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第一篇自动化仪表基础知识第一章仪表基本概念第二章检测技术第一节概述第二节温度检测仪表第三节流量检测仪表第四节压力检测仪表第五节物位检测仪表第三章调节阀第一章仪表基本概念–精确度：简称精度。精确度与误差可以说是孪生兄弟，因为有误差存在才有精度这个概念。不仅与绝对误差有关，而且和仪表的测量范围有关。仪表精确度简言之就是测量值接近真值的准确程度，通常用引用误差表示。常用精度等级来规范和表示，精度等级就是最大引用误差去掉正负号和%。显然数字越小，说明仪表精确度越高。引用误差指绝对误差与量程的比值,以百分数表示仪表主要性能指标–变差：指仪表被测变量多次从不同方向达到同一数值时，仪表指示值之间的最大变差变差产生的主要原因：仪表转动机构的间隙，运动部件的摩擦，弹性元件滞后等灵敏度：指仪表对被测变量变化的灵敏程度。S=∆L/∆X，∆L：仪表输出变化增量∆X：仪表输入变化增量–稳定性：通常用仪表零点漂移来衡量仪表稳定性。仪表稳定性不好，仪表维护量增大–可靠性仪表分类◆按仪表所使用能源分为气动仪表、电动仪表和液动仪表。◆按仪表安装形式，分为现场仪表、盘装仪表和架装仪表。◆按仪表信号形式，分为模拟仪表和数字仪表，现在又出现了现场总线仪表。◆按仪表在测量与控制系统中的作用分，一般分为检测仪表、显示仪表、调节仪表和执行器4大类。第二章检测技术检测技术作为现代电子信息产业的重要组成部分，在现代工业生产过程和科技领域中占有非常重要的地位，可以说现代生活离不开现代检测技术。检测技术的应用范围涉及到人类活动的各个领域，如工业、农业、医学等等，几乎无处不在。•传感器技术从信息技术的角度看，传感技术、通讯技术和计算机技术分别相当于人的“感官”、“神经”和“大脑”。因此传感器技术是信息技术的重要基础。•现代的工业生产过程参数检测已从传统的单一变量检测向多变量复合检测，从确定性变量检测到随机性变量检测发展，检测的概念也从传统的“被测量与测量装置的对比”发展到了“从物理和化学过程获取信息”这样一种宽广的概念，这就使得工业生产过程参数检测问题已不仅仅再局限于获取被测参数得“数量信息”，而已扩展到了包括获取工业生产过程的“状态信息”，进行生产状态监测，进而对生产过程进行“状态诊断”。第一节概述对于检测仪表来说，检测、变送与显示可以是三个独立部分，也可以只用到其中两个部分。•过程控制对检测仪表有以下三条基本的要求：•①测量值y(t)要正确反映被控变量C(t)的值，误差不超过规定的范围；•②在环境条件下能长期工作，保证测量值y(t)的可靠性；•③测量值y(t)必须迅速反映被控变量c(t)的变化，即动态响应比较迅速。化工检测仪表的作用控制仪表执行器工艺过程检测仪表给定值偏差被测变量检测仪表的作用就是获取生产过程中化工生产过程中化工变量的信息。如：温度T、压力P、流量F、物位L、成分A等检测仪表的组成检测元件电子测量电路输出单元被测变量标准信号•检测元件：又称为敏感元件、传感器。敏感元件是传感器的基础元件，是检测技术实现的媒介。检测技术就是通过敏感元件来感受被测物理量的作用，并以参数方式输出响应的简单过程。因此敏感元件是关系着不同类型物理量之间转换关系的物理实体。例如：压力敏感元件石英、压电陶瓷都是在受到压力时就会在材料表面上产生一定的电荷；而气敏元件气敏电阻则是当其接触不同浓度被测气体时就会表现出电阻不同的性质。第二节温度检测仪表•温度仪表分类◆按工作原理分，有膨胀式、热电阻、热电偶、辐射式等◆按测量方式分，有接触式和非接触式。热电偶温度计•测温原理：热电偶温度计是以热电效应为基础，将温度变化转换为热电势变化进行温度测量的仪表。是目前应用最为广泛的温度传感器。•特点：精度高，灵敏度好，稳定性较好，响应时间少，结构简单，测温范围广，可以测量-200~1600℃，在特殊情况下，可测至2800℃的高温或4K的低温。常用热电偶类型分度号热电偶名称测温范围（℃）允许偏差S铂铑10-铂0~1300B铂铑30-铂铑60~1600K镍铬-镍硅-200~1200E镍铬-康铜-200~750R铂铑13-铂0~1600T铜-康铜-200~350热电阻温度计•测温原理：热电阻温度计是基于金属导体或半导体电阻值与温度成一定函数关系的原理实现温度测量的。•常用的有Pt100，Cu50•铂电阻特点：精度高、性能可靠•工业用热电阻的结构型式有普通型、皑装型和专用型等型式辐射式温度计•辐射式温度计属于非接触式测温仪表，主要是利用物体的辐射能随温度的变化的原理制成的。•辐射式温度计在应用时只需要把温度计对准被测物体，而不必与被测物体直接接触，它可以用于运动物体以及高温物体表面的温度检测，而且不会破坏被测对象的温度场。•辐射测温主要有三种基本方法，即全辐射法、亮度法和比色法。•无论采用何种辐射测温法，辐射温度计主要由光学系统、检测元件、转换电路和信号处理等部分组成。全辐射高温计•全辐射高温计是接受被测物体全部辐射能量来测定温度的。这种高温计的光学系统有透镜式和反射镜式两种结构。透镜式系统将物体的全辐射能透过透镜及光阑、滤光片等聚焦于检测元件；反射镜式系统则将全辐射能利用反射聚光镜反射后聚焦在检测元件上。前者主要用来测量高温，后者用于测量中温。•全辐射温度计的温度测量范围一般在400—2000℃（根据不同的结构形式），测量误差在1.5%—2.0%左右。光电温度计•光电温度计采用光电元件作为敏感元件，感受辐射源的亮度变化，并根据被测物体亮度与温度的关系确定温度的高低。•光电温度计虽然和全辐射高温计相比仪器结构复杂，接受的能量小，但抗环境干扰的能力强，有利于提高测量的稳定性。光电温度计的温度测量范围一般为200—1500℃（通过分档实现），测量误差在1.0%—1.5%左右，响应时间在1.5—5s之间。比色温度计•比色温度计是基于维恩位移定律工作的。根据维恩位移定律，物体温度变化时，辐射强度最大值所对应的波长要发生移动，从而使特定波长λ1和λ2下的亮度发生变化，测出这两个波长对应的亮度比，就可以求出被测物体温度。•比色温度计结构比较复杂，仪表设计和制造要求较高。这种温度计的测量范围一般为400—2000℃，基本测量误差为±1%。第三节流量检测仪表•流量是指单位时间内流过管道某一截面的流体的数量，即瞬时流量。•瞬时流量在某一时段的累积量称为累积流量(总流量)。•流量可用体积流量和质量流量来表示。流量检测的主要方法•(1)测体积流量•◆容积法：它以单位时间内所排出的流体固定容积的数目作为测量依据。如：如椭圆齿轮流量计、腰轮流量计•◆速度法：以测量流全在管道中的流速作为测量依据来计算流量的仪表。差压式(节流式)、旋涡式、涡轮式、声学式、热学式•(2)测质量流量•◆直接法直接测量质量流量•◆间接法又称推导法一、差压式流量计•节流装置与差压变送器配套测量流体的流量，仍是目前炼油、化工生产中使用最广的一种流量测量仪表。•目前工业生产中应用有各种各样的节流装置，但应用最多的是孔板、喷嘴、文丘里管和文丘利喷嘴。差压式流量计•测量原理•在管道中流动的流体具有动能和位能，在一定条件下这两种能量可以相互转换，但参加转换的能量总和是不变的，节流元件测量流量就是利用这个原理来实现的。•根据能量守恒定律及流体连续性原理，节流装置的流量公式可以写成：•体积流量（2-1-11）•质量流量（2-1-12）•式中M—质量流量，kg/s;•Q—体积流量，m3/s•α—流量系数；•ε—流束膨胀系数；•F0—节流装置开孔截面积，m2；•ρ1—流体流经节流元件前的密度，kg/m3;•Δp—节流元件前后压力差，即Δp=p1-p2,pa。102FQ102pFM差压式流量计•由节流元件、连接管路和差压变送器组成一体，统称为差压式流量计。•差压变送器由两部分组成，下半部分为测量部分，上半部分为转换部分。测量部分包括测量室、测量元件（膜盒）等，转换部分包括主杠杆、矢量机构、副杠杆、差动变压器、反馈机构、调零装置和放大器等。要使仪表的指示值与通过管道的实际流量相符，必须做到以下几点•①差压变送器的差压和显示仪表流量标尺选择时应与节流装置孔径匹配。•②在测量蒸汽和气体流量时，遇到工作条件的密度p与设计时的密度p0不相同，必须对示数进行修正。•③显示仪表测量值(差压信号)要经开方运算线性化处理后再送显示仪表。•④节流装置应正确安装。•⑤接至差压变送器的差压应该与节流装置前后差压相一致，这就需要正确安装差压信号管路。（如后面图示）被测流体为液体时信号管路安装示意图被测流体为气体时信号管路安装示意图被测流体为水蒸气时信号管路安装示意图被测介质具有腐蚀性时采用喷吹系统二、腰轮流量计（罗茨流量计）◆基本原理：通过测量元件把流体连续不断地固体体积的单元液体，然后根据测量元件的动作次数给出流体的总量，即容积法测出出流体流量。•◆特点：1、可测液体、气体流量，准确度高，可达0.5-0.1级。2、体积大比较笨重；周期检定比较困难；压损大，运作中有振动。腰轮流量计的转子象腰子，没有齿，靠联在转子外的一对啮合轮相互驱动，转子不相接触，有间隙，寿命较长。二、腰轮流量计（罗茨流量计）◆适用介质：可用于各种清洁液体流量测量，无须直管段。如：石脑油、渣油、柴油、蜡油等。在焦化、常压、沥青等装置都有应用。•主要用来测量不含固体杂质的液体，如油类、冷凝液、树脂和液态食品等粘稠流体的流量。对于高粘度介质的流量，其他流量计很难测量，而容积式流量计却能精确测量。精度可达±0.2%。二、腰轮流量计（罗茨流量计）◆安装注意：•1、水平安装罗茨轴，如果侧圈磨损，影响精度。•2、流体流向与流量计本体箭头方向一致。•3、设置旁路方便检修；设过滤器避免杂质损坏仪表。•4、竖直安装时上管段要短，防止杂质沉淀。三、涡街流量计•◆基本原理：涡街流量计是根据卡门涡街原理制成的。在流动的流体中插入一个非流线型柱状物（如圆柱体或三角形柱体），则在柱体下游会产生两列不对称且又有规律的漩涡。该漩涡在柱体的侧后产生、分开、形成漩涡列，通常称作卡门涡街或卡门涡列。涡列的个数即涡街频率和流体的流速成正比。因而，通过测量旋涡频率，就可知道流体的流速，从而测出流体流量三、涡街流量计涡街流量计是由检测器（圆柱或三角柱等）、放大器和转换器等组成。◆特点：•管道内无可动部件，寿命长、量程比大、压力损失小。•精度较高，量程比宽，可达100:1，安装简便，维护量小，故障极少。•流速分布及脉动流影响测量，有直管段要求，检测元件必要时清污。三、涡街流量计•仪表示值几乎不受温度、压力、密度、黏度及成分等影响。用水或空气标定的流量计可用于其他液体或气体的流量测量而不用校正。涡街流量计适用于各种液体、气体、蒸汽流量的测量。•适用介质：可用于测量水、蒸汽、氮气等。我厂主要在水厂、空分、聚丙烯、亚砜等装置。◆安装注意：•直管段要求一般前10D后5D。•测量蒸汽要求蒸汽不能带水，否则影响测量。四、电磁流量计•基本原理：是基于电磁感应定律工作的，被测介质垂直于磁力线方向流动，因而在与介质流动和磁力线都垂直的方向上产生一感应电动势Ex=KQ。感应电势Ex与被测介质的体积流量Q成正比。•电磁流量计由变送器和转换器两部分组成，二者之间用连接线（励磁线信号线）相互连接。电磁流量计的特点•测量导管内无可动部件和阻流体，因而无压损，无机械惯性，所以反应十分灵敏。•测量范围宽，量程比一般为10：1，最高可达100：1。流速范围一般为1~6m/s，也可扩展到0.5~10m/s.流量范围可测每小时几十毫升到十几立方米，测量管径范围可从2mm到2400mm，甚至可达300mm.•可测含有固体颗粒、悬浮物（如矿浆、煤粉浆、纸浆等）或酸、碱、盐溶液等具有一定电导率的液体体积流量；也可测脉动流量；并可进行双向测量。•EX与Q成线性关系，故仪表具有均匀刻度，且流体的体积流量与介质的物性（如温度、压力、密度、粘度等）、流动状态无关，所以电磁流量计只需用水标定后，即可用来测量其他导电介质的体积流量而不用修正。电磁流量计局限性和不足•①使用温度和压力不能太高，具体使用温度与管道衬