儀表自動化技術培訓教程自動化設備類型DODIAIAOPIPO觸點按鈕、接觸器觸點負載燈、接觸器線圈模擬式儀表執行器脈沖計量脈沖控制CIO通信設備第一部分檢測儀表自動化儀表可分為模擬式和數字式兩類。模擬式儀表：信號形式為連續變化的模擬量（4~20mA、1~5V等）；數字式儀表：信號形式為數字編碼信號（HART、MORDbus、FF等）。在實際應用中，采用模擬式信號的自動化儀表占多數。目前模擬儀表，采用國際標準信號制式：24V.DC集中供電電源，傳輸信號為4～20mADC；控制室信號為1～5V.DC。現場變送器可以采用兩線制傳輸，有利于安全防爆。4-20mA.DC24V.DC電源變送器250Ω1~5V安全柵顯示控制儀表危險場所（現場）非危險場所（控制室）24VDC1~5V4~20mA檢測端安全柵4~20mA4~20mA操作端安全柵24VDC在DCS控制系統中，模擬式儀表一般是通過安全柵與現場控制站I/O機柜的輸入/輸出卡（AI/AO）連接，24V電源可由電流信號輸入卡提供，也可由帶24V電源配電的安全柵提供。構成了安全火花防爆系統。特別適用于石油工業站場控制系統。一、擴散硅壓力變送器2、原理：單晶硅膜片受壓變形時，其上各處應力不同。1、結構：R2、R3

位于r<0.635處,受拉應力，電阻增加；R1、R4

位于r>0.635處,受壓應力，電阻減小。R1、R2、R3、R4組成電橋，輸出不平衡電壓正比于壓力（靈敏度較高）。第一節壓力/差壓變送器Vad↑Vbd↓VabR1R2R3R4abcd由擴散硅傳感器、放大轉換電路、表頭組成。核心器件—“硅杯”承壓膜片為單晶硅片。在硅膜片背面擴散制出4個壓敏電阻。3、轉換電路由測量橋路、恒流源、輸出放大、V-I轉換電路等組成，將擴散電阻橋路產生的mV電壓轉換成4-20mA標準電流信號輸出。測量橋路放大器V-I轉換電路電源-指示4、厚膜陶瓷壓力變送器（1）結構：感壓元件氧化鋁陶瓷膜片壓敏電阻厚膜電阻，壓阻材料印刷燒結形成，四個電阻形成電橋。敏感芯片組成一個剛性固態壓阻傳感器。大氣壓被測壓力陶瓷基體壓敏電阻膜片

（3）特點：特種陶瓷膜片，具有高彈性、抗腐蝕、抗沖擊、抗振動、熱膨脹微小的優異特性。不需填充油，受溫度影響小。（2）工作原理：被測介質的壓力作用于陶瓷膜片上，使膜片產生與介質壓力成正比的微小位移，利用厚膜電阻的壓阻效應，陶瓷膜片上的壓敏電阻發生變化，經電子線路檢測這一變化后，轉換成對應的標準信號(4-20mA)輸出。內置微處理器按預定程序自動測試，并由激光補償修正，保證了其零位、滿度和溫度特性。特點與性能①.測量范圍：-0.1～60MPa，允許過載：額定工作壓力的1.5~2倍。②.基本誤差：一般為0.1~0.5%F.S，③.二線制電源：24VDC（允許12～40VDC），輸出4～20mADC。④.允許負載電阻：0-750Ω。⑤.工作溫度：-20~+85℃，環境濕度：0%-100%RH。⑥.測量介質：液體、氣體或蒸汽。接線壓力變送器安裝1).安裝前仔細閱讀隨貨包裝的產品說明書。2).盡量避開高溫、強振動和腐蝕、潮濕場合。3).測量高溫介質加冷卻管，不使變送器溫度超限。4).變送器和取壓點之間加裝截止閥，以便檢修。5).嚴禁敲打、摔跌變送器，嚴禁用尖硬物按壓膜片。電容式差壓變送器，由測量、轉換部分組成。轉換部分：測量電容ΔC轉換為4-20mA.輸出檢測部分：ΔP電容膜盒膜片位移電容ΔC測量范圍寬廣：0.01kPa至70MPa。精度高（可達0.25％），靈敏度高；結構堅實，穩定可靠，耐震動、耐沖擊，抗過載；二、電容式差壓變送器1、組成與結構引線玻璃體鍍金電極測量膜片隔離膜片基座P1P2C1C2感壓元件：電容膜盒。2、原理P1-P2>0時隔離膜片硅油傳壓中心膜片向右側凸起δC1↓C2↑兩玻璃體內側凹球面鍍膜作固定電極；中間膜片作可動電極，組成兩個電容C1、C2。初始狀態，P1-P2=0時，兩電容對稱：C2=C1=C0

C2+C1=2C0

，C2-C1與Δ

P成線性關系；經轉換放大標準信號4-20mA輸出。3、安裝與接線①.滿足儀表使用環境條件，易觀察、易檢修。②.避免振動和高溫影響。③.避免高溫及腐蝕性液體，如測量原油、污水時可以采取加裝隔離罐。④.引壓導管與變送器之間安裝三閥組，方便調零防止單向受壓。接線通訊與組態：用“手操器”遠程設定變送器參數。

（測量范圍、零點和量程調整、線性或平方根輸出、阻尼時間、工程單位選擇、指定工位號等）。一、雷達式物位計1、基本原理C—

微波傳播速度（光速）回波測距法：雷達波（微波）的往返時間Δt正比于天線到液面的距離dt極其微小，直接測量t非常困難——用連續調頻法（FMCW）

第二節液位檢測儀表2、雷達液位計組成：當波速C、周期T、頻偏△F確定后,空高d與差頻信號△fd成正比。3．特點及應用非接觸測量、無活動部件，可靠性高，壽命長，安裝方便。適用于高粘度、易結晶、強腐蝕及易爆易燃介質。構成：內電極棒外套絕緣層，與金屬罐體組成同軸電容。當罐內液位高度為h，傳感器電容：

二、射頻導納物位計1、基本原理射頻導納物位計是在電容式物位測量原理基礎上發展起來的新型物位測量技術。傳感器電容變化量ΔC正比于液位高度為h。在電脫水器中，上部是原油、下部是水，電容：Hh掛料因而可以測量油水界面高度h。但測量粘性導電液體時，液位變化會有殘余粘液粘附在傳感電極的絕緣層上（掛料），形成虛假液位。射頻—是頻率15~40KHz的高頻交流電導納—是電阻、電容、電感阻抗的倒數。液位計中只有電容、電阻成分。阻抗：2、射頻導納測量原理掛料層很薄，掛料電阻Rg很大，液面下液體電阻可忽略不計，R=Rg。掛料層較長時，掛料層的容抗與其電阻數值相等：測量掛料電阻Rg即可確定掛料電容Cg，由此可計算有效電容Cw=Cx-Cg。消除掛料電容的影響。三、磁致伸縮液位計1、結構組成脈沖電流銅導線沿波導管產生下移磁場遇浮子磁場磁力作用波導管扭轉變形波以速度v沿波導管上、下傳播在檢測線圈上產生感應電壓脈沖。V=2850m/s2、工作原理測量電流發射脈沖與返回脈沖之間的時間Δt確定磁浮子的位置。t①.可同時測量液面和界面，能測量含泡沫、強腐蝕性和易揮發性的液體。②.精度高（0.01％F.S）。誤差不超過1mm，重復性高達0.025mm。③.簡單可靠，無需維護,儀表無需重新校準即可投入使用。④.測量受波導管、保護管限制，最大測量可達30m。⑤.適應性強。工作溫度-40～150℃，工作壓力小于2MPa。3、特點及應用安裝維護一、腰輪流量計：兩個轉子像“鏈節”，表面無齒，靠同軸齒輪驅動，同步反向轉動。

1、組成：測量主體+顯示表頭第三節流量計腰輪轉動時，腰輪-隔板-殼體間保持動接觸狀態，封閉“月牙”型液柱。2、結構類型1）通過磁性耦合—將轉子轉動傳到隔板外。3）有立式、臥式兩種形式。2）大型腰輪流量計，有雙對腰輪。1、組成原理結構：筒形轉子、刮板、凸輪軸。原理：流體壓差推動刮板-轉筒轉動→凸輪軸固定，刮板貼近內壁轉動→封閉計量室內液體，轉動一周排出4個計量室流體測量轉數→表頭→指示累計流量。外殼內殼上蓋出軸密封圈內蓋軸承座轉子筒軸承刮板凸輪滾子軸承擋快二、凸輪刮板流量計

2、安裝與應用5）流量計前需裝過濾器。防止砂卡、磨損。6）水平、低位安裝，必須安裝旁通管路，或并聯使用，以便檢修、校驗。7）投運前旁通沖洗，緩慢開、關。停用時放空。1）精度高(0.1~0.5)；范圍廣(D=16~500mm)；穩定可靠。3）避免高溫、振動、腐蝕環境。4）流體溫度不能超高額定溫度（<100~150℃)，防止轉子膨脹卡殼。2）測量結果與流體密度、粘度、溫度壓力、流態影響小。體積大、價格高。1、結構：雙轉子流量計（螺桿流量計）一對特殊齒型的螺旋轉子直接嚙合，靠進、出口壓差推動轉子旋轉，螺旋轉子每轉一周可輸出8倍空腔的容積。三、雙轉子流量計3、特點：雙轉子流量計具有結構簡單，體積小，重量輕；精度高（0.1、0.2、0.5級）、可靠性高、噪音低、無脈動、流量大、重復性好、保持高精度壽命長和環境適應性強度等特點。

2、原理：轉子的轉數與流體的累積流量成正比，轉子的轉速與流體的瞬時流量成正比。轉子的轉數通過磁性聯軸器傳到表頭計數器，顯示出流過流量計（流過管道）的流量。

qv-Ex線性關系，與流體性質、流態、狀態無關。

導電流體流過磁場（可視為直徑為D的導電園片依次通過磁場）切割磁力線產生出感生電勢E，由電極傳出。

1、工作原理四、電磁流量計2、結構測量管為非金屬管或絕緣內襯管，防止將Ex短路。測量管應不導磁、高內阻，以減少磁屏蔽、渦流損耗。電極應水平安裝，耐腐、耐磨。電磁流量計組成：電磁流量變送器＋電磁流量轉換器↓↓

qv→Ex轉換放大、濾波、顯示電磁流量計類型：分體式、一體式。1）上、下游直管段5D、3D。2）測量管必須充滿液體。水平安裝時，兩電極平行于水平面。3）感應電勢易受外界電磁干擾。要遠離大的電磁設備。4）傳感器及管道須可靠接地(<10Ω)，并單獨設置接地點。5）避免負壓下使用。防止襯里剝落。應用3、特點及應用特點：1）介質性質、流態對測量無影響。反應迅速、可測脈動流量。2）量程比寬(20:1)、口徑范圍大(10~3000mm)、流速廣(0.3~10m/s)。3）管中無凸出物，壓力損失小。可測贓污介質、腐蝕性介質；4）被測介質必須是導電液體〔20~50)×10-4Ω.mVFωFVωFVFVω流體從轉軸向外流動時線速度↑吸收能量產生反力阻滯管子轉動流體從外向轉軸流動時線速度↓釋放能量產生動力加快管子轉動流體在轉動的U型管中流動時，方向相反的科里奧利力使管子扭曲。1、測量原理用進出口端固定的U形管上下振動，相當于正、反向交替轉動。流體沿轉動的管子流動時，對管子產生切向反作用力---科里奧利慣性力。五、質量流量計ωVdmdFLFVFVωFVω式中：θ--扭角

K--扭轉彈性系數；

ω--振動角速度；

r--U形管跨度半徑；

L--U型管長度。U形管兩側流向相反，科氏力F1↓=F2↑產生力矩M

U形管扭轉變形產生彈性反力矩M’扭轉角θ2、結構類型由檢測器和轉換器組成。檢測器：激勵測量管的振動，并將測量管的變形轉換為電信號輸出。轉換器：把傳感器的電信號進行變換、放大成正4~20mA或數字信號，顯示流量。單直管型雙U形管型3、性能特點及應用①測量精度高（0.2級）。測量與介質的溫度、壓力、密度、粘度等無關。②可測量中高壓氣體、液體及含雜質、高粘度液體。③儀表對上下游直管段無要求。④可靠性高。測量管易于維護和清洗。⑤流量范圍寬（量程比10：1到50：1）。⑥零點不穩定。對外界振動敏感。價格昂貴。安裝與應用①預防外界震動影響測量。無應力安裝的要求②檢測器遠離變壓器、電動機等磁場較強的設備。③流體保證滿管流動。④檢測器要在現場重新調零。⑤測量管需要定期清洗。一、熱電偶溫度計組成：熱電偶+連接導線+顯示儀熱電偶熱端、冷端溫度不同，t≠to時，熱偶上有電勢產生——熱電效應。焊接端--熱端置于被測溫度輸出端--冷端置于環境溫度1、熱電偶測溫原理熱電偶：由兩種金屬絲焊接而成。熱電偶總電勢：固定to（一般為0℃），則：EAB(T,To)＝EAB(T)-C，只與被測溫度t有關。由EAB(t,to

)即可確定t第五節熱電偶與熱電阻熱電偶名稱分度號熱電極材料E(100.0)測溫范圍℃特點正極負極mV長期短期鉑銠30-鉑銠6B29.6%Rh6.12%Rh0.033200～16001800測溫高、精度高、靈敏度低、熱電勢小、價高鉑銠10-鉑S10%Rh100%Pt0.646-40～13001600性能穩定、準確、靈敏度低、非線性大、價高鎳鉻-鎳硅K10%Cr1%Si2%Mn2%Al4.096-270～12001300精度略低、抗氧化、靈敏度高、線性好、價低鎳鉻-康銅E10%Cr45%Ni6.319-270～8501000精度低、低溫性能好、靈敏、線性好、價格低鐵-康銅J>99.5%Fe45%Ni>0.1%CoFeMn5.269-40～600760精度低、測溫范圍小、靈敏、線性好、價格低銅-康銅T100%Cu

45%Ni<0.1%CoFeMn

4.279-270～350400精度高、測溫范圍小、靈敏、線性好、價格低2、常用熱電偶種類及結構①.熱電極：正負極點焊、對焊、絞焊而成。直徑：貴金屬φ＝0.3-0.5mm；普通金屬φ＝0.5-3.2mm；長度：L＝350-2000mm。②.絕緣管：防止熱電極短路。材料：氧化鋁＜1600℃、陶瓷＜1200℃、石英＜1100℃。③.保護管：保護熱電極免受化學腐蝕和損傷。材料：氧化鋁＜1600℃、高溫不銹鋼＜1200℃、高溫鋼＜1000℃、不銹鋼＜900℃、碳鋼＜600℃。④.接線盒：用于連接引線、防水防塵。形式：普通型、防濺型、防水型、防爆型。（2）、熱電偶結構3、冷端溫度補償補償導線：在常溫下與熱電偶熱電特性相同，以代替熱電偶將冷端引到遠處。補償導線與熱電偶型號對應，有正負極之分，配對使用。熱電偶名稱分度號補償導線型號補償導線材料允差100℃B級/A級正電極負電極鉑銠—鉑S/RSC銅紅銅鎳綠5.0/3.0鎳鉻—鎳硅KKC銅紅銅鎳蘭2.5/1.5KX鎳鉻紅鎳硅黑2.5/1.5鎳鉻硅—鎳硅NNC銅紅銅鎳淺灰2.5/1.5NX鎳鉻硅紅鎳硅深灰2.5/1.5鎳鉻—銅鎳EEX鎳鉻紅銅鎳棕2.5/1.5鐵—銅鎳JJX鐵紅銅鎳紫2.5/1.5銅—銅鎳TTX銅紅銅鎳白1.0/0.5二、熱電阻溫度計測溫范圍：-200～850℃

1、常用熱電阻(1)、鉑電阻特點：精度高、穩定性好、抗氧化、電阻率大、α小、R-T非線性。測溫范圍：-200~850℃種類：Pt10（Ro=10Ω）、Pt100（Ro=100Ω）組成：熱電阻+連接導線+顯示儀表(2)、銅電阻特點：精度低、靈敏度高、R-T線性、價格低，易氧化、電阻率低。測溫范圍：-50~150℃種類：Cu50（Ro=50Ω）、Cu100（Ro=100Ω）2、熱電阻結構由電阻體、絕緣管、保護管、接線盒組成。

鉑電阻體：有架形、微形兩種。3、一體化溫度變送器一體化溫度變送器由測溫元件和變送器模塊兩部分構成。變送器模塊把測溫元件的輸出信號Et或Rt，轉換成為統一標準信號4～20mA.DC。熱電偶變送器模塊：變送器在出廠前已經調校好，使用時一般不必再做調整。當使用中產生了誤差時，可以用零點、量程兩個電位器進行微調。熱電阻變送器模塊：24V4~20mAE(t,t0)+-24V4~20mARt

執行器有電動執行器、氣動執行器兩類。一般由執行機構（機頭）、調節機構（閥）兩部分組成。第一節調節閥組成B.氣動執行器氣動執行機構調節機構電氣閥門定位器20-100kPa4-20mAA.電動執行器4-20mA電動執行機構調節機構

氣動執行器結構簡單、動作可靠、維修方便、防火防爆，價格較低。配電-氣閥門定位器，仍可用電動儀表控制。電動執行器信號傳遞無滯后，不需要氣源裝置。結構復雜、防爆性能差，油氣集輸生產過程中應用較少。第二部分系統控制裝置結構：原理：氣壓控制信號P作用力P.A→克服彈簧彈力K.L，閥桿下移L與信號P成正比。

一、氣動薄膜執行機構：第二節氣動執行機構

二、氣動活塞式執行機構結構：活塞、氣缸原理：通過活塞兩邊氣缸的充、放氣實現活塞推桿的直線位移。特點：輸出力大、行程長。齒條式撥叉式電磁閥電氣閥門定位器閥門回信器三、電氣閥門定位器原理：4-20mA設定信號、與閥位傳感器開度信號→A/D轉換→在CPU中進行對比，根據偏差正/負，控制壓電閥動作：1）當控制信號大于開度信號時，閥l打開，輸出P增大；

2）當控制信號小于開度信號時，閥2打開，輸出P減小。通過CPU控制兩個壓電閥，調節輸出氣壓，使閥位跟蹤4-20mA控制信號變化。電源液晶顯示/按鈕24V控制信號4~20mA排氣氣源壓電閥1壓電閥2CPUA/DA/D開度信號4~20mA閥位傳感器第二節、電動執行機構IiIf一、組成原理：伺服放大器、執行機構伺服放大器：將輸入信號Ii和表示閥位開度的反饋信號If比較→①當Ii–If＞0時：伺服電機正轉→減速器→閥桿下移→L↑②當Ii–If＜0時：伺服電機反轉→減速器→閥桿上移→L↓→閥桿位移→位置發送器→轉換為反饋電流If→伺服放大器→使ΔI=Ii–If減小→……直到Ii=If時：伺服電機停轉→閥桿位移L與輸入信號Ii成比例變化。(1).直行程調節閥：（閥桿、閥芯上下移動）3、調節閥類型及作用形式(2).角行程調節閥：(閥軸、閥芯轉動)閥上壓差恒定時，相對流量Q/Qmax與相對開度l/L之間的關系。4、流量特性流量特性取決于閥芯的形狀。QQmaxlL相對開度%相對流量%對數直線快開拋物線①．快開流量特性②．對數流量特性③．直線流量特性④．拋物線流量特性特點：開度與流量成正比。特點：小開度時調節緩和；大開度時靈敏有效。特性：介于直線、對數之間。特點：適用于迅速切斷閥或雙位控制系統。40-50年代60年代70年代4C技術network第三部分自動化系統組成、應用、維護基本構成操作站工程師站監控計算機現場控制站數據采集站控制器執行機構變送器被控對象設定值測量值被控變量簡單回路控制系統組成框圖計算機系統應用類型計算機

分級控制系統生產過程工廠級集中監督計算機企業級經營管理計算機裝置級計算機車間級監督計算機輸入通道輸出通道管理指令銷售、訂貨等數據到其他工廠的生產運輸指令生產過程裝置級計算機車間級監督計算機輸入通道輸出通道經濟動向及數據來自其他工廠的生產和庫存數據綜合自動化系統計算機集成過程系統：ERP+MES+PCSERP:企業資源信息管理系統EnterpriseResourcesPlanningMES生產執行系統ManufacturingExecutionSystemPCS過程控制系統ProcessControlSystem1、PCS：自動化層，包括：先進控制軟件、實時數據庫技術，DCS、FCS等等。2、MES：生產過程優化層，主要包括：流程模擬技術、先進計劃與調度技術、實時優化、動態質量控制與管理等等3、以ERP為基礎的企業生產經營優化層：人事管理，產品質量管理，設備資源管理等等。控制系統操作站工程師站監控計算機現場控制站數據采集站生產過程通訊系統現場總線控制系統FCS工作站服務器網橋現場數字傳感器現場總線現場執行傳感器現場數字控制功能模塊H1現場總線H1H2LAN合同簽訂成立項目組設計聯絡會確定技術要求