常見(jiàn)儀表知識(shí)浙大中控DCS材料

1、工程人員手冊(cè)第五章 常見(jiàn)儀表知識(shí)5.1 熱電偶測(cè)溫原理5.1.1 熱電效應(yīng)與熱電偶熱電效應(yīng)是熱電偶測(cè)溫的基本原理。根據(jù)熱電效應(yīng)，任何兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體組成的閉合回路，如圖5.1-1所示，如果將它們的兩個(gè)接點(diǎn)分別置于溫度各為t及t0的熱源中，則在該回路內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)。這兩種不同導(dǎo)體或半導(dǎo)體的組合稱(chēng)為熱電偶。每根單獨(dú)的導(dǎo)體或半導(dǎo)體稱(chēng)為熱電極。兩個(gè)接點(diǎn)中，t端稱(chēng)為工作端（假定該端置于被測(cè)的熱源中），又稱(chēng)測(cè)量端或熱端；t0端稱(chēng)為自由端，又稱(chēng)參考端或冷端。由熱電效應(yīng)可知，閉合回路中所產(chǎn)生的熱電勢(shì)由兩部分組成， 圖5.1-1 熱電效應(yīng)即接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)，總電勢(shì)由（5.1-1）式給出。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，

2、接觸電勢(shì)比溫差電勢(shì)小很多，可忽略不計(jì)，則熱電偶的電勢(shì)可表示為EAB（t,t0）= eAB( t )eAB（t0） （5.1-1）這就是熱電偶測(cè)溫的基本公式。；當(dāng)t0為一定時(shí)，eAB(t0) = C為常數(shù)。則對(duì)確定的熱電偶電極，其總電勢(shì)就只與溫度t成單函數(shù)關(guān)系，即EAB（t,t0）= eAB( t )C （5.1-2） 根據(jù)國(guó)際溫標(biāo)規(guī)定：t0 = 0時(shí)，用實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)出各種不同熱電極組合的熱電偶在不同的工作溫度下所產(chǎn)生的熱電勢(shì)值，列成一張張表格，這就是常說(shuō)的分度表。溫度與熱電勢(shì)之間的關(guān)系也可以用函數(shù)式表示，稱(chēng)為參考函數(shù)。新的ITS-90 的分度表和參考函數(shù)是由國(guó)際電工委員會(huì)和國(guó)際計(jì)量委員會(huì)合作安

3、排，國(guó)際上有權(quán)威的研究機(jī)構(gòu)（包括中國(guó)在內(nèi)）共同參與完成的，它是熱電偶的測(cè)溫的主要依據(jù)。5.1.2 熱電偶基本定律1、 中間導(dǎo)電定律 如圖5.1-2所示將A、B構(gòu)成的熱電偶的t0端斷開(kāi)，接入第三種導(dǎo)體C，并使A與C和B與C接觸處的溫度均為t0，則接入導(dǎo)體C后對(duì)熱電偶回路中的總電勢(shì)沒(méi)有影響。證明如下：由于接觸電勢(shì)忽略不計(jì)，則回路中的總電勢(shì)等于各第 1 頁(yè) 共 1 頁(yè)工程人員手冊(cè)接點(diǎn)的溫差電勢(shì)之和，即 圖5.1-2 三種導(dǎo)體的熱點(diǎn)回路EABC（t，t0）eAB（t） eBC（t0） eCA（t0） （5.1- 3）當(dāng)t = t0 時(shí)，有EABC（t，t0）eAB（t0） eBC（t0） eCA（t0

4、） 0 （5.1 - 4），代入（3 3 ）式得 由上式可得eBC（t0） eCA（t0）eAB（t0）EABC（t，t0）eAB（t）eAB（t0）EAB（t，t0） （5.1- 5） 同理還可以證明，加入第四、第五種導(dǎo)體后，只要加入的導(dǎo)體的兩端溫度相等，則總電勢(shì)與原熱電偶回路的電勢(shì)值相同。根據(jù)熱電偶的這一性質(zhì)，可以在熱電偶回路種引入各種儀表、連接導(dǎo)線等。例如，在熱電偶的自由端接入一只測(cè)量電勢(shì)的儀表，并保證兩各接點(diǎn)的溫度一致就可以對(duì)熱電勢(shì)進(jìn)行測(cè)量而且不影響熱電偶的輸出。2、均質(zhì)導(dǎo)體定律 由一種均質(zhì)導(dǎo)體組成的閉合回路，不論導(dǎo)體的截面如何以及各處的溫度分布如何，都不能產(chǎn)生熱電勢(shì)。這條定律說(shuō)明，熱

5、電偶必須由兩種不同性質(zhì)的材料構(gòu)成。3、中間溫度定律 熱電偶AB在接點(diǎn)溫度為t，t0時(shí)的熱電勢(shì)EAB（t，t0）等于熱電偶AB在接點(diǎn)溫度為t，t0的熱電勢(shì)EAB（t，tc）和EAB（tc，t0）的代數(shù)和（見(jiàn)圖5.1-3 ），即EAB（t，t0）EAB（t，tc）EAB（tc，t0） （5.16 ）4、等值替代定律 如果使熱電偶AB在某一溫度范圍內(nèi)所產(chǎn)生的熱電勢(shì)等于熱電偶CD在同一溫度范圍內(nèi)所產(chǎn)生的熱電勢(shì)，即EAB（t，t0），則這兩支熱電偶在該溫度范圍內(nèi)可以互相代用。 圖 5.1-3 中間溫度定律ECD（t，t0）5.2 熱電阻測(cè)溫原理電阻的熱效應(yīng)早已被人們所認(rèn)識(shí)，即電阻體的阻值隨溫度的升高而增

6、加或減小。從電阻隨溫度的變化原理來(lái)看，大部分的導(dǎo)體或半導(dǎo)體都有這種性質(zhì)，但作為溫度檢測(cè)元件，這些材料應(yīng)滿(mǎn)足以下這些要求：1、要有盡可能大而且穩(wěn)定的電阻溫度系數(shù)；2、電阻率要大，以便在同樣靈敏度下減小元件的尺寸；3、電阻值隨溫度變化要有單值函數(shù)關(guān)系，最好呈線性關(guān)系；4、在電阻的使用溫度范圍內(nèi)，其化學(xué)和物理性能穩(wěn)定，并且材料復(fù)制性好，價(jià)格盡可能便宜。能用作溫度檢測(cè)元件的電阻體稱(chēng)為熱電阻。根據(jù)上述要求，目前國(guó)際上最常見(jiàn)的熱電阻第 2 頁(yè) 共 2 頁(yè)工程人員手冊(cè)有鉑、銅及半導(dǎo)體熱敏電阻等。5.2.1金屬熱電阻金屬熱電阻主要有鉑電阻、銅電阻和鎳電阻等，其中鉑電阻和銅電阻最為常用，有一套標(biāo)準(zhǔn)的制作要求和分

7、度表、計(jì)算公式。金屬熱電阻阻值隨溫度得變化大小用電阻溫度系數(shù)來(lái)表示，其定義為：（R100 R0）/100R0 （5.2- 1） 式中R0和R100分別為0和100時(shí)熱電阻的電阻值?？梢?jiàn)R100 / R0越大，值也越大，說(shuō)明溫度升高使熱電阻的電阻值增加越多。金屬的純度對(duì)電阻溫度系數(shù)影響很大，純度越高，值越大，例如，作為基準(zhǔn)器用的鉑電阻，要求3.925×103/·；一般工業(yè)上用的鉑電阻則要求3.85×103/·。另外值還與制造工藝有關(guān)。因?yàn)樵陔娮杞z的拉伸過(guò)程中，電阻絲的內(nèi)應(yīng)力應(yīng)會(huì)引起的變化，所以電阻絲在做成熱電阻之前，必須進(jìn)行退火處理，以消除內(nèi)應(yīng)力。工業(yè)用熱

8、電阻溫度計(jì)的分度公式和分度號(hào)作為標(biāo)準(zhǔn)用鉑電阻溫度計(jì)可以用一種嚴(yán)密、合理的方程來(lái)描述其電阻比與溫度的關(guān)系，但是該方程比較復(fù)雜。對(duì)于工業(yè)用鉑電阻溫度計(jì)可用簡(jiǎn)單的分度公式來(lái)描述其電阻與溫度的關(guān)系。工業(yè)用鉑電阻溫度計(jì)的使用范圍是 -200 850，在如此寬的溫度范圍內(nèi)，很難用一個(gè)數(shù)學(xué)公式準(zhǔn)確表示，為此需要分成兩個(gè)溫度范圍分別表示，在-200 0的溫度范圍內(nèi)用RtR01AtBt2C（t100）t3 （5.2-2）在0 850得溫度范圍內(nèi)用RtR0（1AtBt2） （5.2-3）式中Rt和R0分別為t和0時(shí)鉑電阻的電阻值；A、B和C為常數(shù)。在ITS-90中，這些常數(shù)規(guī)定為A3.9083×1013

9、/B-5.775×107/2C-4.183×1012/4銅電阻溫度計(jì)也有相應(yīng)的分度公式。由于它在-50 150的使用范圍內(nèi)其它電阻值與溫度的關(guān)系幾乎是線性的，因此在一般場(chǎng)合下可以近似地表示為第 3 頁(yè) 共 3 頁(yè)工程人員手冊(cè)RtR0（1t） （5.2-3） 式中為銅電阻的溫度系數(shù)，取4.28×103/。 所以對(duì)R0的允許誤差有嚴(yán)格的要求。另外R0的由于熱電阻在溫度t時(shí)的電阻值與R0有關(guān)，大小也有相應(yīng)的規(guī)定。R0愈大，則電阻體體積增大，不僅需要較多的材料，而且使測(cè)量的時(shí)間常數(shù)增大，同時(shí)電流通過(guò)電阻絲產(chǎn)生的熱量也增加，但引線電阻及其變化的影響變?。籖0愈小，情況與上述

10、相反。因此，需要綜合考慮選用合適的R0。目前，我國(guó)規(guī)定工業(yè)用鉑電它們得分度號(hào)分別為Pt10和Pt100；銅電阻溫度計(jì)也有R0阻有R010和R0100兩種，50和R0100兩種，其分度號(hào)分別為Cu50和Cu100。用表格形式給處在不同溫度下各種熱電阻分度號(hào)的電阻值稱(chēng)為熱電阻的分度表。圖5.2-1給由圖可見(jiàn)，出了電阻比Rt / R0 與溫度t的特性曲線。銅熱電阻的特性比較接近直線；而鉑電阻的特性呈現(xiàn)出一定的非線性，溫度越高，電阻的變化率越小。 圖5.2-1 常用熱電阻的特性曲線2.3 壓力傳感器測(cè)量原理壓力傳感器是壓力檢測(cè)系統(tǒng)的重要組成部分。由各種壓力敏感元件將被測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換成容易測(cè)量的電信號(hào)作輸出

11、，給顯示壓力值，或供控制和報(bào)警使用。壓力傳感器的種類(lèi)很多，常用壓力傳感器的性能比較如表5.3-1所示。第 4 頁(yè) 共 4 頁(yè)工程人員手冊(cè)表5.3-1 幾種常見(jiàn)的壓力傳感器的性能比較5.3.1應(yīng)變式壓力傳感器應(yīng)變式壓力傳感器是把壓力的變化轉(zhuǎn)換成電阻值的變化來(lái)進(jìn)行測(cè)量的。應(yīng)變片是由金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體制成的電阻體，其阻值隨壓力所產(chǎn)生的應(yīng)變而變化。對(duì)于金屬導(dǎo)體，電阻變化率R/R的表達(dá)式為：R/R（12）式中 材料的泊松系數(shù)； 應(yīng)變量圖5.3-1為國(guó)產(chǎn)BPR-2型壓力傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖第 5 頁(yè) 共 5 頁(yè)工程人員手冊(cè)圖5.3-1 應(yīng)變式壓力傳感器結(jié)構(gòu)原理圖1應(yīng)變筒； 2外殼； 3密封膜片在圖5.3-1中

12、，應(yīng)變筒的上端與外殼2固定在一起，下邊與密封膜片3緊密接觸，兩R1沿應(yīng)變筒的軸向粘貼作為溫片康銅絲應(yīng)變片R1和R2用特殊膠合劑粘貼在應(yīng)變筒的外壁上。度補(bǔ)償片。必須注意，應(yīng)變片與筒體之間不能產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，并且要保持電氣絕緣，當(dāng)被測(cè)壓力p作用于膜片而使應(yīng)變筒作軸向受壓變形時(shí)，沿軸向貼置的應(yīng)變片R1也將產(chǎn)生軸向壓縮應(yīng)變1，于是R1的阻值變??；而沿徑向貼放的應(yīng)變片R2，由于應(yīng)變筒的徑向產(chǎn)生了拉伸變形，也將產(chǎn)生拉伸應(yīng)變2，于是R2的阻值變大。，由于R1和應(yīng)變片R1、R2與另兩個(gè)固定電阻R3、R4組成一個(gè)橋式電路，見(jiàn)圖5.3-1（b）從兩獲得不平衡電壓作為傳感器的輸出信號(hào)。本傳感器橋路R2的阻值變化使橋路

13、失去平衡，的電源為10V(直流)，最大的輸出為5mV直流信號(hào)，再經(jīng)前置放大成為電動(dòng)單元組合儀表的輸入信號(hào)。BPR-2型壓力傳感器有01MPa、010MPa、和030MPa等多種量程可供選用。選擇時(shí)測(cè)量上限一般以不超過(guò)儀表量程的80為宜。本傳感器主要適用于變化較快的壓力測(cè)量，其非線性及滯后誤差小于土1。5.3.2壓電式壓力傳感器壓電式壓力傳感器的原理是基于某些晶體材料的壓電效應(yīng)。目前廣泛使用的壓電材料有石英和鈦酸鋇等，當(dāng)這些晶體受壓力作用發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，在其相對(duì)的兩個(gè)側(cè)面上產(chǎn)生異性第 6 頁(yè) 共 6 頁(yè)工程人員手冊(cè)電荷，這種現(xiàn)象稱(chēng)為“壓電效應(yīng)”。晶體上所產(chǎn)生的電荷的大小與外部施加的壓力成正比，即

14、：qp式中 q壓電量(電荷數(shù))；p外部施加的壓力；壓電常數(shù)。圖5.3-2 壓電式壓力傳感器結(jié)構(gòu)原理圖1引線；2外殼；3冷卻腔；4晶堆；5薄壁筒；6膜片這種壓力傳感器的特點(diǎn)是：體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需外加電源，靈敏度和響應(yīng)頻率高，適用于動(dòng)態(tài)壓力的測(cè)量，廣泛地應(yīng)用于空氣動(dòng)力學(xué)、爆炸力學(xué)、發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部燃燒壓力的測(cè)量等等。其測(cè)量范圍可從0700Pa到070MPa，精確度可達(dá)0.1。壓電式傳感器的結(jié)構(gòu)如圖5.3-2所示。圖中，由受壓薄壁筒給出預(yù)載力，并將一撓性材料制成非常薄的膜片進(jìn)行密封。預(yù)載筒外的空腔可以連接冷卻系統(tǒng)，以保證傳感器工作在環(huán)境溫度一定的條件下，這樣就避免了因溫度變化所造成的預(yù)載力變化而引起測(cè)

15、量誤差。5.3.3光導(dǎo)纖維壓力傳感器光導(dǎo)纖維壓力傳感器與傳統(tǒng)壓力傳感器相比，有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：利用光波傳導(dǎo)壓力信息，不受電磁干擾，電氣絕緣好，耐腐蝕，無(wú)電火花，可以在高壓、易燃易爆的環(huán)境中測(cè)量壓力、流量、液位等。它靈敏度高，體積小，可撓性好，可插入狹窄的空間中進(jìn)行測(cè)量，因此而得到重視，并且得到迅速發(fā)展。圖2.3-3所示為Y型光導(dǎo)纖維壓力傳感器結(jié)構(gòu)原理圖。它由金屬膜片杯、Y型光導(dǎo)纖維、光源、光接收器及支架等組成。膜片與Y型光導(dǎo)纖維端面間距離約為0.1mm。這種傳感器能測(cè)035MPa動(dòng)態(tài)壓力，也可測(cè)量低壓，輸出信號(hào)較大。當(dāng)被測(cè)壓力作用于膜片杯時(shí)，膜片發(fā)生位移，從而改變了光導(dǎo)纖維與膜片之間的距離，使光

16、導(dǎo)纖維接收到反射光量變化，這光量由光電元件接受器接收，并且轉(zhuǎn)換成電量，經(jīng)放大器放大后，顯示被測(cè)壓力值。第 7 頁(yè) 共 7 頁(yè)工程人員手冊(cè)圖5.3-3 光導(dǎo)縣委壓力傳感器示意圖1 靈敏膜片杯；2支架；3光導(dǎo)纖維；4光源；5光接收器傳感器要求光源穩(wěn)定，否則要采取補(bǔ)償措施，以消除光源波動(dòng)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。5.4 差壓變送器測(cè)量原理電容式差壓變送器的外形結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖5.4-1 。它主要由檢測(cè)部分和信號(hào)變換部分構(gòu)成，前者的作用是把被測(cè)壓p轉(zhuǎn)換成電容量的變化；后者是進(jìn)一步將電容量的變化轉(zhuǎn)換為電流的變化。5.4-1 電容式差壓變送器外形圖1.線路板罩蓋；2線路板殼體；3差動(dòng)電容敏感部件；4負(fù)壓側(cè)法蘭；5引壓管接

17、頭；6緊固螺栓；7正壓側(cè)法蘭；8排氣排液閥；9排線端罩蓋檢測(cè)部分的結(jié)構(gòu)如圖2.4-2 所示。檢測(cè)部分的核心是差動(dòng)電容器，包括作為敏感元件 中心測(cè)量膜片6（即差動(dòng)電容的可動(dòng)電極），正、負(fù)壓側(cè)弧形電極10、8（即差動(dòng)電容的固定電極）。中心測(cè)量膜片6分別與正、負(fù)壓側(cè)弧形電極10、8以及正、負(fù)壓側(cè)隔離膜片16、5構(gòu)成封閉室，室中充滿(mǎn)灌充液（硅油或氟油），用以傳遞壓力。正、負(fù)壓側(cè)隔離膜片16、5的外側(cè)分別與正、負(fù)壓側(cè)法蘭12、7構(gòu)成正、負(fù)壓測(cè)量室。第 8 頁(yè) 共 8 頁(yè)工程人員手冊(cè)圖5.4-2 電容式變送器檢測(cè)部分結(jié)構(gòu)圖1-玻璃絕緣體；2-灌充液；3-陶瓷導(dǎo)管；4-負(fù)壓側(cè)壓口；5-負(fù)壓側(cè)隔離膜片；6-中

18、心測(cè)量膜片；7-負(fù)壓側(cè)法蘭；8-負(fù)壓側(cè)弧形電極；9-電路板；10-正壓側(cè)弧形電極；11-壓環(huán)；12-正壓側(cè)法蘭； 13-固定螺栓； 14-焊接密封環(huán)；15-正壓側(cè)引壓口；16-正壓側(cè)隔離膜片；17-O型密封環(huán)；18-敏感部件基座；19-密封管；20-敏感部件殼體當(dāng)正、負(fù)壓測(cè)量室引入被測(cè)壓力，作用與正、負(fù)壓側(cè)隔離膜片上時(shí)，pH和pL通過(guò)灌充液的傳遞分別作用于中心測(cè)量膜片的兩側(cè)（見(jiàn)圖5.4-3）。由于pH和pL的壓力差使測(cè)量膜片產(chǎn)生位移，從而使測(cè)量膜片與其兩邊的弧形電極的間距發(fā)生變化，結(jié)果使測(cè)量膜片與正壓弧側(cè)形電極構(gòu)成的電容CH減小，而測(cè)量膜片與負(fù)壓側(cè)弧形電極構(gòu)成的電容CL增加。電容的變化與差壓之

19、間的關(guān)系見(jiàn)式C0/CA=Rpln(d0/db)/p2Tlna2/(a2b2)圖5.4-3電容式差壓傳感器結(jié)構(gòu)原理圖第 9 頁(yè) 共 9 頁(yè)工程人員手冊(cè)5.5 差壓液位計(jì)工作原理差壓式液位機(jī)是利用容器內(nèi)的液位改變時(shí)，液柱產(chǎn)生的靜壓也相應(yīng)變化的原理而工作的。差壓式液位計(jì)的特點(diǎn)是：1、 檢測(cè)元件在容器中幾乎不占空間，只需在容器壁上開(kāi)一個(gè)或兩個(gè)孔即可；2、 檢測(cè)元件只有一、兩根導(dǎo)壓管，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，便于操作維護(hù)，工作可靠；3、 采用法蘭式差壓變送器可以解決高粘度、易凝固、易結(jié)晶、腐蝕性、含有懸浮物介質(zhì)的液位測(cè)量問(wèn)題。4、 差壓式液位計(jì)通用性強(qiáng)，可以用來(lái)測(cè)量液位，也可用來(lái)測(cè)量壓力和流量等參數(shù)。 圖5

20、.5-1為差壓式液位計(jì)測(cè)量原理圖。當(dāng)差壓計(jì)一端接液相，另一端接氣相時(shí)，根據(jù)流體力學(xué)原理，有：pBpA十Hg式中 H一一液位高度；一被測(cè)介質(zhì)密度；g一被測(cè)當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣扔墒娇傻茫簆 pBpAHg 圖5.5-1 差壓式液位計(jì)測(cè)量原理在一般情況下，被測(cè)介質(zhì)的密度和重力加速度都是已知的，因此，差壓計(jì)測(cè)得的差壓與液位的高度H成正比，這樣就把測(cè)量液位高度的問(wèn)題變成了測(cè)量差壓的問(wèn)題。使用差壓計(jì)測(cè)量液位時(shí)，必須注意以下兩個(gè)問(wèn)題。(1)、遇到含有雜質(zhì)、結(jié)晶、凝聚或易自聚的被測(cè)介質(zhì)，用普通的差壓變送器可能引起連接管線的堵塞，此時(shí)需要采用法蘭式差壓變送器，如圖5.5-2所示；(2)、當(dāng)差壓變送器與容器之間安裝隔離

21、罐時(shí)，需要進(jìn)行零點(diǎn)遷移。DDZ-矢量法蘭式液位變送器型號(hào)及規(guī)格見(jiàn)表5.5-1。圖5.5-2 法蘭式差變測(cè)液位示意圖表5.5-1 理論取壓時(shí)下游取壓孔位置第 10 頁(yè) 共 10 頁(yè)工程人員手冊(cè)名稱(chēng) 矢 量 法 蘭 式 液 位 變 送 器DBF1-311A- DBF1-312A- DBF1-321A- DBF2-311A- DBF2-312A- 生產(chǎn)廠： 上海調(diào)節(jié)器廠05kPa020kPa 015kPa060kPa 060kPa0250kPa05kPa020kPa 015kPa060kPa輸出：420mA DC 負(fù)載電阻：0250基本誤差：±1% 靈敏限：0.1% 工作壓力：6.4Mpa

22、 電源：24V DC±5%DBF矢量液位變送器在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，主要用于檢測(cè)，可連續(xù)測(cè)量粘性、腐蝕性、沉淀性、結(jié)晶性流體的壓差，以及開(kāi)口容器或受壓容器的液位，它與節(jié)流裝置開(kāi)方器相配合也可測(cè)量液體、氣體、蒸汽的流量型號(hào) 量程范圍 技術(shù)指標(biāo) 用途5.6 孔板流量計(jì)測(cè)量原理在管道中流動(dòng)的流體具有動(dòng)能和位能，在一定條件下這兩種能量可以相互轉(zhuǎn)換，但參加轉(zhuǎn)換的能量總和是不變的。應(yīng)用節(jié)流元件測(cè)量流量就是利用這個(gè)原理來(lái)實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)能量守恒定律及流體連續(xù)性原理，節(jié)流裝置的流程公式可以寫(xiě)成： 體積流量 QF02p/1 質(zhì)量流量 MF02p1 式中 M 質(zhì)量流量，kg/s；Q 體積流量，m2/s；流量系數(shù)

23、； 流束膨脹系數(shù)；F0 節(jié)流裝置開(kāi)孔截面積，m21流體流經(jīng)節(jié)流元件前的密度，kg/m3；p節(jié)流元件前后壓力差，即pp1p2，Pa在計(jì)算時(shí)，根據(jù)我國(guó)現(xiàn)用單位的習(xí)慣，如果Q的單位為m3/h，M為kg/h，F(xiàn)0為mm2，p為Pa，為kg/m3單位時(shí)，則上述流量公式可換算為使用流量計(jì)算公式，即：Q0.0039999d2M0.003999式中d為節(jié)流元件的開(kāi)孔直徑，F(xiàn)0（/4）×d2。第 11 頁(yè) 共 11 頁(yè)工程人員手冊(cè) 我國(guó)自1993年8月1日起采用GB/T262493標(biāo)準(zhǔn)，代替GB262481標(biāo)準(zhǔn)。本標(biāo)準(zhǔn)適用于角接取壓、法蘭取壓、D和D/2取壓的孔板、噴嘴和文丘利管的節(jié)流裝置；同時(shí)也只適

24、用于管道公稱(chēng)通徑為501200mm的流量測(cè)量和管道雷諾數(shù)大于3150的場(chǎng)合。GB/T262493新標(biāo)準(zhǔn)采用流出系數(shù)C來(lái)代替過(guò)去的流量系數(shù)。兩者的換算關(guān)系如下： C/E式中 E漸進(jìn)速度系數(shù)，并由下式確定：E1/（14）1/25.7 電磁流量計(jì)測(cè)量原理電磁流量計(jì)是電磁感應(yīng)定律的具體應(yīng)用，當(dāng)導(dǎo)電的被測(cè)介質(zhì)垂直于磁力線方向流動(dòng)時(shí)，在與介質(zhì)流動(dòng)和磁力線都垂直的方向上產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)電： 動(dòng)勢(shì)Ex（見(jiàn)圖5.7-1）ExBDv，V （5.7 1）式中 B磁感應(yīng)強(qiáng)度，T；D導(dǎo)管直徑，即導(dǎo)體垂直切割磁力線的長(zhǎng)度，m；v被測(cè)介質(zhì)在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的速度，m/s因體積流量Q等于流體流速v與管道截面積A的乘積， 圖5.7-1

25、電磁流量計(jì)原理圖 直徑為D的管道的截面積AD2/4，故：QD2v/4，m3/s （5.7 2）將式（5.7 2）代入式（5.7 1）中 ，即得：Ex4BQ/DQD Ex /4B （5.7 3）由式（5.7 3）可知，當(dāng)管道直徑D和磁感應(yīng)強(qiáng)度B不變時(shí)，感應(yīng)電勢(shì)Ex與體積流量Q之間成正比。但是上式是在均勻直流磁場(chǎng)條件下導(dǎo)出的，由于直流磁場(chǎng)易使管道中的導(dǎo)電介質(zhì)發(fā)生極化，會(huì)影響測(cè)量精度，因此工業(yè)上常采用交流磁場(chǎng)，BBmsint，得Q（D Ex） /（4 Bmsint） （5.7 4） 式中 交變磁場(chǎng)的角頻率；Bm交變磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值。第 12 頁(yè) 共 12 頁(yè)工程人員手冊(cè)由式（5.7 4）可知，

26、感應(yīng)電勢(shì)Ex與被測(cè)介質(zhì)的體積流量Q成正比。但變送器輸出的Ex是一個(gè)微弱的交流信號(hào)，其中包含有各種干擾成分，而且信號(hào)內(nèi)阻變化高達(dá)幾萬(wàn)歐姆，因此，要求轉(zhuǎn)換器是一個(gè)高輸入阻抗，且能抑制各種干擾成分的交流毫伏轉(zhuǎn)換器，將感應(yīng)電勢(shì)轉(zhuǎn)換成420mA DC統(tǒng)一信號(hào)，以供顯示，調(diào)節(jié)和控制，也可送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。5.8 繼電器對(duì)于開(kāi)關(guān)量的控制，由于DCS系統(tǒng)中工藝上的局限性（電子元器件、線路板），它僅能完成低電壓、小電流或無(wú)源信號(hào)的輸入、輸出功能。如我公司的SP362每點(diǎn)負(fù)載電流僅為50mA、24VDC。 所以在實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)量的輸入、輸出時(shí)，我們經(jīng)常使用繼電器。1、繼電器的分類(lèi)：繼電器按線包特性分有電壓型、電流型等

27、，按功能分有普通繼電器（瞬時(shí)動(dòng)作）、時(shí)間繼電器（延時(shí)動(dòng)作）、固態(tài)繼電器（適合頻繁動(dòng)作）等。我們常用的是小型普通繼電器，屬于電壓繼電器，線包電壓一般為24VDC和220VAC。其基本原理是：當(dāng)串接在回路中的繼電器線圈（通常稱(chēng)為線包）兩端的壓降達(dá)到一定值時(shí)（如24VDC），繼電器吸合，其觸點(diǎn)動(dòng)作。繼電器的線包有一些特性，以我們常用的和泉RM2S-U繼電器為例，它在20度的環(huán)境溫度時(shí)的特性為：當(dāng)繼電器線包電壓（標(biāo)稱(chēng)值24VDC）在80%的標(biāo)稱(chēng)值（即電壓為24*80%=19.2VDC）時(shí)即可吸合，最大連續(xù)工作電壓為110%的標(biāo)稱(chēng)值（即電壓為24*110%=26.4VDC）。它的外形尺寸為底座寬23mm

28、、長(zhǎng)65mm, 功耗為37mA、24VDC時(shí)。繼電器除線包外觸點(diǎn)也很重要，觸點(diǎn)主要的參數(shù)是觸點(diǎn)容量，還以我們常用的和泉RM2S-U繼電器為例：它的觸點(diǎn)容量在24VDC時(shí)最大為2.5A，在220VAC時(shí)最大為5A。2、繼電器有兩大主要作用：隔離和擴(kuò)展。在DCS系統(tǒng)中主要起隔離作用，它能使我們DCS系統(tǒng)的信號(hào)延伸到電氣回路中，應(yīng)用范圍更廣泛。它的擴(kuò)展作用是指它有多個(gè)觸點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)不同的組合。繼電器的觸點(diǎn)主要用于電氣二次回路中，（如電動(dòng)機(jī)的啟、停回路，電動(dòng)門(mén)的控制回路）。 電氣二次回路主要是區(qū)別于電氣一次回路而言，電氣一次回路指設(shè)備強(qiáng)電回路（如給電動(dòng)機(jī)供電的三相380VAC、6KVAC回路）。電氣二次

29、回路指的是控制回路。在有DCS系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)以前，很多復(fù)雜的聯(lián)鎖均由繼電器回路實(shí)現(xiàn)（如汽機(jī)保護(hù)），現(xiàn)在如果不考慮動(dòng)作的時(shí)間因素，只要有梯形圖的，繼電器基本都能實(shí)現(xiàn)，繼電器的應(yīng)用至今非常廣泛。第 13 頁(yè) 共 13 頁(yè)工程人員手冊(cè)在工程項(xiàng)目中當(dāng)遇到有源的開(kāi)關(guān)量信號(hào)輸入DCS時(shí)，必須采用繼電器隔離（SP363卡提供的是12伏的查詢(xún)電壓）。繼電器的選用要根據(jù)信號(hào)的類(lèi)型（主要是電壓等級(jí)，一般有220VAC、24VDC、380VAC），由有源開(kāi)關(guān)量信號(hào)控制繼電器線包的動(dòng)作，繼電器觸點(diǎn)作為DCS卡件的輸入信號(hào)。輸入無(wú)源的開(kāi)關(guān)量信號(hào)時(shí)采用SP590端子板或接線端子。對(duì)需要無(wú)源輸出的一般信號(hào)（在220VAC、觸

30、點(diǎn)容量小于5安培,24VDC、觸點(diǎn)容量小于2.5安培時(shí)），用擴(kuò)展繼電器（如RM2S-U）作為隔離繼電器，由卡件通斷控制繼電器線包的動(dòng)作，其觸點(diǎn)作干觸點(diǎn)輸出即可。但如果是有大容量要求對(duì)象的觸點(diǎn)，其擴(kuò)展方式可考慮用接觸器或其它方式。特別要注意的是當(dāng)被控設(shè)備為直流負(fù)載時(shí)，要根據(jù)其電流、電壓慎重選擇擴(kuò)展設(shè)備，以滿(mǎn)足其容量要求。當(dāng)控制對(duì)象為電磁閥類(lèi)時(shí)，需要輸出有源觸點(diǎn)，應(yīng)在擴(kuò)展繼電器的觸點(diǎn)上串接電源（通常有220VAC或24VDC兩種）。同時(shí)應(yīng)注意其容量要求。標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜最多可以安裝260只繼電器（如RM2S-U、包括兩只開(kāi)關(guān)電源和兩只空開(kāi)）。 對(duì)于被調(diào)設(shè)備的動(dòng)作過(guò)于頻繁，如伺服放大器做在程序中或采用PAT

31、卡輸出，僅輸出開(kāi)、關(guān)兩付觸點(diǎn)時(shí)作調(diào)節(jié)用時(shí)，其開(kāi)關(guān)量輸出的擴(kuò)展應(yīng)考慮用固態(tài)繼電器。以適應(yīng)其頻繁的動(dòng)作。5.9 安全柵5.9.1 安全柵匹配一覽樂(lè)清LB900系列 德國(guó)P+F公司 英國(guó)MTLRTDLB955TCLB960配電LB930 LB987sp Z728 Z787.H MTL787SP+AOLB940 LB928 Z728DILB987S DOZ954 Z960 Z715MTL755ac MTL4755MTL760 acMTL728+MTL787S+MTL787S MTL787S+5.9.2 齊納式安全柵1、理想化的齊納特性第 14 頁(yè) 共 14 頁(yè)工程人員手冊(cè)齊納柵的基本電路如圖5.9-1

32、所示。圖 5.9-1 齊納柵的基本電路注：為簡(jiǎn)化圖示，將三重冗余的齊納管只標(biāo)出一個(gè)。理想的齊納特性是當(dāng)回路電壓V低于齊納柵安全限壓值Vo時(shí)，齊納管截止，漏電流Ileak為零；而當(dāng)回路電壓等于安全限壓值時(shí)，齊納管突然導(dǎo)通，漏電流跳升至足夠大，使回路電壓永不超過(guò)安全限壓值。當(dāng)然，理想的齊納特性并不存在。當(dāng)回路電壓接近安全限壓值時(shí)，齊納管總是逐漸導(dǎo)通的。實(shí)踐中，人們將齊納管漏電流Ileak達(dá)到10A時(shí)的回路電壓V10A 認(rèn)作齊納管導(dǎo)通的開(kāi)啟電壓。此V10A越靠近安全限壓值，則齊納特性越理想。2、無(wú)源純阻性電路Z系列齊納柵采用無(wú)源的純阻性電路。與有源齊納柵相比，這種電路不僅元器件少、故障率低、成本低，

33、而且有利于回路信號(hào)的保真和抗干擾，特別適合與智能變送器配合使用。Z系列齊納柵中常用的電路有六種：（1）、齊納柵電路一 單線浮空（圖5.9-2）顯然，這是最簡(jiǎn)單的齊納柵電路。其特點(diǎn)是廉價(jià)。典型品種為Z728和Z715等。其中Z728適用于大多數(shù)DCS的4-20mA模擬量輸出回路。（2）、齊納柵電路二 雙線浮空、反向截止（圖5.9-3） 圖5.9-2第 15 頁(yè) 共 15 頁(yè)工程人員手冊(cè)圖5.9-3最典型的品種的Z787.H和Z787。其中Z787.H被廣泛應(yīng)用于智能變送器回路。（3）、齊納柵電路三 4-20mA/1-5V轉(zhuǎn)換（圖5.9-4）圖5.9-4典型品種為Z788.R 。其特點(diǎn)為能將變送器

34、4-20mA信號(hào)轉(zhuǎn)換為1-5V信號(hào)給DCS。（4）、齊納柵電路四 雙極性星形結(jié)構(gòu)（圖5.9-5）圖5.9-5此電路最適合±mV信號(hào)回路。特點(diǎn)為有較高的共模抑制比。典型品種為Z960，專(zhuān)門(mén)用于連接熱電偶。（5）、齊納柵電路五 雙極性三線浮空（圖5.9-6）第 16 頁(yè) 共 16 頁(yè)工程人員手冊(cè)圖5.9-6這是連接三線制熱電阻的專(zhuān)用電路。特點(diǎn)為具有完全相同的三個(gè)通路。齊納柵型號(hào)為Z954。（6）、齊納柵電路六 雙極性二線浮空（圖5.9-7）圖5.9-7過(guò)去這種電路曾被用于熱電阻回路，但缺陷是配三線制熱電阻需要一個(gè)半安全柵，多有不便?，F(xiàn)在則主要用于稱(chēng)重測(cè)力傳感器的應(yīng)變電橋回路。典型品種有Z

35、966（用于電橋配電）和Z964（用于電橋測(cè)量）。5.9.3 適應(yīng)DCS對(duì)智能變送器回路供電在齊納柵與DCS的配合時(shí)，人們常會(huì)遇到因齊納柵回路壓降過(guò)大而導(dǎo)致DCS的回路供電不足以驅(qū)動(dòng)智能變送器的情況，只要選擇Z787.H便無(wú)后顧之憂(yōu)。Z787.H配合DCS應(yīng)用于智能變送器回路如圖5.9-8所示。圖 5.9-8第 17 頁(yè) 共 17 頁(yè)工程人員手冊(cè)1-8端端電阻：250歐姆4-5端端電阻：25歐姆首先，Z787.H的齊納管開(kāi)啟電壓V10A為27.0V。使回路供電電壓范圍為24V27V。許多DCS，如Centum-CS、RS3等，其標(biāo)準(zhǔn)回路供壓可設(shè)定在25.5V。此時(shí)選用Z787.H顯然是最理想的

36、。其次，Z787.H合理設(shè)計(jì)其兩個(gè)通路的端端電阻，以適應(yīng)現(xiàn)代智能變送器，如橫河EJA、羅斯蒙特3051、ABB600、霍尼韋爾ST3000等，對(duì)回路電阻的要求。以3051為例。其對(duì)回路電阻的要求為：250 R （Vloop-10.5）÷0.023A當(dāng)DCS供壓為24V時(shí)，回路電壓Vloop = 24V - 0.9V = 23.1V 于是：250R548而應(yīng)用Z787.H時(shí)，回路電阻R=250+25+250=525顯然滿(mǎn)足3051變送器的要求。有兩點(diǎn)需要說(shuō)明。其一，并非所有DCS配合智能變送器都只有Z787.H可選。如Z728可配?？怂共_的I/A、MOORE的SAM卡的羅斯蒙特RS3

37、的MAIO等。其二，Z787.H并非只適合由DCS進(jìn)行回路供電。若用戶(hù)希望外供電（可減輕DCS供電負(fù)擔(dān)），則Z787.H也是理想的選擇。5.9.4 一臺(tái)齊納柵負(fù)責(zé)一個(gè)檢測(cè)或控制點(diǎn)P+F公司建議用戶(hù)采用單通道齊納柵，即一臺(tái)齊納柵負(fù)責(zé)一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)或一個(gè)控制點(diǎn)。同樣，一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)（如三線制熱電阻）也應(yīng)避免涉及兩臺(tái)齊納柵。這樣做的好處是當(dāng)維護(hù)齊納柵時(shí)，不會(huì)影響到其它回路的正常工作。5.9.5 避免除安全需要以外的安全柵損耗當(dāng)回路電壓高于齊納柵的安全限壓值時(shí)，將因齊納管導(dǎo)通而導(dǎo)致保險(xiǎn)絲熔斷。這是齊納柵保證回路本質(zhì)安全的功能所在。但除此以外的安全柵損耗則應(yīng)盡量避免。實(shí)踐中，為了減少齊納柵的意外損耗，用戶(hù)在現(xiàn)場(chǎng)

38、一側(cè)作業(yè)時(shí)，通常會(huì)切斷相關(guān)回路的供電。這就使本安防爆允許現(xiàn)場(chǎng)帶電作業(yè)的優(yōu)點(diǎn)得不到利用。為了最大限度避免除安全需要以外的意外損耗，對(duì)Z系列齊納柵的參數(shù)進(jìn)行了周密的設(shè)第 18 頁(yè) 共 18 頁(yè)工程人員手冊(cè)計(jì)。對(duì)于模擬量輸出、熱偶和熱阻輸入、數(shù)字量輸入、純電流和電壓輸入、頻率輸入、選用Z787.H的模擬量（變送器）輸入等回路，在DCS回路供電的條件下只要系統(tǒng)一側(cè)無(wú)故障，Z系列齊納柵就允許現(xiàn)場(chǎng)一側(cè)帶電作業(yè)。此時(shí)現(xiàn)場(chǎng)的短路和開(kāi)路均不會(huì)損壞齊納柵。以變送器回路采用Z787.H為例。設(shè)回路電壓為27V，DCS系統(tǒng)一側(cè)無(wú)故障，而現(xiàn)場(chǎng)短路如圖5.9-9所示。此時(shí)，回路電流為lsc：圖5.9-91-8端端電阻：2

39、50歐姆4-5端端電阻：25歐姆lsc = (27V 0.9V) ÷ (250 + 25 + 250) = 50mA由于Z787.H采用80mA高速保險(xiǎn)絲，容量足夠，此時(shí)不會(huì)熔斷。5.9.6 齊納式安全柵的接地齊納柵必須安裝在安全區(qū)，并可靠接地。這是為了防止在危險(xiǎn)區(qū)存在過(guò)高的對(duì)地電勢(shì)和產(chǎn)生過(guò)大的地電流。如果齊納柵不接地，如圖5.9-10所示，當(dāng)安全區(qū)內(nèi)的故障導(dǎo)致一個(gè)對(duì)地的高電勢(shì)（如250Vac的相線）落在齊納柵上時(shí)，齊納管只限制齊納柵兩線之間的電壓，無(wú)法限制任何一線對(duì)地的電勢(shì)。于是，該電勢(shì)被引至危險(xiǎn)區(qū)。一旦現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生對(duì)地短路，立即產(chǎn)生危險(xiǎn)的地電流。這種對(duì)地的高電勢(shì)和地電流的能量并未得到

40、限制，因此產(chǎn)生的火花是極其危險(xiǎn)的。如果齊納柵可靠接地，如圖5.9-11所示，當(dāng)同樣故障發(fā)生時(shí)，齊納管限制了對(duì)地的電勢(shì)，地電流只產(chǎn)生在安全區(qū)內(nèi)，于是將確保現(xiàn)場(chǎng)的安全。第 19 頁(yè) 共 19 頁(yè)工程人員手冊(cè)齊納柵所連接的地俗稱(chēng)本安地。歐洲和世界上大部分國(guó)家和地區(qū)要求本安地的地電阻小于1。圖5.9-10 齊納柵不接地，危險(xiǎn)電勢(shì)傳到現(xiàn)場(chǎng)圖5.9-11 齊納柵接地，沒(méi)有危險(xiǎn)電勢(shì)傳到現(xiàn)場(chǎng)5.9.7針對(duì)各款DCS的配置選型如下： 回路類(lèi)型AI：4-20mA變送器，可智能通訊 齊納柵型號(hào)Z787.H 適配DCS TDC3000，9000，Centum-CS，XL， PROVOX，RS3(MAX)，ABB300

41、， Moore（EAM)等I/A，Mooer（SAM），RS3（MAIO）等各款DCS各款DCS各款DCS第 20 頁(yè) 共 20 頁(yè) 備注 注1 Z728 AI：4-20mA變送器 Z788.R 轉(zhuǎn)換為1-5V送DCS AI：4-20mA電流源 Z728 AI：1-5V電壓源 Z715 注2工程人員手冊(cè) AO：4-20mAT/C：mVRTD：DI：干接點(diǎn) Z728 Z960 Z954 Z787.HZ787Z728Z715DO：電磁閥PI：頻率輸入 Z787 Z728 Z787 或各款DCS 各款DCS 各款DCS PROVOX，I/A，ABB300，Moore（EAM）， RS3等 RS3（M

42、DIO） Centum-CS，XL 各款DCS RS3（MDIO） 各款DCS 注3注1：當(dāng)采用左欄所列DCS的智能I/O卡直接支持同公司所產(chǎn)智能變送器時(shí)，例如，TDC3000配ST3000/900、Centum-CS配EJA、PROVOX配3051、ABB300配Kent-Taylor 600T等，Z787.H能夠確保智能通訊的順利完成。當(dāng)DCS與智能變送器出自不同公司時(shí)，Z787.H可保證手操器整定的完成（不同協(xié)議者除外）。Z787.H同樣適合外供電工作方式。外供電電壓不應(yīng)大于27.0V。注2：該項(xiàng)配置常用于最低工作電壓為12V的變送器（先進(jìn)的變送器如EJA，3051、600T、ST300

43、0等，最低工作電壓均低于10.8V）。此時(shí)，若DCS回路供電可調(diào)至25.5V，則仍可采用Z787.H（智能）或Z787（非智能）配4-20 mA的DCS輸入卡。若回路供電只有24V，則可采用Z788.R配1-5V的DCS輸入卡。注3：由于TDC3000數(shù)字量輸入卡的特性更適宜配隔離柵，所以P+F公司一貫建議用戶(hù)配隔離柵KFD2-SR2-Ex2型（雙通道）。同時(shí)，由于此款隔離柵的性能價(jià)格比遠(yuǎn)優(yōu)于Z787.H或Z787，所以左欄所列DCS也以配用此款隔離柵為上。5.9.8 稱(chēng)重測(cè)力系統(tǒng)的配置選型對(duì)于應(yīng)變電橋的供橋電壓不大于10.0V的稱(chēng)重測(cè)力系統(tǒng)，常用選型為：1、供橋回路：Z966或Z966.H。

44、當(dāng)多臺(tái)350傳感器并聯(lián)使用時(shí)，也可將多臺(tái)Z966或Z966.H并聯(lián)使用。2、 橋電壓反饋回路：Z964。3、測(cè)量回路：Z964。5.9.9常用Z齊納柵的技術(shù)參數(shù)如下表所列：型號(hào) 電路線安全參數(shù)Ex ia IIC第 21 頁(yè) 共 21 頁(yè) 端端V10Vmax熔斷工程人員手冊(cè)圖例 Uo Io Po (V) (mA) (W)9.56 195 14.7 150 28 2893 119 93 - 119 - 930.470.550.650.830.65- 0.83- 0.650.470.500.500.430.430.430.240.240.480.490.490.980.04Co (F) 3Lo (m

45、H)0.95L/R電阻()55 106 327 250 327A (V) 6.5 13.0 27.0 27.0 27.0(V) 電流(mA)8.9100Z710 圖3 Z715 圖3 Z728 圖3 Z728.H圖375 65 55 42 55 - 42 - 55 75 75 75 85 85 85 14314353 72 72 30 9100.75 1.5 0.13 4.2 0.13 2.550.13 4.2 -13.6 100 28.0 50 28.0 50 28.0 50 28.0 50 28.0 80 28.0 80 28.0 50 9.1 9.1 9.150 50 50 50 50

46、50Z787 圖4 A281A28 2Z787.H圖4 A281A28 2Z788.R圖5 A28136+ 27.0 0.9V 25027.00.13 2.55-25+ 27.0 0.9V 327 64 64 64 27.27 27.27 27.27 166 166 83 82 82 4127.0 6.5 6.5 6.50.13 4.2 3.0 3 30.950.950.95A9.56 195 2Z960 圖6 A9.94 2031A9.94 203 2Z954 圖7 A4.51A4.5 2 A4.5 3Z966 圖8 A121A12 2 B 12Z966.H圖8 A121A12 2 B 12

47、Z964 圖8 A121383 383 383 82 82 162 163 163 327 123000 0.253000 0.253000 0.251.6 1.6 1.6 1.5 1.55.2 5.2 1.4 1.341.340.9 4.9 (1A) 0.9 4.9 (1A) 0.9 4.9 (1A) 10.0 10.0 10.0 10.0 10.0 10.011.7 50 11.7 50 11.7 - 11.7 100 11.7 100 11.7 - 11.7 500.18 0.312 1.62301033 10.0第 22 頁(yè) 共 22 頁(yè)工程人員手冊(cè) A122 12 0.041.6 2

48、30 9101033 10.0 11.7 50表中部分欄目說(shuō)明如下：1、線路A1（或A2、A3）指齊納柵的一組基本限能電路。線路B為A1和A2的并聯(lián)電路。2、L/R為允許電纜的電感-電阻比。當(dāng)選用該比值小于所列參數(shù)的電纜時(shí)，電纜的分布電容和電感可不做考慮。3、Vmax為保持齊納柵完好的最大回路電壓值。即如果回路電壓大于該值，則齊納柵的保險(xiǎn)絲將會(huì)熔斷。4、其它欄目的定義，請(qǐng)參見(jiàn)儀表防爆原理與本質(zhì)安全技術(shù)和齊納式安全柵兩章節(jié)。5.10 UPS5.10.1 為什么要使用UPS5.10.1.1、不良電力現(xiàn)象會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成危害1、暫態(tài)過(guò)電壓（Transients）:這是產(chǎn)生在正常電源上瞬時(shí)的電壓高低變化，

49、其產(chǎn)生原因如下：（1）、臨近地點(diǎn)的電磁開(kāi)關(guān)開(kāi)啟或是關(guān)閉：（2）、同一配電地區(qū)的其它負(fù)載變動(dòng)，如大負(fù)載的啟動(dòng)關(guān)閉；（3）、電力進(jìn)相電容器的投入或減少；（4）、天然災(zāi)害暴風(fēng)雨、雷電，不適當(dāng)?shù)碾娏Σ僮?。暫態(tài)過(guò)電壓將危害電腦的正常功能，引起傳輸信號(hào)錯(cuò)誤。在某些狀況下甚至造成硬件損壞。2、脈沖電壓（Spike&Dips）其電壓波形如下圖，是極短時(shí)間里的脈沖電壓，經(jīng)常是不容易觀察到的，因?yàn)樗皇浅掷m(xù)不斷的存在，只是偶爾性的干擾。它會(huì)引起電腦系統(tǒng)錯(cuò)亂或停機(jī)，事后卻追查不到原因。3、雜訊（Noise）疊加在電源波形上的高頻雜散異常電壓，因高頻干擾非常易于耦合進(jìn)入電子線路造成數(shù)據(jù)錯(cuò)誤或記憶消失。雜訊產(chǎn)生

50、原因非常復(fù)雜，例如多重電力負(fù)荷影響，高頻設(shè)備，無(wú)線電電干擾等。因?yàn)殡娏鬏斒枪玫?，在同一傳輸線上的其它用戶(hù)產(chǎn)生的雜訊干擾電腦用戶(hù)是無(wú)法由輸配線來(lái)解決的。5.10.1.2 時(shí)電壓波動(dòng)（Surge&Sag）一般其幅度尖脈沖電壓小而時(shí)間比較長(zhǎng)，但非連續(xù)性的。一般由同系統(tǒng)的臨近負(fù)載的啟第 23 頁(yè) 共 23 頁(yè)工程人員手冊(cè)動(dòng)或關(guān)閉引起。一般電腦均有某些程度的忍受力，若超出其極限值，電腦系統(tǒng)容易停機(jī)或損壞。1、頻率偏移（Frequency Deviation）:電腦僅可忍受一定范圍之偏移，如超出范圍即停機(jī)或損壞。2、電力中斷（Blackout）:所謂斷電是百分之一秒至數(shù)小時(shí)，包括有感知停電及無(wú)

51、感知停電。一般電腦可允許的電力中斷時(shí)間僅千分之十秒即十毫米，超過(guò)十毫米電腦系統(tǒng)必然停止工作，造成數(shù)據(jù)丟失甚至硬件損壞。3、電壓超出范圍（Brownout）:市電長(zhǎng)時(shí)間的上升或下降至額定范圍外，具有電力檢測(cè)裝置的電腦將會(huì)自動(dòng)停機(jī)，否則持續(xù)使用必將造成設(shè)備損壞。4、諧波干擾諧波干擾是大量的非線形負(fù)載所產(chǎn)生的，如變壓器，電動(dòng)機(jī)及整流裝置等。諧波電流會(huì)使設(shè)備過(guò)熱、發(fā)出異常噪聲甚至燒毀，諧波電壓會(huì)使設(shè)備精密度差甚至誤控或誤不動(dòng)作。5.10.2 山特UPS的工作原理5.10.2.1 概述從工作原理上分山特UPS可分為后備式（OFF LINE）和在線式（ON LINE）兩種。從備用時(shí)間上則可分為標(biāo)準(zhǔn)型和長(zhǎng)效

52、型兩種。從原理上看，在線式UPS同后備式UPS的主要區(qū)別在于，后備式UPS在有市電時(shí)僅僅對(duì)市電進(jìn)行穩(wěn)壓而逆變器不工作處于等待狀態(tài)，當(dāng)市電異常時(shí)后備式UPS會(huì)迅速切換到逆變狀態(tài)將電池電能逆變成為交流電對(duì)負(fù)載繼續(xù)供電，因此后備式UPS在由市電轉(zhuǎn)逆變工作時(shí)會(huì)有一段轉(zhuǎn)換時(shí)間一般小于10mS。而在線式UPS開(kāi)機(jī)后逆變器始終處于工作狀態(tài)，因此在市電異常轉(zhuǎn)電波放電時(shí)沒(méi)有中斷時(shí)間即0中斷。UPS主要是由充電器（CHARGER）、整流器（RECTIFIER）、電池組（BATTERY BANK）及逆變器（INVERTER）等部分組成。1、充電器-將輸入電源的交流電壓整流成為直流電對(duì)電池組進(jìn)行充電。2、逆變器-其作

53、用是將直流電轉(zhuǎn)換成為交流電，是UPS中最重要的部分。UPS常用的逆變器有方波逆變器、階梯波逆變器及脈寬調(diào)制逆變器等種類(lèi)。第 24 頁(yè) 共 24 頁(yè)工程人員手冊(cè)3、 整流器-它是將交流電整流成直流電提供逆變器工作所需的直流電源。5.10.2.2 Micro800系列1、8000系列M500W/M1000W為后備式UPS，其結(jié)構(gòu)原理圖如下：2、工作原理：在市電正常情況下，市電在UPS內(nèi)部分作兩路：一路經(jīng)充電器給電池充電；另一路經(jīng)UPS交流穩(wěn)壓器（通過(guò)輸出繼電器組調(diào)節(jié)）輸出給負(fù)載用AC，該AC為正弦波。在市電中斷時(shí)，UPS內(nèi)部電池放電，經(jīng)逆變器將直流電壓轉(zhuǎn)換成為交流電（方波）輸出給負(fù)載。在市電工作方

54、式與電池供電方式轉(zhuǎn)換過(guò)程中，有小于4mS的轉(zhuǎn)換時(shí)間。5.10.2.3 騎士系列（Kinght系列）UPS1、K系列分為K500/K1000后備式UPS以及K750S/K1050S后備長(zhǎng)效型UPS具有效率高，體積小，外型美觀，性能可靠等優(yōu)點(diǎn)。500/K1000的實(shí)際輸出功率分別為500VA（300W）和1000VA（600W），K750S/K1050S的實(shí)際輸出功率分別為750VA和1050VA。2、結(jié)構(gòu)原理圖：3、工作原理：（1）、K500/K1000工作原理：輸入市電不開(kāi)機(jī)： 第 25 頁(yè) 共 25 頁(yè)工程人員手冊(cè)充電器開(kāi)始工作對(duì)電池進(jìn)行充電，市電另一路經(jīng)穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后輸出。面板開(kāi)機(jī)：有市電時(shí)

55、UPS工作情況同上，但此時(shí)逆變器處于等待狀態(tài)如市電中斷UPS立即轉(zhuǎn)逆變工作。停電時(shí)UPS開(kāi)機(jī)后轉(zhuǎn)逆變工作，將電池電能轉(zhuǎn)換成交流電提供負(fù)載使用。（2）、K750S/K1050S工作原理：K750S/K1050S的工作原理與K500/K1000基本相同，但充電器采用推挽式的轉(zhuǎn)換線路增加了充電電流。這樣用戶(hù)可以通過(guò)不同的電池組合靈活的配置備用時(shí)間。另外還增加了通訊接口用戶(hù)可以通過(guò)監(jiān)控軟件對(duì)UPS進(jìn)行檢測(cè)控制。5.10.2.4 1000系列（Castle城堡系列）UPS1000系列UPS是山特最新研制的在線式UPS，是對(duì)原2000系列UPS的改進(jìn)。1、C1K-C3K工作原理：結(jié)構(gòu)原理圖：工作原理：當(dāng)市電正常時(shí)，電流一方面經(jīng)由功率因素修正電路產(chǎn)生逆變工作所需的直流電壓DC BUS（370V DC），再經(jīng)逆變器將DC BUS電壓轉(zhuǎn)換為交流輸出。另一方面，市電經(jīng)充電器的轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生直流電壓（4