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现场仪表基础知识,1,仪表基础知识,目 录,第一章、仪表基础知识第二章、温度测量仪表第三章、压力测量仪表第四章、流量测量仪表第五章、物位测量仪表第六章、过程分析仪表第七章、执行机构和控制阀第八章、DCS系统介绍,现场仪表基础知识,3,一、基本概念 1、过程参数检测基本概念,过程参数检测-指连续生产过程中的温度、压力、流量、液位和成分等参数的检测。检测仪表-将检测元件、变送器及显示装置统称为检测仪表。一次仪表-一般为将被测量转换为便于计量的物理量所使用的仪表。二次仪表-将测得的信号变送转换为可计量的标准电、气信号并显示的仪表。即包括变送器和显示装置。,第一章 仪表基础知识,现场仪表基础知识,4,测量过程-利用一个已知的单位量(即标准量)与被测的同类量进行比较的过程，即用仪器获取数据各方面信息的过程。测量误差-在测量过程中测量结果与被测量的真值之间会有一定的差值。它反映了测量结果的可靠程度。,2、测量过程与测量误差,现场仪表基础知识,5,按误差的数值表示来分，分为绝对误差、相对误差和引用误差 绝对误差-指测量结果与被测量的真值之差。 相对误差-指绝对误差与真值或测量值之百分比。 引用误差-指绝对误差与测量范围上限值或测量 仪表量程的比值，以百分数表示。工 业仪表通常用引用误差来表示仪表的 准确程度。,3、测量误差的分类,现场仪表基础知识,6,按误差出现的规律来分，可分为系统误差、随机误差和疏忽误差。 系统误差-指测量仪表本身或其他原因(如零点没有调整 好等)引起的有规律的误差。 随机误差-指在测量中所出现的没有一定规律的误差。 疏忽误差-指观察人员误读或不正确使用仪器与测试方 法等人为因素所引起的误差。,现场仪表基础知识,7,按仪表使用的条件来分，有基本误差、附加误差 基本误差-指仪表在规定的正常工作条件下所具有的 误差。 附加误差-指仪表超出规定的正常工作条件时所增加 的误差。,现场仪表基础知识,8,检测与过程控制仪表最通用的分类，是按仪表在测量与控制系统中的作用进行划分，一般分为检测仪表、显示仪表、调节（控制）仪表和执行器4大类。检测仪表根据被测变量分为：压力仪表、温度仪表、流量仪表、物位仪表、成分分析仪表。,4、仪表分类,现场仪表基础知识,9,仪表分类表,现场仪表基础知识,10,在工程上仪表性能指标通常用准确度（又称精度）、变差、灵敏度来描述。仪表工校验仪表通常也是调校精确度、变差和灵敏度三项。 1、准确度和准确度等级仪表精确度：简言之就是仪表测量值接近真值的准确程度，通常用相对百分误差（也称相对折合误差）表示。准确度等级：在工业测量中，为了便于表示仪表的质量，通常用准确度等级来表示仪表的准确程度。准确度等级就是最大引用误差去掉正、负号及百分号。准确度等级是衡量仪表质量优劣的重要指标。我国工业仪表等级一般划分为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0七个等级。仪表准确度习惯上称精度，准确度等级习惯上称为精度等级,二、仪表主要性能指标,现场仪表基础知识,11,2、变差 变差:是指仪表被测变量（可理解为输入信号）多次从不同方向达到同一数值时，仪表指示值之间的最大差值，或者说是仪表在外界条件不变的情况下，被测参数由小到大变化（正向特性）和被测参数由大到小变化（反向特性）不一致的程度，两者之差即为仪表变差。变差大小取最大绝对误差与仪表标尺范围之比的百分比。 变差产生的主要原因:是仪表传动机构的间隙，运动部件的摩擦，弹性元件滞后等。取胜着仪表制造技术的不断改进，特别 是微电子技术的引入，许多仪表全电子化了，无可动部件，模拟仪表改为数字仪表等等，所以变差这个指标在智能型仪表中显得不那么重要和突出了。,现场仪表基础知识,12,3、灵敏度灵敏度:是指仪表对被测参数变化的灵敏程度，或者说是对被测的量变化的反应能力，是在稳态下，输出变化增量对输入变化增量的比值.灵敏度有时也称“放大比”，也是仪表静特性贴切线上各点的斜率。增加放大倍数可以提高仪表灵敏度，单纯加大灵敏度并不改变仪表的基本性能，即仪表精度并没有提高，相反有时会出现振荡现象，造成输出不稳定。仪表灵敏度应保持适当的量。然而对于仪表用户，诸如化工企业仪表工来讲，仪表精度固然是一个重要指标，但在实际使用中，往往更强调仪表的稳定性和可靠性，因为化工企业检测与过程控制仪表用于计量的为数不多，而大量的是用于检测。另外，使用在过程控制系统中的检测仪表其稳定性、可靠性比精度更为重要。,现场仪表基础知识,13,4、复现性（又叫重复性）,测量复现性（重复性）:是在不同测量条件下，如不同的方法，不同的观测者，在不同的检测环境对同一被检测的量进行检测时，其测量结果一致的程度。测量复现性必将成为仪表的重要性能指标。,现场仪表基础知识,14,5、稳定性,在规定工作条件内，仪表某些性能随时间保持不变的能力称为稳定性（度）。仪表稳定性是化工企业仪表工十分关心的一个性能指标。由于化工企业使用仪表的环境相对比较恶劣，被测量的介质温度、压力变化也相对比较大，在这种环境中投入仪表使用，仪表的某些部件随时间保持不变的能力会降低，仪表的稳定性会下降。徇或表征仪表稳定性现在尚未有定量值，化工企业通常用仪表零漂移来衡量仪表的稳定性。仪表投入运行一年之中零位没有漂移，相反仪表投入运行不到3个月，仪表零位就变了，说明仪表稳定性不好。仪表稳定性的好坏直接关系到仪表的使用范围，有时直接影响化工生产，仪表稳定性不好造成的影响往往比仪表精度下降对化工生产的影响还要大。仪表稳定性不好仪表维护量也大，是仪表工最不希望出现的事情。,现场仪表基础知识,15,6、可靠性,仪表可靠性是化工企业仪表工所追求的另一重要性能指标。可靠性和仪表维护量是相反相成的，仪表可靠性高说明仪表维护量小，反之仪表可靠性差，仪表维护量就大。对于化工企业检测与过程控制仪表，大部分安装在工艺管道、各类塔、釜、罐、器上，而且化工生产的连续性，多数有毒、易燃易爆的环境，这些恶劣条件给仪表维护增加了很多困难，一是考虑化工生产安全，二是关系到仪表维护人员人身安全，所以化工企业使用检测与过程控制仪表要求维护量越小越好，亦即要求仪表可靠性尽可能地高。随着仪表更新换代，特别 是微电子技术引入仪表制造行业，使仪表可靠性大大提高。仪表生产厂商对这个性能指标也越来越重视，通常用平均无故障时间MTBF来描述仪表的可靠性。一台全智能变送器的MTBF比一般非智能仪表如电动变送器要高10倍左右，它可高达100390年。,现场仪表基础知识,16,三、仪表位号的表示方法 1、仪表位号的组成 在测量、控制系统中，构成一个回路的每一个仪表都有自己的仪表位号，仪表位号由字母代号和回路编号两部分组成。第一个字母表示被测变量，后继字母表示仪表的功能；回路编号可以按装置或工段（区域）进行编制，一般用三至五位数字表示，如下例所示：,现场仪表基础知识,17,2、被测变量和仪表功能的字母代号,现场仪表基础知识,18,现场仪表基础知识,19,一、 基本概念温度：反映了物体冷热的程度，与自然界中的各种物理和化学过程相联系。温度概念的建立及测量：以热平衡为基础的，温度最本质的性质：当两个冷热程度不同的物体接触后就会产生 导热换热，换热结束后两物体处于热平衡状态，则它们具有相同的温度。而用来量度物体温度数值的标尺叫温标。它规定了温度的读数起点（零点）和测量温度的基本单位。目前国际上用得较多的温标有华氏温标、摄氏温标、热力学温标和国际实用温标。,第二章、温度测量仪表,现场仪表基础知识,20,华氏温标（F）规定：在标准大气压下，冰的熔点为32度，水的沸点为212度，中间划分180等分，每等份为华氏1度，符号为F。摄氏温度（）规定：在标准大气压下，冰的熔点为0度，水的沸点为100度，中间划分100等分，每等份为摄氏1度，符号为。摄氏温度值t和华氏温度值tF有如下关系：热力学温标又称开尔文温标，或称绝对温标，它规定分子运动停止时的温度为绝对零度，记符号为K。热力学温度T（K）与摄氏温度t的关系是：T（K）=273.15+t()。,现场仪表基础知识,21,二、温度测量仪表的分类,按使用的测量范围分 常把测量600以上的测温仪表叫高温计；测量600以下的测温仪表叫温度计按用途分 标准仪表和实用仪表 按工作原理分 分为膨胀式温度计、压力式温度计、热电偶温度计、热电阻温度计和辐射高温计五类 按测量方式分 分为接触式与非接触式两大类。前者测温元件直接与被测介质接触，这样可以使被测介质与测温元件进行充分地热交换而达到测温目的；后者测温元件与被测介质不接触，通过辐射或对流实现热交换来达到测温的目的。,现场仪表基础知识,22,1、接触式测温 温度敏感元件与被测对象接触，经过换热后两者温度相等。 (1) 膨胀式温度计 (2) 热电阻温度计 (3)热电偶温度计 (4)其他原理的温度计,直观、可靠，测量仪表也比较简单,特点,2、非接触测温 温度敏感元件不与被测对象接触，而是通过辐射能量进行热交换，由辐射能的大小来推算被测物体的温度。 (1) 辐射式温度计 (2) 红外线温度计：,特点,不与被测物体接触，不破坏原有的温度场。精度一般不高。,缺点：由于测温元件与被测对象必须经过充分的热交换且达到平衡后才能测量，这样容易破坏被测对象的温度场，同时带来测温过程的延迟现象，不适于测量热容量小的对象、极高温的对象、处于运动中的对象。不适于直接对腐蚀性介质测量。,缺点：容易受到外界因素的干扰，测量误差较大，且结构复杂，价格比较昂贵。,红外线温度计,现场仪表基础知识,23,现场仪表基础知识,24,1、应用热膨胀原理测温,测量原理,物体受热时产生膨胀,液体膨胀式温度计,固体膨胀式温度计,玻璃管温度计,双金属温度计,三、工业常用温度检测仪表,现场仪表基础知识,25,2、膨胀式温度计,双金属片,双金属片温度计,双金属温度信号器1-双金属片 2-调节螺钉 3-绝缘子 4-信号灯,感温元件:两片线膨胀系数不同的金属片叠焊在一起而制成的.,现场仪表基础知识,26,3、压力式温度计,利用密闭系统中的液体、气体或低沸点液体的饱和蒸汽受热后体积膨胀或压力变化这一原理而制成的，并用压力表来测量这种变化，从而测得温度,工作介质是气体、液体或蒸气简单可靠、抗振性能好，具有良好的防爆性动态性能差，示值的滞后较大，不能测量迅速变化的温度,现场仪表基础知识,27,4、双金属温度计 双金属温度计属于固体膨胀式温度计。双金属温度计中的感温元件是用两片线膨胀系数不同的金属片叠焊在一起而制成的。双金属片受热后，由于两金属片的膨胀长度不同而产生弯曲，温度越高产生的线膨胀长度差就越大，因而引起弯曲的角度就越大。双金属温度计就是基于这一原理而制成的，它是用双金属片制成螺旋形感温元件，外加金属保护套管，当温度变化时，螺旋的自由端便围绕着中心轴旋转，同时带动指针在刻度盘上指示出相应的温度数值。,现场仪表基础知识,28,双金属温度计是一种测量中 低温度的现场检测仪表。可 以直接测量各种生产过程中 的-80+500范围内液体 、蒸汽和气体介质温度。特点 现场显示温度，直观方便； 安全可靠，使用寿命长； 多种结构形式。,现场仪表基础知识,29,双金属温度计的型号命名 WSS -ABCD W 温度仪表 S 金属膨胀式 S 感温元件双金属片 A 表壳公称直径：3-60; 4-100; 5-150; B 结构形式:0-轴向（直型）;1径向（角型）;8万向 （可调角型） C 安装固定装置：0-无固定装置; 1-可动外螺纹; 2-可动内螺纹; 3- 固定螺纹; 4-固定法兰;5-卡套螺纹;6-卡套法兰 D F-防护型：O-电接点型；MO-大电流型；EX-防爆型；,现场仪表基础知识,30,5、热电阻 热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。其中铂热电阻的测量精度是最高的，它广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。,现场仪表基础知识,31,应用热电阻原理测温,导体或半导体的电阻值随温度变化,测量原理,热电阻温度计适用于测量-200500范围内液体、气体、蒸汽及固体表面的温度；具有远传、自动记录和实现多点测量等优点。热电阻输出信号大，测量准确,现场仪表基础知识,32,什么是RTD?Resistance Temperature Detector铂线电阻的变化近于理想曲线 IEC 751,电 阻( 欧 姆),温 度 (oC),电阻与温度国际通用关系图:,IEC 751,IEC751,现场仪表基础知识,33,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。热电阻大都由金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用铑、镍、锰等材料制造热电阻。热电阻测温系统的组成： 热电阻测温系统一般由热电阻、连接导线和温度控制显示表等组成。必须注意两点：“热电阻和温度控制显示表的分度号必须一致；为了消除连接导线电阻变化的影响，必须采取三线制接法。”常用工业热电阻包括： 铠装热电阻、装配热电阻、防爆热电阻,现场仪表基础知识,34,4- 线 RTD,为什么使用2-, 3-,或4- 线 RTD?2- 线: 成本最低 - 使用极少，因为引线电阻的误差很大3- 线: 成本/性能比适中. 引线补偿良好. 4- 线: 理论上最好的引线补偿方法(完全补偿); 精度最高，成本最高.,现场仪表基础知识,35,常见故障原因及处理,现场仪表基础知识,36,热电偶、热电阻的选用选用原则：较高温度热电偶 中低温区热电阻一般以500为分界，但不绝对,原因有两点：(1)在中低温区，热电偶输出的热电势很小，对测量仪表放大器和抗干扰要求很高。(2)由于参比端温度变化不易得到完全补偿，在较低温度区内引起的相对误差就很突出。另外，还应注意工作环境，如环境温度、介质性质（氧化性、还原性、腐蚀性）等，选择适当的保护套管、连接导线等。,6、 热电偶,现场仪表基础知识,37,热电偶温度计是以热电效应为基础的测温仪表。它的结构简单、测量范围宽、使用方便、测温准确可靠，信号便于远传、自动记录和集中控制，因而在工业生产中应用极为普遍。,过程温度,热端,DT,现场仪表基础知识,38,热电偶测温原理： 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，如图所示。 当导体A和B的两个接点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 中形成一定大小的电流，这种现象称为热电 效应。热电偶就是利用这一效应来工作的 。,闭和回路总电势,A,B,现场仪表基础知识,39,闭合回路中总热电势,热电势E(t,t0）等于热电偶两接点热电势的代数和,当A、B材料固定后，如果t0保持不变,则eAB(t0)为常数，有：,测出EAB(t,t0)就可以测算出t,分 度 表,如果能使冷端温度t0 固定，则总电势就只与温度t成单值函数关系,分度表-热电势与热端温度之间 关系列成表格,注：热电势与热端温度之间 关系是非线性,现场仪表基础知识,40,热电偶分类 名称 分度号 测量范围/ 镍铬-考铜 E -200900 铁-康铜 J -200750 铜-康铜 T -200350 镍铬硅-镍铬 N -2001300 镍铬-镍硅 K -2001300 铂铑10-铂 S 01300 铂铑13-铂1 R 01300 铂铑30-铂6 B 01800,热电偶温度计组成： 热电偶(感温元件)；测量显示仪表；连接热电偶和测量显示仪表的导线（补偿导线）。,现场仪表基础知识,41,热电偶补偿导线 补偿导线是用来将热电偶冷端（参比端）延伸到温度恒定的地方与显示仪表相连的一种导线。 热电偶类型 补偿导线类型 合金材料 + - 镍铬-考铜 镍铬-考铜 镍铬 考铜 铁-康铜 铁-康铜 铁 康铜 铜-康铜 铜-康铜 铜 康铜 镍铬-镍硅 铜-康铜 铜 康铜 注意：不同型号的热电偶配相应的补偿导线。,现场仪表基础知识,42,热电阻、热电偶实物图,现场仪表基础知识,43,常见故障原因及处理,现场仪表基础知识,44,一、基本概念,在物理概念中，压力是垂直作用在单位面积上的力。是工业生产中的重要参数之一，在压力测量中，常有绝对压力、表压力、负压力和真空度之分。所谓绝对压力是指被测介质作用在容器单位面积上的全部压力，用符号Pj表示。地面上的空气柱所产生的平均压力称为大气压力，用Pq来表示。绝对压力与大气压力之差，称为表压力，有Pb来表示。即Pb=Pj-Pq。当绝对压力值小于大气压力值时，表压力为负值（即负压力），此负压力值的绝对值，称为真空度，用Pz来表示。,P表,P真,P绝,P绝,绝对压力的零线,大气压力线,绝对压力、表压、（真空度）的关系,第三章 压力检测仪表,P=F/A P = 压力 F = 力 A = 面积,现场仪表基础知识,45,在压力测量中，常用绝对压力、表压力、负压力或真空度之分。绝对压力 是指被测介质作用在容器单位面积上的全部压力，用符号pj表示。用来测量绝对压力的仪表称为绝对压力表。表压力 地面上的空气柱所产生的平均压力称为大气压力，用符号pq表示。用来测量大气气压力的仪表叫气压表。绝对压力与大气压力之差。称为表压力，用符号pb表示。即pb=pj-pq。负压力或真空度 当绝对压力值小于大气压力值时，表压力为负值（即负压力），此负压力值的绝对值，称为真空度，用符号pz表示。用来测量真空度的仪表称为真空表。既能测量压力值又能测量真空度的仪表叫压力真空表。,1、绝对压力、表压力、负压力,现场仪表基础知识,46,2 压力常用单位转换,现场仪表基础知识,47,二、压力的测量与压力计的选择 1、 压力的测量 压力测量原理可分为液柱式、弹性式、电阻式、电容式、电感式和振频式等等。压力计从结构上可分为实验室型和工业应用型。压力计的品种繁多，因此根据被测压力对象很好的选用压力计就显得十分重要,现场仪表基础知识,48,2、压力表的选择根据用途选择就地压力指示、远距离压力显示及多点压力测量 应根据被测压力的种类（正压、负压或压差）、被测介质的物理、化学性质（腐蚀等）和用途（是否远传）以及生产过程所提的技术要求，本着既要满足测量准确度，又经济的原则，合理地选择压力表的型号、量程和精度等级。 为了保护压力表，一般在被测压力较稳定的情况下，其最高压力值不应超过仪表量程的2/3；若被测压力波动较大，其最高压力值应低于仪表量程的1/2。 为了保证实际测量的精度，被测压力的最小值不应小于仪表量程的1/3。 对某些特殊的介质，如氧气、氨气等有专用的压力表。 在测量一般介质时，压力在-40040kPa时，宜选用膜盒式压力表；40kPa以上，宜选用弹簧管压力表或波纹管压力表；-1MPa02.4MPa时，宜选用压力真空表。,现场仪表基础知识,49,三、 常用压力测量仪表,1、液柱式压力计 原理：液柱式测压仪表是根据流体静力学原理，利用液柱所产生的压力与被测压力平衡，并根据液柱高度来确定被测压力大小的压力计。 用途：液柱式压力计多用于测量低压、负压和压力差。 结构：U型管压力计、单管压力计和斜管微压计。,现场仪表基础知识,50,2、 就地压力表 弹簧管式压力表 工作原理：这是一个单圈弹 簧管压力表，内有一根270度 的弹簧管。受力后自由端发 生位移， 压力成正比，经过 机械转换后可从表盘上反映 出压力值。 选用压力表时，最大工作压 力不应超过量程上限的2/3 校验周期：6个月 结构简单，牢固可靠，使用方便，价格低廉，精度很好， 测量范围宽（几百帕上千兆帕）。可增加附加装置，如 控制元件等，实现压力的远传、报警等。安装时应注意： 取压口应与工质流速方向垂直，与设备内壁平齐，不应有突出物和毛刺； 防止仪表感受件与高温或有害的被测介质直接接触，测量高温蒸气时在表计前要装设冷凝盘；测量含尘气体时表计前应装设灰尘捕集器；测量腐蚀性介质时应加装隔离容器；,现场仪表基础知识,51,3、压力变送器通过机械和电气元件将被测压力转换成电量 （如电压、电流、频率等）。结构分类：各种压力传感器和压力变送器。 例：电容式压力变送器 它是由检测和变送两个环节组成。检测环节感受被测压力的变化转换成电容量的变化 。变送环节则将电容变化量转换成标准电流信号420mA DC输出。符合HART通信协议。,现场仪表基础知识,52,定极板,弹性元件,动极板,被测压力,电容式变送器测量部分工作原理和结构由绝缘介质分开的两个平行金属板组成的平板电容器，如果不考虑边缘效应，其电容量为,电容式传感器可分为变极距型、变面积型和变介质型三种类型。,现场仪表基础知识,53,转换部分工作原理将电容比的变化转换成标准输出的电流信号（4-20mA），同时进行零点调整、零点迁移、量程调整、阻尼调整、线性调整等。包括测量电路和放大输出电路两部分。测量电路：由振荡器、解调器、振荡控制放大器组成。 将转换为电流信号Ii.放大输出电路:由电流控制放大器、电流转换器、调零电路、调量程电路、电流限制器和电压调整器组成。 将Ii转换为mA，并有量程调整零点调整、零点迁移和电流限制等作用 专用通信设备：手持器、HART375、HART475、BT200等,现场仪表基础知识,54,4、差压变送器 差压变送器与压力变送器的区别是有两个取压点，一个是高压，一个是低压。检定周期：12个月,现场仪表基础知识,55,常见故障原因及处理,现场仪表基础知识,56,一 概述工业生产过程中另一个重要参数就是流量。流量就是单位时间内流经某一截面的流体数量。流量可用体积流量和质量流量来表示。其单位分别用m3/h、L/h和kg/h等。流量计是指测量流体流量的仪表，它能指示和记录某瞬时流体的流量值；计量表（总量表）是指测量流体总量的仪表，它能累计某段时间间隔内流体的总量，即各瞬时流量的累加和，如水表、煤气表等等。,第四章 流量测量仪表,现场仪表基础知识,57,二、流量仪表分类速度式流量计-速度式流量仪表以流体流量的流速为测量依据。 常用单位m3/h、 l/h等 常用仪表叶轮式水表、涡轮流量计、靶式流量计、转子流量计、涡街流量计、孔板流量计、超声波流量计、电磁流量计等。容积式流量计-它以单位时间内所排出的流体固定容积的数目作为测量依据，如椭圆齿轮流量计、腰轮流量计、刮板式流量计和活塞式流量计等等。质量式流量仪表以单位时间内所排出的流体的固定容积的数目为测量依据。 常用单位t/h、 Kg/h等 常用品牌艾默生、横河、E+H,现场仪表基础知识,58,三、常用流量测量仪表1、 差压式流量计差压式流量计是根据安装于管道中节流装置产生的差压,已知的流体条件和节流装置与管道的几何尺寸来计算流量的仪表。节流装置与差压变送器配套测量流体的流量，是目前炼油、化工生产中使用最广的一种流量测量仪表。节流装置中，应用最多的是孔板、喷嘴、文丘里管和文丘里喷嘴。,现场仪表基础知识,59,返回目录,差压式流量计,节流装置与差压变送器配套测量流体的流量，是目前使用最广的一种流量测量仪表。在管道中流动的流体具有动能和位能，在一定条件下这两种能量可以相互转换，但参加转换的能量总和是不变的。节流元件测量流量就是利用这个原理来实现的。在节流装置中，应用最多的是孔板、喷嘴、文丘利管等。 根据能量守恒定律及流体连续原理，节流装置的流量公式可以写成： Q=kP,现场仪表基础知识,60,孔板流量计 测量原理：当充满管道的流体流经孔板时，将产生局部收缩，流束集中，流速增加，静压力降低，于是在孔板前后产生一个静压力差，该压力差与流量存在着一定的函数关系，流量越大，压力差就越大。通过导压管将差压信号传递给差压变送器，转换成420mA.DC标准信号，经流量显示仪，便显示出管道内的瞬时和累积流量。具有测量精度高，安装方便，使用范围广、造价低等特点。广泛应用于各种介质的流量测量。公称通径DN15DN3000（mm）适用介质为各种液体,气体,饱和蒸汽,过热蒸汽。,现场仪表基础知识,61,长颈喷嘴 主要应用于电力行业高压或高温高压的场合，装机容量在50MW以上的主蒸汽、主给水或减温水等均采用此典型设计型式，它具有压损小、寿命长等特点。,现场仪表基础知识,62,文丘里喷嘴文丘里喷嘴的压力损失比较小，它的长度比文丘里管短。文丘里喷嘴主要用于大口径、低静压，现场直管段距离很短的气体流量测量。,现场仪表基础知识,63,文 丘 里 管 由 三 个 主 要 部 分 组 成 渐 缩 入 口 锥 形 管 该 渐 缩 入 口 锥 形 管逐 渐 减 少 其 管 直 径 ，并 产 生 压 力 降 。一 个 高 压 取 压 嘴 定 位 于 该 入 口 锥 形 管的 起 始 点 。 喉 部 管 段 入 口 锥 形 管 在 喉 部 结 束 ，低 压 取 压 嘴 定 位 于 此 处 。在 喉 部 流 体 速 度 既 不 增 加 也 不 减 少 。 渐 扩 出 口 锥 形 管 出 口 锥 形 管 的 横 截面 积 增 加 ，这 使 流 体 能 够 恢 复 到 非 常靠 近 它 的 原 来 压 力 。出 口 锥 形 管 也 消除 气 穴 ，并 使 摩 擦 损 失 最 小 。,文丘里管流量计,现场仪表基础知识,64,阿牛巴 阿牛巴流量计（又称笛形均速管流量计）是根据皮托管测速原理发展起来的一种新型差压流量检测元件。 阿牛巴流量计输出为差压信号，与测量差压的仪器仪表配套使用，可以准确地测量圆形管道、矩形管道中的多种液体、气体和蒸汽（过热蒸汽和饱和蒸汽）。被测管道的尺寸范围从20mm-3000mm。 它适用于： 气体输送和液体输送,现场仪表基础知识,65,V锥流量计 锥形流量计是一种新型的可精确测量各种雷诺数的高精度流量计，可满足各种介质的应用条件要求其操作原理同其它各种类型的差压原理相同，都是基于密封管道中的能量守恒定理，锥形流量计由于具有独一无二的设计结构，因而性能更优。,现场仪表基础知识,66,1、负压管堵塞2、正压管堵塞3、负压管漏4、正压管漏5、流向装反6、故障处理：关于正、负导压管堵塞的处理：使用钢丝或铁丝将其堵塞位置畅通，如无法疏通，使用0.3Mpa蒸汽加以冲洗。关于流向装反的故障，将其装拆开，调换方向重新安装即可。,差压式流量计常见故障分析及处理,现场仪表基础知识,67,现场仪表基础知识,68,电磁流量计所依据的基本理论是法拉第电磁感应定律。当导体切割磁力线运动时，导体内将产生感应电动势。根据该原理，可测量管内流动的导电流体的体积，导电流体流动的方向与电磁场的方向垂直，在导管垂直方向施加一个交变的磁场，并在有绝缘衬里的导管内壁两侧安装一对电极，两电极的连线既与导管轴线垂直，又与磁场方向垂直，当导电液体流经导管时，因切割磁力线，两个电极上就产生感应电动势。,2、电磁流量计,现场仪表基础知识,69,电磁流量计特点,测量不受液体密度、粘度、温度、压力导电率变化的影响测量管内无活动及阻流部件，无压损、不堵塞，可测量含有纤维、固体颗粒和悬浮物的液体。仪表反映灵敏，测量范围宽，流速0.310m/s，导电率5s/cm的导电液体都可测量，量程范围可以任意选定。仪表采用了低频三态方波励磁技术、先进的小信号处理技术和软件技术，故抗干扰性强、精度高 、稳定可靠。仪表不受液体流动方向的影响，正反向安装均可测量，并安装方便，对直管段要求不高。电磁流量计的电极及内衬材料耐腐性和耐磨性极好，寿命长。可按用户特殊工况要求生产电磁流量计。仪表的耐冲击、耐振性良好。仪表不能测量气体及不导电液体。,现场仪表基础知识,70,安装注意事项,（1）、变送器应安装于管内任何时候均充满液体的地方，一般应垂直、同心、无应力安装，预防液体流过电极时形成气泡造成误差。（2）、该流量计的信号较为微弱，因而在使用时要特别注意外来干扰对其测量精度的影响。所以变送器的外壳、屏蔽线、测量导线、变送器两端的管道均需接至单设的接地点，以免因为电位不等而引入附加干扰。（3）、应安装于远离一切磁源和机械振动的地方。（4）、内壁沉积垢层要定期清理，以防电极短路，甚至于无法检测流量。（5）、表前、表后要有一定的直管段。（一般前5D、后3D）（6）、表体安装方向和流体方向保持一致。（7）、尽可能避免测量管内变成负压。,现场仪表基础知识,71,常见故障以及处理办法,（1）、流量不稳定a、被测介质中两相存在；b、附近有较大的干扰；c、测量电极老化或损坏；d、测量体接地不好；e、介质流量波动大；f、变送单元测量板绝缘性能下降；g、被测介质未充满测量管；h、测量管内壁沉积垢层；,现场仪表基础知识,72,（2）、无流量显示,a、测量值小于最小流量测量范围b、测量电极完全被杂物覆盖C、检查供电电压。,（3）、流量测量不准确,a、零点、量程未校准b、流量计的量程与显示仪表量程不对应C、测量电极结垢。D、检查内部设置。,现场仪表基础知识,73,流量检测仪表,（1）、构成：漩涡发生体、测量探头和测量线路板。（2）、工作原理：当流体流经漩涡发生体时产生不规则的漩涡，通过测量探头检测漩涡的个数产生一定的频率，再通过检测线路板对频率整形、放大、转换成标准信号。,3、涡街流量计,涡街流量计仪表具有量程宽、精度高、压力损失小、介质通用性好、有与流量成比例的脉冲信号输出、便于与计算机联用等优点。涡街流量计具有结构简单、通用性好和稳定性高的特点 。,（3）、涡街流量计的特点,现场仪表基础知识,74,（4）、安装要求与使用场合,A、流量计上游侧和下游侧应尽可能留有较长的直管段。弯管：在流量计上游应保证10D的直管段长度，下游应保证5D直管段长度缩、扩径管：流量计上游应保证10D的直管段长度，下游应保证5D的直管段长度，流量计上游有全开阀门时，直管长度应保证20D：有半开阀门时，直管长度应保证40D 其他：测压点应取在流量计下游2D-7D间（D：测量管内径）测温点应取在流量计下游1D-2D,B、流量计应安装于管内任何时候均充满介质的地方，一般应垂直、同心、无应力安装。C、应安装于远离一切磁源和机械振动的地D、表体安装方向和流体方向保持一致。E、一般测量较清洁的气体和液体。如：水、蒸汽以及其他有机气体、液体,现场仪表基础知识,75,(5)常见故障及处理方法,管道内有流体流动，但无信号输出a.检查仪表接线是否正确，有无短线b.检查仪表安装方向是否正确c.检查流量是否低于正常的流量范围D.检查供电电压。e.检查测量探头有无频率输出f.检查测量线路板有无故障或设置是否正确。无流体流动，但有信号输出a.检查仪表接地，是否是接地不良引入干扰。b.检查管道是否有强烈的机械振动c.检查环境是否有强电磁干扰，如有大功率电器或变频器等强电设备d.检查灵敏度是否过高。e.检查测量探头有无故障。,现场仪表基础知识,76,管道内流体的流量稳定且符合流量要求，但输出变化太大，不稳定a.可能是接地不良引入干扰b.可能是管道振动过强引入干扰c.检查测量探头有无故障显示流量与实际流量不符，不稳定a.可能是仪表参数设置不正确b.可能是温度压力仪表测量误差过大c.可能是流量低于或高于正常的流量范围d.可能是安装不符合要求，如安装不同心，管道内有障碍物，直管段不足等情况,现场仪表基础知识,77,4、质量流量计,工作与结构原理：质量流量计指基于希腊人科里奥利力原理制成的流量计，由传感器和一台用于信号处理的变送器（核心处理器)组成，再配用流量积算器组成流量测量系统。直接或间接测量在旋转管中流动流体的科里奥利力就可以测得质量流量。,现场仪表基础知识,78,特点,（1）质量流量计是一个较为准确、快速、可靠、高效、稳定、灵活的流量测量仪表，在石油加工、化工等领域将得到更加广泛的应用， (2)测量精度高、量程比宽、稳定性好、维护量低。,现场仪表基础知识,79,质量流量计的安装对前后直管段无特殊要求。但必须满足以下条件： 1、传感器和变送器出厂前是配套标定的，安装时需一一对应。2、传感器测量管内应保证充满被测介质。对于液体介质，应使流量计处于管道低点。避免因背压过低而使介质汽化，影响测量结果。对于气体介质，不能使流量计处于管道局部低点，以避免测量管中有积液而产生测量误差。 3、传感器法兰前后必须加装具有足够刚度和质量的支架。4、安装时传感器和管道要同轴对准，做到无应力安装。5、注意安装方向要正确6、尽量避免电磁干扰。,安装注意事项,现场仪表基础知识,80,常见故障及原因分析,硬件故障：安装不规范、接线问题、工艺介质变化、变送器失效、传感器失效、管道吹扫问题。,软件故障 零点校准有误、参数设置错误、电源的脉冲波动、I/O组态有误、当操作人员试图输入或操作一个积算器不能接受的功能时，就会出现运行故障。,现场仪表基础知识,81,5、转子流量计,特点,转子流量计是利用流体流动节能原理来进行流量测量的仪表,原理,用于小流量测量、压损小、反应快、量程比大,现场仪表基础知识,82,转子流量计的检测件是一根由下向上扩大的垂直椎管和一只随着流体流量变化沿着椎管上下移动的浮子。流体自下而上流过浮子时，在浮子上作用有差压、流体动压及摩擦力等，它与浮子向下的重量相平衡，流量增大，向上的力加大，浮子上升，浮子与椎管环隙面积增大，流速降低，因而向上的力减少，直至与浮子重量再次平衡为止。,现场仪表基础知识,83,安装注意事项,垂直安装、不允许由倾斜、介质的流向由下向上，不能反向,类型及适用场合,有玻璃和金属转子两种类型，金属转子流量计有普通型和特殊型两种。普通型金属转子流量计可测量中、小流量，不但能就地显示，还可远传信号。特殊性金属转子流量计有带夹套、防腐型、高温型、高压型等,现场仪表基础知识,84,转子流量计常见故障原因分析及处理,1、浮子卡住，应拆下浮子清洗2、锥管壁面有杂质，浮子上下活动的摩擦力增大，就产生较大的测量误差，应定时清理内壁杂质。3、浮子变形，应更换新浮子或把变形浮子纠正。4、指针跳动，可能被测介质有两相存在。5、测量误差大，有可能安装施工时流量计的测量管与管道不同心。6、测量误差大或指示不稳定，有可能是流量计附近有较大的磁场干扰或流量计振动较大。,现场仪表基础知识,85,6、超声波流量超声波流量计的基本原理 超声波在流动的流体中传播时就载上流体流速的信息。因此通过接收到的超声波就可以检测出流体的流速，从而换算成流量。,现场仪表基础知识,86,超声波流量计特点非接触式仪表，适于测量不易接触和观察的流体以及大管径流量超声测量仪表的流量测量准确度几乎不受被测流体温度、压力、粘度、密度等参数的影响，又可制成非接触及便携式测量仪表，故可解决其它类型仪表所难以测量的强腐蚀性、非导电性、放射性及易燃易爆介质的流量测量问题。超声波流量计目前所存在的缺点主要是可测流体的温度范围受超声波换能铝及换能器与管道之间的耦合材料耐温程度的限制，以及高温下被测流体传声速度的原始数据不全。目前我国只能用于测量200以下的流体。,现场仪表基础知识,87,第五章 物位测量仪表,1、概念 生产过程中罐、塔、槽等容器中存放的液体表面位置称为液位。把料斗、堆场仓库等储存的固体块、颗粒、粉料等的堆积高度和表面位置称为料位；两种互一相溶的物质的界面位置称为界位。液位、料位以及界位总称为物位。用来测量物位的仪表称为物位仪表。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、激光式、放射性式等。3、浮力式液位计 浮力式液位计有两种。一种是维持浮力不变的液位计，称为恒浮力式液位计，如浮球、浮标式液位计等。另一种是在检测过程中浮力是发生变化的，称为变浮力式液位计，如沉筒式液位计等。 （1）恒浮力式液位计 恒浮力式液位计是利用浮子本身的重量和所受的浮力均为定值，并使浮子始终漂浮在液面上，并随液面的变化而变化的原理来测量液位的。,现场仪表基础知识,88,返回目录,（2）变浮力式液位计 变浮力式液位计的检测元件是沉浸在液体事的浮筒。它随液位变化而产生浮力的变化，去推动气动或电动元件，发出信号给显示仪表，以指示被测液面的值。,图示为位移平衡浮筒式液位变送原理图。当液位发生变化时，浮筒1（又称沉筒）本身的重力与所受的浮力的不平衡力，经杠杆2传至扭力管3，而扭力管产生转角弹性变形，由心轴