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1、铁矿竖炉焙烧控制系统设计摘要本文题目为铁矿竖炉焙烧控制系统，即是进行铁矿选矿厂的竖炉焙烧部分的设计，使其可以基本实现工业的要求。本文分为五大部分：第一部分是绪论，主要介绍了竖炉的一些基本知识和本设计的工业背景；第二部分为铁矿竖炉焙烧控制系统系统概论，从总体上介绍了本文中涉及的控制原理、工艺流程图和系统框图，是全文的总括；第三部分为系统设备选型，主要是本系统涉及的各种设备的选择，其中还分析了各种设备的工作原理和测量原理，以及他们的选取原则；第四部分为组态设计，主要内容包括对本设计使用的组态软件组态王6.5的基本知识的介绍和竖炉焙烧系统的组态的建立；第五部分为对本系统的一些策略方面的初步探索，它分
2、为系统PLC程序的设计和系统的仿真两部分。关键词：竖炉，设备选型，组态王，PLC，PID，MATLABThe design of Iron ore vertical furnace roast control system AbstractThe topic for iron ore vertical furnace roast control system is the vertical furnace for iron ore-roasting factory part design to be basically fit for the industrial requirements.T
3、his article is divided into five main parts : the first part is the prolegomenon mainly on the vertical stove and some basic knowledge of the industrial design background; The second part is an iron ore vertical furnace system studies roast control system, introducing this overall control principles
4、 involved, giving maps and system diagrams,which is the full text of the omnibus; Part three is about the choice of the equipments which are used in the design, which also analyzed the work of the various principles and measurement equipment principles, and their selection; Part four is divided into
5、 Zutai design. The main elements of the design include the use of software kingview 6.5,the basic knowledge of the kingview 6.5,and the Zutai building of vertical furnace roasting system; The last part of the design is for some of the initial exploration strategy of the systerm, which consists of tw
6、o parts of the design, that is the design of the PLC procedures and the systerm simulation. Keyword: Vertical Furnace, Choice of equipment, kingview,PLC,PID,MATLAB目录1 绪论i1.1 竖炉的基本知识11.2 本设计的工业背景22 铁矿竖炉焙烧系统概论42.1变量列表42.2系统控制框图及流程图52.2.1燃烧室温度控制52.2.2 炉顶负压控制和还原带还原煤气通入量控制62.2.3 铁矿竖炉焙烧控制系统工艺流程图72.2.4 DCS
7、系统配置模拟图83 设备选型93.1温度检测装置的选择93.1.1 还原带热电偶的选择103.1.2燃烧室红外测温仪的选择113.1.3 预热带和水箱梁热电阻的选择133.2 压力检测装置的选择143.2.1真空计的选择143.2.2 选择正压计163.3变送器的选择173.3.1 变送器基本知识173.3.2 变送器的工作原理183.3.3 各种变送器的选择193.4 执行器的选择203.4.1 执行器原理213.4.2 控制阀选型的原则223.4.3 阀型的选择注意事项223.4.4 选择233.5其他仪器的选择243.5.1 电磁流量计的选择243.5.2 光谱分析仪的选择273.5.3
8、 超声波料位仪的选择283.5.4 电流互感器的选择293.5.5 变频器的选择314 组态设计364.1 组态王介绍364.1.1 组态王的工作原理364.1.2 组态王软件的组成概述364.2 组态王与PLC 的通讯374.3组态王的具体设计404.3.1 动画制作404.3.2实时监控图象424.3.3 历史曲线434.3.4 报警画面445 系统策略初探465.1 PLC部分465.1.1 PLC介绍465.1.2 PLC程序编制505.2 系统仿真525.2.1 仿真工具简介525.2.2 竖炉模型的建立555.2.3 系统仿真566 总结61致谢62参考文献621 绪论竖炉焙烧是选
9、矿厂选矿的第一步工艺流程，竖炉焙烧效果的好坏直接关系到以后各个生产环节的工作运行情况，所以这一部分在整个生产环节中是非常重要和关键的。进行矿石焙烧的设备就是竖炉，可以说焙烧效果的好坏直接由竖炉决定，所以我们很有必要对它进行比较详细的了解。1.1 竖炉的基本知识竖炉的主要作用是提高铁矿石的品味。有些品味不是很高的矿石铁，在竖炉内部进行焙烧，当温度达到一定程度的时候，向竖炉内通入还原性气体（比如CO，等），通过还原性气体与铁氧化物的氧化还原反应，把铁矿石中的有用成分还原为，从而使铁元素进一步富集，达到了提高矿石品味的目的，另外还为以后进行的磁选环节奠定了基础。竖炉主要由炉体、排矿部分和抽烟部分组成
10、，其中炉体是核心部分。炉体从上到下分为预热带、加热带和还原带三部分。预热带是利用上升的气流（废气）预热需要加热的矿石，这一部分的温度大约为150-200摄氏度；加热带是炉体的核心，高度约900-1000毫米，由鼓风机向里面按一定比例通入加热煤气和压缩空气，保证燃烧室有足够高的温度对矿石进行焙烧，这一部分的温度在1100摄氏度左右；还原带从上向下呈逐渐变宽的放射状，目的是使矿石和还原煤气充分接触，还原煤气由鼓风机从下向上吹入。这一部分的温度大约为600-750摄氏度。炉子的最下部两侧装有四个排矿辊，用来排出已经还原的矿石。它的转速可以根据还原的矿石质量进行调节。在排矿辊的下面装有搬出机，用来搬出
11、已还原的矿石，然后把矿石送如下一个环节。为了不使空气通过排矿辊处的排矿口进入还原带（可能会把刚刚还原的铁矿石再氧化掉），需要采用水封装置（水封池），它是一个用混凝土筑成的水槽，其中有循环水。排出的矿石落入水封池中冷却，避免了在矿石送到下一个环节的过程中由于温度过高，而使矿石和空气接触重新被氧化失去磁性的可能性。为排出还原焙烧过程中产生的废气，竖炉还装有一台抽烟机。抽烟机通过废气管道直接和炉内想通。排出的废气同时还可以起到对矿石的预热作用，体现了对能源的充分利用。竖炉焙烧的工艺过程如图1.1竖炉内的加热过程为还原焙烧过程。还原焙烧是在还原气氛中焙烧矿石。通常要向物料中添加还原剂。采用的还原剂有煤
12、粉和碳粉。铁矿过程中还原焙烧主要用于增加铁矿的磁性，其目的均是使赤铁矿和褐铁矿还原成四氧化三铁-一种强磁性物质，这就可以在弱磁场磁选机内进行磁选富集。在这里我们选用高炉煤气和CO的混合气体作为还原剂。图1.1竖炉焙烧工艺过程1.2 本设计的工业背景2005年，酒钢选矿厂欲进行系统扩能改造。之前，酒钢选矿厂有22座100立方米竖炉、8个磨矿系列、10台SHP-3200型强磁选机、5台50米浓缩机、18台过滤机以及配套的矿石输送和动力供应系统，形成了矿石还原焙烧磁选和粉矿强磁选两大生产工艺流程，涉及年处理原矿500万吨。本扩能改造方案设计处理铁矿石为650万吨，年生产铁精矿为333万吨。增加的主要
13、设备有：4台100立方米双层燃烧室竖炉；4台3235球磨机；9台SLON2000型高梯度强磁选机；6台旋流器组；2座25米高效浓缩大井等。由于本次新增的设备比较多，原有控制系统预留部分已不能满足此次扩能改造的要求，需增加相应的网络及控制站。本扩能可分为4部分：铁矿竖炉焙烧部分、球磨部分、溢流浓度部分和现场总线DCS部分。本文就是对其中的第一部分竖炉焙烧部分进行一些具体的设计和研究。2 铁矿竖炉焙烧系统概论2.1变量列表选矿厂新上的4台竖炉系统部分要控制的包括很多的设备和变量，系统需要监控的开关量详细列表如表2.1，需要监控的模拟量详细列表如表2.2。表2.1 竖炉焙烧系统监控的开关量列表序号设
14、备名台数监控点取自DI点数（台数*单台点数）DI点说明DO点数（台数*单台点数）DO说明1鼓风机4低压配电柜4*3运行、过载6*1启停2抽烟机4低压配电柜4*2运行、过载4*1启停3锟式排矿机16低压配电柜16*2运行、过载4斗式搬出机8低压配电柜8*2运行、过载8*1启停5手/自动予切换2主控室4*1手动、自动6还原煤气切断阀4现场4*2开到位、关到位4*1开关阀门表2.2竖炉焙烧系统监控的模拟量详细列表序号测控模拟量测控仪表数量监控点取自AI点数（台数*单台点数）AI点数说明AO点数（台数*单台点数）AO点数说明1燃烧室温度8现场红外测温仪4*2温度检测2还原带温度16现场热电偶4*4温度
15、检测3废气温度4热电阻4*1温度检测续表2.2 序号测控模拟量测控仪表数量监控点取自AI点数（台数*单台点数）AI点数说明AO点数（台数*单台点数）A点数说明4水箱梁温度8热电阻4*2温度检测5加热煤气压力、流量8现场仪表4*2压力流量检测6还原煤气压力、流量8现场仪表4*2压力流量检测7压缩空气压力、流量2现场仪表6*2压力流量检测8炉顶负压检测1现场仪表差压变送4*1负压检测9还原煤气调节阀4现场阀4*1还原煤气调节10加热煤气调节阀4现场阀4*1加热煤气调节11压缩空气调节阀4现场阀4*1压缩空气调节12搬出机电流8电流变送器4*22.2系统控制框图及流程图在本系统中，最主要的是四个参量
16、的控制，就是加热煤气通入量、压缩空气通入量、还原煤气通入量和炉顶负压。2.2.1燃烧室温度控制燃烧室可以说是竖炉里面最关键的部分了，这一部分的温度约有1100摄氏度，本部分的温度控制是十分严格的，要求温度在1000摄氏度以上，假如低于1000摄氏度的话，矿石将得不到理想的温度，在还原的时候不能彻底还原；假如太高则可能在还原的时候还原成低价铁，不利于磁选，另外还可能把矿石熔化，这是绝对不允许的。在实际系统运行时，要向燃烧室同时通入压缩空气和加热煤气。主要是煤气中的CO和空气中的氧气发生氧化还原反应放热，加热经过预热带预热过的矿石。要让他们充分反应燃烧，就有一个两种气体通入比例的问题。我们令它们的
17、比例系数为K，我们按完全燃烧计算，考虑理想条件下，可以计算出K约为2.5。实际控制的时候，保持K的值不变，通过调节加热煤气调节阀和压缩空气调节阀的开度来控制加热煤气和压缩空气的通入量，从而达到控制炉内燃烧室温度的目的。其控制框图如图2.1：图2.1 燃烧室温度控制系统框图2.2.2 炉顶负压控制和还原带还原煤气通入量控制（1）炉顶要保持负压状态，假如炉顶是正压的话，炉内的废气就会逸散到外面空气中，对环境和现场工人都是严重有害的，所以，炉顶一定要保持负压状态。它的控制原理图如图2.2所示。炉顶负压控制原理图如图2.2： 图2.2 炉顶负压控制系统原理框图（2）在还原带，主要通入还原煤气，对经过燃
18、烧室加热的矿石进行还原，将矿石还原成，以方便以后进行的磁选，那么还原煤气通入量就必须好好考虑。还原煤气通入量控制原理图如图2.3图2.3 还原带温度控制系统框图2.2.3 铁矿竖炉焙烧控制系统工艺流程图经过上面的介绍，大家可能大概已经知道了竖炉系统的工艺流程。具体些就是矿石经过上料系统运输到竖炉的最上部的预热带，在预热带，矿石先由下面上升的废气进行预热，大概预热到200摄式度左右，由运输系统把矿石运输到加热带进行加热，在温度上升到1100摄式度左右的时候，矿石被运输到还原带进行还原。然后矿石由排矿机排出竖炉，经过水封池，最后由搬出机把矿石运送到下一个环节球磨系统。竖炉焙烧系统工艺流程图如图2.
19、4和2.5所示。图2.4竖炉焙烧系统矿石流程图图2.5竖炉焙烧系统气体流程图2.2.4 DCS系统配置模拟图DCS的系统配置模拟图如图2.6。图2.6 DCS系统配置模拟图为了更形象更直观的的系统运行的各个环节进行监控，我们用组态王软件对系统进行了监控，制作了监控画面，然后对下位机PLC编制控制程序，模拟实际系统的运行，通过组态监控画面显示出来，并通过实时曲线和历史曲线监测系统的连续运行情况。这将在第四章予以详细介绍。为了对系统更好的控制，我们对竖炉进行了建模，通过MATLAB的SIMULINK组件对其进行了系统仿真，并通过PID对其系统进行了整定，达到了比较理想的效果。这将在第五章予以详细介
20、绍。3 设备选型本系统的设计要涉及很多变量，主要变量如表3.1表3.1竖炉焙烧系统主要变量表：序号变量名称变量范围变量单位测量仪器1预热带温度100200摄氏度热电阻2加热带温度10001100摄氏度红外测温仪3还原带温度600750摄氏度热电偶4水箱梁温度5090摄氏度热电阻5加热煤气压力150250KP压力表6还原煤气压力120200KP压力表7压缩空气压力375625KP压力表8加热煤气流量电磁流量计9还原煤气流量电磁流量计10压缩空气流量电磁流量计11炉顶负压5080KP负压计12搬出机电流100左右A电流互感器本系统要对设备进行选型，主要可分为五大部分。第一部分是温度检测装置的选择，
21、包括热电偶、热电阻和红外测温仪；第二部分是压力检测装置的选择，包括正压计和负压计的选择；第三部分是变送器的选择，主要包括温度变送器、压力变送器、流量变送器和电流变送器；第四部分是执行器的选择，就是各种控制阀门的选择；第五部分是其他设备的选择，包括电磁流量计、光谱分析仪、超声波料位仪、电流互感器和变频器。3.1温度检测装置的选择温度测量仪表按测温方式可分为接触式和非接触式两大类。通常来说接触式测温仪表测温仪表比较简单、可靠，测量精度较高；但因测温元件与被测介质需要进行充分的热交金刚，帮需要一定的时间才能达到热平衡，所以存在测温的延迟现象，同时受耐高温材料的限制，不能应用于很高的温度测量。非接触式
22、仪表测温是通过热辐射原理来测量温度的，测温元件不需与被测介质接触，测温范围广，不受测温上限的限制，也不会破坏被测物体的温度场，反应速度一般也比较快；但受到物体的发射率、测量距离、烟尘和水气等外界因素的影响，其测量误差较大。如本设计所涉及的热电偶及热电阻就属于接触式仪表，而红外测温仪则属于非接触式测温仪表。3.1.1 还原带热电偶的选择还原带的温度在600750摄氏度之间，我们用热电偶来测量它的温度。（1）热电偶的测温原理：将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路。当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为
23、热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。（2）热电偶的特点：1）测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。2）测量范围广。常用的热电偶从-50+1600均可边续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269（如金铁镍铬），最高可达+2800（如钨-铼）。3）构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。（3）热电偶的冷端温度补偿及使用注意问题：由于热电偶的材料一般都比较贵重（特别是采用贵金属时），而测温点到仪表的距离都很远，为了节省热电偶材料，降低成本，通常采用补偿导线把热电偶的冷端（自由端）延伸到温度比较稳定的控制
24、室内，连接到仪表端子上。必须指出，热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极，使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上，它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响，不起补偿作用。因此，还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t00时对测温的影响。 在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配，极性不能接错，补偿导线与热电偶连接端的温度不能超过100。（4）选择：这里我们选择上海南浦仪表厂生产的420型装配式热电偶 。它的技术参数如表3.2。表3.2热电偶的技术参数热电偶类别代号分度号最高温度测量温度允许偏差t镍铬-镍硅WRNK0-1300011002.5或0.75%t3.1.2燃烧室红外测温仪的选择燃烧室的温度比较高
25、，在1000-1110摄氏度左右，我们选用红外测温仪这种非接触测温的方法对他进行测量。（1）红外测温仪的工作原理红外测温仪由光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理、显示输出等部分组成。光学系统汇聚其视场内的目标红外辐射能量，视场的大小由测温仪的光学零件及其位置确定。红外能量聚焦在光电探测器上并转变为相应的电信号。该信号经过放大器和信号处理电路，并按照仪器内疗的算法和目标发射率校正后转变为被测目标的温度值。在自然界中，一切温度高于绝对零度的物体都在不停地向周围空间发出红外辐射能量。物体的红外辐射能量的大小及其按波长的分布 与它的表面温度有着十分密切的关系。因此，通过对物体自身辐射的红外能量的
26、测量，便能准确地测定它的表面温度，这就是红外辐射测温所依据的客观基础。 黑体是一种理想化的辐射体，它吸收所有波长的辐射能量，没有能量的反射和透过，其表面的发射率为 1 。但是，自然界中存在的实际物体，几乎都不是黑体，为了弄清和获得红外辐射分布规律，在理论研究中必须选择合适的模型，这就是普朗克提出的体腔辐射的量子化振子模型，从而导出了普朗克黑体辐射的定律，即以波长表示的黑体光谱辐射度，这是一切红外辐射理论的出发点，故称黑体辐射定律。所有实际物体的辐射量除依赖于辐射波长及物体的温度之外，还与构成物体的材料种类、制备方法、热过程以及表面状态和环境条件等因素有关。因此，为使黑体辐射定律适用于所有实际物
27、体，必须引入一个与材料性质及表面状态有关的比例系数，即发射率。该系数表示实际物体的热辐射与黑体辐射的接近程度，其值在零和小于 1 的数值之间。根据辐射定律，只要知道了材料的发射率，就知道了任何物体的红外辐射特性。影响发射率的主要因纱在：材料种类、表面粗糙度、理化结构和材料厚度等。 当用红外辐射测温仪测量目标的温度时首先要测量出目标在其波段范围内的红外辐射量，然后由测温仪计算出被测目标的温度。单色测温仪与波段内的辐射量成比例；双色测温仪与两个波段的辐射量之比成比例。（2）选择红外测温仪要注意的问题测温范围：测温范围是测温仪最重要的一个性能指标。每种型号的测温仪都有自己特定的测温范围。用户的被测温
28、度范围一定要考虑准确、周全，既不要过窄，也不要过宽。一般来说，测温范围越窄，监控温度的输出信号分辨率越高，精度可靠性容易解决。测温范围过宽，会降低测温精度。目标尺寸：为了获得精确的温度读数，测温仪与测试目标之间的距离必须在合适的范围之内，所谓 “ 光点尺寸 ” （ spot size ）就是测温仪测量点的面积。你距离目标越远，光点尺寸就越大。建议被测目标尺寸超过视场大小的50%为好。距离系数（光学分辨率）：距离系数由 D ：S 之比确定，即测温仪探头到目标之间的距离 D 与被测目标直径之比。D ：S 比值越大，光学分辨率越高，测温效果就越好，但测温仪的成本也越高。响应时间：响应时间定义为到达最
29、后读数的 95% 能量所需要的时间，表示红外测温仪对被测温度变化的反应速度，它与光电探测器、信号处理电路及显示系统的时间常数有关。红外测温仪响应时间的选择要和被测目标的情况相适应，确定响应时间主要根据目标的运动速度和目标的温度变化速度。如果目标的运动速度很快或测量快速加热的目标时，要选用快速响应红外测温仪，否则达不到足够的信号响应，会降低测量精度。环境因素：测温仪所处的环境条件对测量结果有很大影响，应予考虑并适当解决，否则会影响测温精度甚至引起损坏。当环境温度高，存在灰尘、烟雾和蒸汽的条件下，可选用厂商提供的保护套、水冷却、空气冷却系统、空气吹扫器等附件。这些附件可有效地解决环境影响并保护测温
30、仪，实现准确测温。在确定附件时，应尽可能要求标准化服务，以降低安装成本。在密封的或危险的材料应用中（如容器或真空箱），测温仪通过窗口进行观测。材料必须有足够的强度并能通过所用测温仪的工作波长范围。还要确定操作工是否也需要通过窗口进行观察，因此要选择合适的安装位置和窗口材料，避免相互影响。（3）选择：这里我们选择广州市宏诚集业电子科技有限公司生产的非接触式DT-8859在线红外测温仪。它的技术指标如表3.3表3.3红外测温仪 DT-8859技术指标(D:S=50:1)温度范围-501600距离比50:1基本精确度1.5%分辩率0.1/响应时间1秒发射率可调0.1001.000（步长0.001)光
31、谱响应814um相对湿度10-95%RH（不结露，环境测温30)激光瞄准1mW 650nm激光等级级3.1.3 预热带和水箱梁热电阻的选择预热带的温度大约在100-120摄氏度之间，而水箱梁的温度在100摄氏度以内，都是比较的的温度，用热电阻测量他们的温度比较合适。与热电偶相比，电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热是阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。（1）热电阻测温原理及材料热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现
32、在已开始采用甸、镍、锰和铑等材料制造热电阻。 （2）热电阻测温系统的组成及需要注意的问题热电阻测温系统一般由热电阻、连接导线和显示仪表等组成。必须注意以下两点：1）热电阻和显示仪表的分度号必须一致。2）为了消除连接导线电阻变化的影响，必须采用三线制接法。（3）热电阻的分类：精通型热电阻：必须采用三线制或四线制来消除引出线电阻的影响。铠装热电阻：体积小，滞后小，机械性能好便于安装，使用寿命长。端面热电阻：适用于测量轴瓦和其他机件的端面温度。隔爆型热电阻：可用于BlaB3c级区内具有爆炸危险场所的温度测量。（4）选择：对测量水箱梁温度的热电阻我们选择的是沈阳传感技术研究所的DPS-WZ/T Z系列
33、热电阻，它的技术指标如表3.5。对测量炉顶废气温度的热电阻我们选择的是沈阳传感技术研究所的DPS-WZ/T Z系列热电阻，它的技术指标如表3.6DPS-WZ/T Z热电阻的技术规格如表3.4表3.4 DPS-WZ/T Z热电阻技术规格技术规格基本误差： 01输出信号：4-20mADC负载电阻：600供电电源：24VDC10，最高30V。温 漂：环境温度每10变化，输出变化量不超过基本误差的绝对值。表3.5 DPS-WZ/T Z型铜电阻基本技术指标型号测温元件分度号测量范围()DPS-WZ/T Z铜电阻Cu500100表3.6 DPS-WZ/T Z型铂电阻基本技术指标型号测温元件分度号测量范围(
34、)DPS-WZ/T Z铂电阻Pt100005003.2 压力检测装置的选择本系统涉及到许多压力检测装置的选择，主要是加热煤气压力、还原煤气压力、压缩空气压力和炉顶负压。其中，加热煤气压力的范围大约为1.5-2.5个大气压，还原煤气压力约为1.2-2个大气压，压缩空气的德压力约为3.75-6.25个大气压，炉顶负压约为50-80KP。3.2.1真空计的选择工程上,一般用表压值作为被测压力的绝对值,以帕（Pa）为单位,常用的单位的兆帕（MPa）。如果被测压力低于大气压力,称为负压或真空。测量表压力的仪表叫压力计,测量负压的仪表叫负压计或真空计。（1）真空计测压原理（以以U型管真空计为例）：U型管真
35、空计是利用液柱的重力与被测压力相平衡,从而用液柱高度来表示被测压力数值的仪表。这种仪表在实验室和生产上被广泛地用于测量气体和液柱的低压力和负压表压。 如图3.1所示是U型真空计的结构图。U型管内充以一半高度的工作液体(如水银)（标尺的零位）。测量压力时,管的一端通入被测介质,另一端通大气。U型管内的液面就会一端升高,另一端降低。若被测介质端液柱降低,所测得的压力为正压;反之为负压。液柱高度差等于一测刻度零点以上与另一侧零点以下两个读数总和。若管径一致,由为一侧刻度的两倍。其压力计算公式如公式（1）。p = p0 - gh (1)式中，p 待测压力，p0 环境大气压力，h 两液面高度差， 工作液
36、密度，g 重力加速度。因在一定条件下液体的重度r是不变的,故所测压力在过去还有用工作液柱的高度来计。图3.1 开式U形管真空计其他类型的真空计原理与此类似，这里不再列举。（2）真空计的特点：1)测量压力范围宽，105lO-14Pa。2)大部分真空计是间接测量，只有压力为105lOPa时，可直接测单位面积所受的力。但大多数真空测量的压力远比上述为小，不能直接测量，应利用低压下气体的某些特性(如热传导、粘滞性和电离等)进行间接测量。3)多采用非电量电测技术。4)大部分真空计的读数与气体种类和成分有关。所以测量时要特别注意被测量气体种类和成分否则会造成很大误差。5)测量精度不高。（3）选择真空计原则
37、1)在要求的压力区域内有要求的精度。2)被测气体是否会损伤真空计；真空计可否会给被测气体状态带来影响。3)能测全压力吗?可校准吗?灵敏度与气体种类有关否。4)可否连续指示、电气指示以及反应时间长短。5)稳定性、复现性、可靠性和寿命如何。6)还要看真空计的安装方法、操作性能、保修、管理、市场有无销售、购买的难易程度和规格如何。 除上述应考虑的问题外，还要查阅参考书、样本或直接向生产工厂询问。（4）选择：在这里我们选择济宁电真空器件厂生产的YG-W型智能电阻真空计（96X96），它的技术指标如表3.7所示。表3.7 YG-W型智能电阻真空计（96X96）的技术指标种类:电阻真空计控制路数:2路仪表
38、型号:YG-W控制方式:点控或区域控制专业型号:ZDZ-53M控制范围:10E4-10E-1 帕测量范围:10E5-10E-1 帕控制精度:1%配用规管:ZJ-52T响应时间:1S测量路数:1路或2路电源:AC220V10% 50Hz3.2.2 选择正压计正压计的测量原理、选择原则等与真空计相似，只是他们的测量范围不同。真空计测量的是一个大气压以下的压力，正压计则测量高于一个大气压的压力，故，这里不再赘述。正压计的选择：还原煤气压力表和加热煤气压力表我们选择的是无锡市广顺石化仪表厂生产的 YXC系列磁助电接点压力表，它的技术指标如表3.8。表3.8 YXC系列磁助电接点压力表的技术指标类型型号
39、名称(含全称或简称) 标度范围MPa 精确度等级接头螺纹尺寸 指示设定值接通断开普通型YXC-100 磁助电接点压力表051.51.54M201.5对压缩空气压力表我们选择无锡市广顺石化仪表厂生产的 YXC系列磁助电接点压力表，它的技术指标如表3.9。表3.9 YXC系列磁助电接点压力表的技术指标类型型号名称(含全称或简称)标度范围MPa精确度等级接头螺纹尺寸指示设定值接通断开普通型*YXC-102磁助电接点压力表0111.51.54M201.53.3变送器的选择变送器是一种将测量信号转化为4-20毫安电信号，然后将电信号送入调节器处理的一种中间装置，是现代测量必不可少的。本系统涉及的变送器种
40、类和数量比较多，主要有温度变送器，差压变送器，电流变送器和流量变送器。3.3.1 变送器基本知识变送器是一种将各种测量信号（比如压力、流量、液位等）变量转换为可传送的统一输出信号（DC4-20mA或DC1-5V）的仪表，而且输出信号与信号变量之间有一定的连续函数关系，通常是线性关系。其输出送显示仪表或调节器来实现对温度的显示或自动控制。变送器按照不同的分类方法有很多类别，比如按检测变量分，可以分为电流变送器、压力变送器、流量变送器、温度变送器、液位变送器等；假如按信号分可以分为气动变送器、液动变送器和电动变送器等、按工作原理又可以分为力矩平衡式变送器（DDZ-型、DDZ-型）、微位移式（电感式
41、、电容式、应变式、频率式）变送器、智能式变送器等。在工业上最常用的是力矩平衡式变送器DDZ-型。下面就以DDZ-型温度变送器为例来说明变送器的高能工作原理。3.3.2 变送器的工作原理DDZ-型温度变送器有热电偶温度变送器、热电阻温度变送器、支流毫伏变送器三个品种，其线路结构基本相同，下面就以热电偶温度变送器为例来进行说明。热电偶温度变送器具有热电偶冷端温度补偿、零点调整、零点迁移、量程调节以及线性化等重要功能。它的特点是：1）采用了线性集成电路，提高了仪表的可靠性、稳定性及各项技术性能。2）采用了线性化电路，是变送器的输出电流或输出电压信号与被测温度（输入信号）成线性关系。3）线路中采用了安
42、全火花防爆措施，故可用于危险场所中温度的测量变送。如图3.2是DDZ-型温度变送器的结构组成框图。图3.2 DDZ-型温度变送器结构图可以看到，DDZ-型由量程单元和放大单元组成。当热电偶热电动势Ei与调零调量程贿回路的信号Uz和非线性反馈回路的信号Uf进行综合后，输入放大单元进行电压和功率放大、整流输出电流信号DC4-20mA或电压信号DC 1-5V。其他类型的变送器原理与此相类，只是输入信号不同。这里不在赘述。3.3.3 各种变送器的选择(1)交流变送器的选择我们选择深圳圣斯尔电子技术有限公司生产的CE-IJ03型单相交流变送器,它的技术参数如表3.10表3.10 CE-IJ03型单相交流
43、变送器技术参数型号： CE-IJ03 负载能力： 电压输出5mA 输入范围： 00.5A /0300A AC 响应时间： 300 mS 输出类型： 5V或4-20 mA 辅助电源： +12V或+15V或+24V或AC220V精度等级： 0.2级或0.5级 静态功耗： 200 mW (2)压力变送器的选择我们选择江苏金科仪表有限公司生产的JK1151AP系列变送器。JK1151AP型绝对压力变送器具有坚固耐振，量程、零点、阻尼现场连续可调，精确度高，稳定性好等特点。可以实现对除气系统、蒸馏塔、蒸发器和结晶器等的绝对压力测量，允许在10MPa下的过压。使用对象：液体、气体和蒸汽。对于压缩空气的变送
44、器，我们选择它的JK1151AP3E22M3型变送器，它的技术指标如下表3.11表3.11 JK1151AP3E22M3型变送器技术指标型号量程范围(Kp)输出(mA)结构材料显示JK1151AP3E22M3117890420316不锈钢LCD显示表对于还原煤气和加热煤气的变送器，我们选择的型号为JK1151AP4S22M3，它的技术指标如表3.12。表3.12 JK1151AP4S22M3技术指标型号量程范围(Kp) 输出(mA)结构材料显示JK1151AP4S22M30500420316不锈钢LCD显示表（3）温度变送器的选择我们选择江苏金科仪表有限公司生产的JK-10系列温度变送器，它的技术指标如表3.13。表3.13 JK-10系列温度变送器的技术指标输出：4-20mA，极限28mA 输入范围：热电阻：Pt100,-200500;Cu50,-50150S型，600-1600测量精度：热电阻：0.25%FS温度漂移：0.02%FS/冷端补偿：0-5010%对燃烧室温度变送器、还原带温度变送器、炉顶温度变送器我们分别选择它的JK-10PA(1600)、JK-10
