儀表知識培訓(xùn)課件

1、儀表基礎(chǔ)知識,2012年10月,儀表基礎(chǔ)知識,2014年12月,目 錄：,一、儀表的發(fā)展與分類,1.1 儀表的發(fā)展歷史 儀表發(fā)展已有悠久的歷史。據(jù)韓非子有度記載，中國在戰(zhàn)國時(shí)期已有了利用天然磁鐵制成的指南儀器，稱為司南。古代的儀器在很長的歷史時(shí)期中多屬用以定向、計(jì)時(shí)或供度量衡用的簡單儀器。 1718世紀(jì)，歐洲的一些物理學(xué)家開始利用電流與磁場作用力的原理制成簡單的檢流計(jì)；利用光學(xué)透鏡制成的望遠(yuǎn)鏡，奠定了電學(xué)和光學(xué)儀器的基礎(chǔ)。其它一些用于測量和觀察的各種儀器也遂逐漸得到了發(fā)展。 19世紀(jì)到20世紀(jì)，工業(yè)革命和現(xiàn)代化大規(guī)模生產(chǎn)促進(jìn)了新學(xué)科和新技術(shù)的發(fā)展，后來又出現(xiàn)了電子計(jì)算機(jī)和空間技術(shù)等，儀器儀表因

2、而也得到迅速的發(fā)展?，F(xiàn)代儀器儀表已成為測量、控制和實(shí)現(xiàn)自動化必不可少的技術(shù)工具。,一、儀表的發(fā)展與分類,1.2 儀表分類 1.2.1 檢測和過程控制儀表的分類方法很多，根據(jù)不同原則可以進(jìn)行相應(yīng)的分類： 按儀表所使用的能源分類:氣動、電動、液動儀表； 按組合形式:基地是儀表、單元組合儀表、綜合控制裝置； 按儀表安裝形式:現(xiàn)場儀表、盤裝儀表和架裝儀表； 根據(jù)儀表有無引進(jìn)微處理器又可分為:智能儀表和非智能儀表； 按儀表信號形式:模擬儀表和數(shù)字儀表。,1.2.2 檢測與過程控制儀表最通用的分類方法是按儀表在測量與控制系統(tǒng)中的作用進(jìn)行劃分,一般分為檢測儀表、顯示儀表、調(diào)節(jié)儀表和執(zhí)行器。 檢測儀表根據(jù)被測

3、變量的不同,可分為溫度檢測儀表、壓力檢測儀表、 流量檢測儀表、物位檢測儀表和分析儀表. 顯示儀表分為記錄儀表和指示儀表.模擬儀表和數(shù)字儀表.記錄儀分 為有紙記錄和無紙記錄.通常使用無紙記錄. 調(diào)節(jié)儀表分為基地式調(diào)節(jié)儀表和單元組合式調(diào)節(jié)儀表，由于微處理 機(jī)的引入,又有可編程調(diào)節(jié)器與固定程序調(diào)節(jié)器。 執(zhí)行器由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)閥兩部分組成： 執(zhí)行機(jī)構(gòu)按能源分:氣動.電動和液動執(zhí)行器 按結(jié)構(gòu)形式分:薄膜式,活塞式和長行程執(zhí)行機(jī)構(gòu). 調(diào)節(jié)閥分類，根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分:直通單座.直通雙座.三通閥.角形閥. 隔膜閥.蝶閥.球閥.偏心旋轉(zhuǎn)閥.套 筒閥.閥體分離法.高壓閥等. 按流量特性分:直線.對數(shù)(等百分比).拋

4、物線和快開等.,一、儀表的發(fā)展與分類,二、誤差,誤差不可以避免,只能降低 而錯(cuò)誤是可以避免的 原因：產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的主要原因是儀表本身的缺陷, 使用方法不正確,使用者的習(xí)慣與偏向,因環(huán)境 條件的變化等。,誤差錯(cuò)誤,誤差的定義及分類,儀表超差的理解,3、常見儀表的精度等級:,三、壓力測量,P絕壓(絕對零壓為基準(zhǔn)來表示的壓力),P表壓(以大氣壓為基準(zhǔn)來表示的壓力),P負(fù)壓（真空度）被測流體的絕對壓力低于大氣壓時(shí)壓力表測得的壓力,P絕壓,1大氣壓力線,絕對零壓(絕對真空下的壓力),3.1 表壓、絕對壓力、負(fù)壓（真空度）的關(guān)系,3.2 壓力測量基本知識,法定計(jì)量單位是Pa，1Pa=1N/m2， 壓力的法

5、定工程單位還有：MPa、kPa、,非法定工程單位：kgf/cm2、atm、mmH2O、mmHg、bar等,現(xiàn)場壓力表，從表盤直徑看最常見的有60mm,100mm,150mm 三種規(guī)格。從接口看最常見的有M20X1.5, 1/2NPT, 法蘭連接（有法蘭尺寸和耐壓等級要求）,3.3 壓力表,電接點(diǎn)壓力表 一般有雙節(jié)點(diǎn) 作為報(bào)警、或 啟泵的條件。,壓力開關(guān) 1、壓力開關(guān)是一種簡單的（壓力控制裝置），當(dāng)被測壓力達(dá)到額定值時(shí)，壓力開關(guān)可發(fā)出（警報(bào)或控制）信號。 2、壓力開關(guān)的工作原理是：當(dāng)被測壓力超過額定值時(shí)，彈性元件的自由端（產(chǎn)生位移），直接或經(jīng)過比較后推動（開關(guān)元件），改變（開關(guān)元件）的通斷狀態(tài)，

6、達(dá)到控制被測壓力的目的。 3.壓力開關(guān)采用的彈性元件有（單圈彈簧管）、（膜片）、（膜盒）及（波紋管）等。 開關(guān)元件有（磁性開關(guān)）、（水銀開關(guān)）、（微動開關(guān)）等。 4.壓力開關(guān)的開關(guān)形式有（常開式）和（常閉式）兩種。 5、壓力開關(guān)的調(diào)節(jié)方式有（兩位式）和（三位式）兩種。 6.壓力開關(guān)的參數(shù)可調(diào)，依實(shí)際使用壓力范圍調(diào)節(jié),3.4 壓力變送器,壓力變送器主要用于連續(xù)測量管線和設(shè)備上的壓力，然后經(jīng)變送器將所測壓力轉(zhuǎn)換為420mA的輸出信號。 對液體流量測量，變送器應(yīng)被安裝得低于管道取壓口位置。對氣體流量測量，變送器應(yīng)被安裝得高于管道取壓口位置。,最具有代表性的壓力變送器： 1、EJA川儀橫河（重慶川儀）

7、，通訊時(shí)疊加Brain或Hart協(xié)議的數(shù)字信號。 2、Rosemount（中國北京遠(yuǎn)東）通訊時(shí)疊加Hart協(xié)議的數(shù)字信號。 通訊時(shí)有專用的手操器，可以在主控室、現(xiàn)場進(jìn)行儀表的組態(tài)。,艾默生公司生產(chǎn)的375手操器,3.5應(yīng)用中注意事項(xiàng),四、流量測量,工業(yè)上常用的流量儀表可分為三大類： （1）速度式流量計(jì)：以測量流體在管道中的流速作為測量依 據(jù)來計(jì)算的儀表。 （2）容積式流量計(jì)：它以單位時(shí)間內(nèi)所排出的流體固定容積 的數(shù)目作為測量依據(jù)。 (3) 質(zhì)量式流量計(jì)：它依據(jù)科里奧利力原理直接量質(zhì)量流量。,4.1 分類,常見的幾大流量測量儀表,4.1.1 差壓式流量計(jì),充滿管道的流體,當(dāng)它流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流件時(shí)

8、,流束將在節(jié)流件處形成局部收縮,因而流速增加,靜壓力降低,于是在節(jié)流件前后便產(chǎn)生差壓.流體流量愈大,產(chǎn)生的差壓愈大,這樣可依據(jù)差壓來測量流量的大小.這種方法是以流體連續(xù)性方程(質(zhì)量守恒定律)和伯努力方程(能量守恒定律)為基礎(chǔ)的.,4.1.1.1測量原理（以標(biāo)準(zhǔn)孔板為例）：,4.1.1.2 孔板節(jié)流裝置流量計(jì)的應(yīng)用,4.1.1.3 孔板節(jié)流裝置流量計(jì)的使用,4.1.1.4差壓式流量計(jì)的投用與停用方法,4.1.1.5 儀表三閥組的操作,4.1.1.5 差壓變送器的使用,轉(zhuǎn)子流量計(jì)（可變面積式流量計(jì)） 轉(zhuǎn)子流量計(jì)作為直觀流動指示或測量精度要求不高的中低等精度儀表。被測流體可以是單相液體或氣體，通常不

9、適用于液體中含有磁性物資、纖維、微粒固體或氣體中含有液滴的場合。,4.1.2 轉(zhuǎn)子流量計(jì),當(dāng)流體自下而上流入錐管時(shí)，被轉(zhuǎn)子截流，這樣在轉(zhuǎn)子上、下游之間產(chǎn)生壓力差，轉(zhuǎn)子在壓力差的作用下上升，這時(shí)作用在轉(zhuǎn)子上的力有四個(gè):流體對轉(zhuǎn)子的動壓力(W)、轉(zhuǎn)子在流體中的浮力(F)和轉(zhuǎn)子自身的重力(G)及粘性力(N ) (一般不適合高粘度介質(zhì),所以不考慮)。轉(zhuǎn)子重心與錐管管軸會相重合，作用在轉(zhuǎn)子上的三個(gè)力都沿平行于管軸。 當(dāng)三個(gè)力達(dá)到平衡(G=F+W)時(shí)，轉(zhuǎn)子就平穩(wěn)地浮在錐管內(nèi)某一位置上。對于給定的轉(zhuǎn)子流量計(jì)，轉(zhuǎn)子大小和形狀己經(jīng)確定，因此它在流體中的浮力和自身重力都是已知是常量，唯有流體對浮子的動壓力是隨流體

10、流速的大小而變化的。對于一臺給定的轉(zhuǎn)子流量計(jì)，轉(zhuǎn)子在錐管中的位置與流體流經(jīng)錐管的流量的大小成一一對應(yīng)關(guān)系。,4.1.2.1 測量原理,4.1.2.2 使用常識,1、流量變動而浮子或指針移動呆滯？,?,可能是由于卡塞所致（浮子和導(dǎo)向軸，指示部分連桿或指針卡住，磁耦合的磁鐵磁性下降）。遠(yuǎn)傳型金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)其遠(yuǎn)傳部分是靠磁性與轉(zhuǎn)子耦合的，若介質(zhì)中含有易被磁性物質(zhì)吸附的小顆粒，則轉(zhuǎn)子易被磨損和卡塞，造成測量不準(zhǔn)或無法測量，解決的辦法是在前面加裝磁過濾器。,2、實(shí)際流量與指示值不一樣？,?,可能是由于浮子或錐管腐蝕、導(dǎo)致面積變化。浮子或錐管內(nèi)有贓污異物，流體物性（密度，溫度，壓力）變化等等。,4.1.

11、2.3 故障判斷,4.1.3 渦街流量計(jì),在流體中安放一個(gè)非流線型旋渦發(fā)生體，使流體在發(fā)生體兩側(cè)交替地分離，釋放出兩串規(guī)則地交錯(cuò)排列的旋渦，且在一定范圍內(nèi)旋渦分離頻率與流量成正比的流量計(jì)。,4.1.3.1 特點(diǎn),4.1.3.2渦街流量計(jì)的安裝使用要求,質(zhì)量流量計(jì)測量的是流體的質(zhì)量流量，不受流體溫度、壓力、密度等參數(shù)變化的影響，且測量精度很高（可達(dá)0.1%），無直管段要求，故在一些要求進(jìn)行精確測量和嚴(yán)格控制進(jìn)料的場合以及用于貿(mào)易結(jié)算進(jìn)行計(jì)量的時(shí)候，常常使用質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行流量測量，但因其價(jià)格昂貴使用面不是太廣。,4.1.4 質(zhì)量流量計(jì),利用科里奧利加速度理論制成的流量計(jì)。當(dāng)一定的質(zhì)量流體流過振動的

12、管道時(shí)，會產(chǎn)生使管道彎曲和扭曲的科氏力。這些微小的管道變形被安裝在最佳位置處的傳感器檢測出來并進(jìn)行電子評估。由于傳感器測得的相位遷移信號與質(zhì)量流量成正比，科里奧利質(zhì)量流量計(jì)可以直接測量質(zhì)量流量。測量與流體的密度、溫度、粘度、壓力及電導(dǎo)率無關(guān)。測量管道始終以共振的方式振動。在工作條件下，這個(gè)共振頻率是測量管道幾何形狀、流量計(jì)材料特性和測量管中流體（也在振動）質(zhì)量的函數(shù)并可以精確地測量被測流體的密度。,4.1.4.1 基本原理,4.1.4.2 傳感器形式,4.1.4.3 質(zhì)量流量計(jì)的安裝使用要求,4.1.4.4 質(zhì)量流量計(jì)的投用與停用方法,電磁流量計(jì)用于測量導(dǎo)電液體介質(zhì)流量，介質(zhì)溫度不宜超過120

13、度，壓力不宜超1.6MPa，不宜在負(fù)壓狀態(tài)下使用，流速不得低于0.3m/s，被測介質(zhì)中不能含有較多的磁鐵性物質(zhì)和氣泡，被測流體基本無壓損，測量精度可達(dá)0.5%，量程比寬為20：1，其測量原理為法拉第電磁感應(yīng)定理。,4.1.5 電磁流量計(jì),電磁流量計(jì)的基本測量原理是基于法拉第電磁感應(yīng)定律，即導(dǎo)體在磁場中做切割磁力線運(yùn)動時(shí)，在其兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，如圖所示。流量計(jì)的測量管是由內(nèi)襯絕緣材料的非導(dǎo)磁合金短管制作，兩只電極沿管徑方向穿通管壁固定在測量管上，其電極頭與襯里內(nèi)表面基本齊平。勵(lì)磁線圈由雙向方波脈沖勵(lì)磁時(shí)，將在與測量管軸線垂直的方向上產(chǎn)生磁通量密度為B的工作磁場，此時(shí)，如果具有一定電導(dǎo)率的流體流

14、經(jīng)測量管，將切割磁力線，并感應(yīng)出電動勢E。電動勢E正比于磁通量密度B，測量管內(nèi)徑d與平均流速v的乘積。電動勢E（流量信號）由電極檢出并通過電纜送至轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器將流量信號放大處理后，可顯示流體流量，并能輸出脈沖、模擬電流等信號，用于流量的控制和調(diào)節(jié)。 其原理公式為： E=KBDV 式中： E - 為電極間的信號電壓（v） B - 磁通密度（T） D - 測量管內(nèi)徑（m） V - 平均流速（m/s）,4.1.5.1 工作原理,式中k, D為常數(shù)，由于勵(lì)磁電流是恒流，故B也是常數(shù)，則由EKBdV可知，體積流量Q與信號電壓E成正比，即流速感應(yīng)的信號電壓E與體積Q成線性關(guān)系。因此，只要測量出E就可確定

15、流量Q，這是電磁流量計(jì)的基本工作原理。 由EKBDV可知，被測流體介質(zhì)的溫度、密度、壓力、電導(dǎo)率、液固兩相流體介質(zhì)的液固成分比等參數(shù)不會影響測量結(jié)果。至于流動狀態(tài)只要符合軸對稱流動（如層流或者紊流）就不會影響測量結(jié)果。因此說電磁流量計(jì)是一種真正的體積流量計(jì)。只要用普通的水實(shí)際標(biāo)定后，就可以測量其他任何導(dǎo)電流體介質(zhì)的體積流量，而不需要任何修正。這是電磁流量計(jì)的一突出優(yōu)點(diǎn)，是其他任何流量計(jì)所沒有的。測量管內(nèi)無活動及阻流部件，因此幾乎沒有壓力損失，并且有極高的可靠性。,4.1.5.2 電磁流量計(jì)的安裝要求,4.1.5.3 電磁流量計(jì)的投用與停用方法,4.2流量計(jì)使用的幾個(gè)常見問題,五、物（界）位測量

16、,5.1 液位測量常識,磁致伸縮液位計(jì)由三部分組成：探測桿，電路單元和浮子組成。在一非磁性傳感管內(nèi)裝有一根磁致伸縮線，在磁致伸縮線一端裝有一個(gè)具有專利的傳感器,該壓磁傳感器每秒發(fā)出10個(gè)電流脈沖信號給磁致伸縮線,并開始計(jì)時(shí)，該電流脈沖同磁性浮子的磁場產(chǎn)生相互作用，在磁致伸縮線上產(chǎn)生一個(gè)扭應(yīng)力波，這個(gè)扭應(yīng)力波以已知的速度從浮子的位置沿磁致伸縮線向兩端傳送。直到壓磁傳感器收到這個(gè)扭應(yīng)力信號為止,具有專利的壓磁傳感器可測量出起始脈沖和返回扭應(yīng)力波間的時(shí)間間隔，根據(jù)時(shí)間間隔大小來判斷浮子的位置，由于浮子總是懸浮在液面上,且磁浮子位置隨液面的變化而變化，即時(shí)間間隔大小也就是液面的高低，然后通過全智能化電

17、子裝置將時(shí)間間隔大小信號轉(zhuǎn)換成與被測液位成比例的420mA信號進(jìn)行輸出 。,5.2 磁致伸縮液位計(jì),磁翻板液位計(jì),磁翻板式液位變送器是以浮子內(nèi)磁鋼驅(qū)動雙色薄片的翻轉(zhuǎn)來指示液位的一種新型儀表。主體內(nèi)磁浮子隨液位的升降而上下運(yùn)動，同時(shí)驅(qū)使主體外指示器內(nèi)的雙色薄片翻轉(zhuǎn)，有液位時(shí)轉(zhuǎn)示紅色、無液位時(shí)轉(zhuǎn)示白色。,5.3 差壓液位計(jì),差壓液位變送器（雙法蘭液位計(jì)）,利用對測量介質(zhì)的兩點(diǎn)之間由于存在液位高度所產(chǎn)生的壓差進(jìn)行測量的變送器儀表。 雙法蘭屬于一種特殊的差壓變送器。,適用于密閉場合下的下列工況： 1、 被測介質(zhì)對變送器接頭和敏感元件有腐蝕作用時(shí)；2、 需要將高溫被測介質(zhì)與變送器隔離時(shí)； 3、 被測介質(zhì)

18、由引壓管引出，由于環(huán)境溫度變化，易固化或結(jié)晶時(shí)；4、 被測介質(zhì)中有固體懸浮物或高粘度易堵塞變送器接頭和壓力容室時(shí)；5、 被測介質(zhì)易冷凝或揮發(fā)，以致導(dǎo)管內(nèi)的液柱經(jīng)常變化，從而使變送器的零點(diǎn)漂移不定等。,5.4 鋼帶式液位計(jì),鋼帶浮子式液位計(jì) 罐內(nèi)有浮子，有導(dǎo)向繩 外壁常見的有兩種液位指 示一種為帶磁性的擺錘。 帶磁翻板指示。 還一種是能夠直接顯示高 度的帶數(shù)字的鋼帶。,非密閉場合液體液位的檢測。 適用介質(zhì)：與316不銹鋼兼容的液體及模糊狀物。,5.5 投入式液位變送器,超聲波液位計(jì)是利用壓電 陶瓷產(chǎn)生超聲波，超聲波遇到 物體或液體的界面產(chǎn)生反射， 液位計(jì)測量反射時(shí)間來計(jì)算液、 物位，實(shí)現(xiàn)對物位和

19、液位的非 接觸測量和控制。 適用于各種惡劣和危險(xiǎn)環(huán)境下的液體和漿體。,5.6 投入式液位變送器,六、溫度測量,6.1 溫度測量儀表簡介,6.2 溫度測量儀表簡單問題的判斷方法,廠區(qū)采用的控制閥包括：氣動薄膜調(diào)節(jié)閥、偏心旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)閥、氣動三通切斷閥、氣動楔式閘閥、氣動切斷閥、自力式調(diào)節(jié)閥、電磁閥。,七、控制閥（Control Valve ）,執(zhí)行機(jī)構(gòu),閥 體,有的閥門帶手輪機(jī)構(gòu)、閥位開關(guān)、閥位變送器、氣路電磁閥，根據(jù)不同的需要，結(jié)構(gòu)也不相同,閥門定位器,過濾器減壓閥,是控制閥的推動裝置，它按輸出信號的大小產(chǎn)生相應(yīng)的推力，使推桿產(chǎn)生相應(yīng)的位移（直行程或角行程位移），從而帶動控制閥的閥芯動作；閥體部件是控制閥的調(diào)節(jié)部分，它直接與介質(zhì)接觸，由閥芯的動作改變控制閥的節(jié)流面積達(dá)到調(diào)節(jié)的目的.,7.1 氣動薄膜調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu),執(zhí)行機(jī)構(gòu)的分類和作用形式：分為氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)和電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩大類（均包含直