污水處理常用儀表基礎知識第一頁，共55頁。污水處理常用儀控基礎知識污水處理儀表與控制：服務于污水處理過程控制。按儀表的功能可分為檢測儀表、顯示儀表、報警儀表、調節儀表等。1、什么是過程自動化？在設備上裝配儀表自動裝置，代替操作人員的全部或部分直接勞動，使生產在不同程度上實現自動的進行。這種管理生產過程的方法，就是生產自動化。2、污水處理工廠過程自動化的作用①監控運行狀態，實時掌握運行工況——COD在線；②保護設備，報警/預警——液位開關；③減少部分頻繁操作工段工作量——自動閥門。2第二頁，共55頁。3、污水處理工廠過程自動化的構成①自動監測系統——就地儀表或開關量（測量元件）②信號報警和聯鎖保護——變送器或干接點信號③自動開停車運行——執行器④自動控制系統——邏輯聯鎖+PLC/DCS

污水處理常用儀控基礎知識3第三頁，共55頁。1、測量元件及變送器工程上的幾個概念：一次元件：現場直接與工藝介質接觸的用于測量的機械元件，比如孔板。一次儀表：現場直接與工藝介質接觸的儀表，獨立完成測量顯示任務。如壓力表二次儀表：儀表示值信號不直接來自工藝介質，而是經過變送器送來的。測量儀表按測量參數主要分溫度、壓力、液位、流量儀表。4第四頁，共55頁。溫度測量儀表溫度是表征物體冷熱程度的物理量。溫度只能通過物體隨溫度變化的某些特性來間接測量。溫度是工業過程中最常見、最基本的參數之一，物體的任何物理變化和化學變化都與溫度有關。溫度一般約占全部過程參數的50%左右。因此溫度檢測在工業生產中占有很重要的地位。常用的溫標有：攝氏溫標（℃）、華氏溫標（℉）、熱力學溫標（K）三種。污水處理工藝過程常用溫度好氧生化進水水溫？厭氧生化進水水溫？5第五頁，共55頁。常用的幾種溫度儀表熱電偶、熱電阻雙金屬溫度計6第六頁，共55頁。雙金屬溫度計測量原理：基于固體受熱膨脹原理，測量溫度通常是把兩片線膨脹系數差異相對很大的金屬片疊焊在一起，構成雙金屬片感溫元件當溫度變化時，因雙金屬片的兩種不同材料線膨脹系數差異相對很大而產生不同的膨脹和收縮，導致雙金屬片產生彎曲變形。圖雙金屬溫度計原理圖7第七頁，共55頁。右圖是雙金屬溫度計的一般結構。雙金屬溫度計的感溫雙金屬元件的形狀有平面螺旋型和直線螺旋型兩大類，其測溫范圍大致為-80℃—600℃，精度等級通常為1.5級左右。雙金屬溫度計抗振性好，讀數方便，但精度不太高，只能用做一般的工業用儀表8第八頁，共55頁。熱電偶

測量原理：熱電偶的測溫原理基于熱電效應。將兩種不同的導體A和B連成閉合回路，當兩個接點處的溫度不同時，回路中將產生熱電勢，原因是兩熱電極由于材料不同而具有不同的自由電子密度，而熱電極接點接觸面處就產生自由電子的擴散現象，當達到動態平衡時，在熱電極接點處便產生一個穩定電勢差，通過測量電勢差就可以間接的反應測量溫度。9第九頁，共55頁。

熱電偶的結構：熱電偶是工業和試驗中溫度測量應用最多的器件，它的特點是測溫范圍寬，可達-200~1600攝氏度，測量精度高、性能穩定、結構簡單，且動態響應較好；輸出直接為電信號，可以遠傳，便于集中檢測和自動控制。在我們這套裝置中式應用最多的測溫儀表。普通工業用熱電偶

熱電偶通常主要由四部分組成(如圖所示)：熱電極、絕緣管、保護管和接線盒。10第十頁，共55頁。熱電偶使用中需要注意的問題熱電偶冷端溫度補償常用熱電偶的分度表以及顯示儀表，都是以熱電偶參考端的溫度為0℃為先決條件的。但在實際測溫過程中，熱電偶的冷端溫度一般不能保持在0℃，也不易保持恒定，從而給測量帶來誤差。對于材質價格較低的熱電偶采用補償導線法：用熱電性質與熱電偶相近的材料制成導線,用它將熱電偶的冷端延長到需要的地方，而且不會對熱電偶回路引入超出允許的附加測溫誤差。11第十一頁，共55頁。熱電阻測量原理：根據金屬導體或半導體的電阻值隨溫度變化的性質，將電阻值的變化轉換為電信號，從而達到測溫的目的。用于制造熱電阻的材料，要求電阻率、電阻溫度系數要大，熱容量、熱慣性要小，電阻與溫度的關系最好近于線性。結構圖：12第十二頁，共55頁。壓力測量儀表在工程上將垂直而均勻作用在單位面積上的力稱為壓力。單位(Pa)在壓力測量中，常有表壓力，絕對壓力，真空度或負壓之分，它們的關系如圖：絕對壓力大氣壓表壓力絕對壓力零線真空度或負壓13第十三頁，共55頁。壓力測量儀表表壓=絕壓-當地大氣壓真空度=當地大氣壓-絕壓因為工業設備或測量儀表通常都在大氣中，本身承受著大氣壓力，所以工程上通常都用表壓和真空度來衡量壓力的大小，如果不做特殊說明，以后提到的壓力都是指表壓或真空度。14第十四頁，共55頁。工程上由于地域和行業標準不同，常有很多不同壓力單位出現，它們之間的換算關系就要求大家掌握。1MPa=106Pa1kgf/cm2=9.81×104Pa≈0.1MPa1MPa≈10kgf/cm21bar=105Pa=0.1MPa≈1kgf/cm21mmH2O＝9.81Pa1mmHg＝13.6mmH2O＝133.32Pa一個標準大氣壓=1.013×105帕壓力測量儀表15第十五頁，共55頁。常用的壓力儀表壓力變送器壓力表16第十六頁，共55頁。現場壓力表工業上的壓力儀表有很多種，下面介紹一下最常見的彈性式壓力測量儀表。測量原理：它是利用各種彈性元件，在受壓力的條件下發生的彈性機械變形來測量的。彈性元件常用的有彈簧管，膜盒，波紋管。最常見的是彈簧管壓力表。17第十七頁，共55頁。彈簧管壓力表彈簧管壓力表結構：主要彈性元件是一個弧度270度的空心彈簧管。其它的部件如圖：1彈簧管，2連，3扇形齒輪，4中心齒輪，5指針，6表盤，7游絲8調整螺釘，9接頭。彈簧管壓力表測量范圍較寬，負壓、微壓、低壓、中壓和高壓都可測量。且精度最高可達到0.15級。18第十八頁，共55頁。壓力變送器壓力變送器是把現場壓力送到控制室的電氣式壓力儀表。它檢測出現場壓力數值后，轉換成標準的電壓或電流信號送到控制室用以顯示、記錄、控制。電氣式壓力變送器有很多型式：電阻式、電感式、電容式、壓阻式、壓電式、應變式、振頻式、霍爾式。

19第十九頁，共55頁。工作原理：位于傳感器中心的測量膜片是恒彈性元件，介質壓力通過隔離膜片和灌充油傳遞給中心測量膜片使之變形、位移，其位移量與兩側壓差成正比。位移量由傳感器兩側的電容極板檢測，經電子電路轉換成與被測壓力/差壓成線性關系的二線制（4～20）mADC信號輸出電容式壓力變送器20第二十頁，共55頁。壓力變送器的應用

當今時代各行業應用的壓力變送器，其測量范圍很寬，從幾十帕的微壓到上百兆帕都可以測量；并且可以測量差壓，作為差壓式的液位計和流量計的使用。

可以滿足各種苛刻工況的要求，能達到很好的防爆標準，且精度很高。很多品牌的壓力變送器精度可達千分之一。

比較先進的智能壓力變送器，有專用的通訊協議，使用通訊器可進行在線組態，并且有故障自診斷功能。21第二十一頁，共55頁。液位儀表22第二十二頁，共55頁。液位的定義＃“物位”一詞統指設備和容器中液體或固體物料的表面位置。對應不同性質的物料又有以下的定義：

1、液位指設備和容器中液體介質表面的高低。

2、料位指設備和容器中所儲存的塊狀、顆粒或粉末狀固體物料的堆積高度。

3、界位指相界面位置。容器中兩種互不相溶的液體，因其重度不同而形成分界面，為液-液相界面；容器中互不相溶的液體和固體之間的分界面，為液-固相界面。液-液、液-固相界面的位置簡稱界位。＃物位是液位、料位、界位的總稱。對物位進行測量的儀表稱物位檢測儀表。23第二十三頁，共55頁。直讀式現場液位儀表直讀是現場液位儀表業有很多種，用的多的有玻璃板液位計、磁翻板液位計。玻璃板液位計是基于連通器原理工作的。內部結構很簡單，只要與容器內部介質相連就可以。磁翻板液位計是在連通器內加一個磁浮漂與翻板內磁力耦合原理圖液體直讀液位計24第二十四頁，共55頁。液位變送器浮力式液位計依據阿基米德浮力定律原理設計而成的液位測量儀表，漂浮于液面上的浮子或浸沒在液體中的浮筒，在液位發生變化時其浮力發生相應的變化。這類液位檢測儀表有浮子式、浮球式、浮筒式。浮筒式液位計不但能測量液位，還可以應用于界位的測量。25第二十五頁，共55頁。浮筒液位計的結構當液位發生變化時，浮筒產生的位移量(即彈簧變形程度)與液位高度成正比。檢測彈簧變形有很多轉換方法，常用的有差動變壓器式、扭力矩力平衡式等。在浮筒的連桿上安裝一鐵心，并隨浮筒一起上下移動，通過差動變壓器使輸出電壓與位移成正比關系。也可將浮筒所收到的浮力通過扭力管達到力矩平衡，把浮筒的位移量變成扭力矩的角位移，進一步用其他轉換元件轉換為電信號，構成一個完整的液位計。26第二十六頁，共55頁。纜式浮球液位計開關纜式浮球液位開關，利用重力與浮力的原理設計而成，結構簡單而合理。主要包括浮漂體、設置在浮漂體內的大容量微型開關和能將開關處于通、斷狀態的驅動機構，以及與開關相連的三芯電纜。工作溫度：0～80℃。27第二十七頁，共55頁。壓力式液位變送器工作原理：壓力式液位計是根據液體在容器內的液位與液柱高度產生的靜壓力成正比的原理進行工作的。將壓力計與容器底部相連，根據流體靜力學原理，所測壓力與液位的關系為：

P=ρgh

如果是密閉容器，可以用雙法蘭液位計，通過測量差壓換算成液位。28第二十八頁，共55頁。超聲波液位計在測量中超聲波脈沖由傳感器（換能器）發出，聲波經液體表面反射后被同一傳感器接收或超聲波接收器，通過壓電晶體或磁致伸縮器件轉換成電信號，并由聲波的發射和接收之間的時間來計算傳感器到被測液體表面的距離。量程范圍：0-50米，多種形式可選，適合各種腐蝕性、化工類場合，精度高，遠傳信號輸出，PLC系統監控。29第二十九頁，共55頁。流量儀表

孔板電磁流量計轉子流量計30第三十頁，共55頁。流量的測量

流量在單位時間內通過管道或設備中某一通道截面的流動介質的數量。流量按體積計算的叫體積流量或容積流量，用Q表示。流量按質量計算的叫質量流量，用M表示。Q=VAM=ΡQV-----流體的平均流速A-----管道的橫截面積Ρ-----流體的密度g-----當地的重力加速度31第三十一頁，共55頁。節流式流量檢測儀表基本原理：充滿管道的流體，當它流經管道內的節流件時，流速將在節流件處形成局部收縮，因而流速增加，靜壓力降低，于是在節流件前后便產生了壓差，可依據壓差來衡量流量的大小。壓差的大小不僅與流量還與其他許多因素有關，例如當節流裝置形式或管道內流體的物理性質(密度、粘度)不同時，在同樣大小的流量下產生的壓差也是不同的。32第三十二頁，共55頁。電磁流量計電磁流量計原理：電磁流量計是利用法拉第電磁感應定律制成的一種測量導電液體體積流量的儀表。即導體在磁場中切割磁力線運動時在其兩端產生感應電動勢，導電性液體在垂直于磁場的非磁性測量管內流動，與流動方向垂直的方向上產生與流量成比例的感應電勢，根據感應電動勢的大小來測量流量。33第三十三頁，共55頁。渦街流量計根據卡門（Karman）渦街原理研究生產的測量氣體、蒸汽或液體的體積流量、標況的體積流量或質量流量的體積流量計。其特點是壓力損失小，量程范圍大，精度高，在測量工況體積流量時幾乎不受流體密度、壓力、溫度、粘度等參數的影響。無可動機械零件，因此可靠性高，維護量小。儀表參數能長期穩定。渦街流量計采用壓電應力式傳感器，可靠性高，可在-20℃～+250℃的工作溫度范圍內工作。34第三十四頁，共55頁。容積式流量計這種流量計的殼體內裝有兩個轉子，直接或間接地相互嚙合，在流量計進口與出口之間的壓差作用下產生轉動．通過齒輪的旋轉，不斷地將充滿在齒輪與殼體之間的“計量空間”中的流體排出．通過測量齒輪轉動次數，可得到通過流量計的流體量．

35第三十五頁，共55頁。轉子流量計（金屬浮子流量計）結構：轉子流量計由兩個部件組成，一是從下向上逐漸擴大的錐形管；另一件是置于錐形管中且可以沿管的中心線上下自由移動的轉子。測量原理：被測流體從錐形管下端流入，流體的流動沖擊著轉子，并對它產生一個作用力。當轉子受力處于平衡狀態而停留在某一高度。觀測轉子在錐形管中的位置高度，就可以求得相應的流量值。36第三十六頁，共55頁。自動閥門自動調節系統中不可缺少的組成部分。自動閥門通過執行器的接受調節器送來的控制信號，自動的改變操縱量，達到對被調參數進行自動調節的目的；執行器按動力源種類可分為電動，氣動，液動執行器。儀表基礎培訓37第三十七頁，共55頁。氣動調節閥氣動切斷閥38第三十八頁，共55頁。調節閥工作原理及結構常見的氣動薄膜調節閥，來自調節器的氣壓信號進入膜室后轉換成推力，通過推桿推動閥門，調節被控對象中的流量。調節閥的結構分為上部執行機構與下部與介質接觸的閥門本體組成。39第三十九頁，共55頁。序號安裝位置儀表名稱規格及型號單位數量備注1含油污水管溫度變送器一體式，0～100℃,4～20mA信號輸出,就地顯示，防爆臺1疊加HART2初期雨水收集池浮球開關0-8.0m，介質：含油污水，工作溫度0-60℃，PP，防爆臺13預隔油沉淀池出水端超聲波液位計一體式，0-7.0m，介質：含油污水，4-20mA信號輸出，就地顯示，防爆臺1疊加HART4油泥收集池超聲波泥位計0-5.0m，介質：油泥混合液，4-20mA信號輸出，就地顯示，電源：220V，防爆臺1疊加HART5格柵渠超聲波流量計0-35m3/h，4-20mA信號輸出，就地顯示，防爆臺16O池供氣支管熱質質量流量計DN350，Q=72Nm3/min，4-20mA信號輸出，就地顯示，電源：220V，防爆臺2疊加HART7含油污水管電磁流量計分體式，DN300，0-500m3/h，4-20mA信號輸出,就地顯示，防爆臺1疊加HART8污泥泵入口管道壓力開關一體式，-0.1-0.4MPa，PSH，就地顯示，防爆臺4疊加HART9溶氣罐壓力變送器一體式，0-1.0MPa，4-20mA信號輸出，就地顯示，防爆臺4疊加HART10監控池提升泵出口就地壓力表內充甘油防震壓力表，外殼SS304，測量元件SS316，測量范圍：0~0.25MPa，Φ100mm臺240第四十頁，共55頁。序號安裝位置儀表名稱規格及型號單位數量備注11計量泵出口就地壓力表隔膜壓力表，外殼SS304，測量元件SS304，測量范圍：0-0.6MPa，Φ60mm，防爆臺512油泥脫水罐蒸汽管氣動球閥DN80，法蘭式、PN1.6，調節型，雙作用，閥體：304，閥板：304，密封：硬密封只213污油脫水罐手動切水管氣動閘閥DN100，法蘭式、PN1.0，開關型，雙作用，閥體：鑄鐵，閥板：304，密封：EPDM臺214調節除油罐進水主管pH/T計pH量程范圍：0-14，溫度量程范圍：0-100℃，4-20mA信號輸出，電源：220V，防爆臺1疊加HART15A池ORP分析儀-2000mV~+2000mV，4-20mA信號輸出，防爆臺2疊加HART16O池溶解氧分析儀0-20mg/L，4-20mA信號輸出，防爆臺2疊加HART17監控池出水COD分析儀測量范圍：0~500mg/L，4~20mA信號輸出，防爆臺1疊加HART18監控池出水氨氮分析儀測量范圍：0.1~50mg/L，4~2mA信號輸出，防爆臺1疊加HART19調節除油罐進水主管油分析儀0-1200mg/L，介質：含油污水，4-20mA輸出，電壓220V，防爆臺1疊加HART41第四十一頁，共55頁。衡量測量儀表性能的參數通常一塊儀表有這些重要參數：1、量程儀表測量被測參數的最高值和最低值，分別稱為儀表測量的范圍的上限和下限，測量范圍的上限值和下限值的代數差即為儀表的量程。2、絕對誤差儀表的指示值與被測量的真值之間的代數差稱為儀表的絕對誤差。3、引用誤差儀表的絕對誤差與儀表量程的比值，稱為引用誤差，常用百分數表示。4、精度等級儀表在出廠檢驗時，其示值的最大引用誤差不能超過規定的允許值，此值稱為允許引用誤差，并規定允許引用誤差去掉％號后的數字來表示精度等級。5、分辨率是指儀表示值發生變化的最小輸入變化值。6、變差是當輸入量上升和下降時，對同一輸入值的儀表兩相應輸出示值之間的代數差。7、漂移保持儀表輸入量不變時，輸出示值隨時間或溫度的改變而緩慢變化稱為漂移42第四十二頁，共55頁。儀表提資與采購儀表提資應注明參數：1、量程

2、引用誤差

3、精度等級4、儀表形式/類型一體式/分體式；連桿/線纜；電磁/渦街，等等5、通訊類型

就地/在線；開關量/模擬量，HART協議，限位開關等等6、供電形式

220V/24V；2線制/3線制/4線制7、防護等級與防爆等級

IP65等等；dIIBT4等等8、主要部件材質/連接方式

儀表采購應注意事項：1、索要說明書

2、接線端子圖3、供貨周期/維修周期

兩線制：電源耦合到信號中（DC24V，4~20mA）。四線制：電源+信號。電源（DC24V，AC220V）和信號（0~20mA，4~20mA）。HART信號：設置儀表參數和調試儀表。防護等級：IPXY灰塵密封等級 IPXY防水密封等級防爆等級：dIIBT443第四十三頁，共55頁。施工圖--儀表數據表儀表設計應注意事項：1、安裝方式

2、安裝位置

44第四十四頁，共55頁。控制系統小型的氣動、電動控制器；分為擅長開關量邏輯控制的控制器(PLC)；基于微處理器4C技術的集散系統(DCS)；基于總線通訊技術的現場總線控制系統(FCS）。一般采用：PLC上位機/DCS+小型PLC。控制儀表的主要作用就是接受現場變送器送來的介質工況數據，再按設計的控制算法進行計算后，給現場執行器一個對應的控制信號，使工藝參數能到達理想的狀態。同時可以把這些接受與送出的信號進行對應的顯示、記錄、報警等處理45第四十五頁，共55頁。控制系統的網絡和硬件構成

外部信息網操作站過程控制網絡I/O單元機柜儀表基礎培訓46第四十六頁，共55頁。連接各站點的信息網絡硬件：網絡接口、交換機、網線。DCS系統主要的網絡：1、外部信息網以太網，管理層信息、歷史數據的保存等2、過程控制網工業標準通訊網絡。負責控制站與操作站間的實時通訊。拓撲形式通常有總線結構、星型結構。47第四十七頁，共55頁。過程控制的實現

閉環控制就是反饋控制系統，由檢測變送單元作為反饋信號構成一個閉合回路，所以稱為閉環控制系統。過程控制采用的就是閉環控制系統