仪表基础知识培训ppt课件

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仪表基础知识培训2009年7月聚合仪电培训教材 仪表基础知识-概念第一章概念1、误差1.1、误差的分类按误差数值表示的方法分为：绝对误差：仪表测量值与被测变量真实值之差。相对误差：测量的绝对误差与被测变量真实值之比。引用误差：绝对误差与测量上限值或测量表量程之比。1.2、真值与约定真值（近似真值）、相对真值（标准表示值） 仪表基础知识-概念2、仪表的质量指标2.1、允许误差及基本误差仪表在正常情况下的允许的最大误差，叫允差。一般用最大引用误差表示。基本误差指仪表制造厂保证仪表正常工作下的最大误差。一般基本误差就是允许误差。2.2、准确度和准确度等级（精度）2.3、变差：外界条件不变，仪表多次进行正反行程测量，表指示值的最大差值。 仪表基础知识-概念举例：测量管子里的液体压力，例如40KPa。有两个不同区间的压力表：表1：0-300KPa，精度等级（±0.25%的量程）表2：0-100KPa，精度等级（±0.5%的量程） 仪表基础知识-概念2.4灵敏度和灵敏限灵敏度表达仪表对被测变量的敏感程度。灵敏限也称不灵敏区或死区。2.5复现性（稳定性）指外界条件不变的情况下，同一操作员用同一仪表对同一个被测变量进行多次测量，所得结果之间的接近程度。测量值越接近，复现性越好。 仪表基础知识-概念3、仪表设备的防护3.1防护等级：IPXX（防尘、防水）第一位特征数字是防止固体异物进入仪表内部，0无防护1固体异物直径大于50mm；2固体异物直径大于12mm；3固体异物直径大于2.5mm；4固体异物直径大于1.0mm；5防尘6尘密第二位数字是防止进水造成有害影响，附加字母是指对人体的伤害。0无防护1垂直滴水2倾角75°~90°3淋水4溅水5喷水6猛烈喷水7短时间浸水8连续浸水 仪表基础知识3.2防爆防爆标志：由四部分组成：防爆标记---防爆型式---防爆等级---温度组别温度组别安全的物体表面温度T1≤4500CT2≤3000CT3≤2000CT4≤1350CT5≤1000CT6≤800C举例：ExdIICT6隔爆、IIC类气体、温度组T6 仪表基础知识3.3防腐：根据不同条件（环境、介质等选择）3.4防冻及防热：保温伴热或隔热3.5防震等。 仪表基础知识-概念4、化工过程仪表的分类3、字母代号的含义，如下表 字母第一位字母后继字母被测变量或初始变量修饰词A分析、自动报警C电导率控制D密度差差F流量比（分数）I电流指示L物位低、指示灯P压力或真空R放射性记录或打印S速度或频率安全开关或联锁T温度传送（变送）V振动、机械监视、粘度阀门、挡板其它：H：手动/高X：未分类Z:位置、尺寸W:重量 仪表基础知识术语自动化仪表：对被测变量和被控变量进行测量和控制的仪表装置和仪表系统的总称。就地仪表：安装在现场控制室外的仪表，一般在被测对象和被控对象附近。检测仪表：用以确定被测变量的量值或量的特性、状态的仪表。检测元件sensor传感元件sensor：测量链中的一次元件，它将输入变量转换成宜于测量的信号。传感器transducer：接受输入变量的信息，并按一定规律将其转换为同种或别种性质输出变量的装置。 转换器converter：接受一种形式的信号并按一定规律转换为另一种信号形式输出的装置。变送器transmitter：输出为标准化信号的传感器。显示仪表：显示被测量值的仪表。控制仪表：用以对被控变量进行控制的仪表。执行器actuator：在控制系统中通过其机构动作直接改变被控变量的装置。取源部件：在被测对象上为安装连接检测元件所设置的专用管件、引出口和连接阀门等元件。 现场安装仪表5、仪表安装位置图形符号集中仪表盘面安装仪表（远传）气动执行机构电动执行机构电磁执行机构阀门 6、仪表位号的组成FIT-0110031.首字母：被测变量字母代号（流量）2.后继字母：功能字母代号（指示及变送）3.首位（或前两位）数字：工序或车间代号4.后继数字：序号 7、仪表工作接地7.1屏蔽接地7.2仪表信号接地分隔离（变送器内部电路）及非隔离接地（24V电源负极为参考点） 传感器是、在感受被测环境变化的同时将此变化量转换成（函数、线性或非线性的）电量输出给显示仪表。 一、温度测量仪表温度的单位：℃（摄氏温标）；°F（华氏温标）；K（热力学温标）换算：华氏度=32+9/5摄氏度0℃=273.15K温度测量仪表的种类：双金属温度计、水银温度计、热电阻、热电偶、辐射式温度计、红外线温度计等 一、温度测量仪表-热电偶第一节热电偶1、原理：有两种不同的、特殊材质的金属导体结合成回路组成，这两根导体结合以后，结合点（称之为测温端或热端）与接线端之间（称之为自由端或冷端）有温差时、两导体上就会产生感应电势，电势的大小随感温点温度的变化成正比而变化，所以称为热电势。 一、温度测量仪表-热电偶为了消除自由端温度变化所产生的误差，采用补偿导线将热电偶自由端延伸至远离热源处。自由端温度如不为0度，热电偶所测得的温度需加以修正。 一、温度测量仪表-热电偶2、热电偶的组成：偶丝、绝缘套管、保护管、接线板、接线盒。3、按使用环境和方式不同：分为铠装热电偶和装配热电偶。他们的主要区别是：铠装偶是将偶丝装在带有绝缘的金属倒管里，是不能拆装的、但是它的气密性好反应快、抗震性好能弯曲。装配热电偶是将偶丝套上绝缘套管后放进保护管中，他的好处是：拆装方便、可以换偶心便于维修，还有它的测量范围比铠装偶大。 一、温度测量仪表-热电偶4、标准型热电偶有：分度号S型（铂铑10-铂）、R（铂铑13-铂）、B（铂铑30-铂铑6）、K（镍铬-镍硅<铝>）、T（铜-康铜）、E（镍铬-康铜）、J（铁-康铜）等。常用热电偶测量范围： 一、温度测量仪表-热电偶5.偶的选型：(1)根据偶所工作和被测的环境、温度来选择热电偶。(2)根据被测环境来选择偶丝的材质和保护管的材质。3）根据外部环境来选择结构和安装方式，比如、是不是需要防水、防溅、隔爆（根据环境来选择隔爆等级），还有偶的固定方式、是法兰连接还是螺纹连接或无连接方式。（4）偶的精度等级要根据工况来选择。长度根据管道尺寸及保温厚度选择。偶直径的要根据环境的震动性和对于偶的氧化程度、还有偶的热惰性来选择。 一、温度测量仪表-热电偶6、故障分析 一、温度测量仪表-热电阻第二节热电阻1.原理：是靠感温元件随温度的变化而阻值发生变化的特性来测量温度的。热电阻本体有两线制和三线制：其实热电阻感温元件只有两个接线端，三线制的热电阻只是在任意一个接线端上并了一根导线引到了接线盒上。热电阻外部连接有三线制和四线制：三线制为的是减去线路电阻，四线制的，其作用也是为了消除线路电阻、只是方式不同、更为精确了。 一、温度测量仪表-热电阻显示仪表工控机I/O卡DCS的I/O卡PLC的模块现场控制室电阻丝引线接线端子导线 热电阻的种类很多，我们通常所用的有：WZP系列、和WZC系列，W、表示温度仪表，Z表示热电阻，P、表示铂电阻，C、表示铜电阻。 一、温度测量仪表-热电阻故障分析 一、温度测量仪表-双金属温度计第三部分：双金属温度计1.原理：利用金属的受热膨胀原理 二、压力测量仪表1、压力单位：Pa、KPa、MPa、Bar、mmHg、PSI、mmH2O、kgf/cm2、atm等（此处）压力＝“压强”2、压力换算：1mmH2O=9.81Pa1kgf/cm2=0.981×105Pa1mmHg=133.2Pa1bar=105Pa1atm=101325Pa 二、压力测量仪表3、压力概念图： 二、压力测量仪表4、压力检测方法与测压仪表•按信号原理不同分四类：•①液柱式压力计：将压力转为液柱高度差•②弹性式压力计：转为弹性元件变形的位移•③电气式压力计：转换成各种电量•④活塞式压力计：转换为活塞上所加平衡砝码重量（活塞式压力计测量原理：P=G/S所以G=P•S精确度高常用作标准仪表，检验其它压力计 二、压力测量仪表-液柱式压力计液柱式压力计信号不能远传。•可测量气体、液体压力。•U形管压力计、单管液柱式压力计、倾斜管微压计。 二、压力测量仪表-液柱式压力计 二、压力测量仪表-弹性式压力表测压方式压力计类型测压范围用途弹性式弹簧管式压力表-0.1-60MPa就地指示，（有些介质要用特殊压力表）隔膜式压力表就地,用于腐蚀性、高粘度、易结晶、含固体颗粒的介质。电接点压力表就地，报警远传。电阻远传压力表就地显示同时电阻信号远传。精度低稳定性不高,价低,用于不重要的场合.2.弹性式压力表类型 二、压力测量仪表-就地显示压力表2、压力表的选择（1）量程的选择根据被测压力的大小确定仪表量程。对于弹性式压力表，在测稳定压力时，最大压力值应不超过满量程的3/4；测波动压力时，最大压力值应不超过满量程的2/3。最低测量压力值应不低于全量程的1/3。（2）精度选择根据生产允许的最大测量误差，以经济、实惠的原则确定仪表的精度级。 （3）使用环境及介质性能的考虑环境条件恶劣，如高温、腐蚀、潮湿、振动等，被测介质的性能，如温度的高低、腐蚀性、易结晶、易燃、易爆等等，以此来确定压力表的种类和型号。对某些特殊的介质，如氧气、氨气等有专用的压力表。（4）压力表外形尺寸的选择 二、压力测量仪表-就地显示压力表 二、压力测量仪表-就地显示压力表 二、压力测量仪表3、压力表的安装•取压管口应与工艺介质流动方向垂直。测点要选在其前后有足够长直管段的地方，以保证仪表所测的是介质的静压。•防止仪表传感器与高温或有害的被测介质直接接触。如测量高温蒸汽时，应加装冷凝盘管；测量含尘气体时，应装设灰尘捕集器；对于有腐蚀性的介质，应加装充有中性介质的隔离容器；对于测量温度高于60℃的介质，一般要加环形冷凝圈。•取压口的位置，对于测量气体介质的，一般位于工艺管道的上部；测量蒸汽的，应位于工艺管道的两侧偏上。（这样可以防止工艺管道底部的固体介质进入测量管道和仪表。） 二、压力测量仪表•对于测量液体的，取压口应位于工艺管道的下部，这样可以让液体内析出的少量气体不进入测量管和仪表。•取压口与压力表间应装隔离阀，检修用。•对于水平敷设的压力信号导管应有不小于3%的坡度，以便排除导管内积水或积汽。 二、压力测量仪表-压力变送器2、压力（差压）变送器压力(差压）变送器----把压力信号变成标准电信号(4-20mA)远传。精度高、智能仪表可进行通讯，更改仪表参数。普通压力变送器是由传感器、变送电路、壳体、接液口、接线口等部分组成的。目前传感器有扩散硅、压电陶瓷、电容膜盒等。他们的测量原理无一例外的都是在有激励的惠斯登电桥失去平衡时有电流或者电压输出。变送电路是将这种输出信号进行转换，使之与被测的物理量成一一对应的线性关系。 二、压力测量仪表压力变送器相关知识迁移？一般认为：不以零压力或者零差压作为变送器的零位输入的调校叫做迁移。二线制？24VDC电源和4~20mA输出信号共用二根导线，互相不影响。手操器有何功能？组态：设定变送器的工作参数。如测量范围，线性或者平方根输出，阻尼，工程单位，工位号，系列号，描述符。 开启和关闭三阀组的顺序如何？开启顺序：先开正阀门；关闭平衡阀；打开负压阀。关闭顺序：先关负压阀；打开平衡阀；关闭正阀门。操作三阀组要注意什么？不能让导压管内的凝水或者隔离液流失。不可使测量元件（膜盒）受压或者受热。 三、流量测量仪表（一）流量单位体积流量单位：m3/h、L/h质量流量单位:kg/h、T/h另：累积流量：kg、T、m3、L等。（二）流量仪表分类1、速度式流量计：以测量流体在管道中的流速作为测量依据来计算流量的仪表。差压流量计、电磁流量计、漩涡流量计、超声波、堰式流量计、转子流量计等。2、容积式流量计：单位时间内所排出的流体固定容积来计算流量。椭圆齿轮、刮板、腰轮、活塞式流量计等。3、质量流量计 类别工作原理仪表名称可测流体种类适用管径mm测量精度％安装要求、特点体积流量计差流压量式计流体流过通管道中的阻力件时产生的压力差与流量之间有确定关系，通过测量差压值求得流量节流式孔板液、气、蒸汽50～1000±1～2需直管段，压损大喷嘴50～500需直管段，压损中等文丘里管100～1200需直管段，压损小均速管液、气、蒸汽25～9000±1需直管段，压损小转子流量计液、气4～150±2垂直安装靶式流量计液、气、蒸汽15～200±1～4需直管段，弯管流量计液、气±0.5～5需直管段，无压损容流积量式计直接对仪表排出的定量流体计数确定流量椭园齿轮流量计液10～400±0.2～0.5无直管段要求，需装过滤器，压损中等腰轮流量计液、气刮板流量计液±0.2无直管段要求，压损小 体积流量计质量流量计速流度量式计通过测量管道截面上流体平均流速来测量流量涡轮流量计液、气4～600±0.1～0.5需直管段，装过滤器涡街流量计液、气150～1000±0.5～1需直管段电磁流量计导电液体6～2000±0.5～1.5直管段要求不高，无压损超声波流量计液＞10±1需直管段，无压损直接式直接检测与质量流量成比例的量来质量流量热式质量流量计气±1冲量式质量流量计固体粉料±0.2～2科氏质量流量计液、气±0.1间接式同时测体积流量和流体密度来计算质量流量体积流量经密度补偿液、气±0.5温度、压力补偿 三、流量测量仪表流体的压缩系数和膨胀系数在一定的温度下，流体体积随压力增大而缩小的特性，称为流体的压缩性；在一定压力下，流体的体积随温度升高而增大的特性，称为流体的膨胀性。 （三）压差流量计节流装置与差压检测表配套测量流体流量。3.1原理：差压式流量计基于流体在通过设置于流通管道上的流动阻力件时产生的压力差与流体流量之间的确定关系，通过测量差压值求得流体流量。1-节流元件2-引压管路3-三阀组4-差压计 三、流量测量仪表3.2流体流经节流件时压力和流速变化情况 三、流量测量装置3.3节流元件的结构形式a.标准孔板标准孔板是一块具有与管道同心圆形开孔的圆板，迎流一侧是有锐利直角入口边缘的圆筒形孔，顺流的出口呈扩散的锥形。结构简单，加工方便，价格便宜压力损失较大，测量精度较低，只适用于洁净流体介质，测量大管径高温高压介质时，孔板易变形。 b.标准喷嘴标准喷嘴是一种以管道轴线为中心线的旋转对称体，主要由入口圆弧收缩部分与出口圆筒形喉部组成，有ISAl932喷嘴和长径喷嘴两种型式。ISA1932喷嘴 长径喷嘴 c.文丘里管文丘里管有两种标准型式：经典文丘里管与文丘里喷嘴。文丘里管压力损失最低，有较高的测量精度，对流体中的悬浮物不敏感，可用于污脏流体介质的流量测量，在大管径流量测量方面应用的较多。但尺寸大、笨重，加工困难，成本高，一般用在有特殊要求的场合。三、流量测量装置 三、流量测量仪表3.4节流装置的取压方式根据节流装置取压口位置可将取压方式分为理论取压、角接取压、法兰取压、径距取压与损失取压等五种:节流装置的取压方式 a.1/4圆喷嘴b.锥形入口孔板c.圆缺孔板三、流量测量仪表3.5非标准节流装置 三、流量测量仪表角接取压装置法兰取压装置广泛采用的是角接取压法，其次是法兰取压法。角接取压法比较简便，容易实现环室取压，测量精度较高。法兰取压法结构较简单，容易装配，计算也方便，但精度较角接取压法低些。 三、流量测量仪表差压式流量计连接配置如下图：A：节流装置B:差压变送器故障分析：1.负压管堵塞：当流量升高负压管堵塞时，流量示值↑；流量降低负压管堵，示值↓；流量不变，示值不变。2.正压管堵塞：当流量增加时，流体管道中的静压力增加，设其增加值为Pa，同时流速增加静压降低P0，若Pa=P0，示值不变；P0＜Pa示值↓，P0＞Pa示值↑;流量降低时与上相反;流量不变，示值不变。3.正、负压管漏4.孔板（节流装置）倒装：流量示值下降 （四） 三、流量测量仪表（五）转子流量计5.1原理：垂直流道中的金属转子在压差力和重力的共同作用下平衡。压差与流速有关；流速取决于转子的位置。由转子高度可直接读取通过的流量；测量转子位置可进一步获得相应的电气信号。 流量测量仪表5.2转子流量计结构①玻璃管转子流量计主要由玻璃锥形管、转子和支撑结构组成。转子根据不同的测量范围及不同介质(气体或液体)可分别采用不同材料制成不同形状。流量示值刻在锥形管上。②金属管转子流量计金属管转子流量计的锥形管采用金属材料制成，其流量检测原理与玻璃管转子流量计相同。金属管转子流量计有就地指示型和电气信号远传型两种。 电远传式转子流量计工作原理。