【正文】 化工儀表 原理與選型 二部儀表 李寶榮 目 錄 第一章 測量儀表基本知識 第二章 壓力測量儀表 第三章 流量測量儀表 第四章 物位測量儀表 第五章 溫度測量儀表 第六章 自動成份分析儀表 第七章 自動控制儀表 第八章 執(zhí)行器 第一章 測量儀表基本知識 第一節(jié)：化工自動化儀表的發(fā)展 ? 化工儀表及自動化 ,最早出現(xiàn)在四十年代 ,那時(shí)的儀表體積大 ,精度低。 ? 六十年后半期 ,隨著半導(dǎo)體和集成電路的進(jìn)一步發(fā)展 ,自動化儀表便向著小體積、高性能的方向迅速發(fā)展，并實(shí)現(xiàn)了用計(jì)算機(jī)作數(shù)據(jù)處理的各種自動化方案。 ? 七十年代以來 ,儀表和自動化技術(shù)又有了迅猛的發(fā)展 ,新技術(shù)、新產(chǎn)品層出不窮 ,多功能組裝式儀表也投入運(yùn)行 ,特別是微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展，在化工自動化技術(shù)工具中發(fā)揮了巨大作用。 ? 1975年出現(xiàn)了以微處理器為基礎(chǔ)的過程控制儀表：集中分散型控制系統(tǒng) ,把自動化技術(shù)推到了一個更高的水平。電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展 ,也促進(jìn)了常規(guī)儀表的發(fā)展 ,新型的數(shù)字儀表 ,自動化儀表 ,程序控制器 ,調(diào)節(jié)器等也不斷投入使用。 第二節(jié)：化工自動化儀表的分類 化工自動化儀表的分類方法很多 ,根據(jù)不同原則可以進(jìn)行相應(yīng)的分類。 ? 按儀表所使用的能源分類：可以分為氣動儀表、電動儀表和液動儀表 (很少見 )。 ? 按儀表組合形式：可以分為 基地式儀表 :將 測量 、 顯示 、 控制 等各部分集中組裝在一個表殼里，從而形成 一個整體，并且可就地安裝的的一類儀表。 單元組合儀表 :以統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號，將對參數(shù)的測量、變送、顯示及控制等各種能夠獨(dú)立工作的單元儀表（簡稱單元，例如變送單元、顯示單元、控制單元等）相互聯(lián)系而組合起來的一種儀表 綜合控制裝置 : ? 按儀表安裝形式 :可以分為現(xiàn)場儀表、盤裝儀表和架裝儀表 (架裝儀表是針對常規(guī)儀表的盤裝表而言，不需要操作的儀表就裝成架裝儀表，需要操作的安裝成盤裝儀表 ) 。 ? 根據(jù)儀表信號的形式：可分為模擬儀表和數(shù)字儀表等等。 第三節(jié)：化工自動化控制儀表優(yōu)勢功能 化工自動化控制儀表，主要特點(diǎn)是采用先進(jìn)的微電腦芯片及技術(shù) ,減小了體積 ,并提高了可靠性及抗干擾性能。實(shí)現(xiàn)真正的以逸待勞的目的。 ? 儀表有了可編程功能 計(jì)算機(jī)的軟件進(jìn)入儀表 ,可以代替大量的硬件邏輯電路 ,這叫硬件軟化。特別是在控制電路中應(yīng)用一些接口芯片的位控特性進(jìn)行一個復(fù)雜功能的控制 ,其軟件編程很簡單 (即可以用存儲控制程序代替以往的順序控制 ) 。而如果帶之以硬件 ,就需要一大套控制和定時(shí)電路。所以軟件移植入儀器儀表可以大大簡化硬件的結(jié)構(gòu) ,代替常規(guī)的邏輯電路。 ? 儀表有了記憶功能 以往的儀表采用組合邏輯電路和時(shí)序電路 ,只能在某一時(shí)刻記憶一些簡單狀態(tài) ,當(dāng)下一狀態(tài)到來時(shí) ,前一狀態(tài)的信息就消失了。但微機(jī)引入儀表后 ,由于它的隨機(jī)存儲器可以記憶前一狀態(tài)信息 ,只要通電 ,就可以一直保存記憶 ,并且可以同時(shí)記憶許多狀態(tài)信息 ,然后進(jìn)行重現(xiàn)或處理。 ? 儀表有了計(jì)算功能 由于自動化儀表內(nèi)含微型計(jì)算機(jī) ,因此可以進(jìn)行許多復(fù)雜的計(jì)算 ,并且具有很高的精度。在自動化儀表中可經(jīng)常進(jìn)行諸如乘除一個常數(shù)、確定極大和極小值、被測量的給定極限檢測等多方面的運(yùn)算和比較。 ? 儀表有了數(shù)據(jù)處理的功能 在測量中常常會遇到線性化處理、自檢自校、測量值與工程值的轉(zhuǎn)換以及抗干擾問題。由于有了微處理器和軟件 ,這些都可以很方便的用軟件來處理 ,一方面大大減輕了硬件的負(fù)擔(dān) ,又增加了豐富的處理功能。自動化儀表也完全可以進(jìn)行檢索、優(yōu)化等工作。 第二章 壓力測量儀表 第一節(jié)： 壓力單位 ? 國際單位制（ SI） 帕（ Pa）， ? 工程大氣壓 at ? 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓 atm ? 毫米汞柱 mmHg ? 毫米水柱 mmH2O 1Pa=1牛 /米 2（ N/m2） 1Mpa=1 105Pa 1 公斤力 /厘米 2(kgf/cm2) = MPa 1 巴 (bar) = MPa 1 毫米水柱 (mmH2O) = 106 MPa 1 毫米水銀柱 (mmHg) = 103 MPa 1 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓 (atm) = MPa 第二節(jié)：彈性式壓力計(jì) ? 測壓原理： 各種彈性元件在被測介質(zhì)壓力作用下會產(chǎn)生彈性變形。 ? 特點(diǎn)及適用場合： 結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜、測壓范圍寬，測量精度也比較高，在生產(chǎn)過程中獲得了最廣泛的應(yīng)用。 第三節(jié)：電氣式壓力計(jì) ? 測壓原理： 把壓力轉(zhuǎn)換為電阻、電容、電感或電勢等電量，從而實(shí)現(xiàn)壓力的間接測量。 ? 特點(diǎn)及適用場合： 反應(yīng)較快，測量范圍較廣、精度可達(dá) ％，便于遠(yuǎn)距離傳送。所以在生產(chǎn)過程中可以實(shí)現(xiàn)壓力自動檢測、自動控制和報(bào)警，適用于測量壓力變化快、脈動壓力、高真空和超高壓的場合。 第四節(jié)：智能型壓力變送器 ? 高可靠性的微控制器及高精度溫度補(bǔ)償； ? 將被測介質(zhì)的壓力信號轉(zhuǎn)換成 4~20mADC標(biāo)準(zhǔn) 信號疊加 HART數(shù)字信號； ? 支持現(xiàn)場總線基于現(xiàn)場控制； ? 具有完整的自診斷功能和通訊功能； ? 零點(diǎn)自動遷移，零點(diǎn)量程外部可調(diào)； ? 通過手持器和 PC機(jī)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理。 第五節(jié)：壓力計(jì)的選用 ?壓力檢測儀表的選擇主要包括儀表的型式、量程范圍、精度與靈敏度、外形尺寸以及是否需要遠(yuǎn)傳和其他功能，如指示、記錄、報(bào)警控制等； ?必須滿足工藝生產(chǎn)過程的要求，包括量程與精度； ?必須考慮被測介質(zhì)的性質(zhì)，如溫度高低、工作壓力大小、粘度、易燃易爆程度等； ?必須注意儀表安裝使用的現(xiàn)場環(huán)境條化，如環(huán)境溫度、電磁場、振動等。 第三章 流量測量儀表 第一節(jié)：概述 ?流量概念 指單位時(shí)間內(nèi)流過管道某一截面的流體的體積，即瞬時(shí)流量。 ?流量的兩種表示方法： 體積流量 Q單位時(shí)間內(nèi)通過管道某一截面的物料體積（ m3/h） 質(zhì)量流量 M單位時(shí)間內(nèi)通過管道某一截面物料的質(zhì)量（ kg/h） 第二節(jié)：差壓式流量計(jì) ? 測量原理：在氣體的流動管道上裝有一個節(jié)流裝置，其內(nèi)裝有一個孔板，中心開有一個圓孔，其孔徑比管道內(nèi)徑小，氣體流過孔板時(shí)由于孔徑變小，截面積收縮，使穩(wěn)定流動狀態(tài)被打亂，因而流速將發(fā)生變化，速度加快，氣體的靜壓隨之降低，于是在孔板前后產(chǎn)生壓力降落，即差壓（孔板前截面大的地方壓力大，通過孔板截面小的地方壓力小）。差壓的大小和氣體流量有確定的數(shù)值關(guān)系，即流量大時(shí)，差壓就大，流量小時(shí)，差壓就小。流量與差壓的平方根成正比。 1節(jié)流元件 2引壓管路 3三閥組 4差壓計(jì) ?優(yōu)點(diǎn) : ? 應(yīng)用最多的孔板式流量計(jì)結(jié)構(gòu)牢固 ,性能穩(wěn)定可靠 ,使用壽命長 。 ?應(yīng)用范圍廣泛 ,至今尚無任何一類流量計(jì)可與之相比擬 。 ?檢測件與變送器、顯示儀表分別由不同廠家生產(chǎn) ,便于規(guī)模經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)。 ?缺點(diǎn) : ?測量精度普遍偏低 。 ?范圍度窄 ,一般僅 3:1~4:1。 ?現(xiàn)場安裝條件要求高 。 ?壓損大 (指孔