压力温度流量液位控制系统基础知识培训(1)

仪表基础知识特变电工新疆硅业有限公司压力公式•压力是作用于一个确定面积上的力的大小。压力、力与面积之间的关系可以下面公式表示：•其中：P=F/A•P=压力•F=力•A=面积•若力(由于物理接触)作用于一个面积上，则压力便产生作用。若力增加或力所作用的面积大小减小，则压力增加。压力单位P95一体化体积流量计压力单位可分成两类：面积上的力的单位与以液柱为基准的单位。面积上的力的单位下列是一个确定面积上的力的单位：每平方英寸面积上的磅数(psi)每平方厘米面积上的公斤数(kg/cm²)每平方厘米面积上的克数(g/cm²)1g/cm²＝1/1,000kg/cm²帕(Pa或N/m²)N代表牛顿千帕(kPa)1kPa=1,000Pa巴1bar=100,000Pa毫巴(mbar)1mbar=1/1,000bar压力单位以液柱为基准的单位下列是以液柱为基准的压力单位：英寸水柱(在68F[20C]下的inH2O)在美国最普遍使用的单位。英尺水柱(ftH2O)米水柱(mH2O)毫米水柱(mmH2O)英寸汞柱(inHg)毫米汞柱(mmHg)大气压(atm)在海平面处由地球大气压作用的压力基准压力基准压力是同被测量的过程物料的压力相比较的压力测量。根据它们测量起始的基准压力，可将压力测量仪表分类。这三个基准压力是：绝压表压差压绝压与表压仪表测量过程流体的压力与基准压力之间的压差。差压仪表测量过程流体在不同点处的两个压力，并测量它们之间的压差。表压绝压示意图压力单位换算压力测量仪表的分类压力传感器从其原理及结构来看可分为：液柱式、机械式及电气式测量压力的仪表，按信号原理不同，大致可分为四类：液柱式：根据流体静力学原理，把被测压力转换成液柱高度机械式：根据弹性元件受力变形的原理，将被测压力转换成位移电气式：将被测压力转换成各种电量，如电感、电容、电阻、电位差等，依据电量的大小实现压力的间接测量活塞式：根据水压机液体传送压力的原理，将被测压力转换成活塞面积上所加平衡砝码的质量机械式压力仪表机械式压力仪表有两个基本部分：检测器件机械刻度盘或指示器(连接到检测器件；给出压力读数)最普遍采用的压力检测器件是：布尔登管波纹管与膜盒机械式压力计仍然广泛用于过程控制工业。弹性压力仪表•原理：利用弹性元件在被测介质的压力作用下，产生弹性形变而制成。•结构简单，牢固可靠，使用方便，价格低廉，精度很好，测量范围宽（几百帕～上千兆帕）。•可增加附加装置，如电气变换装置、控制元件等等，实现压力的远传、报警、自动控制等等。弹性式压力计弹性元件在弹性限度内受压后会产生变形，变形大小与被测压力成正比关系。弹簧管压力表（1）弹簧管压力表结构简单，使用方便，价格低廉，使用范围广，测量范围宽可测负压、微压、低压、中压和高压精度有0.5、1.0、1.5、2.5等电子压力变送器电子变送器将输入压力转换成为数字的或电信号。电子变送器有两个基本的部分：传感器电子线路(装置）传感器把实际的位移转换成为电气性质的变化，例如，电容、电压、电感或磁阻。变送器的电子线路部分把传感器的输出信号改变成为一个标准的电子信号。在过程控制工业中最广泛采用的电子信号是(4-20mA)信号。电子传感器类型用于电子压力变送器的若干类型的传感器列举如下：可变电容压敏电阻压电晶体可变电感可变磁阻振动线应变计可变电容原理可变电容电容是一种物质保持电荷的能力。电容器是由彼此对准中心但不接触的两个导电板组成的器件。两板之间的空间充满称为电介质的绝缘介质。在大多数压力变送器的可变电容传感器中，其电介质是油。有三个因素影响电容器的电容：电容器板的表面积电介质的绝缘性质板间的距离可变电容结构图传感膜片坚固的绝缘体电容极板隔离膜片灌充液引线一、压力检测仪表的选择1.仪表量程的选择被测压力较稳定：最大工作压力不应超过仪表满量程的3/4被测压力波动较大或测脉动压力：最大工作压力不应超过仪表满量程的2/3为保证测量准确度：最小工作压力不应低于满量程的1/3优先满足最大工作压力条件压力检测仪表的选择与校验2.仪表精度的选择压力检测仪表的精度主要根据生产允许的最大误差来确定，即要求实际被测压力允许的最大绝对误差应小于仪表的基本误差。3.仪表类型的选择从被测介质压力大小来考虑被测介质的性质对仪表输出信号的要求使用的环境压力仪表的校验校验就是将被校验压力表和标准压力表通以相同压力，比较它们的指示数值，如果被校表对于标准表的读数误差，不大于被校表规定的最大准许绝对误差时，则认为被校表合格。常用的校验仪器是活塞式压力计，它由压力发生部分和测量部分组成，它的精度等级有0.02、0.05和0.2级，可用来校准0.25级精密压力表，也可校准各种工业用压力表，被校压力的最高值为60MPa。压力发生部分测量部分压力表的安装1.取压口的选择在管道或烟道上取压测量流动介质的压力测量液体介质的管道上取压2.导压管的铺设导压管是传递压力、压差信号的。导压管的铺设3.压力、压差计的安装压力、压差计的安装差压液位系统介绍•法兰式过程连接•螺纹式过程连接•卫生型过程连接仪表基础知识培训议程1.压力知识培训2.温度知识培训3.流量知识培训4.液位知识培训5.控制理论知识培训引言温度是材料内部分子活动的一种度量。当分子活动的程度上升时，物质的温度便上升。热的与冷的是主观定性地描述分子活动方面上升的情况。对描述温度要求有更一致与更精确的方法导致发明了温度测量器件或传感器。传感器采用标准的、全世界承认的温标。许多类型的传感器可用于家庭与工业两者的应用场合。现今在用的三种温标是：华氏摄氏(也叫百分度)绝对(开尔文温标与兰金温标)温度测量温标要将温度由摄氏转换成华氏，则用以下公式：F=1.8C+32温度传感器在工业环境中，高的过程温度、压力与振动需要有强固的温度传感器。同时也需要有快速的响应时间、精度与稳定性。虽然可利用若干类型的温度传感器，工业过程测量中最常用的两种是:电阻式温度检测器(RTD)热电偶(T/Cs)。共同的结构特点热电阻(RTDs)与热电偶(T/Cs)有若干共同的结构特点(图4.2)：检测元件传感器铠装(护套)引线螺纹式转换接头(任选)图4.2温度传感器共同的特点什么是热电阻传感器（RTD）•什么是RTD?ResistanceTemperatureDetector工作特性由金属的固有特性决定（通常为铂电阻〕:当金属上温度发生变化，与电流相对应的电阻发生变化。如果能够测量金属的电阻，就可以知道温度!铂的电阻随温度而变化两种常用RTD测量元件类型:线绕测量元件薄膜测量元件RTD常用材料制造RTD最常用的三种金属电阻是铂、铜与镍。铂铂热电阻元件是用于过程工业最常见的热电阻类型的元件。铂元件具有高的精度、高的重复性及温度每变化一度时高的电阻变化率。铜铜热电阻在其整个温度范围内是高度线性的，但精度有限，而且温度范围比铂电阻元件窄。镍镍热电阻元件温度每变化一度具有高的电阻变化值，但线性度差，精度有限，并且温度范围相对较窄。红红白白RTD热电阻传感器－2,3,和4-线RTD4-线RTD•为什么使用2-,3-,或4-线RTD?2-线:成本最低--使用极少，因为引线电阻的误差很大3-线:成本/性能比适中.引线补偿良好.4-线:理论上最好的引线补偿方法(完全补偿);精度最高，成本最高.一般从传感器伸出的导线为铜导线测量元件(如：线绕，薄膜)RTD分类级别-A级和B级A级热电阻A级热电阻被定义为精确到IEC751标准理想值0.15C+(0.002xT)C(其中T是以C为单位的工艺过程温度)。A级热电阻要比B级热电阻贵。B级热电阻B级热电阻被定义为精确到IEC751标准理想值0.3C+(0.005xT)C(其中T是以C为单位的工艺过程温度)。虽然比A级热电阻精度差些，但对大多数工业应用是足够的热电阻传感器如何转换温度电阻转换成温度一旦确定了电阻的测量值，它就被转换成温度测量值。变送器用两个转换方法中的其中一个：电阻式温度检测器标准(例如IEC751标准)Callendar-VanDusen(卡伦德)公式RTD热电阻传感器－电阻变化具有重复性•什么是RTD?–ResistanceTemperatureDetector–铂线电阻的变化近于理想曲线－IEC751050100150200250300350-400-2000200400600800oCOhms0100.0010103.9020107.7930111.67电阻(欧姆)温度(oC)电阻与温度国际通用关系图:IEC751Page3-2:SensorsPDS(V.1)IEC751IEC751标准(已编程在我们的所有变送器中)描述了Pt100a385热电阻的理想的电阻与温度的关系.温度传感器及附件-热电阻校验温度(oC)电阻(Ω)B级的公差标准IEC751曲线B级的公差0.8oCat-100oC0.3oCat0oC0.8oCat100oC1.3oCat200oC1.8oCat300oC2.3oCat400oC(传感器互换性误差)目标是找出实际热电阻曲线是什么样的，然后按照“实际”曲线重新对变送器编程!每个热电阻都有一点不同-它们不是理想的!根据C.V.D.温度系数，绘制热电阻的真实曲线Rt=Ro+Roa[t-d(0.01t-1)(0.01t)-b(0.01t-1)(0.01t)3]Rt=在温度t(oC)时的电阻Ro=传感器特性系数(t=0oC时的电阻)a=传感器特性系数d=传感器特性系数b=传感器特性系数使用C.V.D.温度系数，消除传感器的互换性误差!温度(oC)电阻(W)B级公差•变送器不使用IEC751标准曲线.•C.V.D.温度系数用于下面的公式中,生成传感器的真实曲线热电偶过程温度热端–两种不同的金属在“热“端结合冷端+-MV–引线接至一个仪表(电压表)上，该表测量出由两端的温差所产生的电势。DT两种不同金属的结合端产生一个与温度成正比的小的电压输出!什么是热电偶?热电偶分度号常用•TypeJ–Iron/Constantan•White,Red•0to760oC•最经济•TypeE–Chromel/Constantan•Purple,Red•0to900oC•敏感性最好TypeK–Chromel/Alumel»Yellow,Red»0to1150oC»线性最好TypeT–Copper/Constantan»Blue,Red»-180to371oC»抗潮气腐蚀能力好+-+-+-+-JKETJKETJKET特殊热电偶TypeB–Pt,6%Rh/Pt,30%Rh»38to1800oCTypeS–Pt,10%Rh/Pt»-50to1540oCTypeR–Pt,13%Rh/Pt»-50to1540oC–高温–工业/实验室标准–热电势输出低!(不是很敏感)–贵!电压的测量与塞贝克(温差电动势)效应电压的测量与塞贝克(温差电动势)效应热电偶利用称之为塞贝克(温差电动势)效应来确定过程温度。根据塞贝克效应，在热电偶冷端测量的电压与热端和冷端之间的温度差成正比。若热端温度保持恒定，则冷端温度增加将减小电压，因为在热端与冷端之间的温度差在减小。当冷端与热端达到相同温度时，观察到的电压将为零伏。在冷端产生的电压信号的大小也取决于形成热电偶所用的金属种类。不同的金属或不同类型的热电偶，在相同温度下有不同的热电电压。热电偶分度号曲线热电偶的类型是：E型铬镍合金与康铜J型铁与康铜K型铬镍合金与铝镍合金R型与S型铂(Pt)与铑(Rh)(在铂的百分数含量方面不同)T型铜与康铜正确!错误!热电偶补偿导线经常用来将热电偶连线到控制系统或至远程变送器。所有热电偶的引线的延长线必须使用相同类型的线!产生了另一个热端不好!冷端补偿和补偿导线由于在冷端被测量的电压与热端和冷端之间的温度差成正比，因此在电压信号可转换成温度读数之前，必须知道冷端的温度