过程检测与控制仪表培训课件

过程检测与控制仪表知识

员工培训教材

马仁

过程控制与检测仪表课件

一、过程控制仪表：

1）是实现工业生产过程自动化的重要工具。控制检测仪表可分为八大单元：变动单元、调节单元、计算单元、显示单元、转换单元、给定单元、执行单元和辅助单元。（理论以“够用为度”，实践以“实用为主”）

LT

控制系统方框图

说明：图中控制对象代表生产过程中的某个环节，控制对象输出的是被控变量（如压力、流量、温度、液位等温度变量）。这些工艺变量经变动单元转换成相应的电信号或气压信号后，一方面送显示单元供指示和记录，同时又送到调节单元中与给定单元送来的给定值进行比较，调节单元将比较后的偏差值进行一定的运算后，发出控制信号，控制执行单元的动作，将阀门开大或关小。改变控制量（如燃料油、蒸汽等介质流量的多少）直至被控变量与给定值相等为止，此时阀门会

平衡在某一位置，使工艺介质达到工艺要求。

①LT—检测锅炉汽包水位的变化并将汽包水位高低这一物理量转换成仪表间的标准统一信号。

②LC—接受液位测量变送器的输出标准信号，与工艺控制调节（控制器）器要求的水位信号相比较得出偏差信号的大小和方向，并按一定的规律运算后输送一个对应的标准统一信号。

③LV—接受控制器的输出信号后，根据信号的大小和方向控制阀门的开度，从而改变给水量，经过反复测量和控制使锅炉汽包水位达到工艺要求。

一个控制系统基本由给定单元、控制对象、变送单元、调节（控制）单元、执行单元组成。

锅炉汽包水位控制系统原理图

二、检测与过程控制仪表（通常称自动化仪表）分类方法很多，根据不同原则可以进行相应的分类，如：

按照能源（所使用的）：气动仪表、电动仪表、液动仪表。

根据是否引入微处理机可分为：智能仪表和非智能仪表。

根据信号形式可分为：模拟仪表和数字仪表。

检测与过程控制仪表最通用的分类是按照仪表在测量与控制系统中的作用划分的：

检测仪表—压力、温度、物位、成分（分析）

显示仪表—DCS（模拟和数字）

调节（控制仪表）

执行器—执行机构—气动、电动、液动。

阀：按照结构分—直通单座、直通双座、三通、角行、隔膜、蝶阀、偏心旋转、套筒（笼式）。

按照流量特性—直线、对数、抛物线，快开等。

气动仪表—就是以压缩空气为能源的仪表，如气动阀。特点：结构简单、价格便宜、性能稳定、工作可靠、安全防爆、易于维修，适用于石油、化工等企业。

电动仪表—采用220V AC或24VDC供电。特点：能源选取方便、信号传递快，无滞后、传输距离远，是实现远距离集中显示和控制的理想仪表，并易于与计算机等现代技术工具联用，如电动调节阀。

液动仪表：液动仪表是对一类仪表的总称，液动仪表的能源是水或油。液动仪表具有推力大、动作平稳、作用可靠等特点，但附加设备多，目前已不常使用。举例说明气动阀、电动阀、液动阀故障原因。

一、气动阀：1、气源2、电磁阀3、阀本体

二、电动调节阀：1、电源2、信号（输入、输出）3、参数设置对否4、阀本体方面

三、液动阀：1、油压是否正常2、电磁阀是否动作3、阀本体4、油路是否堵漏。

三、仪表的主要性能指标

1）概述—在工程上仪表性能指标通常用精确度（精度）、变差、灵敏度来描述。仪表上校验仪表通常也是调校精度、变差和灵敏度三项。

2）变差—指仪表被测变量（输入信号）多次从不同的方向达到同一数值时，仪表指示值之间的最大差值。或者说是仪表在外界条件不变的情况下，被测参数从小到大变化（正向特性）和被测参数由大到小变化（反向特性）不一致的程度，

两者之差即为仪表的变差。

变差=00100-21max ?-?标尺下限值标尺上限值）

（A A

上图为仪表变差特性曲线

3）变差产生的原因—传动结构间隙，运动部件的摩擦，弹性元件滞后等。随着仪表的不断改进，特别是微电子技术的引入，许多仪表全电子化，无可动部件。所以变差这个指标在智能仪表中显得那么重要和突出了（以前用的II 型仪表尤为突出，矢量机构）。

4）灵敏度—指仪表对被测参数变化的灵敏程度，或者说是对被测量变化的反应能力。是在稳态下，输出变化增量对输入变化增量的比值。（也称放大比） S=)

()(输入变化增量输出变化增量X L ?? 也是仪表静态特性曲线上各点的斜率、增大放大倍数可以提高仪表灵敏度，单纯增加灵敏度并不改变仪表的基本性能，即仪表的精度并没提高，相反有时会出现震荡现象造成输出不稳定，所以灵敏度应调整到一个适当的量，仪表才能稳定。 灵敏度调节举例：天津安恒调节阀调节电位器以调整灵敏度；ABB 调节阀是智能设定。

5）精确度：简称精度，又称准确度。精度和误差可以说是孪生兄弟，因为有误差的存在，才有精确度这个概念。仪表的精确度简言之就是仪表测量值的准确程度，通常用相对百分误差（也称相对拆合误差）表示

①δ=001002x -1x )(??）

标尺下限值（）标尺上限值（绝对误差x ②x1-x2=实际（仪表测量范围）

x是被测参数测量值和被测量参数标准值之差

④所谓标准值是精确度比被测仪表高3—5倍的标准表测得的参数值。

⑤从式中可以看出，仪表的精确度不仅和绝对误差有关而且和仪表的测量范围有关，绝对误差大，相对百分误差就大，精度就低。

例。如果绝对误差相同的两台仪表，其测量范围不同，那么测量范围大的仪表相对百分误差就小，精度就高。精确度是仪表很重要的一个质量指标，常用精度等级来规范和表示。精度等级就是最大相对百分误差去掉正负号和百分号。按照国家统一标准划分的等级有0.005、0.02、0.05、0.1、0.2、0.35、0.5、1.0、1.5、2.5、4等。精度等级一般都标志在仪表标尺或标牌上，数字越小，精度越高。另外表征仪表性能指标的还有：复现性、稳定性、可靠性。

复现性—不同测量条件下，不同的观测者，在不同的检测环境对同一被检测的量进行检测时，其测量的结果不一致的程度。

稳定性—在规定工作条件下，仪表某些性能随时间保持不变的能力称为稳定性。仪表稳定性不好的影响往往比仪表精度下降对化工生产的影响还要大（四角风门:重庆）

可靠性—可靠性高说明仪表维护量小，反之维护量就大。

四、变送器信号与电源传输方式

变送器是现场仪表，其供电电源来自控制室，而输出信号又要传送到控制室去，变送器的信号传送和供电方式有两种。

1）四线制—电源和输出信号分别用两根线，这种传输方式，由于电源与信号分别传送，因此对电流信号的零点及元器件的功耗无严格要求。

2）两线制—控制室与变送器之间仅用两根导线传输，这两根线即是电源线有时信号线。

室

四线制两线制

采用两线制的优点：不仅可节省大量电缆线和安装费用，而且有利于安全防爆（包含矢量机构式、电容式、电感式、扩散硅式、振弦式都属此类）

要实现两线制传输，必须采用活零点的电流信号，因为两线制其电源线与信号线公用，电源供给变送器的功率信号电流提供的，在变送器输出电流下限值时，应保证它的内部元器件能正常工作。其输出4mA—20mA的标准信号。

五、测量的概念

1）测量—就是借助于专用的技术工具，将研究对象的被测变量与同性质的标准量进行比较，并确定出测量结果准确程度的过程。简单的说就是用实验的方法求出某个量的大小。比如用精度为0.5级，量程为0—500mm的直尺测量容器中的液位。

2）测量的方法

A 按测量敏感元件是否与介质接触：接触式测量和非接触式测量

B 按比较方式：直接测量和间接测量

①直接测量—是指用事先标好的测量仪表对某被测量直接进行比较，从而得到测

量结果，如上例中容器液位的测量。

②间接测量—是指各个仪表组成的一个测量系统，它包括被测量变量的测量，变换、传输、显示、记录和数据处理等过程。举例：动力站给煤皮带称。

C 按测量原理：偏差法、零位法、微差法。

3）测量误差及处理

测量的目的—是希望能正确地反映客观实际，也就是要测量参数的真实值，但是无论怎样努力，测量值与真实值之间始终存在一定的差值，这个值就是误差。 误差的分类：A 按表示形式：绝对误差、相对误差、引用误差

1 绝对误差—测量值与真实值之差即?=X —T 真实值

绝对误差 测量值

2 相对误差—测量的绝对误差与真实值（或测量值）之比

即δ=00100??T

3 引用误差—绝对误差与量程比值的百分数

即引δ=00100-??标尺下限值

标尺上限值m B 按测量出现的规律: 系统误差、疏忽误差（粗大误差）、随机误差（偶然误差） 1系统误差—即大小和方向（符号）均不改变的误差

2 粗大误差（粗大误差）

3 随机误差（偶然误差）—在同样的测量条件下反复多次测量，各测量结果均不能重复的误差

C 按误差测试条件分—基本误差、附加误差

1 基本误差—在规定的工作条件下（如温度、湿度等）仪表本身具有的误差

2 附加误差—当仪表的工作条件偏离正常范围时所引起的误差

习题

一、选择题

1、我们无法控制的误差是（A ）

A 随机误差

B 疏忽误差

C 渐变误差

D 系统误差

2、0.5级仪表的精度等级表示错误的是(D)

A 0.5级 B

D 0.5

3 B）来衡量仪表的稳定性。

A 零点误差

B 零点漂移

C 仪表变差

D 仪表精度

4 稳定性是现代仪表的重要性能指标之一，在（A）工作条件下，仪表某些性能随时间保持不变的能力。

A 规定

B 标准

C 实际

D 任何

5 可靠性是现代仪表的重要性能指标之一，如果仪表发生故障越少，故障发生时间越短，表示该仪表（D）

A 产生误差小

B 灵敏度低

C 仪表精度高

D 可靠性越高（越好）

6 线性度是数字式仪表的重要性能指标之一。线性度是表征线性刻度仪表的（C）实际校准曲线与理论直线的吻合程度。

A 输出量

B 输入量

C 输出量与输入量

D 输入量与输出量

二、判断题

1灵敏度数值越大，则仪表越灵敏（√）

2 灵敏限数值越大，则仪表越灵敏。（×）

3 仪表的精度级别指的是仪表的误差数值（×）

4测量精度一般用（D）表示

A 仪表精度

B 基本误差

C 相对误差

D 相对误差的倒数

5 在测量过程中，可以采用平方根法来确定整个系统的误差。（√）

6 仪表受环境变化造成的误差是系统误差。（√）

7 仪表的精度在数值上反应基本误差的大小。（√）

三、分析：

如下图所示

1流量指示慢慢下降原因

答案：查①零位是否偏低②零点是否漂移③导压管是否堵漏

2 流量波动过大原因

①现场工况原因②变送器故障③检查引压管中是否有气体，负压侧是否有堵漏现象。④信号线收到外界干扰。

主汽流量测量变送器的安装图