自动化仪表培训内容.doc

自动化仪表基础知识及在邯钢的应用一、 自动化仪表的重要性二、 自动化仪表分类三、 自动化仪表基础知识四、 典型仪表介绍五、 仪表检修、安装、制图简介（13种仪表）六、 邯钢新建工程项目中对仪表的技术要求一、自动化仪表的重要性1、自动化仪表是实现生产过程自动化必不可少的手段。生产过程自动化是一门综合性的技术学科，它应用仪器仪表学科、自动控制学科及计算机学科的理论与技术服务于现代各类生产设备与生产过程。随着科学技术的迅速发展，现代生产过程的自动化程度越来越高，对仪器仪表及自动化技术的依赖性越来越大，特别是对于生产过程连续性、大型化、复杂化的石油、化工、冶金、电力等行业，生产工艺、设备、控制与管理已逐渐成为一个有机的整体，仪表自动化技术显得尤为重要。2、现代化的生产方式对工程技术管理人员提出了更高的要求l 一方面，从事生产过程控制的技术人员必须深入了解和熟悉生产工艺与设备；l 另一方面，各行业工艺技术人员必须具有相应的仪表与自动控制的知识。现在，越来越多的工艺技术人员认识到：学习仪表与自动化方面的知识，对于现代自动化生产过程的设计开发、运行管理是十分重要的。l 通过仪表与自动化知识的学习，能了解主要工艺参数（温度、压力、流量及物位）的基本测量方法；l 掌握生产自动化过程中各类检测仪表、显示仪表、控制仪表和执行仪器的结构原理、工作特性、选用方法；l 理解自动控制系统的组成原理、控制特性及各环节的作用；l 能根据工艺要求，在生产过程自动化的设计或技术改造中，与自动控制设计人员密切合作，综合考虑工艺与控制两个方面，为自动控制设计人员提供正确的工艺条件与工艺数据，共同讨论和提出合理的自动控制方案；l 能在生产开、停车过程中，初步掌握自动控制系统的投运及控制器参数的工程整定；l 能在自动控制系统运行过程中，发现和分析出现的一些问题和现象，以便提出正确的解决办法。l 对于熟悉工艺的工程技术人员，学习和掌握一些仪表与控制系统方面的知识，必能在生产、技改、管理等领域，起到事半功倍的作用。二、自动化仪表分类1、检测与过程控制仪表（通常称自动化仪表）分类方法很多，根据不同原则可进行相应分类。例如按仪表所使用的能源可分为气动仪表、电动仪表、液动仪表；按仪表组合方式，可分为基地式仪表、单元组合仪表和综合控制装置；按仪表安装形式，可分为现场仪表、盘装仪表、架装仪表；按是否带微处理器分为智能仪表、非智能仪表；根据仪表信号形式分为模拟仪表、数字仪表。自动化仪表最通用的分类，是按仪表在测量与控制系统中的作用进行划分，一般分为检测仪表、显示仪表、调节仪表、执行器4类。见表1。2、标准仪器仪表精密压力表、 台式压力表 、补偿式微压计、 标准测力仪、 直流电位差计、 直流电阻箱 、直流电桥、 标准电三表、 数字多用表、 数字标准信号源、 数字压力校验仪 、手持式红外测温仪、 其它工作标准器 3、衡器 的设备名称选择范围地中衡,轨道衡,电子汽车衡,电子轨道衡,配料电子秤,皮带电子秤,称重传感器,天车电子秤 其它秤21按功能按被测变量按工作原理或结构形式子项举例检测仪表温度膨胀式温度计液体膨胀式玻璃液体温度计固体膨胀式双金属温度计气体膨胀式压力式温度计电阻式温度计金属热电阻温度计半导体电阻温度计热电偶温度计辐射温度计亮度温度计红外线测温仪比色温度计全辐射温度计光纤温度计多通道温度巡回检测仪温度变送器压力u形管压力计压力表压力变送器差压变送器流量孔板、文丘里管、转子流量计靶式流量计涡轮流量计电磁流量计涡街流量计超声波流量计检测仪表流量转子型容积式流量计椭圆齿轮流量计、腰轮流量计、齿轮流量计、双转子流量计质量流量计差压变送器智能变送器、现场总线型变送器需要注明流量变送器物位浮子式液位计、浮球式液位计、翻板式液位计浮筒式液位计、电接点液位计超声波物位计激光液位计、激光料位计静压式液位计电容料位计 核辐射式物位计射线物位计、重锤料位计旋翼式料位开关音叉式料位计振动棒式料位开关微波物位计（雷达物位计）成分氢气分析仪氮气分析仪成分氧分析仪 氧化锆氧量分析仪、一氧化碳分析仪二氧化碳分析仪氩气分析仪硫分析仪热值仪露点仪、水分仪、湿度仪、微量水分仪浊度仪PH仪多组分分析仪需要在规格中注明介质种类密度仪显示仪表模拟、数字，无纸记录仪指示、记录动圈、自动平衡电桥、电位差计调节（控制）仪表自力式执行器执行机构按能源分 气动、电动、液动按结构形式分 薄膜式、活塞式（汽缸式）、长行程阀体部件直通单座、直通双座、蝶阀、球阀、偏心旋转、三通、按流量特性分直线、对数（等百分比）、抛物线、快开等三、自动化仪表基础知识1、测量测量就是为取得未知参数而做的，包括测量的误差分析和数据处理等计算在内的全部工作。从计量学的角度讲，测量就是利用实验手段，把待测量与已知的同性质的标准量进行直接或间接的比较，将已知量作为计量单位，确定两者的比值，从而得到被测量量值的过程。其目的是获得被测对象的确定量值，关键是进行比较。L = x / b X被测量，b标准量，L所得被测量值，例如：米尺量身高。2、误差按误差数值表示的方法，误差可以分为绝对误差、相对误差、引用误差。绝对误差是指仪表的测量值与被测变量真实值之差；即绝对误差测量值-真值。相对误差是绝对误差与实际值之比的百分数，相对误差绝对误差/实际值100%引用误差是指绝对误差与测量表量程的比值，以百分比表示。引用误差绝对误差/量程100%3、精度等级仪表精确度简言之就是仪表测量值接近真值的准确程度，通常用相对百分误差来表示我国目前规定的准确度等级有0.005、0.01、0.02、0.04、0.05、0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、4.0、5.0等级别。例子：有两台测温仪表其测量范围分别是0800和6001100，已知其最大测量误差均为6，试分别确定它们的精度等级。答案：根据基本误差mMax/(AMax-AMin)100%可得：m6/(8000)100%0.75%m6/(1100600)100%1.2%根据仪表的精度等级系列，测量范围是0800的测温仪表应定为1级精度，测量范围是6001100的测温仪表应定为1.5级精度。4、请翻译Automatic measurement technology的中文表达意义。答案：自动检测技术。5、检定答案：检定是为评定计量器具的计量性能(准确度、稳定度、灵敏度等)，并确定其是否合格所进行的全部工作。 6、校准答案：校准是确定计量器具示值误差(必要时也包括确定其他计量性能)的全部工作。7、仪表的品质指标主要包括哪些内容？答案：主要包括量程、精度、非线性度、变差、灵敏度、动态特性等。四、典型仪表介绍（一）热电偶1、热电偶工作原理：两种不同成份的导体（称为热电偶丝材或热电极）两端接合成回路，当接合点的温度不同时，在回路中就会产生电动势，这种现象称为热电效应，而这种电动势称为热电势。热电偶就是利用这种原理进行温度测量的，其中，直接用作测量介质温度的一端叫做工作端（也称为测量端），另一端叫做冷端（也称为补偿端）； 冷端与显示仪表或配套仪表连接，显示仪表会指出热电偶所产生的热电势。2、逐一说明7种工业热电偶的型号、分度号、测量范围。答案：（1）铂铑10-铂热电偶，分度号，可在01300长期工作，短时可到1600。（2）铂铑30-铂铑6热电偶，分度号，可在01600长期工作，短时可到1800。（3）镍铬-镍硅(镍铬-镍铝)热电偶，分度号K，测量范围01300，分度曲线更接近线性，热电动势高。（4）铜-康铜热电偶，分度号，可工作在-200400，特点是精度高，稳定性好，低温时灵敏度高。（5）镍铬-铜镍热电偶，分度号为，测量范围-200900，特点是稳定性好，灵敏度高和价格低廉等。（6）铁-铜镍热电偶，分度号J，使用温度-40750。在700以下线性好，灵敏度高。（7）铂铑13-铂热电偶，分度号R，使用温度01300，短时可到16003、补偿导线答案：由于过程控制技术的发展，需要把热电偶的热电极延长接入控制室，但直接延长热电极很不经济，所以人们找到了在一定温度范围内热电特性与所配热电偶相同而且价格便宜的一对导线，叫做补偿导线。4、热电偶测温时为什么需要进行冷端温度补偿？答案：热电偶热电动势的大小与其两端的温度有关，其温度热电动势关系曲线是在冷端温度为0时分度的。在实际应用中，由于热电偶冷端暴露在空间受到周围环境温度的影响，所以测温中的冷端温度不可能保持在0不变，也不可能固定在某个温度不变，而热电偶电势既决定于热端温度，也决定于冷端温度。所以如果冷端温度自由变化，必然会引起测温误差。为了消除这种误差必须进行冷端温度补偿。（二）热电阻1、原理：热电阻是利用物质在温度变化时，其电阻也随着发生变化的特征来测量温度的。当阻值变化时，工作仪表便显示出热电势所对应的温度值。2、工业上常用的热电阻有哪两种?它们的分度号是什么?测量范围是多少?0度时标称电阻值R0是多少?答案：工业上常用的热电阻有两种，即铜热电阻和铂热电阻。铜热电阻测温范围为负50到正150度，铂热电阻测温范围为负200度到正850度，铜热电阻的分度号是CU50和CU100，0度时的标称电阻值分别为50欧和100欧。铂热电阻分为A级和B级，它们的分度号都是PT10和PT100，其0度的标称电阻值分别为10欧和100欧3、三线制答案：为了减小热电阻比测量仪表之间连接导线电阻因环境温度变化所引起的测量误差，将热电阻比测量桥路用三根导线连接起来。（三）流量1、流量、瞬时流量、累积流量流量即流经管道横截面介质的体积或质量数。流体在单位时间内通过管道某一截面的数量，按计算流体数量的方法的不同流量可分为质量流量和体积流量。工程技术上常有瞬时流量与累积流量之说。瞬时流量是指单位时间内流过管道横截面介质的体积或质量数。累积流量是指在一定时间间隔内流过某管道截面的介质总量。2、气体流量测量为什么进行温度压力补偿？答案：因为密度是压力和温度的函数，当被测流体为气体时，其密度受压力温度的影响更大。而节流装置的设计是将密度作为定值处理的。因此，当被测气体的实际压力温度偏离设计值时，则必须要对其被测量进行补偿。3、简述电磁流量计的测量原理？答案：电磁流量计是根据法拉第电磁感应原理制成的一种流量计，当被测导电液体流过管道时，切割磁力线，于是在和磁场及流动方向垂直的方向上产生感应电势，其值和被测流体的流速成比例。因此测量感应电势就可以测出被测导电液体的流量。4、为什么电磁流量计不能应用在脱盐水的流量测量？答案：电磁流量计是基于电磁感应定律工作的流量测量仪表，它适用用于测量具有一定电导率的液体的体积流量，而脱盐水的电导率低于电磁流量计对电导率的最低限，因此不能选用电磁流量计来测量脱盐水的流量；（四）压力检测仪表1、概念：什么叫绝对压力、大气压力、表压及真空度？它们的相互关系是怎样的？答案：绝对压力是指被测介质作用在容器单位面积上的全部压力；地面空气柱所产生的平均压力为大气压力；绝对压力与大气压力之差称为表压力；如果被测流体的绝对压力低于大气压，则压力表所测得的压力为负压，其值称为真空度。2、压力表弹簧管压力表 弹簧管压力表属于就地指示型压力表，就地显示压力的大小，不带远程传送显示、调节功能。 弹簧管压力表通过表内的敏感元件的弹性变形，再通过表内机芯的转换机构将压力形变传导至指针，引起指针转动来显示压力。 弹簧管压力表适用测量无爆炸，不结晶，不凝固，对铜和铜合金无腐蚀作用的液体、气体或蒸汽的压力。3、压力变送器一般意义上的压力变送器主要由测压元件传感器（也称作压力传感器）、测量电路和过程连接件三部分组成。它能将测压元件传感器感受到的气体、液体等物理压力参数转变成标准的电信号(如420mADC等)，以供给指示报警仪、记录仪、调节器等二次仪表进行测量、指示和过程调节。 3、差压变送器用于测量液体、气体和蒸汽的液位、密度和压力，然后将其转变成4- 20mADC的电流信号输出4、怎样检查现场运行中差压变送器使其工作正常？答案：由于差压变送器的故障多是零点漂移和导压管堵塞，所以在现场很少对刻度逐点校验，而是检查它的零点和变化趋势，具体方法如下：1)零点检查：关闭正、负压截止阀。打开平衡阀，此时电动差压变送器电流应为4mA。2)变化趋势检查：零点以后，各阀门恢复原来的开表状态，打开负压室的排污阀。这时变送器的输出应最大即电动差压变送器为20mA以上。若只打开正压室排污阀，则输出为最小，即电动差压变送器为4mA。打开排污阀时，被测介质排出很少或没有，说明导压管有堵塞现象，要设法疏通。（五）雷达料位计测量原理：雷达波是一种特殊形式的电磁波，雷达料位计利用了电磁波的特殊性能来进行料位检测。电磁波的物理特性与可见光相似，传播速度相当于光速。其频率为300MHz-3000GHz。电磁波可以穿透空间蒸汽、粉尘等干扰源，遇到障碍物易于被反射，被测介质导电性越好或介电常数越大，回波信号的反射效果越好。 雷达波的频率越高，发射角越小，单位面积上能量（磁通量或场强）越大，波的衰减越小，雷达料位计的测量效果越好。 发射反射接收是雷达式料位计工作的基本原理。雷达传感器的天线以波束的形式发射最小5.8GHz的雷达信号。反射回来的信号仍由天线接收，雷达脉冲信号从发射到接收的运行时间与传感器到介质表面的距离以及物位成比例。 即：h= Hvt/2 式中 h为料位；H为槽高； v为雷达波速度；t为雷达波发射到接收的间隔时间（六）数字显示仪表答案：是直接以数字形式显示被测参数数量值大小的仪表，具有测量速度快、精度高、读数直观，并且对所监测的参数便于进行数值控制和数字打印记录，也便于计算机联用。（七）调节阀1、调节阀由哪几部分组成？答案：调节阀由执行机构和阀体部件两部分组成，即调节阀执行机构阀体部件其中，执行机构是调节阀的推动装置，它按信号压力的大小产生相应的推力，使推杆产生相应的位移，从而带动调节阀的阀芯动作阀体部件是调节阀的调节部分，它直接与介质接触，由阀芯的动作，改变调节阀节流面积，达到调节的目的。2、调节阀的流量特性和理想流量特性答案：是指控制介质流过阀门的相对流量与阀门的相对开度之间的关系，即：f式中Q/Qmax相对流量，即调节阀某一开度下流量与阀全开时流量之比；l/L相对开度，即调节阀某一开度下的行程与阀的全行程之比。阀前后压差一定时的流量特性称为理想流量特性或固有流量特性，调节阀的理想流量特性有快开、线性、对数等几种。五、仪表检修、安装、制图简介（13种仪表）1、热电阻元件在使用中发生的常见故障有哪些？答案：1)热电阻阻丝之间短路或接地；2)热电阻阻丝断开；3)保护套管内积水；4)电阻元件与接线盒之间引出导线断路2、下面两图在仪表系统中代表什么意义？答案：气动薄膜调节阀、盘面安装仪表。3、在热控测量系统图中，所用下列文字符号各表示什么取源测量点?(1)PE；(2)FE；(3)LE；(4)TE；(5)AEW答案案：(1)压力；(2)流量；(3)液位；(4)温度；(5)分析4、一台变送器的外壳结构为IP67，请说明它的防护含义？答案：IP代码是IEC(国际电工委员会标准)外壳防护等级，我国颁布的外壳防护等级和它等效。67是IP代码中第一和第二位特征数字，其中：“6”表示尘密，即无灰尘进入壳内；“7”表示防短时间浸水影响，即浸入规定压力(低于水面1000mm)的水中，经规定时间(30分钟)后外壳进水量不致达到有害程度。5、用于测量流量的导压管线、阀门组回路中，当正压阀阀门或导压管泄漏时，仪表指示什么状态？当负压阀阀门或导压管泄漏时，仪表指示什么状态？当平衡阀门泄漏时，仪表指示什么状态？正压侧导压管全部堵死，负压侧畅通时，仪表指示什么状态？答案：当正压阀阀门或导压管泄漏时，仪表指示偏低；当负压阀阀门或导压管泄漏时，仪表指示偏高；当平衡阀门泄漏时，仪表指示偏低；正压侧导压管全部堵死，负压侧畅通时，仪表指示跑零下。6、调节阀的安装位置，如图所示八个方向，确定最佳位置试说明之。答案：最佳安装按1方位正立、垂直安装在水平管道上，执行机构位于阀体上方。其他方位应尽量避免。其他方位与1方位的比较有如下缺陷：(1)由于滑动零件的不平衡力，会加速磨损或增加滞后。(2)泄漏量不易保证。(3)维修、维护麻烦。(4)执行机构必须加支架，固定牢固。(5)不能通过底塞排放结成污物。当受现场条件限制，无法在1方位安装时，可采用2、8方位，其次采用5方位，再次4、6方位，不能在3、7方位安装。7、现场用孔板和差变测量蒸汽流量，工艺反应仪表示值偏低，列出可能的五条主要原因。答案：孔板方向装反，这时流速缩颈与孔板距离比正确安装为远，致使孔板后取压孔测压值增高，造成压差下降，需重新装正。正压阀、正压侧的排污阀漏或堵三阀组中的平衡阀未关严或阀虽旋紧仍有内漏，需关严或更换。变送器静压误差大变送器零点偏低六、在工程项目中对仪表的技术要求1.仪表安装符合冶金工业自动化仪表与控制装置安装通用图册以及国家相关的标准及规范。2.所有自动化仪表在安装调试前向业主提供厂家合格证、校验单或检定证书。3.孔板、调节阀等仪表的设计计算书必须完整齐全的交给业主。4.各类仪表安装后必须经过现场校验合格后才能投运，重要仪表精度不低于0.2%，一般仪表精度不低于0.5%，厂际间计量秤精度不低于0.3%。5.高温区域自动化仪表必须采用耐高温设计。易燃易爆场合必须选用防爆型仪器仪表。6.煤气流量等较脏介质的测量孔板采用径距取压方式。7.所有就地测量仪表必须有坚固的固定支架。（如超声波液位计、物位计、缆式液位计等）。8.自动化设备所有电缆要按部颁标准执行采购，规范敷设，屏蔽层接地必须良好。9.安装在露天或环境恶劣场所的仪表，应有相应的防雨或隔热等防护措施。10.高于2米的变送器、执行器、气体分析的取样装置、测温元件、孔板及取压装置等，应设检修平台或梯子。11.在现场安装的仪表均应考虑检修及维护时所需的空间。12.测量介质有引压导压管的变送器必须安装在保护箱内，并有相应的保温伴热措施，一般采用电伴热方式。13.在接入PLC/DCS之前，调节阀的反馈信号和电磁流量计输出的模拟量信号应加隔离器，压力和差压变送器应加配电器。热电阻和热电偶信号可不通过温度变送器直接进入PLC/DCS系统。14.送入PLC/DCS的数字量输入信号应为无源信号，数字量输出模板一般不采用继电器输出方式，采用外加24V直流继电器方式。15.所有调节阀必须有阀门位置反馈信号接入PLC/DCS系统。16.介质为水的流量测量，管径小于DN400采用电磁流量计、孔板，管径大于等于DN400采用插入式超声波流量计等。17.介质为气体的流量测量，管径小于DN400可以采用孔板，管径大于等于DN400采用德尔塔巴、阿牛巴流量计、涡街流量计、内藏式文丘里管流量计等。18.蒸汽流量测量孔板选用焊接式一体化孔板。19.为满足ERP需求，单机、单炉或单台主体设备必须有能源介质（风、水、气、汽、电等）投入产出的总管计量表，并在计算机上有瞬时流量和累积流量显示，累积流量一