化工仪表基础培训PPT课件.ppt

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1、化工仪表,LOGO,仪表基础知识,现场仪表,目录,LOGO,仪表基础知识,LOGO,化工生产过程中，往往是在密闭的管道和设备中，连续的进行着物理或化学变化，具有高温、高压、易燃易爆等特点，必须借助于各类仪表及自动化装置进行自动化生产，才能确保生产稳定、可靠、安全,化工仪表及自动化装置包含自动检测、自动保护、自动控制三方面，主要由各类仪表、联锁装置、PLC及DCS控制系统等硬件及相应软件来完成上述功能。,仪表概述,仪表基础知识,化工仪表，对化工、炼油等生产过程中的各种变量(P、T、L、F、A等)进行自动检测、显示和控制的仪表,仪表定义,温度、压力、流量、液位、分析,仪表基础知识,LOGO,仪表参

2、数,性能 指标,变差,灵敏度,重复性,精确度,可靠性,仪表基础知识,稳定性,仪表基础知识,LOGO,仪表基础知识,LOGO,添加二级标题,仪表基础知识,LOGO,示例,仪表基础知识,仪表基础知识,1、仪表位号组成 在检测、控制系统中，构成一个回路的每个仪表（或元件）都应有自己的仪表位号，仪表位号由字母代号组合和回路编号两部分组成示例：T RC-1 01,序号（一般由两位数字，也可用三位）,车间代号（可以1位也可以两位）,功能字母代号,被测变量字母代号,信号传递形式AI：模拟量输入（电流、电压信号）AO：模拟量输出（电流、电压信号）DI：数字量输入（开关量）DO：数字量输出（开关量）PI：脉冲量

3、输入（频率信号）PO：脉冲量输出（频率信号其它,仪表基础知识,信号传递形式,仪表基础知识,仪表设备与DCS或PLC控制系统要通讯的话，必须要经过一定的物理连接来实现（除无线信号外），即各种网络通讯，才能与系统通讯。简单的说，一般的DCS控制系统的接线为：首先控制层（各种现场测量的仪表、或控制阀），通过仪表上的信号线接线到端子柜，然后由端子柜接到把信号接到各种控制卡件（AI、AO、DI、DO），各卡件的信号通过通讯网络把信号传到DCS控制器上，然后控制器通过交换机把信号传到以太网上，以太网上的各种信号再与服务器通讯，服务器的数据就可以传到操作员站或工程师站，通过工程师站就可以对现场进行组态，通过

4、操作员站就可以对现场进行监控或属于本权限内的区域进行操作。不过一些特殊的场合，需要防爆或隔离，就要用到隔离器或安全栅进行信号处理,仪表基础知识,安全栅定义,定义,齐纳安全栅,齐纳式安全栅安装要求,要求一：,必须有非常可靠的接地系统，并且齐纳式安全栅的接地电阻必须小于1欧姆，否则便失去防爆安全保护性能，显然这样的要求是十分苛刻并在实际工程应用 中难以保证。,要求二：,来自危险区的现场仪表必须是隔离型，否则通过齐纳式安全栅的接地端子与大地相接后信号无法正确传送，并且由于信号接地，直接降低信号抗干扰能力，影响系统稳定性。,齐纳式安全栅安装要求,要求三：,齐纳式安全栅对电源影响较大，同时也易因电源的波

5、动而造成齐纳式安全栅的损坏，因此使用齐纳式安全栅的场所对电源的稳定性要求较高。,要求四：,由于齐纳式安全栅的电路原理需要吸收输入回路的能量，所以易造成输出不稳定。,定义,隔离式安全栅,隔离式安全栅原理,危险场所电路,认证的变压器,认证的元件,能量限制,安全场所接线端,危险场 所接线端,电源,安全隔离,安全场所电路,隔离式安全栅接线,KFD2-STC4-Ex1接线,隔离式安全栅的供电,专用电源卡导轨供电,14、15号接线端子供电,安全供电方式,隔离式安全栅使用性能,特点一：,采用了三方隔离方式，因此无需系统接地线路，给设计及现场施工带来 极大方便。,特点二：,对危险区的仪表要求大幅度降低，现场无

6、需采用隔离式的仪表。,特点三：,信号线路无需共地，使得检测和控制回路信号的稳定性和抗干扰能力大 大增强，从而提高了整个系统的可靠性。,隔离式安全栅使用特点,特点四：,隔离式安全栅具备更强的输入信号处理能力，能够接受并处理热电偶、热电 阻、频率等信号，这是齐纳式安全栅所无法做到的。,特点五：,隔离式安全栅可输出两路相互隔离的信号，以提供给使用同一信号源的两台设备使用，并保证两设备信号不互相干扰，同时提高所连接设备相互之间的电气安全绝缘性能。,安全栅的组态,P+F安全栅的组态主要指对温变式安全栅的组态，下面我们大概了解一下，温变式安全栅组态软件的安装与组态操作。,现场仪表,1、仪表按能源分为：电动

7、仪表、气动仪表、液动仪表2、按功用分为：检测仪表、显示仪表、控制仪表（阀门及执行器等）,仪表分类,现场仪表,各类仪表的作用,现场仪表,1、温度及常用检测仪表概述 温度是表征物体冷热程度的物理量。温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量。常用的温标有： 摄氏温标（）、华氏温标（）、热力学温标（K）三种。 三者的关系是： =9/5（F-32）； =K-273.15,热电阻 基于金属丝的电阻随温度变化且在一定范围内成正比例关系的原理。 常用的有：Pt100 、Cu50，属于远传式。 0时：Pt100对应的阻值是100欧姆 Cu50对应的电阻为50欧姆 Pt100的测量范围：-200-+850，

8、 适用于500 以内温度的测量。 Cu50的测量范围：-50-+150 热电阻按结构可分为：组装式和铠装式,普通热电阻结构：1、接线盒，2、接线柱，3、铭牌，4、保护管，5、绝缘套管，6、感温部件,热电偶： 热电偶是利用两种不同材料相接触而产生的热电势随温度变化的特性来测量温度的。由于热电偶具有结构简单、使用方便、测量范围宽、便于远距离传送和集中检测等特点，因而在工业生产中得以广泛使用。热电偶的热电特性由电极材料的化学成分和物理性能所决定，热电势的大小与组成热电偶的材料及两端温度有关，与热电偶的粗细无关。,在工业生产中利用热电偶来测量温度通常要使用到补偿导线，各种分度号的热电偶使用的补偿导线是

9、不相同的，根据说明选用。 测温元件在管道上、设备上安装时，固定方式有两种：螺纹连接、法兰连接。 常用的型号有： B型：铂铑30-铂铑6 S型：铂铑10-铂 E型：镍络-康铜 K型：镍络-镍硅 T型：铜-康铜 J型：铁-康铜,热电偶的测温范围,现场常用热电偶,2、压力及常用检测仪表压力2.1压力的定义及单位 ： 压力是指均匀垂直地作用在单位面积上的力。工程上的“压力”与力学中的“压力”不表示同一个概念。,1、压力开关 压力开关是一种借助弹性元件受压后产生位移以驱动微动开关工作的压力控制仪表。通常使用于报警或联锁保护系统中。,压力开关2、差压开关差压开关是一种差压控制仪表，与压力开关类似,2.压力

10、变送器 用途：用于测量气体、液体、和蒸气的压力、负压和绝对压力等参数，然后将其转换4-20mA.DC信号输出。 分类： GP型（表压力）：变送器的室，一侧接受被测压力信号，另一侧则与大气压力贯通，因 此可用于测量表压力或负压。 AP型（绝对压力）：变送器的室,一侧接绝对压力信号，另一侧被封闭成高真空基准室，可以测量排气系统、蒸馏塔、蒸发器和结晶器等的绝对压力。,2.1压力变送器工作原理 压力变送器是利用压力传感器将压力信号转换为频率信号，送到脉冲计数器，直接传递到CPU（微处理器）进行数据处理，经D/A转换器转换为与输入信号相对应的4-20mADC 的输出信号，并在模拟信号上叠加一个HART数

11、字信号进行通信的压力检测仪表。,P,单晶硅传感器,膜盒组件,CPU,内置存储器,D/A,MODEM,手持智能终端,4-20MADC及数字信号,2.2、压力变送器分类：压力变送器最常见的分为电容式压力变送器和单晶硅压力变送器。其它还有扩撒硅压力变送器。电容式压力变送器：采用结构简单、坚固耐用且极稳定的可变电容形式，可变电容由压力腔上的膜片和固定在其上的绝缘电极所组成，当感受到压力变化时，膜片要产生微微的翘曲变形，从而改变了两极的间距，采用独特的检测电路测电容的微小变化，并进行线性处理和温度补偿。传感器输出与被测压力成正比的直流电压或电流信号。精巧的结构、高性能的材料及先进的检测电路的完美结合，赋

12、予了电容式 压力变送器以很高的性能。,电容式压力变送器,1中心感应膜片 (可动电极)；2固定电极；3测量侧； 4隔离膜片,压力变化,电容量的变化,变转,420mA,输出,电容式测量膜盒,单晶硅谐振式传感器： 是一块单晶硅芯片上采用微电子机械加工技术，在单晶硅芯片上制成两个完全一致的H形状的谐振梁，并以一定的频率产生振动。其谐振频率取决于梁的长度和张力，其梁的长度已经确定，而张力是随压力变化而变化。从而把压力的变化转换成频率的变化，对差压采用频率差分技术，并将频率差信号直接输出到CPU进行运算和A/D转换。,不同形式传感器的压力变送器 电容式压力变送器 单晶硅谐振式压力变送器,流量 定义：流量大

13、小：单位时间内流过管道某一截面的流体数量的大小，即瞬时流量。总量：在某一段时间内流过管道的流体流量的总和，即瞬时流量在某一段时间内的累计值。流量的两种表示方法： 体积流量Q-单位时间内通过管道某一截面的物料体积（m3/h）。,质量流量M-单位时间内通过管道某一截面物 料的质量（kg/h）。它们之间的关系： M=Q 式中： - 流体密度 常用流量单位： 体积流量： m/h、L/h 质量流量： kg/h、t/h,常用流量计A、孔板：前后差压与流量成正比B、转子流量计（变截面积）：转子的高度与流量成正比。C、 楔形流量计：前后差压与流量成正比。适用于介质粘度大、易结晶、易结焦、有颗粒的场合。D、靶式

14、流量计：靶受介质冲击发生位移，其大小与流量成正比。E、超声波流量计：是利用时间差计量（传播速度差法） 或多普勒原理计量。F、质量流量计：克利奥里力原理，测量精度高，用于交接。G、电磁流量计：法拉第电磁感应原理H、阿牛巴流量计：差压法，主要用于测量蒸汽流量。I、 涡街流量计：根据漩涡发生体后产生的漩涡数量，测量流量。,常用的几种流量计：,孔板差压式流量计,质量流量计,转子流量计,涡街流量计,电磁波流量计,楔形流量计,物位物位及常用检测仪表物位计：在容器中液体介质的高低叫液位，容器中固体或颗粒状物质的堆积高度叫料位。测量液位的仪表叫液位计，测量料位的仪表叫料位计，测量两种密度不同的液体介质分界面的

15、高低（界位）的仪表叫界面计。上述三种仪表统称为物位计。物位开关：在物位检测中，有时不需要对物位进行连续测量，只需要测量物位是否达到上线、下限或某个特定的位置，这种定点测量用的仪表被称为物位开关。一般用来监视、报警、输出控制信号。,物位测量目的： 一是用于确定物料的体积或质量； 二是调节流入与流出物料的平衡。4.2、分类 物位测量仪表的种类很多，按液位、料位和界位来可分： （1）液位仪表：浮力式（浮筒、浮球、浮标、沉筒）、静压式（压力式、差 压式）、电容式、电感式、电阻式、超声波式、微波式等。 （2）界位仪表：浮力式、差压式、电极式、超声波式等。 （3）料位仪表：重锤探测式、音叉式、超声波式、激

16、光式、放射性式等。,1、差压液位变送器工作原理： 将差压变送器的一端接液相，另一端接气相。,差压式液位计原理图,因此,常用的差压液位计：,双法兰毛细管液位计,单法液位计,双法兰液位计,差压液位计,2、浮筒液位计 浮筒是根据阿基米德原理工作的，当液位变化时，浸没于液体中的浮筒（或沉筒）所受的浮力发生变化，通过支点，使扭力管受力作用后产生扭变，检测元件检测出后，变送器功能模块电路将测量信号经缓冲、放大和电压/电流变换后，输出420mA标准电流信号，此时与作用在浮筒上的浮力成正比例变化。,浮筒式液位计不但能测量液位，还可以应用于界位的测量。,3、其他液位计,磁致伸缩液位计,浮球液位计,雷达式液位计,

17、物位开关：,音叉液位开关,浮球液位开关,阻旋式液位开关,调节阀 目 录,一、调节阀概述二、调节阀的结构三、调节阀的附件四、调节阀的类型及选型,调节阀的概述,调节阀用于调节介质的流量、压力、温度和液位等参数。根据控制器输出的信号，自动控制阀门的开度，改变调节参数，把被调参数控制在要求范围之内，从而达到过程生产自动化。 调节阀按其能源形式分为：气动、液动和电动。 气动调节阀按其执行机构形式分为：薄膜式、活塞式和长行程式。 电动和液动调节阀按执行机构运动的方式分为：直行程和角行程。 目前石化工业中普遍使用气动调节阀，电动调节阀使用较少。,调节阀的概述,流通能力Cv是选择调节阀的主要参数之一，调节阀的

18、流通能力的定义为：当调节阀全开时，阀两端压差为0.1MPa，流体密度为1g/cm3时，每小时流经调节阀的流量数，称为流通能力，也称流量系数，以Cv表示，单位为t/h，液体的Cv值按下式计算。根据流通能力Cv值大小查表，就可以确定调节阀的公称通径DN。 调节阀的流量特性，是在阀两端压差保持恒定的条件下，介质流经调节阀的相对流量与它的开度之间关系。调节阀的流量特性有线性特性，等百分比特性及抛物线特性三种。三种注量特性的意义如下：,调节阀的概述,（1）等百分比特性（对数）等百分比特性的相对行程和相对流量不成直线关系，在行程的每一点上单位行程变化所引起的流量的变化与此点的流量成正比，流量变化的百分比是

19、相等的。所以它的优点是流量小时，流量变化小，流量大时，则流量变化大，也就是在不同开度上，具有相同的调节精度。（2）线性特性（线性）线性特性的相对行程和相对流量成直线关系。单位行程的变化所引起的流量变化是不变的。流量大时，流量相对值变化小，流量小时，则流量相对值变化大。,调节阀的概述,（3）抛物线特性流量按行程的二方成比例变化，大体具有线性和等百分比特性的中间特性。从上述三种特性的分析可以看出，就其调节性能上讲，以等百分比特性为最优，其调节稳定，调节性能好。而抛物线特性又比线性特性的调节性能好，可根据使用场合的要求不同，挑选其中任何一种流量特性。,阀门附件,调节阀由执行机构和调节机构两部分组成，

20、其中执行机构是调节阀的推动部分，调节机构是调节阀的调节部分。我们主要介绍气动执行机构的相关内容。1、执行机构（1）气动薄膜执行机构（带弹簧） 气动薄膜执行机构是一种广泛应用的执行机构，接受0.020.1MPa的气动信号。,调节阀的结构,执行机构,调节机构,调节阀的结构,（2）气动活塞执行机构（不带弹簧） 气动活塞执行机构的汽缸允许操作压力可达0.50.7MPa，适合高静压、高压差的场合。（3）长行程执行机构 长行程执行机构具有行程长、转矩大的特点，适用于转角和力矩大的场合，如蝶阀、风门等。,调节阀的结构,如右图所示，调节机构是由阀盖、阀座、阀芯、阀杆和填料等零部件组成。阀杆和阀芯连接在一起，阀

21、芯是阀内最为关键的零件，为了适应不同的需要，得到不同的阀门特性，阀芯的结构形状是多种多样的。,调节阀的结构,2、调节机构： 调节机构主要由阀芯和阀座组成，实际上是一个局部阻力可以改变的节流元件。阀杆上部与执行机构相连，下部与阀芯相连。由于阀芯在阀体内移动，改变了阀芯与阀座之间的流通面积，即改变了阀的阻力系数，被控介质的流量也就相应地改变，从而达到控制工艺参数的目的。 调节机构的类型主要有直通单座 、直通双座控制阀 、角形控制阀 、三通控制阀、隔膜控制阀 、蝶阀 、球阀笼式阀,调节阀的结构,笼式阀,调节阀的附件,过滤减压阀 过滤减压阀就是将总气源管来的气压进行过滤和设定，达到气动执行机构所要求的

22、气源质量和风压,调节阀的附件,电磁阀原理：通电时，电磁线圈产生电磁力把关闭件从阀座上提起，阀门打开；断电时，电磁力消失，弹簧把关闭件压在阀座上，阀门关闭。 现场大部分选用ASCO厂家的电磁阀。通过电磁阀可以实现阀门联锁动作。,调节阀的附件,一、阀门定位器 阀门定位器是调节阀的主要附件，它与气动调节阀配套使用，接受DCS或PLC等的的输出信号，然后定位器输出信号去控制气动调节阀，当调节阀动作后，阀杆的位移又通过机械装置反馈到阀门定位器，形成一个闭环回路。阀门定位器作用,调节阀的气开气关,调节阀的作用方式选择 调节阀的作用方式只是在选用气动执行机构时才有，其作用方式通过执行机构正反作用和阀门的正反作用组合形成。组合形式有4种即正正(气关型)、正反(气开型)、反正(气开型)、反反(气关型)，通过这四种组合形成的调节阀作用方式有气开和气关两种。对于调节阀作用方式的选择，主要从三方面考虑:a)工艺生产安全;b)介质的特性;c)保证产品质量，经济损失最小,分析仪表机组监测轴系仪表仪表安装、检修、调试、故障判断处理,分析仪表机组监测轴系仪表仪表安装、检修、调试、故障判断处理,