表位号，仪表位号由字母代号和回路编号两部分组成。第一个字母表示被测变量，后继字母表示仪表的功能；回路编号可以按装置或工段（区域）进行编制，一般用三至五位数字表示，如下例所示：2020/7/2222.6PI图中常见的仪表字母含义（1）2020/7/223字母第一位字母后继字母被测变量修饰词读出功能输出功能修饰词A分析报警B烧嘴、火焰供选用供选用供选用C电导率控制D密度差E电压（电动势）检测元件F流量比（分数）G供选用视镜、观察H手动高I电流显示J功率扫描K时间、时间程序变化速率操作器L物位灯低M水分或湿度瞬动中、中间2.6PI图中常见的仪表字母含义（1）2020/7/224O供选用节流孔P压力、真空连接点、测试点Q数量积算、累计R核辐射记录S速度、频率安全开关、联锁T温度传送U多变量多功能多功能多功能V振动、机械监视阀、阀门、百叶窗W重量、力X未分类X轴未分类未分类未分类Y事件、状态Y轴继动哭、计算器、转换器Z位置、尺寸Z轴驱动器、执行机构未分类的最终执行元件示例对于FIC7301中字母按以上表格说明应表示为仪表测量为流量，带指示、控制功能；LIHH7301表示为液位指示且带有高高限联锁控制、报警。2020/7/2252.7PI图中的一部分2020/7/2263.1压力仪表压力的概念单位及换算压力仪表压力变送器2020/7/2272020/7/2281、大气压：地球表面上的空气柱因重力而产生的压力。它和所处的海拔高度、纬度及气象状况有关。2、差压（压差）：两个压力之间的相对差值。3、绝对压力：介质（液体、气体或蒸汽）所处空间的所有压力。绝对压力是相对零压力而言的压力。4、表压力（相对压力）：如果绝对压力和大气压的差值是一个正值，那么这个正值就是表压力，即表压力=绝对压力-大气压＞0。5、负压（真空表压力）：和“表压力“相对应，如果绝对压力和大气压的差值是一个负值，那么这个负值就是负压力，即负压力=绝对压力-大气压＜0。3.1.1压力的一些概念（重点）2020/7/2293.1.2压力的表示压力的表示和分类：绝对压力单位面积所受到的力相对压力（表压）绝对压力与大气压之差真空度大气压与绝对压力之差绝对压力绝对压力真空度表压标准大气压2020/7/2303.1.3压力单位及换算（重点）压强（俗称压力）：单位面积所受到的垂直作用力。工程上的“压力”与力学中的“压力”不表示同一个概念。1Mpa=1000Kpa=10.1972Kgf/cm2=10bar=145.038lb/in2=7500.62mmHg=10.1972*104mmH2O=9.86927atm注：lb/in2(磅/平方英寸英制压强单位)2020/7/2313.1.4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）2020/7/232电接点压力表一般有双节点作为报警、或启泵的条件。3.1.4压力仪表2020/7/2333.1.4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。2020/7/234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2020/7/235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。2020/7/236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。3.1.4压力仪表—压力变送器艾默生公司生产的375手操器2020/7/2373.1.4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2020/7/2383.2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2020/7/239温度是表征物体冷热程度的物理量。温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量，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。3.2.1温度的概念2020/7/240华氏温标（ºF）规定：