儲運儀表自動化課件習(xí)題整理資料

1、油氣儲運儀表及自動化 第一章 概述教材：石油儀表及自動化王克華編；（或：測量儀表與自動化杜鵑編）適用專業(yè)：石油加工、石油儲運、熱能工程、化工機械、石油開采、應(yīng)用化學(xué)、化學(xué)工程與工藝等。主要內(nèi)容：第一篇 測量儀表 檢測 第二篇 控制儀表 調(diào)節(jié)裝置 第三篇 過程控制 自控理論、過程控制概述學(xué)習(xí)本課程的目的和意義:學(xué)習(xí)本課程的意義在于： 自動化是一門應(yīng)用非常廣泛的學(xué)科：日常生活和工作、工業(yè)生產(chǎn)、 軍事、航空航天、國民經(jīng)濟調(diào)控等領(lǐng)域內(nèi)都有應(yīng)用。自動化水平是 一個國家技術(shù)先進程度、生產(chǎn)力發(fā)達(dá)程度的重要標(biāo)志。 擴大知識面，適應(yīng)生產(chǎn)現(xiàn)代化需要；擴大就業(yè)途徑。生產(chǎn)過程自動化基本概念： 就是在我們所從事的行業(yè)中

2、（化工、煉油、石油儲運等）與生產(chǎn)過程自動化結(jié)合起來，也即在上述這些連續(xù)性生產(chǎn)設(shè)備上，配備一些自動化裝置，代替操作人員的部分直接勞動，使 生產(chǎn)在不同程度上自動地進行。 實現(xiàn)化工自動化的目的是： 加快生產(chǎn)速度，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品數(shù)量和質(zhì)量； 降低勞動強度，改善勞動成本； 確保生產(chǎn)安全本課程主要內(nèi)容 舉例A、液位的人工控制過程B、自動控制過程液位計+人眼（觀測） ：檢測儀表大腦 （思考、計算、運算）：控制器手+手動閥 （產(chǎn)生動作） ：執(zhí)行機構(gòu)水槽（對象）液位變送器 電動調(diào)節(jié)/控制器自動調(diào)節(jié)閥水槽（對象）可根據(jù)工藝需要添加顯示、報警等裝置章節(jié)內(nèi)容第一節(jié) 測量過程及測量誤差 測量的概念、方法、測量誤

3、差第二節(jié) 測量儀表的品質(zhì)指標(biāo) 精度、靈敏度、變差、動態(tài)特性第三節(jié) 測量儀表的分類與組成 儀表的組成、安全防爆知識 要求：1.掌握測量誤差、儀表的性能及計算；2.了解測量方法、儀表組成及分類。第一節(jié) 測量過程及測量誤差一、測量的概念測量：采用實驗方法，借助專用設(shè)備，將被測量A與其單位標(biāo)準(zhǔn)量Ux比較，求得被測量數(shù)值g大小的過程。 式中 A被測值；Ux測量單位； g測量值，即被測量與所選測量單位的比值。二、測量方法測量方式 直接：米尺、普通溫度計等 間接：推導(dǎo)y=f(x1,x2 ),如求體積接觸方式 接觸式：水銀溫度計 非接觸式：紅外、超聲波、放射線平衡方式 零位式：天平 偏差式：指針式電流表三、測

4、量誤差及處理誤差的概念：誤差分類：按誤差表示方式分：（1）絕對誤差： 反應(yīng)誤差的大小和正負(fù)（2）相對誤差： 反應(yīng)測量結(jié)果的可信度測量誤差儀表測得的測量值 與被測真值 之差 *在理論上，真值無法真正被獲取的，故測量誤差就是指檢測儀表（精度較低）和標(biāo)準(zhǔn)表（精度較高）在同一時刻對同一被測變量進行測量所得到的2個讀數(shù)之差。 即：x0標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)（3）引用誤差： 反應(yīng)測量儀表的可信度Xmax-Xmin為儀表的量程，即測量范圍的上下限之差。按誤差規(guī)律分：（1）系統(tǒng)誤差：相同條件下多次測量同一量時，誤差值固定或按規(guī)律變化。原因：儀表質(zhì)量問題、條件改變或可控原因。消除：調(diào)零、修正、補償法。（2）隨機誤差：相同條

5、件下測量同一量時，誤差值不可預(yù)見、隨機變化。原因：由無法控制的偶然因素造成。消除：多次測量求平均值。（3）疏忽誤差：誤差較大且違反常規(guī) 的誤差。原因：人為疏忽（操作、讀數(shù)、記錄）。消除：凡超過 的誤差，予以剔除。第二節(jié) 測量儀表的品質(zhì)指標(biāo)一、精確度及精度等級一臺測量范圍01000kPa的壓力測量儀表，其最大絕對誤差10kPa(在整個量程范圍內(nèi))，另一臺測量范圍0400kPa的壓力測量儀表，其最大絕對誤差5kPa， 請問哪一臺壓力檢測儀表的精度更高？雖然后者的最大絕對誤差較小，但這并不說明后者較前者精度高。如何衡量？在自動化儀表中，通常是以最大引用誤差來衡量儀表的精確度定義儀表的精度等級。 由于

6、儀表的絕對誤差在測量范圍內(nèi)的各點上是不相同的，因此在工業(yè)上通常將絕對誤差中的最大值，即把最大絕對誤差折合成測量范圍的百分?jǐn)?shù)表示，稱為最大引用誤差:1.01.5 精度等級數(shù)值越小，表示儀表的精確度越高。 精度等級數(shù)值小于等于0.05的儀表通常用來作為標(biāo)準(zhǔn)表，而工業(yè)用表的精度等級數(shù)值一般大于等于0.5。 精確度（簡稱精度）是精密度和準(zhǔn)確度的綜合，表示正常使用條件下所得結(jié)果的可靠程度。 允許引用誤差：簡稱允許誤差，是儀表出廠時所規(guī)定的引用誤差的最大允許值。把儀表允許引用誤差去掉“”號和“”號，便可以用來確定儀表的精度等級。目前，按照國家統(tǒng)一規(guī)定所劃分的儀表精度等級有： 0.005，0.02，0.05

7、，0.1，0.2，0.25，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等。所謂的0.5級儀表，表示該儀表允許的最大引用誤差為0.5，以此類推。精度等級一般用一定的符號形式表示在儀表面板上：例1：某壓力變送器測量范圍為0400kPa，在校驗該變送器時測得的最大絕對誤差為-5kPa，請確定該儀表的精度等級。 解：先求最大引用誤差去掉和%為1.25，因該儀表誤差超過了（）1.0級儀表所允許的最大誤差故該變送器精度等級為1.5級 例2：根據(jù)工藝要求選擇一測量范圍為040m3/h的流量計，要求測量誤差不超過0.5 m3/h，請確定該儀表的精度等級。 解：同樣，先求最大引用誤差若選擇1.5級儀表其1.

8、5%，超過了工藝允許值測量誤差故該流量計必須選擇1.0級的流量計 結(jié)論：工藝要求的允許誤差 儀表的允許誤差 校驗所得到的最大引用誤差 根據(jù)儀表校驗數(shù)據(jù)確定儀表等級根據(jù)工藝要求確定儀表等級二、靈敏度及分辨率1、靈敏度增加靈敏度不能提高精度，儀表刻度分格值2、靈敏限是表征檢測儀表對被測量變化的靈敏程度，它是指儀表輸出變化量和輸入變化量之比，即 靈敏度y/x 指針式儀表能引起儀表指針發(fā)生位移變化的被測參數(shù)的最小變化量。它也是靈敏度的一種反映。3、分辨力 在最低量程上，最末一位數(shù)字改變一個字表示的物理量。4、分辨率 指數(shù)字儀表顯示的最小數(shù)值與最大數(shù)值之比。 關(guān)系：分辨率=分辨力/最低量程例：液位儀表,

9、最小測量范圍099.99m，最小顯示0.01m,則分辨率0.01/99.99=0.01%；分辨力為0.01m數(shù)字式儀表三、變差 在外界條件不變的情況下，使用同一儀表對被測變量在全量程范圍內(nèi)進行正反行程（即逐漸由小到大和逐漸由大到?。y量時，對應(yīng)于同一被測值的儀表輸出可能不等，二者之差的絕對值即為變差。 變差大小一般采用最大引用 誤差形式表示，即儀表的變差不能超過儀表的允許誤差，否則及時檢修變差產(chǎn)生原因： 傳動機構(gòu)間隙和摩擦力、 彈性元件滯后等四、動態(tài)特性 儀表動態(tài)特性是指測量隨時間變化時，儀表指示值跟隨被測量隨時間變化的特性。第三節(jié) 測量儀表的分類與組成一、測量儀表的分類按所測參數(shù)不同： 壓力

10、測量儀表、流量測量儀表、液位測量儀表、 溫度測量儀表、成分分析儀表。按儀表示數(shù)方式： 指示型儀表、記錄型儀表、自力式儀表。按儀表能源不同： 電動儀表、氣動儀表、液動儀表。二、測量儀表的組成檢測部分：感受被測變量，利用某物理效應(yīng)，轉(zhuǎn)換成其他信號形式。變換部分：將檢測元件輸出信號放大、轉(zhuǎn)換、處理（補償、線性化等）。顯示部分：以指針、記錄筆、文字圖像形式顯示出被測量大小。傳感器：又稱為檢測元件或敏感元件，它直接響應(yīng)被測變量，經(jīng)能量轉(zhuǎn)換并轉(zhuǎn)化成一個與被測變量成對應(yīng)關(guān)系的便于傳送的輸出信號，如mV、V、mA、Hz、位移、力等等。變送器：由于傳感器的輸出信號種類很多，且信號往往很微弱，一般都需要經(jīng)過變送環(huán)

11、節(jié)的進一步處理，把傳感器的輸出轉(zhuǎn)換成如010mA、420mA等統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的模擬量信號或者滿足特定標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字量信號，這種檢測儀表稱為變送器。 如：1151系列；ST3000(霍尼韋爾) 、羅斯蒙特3051。有時將傳感器稱為 一次儀表 ；將變送器和顯示裝置稱為 二次儀表。檢測儀表結(jié)構(gòu)形式（1）開環(huán)式結(jié)構(gòu)輸出與輸入的關(guān)系：y = k1*k2*k3*x =Kx儀表性能與各環(huán)節(jié)性能有關(guān)，儀表無法獲得較高性能。三、安全防爆基本知識重點：爆炸性物質(zhì)的劃分、爆炸性環(huán)境的劃分、防爆電氣儀表的防爆形式和選擇、本質(zhì)安全設(shè)備與系統(tǒng)的相關(guān)知識補充：儀表防爆防爆問題很復(fù)雜 簡單介紹目的：有所認(rèn)識主要針對電動儀表爆炸性物質(zhì)：

12、氣體、蒸汽、薄霧、粉塵或纖維狀的易燃物質(zhì)與空氣 混合，點燃后燃燒將在整個范圍內(nèi)傳播的混合物稱 危險場所：具有爆炸性物質(zhì)的周圍空間稱為具有不同程度爆炸危險 的場所，簡稱.1、防爆的基本知識：用于危險場所的儀表與控制系統(tǒng)，必須具有防爆性能。氣動儀表：本質(zhì)上來說具有防爆性能電動儀表：必須采取必要的防爆措施才具有防爆性能類：工廠用電氣設(shè)備根據(jù)國標(biāo)GB3836.1規(guī)定，防爆的電氣設(shè)備分為兩類：類：為煤礦井下用防爆電氣設(shè)備類防爆電氣設(shè)備又分8中類型：防爆儀表的分級和分組：在爆炸性氣體或蒸汽中使用的儀表，引起爆炸主要有兩方面原因：1、儀表產(chǎn)生能量過高的電火花或儀表內(nèi)部故障產(chǎn)生的火焰通過表殼的縫隙引燃儀表外的

13、氣體或蒸汽；2、過高的表面溫度因此，根據(jù)上述兩個方面對II類（工廠用）防爆儀表進行了分級和分組，規(guī)定其適用范圍。 （1）按最大試驗安全間隙分級：（2）按最小點燃電流比分級在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)實驗條件下，調(diào)節(jié)最小點燃電流，以甲烷的最小點燃電流為標(biāo)準(zhǔn)定為1.0，其他物質(zhì)的最小點燃電流與之比較，得出最小點燃電流比（MICR）為：某物質(zhì)的最小點燃電流比=某物質(zhì)的最小點燃電流/甲烷最小點燃電流 。按爆炸性氣體、蒸汽的最小點燃電流比，可分等級： 無級： MICR=1.0級為甲烷，作為起始點在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)試驗條件下，火焰不能傳播的最大間隙稱為最大試驗安全間隙（MESG）按爆炸性氣體、蒸汽的最大試驗安全間隙可分為以下幾

14、級： 無級： MESG=1.14mm為甲烷，作為起始點由此可見，爆炸性氣體、蒸汽的最大安全間隙越小，最小點燃電流也越小?；騇ESG（3）爆炸性物質(zhì)的分組爆炸性物質(zhì)按引燃溫度分組：（在沒有明火源的條件下，不同物質(zhì)加熱引燃所需要的溫度是不同的，因為自燃點不同）按引燃溫度可分為六組，如表：用于不同組別的防爆電器設(shè)備，其表面允許最高溫度各不相同，不可隨便混用。儀表的最高表面溫度 = 實測最高表面溫度-實測時環(huán)境溫度+規(guī)定最高環(huán)境溫度 防爆儀表的防爆標(biāo)志為“Ex”；儀表的防爆等級標(biāo)志的順序為：防爆型式、類別、級別、溫度組別。 過程控制儀表常見的防爆等級有iaIICT5 (iaIICT6)和dIIBT3二

15、種。前者表示II類本質(zhì)安全型ia等級C級T5組；后者表示II類隔爆型B級T3組。 * 防爆儀表的分級與分組，與易燃易爆氣體或蒸汽的分級和分組是相對應(yīng)的。 易爆性氣體或蒸汽級別和組別一覽表 防爆儀表的標(biāo)志：措施：防爆殼體耐壓大于10個工業(yè)大氣壓；殼體表面溫升小， 不能在通電運行的情況下打開表殼進行檢修或調(diào)校。電動控制儀表、裝置主要采用隔爆型防爆措施和本質(zhì)安全型防爆措施.注：防爆措施不同器防爆性能也不同，適合應(yīng)用的危險場所也不同2、電動儀表的防爆：隔爆型電動控制儀表、裝置：隔爆又稱耐壓防爆，它把能點燃爆炸混合物的儀表部件封閉在一個外殼內(nèi)，該外殼特別牢固，能承受內(nèi)部爆炸性混合物的爆炸壓力，并阻止向殼

16、外的爆炸性混合物傳爆。這就是說，隔爆型儀表的殼體內(nèi)部是可能發(fā)生爆炸的，但不會傳到殼體外面來，因此這種儀表的各部件的接合面，如儀表蓋的螺紋圈數(shù)，螺紋精度，零點，量程調(diào)整螺釘和表殼之間，變送器的檢測部件和轉(zhuǎn)換部件之間的間隙，以及導(dǎo)線口等，都有嚴(yán)格的防爆要求。特點：儀表電路與接線端子置于防爆殼體內(nèi)； 但揭開表殼就失去了防爆性能1151系列變送器屬隔爆型本質(zhì)安全型電動控制儀表、裝置：又分： ia等級：在正常工作，及電路中存在一個故障或兩個故障時，均不能點燃爆炸 性氣體混合物。在ia型電路中，工作電流被限制在100mA以下 ib等級：在正常工作狀態(tài)下，以及電路中存在一個故障時，不能點燃爆炸性 氣體混合物

17、。在ib電路中，工作電流被限帛在150mA以下。 從本質(zhì)安全角度講，ib型儀表適用于煤礦井下，ia型儀表適用于工廠。 本質(zhì)安全型防爆儀表又叫安全火花型防爆儀表，簡稱：本安儀表特點：在正常情況或規(guī)定的故障狀態(tài)下產(chǎn)生的電火花和達(dá)到的溫度都不會引燃爆炸性混合物。其防爆性能，不是采用通風(fēng)、充氣、充油、隔爆等外部措施實現(xiàn)的，而是由電路本身實現(xiàn)的，因而是本質(zhì)安全的。它能適用于一切危險場所和一切爆炸性氣體、蒸氣混合物，并可以在通電的情況下進行維修和調(diào)整。但，它不能單獨使用必須和本安關(guān)聯(lián)設(shè)備（安全柵）、外部配線一起組成本安電路，才能發(fā)揮防爆功能。措施： 儀表采用低的工作電壓和小的工作電流； 對處于危險場所的電

18、路，選擇適當(dāng)?shù)碾娮?、電容、電感元件借以限制?火花能量2、控制系統(tǒng)的防爆措施：要使整個測量或控制系統(tǒng)的防爆性能符合安全火花防爆要求，必須滿足：在危險場所使用安全火花型的防爆儀表；在控制室儀表與危險場所儀表之間設(shè)置安全柵安全柵作用：限制由控制室至現(xiàn)場的能量變送器執(zhí)行器控制器 現(xiàn)場危險場所 控制室非危險場所安全柵安全柵要真正實現(xiàn)安全火花防爆，必須做到：1.必須正確地安裝安全柵和布線。（1）安全柵必須有良好的接地。（2）安全柵的輸入、輸出端的接線，應(yīng)該分別布設(shè)，不能走同一條線槽。（3）對由安全柵通向現(xiàn)場儀表的信號線的分布電容和分布電感有一定的限制。 （4）因為信號線與穿線管管壁之間存在的分布電容也具有儲能作用。 穿管安裝時，穿線管的直徑宜足夠大 2.安全火花型現(xiàn)場儀表在危險場所時，雖然允許打開表殼進行檢查, 攜帶到現(xiàn)場的檢修用的儀器儀表必須是安全火花型的。習(xí)題講解1、有一支測量范圍為0-1000的溫度計，經(jīng)校驗得到下列數(shù)據(jù)：(1)、試確定該溫度計的精度等