化工仪表及自动化完整版
化工仪表及自动化第一章课件
• 五．测量仪表与测量方法分类
• 1．测量仪表的分类 • （1）依据所测参数的不同：压力测量仪表、流量测量仪
表、物位测量仪表、温度测量仪表、物质成分分析仪表及 物性检测仪表等。
• （2）表达示数的方式不同：指示型、记录型、讯号型、 远传指示型、累计型等。
max 标尺上限值 标尺下限值
100%
允许的相对误差的最大值 仪表允许的最大绝对误差值
允 标尺上限值 标尺下限值 100%
例: 某台测温仪表的测温范围为200~700℃，仪表的最大
绝对误差为 4℃，试确定该仪表的相对百分误差与准确度等级
解:仪表的相对百分误差为
4 100% 0.8%
化工检测仪表
第一章 检测仪表基本知识
一、测量过程与测量误差
Q=qV Q—被测值； q—测量值，即被测量与所选测量单位的比值； V—测量单位。 上述为直接测量法，此外还有间接测量法
➢ 测量误差： • 在测量过程中，由于所使用的测量工具本身不够准确、测观者的主观
性和周围环境的影响等等，使得测量的结果不可能绝对准确。由仪表 读得的被测值与被测参数的真实值之间，总存在一定的误差。 测量误差按其产生原因的不同可以分为三类： • 系统误差（规律误差） • 疏忽误差 • 偶然误差 测量误差的表示方法： • （1）绝对表示法； • （2）相对表示法
100%
f —线性度（又称非线性误差）；
fmax —标准曲线对于理论拟合直线的最大偏差（以仪表示值的单位计算）。
6．重复性
z
zmax 仪表量程
100%
z —重复性ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ差
zmax —同方向多次重复测量时仪表示值的最大偏差值。
化工仪表及自动化课件
ΔP= P+－P-=ρgH P-= P0＋ρ2gh2 P+= P0＋ρ2gh1＋ρ1gH
ΔP= P+－P-=ρ1gH －（h2－h1）ρ2g 压差减小了一个固定值： （h2－h1）ρ2g
ΔP=ρ1gH －（h2－h1）ρ2g
H= 0 →ΔP =－（h2－h1）ρ2g < 0 → Io< 4mA H= Hmax →ΔP =ρ1gHmax－（h2－h1）ρ2g<ΔPmax →Io< 20mA
(工业现场一般不优先考虑使用核辐射式物位计)
六、称重式液罐计量仪
有时候需要精确知道某物质的质量 在石油、化工部门，有许多大型贮罐，由于高度与
直径都很大，即使液位变化1～2毫米，就会有几 百公斤到几吨的差别，所以测量液位达不到要求 的精确 同时液体(例如油晶)的密度会随温度发生较大的变 化，而大型容器由于体积很大，各处温度很不均 匀，因此即使液位(即体积)测得很准，也反映不 了罐中真实的质量储量有多少 怎么解决这个问题？ 利用称重式液罐汁量仪
特点和要求
流量计水平安装，前后需一定长度的直管段，一般 上游侧和下游侧的直管段长度要求在10D和5D以上；
常温下用水标定，当介质的密度和粘度发生变化时 需重新标定或进行补偿
基本工作原理
六、 漩涡流量计
把一个漩涡发生体 （非流线型对称物 体）垂直插在管道 中，当流体绕过漩 涡发生体时会在其 左右两侧后方交替 产生旋转方向相反 的漩涡，称为卡曼 涡街
化工仪表及自动化课件
上节课内容
• 流量基本概念 • 差压式流量计：节流原理 、流量方程 、标
准节流件、节流式流量计误差产生的原因 • 转子流量计：测量原理、流量方程 • 椭圆齿轮流量计——直接测量
化工仪表自动化基础知识
④节流装置应正确安装。
⑤接至差压变送器的差压应该与节流装置前后差压相一致，这就需要正确安装 压信号管路。（如后面图示）
(2)靶式流量计F≈K*Q
(3)转子流量计
转子流量计示意图
靶式流量计示意图
(4)涡轮流量计
(5)电磁流量计
电磁流量计工作原理图
涡轮流量计示意图
(6)旋涡流量计q=f/k (7)超声波流量计∆t≈2Lv/c2
电容式压力传感 器示意图 压电式压力传感器结构示意图
DTC二O .流量检测及仪表
分类 1、速度式流量计（差压式流量计、转子式流量计、电磁流量计、涡轮流量计、堰 式流量计） 2、容量式流量计（椭圆齿轮流量计（罗茨）、活塞式流量计） 3、质量流量计 4、热导式流量计
（1）、速度式流量计 （1）节流装置—包括孔板、喷嘴和文丘管 Q=K*Sqr(∆P)
过程参数仪表位号的字母代号如下：
字母
A B C D E F G H I J K L M N P Q R S T U V W
第一位字母 被测变量或初始变量
分析 喷嘴火焰 电导率 密度或重度 电压（电动势） 流量 尺度（尺寸） 手动 电流 功率 时间或时间程序 物位 水份或湿度 浓度 压力或真空 数量或件数 放射性 速度或频率 温度 多变量 拈度 重量或力
2、常用压力检测仪表
（1）弹性式压力表
①膜片
②波纹管波纹管
③弹簧管弹簧管
平薄膜 波纹膜 波纹管 单圈弹簧管 多圈弹簧管
(2)压力传感器
①应变片式压力传感 器 ②压电式压力传感器 ③压阻式压力传感器 ④电容式压力传感器 ⑤集成式压力传感器
箔式应变片
弹簧管压力表
压阻式集成传感器 检测元件示意图
化工仪表及自动化ppt课件
C
2L
ln D
d
D外电极的内径，d为内电极的外径。当 D 和 d 一
定时，电容量 C 的大小与极板的长度 L 和介质的
介电常数ε 的Leabharlann 积成比例。将探头插入被测物料中，电极浸入物料中的深度随 物位高低变化，引起电容量变化，可检测出物位。
2.液位的检测
对非导电介质液位测量的电容式液位传感器原理如下图所示。
的仪表。
按其工作原理分为
直读式物位仪表 差压式物位仪表 浮力式物位仪表 电磁式物位仪表 核辐射式物位仪表 声波式物位仪表 光学式物位仪表
二、差压式液位变送器
1.工作原理：利用容器内的液位改变时，由液柱产生的 静压也相应变化的原理而工作的。
图3-39 差压液位变送器 原理图
图3-40 压力表式液位计
迁移弹簧的作用 改变变送器的零点。
迁移和调零 都是使变送器输出的起始值与被测量起始 点相对应，只不过零点调整量通常较小，而零点迁移 量则比较大。
迁移 同时改变了测量范围的上、下限，相当于测量 范围的平移，它不改变量程的大小
举例
图3-42 正负迁移示意图
某差压变送器的测量范 围为0～5000Pa，当压差由0 变化到5000Pa时，变送器的 输出将由4mA变化到20mA， 这是无迁移的情况，如左图 中曲线a所示。负迁移如曲 线b所示，正迁移如曲线c所 示。
由端产生位移，再由齿轮放大机 构把位移变为指示值，这种温度
1—传动机构；2—刻度盘； 3—指针；计具有温包体积小，反应速度快、 4—弹簧管；5—连杆；6—接头；7— 灵敏度高、读数直观等特点
毛细管；8—温包；9—工作物质
3.辐射式温度计
辐射式高温计是基于物体热辐射作用来测量温度的仪表。 广泛用于测量高于800摄氏度的温度。
化工仪表及自动化 绪论共32页PPT
三、化工生产过程的特点
• 密闭、连续、高压、高温、深 冷、有毒、易燃、易爆。
四、实现化工生产过程自动化的 目的
• 为了实现优质、高产、低耗和 安全，必须采用自动控制系统
五、自动化技术简要发展史
• 广义的自动化，是指在人类的生产、生活 和管理的一切过程中，通过采用一定的技术 装置和策略，使得仅用较少的人工干预甚至 做到没有人工干预，就能使系统达到预期目 的的过程，从而减少和减轻了人的体力和脑 力劳动，提高了工作效率、效益和效果。由 此可见，自动化涉及到人类活动的几乎所有 领域，因此，自动化是人类自古以来永无止 境的梦想和追求目标。
• 瓦特的发明 解决了这些问题， 其蒸汽机的转速 调节系统原理如 右图所示。这是 一个典型的具有 负反馈的速度调 节系统。
• 1868年，麦克思威尔发表了著名的关于调 节器的论文，对反馈理论进行了深入的研究。 同年，法国工程师法尔科发明了反馈调节器。 至1920年，反馈理论已广泛地应用于电子放 大器中，性能有了较大的改善。1920年，美 国出现了PID调节器，并应用到化工和炼油过 程。
• 自动化技术的发展大致可分为工匠、技术化、 理论化、网络化与智能化等几个阶段。
一、工匠阶段
• 人类很早就进行了简陋自动化装置的探 索，留下了许多记载与传说，如中国的指南 车，记里鼓车，著名科学家张衡发明的混天 仪、水运气象台等。公元3世纪，希腊人发 明了水钟。另外，古代传说中的在重要位置 安放的各种暗算机关，也是早期的自动化装 置的尝试。据说，达·芬奇为路易十二制造 过供玩赏用的机器狮，可以说是最简单的机 器人了。
1、空气调节器
• 空调是一个典型的温度控制系统。 它能使室温保持恒定。室温采用空调器 进行控制时，温度变化曲线如图1所示。
化工仪表及自动化课后参考答案
第一章1.什么是化工自动化？它有什么重要意义？答:在化工设备上，配备上一些自动化装置，代替操作人员的部分直接劳动，使生产在不同程度上自动地进行，这种用自动化装置来管理化工生产过程的办法，称为化工自动化。
实现化工自动化，能加快生产速度、降低生产成本、提高产品产量和质量、减轻劳动强度、保证生产安全，为逐步地消灭体力劳动和脑力劳动之间的差别创造条件。
2.化工自动化主要包括哪些内容？答:化工生产过程自动化，一般包括自动检测、自动操纵、自动保护和自动控制等方面的内容。
3.自动控制系统怎样构成？各组成环节起什么作用？答:自动控制系统主要由两大部分组成。
一部分是起控制作用的全套自动化装置，对于常规仪表来说，它包括检测元件及变送器、控制器、执行器等；另一部分是受自动化装置控制的被控对象。
在自动控制系统中，检测元件及变送器用来感受被控变量的变化并将它转换成一种特定的信号(如气压信号或电压、电流信号等)。
控制器将检测元件及变送器送来的测量信号与工艺上需要保持的设定值信号进行比较得出偏差，根据偏差的大小及变化趋势，按预先设计好的控制规律进行运算后，将运算结果用特定的信号(如气压信号或电流信号)发送给执行器,执行器能自动地根据控制器送来的信号值相应地改变流人(或流出)被控变量的物料量或能量，克服扰动的影响，最终实现控制要求。
什么叫操纵变量？受控制器操纵的，用以克服干扰的影响，使被控变量保持设定值的物料量或能量。
（或：具体实现控制作用的变量叫做操纵变量）4.闭环控制系统与开环控制系统有什么不同？答自动控制系统按其基本结构形式可分为闭环自动控制系统和开环自动控制系统。
闭环自动控制是指控制器与被控对象之间既有顺向控制又有反向联系的自动控制。
如图1-1 ( a)即是一个闭环自动控制。
图中控制器接受检测元件及变送器送来的测量信号，并与设定值相比较得到偏差信号，再根据偏差的大小和方向，调整蒸汽阀门的开度，改变蒸汽流量，使热物料出口温度回到设定值上。
2024版华东理工大学化工自动化及仪表全50讲
03
神经网络的优缺点 分析
优点包括自学习能力强、对复杂 系统适应性好等；缺点包括训练 时间长、易陷入局部最优等。
2024/1/30
27
06
自动化仪表选型和安装注意事 项
Chapter
2024/1/30
28
自动化仪表选型原则和依据
包括精确度、稳定性、可靠性、 响应速度等，需根据实际需求进 行选择。
04
具备一定的实践能 力和创新意识，能 够运用所学知识进 行实际操作和研发。
2024/1/30
5
授课内容与安排
课程内容
包括化工自动化的基本原理、控制系统设计、常用 控制算法、仪表设备的原理及应用、自动化技术在 化工生产中的应用等。
课程安排
采用理论与实践相结合的方式，包括课堂讲授、实 验操作、案例分析、小组讨论等多种形式。
分类方法
按被测参数性质分为温度、压力、 流量、物位等仪表；按工作原理分 为机械式、电子式、智能式等仪表。
14
检测仪表原理及选型依据
检测仪表原理
利用各种物理、化学效应将被测参数 转换为可测信号，再经过放大、转换 等处理，最终输出标准信号。
选型依据
测量范围、精度等级、稳定性、可靠性、 环境适应性、经济性等。
现场总线控制系统
工业机器人
一种基于现场总线的开放式控制系统，具有 高度的灵活性和可扩展性。
一种能自动执行工作的机器装置，可应用于 化工生产过程中的搬运、装配、检测等环节。
2024/1/30
12
03
仪表分类与原理
Chapter
2024/1/30
13
仪表基本概念及分类方法
2024/1/30
仪表定义
化工仪表及自动化资料PPT课件
图6-2 直通 单座阀
7
第一节 气动执行器
（2）直通双座控制阀
阀体内有两个阀芯和阀座。
特点 流体流过的时候，不平衡力小。
缺点 容易泄漏
图6-3 直通双座阀
根据阀芯与阀座的相对位置
可分为正作用式与反作用式两种形式。
8
第一节 气动执行器
（3）角形控制阀
角形阀的两个接管呈直角形， 一般为底进侧出。
气动薄膜式执行机构有正作用和反作用两种形式。 根据有无弹簧可分为有弹簧的及无弹簧的执行机构。
6
第一节 气动执行器
2.控制机构
根据不同的使用要求，控制阀的结构形式主要有以下几种。
（1）直通单座控制阀 阀体内只有一个阀芯与阀座。
特点 结构简单、泄漏量小，易保证关闭，甚至完全切断。 缺点 在压差大的时候，流体对阀芯上下作用的推力不
种类的阀要大。不易泄漏。耐腐蚀性强，适用 于强酸、强碱、强腐蚀性介质的控制，也能用 于高黏度及悬浮颗粒状介质的控制。 注意执行机构须有足够的推力
图6-6 隔膜阀
11
第一节 气动执行器
（6）蝶阀
特点 结构简单、重量轻、价格便宜、流阻极小。 缺点 泄漏量大。
图6-7 蝶阀
12
第一节 气动执行器
（7）球阀
图6-20 控制阀在管道中的安装 1—调节阀；2—切断阀；3—旁路阀
36
第二节 电动执行器
定义
电动执行器接收来自控制器的0～10mA或4～20mA 的直流电流信号，并将其转换成相应的角位移或直行程位 移，去操纵阀门、挡板等控制机构，以实现自动控制。
分类
➢ 角行程 ➢ 直行程 ➢ 多转式
37
第二节 电动执行器
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化工仪表及自动化完整版
化工仪表及自动化：引领化工产业迈向更高效率
随着科技的不断发展，化工产业也在逐步向高效、安全、环保的方向迈进。
在这个过程中，化工仪表及自动化技术发挥着至关重要的作用。
本文将深入探讨化工仪表及自动化的应用与发展，为读者展现这一领域的美好前景。
一、化工仪表的基本概念与作用
化工仪表是指在化工产业中使用的各种测量仪器和控制系统。
这些仪表在化工生产中发挥着关键作用，能够监测各种参数，如压力、温度、流量等，从而确保生产过程的安全与稳定。
此外，化工仪表还能提高生产效率，为企业的持续发展提供有力保障。
二、化工仪表的分类与应用领域
1、温度仪表：在化工生产中，准确地控制温度至关重要。
温度仪表能够监测和记录物质在变化过程中的温度，为生产提供精确的数据支持。
2、压力仪表：压力仪表主要用于监测化工设备内的压力值，确保设备在安全范围内运行。
3、流量仪表：流量仪表用于测量化工生产中的流体流量，对于流体
性质的化工产品，如石油、液态气体等，流量仪表的作用尤为重要。
4、液位仪表：液位仪表用于监测化工设备中的液位位置，避免因液位过高或过低导致设备运行异常。
这些化工仪表广泛应用于化学、制药、石油、轻工等行业，为各个领域的生产过程提供精确的数据支持。
三、化工仪表的自动化技术及其发展现状
随着人工智能和大数据等技术的发展，化工仪表的自动化技术也在不断提升。
自动化仪表能够实现自我诊断、调整和修复等功能，大大提高了化工生产的效率和稳定性。
目前，化工仪表的自动化技术正朝着智能化、网络化和集成化的方向发展。
1、智能化：通过内置智能算法和芯片，自动化仪表能够实现自我决策和调整功能，进一步提高生产效率。
2、网络化：通过网络技术，将各个化工仪表连接起来，实现数据的实时传输和共享，为生产管理提供便利。
3、集成化：通过集成化设计，使得化工仪表具有更多的功能，减少了设备的数量和占地面积，降低了生产成本。
四、化工仪表及自动化技术面临的挑战和机遇
尽管化工仪表及自动化技术取得了显著成果，但仍面临着一些挑战。
例如，仪表的精确度和稳定性有待提高，自动化技术的普及程度还有待加强。
然而，随着科技的不断进步，化工仪表及自动化技术也将迎来更多发展机遇。
1、提高生产效率：通过优化化工仪表的设计和自动化技术，可以大幅提高生产效率。
2、加强环保：通过实时监测和分析化工生产过程中的各种数据，可以实现环保生产，减少对环境的影响。
3、促进产业升级：化工仪表及自动化技术的发展将推动化工产业的升级，提高我国化工产业的国际竞争力。
总之，化工仪表及自动化技术在提高生产效率、保障生产安全和环保等方面发挥着重要作用。
面对未来的挑战和机遇，我们应该进一步加强研发，推动这一领域的发展，为化工产业的持续发展贡献力量。