化工儀表基礎(chǔ)講義

1、安徽盈創(chuàng) 王 博 儀表在生產(chǎn)過程中的作用儀表在生產(chǎn)過程中的作用 眼 檢測元件 測量現(xiàn)場的工藝數(shù)據(jù)。現(xiàn)場儀表測量 參數(shù)一般分為溫度、壓力、流量、液位四大參數(shù)。 腦 控制器 控制器將接收到的測量信號與預(yù)先規(guī) 定的值進行比較。如果兩個信號不相等，表明實 際值與設(shè)定值有偏差，此時控制器將根據(jù)偏差的 大小向執(zhí)行器輸出一個控制信號， 手 執(zhí)行器 執(zhí)行器即可根據(jù)控制信號來改變閥 門的開度，從而使實際值達到預(yù)期效果。 一、四大參數(shù)的測量原理及儀表 二、自動控制基礎(chǔ)知識 三、調(diào)節(jié)閥 四、聯(lián)鎖系統(tǒng)的構(gòu)成 現(xiàn)場儀表測量參數(shù)的分類： 現(xiàn)場儀表測量參數(shù)一般分為壓力、溫度、流量、 液位四大參數(shù)。 下面就著重介紹一下這四大

2、 參數(shù)的測量原理，以及測量這四大參數(shù)所運用 的儀表。 壓力壓力檢測的基本知識檢測的基本知識 1壓力的概念及單位 垂直而均勻地作用在單位面積上的力垂直而均勻地作用在單位面積上的力 單位單位: : 牛頓牛頓/ /米米2 2（N/m2N/m2），簡稱），簡稱“帕帕”，用符號，用符號“PaPa” 2. 壓力的表示方法 S F 式中式中壓力（壓力（PaPa） 均勻垂直作用力（均勻垂直作用力（N N） 受力面積（受力面積（m2m2） 在壓力測量中，通常有絕對壓力，表壓力、負(fù)壓、或 真空度等名詞。絕對壓力是指介質(zhì)所受的實際壓力。表壓是 指高于大氣壓的絕對壓力與大氣壓之差，即： P表=P絕-P大 負(fù)壓與真空度

3、是指大氣壓力與低于大氣壓力的絕對壓力之 差，即： P真 =P大-P絕 絕對壓力、表壓力、大氣壓力、負(fù)壓力（真空度）之間 的關(guān)系如下圖所示。因為各種工藝設(shè)備和測量儀表都處于大 氣中，所以工程上都用表壓力或真空度來表示壓力的大小。 我們用壓力表來測量壓力的數(shù)值，實際上也都是表壓或真空 度（絕對壓力表的指示值除外）。因此，在工程上無特別說 明時，所提的壓力均指表壓力或真空度。 6 被測壓力通常可表示為絕對壓力、表壓、負(fù)壓（或真空度) 表壓（正壓） 絕對壓力的零線 大氣壓力線 絕對壓力 絕對壓力 真空度 (負(fù)壓) 通常有三種檢測壓力的方法，通常有三種檢測壓力的方法，即液柱測壓法，彈性變形法和電測壓力法

4、。 液柱測壓法液柱測壓法 測壓原理：是以流體靜力學(xué)為基礎(chǔ)，一般用液柱產(chǎn)生或傳遞的壓力來平衡 被測壓力的方法進行測量的。 彈性變形法彈性變形法 測壓原理：當(dāng)被測壓力作用于彈性元件，彈性元件便產(chǎn)生相應(yīng)的變形。根據(jù) 變形的大小，便可測知被測壓力的數(shù)值。 電測壓力法電測壓力法 測壓原理：是利用轉(zhuǎn)換元件（如某些機械和電氣元件）直接把被測壓力變換 為電信號來進行測量的。 彈性元件彈性元件附加一些變換裝置，使彈性元件自由端的位移量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電 信號，如電阻式、電感式、電容式、霍爾片式、應(yīng)變式、振弦式等 電測壓力法可分為兩類 非彈性元件非彈性元件組成的快速測壓元件，主要利用某些物體的某一物理性質(zhì)與壓力 有關(guān)

5、，如壓電式、壓阻式、壓磁式等。 測量原理 根據(jù)流體靜力學(xué)原理，將被測壓力轉(zhuǎn)換成液柱高度進行測量 常用的壓力表有U形管壓力表、單管壓力表、斜管壓力表和活塞式壓力表等。 P0 h1 h2 11 p 2 0 0 h h1 22 1 1 p1p2 h2 將被測壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件變形的位移 P 膜片式彈性元件 P 彈簧管式彈性元件 主要壓力檢測儀表：主要壓力檢測儀表： （1 1）彈簧管壓力表）彈簧管壓力表 彈簧管壓力表是壓力儀表的主要組成部份之一，它有彈簧管壓力表是壓力儀表的主要組成部份之一，它有 著極為廣泛的應(yīng)用價值著極為廣泛的應(yīng)用價值 ，它具有結(jié)構(gòu)簡單，品種規(guī)格齊，它具有結(jié)構(gòu)簡單，品種規(guī)格齊 全、測

6、量范圍廣、便于制造和維修和價格低廉等特點。彈全、測量范圍廣、便于制造和維修和價格低廉等特點。彈 簧管壓力表是單圈彈簧壓力表的簡稱。它主要由彈簧管、簧管壓力表是單圈彈簧壓力表的簡稱。它主要由彈簧管、 齒輪傳動機構(gòu)（包括拉桿、扇形齒輪、中心齒輪）、示數(shù)齒輪傳動機構(gòu)（包括拉桿、扇形齒輪、中心齒輪）、示數(shù) 裝置（指針和分度盤）以及外殼等幾部份組成，如下圖所裝置（指針和分度盤）以及外殼等幾部份組成，如下圖所 示。彈簧管是一端封閉并彎成示。彈簧管是一端封閉并彎成270270度圓孤形的空心管子度圓孤形的空心管子 。 （2 2）差壓（壓力）變送器）差壓（壓力）變送器 是是利用轉(zhuǎn)換元件（如某些機械和電氣元件）直

7、接利用轉(zhuǎn)換元件（如某些機械和電氣元件）直接 把被測壓力變換為電信號來進行測量的。把被測壓力變換為電信號來進行測量的。 11 扇形齒輪 彈簧管 拉桿 指針 中心齒輪 接頭 刻度盤 調(diào)整螺釘 游絲 v微位移式變送器微位移式變送器 I0 測量測量部分部分 填充液（硅油） 固定電極 可動電極 P1 轉(zhuǎn)換放大單元 P2 電容式壓力傳感器 隔離膜片 壓力表的選用應(yīng)根據(jù)工藝生產(chǎn)過程對壓力測量的要求，被測介質(zhì)壓力表的選用應(yīng)根據(jù)工藝生產(chǎn)過程對壓力測量的要求，被測介質(zhì) 的性質(zhì)，現(xiàn)場環(huán)境條件等來考慮儀表的類型、量程和精度等級。并確定是的性質(zhì)，現(xiàn)場環(huán)境條件等來考慮儀表的類型、量程和精度等級。并確定是 否需要帶有遠(yuǎn)傳、

8、報警等附加裝置。這樣才能達到經(jīng)濟、合理和有效的目否需要帶有遠(yuǎn)傳、報警等附加裝置。這樣才能達到經(jīng)濟、合理和有效的目 的。的。 1 1類型的選用類型的選用 儀表類型的選用必須滿足工蘭生產(chǎn)的要求。例如儀表類型的選用必須滿足工蘭生產(chǎn)的要求。例如 是否需要遠(yuǎn)傳變送、是否需要遠(yuǎn)傳變送、 自動記錄或報警；被測介質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)自動記錄或報警；被測介質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì) ( (如腐如腐 蝕性、溫度高低、粘度大小、臟污程度、蝕性、溫度高低、粘度大小、臟污程度、 易燃易爆等易燃易爆等) )是否對儀表提出特是否對儀表提出特 殊要求；現(xiàn)場環(huán)境條件殊要求；現(xiàn)場環(huán)境條件 ( (如高溫、電磁場、振動等如高溫、電磁場、振動等)

9、)對儀表有否特殊要求對儀表有否特殊要求 等。等。 普通壓力表的彈簧管材料多采用銅合金，高壓的也有采用碳鋼，普通壓力表的彈簧管材料多采用銅合金，高壓的也有采用碳鋼， 而氨用壓力表的彈簧管材料都采用碳鋼，不允許采用銅合金。因為氨氣對而氨用壓力表的彈簧管材料都采用碳鋼，不允許采用銅合金。因為氨氣對 銅的腐蝕極強，所以普通壓力表用于氨氣壓力測量很快就要損壞。銅的腐蝕極強，所以普通壓力表用于氨氣壓力測量很快就要損壞。 氧氣壓力表與普通壓力表在結(jié)構(gòu)和材質(zhì)上完全相同，只是氧用壓氧氣壓力表與普通壓力表在結(jié)構(gòu)和材質(zhì)上完全相同，只是氧用壓 力表禁油。因為油進入氧氣系統(tǒng)會引起爆炸。如果必須采用現(xiàn)有的帶油污力表禁油。

10、因為油進入氧氣系統(tǒng)會引起爆炸。如果必須采用現(xiàn)有的帶油污 的壓力表測量氧氣壓力時，使用前必須用四氯化碳反復(fù)清洗，認(rèn)真檢查直的壓力表測量氧氣壓力時，使用前必須用四氯化碳反復(fù)清洗，認(rèn)真檢查直 到無油污為止。到無油污為止。 14 2 2測量范圍的確定測量范圍的確定 儀表的測量范圍是根據(jù)被測壓力的大小來確定的。對于彈性式壓儀表的測量范圍是根據(jù)被測壓力的大小來確定的。對于彈性式壓 力表，為保證彈性元件能在彈性變形的完全范圍內(nèi)可靠地工作，量程的上力表，為保證彈性元件能在彈性變形的完全范圍內(nèi)可靠地工作，量程的上 限值應(yīng)高于工藝生產(chǎn)中可能的最大壓力值。根據(jù)限值應(yīng)高于工藝生產(chǎn)中可能的最大壓力值。根據(jù) 化工自控設(shè)計

11、技術(shù)規(guī)定化工自控設(shè)計技術(shù)規(guī)定 ， 在測量穩(wěn)定壓力時，最大工作壓力不應(yīng)超過量程的在測量穩(wěn)定壓力時，最大工作壓力不應(yīng)超過量程的2/32/3；測量脈動壓力時，；測量脈動壓力時， 最大工作壓力不超過量程的最大工作壓力不超過量程的1/21/2； 測量高壓壓力時，最大工作壓力不應(yīng)超測量高壓壓力時，最大工作壓力不應(yīng)超 過量程的過量程的3/53/5。 為了保證測量的準(zhǔn)確度，所測的壓力值不能太接近于儀表的下限為了保證測量的準(zhǔn)確度，所測的壓力值不能太接近于儀表的下限 值值 ，亦即儀表的量程不能選得太大，一般被測壓力的最小值應(yīng)不低于量，亦即儀表的量程不能選得太大，一般被測壓力的最小值應(yīng)不低于量 程的程的1/31/3

12、。 按上述要求算出后，實取稍大的相鄰系列值，一般可在相應(yīng)的產(chǎn)按上述要求算出后，實取稍大的相鄰系列值，一般可在相應(yīng)的產(chǎn) 品目錄申查到。品目錄申查到。 3 3精度級的選取精度級的選取 儀表的精度主妥是根據(jù)生產(chǎn)上允許的最大測量誤差來確定的。此儀表的精度主妥是根據(jù)生產(chǎn)上允許的最大測量誤差來確定的。此 外，在滿足工藝要求的前提下，還要考慮經(jīng)濟性，即盡可能選用精度較低、外，在滿足工藝要求的前提下，還要考慮經(jīng)濟性，即盡可能選用精度較低、 價廉耐用的儀表。價廉耐用的儀表。 15 故障現(xiàn)象故障現(xiàn)象故障原因故障原因故障排除故障排除 輸出電流超刻度（超過 20mA） 1.導(dǎo)管泄漏 2.接管錯誤 3.導(dǎo)管堵塞 4.電

13、源電壓或負(fù)載電阻不對 5.端子間的電壓不對 6.零點和量程沒有調(diào)好 7.電子部件故障 8.三閥組不能正確操作 1.消除泄漏點 2.重新正確接管 3.疏通管道 4.正確供電（16.1-26VDC）和檢查回路電阻 （250） 5.檢查電纜故障、絕緣和其它情況 6.調(diào)好零點和量程 7.更換電子部件 8.更換三閥組 無 輸 出 電 流 （ 小 于 3.820mA） 1.同上（1）-（8） 2.電源正負(fù)極接錯 1.同上（1）-（8） 2.正確接線 輸出電流不對1.接管錯誤 2.氣液混合 3.液體的密度改變 4.環(huán)境溫度變化過大 5.零點或量程發(fā)生偏差 6.電子部件故障 1.重新正確接管 2.排去液體或氣

14、體 3.進行密度補正 4.縮小密度變化范圍 5.重新調(diào)零點或量程 6.更換電子部件 溫度是化工生產(chǎn)中既普遍而又十分重要 的參數(shù)之一。任何一個化工生產(chǎn)過程，都伴隨著 物質(zhì)的物理和化學(xué)性質(zhì)的改變，都必然有能量的 轉(zhuǎn)化和交換，而熱交換則是這些能量轉(zhuǎn)換中最普 遍的交換形式。因此，在很多煤化工反應(yīng)的過程 中，溫度的測量和控制，常常是保證這些反應(yīng)過 程正常進行與安全運行的重要環(huán)節(jié)；它對產(chǎn)品產(chǎn) 量和質(zhì)量的提高都有很大的影響。 17 溫度測量儀麥種類繁多，若按測量方式的不同， 測溫儀表可分為接觸式和非接觸式兩大類。前者感溫元件與 被測介質(zhì)直接接觸，后者的感溫元件卻不與被測介質(zhì)相接觸。 接觸式測溫元件簡單、可靠

15、、測量精度較高；但是，由于測 溫元件要與被測介質(zhì)接觸進行充分的熱交換才能達到熱平衡， 因而產(chǎn)生了滯后現(xiàn)象，而且可能與被測介質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)； 另外高溫材料的限制，接觸式測溫儀表不能應(yīng)用于很高溫度 的測量。而非接觸式測溫儀表不與被測介質(zhì)接觸，因而其測 溫范圍很廣，其測溫上限原則上不受限限制；由于它是通過 熱輻射來測量溫度的，所以不會破壞被測介質(zhì)的溫度場，測 溫速度也較快，但是這種方法受到被測介質(zhì)至儀表之間的距 離以及幅射通道上的水汽、煙霧、塵埃等其它介質(zhì)的影響， 因此測量量精度較低。 18 下表列出了常用測溫儀麥的測溫原理、測溫范圍和主要 特點。表中所列的各種溫度計，機械式的大多只能就地指示， 幅

16、射式的精度較差，只有電的測溫儀表精度高，且測溫元件 很容易與溫度變送器配用，轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號進行遠(yuǎn)傳， 以實現(xiàn)對溫度的自動記錄和調(diào)節(jié)。因此，在生產(chǎn)過程控制中 應(yīng)用最多的是熱電偶和熱電阻溫度計。本節(jié)僅介紹這兩種溫 度計。 19 20 21 工作過程 顯示儀表 工控機I/O卡 DCS的I/O卡 PLC的模塊 現(xiàn)場 控制室 電阻絲 引線 接線 端子 導(dǎo)線 在選用測溫儀表解決現(xiàn)場測溫問題時，首先要分析被測 對象特點及狀態(tài)，然后根據(jù)現(xiàn)有溫度計的特點及其技術(shù)指標(biāo)確定選用 的類型。一般應(yīng)考慮以下幾個方面: 1儀表的可能測溫范圍及常用測溫范圍，是否符合被測對象的 溫度變化范圍的要求; 2儀表的精度、穩(wěn)定性、

17、響應(yīng)時間是否適應(yīng)測溫要求; 3根據(jù)測量場所有無沖擊、振動及電磁場，來考慮儀表的防震、 防沖擊、抗干擾性能是否良好; 4儀表輸出信號能否自動記錄和遠(yuǎn)傳; 5儀表的防腐性、防爆性和連續(xù)使用期限，是否滿足被測對象 的要求; 6電源電壓、頻率變化及環(huán)境溫度變化對儀表示值的影響程度; 7測溫元件的體積大小是否適當(dāng); 8儀表使用是否方便、安裝維護是否容易。 23 一體化溫度變送器常見故障與處理 故障現(xiàn)象故障現(xiàn)象故障原因故障原因 處理辦法處理辦法 熱電阻溫變熱電偶溫變熱電阻溫變熱電偶溫變 無輸出電源線或輸出 線斷開或接觸 不良 電源線或輸出 線斷開或接觸 不良 檢查電源線或輸出線部分使 其連接良好 輸出毫安

18、值最 大 傳感器連接引 線開路、傳感 器壞或死機 變送器壞或死 機 連接好傳感器、 更換傳感器、 重啟 更換變送器、 重啟 輸出毫安值最 小 傳感器引線短 路或傳感器壞 傳感器引線開 路或傳感器壞 連好傳感器引線或更換傳感 器 輸出不穩(wěn)定或 輸出不變 傳感器引線接 觸不良或傳感 器壞 傳感器引線接 觸不良或傳感 器壞 連好傳感器引線或更換傳感 器，若非傳感器壞則更換變 送器 流量是工業(yè)生產(chǎn)過程操作與管理的重要依據(jù)。在具有流 動介質(zhì)的工藝過程中，物料通過工藝管道在設(shè)備之間來往輸 送和配比，生產(chǎn)過程中的物料平衡和能量平衡等都與流量有 著密切的關(guān)系。 流量流量指瞬時流量，即單位時間內(nèi)通過管道某一截面

19、的流 動介質(zhì)的量。 用體積流量（單位為m3/s）或質(zhì)量流量（單位為kg/s） 表示。 應(yīng)用容積法檢測流量 應(yīng)用動壓能和靜壓能轉(zhuǎn)換的原理檢測流量 應(yīng)用改變流通面積的方法檢測流量 應(yīng)用電磁感應(yīng)原理檢測流量 應(yīng)用超聲波檢測流量 應(yīng)用流體動量矩原理檢測流量 應(yīng)用質(zhì)量流量檢測方法 單位時間內(nèi)所排出固定容積的數(shù)目作為測量依 據(jù) 為了連續(xù)地在密閉的管道中測量流體的流量，一般 采用容積分界的方法，即由儀表殼體和轉(zhuǎn)子組成流 體的計量室，流體經(jīng)過儀表時，在儀表的入、出口 之間產(chǎn)生壓力差，此流體壓力差對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生驅(qū)動力 矩，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，將流體一份一份地排出，其排出的 流體總量 流體在管道中流動時，具有動能和位能，對于理

20、 想的流體，流體在同一管道的任一截面的動能和 靜壓能的總和是不變的，但是若采取一定方式 （例如節(jié)流），可以造成能量形式的相互轉(zhuǎn)化， 然后通過測量靜壓的變化求出流速和流量。工業(yè) 中常用的方法是在管道中插入一流通面積較小的 節(jié)流元件，造成流體通過節(jié)流元件時，在節(jié)流元 件的上、下游之間產(chǎn)生靜壓差（簡稱差壓），通 過測量差壓求出流量值。 差壓式流量計是基于流體動壓能和靜壓能在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)換的原理，利 用流體流經(jīng)節(jié)流裝置時所產(chǎn)生的靜壓差來實現(xiàn)流量測量的儀表。 差壓式流量計主要由節(jié)流裝置、信號管路和差壓計（或差壓變送器和顯示儀表） 組成 Q Q 3 2 1 h 1孔板 2引壓管 3差壓計 檢測原理

21、:在一個由下往上逐漸擴大的錐形管中垂直地放 置一阻力件，當(dāng)流體自下而上流經(jīng)錐形管與轉(zhuǎn)子之間的環(huán) 形流通面積時，由于受到流體的沖擊，轉(zhuǎn)子便要向上運動。 隨著轉(zhuǎn)子的上升，轉(zhuǎn)子與錐形管間的環(huán)形流通面積增大、 流速降低，直到流體作用在轉(zhuǎn)子上的浮力和沖力（阻力） 與轉(zhuǎn)子本身重量相平衡時，轉(zhuǎn)子停留在某一高度，維持平 衡。當(dāng)流量增大時，流過環(huán)隙的流速v增大，轉(zhuǎn)子所受沖 力增大，由于轉(zhuǎn)子在流體中的重力與所受浮力不變，所以 轉(zhuǎn)子就上升，造成環(huán)隙面積增大，從而流速v減小，沖力 也減小，直至達到新的平衡，轉(zhuǎn)子又停浮在一個新的高度 上，這樣轉(zhuǎn)子在錐形管中停浮的高度與流體的流量大小一 一對應(yīng)。在錐形管外壁上以流量值刻度

22、，則根據(jù)轉(zhuǎn)子浮起 的高度即可直接顯示出被測流量的數(shù)值。 錐形管錐形管-由下往上逐漸擴大管由下往上逐漸擴大管 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子-阻力件阻力件 當(dāng)流體自下而上流經(jīng)錐形管與當(dāng)流體自下而上流經(jīng)錐形管與 轉(zhuǎn)子之間的環(huán)形流通面積時，轉(zhuǎn)子之間的環(huán)形流通面積時， 由于受到流體的沖擊，由于受到流體的沖擊， 轉(zhuǎn)子便要向上運動。轉(zhuǎn)子便要向上運動。 檢測原理檢測原理 組成組成 簡稱EMF 是利用法拉第電磁感應(yīng)定律制成的一種測量導(dǎo)電液體體積流量的 儀表。 導(dǎo)電性液體在垂直于磁場的非磁性測量管內(nèi)流動，與流動方向垂直的方向 上產(chǎn)生與流量成比例的感應(yīng)電勢，經(jīng)檢測放大變送轉(zhuǎn)換為流量信號 優(yōu)優(yōu) 點點 不易阻塞，適用于測量含有固體顆?；蚶w

23、維的液固二相流體，如 紙漿、煤水 漿、礦漿、泥漿和污水等。 對于要求低阻力損失的大管徑供水管道最為適合。 前置直管段要求較低。 測量范圍度大，通常為20：150：1，可選流量范圍寬。 滿度值液體流速可在0.510m/s內(nèi)選定。 口徑范圍寬，從幾毫米到3m。 可測正反雙向流量，也可測脈動流量 可應(yīng)用于腐蝕性流體。 缺缺 點點 不能測量電導(dǎo)率很低的液體，如石油制品和有機溶劑等。 不能測量氣體、蒸汽和含有較多較大氣泡的液體。 由于襯里材料和電氣絕緣材料限制，不能用于較高溫度的液體； 有些型號儀表用于過低于室溫的液體，因測量管外凝露（或霜） 而 破壞絕緣。 一忌 空 產(chǎn)生氣泡不滿管 二忌 擾 產(chǎn)生干擾

24、字亂跳 三忌 變 電導(dǎo)率變化測不到 四忌 污 污染結(jié)垢表失效 1 1：無無指示指示 見LED上顯示的故障代碼 檢查保險絲是否熔斷 儀表傳感器箭頭是否與流體流向一致 檢查傳感器是否充滿液體 檢查傳感器內(nèi)壁上是否粘有異物 2 2：零點零點不穩(wěn)定不穩(wěn)定 檢查傳感器是否充滿液體，液體中是否有氣泡 傳感器中是否完全充滿液體 檢查閥是否有泄露 檢查儀表接地情況，接地線是否與接地法蘭相連 檢查液體電導(dǎo)率是否變或易變 液體是否引起淤積 流量計靠近馬達、變壓器等其它電氣設(shè)備 3 3：指示指示與實際流量不與實際流量不一致一致 檢查傳感器中的液體是否滿管，有無氣泡，接 地情況 在液體充滿傳感器并靜止的情況下調(diào)零 檢

25、查液體特性 檢查傳感器，轉(zhuǎn)換器 物位物位-指容器中的液體介質(zhì)的液位、固體的指容器中的液體介質(zhì)的液位、固體的 料位或料位或顆粒物顆粒物的料位和兩種不同液體介質(zhì)分的料位和兩種不同液體介質(zhì)分 界面的總稱界面的總稱 液位液位容器中的液體介質(zhì)的高低容器中的液體介質(zhì)的高低 料位料位容器中固體或顆粒狀物質(zhì)的堆積高度容器中固體或顆粒狀物質(zhì)的堆積高度 為了確定容器中的貯料數(shù)量，以保證連續(xù)生 產(chǎn)的需要或進行經(jīng)濟核算； 為了監(jiān)視或控制容器的物位，使它保持在規(guī) 定的范圍內(nèi)； 對它的上下極限位置進行報警，以保證生產(chǎn) 安全、正常進行。 應(yīng)用浮力原理檢測物位 應(yīng)用靜壓原理檢測物位 應(yīng)用超聲波反射檢測物位 應(yīng)用射線被物體的吸

26、收檢測物位 測量原理測量原理 : : 利用漂浮于液面上的浮標(biāo)或浸沒于液體中的浮筒對液位進行利用漂浮于液面上的浮標(biāo)或浸沒于液體中的浮筒對液位進行 測量的。測量的。 當(dāng)液位變化時，前者產(chǎn)生相應(yīng)的位移，而所受到的浮力維持不變，當(dāng)液位變化時，前者產(chǎn)生相應(yīng)的位移，而所受到的浮力維持不變， 后者則發(fā)生浮力的變化。因此，只要檢測出浮標(biāo)的位移或浮筒所受到的后者則發(fā)生浮力的變化。因此，只要檢測出浮標(biāo)的位移或浮筒所受到的 浮力的變化，就可以知道液位的高低。浮力的變化，就可以知道液位的高低。 恒浮力法液位測量示意圖 1：浮筒液位計值一直在最大 原因：浮筒掉。 處理方法：關(guān)閉上下一次閥，打開下放空閥，拆下浮筒上 部的

27、法蘭，取下表頭，掛上浮筒，把表頭和法蘭恢復(fù)安裝， 關(guān)閉下放空，打開上下一次閥。 2：浮筒液位計值死在某一值 原因：浮筒被臟/污/異物卡住。 處理方法：關(guān)閉上下一次閥，打開下放空閥，取出臟/污/ 異物。 3：浮筒液位計指示不準(zhǔn) 原因：被測介質(zhì)密度發(fā)生了變化/零漂 處理方法：重新校驗 通過液柱靜壓的方法對液位進行通過液柱靜壓的方法對液位進行 測量的。測量的。 敞口容器敞口容器：多用直接測量容器底：多用直接測量容器底 部壓力的方法。如圖所示，測壓部壓力的方法。如圖所示，測壓 儀表通過導(dǎo)壓管與容器底部相連，儀表通過導(dǎo)壓管與容器底部相連， 由測壓儀表的壓力指示值，便可由測壓儀表的壓力指示值，便可 推知液

28、位的高度推知液位的高度 。 其關(guān)系為其關(guān)系為 式中式中 PP測壓儀表指示值測壓儀表指示值 HH 液位的高度液位的高度液體的密度液體的密度gg 重力加速度重力加速度 密閉容器密閉容器：測量容器底部壓力，測量容器底部壓力， 除與液面高度有關(guān)外，還與液面除與液面高度有關(guān)外，還與液面 上部介上部介 質(zhì)壓力有關(guān)，其關(guān)系為質(zhì)壓力有關(guān)，其關(guān)系為 gHP gHPP AB 壓力表測量液位原理 式中式中 PAPA、PBPB分別是液面上部介質(zhì)壓力和液面以下分別是液面上部介質(zhì)壓力和液面以下H H深度的液體壓力。深度的液體壓力。 gHPPP AB 差壓式液位計差壓式液位計 差壓式液位計是應(yīng)用差壓計或差壓變送器來測量變送

29、器液差壓式液位計是應(yīng)用差壓計或差壓變送器來測量變送器液 位的，是目前應(yīng)用得最廣泛的一種液位測量儀表。差壓式液位汁是利用容位的，是目前應(yīng)用得最廣泛的一種液位測量儀表。差壓式液位汁是利用容 器內(nèi)液位改變時，由液柱產(chǎn)生的靜壓也相應(yīng)變化的原理而工作的，如圖所器內(nèi)液位改變時，由液柱產(chǎn)生的靜壓也相應(yīng)變化的原理而工作的，如圖所 示。示。 43 + - H P氣 氣 P液 液 Q入 入 P出 出 排污排污 當(dāng)差壓變送器的一端接液相，另當(dāng)差壓變送器的一端接液相，另 一端接氣相時根據(jù)流體靜力學(xué)原理，一端接氣相時根據(jù)流體靜力學(xué)原理， 我們知道，變送器正壓室受到的壓力我們知道，變送器正壓室受到的壓力 為：為： Pl=

30、P氣 氣十 十Hg 式中式中 H 液位高度液位高度; 介質(zhì)密度介質(zhì)密度; g 重力加速度重力加速度; P氣 氣 氣相壓力。 氣相壓力。 圖圖4-3 差壓變送器測量液位示意圖差壓變送器測量液位示意圖 vtH 2 1 超聲波物位計 測量原理測量原理: :根據(jù)超聲波從發(fā)射到接收反射回波的時間間隔 大小 與被測介質(zhì)高度成比例關(guān)系的原理，實現(xiàn)液位測量的。 根據(jù)傳聲介質(zhì)的不同可以分為：液介式、氣介式、固介式三種。 -測量時由置于容器底部的超聲波探頭 向液面與氣體的分界面發(fā)射超聲波，經(jīng)過時間t后， 便可接收到從界面反射回來的回波信號。 V-V-超聲波在液體中的傳播速度超聲波在液體中的傳播速度 H -H -從

31、探頭至界面的距離（被測介質(zhì)物位高度）從探頭至界面的距離（被測介質(zhì)物位高度） T -T -超聲波從探頭發(fā)射至液面反射回來的時間超聲波從探頭發(fā)射至液面反射回來的時間 故障顯示故障顯示故障排除故障排除 回波丟失或開路檢查換能器的接線 檢查參數(shù)設(shè)置 更換一個新的換能器 液位超過測量范圍，介質(zhì)太臟或有蒸汽、 泡沫、使液位測量受影響 檢查校驗參數(shù) 清潔換能器的表面 檢查參數(shù)設(shè)置 無顯示檢查電源 液位示值低于實際液位，表明介質(zhì)液位 已進入盲區(qū) 減小盲區(qū)設(shè)定值 首先根據(jù)面板報警找出對應(yīng)信息，常見的故障有以下幾種 控制儀表-控制器、執(zhí)行器、運算器以 及可編程控制器等。 按所用能源分類：氣動、電動、液動等。電 動

32、儀表和氣動儀表應(yīng)用的最多。 按信號類型分類：模擬式和數(shù)字式兩種。 氣動控制儀表：0.020.1MPa的模擬氣壓信號，作為儀表間 的標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)絡(luò)信號。 電動控制儀表：010mA（DC）電流信號作為電動型儀表 的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)絡(luò)信號， 420mA（DC）電流信號和15V （DC）電壓信號確定為過程控制系統(tǒng)中電動型儀表統(tǒng)一標(biāo) 準(zhǔn)的模擬信號。 電動儀表信號之間的傳輸方式是：進出控制室的傳輸信號采 用電流信號， 控制室內(nèi)部各儀表間聯(lián)絡(luò)信號采用電壓信號， 電動儀表的供電方式有交流供電和直流集中供電兩種形式。 控制規(guī)律是指控制器的輸出信號與輸入偏差 信號隨時間變化的規(guī)律。 正作用控制器：輸入與輸出的變化方向相同；

33、反作用控制器：輸入與輸出變化方向相反。 工程實際中應(yīng)用最廣泛的控制規(guī)律為比例 （P）、積分（I）、微分（D）控制規(guī)律，簡稱PID 控制規(guī)律，各種控制器的運算規(guī)律均由這些基本控 制規(guī)律組合而成。 調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)原理調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)原理 調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥= =執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)+ +閥閥 體部件體部件 49 調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機構(gòu)調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機構(gòu) 執(zhí)行機構(gòu)：調(diào)節(jié)閥的推動執(zhí)行機構(gòu)：調(diào)節(jié)閥的推動 裝置，它按信號壓力的大小裝置，它按信號壓力的大小 產(chǎn)生相應(yīng)推力，使閥桿相應(yīng)產(chǎn)生相應(yīng)推力，使閥桿相應(yīng) 的位移、閥芯動作。的位移、閥芯動作。 50 序序 號號 零零 件件 名名 稱稱 序序 號號 零零 件件 名名 稱稱 1 1吊吊 環(huán)

34、環(huán) 螺螺 母母1010下下 膜膜 蓋蓋 2 2上上 膜膜 蓋蓋1111六六 角角 螺螺 栓栓 3 3膜膜 片片1212推推 桿桿 4 4托托 盤盤1313支支 架架 5 5限限 位位 件件1414導(dǎo)導(dǎo) 向向 套套 6 6行行 程程 檔檔 塊塊1515指指 針針 7 7六六 角角 螺螺 母母1616標(biāo)標(biāo) 尺尺 8 8彈彈 簧簧1717閥閥 桿桿 連連 接接 部部 件件 9 9防防 雨雨 帽帽1818銘銘 牌牌 調(diào)節(jié)閥解體圖調(diào)節(jié)閥解體圖 閥體部件：調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)部閥體部件：調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)部 分，它直接與介質(zhì)接觸，由閥分，它直接與介質(zhì)接觸，由閥 芯的動作，改變調(diào)節(jié)閥節(jié)流面芯的動作，改變調(diào)節(jié)閥節(jié)流面 積，

35、達到調(diào)節(jié)的目的。積，達到調(diào)節(jié)的目的。 51 執(zhí)行機構(gòu)：分氣動薄膜執(zhí)行機構(gòu)、氣動活塞執(zhí)行機構(gòu)和長執(zhí)行機構(gòu)。執(zhí)行機構(gòu)：分氣動薄膜執(zhí)行機構(gòu)、氣動活塞執(zhí)行機構(gòu)和長執(zhí)行機構(gòu)。 氣動薄膜執(zhí)行機構(gòu)：氣動薄膜執(zhí)行機構(gòu)： 分正、反兩種形式。當(dāng)信號壓力增加時，閥桿向下動作的叫正作用分正、反兩種形式。當(dāng)信號壓力增加時，閥桿向下動作的叫正作用 執(zhí)行機構(gòu)。反之，信號增加閥桿向上的叫反作用執(zhí)行機構(gòu)。通常接受執(zhí)行機構(gòu)。反之，信號增加閥桿向上的叫反作用執(zhí)行機構(gòu)。通常接受 20100KPa20100KPa的標(biāo)準(zhǔn)信號壓力，帶定位器時，最高壓力為的標(biāo)準(zhǔn)信號壓力，帶定位器時，最高壓力為250KPa250KPa，其行程規(guī)，其行程規(guī) 格

36、有格有1010、1616、2525、4040、6060、100mm100mm六種。六種。 氣動活塞執(zhí)行機構(gòu)：氣動活塞執(zhí)行機構(gòu)： 比上述更強力的輸出機構(gòu)，其壓力可達比上述更強力的輸出機構(gòu)，其壓力可達500KPa500KPa，而且無彈簧抵消推，而且無彈簧抵消推 力，輸出力大，適用于大口徑、高靜壓、高壓差閥和蝶閥。力，輸出力大，適用于大口徑、高靜壓、高壓差閥和蝶閥。 氣動長行程執(zhí)行機構(gòu)：氣動長行程執(zhí)行機構(gòu)： 具有行程長、轉(zhuǎn)矩大的特點，它將信號氣壓轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的轉(zhuǎn)角具有行程長、轉(zhuǎn)矩大的特點，它將信號氣壓轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的轉(zhuǎn)角 （0900900 0）或位移（）或位移（200400mm200400mm），適合于角

37、行程調(diào)節(jié)閥的需要，多用于大），適合于角行程調(diào)節(jié)閥的需要，多用于大 轉(zhuǎn)矩的蝶閥、閘閥、風(fēng)門等。轉(zhuǎn)矩的蝶閥、閘閥、風(fēng)門等。 52 閥體部件閥體部件（如圖所示）（如圖所示） 直通單座閥：直通單座閥：泄漏量小、許用壓差 小、流通能力小。 直通雙座閥：直通雙座閥：許用壓差大、流通能 力大、泄漏量大。不適用于高粘 度、 含懸浮顆粒的流體 套筒調(diào)節(jié)閥：套筒調(diào)節(jié)閥：穩(wěn)定性好，不易引起 閥芯振動；互換性和通用性強， 只要更換套筒就可得到不同的流 量系數(shù)和流量特性；許用壓差大， 熱膨脹影響小，；維修方便，閥 座是通過螺紋與閥體相連的；使 用壽命長；噪音低（比單、雙座 閥低10分貝） 53 偏心旋轉(zhuǎn)閥偏心旋轉(zhuǎn)閥：

38、流路簡單，阻力小，用物含固體懸浮物和高粘度的流體調(diào)節(jié) 較為理想 流通能力較大，比同口徑的單、雙座閥大1030%，可調(diào)比大， 可達100：1 閥芯球面偏心旋轉(zhuǎn)運動減少了所要求的操作力矩，在流開流 閉下都能穩(wěn)定操作，在高壓差下能順利使用，同時用較小的 力就能嚴(yán)密關(guān)閉，所以泄漏量小。 可通過改變定位器中凸輪板位置，方便地得到直線或等百分 比流量特性 體積小，重量輕，可根據(jù)現(xiàn)場安裝位置，不更換任何零件靈 活組裝 54 角形閥：角形閥：角形調(diào)節(jié)閥除閥體為直角形外，其他結(jié)構(gòu)與直通單座 閥調(diào)節(jié)閥相似 流路簡單，死區(qū)和渦流區(qū)較小，借助介質(zhì)自身的沖刷作用， 可有效地防止介質(zhì)堵塞，有較好的自潔性能 流阻小，流量系

39、數(shù)比單座閥大，相當(dāng)于雙座閥的流量系數(shù) 它適用于高粘度、含懸浮物和顆粒狀流體的場合，或用 于要求直角配管的地方，其流向一般為底進側(cè)出。 高壓調(diào)節(jié)閥：高壓調(diào)節(jié)閥：適用于高靜壓和高壓閥調(diào)節(jié)的特殊閥門，最大公 稱壓力為32MPa，常見的結(jié)構(gòu)有多級閥芯和單級閥芯。多級閥 芯是幾個閥芯串在一起相當(dāng)幾個閥逐漸降壓，但這種閥結(jié)構(gòu) 較復(fù)雜，調(diào)節(jié)性能差，應(yīng)用較少；單級閥芯多為角形單座， 但在高壓差下，流體對閥芯、閥座的沖刷和氣蝕嚴(yán)重，使用 壽命短。 55 蝶閥（翻板閥）蝶閥（翻板閥）：流通能力大，約為同口徑雙座閥的1.5 3倍； 阻力損失??；沉積物不易積存；結(jié)構(gòu)緊湊，安裝空間很小。 但操作轉(zhuǎn)矩大，泄漏量較大，可調(diào)

40、范圍小。 特別適用于低壓差、大口徑、大流量的氣體和漿狀液體 O O型球閥：型球閥：可起調(diào)節(jié)和切斷作用，常用于兩位式控制。它流路簡 單，全開時完全形成直管通道，壓力損失最小，特別適用 于 高粘度、懸浮液、紙漿等流體場合。密封可靠，泄漏量很小， 軟密封球閥可達到氣泡級密封。 V V型球閥：型球閥：流通能力大，比普通閥高2倍以上；控制特性好，為 等百分比；可調(diào)范圍大，可達300：1；具有剪切作用，能嚴(yán) 密關(guān)閉，適用于漿料、纖維狀流體場合。主要缺點是操作壓 力受到限制，高壓降時不適用。 56 隔膜調(diào)節(jié)閥：隔膜調(diào)節(jié)閥：隔膜調(diào)節(jié)閥用耐腐蝕襯里的閥體和膜片代替閥芯 和閥座，由隔膜起調(diào)節(jié)作用 優(yōu)點：1、用橡膠

41、等材料做隔膜，抗腐蝕性能好。 2、結(jié)構(gòu)簡單，流路阻力小，同時能嚴(yán)密關(guān)閉。 3、流通能較同口徑的其他閥大。 4、流體被隔膜與閥門可動部件隔開，無需填料也不會外泄 缺點：1、由于隔膜和襯里材質(zhì)限制，耐壓、耐溫較低，一般只 能用于1.6MPa、150以下。 2、控制特性差，可調(diào)范圍小，流量特性近似快開特性，60% 行程前近似線性，60%后流量變化很小。 隔膜調(diào)節(jié)閥適用于強酸、強堿等強腐蝕介質(zhì)的調(diào)節(jié)，也能用 于高粘度及懸浮顆粒流體的調(diào)節(jié)。 57 調(diào)節(jié)閥的流量特性：快開、線性、等百分比、拋物線調(diào)節(jié)閥的流量特性：快開、線性、等百分比、拋物線 調(diào)節(jié)閥的流開、流閉調(diào)節(jié)閥的流開、流閉 調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)調(diào)節(jié)閥的

42、氣開、氣關(guān) 隨信號增大，閥門開度增大的叫氣開隨信號增大，閥門開度增大的叫氣開 選擇調(diào)節(jié)閥的氣開選擇調(diào)節(jié)閥的氣開/ /關(guān)型式，應(yīng)從裝置和設(shè)備的安全性來考慮關(guān)型式，應(yīng)從裝置和設(shè)備的安全性來考慮 執(zhí)行機構(gòu)閥體部件調(diào)節(jié)閥 正正氣關(guān) 正反氣開 反正氣開 反反氣關(guān) 58 1：沒有動作或動作遲緩 原 因 措 施 供氣壓力低供給規(guī)定的氣壓 空氣配管堵塞或泄漏清掃、連接部分、再配管 膜片緊固部分空氣泄漏加固、拆卸、整修（更換） 推桿部分空氣泄漏拆卸、更換O形圈 附件異常 定位器、增速器、電磁閥 液控單向閥等 不連通附件的情況下，給執(zhí)行機構(gòu)的氣源接 口施加規(guī)定的氣壓，若無異常則對定位器再 作調(diào)整或?qū)?zhí)行機構(gòu)進行檢

43、查、更換 本體部或執(zhí)行機構(gòu)有異常取下支架連接件，檢查執(zhí)行機構(gòu)的動作，若 有異常，則對執(zhí)行機構(gòu)進行拆卸、維修。 操作手柄在手動操作的位置上把操作手柄放在自動位置上 定位器的靈敏度不合適請按定位器說明書更換負(fù)載彈簧 2：動作不穩(wěn)定（震蕩） 3：閥坐泄漏 因控制流體引起負(fù)載變動 （執(zhí)行機構(gòu)輸出壓力不足） 加大執(zhí)行機構(gòu) 定位器信號變動對定位器的各種設(shè)定進行調(diào)整、信號系統(tǒng)進 行檢查 供氣壓力變動確認(rèn)或更換供氣配管口徑 減壓閥發(fā)生故障對減壓閥進行修理、更換 執(zhí)行機構(gòu)輸出力不足、閥坐受 損 對不平衡點進行檢查、調(diào)試，對本體部件 進行拆卸、維修（包括更換零件） 4：填料、墊片處泄漏 緊固螺絲松動，閥桿受損，

44、填料及墊片老化、硬化 擰緊螺母、更換填料及墊圈、對閥桿表 面修整或更換 聯(lián)鎖保護系統(tǒng)是按生產(chǎn)裝置的工藝過程和設(shè)備要聯(lián)鎖保護系統(tǒng)是按生產(chǎn)裝置的工藝過程和設(shè)備要 求，使相應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)動作，或自動啟動備用系統(tǒng)，或?qū)崿F(xiàn)求，使相應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)動作，或自動啟動備用系統(tǒng)，或?qū)崿F(xiàn) 安全停車的系統(tǒng)。聯(lián)鎖保護系統(tǒng)要既能保證生產(chǎn)裝置和設(shè)備安全停車的系統(tǒng)。聯(lián)鎖保護系統(tǒng)要既能保證生產(chǎn)裝置和設(shè)備 的正常開、停、運轉(zhuǎn)，又能在工藝過程出現(xiàn)異常時，按規(guī)定的正常開、停、運轉(zhuǎn)，又能在工藝過程出現(xiàn)異常時，按規(guī)定 的程序保證安全生產(chǎn)，實現(xiàn)緊急操作、安全停車、緊急停車的程序保證安全生產(chǎn)，實現(xiàn)緊急操作、安全停車、緊急停車 或自動投入備用設(shè)備

45、。聯(lián)鎖保護系統(tǒng)的安全可靠運行對實現(xiàn)或自動投入備用設(shè)備。聯(lián)鎖保護系統(tǒng)的安全可靠運行對實現(xiàn) 生產(chǎn)裝置的正常生產(chǎn)和設(shè)備的正常運行至關(guān)重要。生產(chǎn)裝置的正常生產(chǎn)和設(shè)備的正常運行至關(guān)重要。 62 信號報警和聯(lián)鎖保護系統(tǒng)通常由以信號報警和聯(lián)鎖保護系統(tǒng)通常由以 下三部份構(gòu)成：下三部份構(gòu)成： 1 1 發(fā)信元件發(fā)信元件 2 2 執(zhí)行元件執(zhí)行元件 3 3 邏輯元件邏輯元件 63 基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識： 聯(lián)鎖保護動作通過繼電器的輸出來實現(xiàn)，但在聯(lián)鎖保護動作通過繼電器的輸出來實現(xiàn)，但在DCSDCS輸出型輸出型 式為三極管的情況，為了防止反向擊穿，應(yīng)加上反向二極管放電。式為三極管的情況，為了防止反向擊穿，應(yīng)加上反向二極管放電

46、。 觸點常開、常閉：正常操作情況下觸點斷開為常開，反之觸點常開、常閉：正常操作情況下觸點斷開為常開，反之 為常閉為常閉 反邏輯、正邏輯：正反邏輯起源：在數(shù)字電路中，輸出信號與輸入反邏輯、正邏輯：正反邏輯起源：在數(shù)字電路中，輸出信號與輸入 信號之間有一定的邏輯關(guān)系信號之間有一定的邏輯關(guān)系, ,例如非門，當(dāng)輸人信號為高電平時例如非門，當(dāng)輸人信號為高電平時, ,輸出輸出 為低電平；反之，當(dāng)輸入為低電平，輸出為高電平。為了方便為低電平；反之，當(dāng)輸入為低電平，輸出為高電平。為了方便, ,在邏在邏 輯電路中用符號輯電路中用符號1 1和和0 0來表示高電平和低電平兩種狀態(tài)來表示高電平和低電平兩種狀態(tài), ,換言之即高電換言之即高電 平是邏輯平是邏輯“1”1”，低電平是邏輯，低電平是邏輯“0”0”。這是一種人為的規(guī)定。這是一種人為的規(guī)定, ,亦可以亦可以 反過來將高電平定為邏輯反過來將高電平定為邏輯“0”0”，低電平定為邏輯，低電平定為邏輯“1”1”。由于大多數(shù)。由于大多數(shù) 數(shù)字電路采用的是正電源、硅管電路數(shù)字電路采用的是正電源、硅管電路, ,用高電平作邏輯用高電平作邏輯1 1、低電平作邏、低電平作邏 輯輯0 0比較方