儀表基礎知識

1梁清生主要內容一、四大參數的測量原理及儀表二、自動控制基礎知識三、調節閥四、分析儀表五、聯鎖系統的構成六、控制系統2一、四大參數的測量原理及儀表

現場儀表測量參數的分類：現場儀表測量參數一般分為溫度、壓力、流量、液位四大參數。下面就著重介紹一下這四大參數的測量原理，以及測量這四大參數所運用的儀表。31、溫度的測量與變送

溫度是化工生產中既普遍而又十分重要的參數之一。任何一個化工生產過程，都伴隨著物質的物理和化學性質的改變，都必然有能量的轉化和交換，而熱交換則是這些能量轉換中最普遍的交換形式。因此，在很多煤化工反應的過程中，溫度的測量和控制，常常是保證這些反應過程正常進行與安全運行的重要環節；它對產品產量和質量的提高都有很大的影響。41、溫度的測量與變送

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直接接觸，后者的感溫元件卻不與被測介質相接觸。接觸式測溫元件簡單、可靠、測量精度較高；但是，由于測溫元件要與被測介質接觸進行充分的熱交換才能達到熱平衡，因而產生了滯后現象，而且可能與被測介質產生化學反應；另外高溫材料的限制，接觸式測溫儀表不能應用于很高溫度的測量。而非接觸式測溫儀表不與被測介質接觸，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的溫度場，測溫速度也較快，但是這種方法受到被測介質至儀表之間的距離以及幅射通道上的水汽、煙霧、塵埃等其它介質的影響，因此測量量精度較低。51、溫度的測量與變送

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，轉換成統一標準信號進行遠傳，以實現對溫度的自動記錄和調節。因此，在生產過程控制中應用最多的是熱電偶和熱電阻溫度計。本節僅介紹這兩種溫度計。671、溫度的測量與變送1.1

熱電偶溫度計熱電偶溫度計由熱電偶、電測部份(動圈儀表、電位差計或DCS)及連接導線組成如圖所示。由于熱電偶的性能穩定、結構簡單、使用方便、測量范圍廣、有較高的準確度，且能方便地將溫度信號轉換為電勢信號，便于信號的遠傳和多點集中測量，因而在石油化工生產中應用極為普遍。8231熱電偶溫度計測量線路1、熱電偶2、連接導線3、電測儀表t0t0tAB1、溫度的測量與變送9熱電偶是由兩根不同的導體或半導體材料(如上圖中的A和B)焊接或絞接而成。焊接的一端稱為熱電偶的熱端(測量端或工作端)，和導線連接的一端稱為熱電偶的冷端(自由端)。組成熱電偶的兩根導體或半導體稱作熱電極。把熱電偶的熱端插入需要測溫的生產設備中，冷端置于生產設備的外面，如果兩端所處的溫度不同(譬如，熱端溫度為t，冷瑞溫度為to)，則在熱電偶回路中便會產生熱電勢E。該熱電勢E與熱電偶兩端的溫度t和to均E有關。如果保持t。不變，則熱電勢E只是被測溫度t的函數。用電測儀表測得E的數值后，便知道被測溫度t的大小。1、溫度的測量與變送

由于熱電極的材料不同，所產生的接觸電勢亦不同，因此不同熱電極材料制成的熱電偶在相同溫度下產生的熱電勢是不同的，這在各種熱電偶的分度表中可以查到。根據熱電測溫的基本原理，理論上似乎任意兩種導體都可以組成熱電偶。但實際情況它們還必須進行嚴格的選擇，熱電極材料應滿足如下要求。

1．在測溫范圍內其熱電性質要穩定，不隨時間變化。

2．穩定性要高，即在高溫下不被氧化和腐蝕。

3．電阻溫度系數要小，導電率要高，組成熱電偶后產生的熱電勢要大，熱電勢與溫度間要成線性關系，這樣有利于提高儀表的測量精度。4．復現性要好(同種成分的材料制成的熱電偶，其熱電特性相一致的性質稱復現性)，這樣便于成批生產，而且在使用上也可保證良好的互換性。

5、材料組織要均勻，要有良好的韌性，便于加工成絲。101、溫度的測量與變送

國際電工委員會（IEC）對其中已被國際公認，性能優良和產量最大的七種制定了標準，即IEC584-1和IEC584-2中所規定的：S分度(鉑銠10-鉑)；B分度號(鉑銠30-鉑銠6)；K分度號(鎳鉻-鎳硅)；E分度號(鎳鉻-康銅)；T分度號(銅-康銅)；J分度號（鐵-康銅）；R分度號(鉑銠13-鉑)等熱電偶。熱電偶根據測溫條件和安裝位置的不同，具有多種結構型式。雖然它們的結構和外形不盡相同，但其基本結構通常均由熱電極、絕緣管、保護套管和接線盒等主要部分組成。111、溫度的測量與變送121、溫度的測量與變送

1.2熱電阻溫度計熱電阻溫度計由熱電阻、電測儀表(動圈儀表或平衡電橋)和連按導線所組成，其中熱電阻是感溫元件，有導體的和半導體兩種。熱電阻溫度計廣泛用來測量中、低溫(一般為500℃以下)。它的特點是準確度高，在測量中、低溫時，它的輸出信號比熱電偶要大得多，靈敏度高，同樣可實現遠傳、自動記錄和多點測量。131、溫度的測量與變送熱電阻的測溫原理金屬導體的電阻值隨溫度的變比而變化的。一般說來，他們之間的關系為:Rt=R0[1+α(t-t0)]ΔRt=Rt-R0=αR0Δt

式中Rt溫度為t℃時的電阻值;R。溫度為t0℃(通常為0℃)時的電阻值;α電阻溫度系數即溫度變化1℃時電阻值的相對變化量，單位是℃-1，;Δt溫度的變化量，即t-t。=ΔtΔRt溫度改變Δt時的電阻變化量。

141、溫度的測量與變送

由上可知，溫度的變化，導致了導體電阻的變化。實驗證明，大多數金屬導體在溫度每升高1℃時，其電阻值要增加0.4一0.6%，熱電阻溫度計就是把溫度變化所引起熱電阻的變化值，通過測量電路(電橋)轉換成電壓(毫伏)信號，然后由顯示儀表指示或DCS記錄被測溫度。熱電阻溫度計與熱電偶溫度計的測溫原理是不相同的。熱電偶溫度計把溫度的變化通過感溫元件——熱電偶轉換為熱電勢的變化值來測量溫度的；而熱電阻溫度計則是把溫度的變化通過感溫元件——熱電阻轉換為電阻的變化來測量溫度的。

151、溫度的測量與變送

對于制作熱電阻絲的材料是有一定技術要求的，一般應具有下列特性；電阻溫度系數要大，則測量靈敏度就高；熱容量要小，則對溫度變化的響應就快，即動態特性較好；電阻率要大，則相同的電阻值下電阻體體積就小，因而熱容量也??；在整個測溫范圍內，具有穩定的物理和化學性質；要容易加工，有良好的復制性，電阻與溫度的關系最好近于線性或為平滑的曲線，以便于分度和讀數；價格便宜等。根據具體情況，目前應用最廣泛的是鉑和銅，分度號Pt50鉑電阻、分度號Pt100鉑電阻和分度號Cu50銅電阻、分度號Cu100銅電阻。相應的分度表(電阻值與溫度對照表)可在相關資料中查到。熱電阻是由電阻體、保護套管以及接線盒等主要部件所組成。除電阻體外，其余部分的結構形狀一般與熱電偶的相應部分相同。161、溫度的測量與變送

在選用測溫儀表解決現場測溫問題時，首先要分析被測對象特點及狀態，然后根據現有溫度計的特點及其技術指標確定選用的類型。一般應考慮以下幾個方面: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、穩定性、響應時間是否適應測溫要求;3．根據測量場所有無沖擊、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傳;5．儀表的防腐性、防爆性和連續使用期限，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;8．儀表使用是否方便、安裝維護是否容易。172、壓力的測量與變送

在壓力測量中，通常有絕對壓力，表壓力、負壓、或真空度等名詞。絕對壓力是指介質所受的實際壓力。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大負壓與真空度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、負壓力（真空度）之間的關系如下圖所示。因為各種工藝設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。182、壓力的測量與變送

19P表壓P負壓P絕壓P絕壓大氣壓力線

表壓、絕壓、真空之間的關系圖2、壓力的測量與變送

壓力測量儀表的品種，規格甚多。常用的壓力測量方法和儀表有：通過液體產生或傳遞壓力來平衡被測壓力的平衡法。屬于應于這類方法的儀表有液柱式壓力計和活塞式壓力計；將被測壓力通過一些隔離元件（如彈性元件）轉換成一個集中力，并在測量過程中用一個外界力（如電磁力或氣動力）來平衡這個未知的集中力，然后通過對外界力的測量而得知被測壓力的機械力平衡法。力平衡式壓力變送器就是屬于應用此法的例子；根據彈性元件受壓后產生彈性變型的大小來測量彈性力平衡法。屬于這類應用方法的儀表很多，若根據所用彈性元件來分，可分為薄膜式，波紋管式，彈簧管式壓力表；能過機械和電子元件將被測壓力轉換在成各種電量（如電壓、電流、頻率等）來測量的電測法。例如電容式、電阻式、電感式、應變片式和霍爾片式等變送器應于此法的壓力測量儀表。202、壓力的測量與變送

目前，石油化工生產中應用中廣泛的一種壓力測量儀表是彈性元件。根據測壓范圍不同，常用的測壓元件有單圈彈簧管、多圈彈簧管、膜片、膜盒、波紋管、隔膜、膜片等。在被測介質壓力的作用下，彈性元件發生彈性變型，而產生相應的位移，能過轉換位置，可將位移轉換成相應的電信號，以遠傳顯示，報警或調節用。212、壓力的測量與變送

主要壓力檢測儀表：（1）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，它有著極為廣泛的應用價值，它具有結構簡單，品種規格齊全、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、齒輪傳動機構（包括拉桿、扇形齒輪、中心齒輪）、示數裝置（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270度圓孤形的空心管子。222、壓力的測量與變送

23

彈簧管壓力表1、彈簧管2拉桿3、扇型齒輪3、中心齒輪5、指針6、面板7、游絲8、調整螺釘9接頭ab2、壓力的測量與變送

它的截面呈扁圓形或橢圓形，橢圓的長軸2a與圖面垂直的彈簧管的中心軸O相平行。管子封閉的一端B為自由端，即位移輸出端；而另一端A則是固定的，作為被測壓力的輸入端。當由它的固定端A通入被測壓力P后，由于呈橢圓形截面的管子在壓力P的作用下，將趨于圓形，彎成圓弧形的彈簧管隨之產生向外挺直的擴張變形，使自由端B發生位移。此時彈簧管的中心角γ要隨即減小Δγ，也就是自由端將由B移到B，處，如圖2-3(b)上虛線所示。此位移量就相應于某一壓力值。自由端B的彈性變形位移通過拉桿使扇形齒輪作逆時針偏轉，使固定在中心齒輪軸上的指針也作順時針偏轉，從而在面板的刻度標尺上顯示出被測壓力的數值。由于彈簧管自由端位移而引起彈簧管中心角相對變化值Δγ/γ與被測壓力P之間具有比例關系，因此彈簧管壓力表的刻度標尺是均勻的。242、壓力的測量與變送

由上述可如，彈簧管自由端將隨壓力的增大而向外伸張。反之若管內壓力小于管外壓力，則自由端將隨負壓的增大而向內彎曲。所以，利用彈簧管不僅可以制成壓力表，而且還可制成真空表或壓力真空表。彈簧管壓力表除普通型外，還有一些是具有特殊用途的，例如耐腐蝕的氨用壓力表、禁油的氧用壓力表等。為了能表明具體適用何種特殊介質的壓力測量，常在其表殼、襯圈或表盤上涂以規定的色標，并注有特殊介質的名稱，使用時應予以注意。252、壓力的測量與變送（2）應變式壓力變送器應變式變送器以是以電為能源，它利用應變片作為轉換元件，將被測壓力轉換成應變片電阻值的變化，然后經過橋式電路得到毫伏級的電量輸出，供顯示儀表顯示被測壓力或經放大電路轉換成統一標準信號后，再傳送到記錄儀和調節器等儀表。應變片有金屬電阻絲應變片(金屬絲粘貼在襯底上組成的元件)和半導體應變片兩類。根據電阻應變原理，應變片在壓力作用下產生彈性變形dL/L(即應變e)，其電阻值隨之發生變化。如果已如應變片的電阻變化與其變形(即應變)的關系，那么，通過對應變片電阻變化的測量就可測知被測壓力。262、壓力的測量與變送

272、壓力的測量與變送（3）單晶硅諧振式傳感器

諧振式傳感器是采用超精細加工工藝在單晶硅材料上制成兩個完全一致的H型諧振梁，并以一定的頻率產生振動。其諧振頻率取決于梁的長度及張力，而張力隨壓力的變化而變化，實現了壓力變化轉換成頻率信號的變化，并采用了頻率差分技術，將兩個頻率信號直接輸出到脈沖計數器。從而使傳感器具有誤差小，重復性好、分解能力和反應靈敏度高、直接輸出數字信號等特點。由于傳感器良好的特性，可使變送器幾乎不受靜壓和溫度的影響，而且具有優良的過壓性能和范圍較寬的量程。282、壓力的測量與變送

29基礎振子引伸張力硅膜片過程壓力變送器工作原理圖2、壓力的測量與變送（4）電容式壓力變送器一般意義上的壓力變送器主要由測壓元件傳感器（也稱作壓力傳感器）、測量電路和過程連接件三部分組成。它能將測壓元件傳感器感受到的氣體、液體等物理壓力參數轉變成標準的電信號（如4~20mADC等），被測介質的兩種壓力通入高、低兩個壓力室，作用在δ元件(即敏感元件)的兩側隔離膜片上，通過隔離片和元件內的填充液傳送到測量膜片兩側。電容式壓力變送器是由測量膜片與兩側絕緣片上的電極各組成一個電容器。當兩側壓力不一致時，致使測量膜片產生位移，其位移量和壓力差成正比，故兩側電容量就不等，通過振蕩和解調環節，轉換成與壓力成正比的信號。電容式壓力變送器和電容式絕對壓力變送器的工作原理和差壓變送器相同，所不同的是低壓室壓力是大氣壓或真空。電容式壓力變送器的A/D轉換器將解調器的電流轉換成數字信號，其值被微處理器用來判定輸入壓力值。微處理器控制變送器的工作。另外，它進行傳感器線性化。重置測量范圍。工程單位換算、阻尼、開方，，傳感器微調等運算，以及診斷和數字通信302、壓力的測量與變送（4）電容式傳感器31ΔSS0S0S2S1圖2-19膜片位移原理圖4~20 mA放大電路原理：△P變化△C電流的變化2、壓力的測量與變送

壓力表的選用應根據工藝生產過程對壓力測量的要求，被測介質的性質，現場環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傳、報警等附加裝置。這樣才能達到經濟、合理和有效的目的。

1．類型的選用儀表類型的選用必須滿足工蘭生產的要求。例如是否需要遠傳變送、自動記錄或報警；被測介質的物理化學性質(如腐蝕性、溫度高低、粘度大小、臟污程度、易燃易爆等)是否對儀表提出特殊要求；現場環境條件(如高溫、電磁場、振動等)對儀表有否特殊要求等。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，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。氧氣壓力表與普通壓力表在結構和材質上完全相同，只是氧用壓力表禁油。因為油進入氧氣系統會引起爆炸。如果必須采用現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清洗，認真檢查直到無油污為止。322、壓力的測量與變送隔膜壓力表的用途

隔膜壓力表主要用于石油化工、制堿、化纖、染化、制藥、食品、衛生系統和制堿等工業部門生產過程中測量流體介質的壓力之用。。當我們測量一般氣體、水和油液的壓力時，可選用一般壓力表：當測量硝酸。磷酸、強堿的壓力時，可用不銹鋼壓力表。但是當被測量的介質有很強的腐蝕性（如鹽酸、濕氯氣、二氯化鐵），有很高的粘度（如乳膠），易結晶（如鹽水），易凝固（如熱瀝青），有固態浮游物（如污水），則再選用以上壓力表是不可行的，因為就是SUS316不銹鋼管也會被鹽酸腐蝕，瀝青和污水中的浮游物很快會將壓力表的導壓孔堵塞，而使儀表失去使用功能。隔膜壓力表則能解決這些問題，人們可以根據不同的強腐蝕介質而選用不同的耐腐蝕隔膜膜片材質而起到防腐的作用。332、壓力的測量與變送2．測量范圍的確定儀表的測量范圍是根據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可靠地工作，量程的上限值應高于工藝生產中可能的最大壓力值。根據"化工自控設計技術規定"，在測量穩定壓力時，最大工作壓力不應超過量程的2/3；測量脈動壓力時，最大工作壓力不超過量程的1/2；測量高壓壓力時，最大工作壓力不應超過量程的3/5。為了保證測量的準確度，所測的壓力值不能太接近于儀表的下限值，亦即儀表的量程不能選得太大，一般被測壓力的最小值應不低于量程的1/3。按上述要求算出后，實取稍大的相鄰系列值，一般可在相應的產品目錄申查到。

3．精度級的選取儀表的精度主妥是根據生產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，還要考慮經濟性，即盡可能選用精度較低、價廉耐用的儀表。3、流量的測量與變送

在化工生產過程中，為了有效地進行生產操作和控制，經常需要測量生產過程中各種介質(如液體、氣體和蒸汽等)的流量，以便為生產操作和控制提供依據。同時，為了進行經濟核算，也需要知道在一般時間(如一班、一天等)內流過的介質總量。所以，對管道內介質流量的測量和變送是實現生產過程的控制以及進行經濟核算所必需的。在工程上，流量是指單位時間內流過管道某一截面的流體的體積或質量，即瞬時流量。流量的計量單位如下:

表示體積流量的單位常用立方米每小時(m3/h)、升每分(I/min)、升每秒(l/s)等；表示質量流量的單位常用噸每小時(t/h)、千克每小時(kg/h)、千克每秒(kg/s)等。

若流體的密度是ρ，則體積流量Q與質量流量M的關系是:M=Qρ或Q=M/ρ353、流量的測量與變送

應當指出，流體的密度是隨工況參數而變化的。對于液體，由于壓力變化對密度的影響很小，一般可以忽略不計；但因溫度變化所產生的影響，則應引起注意。不過一般溫度每變化10℃時，液體的密度變化約在1%以內。所以，除溫度變化較大，測量準確度要求較高的場合外，往往也可以忽略不計。對于氣體，由于密度受溫度、壓力變化影響較大，例如，在常溫附近，溫度每變化10℃，密度變化約為3%。在常壓附近，壓力每變10kPa，密度也約變化3%。因此，在測量氣體體積流量時，必須同時測量氣體的溫度和壓力，并將工作狀態下的體積流量換算成標準體積流量。所謂標準體積流量，在工業上是指20℃、0.10133MPa(稱標定狀態)或0℃、0.10133MPa(稱標準狀態)條件下的體積流量。在儀表計量上多數以標定狀態條件下的體積流量為標準體積流量。流量測量的方法和儀表種類繁多，其測量原理和儀表的結構形式各不相同。針對石油化工生產過程的不同要求，采用不同的流量儀表。下表中列出了幾種主要類型流量表(或稱流量計)的性能及適用場合。363、流量的測量與變送373、流量的測量與變送3.1差壓式流量計差壓式(也稱節流式)流量計是使用歷史最久，應用也最廣泛的一種流量測量儀表，同時也是目前生產中最成熟的流量測量儀表之一。它是基于流體流動的節流原理，利用流體流經節流裝置時產生的壓力差與其流量有關而實現流量測量的。差壓式流量計通常是由能將被測流量轉換成差壓信號的節流裝置(包括節流元件和取壓裝置)、導壓管和差壓計或差壓變送器及其顯示儀表三部分所組成。在單元組合儀表中，由節流裝置所產生的差壓信號，常通過差壓變送器轉換成相應的電信號或氣信號，以供顯示、調節用。383、流量的測量與變送節流現象及其原理流體在有節流元件的管道中流動時，在節流元件前后的管璧處，流體的靜壓力產生差異的現象稱為節流現象，如圖3-1所示。所謂節流裝置就是設置在管道中能使流體產生局部收縮的節流元件和取壓裝置的總稱。應用最廣泛的節流元件是孔板，其次是噴嘴、文丘里管。下面以孔板為例說明節流原理。

393、流量的測量與變送下圖表示在孔板前后流體的流速與壓力的分布情況：

403、流量的測量與變送

沿管道軸向連續地向前流動的流體，由于遇到節流元件的阻擋，使靠近管壁處的流體受到的阻擋作用最強，因而使其一部分動壓能轉化成靜壓能，于是就出現了節流元件入口端面靠近管壁處的流體靜壓力P1，的升高(即圖中P1＞P2)。此壓力比管道中心處壓力要大，即在節流元件入口端面處產生一徑向壓差。這一徑向壓差使流體產生徑向附加速度，從而使靠近管壁處的流體質點的流向就與管道中心軸線相傾斜，形成了流束的收縮運動。同時，由于流體運動的慣性，使得流束收束最厲害(即流束最小截面)的位置不在節流孔處，而是位于節流孔之后(即圖中截面Ⅱ處)，并隨流量大小而變化。以上就是流體流經節元件時，流束為什么產生收縮的原因。413、流量的測量與變送

由于節流元件的阻擋造成了流束的局部收縮，同時，又因流體始終處于連續穩定的流動狀態，因此在流束截面最小處的流速達到最大。根據伯努利方程式和位能、動能的相互轉化原理，在流束截面最小處的流體靜壓力最低，同理，在孔板出口端面處，由于流速已比原來增大，因此靜壓力也就較原來為低(即圖中P2<P1)。故節流元件入口側的靜壓P1比其出口側的靜壓P2大，即在節流元件前后產生壓差ΔP。節流元件前流體壓力較高，常稱為正壓，并用“+”標記；節流元件后流體靜壓力較低，常稱為負壓，并用“—”標記。并且流量愈大，流束局部收縮和位能、動能的轉化也愈顯著，即ΔP也愈大。所以只要測出元件前后的壓力差ΔP就可求得流經節流元件的流體流量。這就是節流裝置測量流量基本原理。423、流量的測量與變送

流量基本方程式是用來闡明流量與壓差之間的定量關系。它是根據流體力學中的伯努利方程式利連續性方程式推導而得的，即式

式中α一流量系數。它與節流元件的結構形式、取壓方式、孔口截面積之比m；雷諾數Re、孔口邊緣尖銳度、管壁粗糙度等因素有關。可從有關手冊查得

ε——膨脹校正系數。它與孔板前后壓力的相對變化量、介質的等熵指數m等有關。也可從有關手冊查得。但對不可壓縮的液體來說，常取ε=1;A?！澚髟拈_孔截面積;ΔP——節流元件前后實際測得的靜壓差;ρ1————節流元件前流體密度43Q=αεA02ΔPρ1

M=αεA0√2ρ1ΔP3、流量的測量與變送

在計算時，如果把Ao用π/4d2表示，d為工作溫度下孔板孔口直徑，單位為mm，而ΔP以Mpa為單位，則上述基本流量方程式可換算為實用流量計算公式，即：式中0.3998=3600×10-6×π/4×√2。以上流量公式表明，當αερd等均為常數時，流量與壓差的平方根成正比。因此，由理論推導得來的流量基本方程式，應用到測量實際生產中的流體流量時，公式中各系數應能滿足在測量條件下的相對穩定，這是采用這種流量計能否達到準確測量的前提。因為流量與壓差的平方根成正比，所以，用這種流量計測量流量時，如果不加開方器，流量標尺刻度是不均勻的。起始部分的刻度很密，后來逐漸變疏。因此，在用差壓法測量流量時，被測流量值不應接近于儀表刻度的下限值，否則誤差將會很大。一般不要讓流量計運行在量程的30%以下。

44Q=0.003998αεd2ΔPρ1

M=0.003998αεd2

√ρ1ΔP3、流量的測量與變送渦街流量計1）渦街流量計的測量原理。渦街旋渦流量計通常稱它為旋渦流量計，又稱為卡門旋渦流量計，它是利用流體自然振蕩的原理制成的一種旋渦分離型流量計。當流體以足夠大的流速流過垂直于流體流向的物體時，若該物體的幾何尺寸適當，則在物體的后面，沿兩條平行直線上產生整齊排列、轉向相反的渦列。渦列的個數，既渦街頻率，和流體的流速成正比。因而通過測量旋渦頻率，就可知道流體的流速，從而測出流體的流量。2）渦街流量計的使用場合：渦街流量計是利用流體自然振蕩的原理制成的一種旋渦分離型流量計，渦街頻率和流體的流速成正比，常用的旋渦發生體為三角柱形，輸出頻率較低。用渦街流量計進行測量時要求流體的雷諾數在20000~7000000之間，且流速必須在規定范圍內，不同的口徑有不同的流速要求，對液相、氣相、蒸汽的流速要求各不相同；儀表有直管段要求，一般用于清潔低粘度介質測量，測量精度為1%。453、流量的測量與變送威力巴流量計1)威力巴的測量原理。當液體流過探頭時，在其前部產生一個高壓分布區，高壓分布區的壓力略高于管道的靜壓，根據佰努力方程原理，流體流過探頭時速度加快，在探頭后部產生一個低壓分布區。壓力略低于管道靜壓，流體從探頭流過后在探頭后部產生部分真空，并且在探頭的內側出現渦，威力巴均速流量探頭在高低壓區有按一定準則排布的多對取壓孔，能精確的檢測到由流體的平均速度所產生的平均差壓。2）威力巴流量計的使用場合：用于測量較大工藝管道內介質流量，其測量原理為測量管道橫截面上流體的平均流速，要求被測流體在操作狀態下的雷諾數大于20000，流體中無雜質和污物、不結垢，流速范圍液體為0.5~6m/s、氣體為10~60m/s、蒸汽為5~30m/s。463、流量的測量與變送電磁流量計1）電磁流量計的工作原理。電磁流量計由變送器和轉換器兩部分組成。變送器是基于電磁感應定律工作的，當被測介質垂直于磁力線方向流動，因而在與介質流動和磁力線的垂直的方向上產生一感應電動勢。轉換器是一個高輸入阻抗，且能抑制各種干擾成分的交流豪伏轉換器。2）電磁流量計的使用場合：用于測量導電液體介質流量，介質溫度不宜超過120度，壓力不宜超過1.6MPa，不宜在負壓狀態下使用，流速不得低于0.3m/s，被測介質中不能含有較多的磁鐵性物質和氣泡，被測流體基本無壓損，測量精度可達0.5%，量程比寬為1：20，其測量原理為法拉第電磁感應定理。3）電磁流量計的組成：包括傳感器、變送器和顯示單元三部分，傳感器安裝在管道上，變送器和顯示單元單獨安裝在傳感器旁便于觀察和維護的地方，二者之間有專用的多芯屏蔽電纜進行電氣連接，也可二者組合為一體式。473、流量的測量與變送超聲波流量計1）超聲波流量計的測量原理。超聲波流量計采用時差式測量原理：一個探頭發射信號穿過管壁、介質、另一側管壁后，被另一個探頭接收到，同時，第二個探頭同樣發射信號被第一個探頭接收到，由于受到介質流速的影響，二者存在時間差Δt，根據推算可以得出流速V和時間差Δt之間的換算關系V=(C2/2L)×Δt，進而可以得到流量值Q2）超聲波流量計的傳感器是由兩部分組成：一部分為發射部分，它將電能轉變成聲能以一定的頻率發送出去，另一部分是接收部分，它將聲能轉變成電能并接收；聲音的轉播速度與流體的流速成正比，通過聲音的傳播速度能計算出流體的流速，進而求出流體的流量。483、流量的測量與變送容積式流量計容積式流量計，又稱定排量流量計，簡稱PD流量計，在流量儀表中是精度較高的一類。它利用機械測量元件把流體連續不斷地分割成單個已知的體積部分，根據測量室逐次重復地充滿和排放該體積部分流體的次數來測量流體體積總量容積式流量測量是采用固定的小容積來反復計量通過流量計的流體體積．所以，在容積式流量計內部必須具有構成一個標準體積的空間，通常稱其為容積式流量計的“計量空間”或“計量室”．這個空間由儀表殼的內壁和流量計轉動部件一起構成．容積式流量計的工作原理為：流體通過流量計，就會在流量計進出口之間產生一定的壓力差．流量計的轉動部件（簡稱轉子）在這個壓力差作用下特產生旋轉，并將流體由入口排向出口．在這個過程中，流體一次次地充滿流量計的“計量空間”，然后又不斷地被送往出口．在給定流量計條件下，該計量空間的體積是確定的，只要測得轉子的轉動次數．就可以得到通過流量計的流體體積的累積值493、流量的測量與變送質量流量計1)質量流量計測量原理。是直接測定單位時間內所流過的介質的質量。直管流量計由兩根完全對稱的鈦管焊接在連接器上構成，管中間加電磁激勵，使其震蕩，當管中流體不流時，AB兩端電檢測系統測得的管子震蕩的相位是相同的，當流體流動時，根據科里奧力原理，克氏力在測量管的前半段與震蕩方向相反，所以測量管的震蕩角速度減少。而在管子的后半段，克氏力和震蕩方向相同，所以管子的震蕩角速度增大，震動加大。于是光電檢測系統AB測量的相位不同，流體的質量流量越大，相位越大。

2）質量流量計的使用場合：因質量流量計測量的是流體的質量流量，不受流體溫度、壓力、密度等參數變化的影響，且測量精度很高（可達0.1%），無直管段要求，固在一些要求進行精確測量和嚴格控制進料的場合以及用于貿易結算進行計量的時候，常常使用質量流量計進行流量測量，但因其價格昂貴使用面不是太廣。504、液位的測量與變送

在石油化工生產中，常遇到測量容器中介質的液位和界面的位置問題，液位測量是這個問題的一個方面。一般液位測量有兩種目的：一種是通過液位測量來確定容器里的原料或產品的數量，以保證生產過程中各環節得到預先計劃好的原料用量或進行經濟核算；另一種是通過液位測量，了解液位是否在規定范圍內，以便及時監視或控制容器液位，保證安全生產以及產品的質量和數量。由于各種被測介質的性質不同，各種生產設備的操作條件也不同，所以需要各種各樣的液位測量儀表，以滿足生產的不同需要，下表列出了各種液位測量儀表的主要特點和應用場合。514、液位的測量與變送

524、液位的測量與變送4.1浮筒式液位計

浮筒式液位計是一種應用浮力原理測量液位的儀表。利用浮筒浸沉在被測液體中，當液位變化時，浮筒被浸沒程度不同，浮筒所受浮力也不同。只要測出浮力的變化，液位的高低便確定了。它主要由浮筒、杠桿、扭力臂及芯軸等組成。浮筒垂直地懸掛在杠桿的一端，杠桿的另一端與扭力管、芯軸的B端垂直地固定在一起，并由固定在外殼上的支點所支撐。扭力管的A端通過法蘭固定在儀表外殼上，芯軸的另一端為自由端，用來輸出角位移。534、液位的測量與變送

544、液位的測量與變送

當液位低于浮筒時，浮筒的全部重量作用在杠桿上，因而作用在扭力管上的扭力矩最大，使扭力管帶動芯軸扭轉的角位移也最大(約7。)。此時扭力管扭轉產生的彈性反力矩與鈕力矩相平衡；當液位高于浮筒下端時，作用在杠桿上的力為浮筒重量與浮筒所受浮力之差，因此，隨著液位的升高，扭力矩將減小，扭力管帶動芯軸的扭角也相應減小。在最高液位時，扭角最小(約2。)。由上可知，扭力管扭角的變化量即芯軸角位移的變化量Δθ與液位H成比例，其關系如下

Δθ=-KH

式中K-------轉換系數。

554、液位的測量與變送

即液位愈高，扭角愈小。若將扭角通過芯軸變成擋板或霍爾片的位移，并轉換成相應的氣信號或電信號，這樣就構成了氣動或電動轉換部分。

浮筒式液位變送器的輸出信號不僅與液位高度有關，而且還與被測介質的密度有關。因此對于同一液位高度，當介質種類不同或因工藝操作條件變化使介質密度改變時，儀表的測量結果是不相同的。

564、液位的測量與變送4.2差壓式液位計

差壓式液位計是應用差壓計或差壓變送器來測量變送器液位的，是目前應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液位改變時，由液柱產生的靜壓也相應變化的原理而工作的，如圖所示。

57+-HP氣

P液

Q入

P出排污當差壓變送器的一端接液相，另一端接氣相時根據流體靜力學原理，我們知道，變送器正壓室受到的壓力為：Pl=P氣十Hρg式中H液位高度;ρ介質密度;g重力加速度;P氣氣相壓力。圖4-3差壓變送器測量液位示意圖4、液位的測量與變送

差壓變送器負壓室壓力P2=P氣，則正負壓室的差壓為：

ΔP=P1-P2

通常，被測介質的密度是已知的。因此，測得差壓值就能知道液位高度。若被測容器是敞口的，氣相壓力為大氣壓力，則差壓變送器的負壓室通大氣就可以了，這時也可用壓力變送器或壓力計來直接測量液位的高低。圖示容器是受壓的，則將負壓室與容器氣相相連接，以平衡氣相壓力的靜壓作用。584、液位的測量與變送

為了解決測量具有腐蝕性或含有結晶顆粒以及粘度大，易疑固等液體液位及引壓管線被腐蝕、被堵的問題，而專門生產了法蘭式差壓變送器。變送器的法蘭直接與容器上的法蘭相連接，如圖所示。作為敏感元件的測量頭(金屬膜盒)，經毛細管與變送器的測量室相通。在膜盒、毛細管和測量室所組成的封閉系統內充有硅油，作為傳壓介質，并使被測介質不進入毛細管與變送器。

594、液位的測量與變送60+-——==-+Hhρ氣正遷移情況ρ+-——==-+312

法蘭式液位變送器測液位1、法蘭2、毛細管3、變送器4、液位的測量與變送磁翻柱液位計，磁致伸縮液位計、浮標液位計根據恒浮力原理進行測量的，有頂裝和側裝兩種形式，頂裝磁致伸縮液位計由探測桿和抱探測桿上浮動的浮子組成。儀表安裝時要求連通管或探測桿的垂直度要好，液面變要太劇烈，介質內不能有固體雜質，否則容易導致浮子卡塞。614、液位的測量與變送射頻導納液位計射頻導納物位控制技術是一種從電容式物位控制技術發展起來的，防掛料、更可靠、更準確、適用性更廣的物位控制技術，“射頻導納”中“導納”的含義為電學中阻抗的倒數，它由阻性成分、容性成分、感性成分綜合而成，而“射頻”即高頻，所以射頻導納技術可以理解為用高頻測量導納。高頻正弦振蕩器輸出一個穩定的測量信號源，利用電橋原理，以精確測量安裝在待測容器中的傳感器上的導納，在直接作用模式下，儀表的輸出隨物位的升高而增加。624、液位的測量與變送伺服液位計伺服式液位計是一種多功能儀表，既可以測量液位，也可以測量界面、密度和罐底等參數，一直被廣泛地用于儲罐液位的高精確度測量。伺服液位計基于力平衡的原理，由微伺服電動機驅動體積較小的浮子，使其中精確地進行液位或界面測量，其基本工和過程是：浮子用測量鋼絲懸掛在儀表外殼內，而測量鋼絲纏繞在精密加工過的外輪鼓上，外磁鐵被固定在外輪鼓內，并與固定在內輪鼓內磁鐵耦合在一起。當液位計工作時，浮子作用于細鋼絲上的重力在外輪鼓的磁鐵上產生力矩，從而引起磁通量的變化。輪鼓組件間的磁通量變化導致內磁鐵上的電磁傳感器（霍爾元件）的輸出電壓信號發生變化，其電壓值與貯存634、液位的測量與變送伺服液位計于CPU中的參考電壓相比較。當浮子的位置平衡時，其差值為零。當被測介質液位變化時，使得浮子發生改變。其結果是磁耦力矩被改變，使得帶有溫度補償的霍爾元件的輸出電壓發生變化。該電壓值與CPU中的參考電壓的差值驅動伺服電動機轉動，帶動浮子上下移動重新達到平衡點。整個系統構成了一個閉環反饋回路，其精確度可達±0.7mm，而且，其自身帶有的掛料補償功能，能夠補償由于鋼絲或浮子上附著被測介質導致的鋼絲張力的改變644、液位的測量與變送雷達液位計雷達液位計屬非接觸式測量儀表，雷達液位計采用發射—反射—接收的工作模式。雷達液位計的天線發射出電磁波，這些波經被測對象表面反射后，再被天線接收，電磁波從發射到接收的時間與到液面的距離成正比，關系式如下：

D=CT/2

式中

D——雷達液位計到液面的距離

C——電磁波在空中傳播速度雷達液位計對于安裝要求較高，測量介質的介電常數越高，電磁波的反射常數越高，測量結果越精確；雷達液位計常用于罐的液位測量。654、液位的測量與變送放射性料位計帶有放射源和核探測器，利用電離輻射測量來指示容器內部液體或顆粒狀物質裝填高度的測量裝置。通常放射源和探測器分別安裝在容器兩側。當物料高于探頭安裝位置，射線被吸收，探測器測到的射線強度減弱，當物料低于探頭安裝位署，射線不被物料吸收，探測器測到的射線強度增強，以此指示物料的裝填高度。料位計用的放射源有r源和中子源。料位計可按放射源與探測器的配置分為單點、多點和連續型料位計，也可根據要求設計成通斷式或隨動式料位計。拉位計目前廣泛用于食品、化工、采礦、冶金和建材行業，既可單獨使用，也可用于過程控制。。66二、自動控制基礎知識

調節對象：自動調節系統的工藝生產設備 給定值：生產中要求保持的工藝指標 偏差：在自動化系統中，e=x-z給定值x大于測量值z時為正偏差，反之為負偏差；但在單獨討論調節器時，正好相反，即e=z-x。系統的過渡過程：調節系統在受干擾作用后，在調節器的控制下，被調參數隨時間而變化的過程。如果調節正常的話，這個過程是一個衰減振蕩的過程。傳遞函數及方框圖67調節器調節閥對象變送器x+e-H二、自動控制基礎知識控制質量指標衰減比：表示系統的衰減程度的標志，η=B1/B2（4:1~10:1常用）最大偏差A振蕩周期Pu余差C：過渡過程結束后，新穩定值與給定值之差過渡時間T：從被調參數變化之時起，直到進入新的穩態值的±5%所需的時間68二、自動控制基礎知識

69100%給定0%參數T自動控制系統的過渡過程±5%B1B2PuA二、自動控制基礎知識調節器：根據偏差，按一定的運算規律產生輸出信號。比例P、積分I、微分D比例P：有兩種表示方式:比例度δ%和增益K，K=1/δ%, K增大，系統的穩定器變差，控制質量提高。 純比例調節時，K=輸出/輸入積分I：積分時間以Ti（分）來表示，積分作用的基本目的是在系統經受干擾后使系統輸出返回設定值（即消除余差）。Ti↑系統穩定性↑，Ti↓積分作用越強。微分D：微分時間以Td（分）來表示，微分作用的基本目的是能補償容量的滯后，使系統穩定性改善，從而允許使用高的增益，并提高響應速度。Td↑作用強，太強會振蕩。70二、自動控制基礎知識比例控制P：比例，輸出與偏差成比例，但不能消除余差，它是以“偏差的大小”來動作的。比例積分控制PI：積分，輸出與偏差對時間的積分成比例，消除余差，它以“偏差是否存在”來動作

比例積分微分控制PID：微分，輸出與偏差變化的速度成比例，有超前調節的作用，對滯后大的對象有很好的效果。71二、自動控制基礎知識調節器參數的整定經驗法（如表）

a、流量系統PI控制

b、液位系統P控制

c、壓力系統PI控制

d、溫度系統PID控制系統δ%Ti分Td分溫度20~603~100.5~3流量40~1000.1~1壓力30~700.4~3液位20~80(>10)72三、調節閥調節閥的結構原理調節閥=執行機構+閥體部件73三、調節閥調節閥執行機構執行機構：調節閥的推動裝置，它按信號壓力的大小產生相應推力，使閥桿相應的位移、閥芯動作。74序

號零

件

名

稱序

號零

件

名

稱1吊

環

螺

母10下

膜

蓋2上

膜

蓋11六

角

螺

栓

3膜

片12推

桿4托

盤13支

架5限

位

件14導

向

套6行

程

檔

塊15指

針7六

角

螺

母16標

尺8彈

簧17閥

桿

連

接

部

件9防

雨

帽18銘

牌三、調節閥調節閥解體圖閥體部件：調節閥的調節部分，它直接與介質接觸，由閥芯的動作，改變調節閥節流面積，達到調節的目的。75三、調節閥執行機構：分氣動薄膜執行機構、氣動活塞執行機構和長執行機構。氣動薄膜執行機構：分正、反兩種形式。當信號壓力增加時，閥桿向下動作的叫正作用執行機構。反之，信號增加閥桿向上的叫反作用執行機構。通常接受20~100KPa的標準信號壓力，帶定位器時，最高壓力為250KPa，其行程規格有10、16、25、40、60、100mm六種。氣動活塞執行機構：比上述更強力的輸出機構，其壓力可達500KPa，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。氣動長行程執行機構：具有行程長、轉矩大的特點，它將信號氣壓轉變成相應的轉角（0~900）或位移（200~400mm），適合于角行程調節閥的需要，多用于大轉矩的蝶閥、閘閥、風門等。76三、調節閥閥體部件（如圖所示）直通單座閥：泄漏量小、許用壓差小、流通能力小。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節閥：穩定性好，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）77 1、直通單座；2、直通雙座；3、角形；4、隔膜閥；5、蝶閥；6、閥體分離閥；7、合流型三通調節閥；8、分流型三通調節閥三、調節閥偏心旋轉閥：⑴流路簡單，阻力小，用物含固體懸浮物和高粘度的流體調節較為理想⑵流通能力較大，比同口徑的單、雙座閥大10~30%，可調比大，可達100：1⑶閥芯球面偏心旋轉運動減少了所要求的操作力矩，在流開流閉下都能穩定操作，在高壓差下能順利使用，同時用較小的力就能嚴密關閉，所以泄漏量小。⑷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⑸體積小，重量輕，可根據現場安裝位置，不更換任何零件靈活組裝78三、調節閥角形閥：角形調節閥除閥體為直角形外，其他結構與直通單座閥調節閥相似⑴流路簡單，死區和渦流區較小，借助介質自身的沖刷作用，可有效地防止介質堵塞，有較好的自潔性能⑵流阻小，流量系數比單座閥大，相當于雙座閥的流量系數 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出。高壓調節閥：適用于高靜壓和高壓閥調節的特殊閥門，最大公稱壓力為32MPa，常見的結構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幾個閥逐漸降壓，但這種閥結構較復雜，調節性能差，應用較少；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重，使用壽命短。79三、調節閥蝶閥（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?。怀练e物不易積存；結構緊湊，安裝空間很小。但操作轉矩大，泄漏量較大，可調范圍小。 特別適用于低壓差、大口徑、大流量的氣體和漿狀液體O型球閥：可起調節和切斷作用，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；可調范圍大，可達300：1；具有剪切作用，能嚴密關閉，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。80三、調節閥隔膜調節閥：隔膜調節閥用耐腐蝕襯里的閥體和膜片代替閥芯和閥座，由隔膜起調節作用優點：1、用橡膠等材料做隔膜，抗腐蝕性能好。

2、結構簡單，流路阻力小，同時能嚴密關閉。

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。 隔膜調節閥適用于強酸、強堿等強腐蝕介質的調節，也能用于高粘度及懸浮顆粒流體的調節。81三、調節閥調節閥的流量特性：快開、線性、等百分比、拋物線調節閥的流開、流閉調節閥的氣開、氣關

隨信號增大，閥門開度增大的叫氣開 選擇調節閥的氣開/關型式，應從裝置和設備的安全性來考慮執行機構閥體部件調節閥正正氣關正反氣開反正氣開反反氣關82流開狀態流閉狀態正裝反裝正裝反裝三、調節閥調節閥的流量特性：快開、線性、等百分比、拋物線調節閥為什么選等百分比閥較多？

q=αf△P

閥位變時閥前后總差壓△P也變，q也變，即流量特性同同往上移，所以選等百分比閥較多。當調節閥兩端差壓比較小時，對象是線性對象，則選線性閥調節閥正?？烧{范圍一般控制在20~80%831234 1、快開；2、線性；3、拋物線；4、等百分比三、調節閥調節閥的流通能力

流通能力Cv值（）是調節閥選型的主要參數之一，調節閥的流通能力的定義為：當調節閥全開時，閥兩端壓差為0.1MPa，流體密度為1g/cm3時，每小時流徑調節閥的流量數，稱為流通能力，也稱流量系數，以Cv表示，單位為t/h，根據流通能力Cv值大小查表，就可以確定調節閥的公稱通徑DN。84三、調節閥為了調節閥的快速響應和定位精定，使用中的調節閥一般均配有定位器目前在用的主要有機械式及智能定位器；常規定位器多為機械力平衡原理，它采用噴嘴擋板機構，可動件較多，容易受溫度波動、外界振動等干擾的影響，耐環境性差智能電氣閥門定位器的性能與傳統閥門定位器相比有了一個大的飛躍。智能電氣閥門定位器的定位精度更高，適用范圍更廣，而且使用更加簡便和可靠85四、分析儀表

1、基本概念在線分析儀表是指安裝在生產流程裝置現場能自動對原料、成品、半成品、中間產品的成分、組分進行連續地測量、分析、指示的分析儀器。86四、在線分析儀表2、在線分析儀表的分類2.1按測定方法分：光學分析儀器、電化學分析儀器、色譜分析儀器、物性分析儀器、熱分析儀器等。2.2按被測介質的相態分：氣體分析儀和液體分析儀。其中氣體分析儀表包括紅外線分析儀、熱導式氣體分析儀〔氫表、氬表〕、氧化鋯、磁力機械氧分析儀、熱磁式氧分析儀、磁壓式氧分析儀、激光煙氣分析儀、折射儀、硫比值分析儀、微量水、微量氧、⑶略煙氣分析儀、烴分析儀、色譜分析儀、質譜分析儀、拉曼光譜分析儀。液體分析儀表主要是常見的水分析儀表包括四計、電導儀、濁度計、氨氮分析儀、水中油、余氯分析儀。。87四、在線分析儀表3、石油化工常用分析儀器3.1、PH計PH計是測量和反應溶液酸堿度的重要工具，PH計的型號和產品多種多樣，但是無論PH計的類型如何變化，它的工作原理都是相同的，其主體是一個精密的電位計一個電流計，該電流計能在電阻極大的電路中測量出微小的電位差。由于采用最新的電極設計和固體電路技術，現在最好的pH可分辨出0.005pH單位。參比電極的基本功能是維持一個恒定的電位，作為測量各種偏離電位的對照。銀-氧化銀電極是目前pH中最常用的參比電極。88四、在線分析儀表

玻璃電極的功能是建立一個對所測量溶液的氫離子活度發生變化作出反應的電位差。把對pH敏感的電極和參比電極放在同一溶液中，就組成一個原電池，該電池的電位是玻璃電極和參比電極電位的代數和。E電池=E參比+E玻璃，如果溫度恒定，這個電池的電位隨待測溶液的pH變化而變化，而測量酸度計中的電池產生的電位是困難的，因其電動勢非常小，且電路的阻抗又非常大（1－100MΩ）；因此，必須把信號放大，使其足以推動標準毫伏表或毫安表。電流計的功能就是將原電池的電位放大若干倍，放大了的信號通過電表顯示出，電表指針偏轉的程度表示其推動的信號的強度，為了使用上的需要，pH電流表的表盤刻有相應的pH數值；而數字式pH計則直接以數字顯出pH值。分類。89四、在線分析儀表3.2、氧分析儀1）磁導式氧分析儀：氧氣在磁場中具有很強的順磁性如果以氧的相對磁化率為100%，常見氣體中磁化率較高的一氧花碳的磁化率只有36、2%，而氫氣、二氧化碳、氬氣、氨、甲烷等都是負的，與氧的磁化率相差甚遠，利用這個原理制造出了磁導式氧氣分析儀。。。90四、在線分析儀表2）氧化鋯分析儀：最早被研究的固體電解質就是以氧化鋯為代表的氧離子導體，氧化鋯經經氧化鈣或氧化釔及稀土氧化物摻雜后結構變得穩定，電導率有所提高；這是因為四價的鋯原子被二價的鈣或三價的釔原子所置換，形成氧原子空楥，高溫時（600℃）它就變成良好的氧離子導體當氧化鋯內外2側氣體中的氧分壓不同時就構成了氧濃差電池氧離子從濃度高的一側遷移到濃度低的一側在氧化鋯的內外就產生電勢，此電勢的大小與氧化鋯倆側的氧分壓和工作溫度成函數關系。3）微量氧分析儀：微量氧分析儀與氧化鋯分析儀一樣屬于電化學分析儀只不過微量氧分析儀是液態的原電池，氧化鋯是固態的氧濃差電池。。91四、在線分析儀表3.3氣相色譜分析儀1）工作原理：色譜分析儀是應用色譜法對物質進行定性、定量分析，及研究物質的物理、化學特性的儀器。包括進樣系統、檢測系統、記錄和數據處理系統、溫控系統以及流動相控制系統等?，F代的色譜儀具有穩定性、靈敏性、多用性和自動化程度高等特點。有氣相色譜儀、液相色譜儀和凝膠色譜儀等。這些色譜儀廣泛地用于化學產品，高分子材料的某種含量的分析，凝膠色譜還可以測定高分子材料的分子量及其分布。。92四、在線分析儀表3.4溶解氧分析儀溶解氧分析儀測量原理氧在水中的溶解度取決于溫度、壓力和水中溶解的鹽。溶解氧分析儀傳感部分是由金電極(陰極)和銀電極(陽極)及氯化鉀或氫氧化鉀電解液組成，氧通過膜擴散進入電解液與金電極和銀電極構成測量回路。當給溶解氧分析儀電極加上0.6～

0.8V的極化電壓時，氧通過膜擴散，陰極釋放電子，陽極接受電子，產生電流，整個反應過程為：陽極

Ag+Cl→AgCl+2e-陰極

O2+2H2O+4e→4OH-根據法拉第定律：流過溶解氧分析儀電極的電流和氧分壓成正比，在溫度不變的情況下電流和氧濃度之間呈線性關系。。93四、在線分析儀表3.5可燃氣體報警儀可燃氣體在有氧氣和催化劑的條件下會發生無焰燃燒，當可燃氣體通過惠斯頓平衡電橋的一個涂有催化劑的橋臂電阻時，會發生燃燒電阻發熱后阻值升高造成電橋不平衡輸出一個信號，由電信號的大小就可測知可燃氣體濃度（爆炸下限的百分率）。3.6有毒氣體報警儀石油化工生產中經常出現有毒、有害氣體，這種氣體種類很多，生產中遇到較多的是H2SCONONO2NH3苯等氣體，這些氣體危害程度不一樣，允許濃度差別很大，所以檢測方法和傳感器種類不同，有半導體氣敏式、固體熱導式、紅外線吸收式、固體電解式等。。94五、聯鎖系統的構成

聯鎖保護系統是按生產裝置的工藝過程和設備要求，使相應的執行機構動作，或自動啟動備用系統，或實現安全停車的系統。聯鎖保護系統要既能保證生產裝置和設備的正常開、停、運轉，又能在工藝過程出現異常時，按規定的程序保證安全生產，實現緊急操作、安全停車、緊急停車或自動投入備用設備。