化工仪表与控制技术.pptx

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,化工仪表与控制技术,主讲：

李昶红材料与化学工程学院2014年夏,10/3/2020,1,李昶红-化工仪表与控制技术,内容提要,10/3/2020,2,李昶红-化工仪表与控制技术,引言检测仪表基本知识压力检测流量检测物位检测温度检测显示仪表自动控制系统概述对象特性与建模基本控制规律自动控制仪表执行器,1引言,1.1化工自动化的意义及目的加快生产速度、降低生产成本、提高产品产量和质量。

减轻劳动强度、改善劳动条件。

能够保证生产安全，防止事故发生或扩大，达到延长设备使用寿命，提高设备利用率、保障人身安全的目的。

生产过程自动化的实现，能根本改变劳动方式，提高工人文化技术水平，以适应当代信息技术革命和信息产业革命的需要。

10/3/2020,3,李昶红-化工仪表与控制技术,1.2化工自动化的发展概况,10/3/2020,4,李昶红-化工仪表与控制技术,20世纪40年代以前，绝大多数化工生产处于手工操作状况操，作工人根据反映主要参数的仪表指示情况，用人工来改变操作条件，生产过程单凭经验进行。

低效率，花费庞大。

20世纪50年代到60年代人们对化工生产各种单元操作进行了大量的开发工作，使得化工生产过程朝着大规模、高效率连、续生产、综合利用方向迅速发展。

20世纪70年代以来，化工自动化技术水平得到了很大的提高。

20世纪70年代，计算机开始用于控制生产过程，出现了计算机控制系统。

20世纪80年代末至90年代，现场总线和现场总线控制系统得到了迅速的发展。

1.3化工仪表及自动化系统的分类,按功能不同，分四类：

检测仪表（包括各种参数的测量和变送）显示仪表（包括模拟量显示和数字量显示）控制仪表（包括气动、电动控制仪表及数字式控制器）执行器（包括气动、电动、液动等执行器）,图1-1各类仪表之间的关系,10/3/2020,5,李昶红-化工仪表与控制技术,A自动检测系统,利用各种仪表对生产过程中主要工艺参数进行测量指、示或记录的部分。

作用,对过程信息的获取与记录作用。

图1-2,10/3/2020,6,李昶红-化工仪表与控制技术,热交换器自动检测系统示意图,自动检测系统中主要的自动化装置,敏感元件,传感器,显示仪表,10/3/2020,7,李昶红-化工仪表与控制技术,对被测变量作出响应,把它转换为适合测量的物理量。

对检测元件输出的物理量信号作进一步信号转换,将检测结果以指针位移、数字、图像等形式,准确地指示、记录或储存。

B自动信号和联锁保护系统,10/3/2020,8,李昶红-化工仪表与控制技术,对某些关键性参数设有自动信号联锁保护装置，是生产过程中的一种安全装置。

自动信号联锁保护电路按主要构成元件不同分类：

有触点式无触点式两类,C自动操纵及自动开停车系统,10/3/2020,9,李昶红-化工仪表与控制技术,自动操纵系统可以根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行某种周期性操作。

自动开停车系统可以按照预先规定好的步骤,将生产过程自动地投入运行或自动停车。

D自动控制系统对生产中某些关键性参数进行自动控制,使它们在受到外界干扰的影响而偏离正常状态时,能自动地调回到规定的数值范围内。

2检测仪表基本知识,2.1测量过程与测量误差,小。

程。

测量是用实验的方法,求出某个量的大测量实质是将被测参数与其相应的测量单位进行比较的过测量误差由仪表读得的被测值（测量值）与被测参数的真实值之间的差距。

测量误差按其产生原因的不同,可以分为三类,系统误差疏忽误差偶然误差,10/3/2020,10,李昶红-化工仪表与控制技术,测量误差常用的两种表示方法：

（1）绝对误差xI：

仪表指示值,xt：

被测量的真值由于真值无法得到x：

被校表的读数值，x0：

标准表的读数值

（2）相对误差,10/3/2020,11,李昶红-化工仪表与控制技术,2.2检测仪表的品质指标,A测量仪表的准确度（精确度）,两大影响因素绝对误差和仪表的标尺范围说明：

仪表的测量误差可以用绝对误差来表示。

但是仪，表的绝对误差在测量范围内的各点不相同。

因此，常说的“绝对误差”指的是绝对误差中的最大值max。

10/3/2020,12,李昶红-化工仪表与控制技术,相对百分误差,10/3/2020,13,李昶红-化工仪表与控制技术,允许误差,仪表的允越大，表示它的精确度越低；反之，仪表的允越表小示，仪表的精确度越高。

将仪表的允许相对百分误差去掉号及“”号，便可以用来确定仪表的精确度等级。

目前常用的精确度等级有1.50，.0025.5，04.0.02等，。

0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，,仪表的准确度等级是衡量仪表质量优劣的重要指标之一。

准确度等级数值越小，就表征该仪表的准确度等级越,高仪，表的准确度越高。

工业现场用的测量仪表，其准确度大多在0.5级以下。

仪表的精度等级一般可用不同的符号形式标志在仪表面板上。

举例,1.5,1.0,如：

在工业上应用时,对检测仪表准确度的要求,应根据生产操作的实际情况和该参数对整个工艺过程的影响程度所提供的误差允许范围来确定,这样才能保证生产的经济性和合理性。

10/3/2020,14,李昶红-化工仪表与控制技术,B检测仪表的恒定度,变差是指在外界条件不变的情况下，用同一仪表对被测量在仪表全部测量范围内进行正反行程（即被测参数逐渐由小到大和逐渐由大到小）测量时，被测量值正行和反行所得到的两条特性曲线之间的差值。

注意：

仪表的变差不能超出仪表的允许误差，否则应及时检修。

图2-1测量仪表的变差,10/3/2020,15,李昶红-化工仪表与控制技术,C灵敏度与灵敏限,仪表的灵敏度是指仪表指针的线位移或角位移，与引起这个位移的被测参数变化量的比值。

即式中，S为仪表的灵敏度；为指针的线位移或角位移x；为引起所需的被测参数变化量。

仪表的灵敏限是指能引起仪表指针发生动作的被测参数的最小变化量。

通常仪表灵敏限的数值应不大于仪表允许绝对误差的一半。

注意：

上述指标仅适用于指针式仪表。

在数字式仪表中，往往用分辨率表示。

10/3/2020,16,李昶红-化工仪表与控制技术,D反应时间,反应时间就是用来衡量仪表能不能尽快反映出参数变化的品质指标。

反应时间长，说明仪表需要较长时间才能给出准确的指示值，那就不宜用来测量变化频繁的参数。

仪表反应时间的长短，实际上反映了仪表动态特性的好坏。

仪表的反应时间有不同的表示方法,当输入信号突然变化一个数值后，输出信号将由原始值逐渐变化到新的稳态值。

仪表的输出信号由开始变化到新稳态值的63.2（95）所用的时间，可用来表示反应时间。

10/3/2020,17,李昶红-化工仪表与控制技术,E线性度,线性度是表征线性刻度仪表的输出量与输入量的实际校准曲线与理论直线的吻合程度。

通常总是希望测量仪表的输出与输入之间呈线性关系。

图2-2线性度示意图式中，f为线性度（又称非线性误差）；fmax为校准曲线于对理论直线的最大偏差（以仪表示值的单位计算）。

10/3/2020,18,李昶红-化工仪表与控制技术,F重复性,重复性表示检测仪表在被测参数按同一方向作全量程连续多次变动时所得标定特性曲线不一致的程度。

若标定的特性曲线一致,重复性就好,重复性误差就小。

图2-3重复性示意图,10/3/2020,19,李昶红-化工仪表与控制技术,2.3检测系统中常见信号类型,10/3/2020,20,李昶红-化工仪表与控制技术,作用于检测装置输入端的被测信号，通常要转换成以下几种便于传输和显示的信号类型：

A位移信号B压力信号C电气信号D光信号,2.4检测系统中信号的传递形式,10/3/2020,21,李昶红-化工仪表与控制技术,模拟信号在时间上是连续变化的,即在任何瞬时都可以确定其数值的信号。

数字信号数字信号是一种以离散形式出现的不连续信号,通常用二进制数“0”和“1”组合的代码序列来表示。

开关信号用两种状态或用两个数值范围表示的不连续信号。

2.5检测仪表与测量方法的分类,10/3/2020,22,李昶红-化工仪表与控制技术,A检测仪表的分类依据所测参数的不同,可分成压力（包括差压、负压）检测仪表、流量检测仪表、物位（液位）检测仪表、温度检测仪表、物质成分分析仪表及物性检测仪表等。

按表达示数的方式不同,可分成指示型、记录型、讯号型、远传指示型、累积型等。

按精度等级及使用场合的不同,可分为实用仪表、范型仪表和标准仪表,分别使用在现场、实验室和标定室。

B测量方法的分类,按照测量结果的获得过程,直接测量,间接测量,10/3/2020,23,李昶红-化工仪表与控制技术,直接测量,法。

利用经过标定的仪表对被测参数进行测量，直接从显示结果获得被测参数的具体数值的测量方根据被测参数获得方式的不同，直接测量又有偏差法与平衡法（零位法）之分。

间接测量,当被测量不宜直接测量时,可以通过测量与被测量有关的几个相关量后,再经过计算来确定被测量的大小。

2.6化工检测的发展趋势,10/3/2020,24,李昶红-化工仪表与控制技术,检测技术的现代化检测仪表的集成化、数字化、智能化软测量技术和虚拟仪器,3压力检测,在化工生产中,压力是指由气体或液体均匀垂直地作用于单位面积上的力。

在工业生产过程中,压力往往是重要的操作参数之一。

压力的检测与控制,对保证生产过程正常进行,达到高产、优质、低消耗和安全是十分重要的。

在压力测量中，常有表压、绝对压力、负压或真空度之分。

10/3/2020,25,李昶红-化工仪表与控制技术,3.1测压仪表,测量压力或真空度的仪表按照其转换原理的不同，分为四类。

A液柱式压力计它根据流体静力学原理，将被测压力转换成液柱高度进行测量。

按其结构形式的不有U形管压力计、单管压力计等同,优点,这类压力计结构简单、使用方便,缺点,10/3/2020,26,李昶红-化工仪表与控制技术,其精度受工作液的毛细管作用、密度及视差等因素的影响，测量范围较窄，一般用来测量较低压力、真空度或压力差。

B弹性式压力计它是将被测压力转换成弹性元件变形的位移进行测量的。

C电气式压力计它是通过机械和电气元件将被测压力转换成电量（如电压、电流、频率等）来进行测量的仪表。

D活塞式压力计它是根据水压机液体传送压力的原理，将被测压力转换成活塞上所加平衡砝码的质量来进行测量的。

优点,缺点,10/3/2020,27,李昶红-化工仪表与控制技术,测量精度很高，允许误差可小到0.05%0.02%。

结构较复杂，价格较贵。

3.2测压仪表的选用与安装,A压力计的选用压力计的选用应根据工艺生产过程对压力测量的要求，结合其他各方面的情况，加以全面的考虑和具体的分析，一般考虑以下几个问题。

仪表类型的选用仪表测量范围的确定仪表精度级的选取,10/3/2020,28,李昶红-化工仪表与控制技术,

（1）测压点的选择,应能反映被测压力的真实大小。

直，,要选在被测介质直线流动的管段部分，不要选在管路拐弯、分叉、死角或其他易形成漩涡的地方。

测量流动介质的压力时，应使取压点与流动方向垂取压管内端面与生产设备连接处的内壁应保持平齐，不应有凸出物或毛刺。

测量液（气）体压力时，取压点应在管道下（上）部，,使导压管内不积存气（液）体。

B压力计的安装,10/3/2020,29,李昶红-化工仪表与控制技术,

（2）导压管铺设,10/3/2020,30,李昶红-化工仪表与控制技术,线。

导压管粗细要合适，一般内径为610mm，长度应尽可能短，最长不得超过50m，以减少压力指示的迟缓。

如超过50m，应选用能远距离传送的压力计。

导压管水平安装时应保证有1:

101:

20的倾斜度，以利于积存于其中之液体（或气体）的排出。

当被测介质易冷凝或冻结时，必须加设保温伴热管取压口到压力计之间应装有切断阀，以备检修压力计时使用。

切断阀应装设在靠近取压口的地方。

（3）压力计的安装压力计应安装