自動(dòng)化儀表基礎(chǔ)知識(shí)

培訓(xùn)內(nèi)容：對(duì)各種儀表按照測(cè)量對(duì)象的不同，進(jìn)行分類介紹，并就各類儀表的構(gòu)成和工作原理作深入簡(jiǎn)出的講解。各類測(cè)量?jī)x表依次為：一、溫度檢測(cè)儀表二、壓力檢測(cè)儀表三、液位檢測(cè)儀表四、流量檢測(cè)儀表一、溫度檢測(cè)中的遠(yuǎn)傳儀表——

溫度變送器（熱電阻、熱電偶）（一）溫度變送器的原理

溫度變送器由變送模板、檢測(cè)模板以及模擬量輸出模板等組成，通過后面的接線板將4—20毫安的模擬量信號(hào)接到PLC機(jī)柜上，再通過轉(zhuǎn)換在站控機(jī)上顯示各個(gè)被測(cè)的溫度參數(shù)值。50電阻

溫變安全柵Pt24VDCS500

（一）熱電偶

1、熱電偶工作原理：兩種不同成份的導(dǎo)體（稱為熱電偶絲材或熱電極）兩端接合成回路，當(dāng)接合點(diǎn)的溫度不同時(shí)，在回路中就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，而這種電動(dòng)勢(shì)稱為熱電勢(shì)。熱電偶就是利用這種原理進(jìn)行溫度測(cè)量的，其中，直接用作測(cè)量介質(zhì)溫度的一端叫做工作端（也稱為測(cè)量端），另一端叫做冷端（也稱為補(bǔ)償端）；冷端與顯示儀表或配套儀表連接，顯示儀表會(huì)指出熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)（二）熱電阻

1、原理：熱電阻是利用物質(zhì)在溫度變化時(shí)，其電阻也隨著發(fā)生變化的特征來測(cè)量溫度的。當(dāng)阻值變化時(shí)，工作儀表便顯示出熱電勢(shì)所對(duì)應(yīng)的溫度值。2、工業(yè)上常用的熱電阻有兩種，即銅熱電阻和鉑熱電阻。3、銅熱電阻測(cè)溫范圍為負(fù)50到正150度，鉑熱電阻測(cè)溫范圍為負(fù)200度到正850度，銅熱電阻的分度號(hào)是CU50和CU100，0度時(shí)的標(biāo)稱電阻值分別為50歐和100歐。鉑熱電阻分為A級(jí)和B級(jí)，它們的分度號(hào)都是PT10和PT100，其0度的標(biāo)稱電阻值分別為10歐和100歐熱電偶的測(cè)溫范圍及精度熱電偶類別分度號(hào)無差等級(jí)III誤差值{±}測(cè)量范圍誤差值{±}測(cè)量范圍鎳鉻-鎳硅（鎳鋁）K1.5℃或0.4％T-40-1000℃2.5℃或0.75％T-40-1200℃鎳鉻-銅鎳（康銅）E-40-800℃-40-900℃鐵-銅鎳（康銅）J-40-750℃-40-750℃銅-銅鎳（康銅）T0.5℃或0.4％T-40-350℃1℃或0.75％T-40-350℃鉑銠10-鉑S1℃或1+0.003（T-1000）0-1600℃1.5℃或0.25％T0-1600℃鉑銠13-鉑R0-1600℃0-1600℃鉑銠30-鉑銠6B---600-1700℃溫度傳感器的選擇1、溫度范圍2、介質(zhì)3、精度4、信號(hào)5、安裝方式6、插入深度（如管道、鍋爐上安裝需要插入的深度）二、壓力檢測(cè)中的遠(yuǎn)傳儀表——壓力變送器差壓變送器原理

傳感器產(chǎn)生的信號(hào)被信號(hào)放大器放大后，經(jīng)模-數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，在微處理器中經(jīng)線性和溫度校正后，在經(jīng)數(shù)-模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成直流4-20mA輸出信號(hào)。涉及測(cè)量元件的電子數(shù)據(jù)和變送器功能參數(shù)數(shù)據(jù)都被存儲(chǔ)在兩個(gè)EEPROM中，通過3個(gè)輸入調(diào)整鍵直接在測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行參數(shù)調(diào)整。也可以在數(shù)字顯示中讀取測(cè)量結(jié)果、故障信息和工作方式。接線

壓力變送器采用二線制接線方式，由PLC柜內(nèi)24VDC直流電源提供工作電壓,輸出4—20mA信號(hào)經(jīng)防雷端子接到PLCD模擬輸入板（AI板）。＋－PLCAI板24VDC4—20mA防雷擊端子壓變二、壓力檢測(cè)中的遠(yuǎn)傳儀表——壓力變送器差壓變送器1、壓力變送器

主要由測(cè)壓元件傳感器（也稱作壓力傳感器）、測(cè)量電路和過程連接件三部分組成。它能將測(cè)壓元件傳感器感受到的氣體、液體等物理壓力參數(shù)轉(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)(如4~20mADC等)。

2、差壓變送器

用于測(cè)量液體、氣體和蒸汽的液位、密度和壓力，然后將其轉(zhuǎn)變成4-20mADC的電流信號(hào)輸出壓力傳感器選型的參數(shù)1、介質(zhì)（黏性液體、泥漿、溶劑或腐蝕性物質(zhì)是否選擇直接隔離膜及直接與介質(zhì)接觸的材料）2精度3、壓力范圍4、信號(hào)類型（輸出信號(hào)類型如：4-20mA）

液位檢測(cè)儀表——雷達(dá)液位計(jì)雷達(dá)料位計(jì)測(cè)量原理：雷達(dá)料位計(jì)利用了電磁波的“發(fā)射－反射－接收”來進(jìn)行料位檢測(cè)。電磁波的物理特性與可見光相似，傳播速度相當(dāng)于光速。其頻率為300MHz-3000GHz。電磁波可以穿透空間蒸汽、粉塵等干擾源，遇到障礙物易于被反射，被測(cè)介質(zhì)導(dǎo)電性越好或介電常數(shù)越大，回波信號(hào)的反射效果越好。

雷達(dá)傳感器的天線以波束的形式發(fā)射最小5.8GHz的雷達(dá)信號(hào)。反射回來的信號(hào)仍由天線接收，雷達(dá)脈沖信號(hào)從發(fā)射到接收的運(yùn)行時(shí)間與傳感器到介質(zhì)表面的距離以及物位成比例。

即：h=H–vt/2式中h為料位；H為槽高；v為雷達(dá)波速度；t為雷達(dá)波發(fā)射到接收的間隔時(shí)間2、雷達(dá)液位計(jì)的特點(diǎn)①測(cè)量部分無位移、無傳動(dòng)部件。②與介質(zhì)不直接接觸。③測(cè)量不受溫度、壓力、蒸汽、煙霧、粉塵的限制，適用于粘度大、有毒、有腐蝕性介質(zhì)的液位測(cè)量。④使用、維護(hù)費(fèi)用低。⑤精度高⑥分辯率高超聲波物位計(jì)用聲波在空氣中傳播速度不變的原理，通過檢測(cè)聲波發(fā)射和反射全過程的時(shí)間間隔可以計(jì)算出物料界面到探頭的距離，從而得到物位的高低。四、流量計(jì)

1、流量、瞬時(shí)流量、累積流量流量即流經(jīng)管道橫截面介質(zhì)的體積或質(zhì)量數(shù)。流體在單位時(shí)間內(nèi)通過管道某一截面的數(shù)量，按計(jì)算流體數(shù)量的方法的不同流量可分為質(zhì)量流量和體積流量。工程技術(shù)上常有瞬時(shí)流量與累積流量之說。瞬時(shí)流量是指單位時(shí)間內(nèi)流過管道橫截面介質(zhì)的體積或質(zhì)量數(shù)。累積流量是指在一定時(shí)間間隔內(nèi)流過某管道截面的介質(zhì)總量常用流量計(jì)1、超聲波流量計(jì)2、渦街流量計(jì)3、渦輪流量計(jì)4、孔板流量計(jì)5、電磁流量計(jì)6、V錐流量計(jì)7、威力巴流量計(jì)8、旋進(jìn)旋渦流量計(jì)（一）、超聲波流量計(jì)一、工作原理超聲波流量計(jì)采用基本的聲波傳播時(shí)間法，兩個(gè)傳感器發(fā)射和接收具有時(shí)間標(biāo)志的聲波脈沖。零流量時(shí)，聲波在兩個(gè)傳感器之間往返的時(shí)間是完全相同的。流體開始流動(dòng)時(shí)，順流方向的傳播時(shí)間較短，而逆流方向的傳播時(shí)間較長(zhǎng)。通過測(cè)量上述順流和逆流的時(shí)間差，來確定管道內(nèi)流體的流量。二、超聲波流量計(jì)的特點(diǎn)1、應(yīng)用范圍廣2、適用介質(zhì)多3、原理上不受管徑限制，適用于圓形、矩形管道4、可實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量，了進(jìn)行移動(dòng)性測(cè)量5、無壓力損失，操作費(fèi)用低6、測(cè)量精度不夠理想7、介質(zhì)溫度不能太高（受換能器耐溫限制），一般≤200℃8、技術(shù)復(fù)雜，價(jià)格較高9、傳播時(shí)間法超聲波流量計(jì)只能用于清潔液體和氣體（二）、渦街流量計(jì)渦街流量計(jì)是應(yīng)用流體振蕩原理來測(cè)量流量的，流體在管道中經(jīng)過渦街流量變送器時(shí)，在三角柱的旋渦發(fā)生體后上下交替產(chǎn)生正比于流速的兩列旋渦，旋渦的釋放頻率與流過旋渦發(fā)生體的流體平均速度及旋渦發(fā)生體特征寬度有關(guān)。（三）、渦輪流量計(jì)渦輪變送器的工作原理是當(dāng)流體沿著管道的軸線方向流動(dòng)，并沖擊渦輪葉片時(shí)，便有與流量qv、流速V和流體密度ρ乘積成比例的力作用在葉片上，推動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)。在渦輪旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，葉片周期性地切割電磁鐵產(chǎn)生的磁力線，改變線圈的磁通量。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，在線圈內(nèi)將感應(yīng)出脈動(dòng)的電勢(shì)信號(hào)，此脈動(dòng)信號(hào)的頻率與被測(cè)流體的流量成正比。

渦輪變送器輸出的脈沖信號(hào)，經(jīng)前置于放大器放大后，送入顯示儀表，就可以實(shí)現(xiàn)流量的測(cè)量。

（四）、孔板流量計(jì)

孔板流量計(jì)測(cè)量原理：當(dāng)充滿管道的流體流經(jīng)孔板時(shí)，將產(chǎn)生局部收縮，流束集中，流速增加，靜壓力降低，于是在孔板前后產(chǎn)生一個(gè)靜壓力差，該壓力差與流量存在著一定的函數(shù)關(guān)系，流量越大，壓力差就越大。通過導(dǎo)壓管將差壓信號(hào)傳遞給差壓變送器，轉(zhuǎn)換成4～20mA.DC標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，經(jīng)流量顯示儀，便顯示出管道內(nèi)的瞬時(shí)和累積流量?？装辶髁坑?jì)特點(diǎn)具有測(cè)量精度高，安裝方便，使用范圍廣、造價(jià)低等特點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于各種介質(zhì)的流量測(cè)量。公稱通徑

DN15~DN3000（mm）

適用介質(zhì)

各種液體,氣體,飽和蒸汽,過熱蒸汽五、電磁流量計(jì)

電磁流量計(jì)是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理制成的一種流量計(jì)，當(dāng)被測(cè)導(dǎo)電液體流過管道時(shí)，切割磁力線，于是在和磁場(chǎng)及流動(dòng)方向垂直的方向上產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，其值和被測(cè)流體的流速成比例。因此測(cè)量感應(yīng)電勢(shì)就可以測(cè)出被測(cè)導(dǎo)電液體的流量。六、V錐流量計(jì)

1、錐形流量計(jì)是在管道中心處懸掛一錐形節(jié)流件，錐形件阻礙介質(zhì)的流動(dòng)，重塑流速曲線,在錐形性的下游可立即形成低壓區(qū)，管道上游的正壓同經(jīng)節(jié)流件節(jié)流后的下游的負(fù)壓之間有一差壓,將正、負(fù)壓用取壓口取出，正壓口位于管道的上游，負(fù)壓口位于錐體的末端，通過測(cè)量?jī)烧咧g差壓,根據(jù)伯努力方程即可計(jì)算出管道中的流量，錐體位于管線中心，可對(duì)所測(cè)介質(zhì)的流速曲線進(jìn)行優(yōu)化,因此測(cè)量精度高，對(duì)儀表上、下游的直管段要求低。

2、可測(cè)量各種工況(溫度和壓力)條件下的氣相、混合氣相、液相、多相液體、氣液兩相(濕氣、液相質(zhì)量比≤5%)、粉末、高粘度、高流速、臟污、含有固體懸浮顆粒的液相、溶液振動(dòng)、電磁干擾等介質(zhì)的流量。流體的條件可從深低溫到超臨界狀態(tài)。工作溫度最高850℃，最大壓力42.0mpa。若用特殊結(jié)構(gòu)材質(zhì)，溫度壓力還可以更高?？蓽y(cè)量最高雷諾數(shù)500萬，最底雷諾數(shù)8000甚至更低。產(chǎn)生滿刻度差壓信號(hào)從最低小于0.1千帕到最高幾十千帕。

七、威力巴體流量計(jì)

1、威力巴體流量計(jì)適用于蒸汽的高精度流量測(cè)量，它采用了完全符合空氣動(dòng)力學(xué)原理的工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是一種在精度、功效及可靠方面達(dá)到了無比卓越程度的傳感元件。適用于氣體、液體和蒸汽的高精度流量測(cè)量。威力巴是一種差壓式、速率平均式流量傳感器，通過傳感器在流體中所產(chǎn)生的差壓進(jìn)行流量測(cè)量。

2、威力巴的突出優(yōu)點(diǎn)是：輸出一個(gè)非常穩(wěn)定、無脈動(dòng)的差壓信號(hào)。八、旋進(jìn)旋渦流量計(jì)當(dāng)流體經(jīng)過螺旋形的旋渦發(fā)作體后，流體自愿繞旋渦發(fā)作體中心猛烈地旋轉(zhuǎn)，構(gòu)成旋渦流。旋渦