石油化工过程自动化及仪表培训讲义

自动化及仪表培训讲义 第一章 仪表的分类与误差 第一节 仪表的分类 检测和过程控制仪表的分类方法很多，根据不同的原则可以作进行相应的分类。例如按仪表使用的能源分，可以分为气动仪表和电动表和液动仪表；根据仪表的组合形式可以分为基地式仪表，单元组合仪表和综合控制装置；按仪表的安装形式可以分为现场仪表；盘装仪表和架装仪表；根据仪表有否引入微处理器又可以分为智能仪表和非智能仪表，根据仪表的信号又可以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仪表的测量和控制系统中的作用来划分的一般可发划分为检测仪表、显示仪表、调节仪表和执行器四大类，见表1 .1所示。 检测仪表根据其测量变量的不同，又可以分为温度检测仪表、流量检测仪表、压力检测仪表、物位检测仪表和分析仪表。 表1.1 检测与过程控制仪表分类表 按功能 按被测变量 按工作原理或结构形式 按组合形式 按能源 其它 检测仪表 压力 温度 流量 物位 成分 液柱式,弹性式,活塞式 膨胀式，热电偶，热电阻，光学，辐射 节流式， 容积式，速度式，靶式，电磁，旋涡 转子式， 直读，浮力，静压，电学，声波，辐射，光学 PH，氧分析，色谱，红外，紫外 单元组合 单元组合 单元单元 单元组合 单元组合 电 、气 电 、气 电 、气 电 气 智能 智能 智能 智能 智能 显示仪表 模似和数字 指示和记录 动圈，自动平衡电桥，电位差计 电、气 单点、多点、打印， 记录 调节(控制)仪表 自力式 组装式 可编程 基地式 单元组合 气动 电动 执行器 执行机构 薄膜、活塞、长行程、其它 执行机构和阀可以进行各种组合 气、电、液 阀 直通单座，直通双座，套筒（笼式）球阀，蝶阀，隔膜，偏心旋转，角形，三通，阀体分离 直线、对数、抛物线、快开 显示仪表根据记录和指示、模拟与数字等功能，又可以分为记录仪表和指示仪表、模拟仪表和数显仪表，其中记录仪表又可以分为单记录和多点记录，有纸和无纸记录等。 调节仪表又可以分为基地式调节仪表和单元组合式调节仪表。 第二节 仪表的一些主要技术性能 在工程上，仪表的一些重要参数常用精度、绝对误差和相对误差和灵敏度等来表示，以下分别来介绍这些参数的含义 真值：变量本身所具有真实的值，也是一个无法得到的值，所以在计算误差时，用约定真值和相对真值来代替。 约定真值是一个接近真值的值，对一个数作 N次测量，把测量的平均值作为约定真值，而相对真值是当高一级的标准器误差仅为低一级的1/3~1/20时，可以把高一级标准仪器作为低一级相对真值。 绝对误差是测量值与真值之差，即绝对误差=测量值—真值 绝对误差 仪表示值 相对误差= *100% 相对误差是绝对误差与被测值之比，常用绝对误差与仪表示值之比，以百分数表示，即: 绝对误差 仪表量程 引用误差= *100% 引用误差是绝对误差与量程之比 ,即： 仪表的精度是用根据引用误差来划分的。 举例：某一压力表，刻度为0—100KPa，在50 KPa 处计量检定数值为49.5 KPa 求在50 KPa处仪表示值的绝对误差，相对误差和示值引用误差。 解：仪表示值的绝对误差=50—49.5=0.5 KPa 仪表示值的相对误差0.5/50X100%=1% 仪表示值的引用误差0.5/100X100%=0.5% 仪表示值的相对误差0.5/50X100%=1% 被测参数 上行 下行 仪表示值 变差:指仪表的被测变量(可以理解为输入信号)多次从不同方向达到同一数值， 仪表指示的最大差值,或者说,仪表在外界条件不变的情况下,被测参数由小到大变化(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，二者之差即为仪表变差。如下图所示： 仪表的精度等级是按国家统一规定的允许误差划分为若干个等级，因此仪表的精度等级与仪表的允许误差的大小有关。根据仪表的允许误差去掉“±”号及“%”后的数值，可以来确定仪表的精度等级。目前我国生产的仪表，常用精度有0.1；0.2；0.3；0.5；1.0；1.5；2.5；4.0等。一般仪表的数值越小，仪表的精度越高。工业现场用的仪表，其精度大多数为0.1；0.2；0.5；1.0；1.5；2.5；4.0级。如果某台仪表允许误差为±1.5%，则认为该表的精度等级为1.5级。如已求得某两台仪表的允许误差为±1.5%和±1.8%，则此两台仪表的精度应分别为1.5级和2.5级。 仪表的精度等级一般可用不同的符号形式标志在仪表上，如： 1.5 0.5 1.0 由于仪表的误差还与其它使用条件有关，故还需了解基本误差附加误差的概念。 仪表的基本误差是指仪表在规定的正常的工作条件（如环境温度、湿度、振动、电源电压、电场、和磁场等）下允许误差。所以一台合格的仪表，其基本误差应小于或等于允许误差。 附加误差是指仪表在非正常工作条件下使用时，除基本误差外，还会产生的误差。所以仪表的质量指标并不能完全代表测量结果的质量，也就是说，一台高质量的仪表，如果使用不当，也会得出不正确的测量结果。 下面将分别叙述压力、流量、液位、温度等工艺参数常用测量元件和变送器作介绍。 第二章 压力的测量方法及仪表 第一节 概述 在石油化工生产过程中，经常会碰到压力和真空的测量问题。例如，高压聚乙烯要在150MPa或更高的压力下进行聚合；氢气和氮气要在32MPa下合成为氨；炼油厂的减压蒸馏要在很高的真空条件下进行；特别在化学反应比较强烈的场合，压力既影响物料的平衡关系，也影响化学反应速度。因此，压力的测量和控制是保证工艺要求、设备完全经济运行的必要条件。 目前，我国在工程上习惯把压力理解为物理概念中的压强，即垂直单位面积上力。 根据国际单位制（代号为SI）规定，压力单位为帕斯卡，简称（Pa），1帕即为1牛顿的力作用在1平方米面积上产生的压力。 帕所代表的压力较小，工程上常用MPa作为压力单位，MPa与Pa之间的关系为： 1MPa=1×106Pa 由于各个国家的传统习惯不同，使用的测压仪表也不同，压力的单位除了现在国际上统一的计量单位，即MPa、Kpa和Pa外，还沿用其它许多单位，如kgf/cm2 、mmHg、mmH2O、atm（标准大气压）Psi等一、二十种之多，在德国和欧美一些国家，还用bar（巴）表示压力单位，它不是我国的法定的计量单位，它们之间的关系为：1bar=100Kpa。 过去我国使用的压力的单位也比较多，根据1984年2月27日“国务院关于在我国统一实行法定计量单位的命令”的规定后，有些单位将不再使用。但为了了解法定计量单位中的压力单位（Pa或MP