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1、過程控制儀表及裝置 湖北科技職業(yè)學(xué)院 朱婷 E-MAIL： 1.過程控制儀表與控制系統(tǒng)的關(guān)系 自動(dòng)控制： 是指在沒有人直接參與的情況下，利用外加的設(shè)備或裝置（稱 為過程控制儀表或裝置），使被控對象的工作狀態(tài)或參數(shù) （壓力、物位、流量、溫度、 pH值等）自動(dòng)的按照預(yù)定的 程序運(yùn)行。 過程控制儀表： 是實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過程自動(dòng)化的重要工具，它被廣泛地應(yīng)用于石 油、化工等各工業(yè)部門。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，過程檢測儀表 將被控變量轉(zhuǎn)換成電信號或氣壓信號后，除了送至顯示儀表 進(jìn)行指示和記錄外，還需送到控制儀表進(jìn)行自動(dòng)控制，從而 實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化，使被控變量達(dá)到預(yù)期的要求。 過程控制儀表包括變送器、調(diào)節(jié)器（

2、也叫控制器）、 執(zhí)行器、操作器，以及可編程調(diào)節(jié)器等各種新型控 制儀表及裝置。 進(jìn)料 液位變送器 控制器 操作器 顯示器 出料 給定值 執(zhí)行器 自動(dòng)化裝臵 圖 1 儲罐液位自動(dòng)控制系統(tǒng) 生產(chǎn)中與生活中通過過程控制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的例子： 卷煙廠的防潮系統(tǒng) 家用空調(diào) 2.過程控制儀表的發(fā)展和分類 1)發(fā)展 60年代：就地分散控制 檢測和控制儀表：普遍采用基地式儀表和部分單元組合儀表（多數(shù)是氣動(dòng) 儀表）。 目的：實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)的穩(wěn)定操作。 70年代：集中控制（一些工廠、企業(yè)實(shí)現(xiàn)了車間或大型裝置）。 使用儀表： DDZ DDZ DDZ 電動(dòng)單元組合儀表 氣動(dòng)單元組合儀表 QDZ QDZ QDZ 80年代至今：

3、 集散控制系統(tǒng)（ DCS全名 Distributed Control System ）。 特點(diǎn)：集中管理，分散控制。 儀表使用：微處理器、微機(jī)與傳統(tǒng)儀表 相結(jié)合的過程控制儀表（數(shù)字調(diào)節(jié)器或可編程序調(diào)節(jié)器）。 2)分類 控制儀表可按能源、信號類型、結(jié)構(gòu)形式來分類 （ 1）按應(yīng)用能源分類：氣動(dòng)、液動(dòng)、液動(dòng)等 氣動(dòng)控制儀表的特點(diǎn) ：結(jié)構(gòu)簡 單，性能穩(wěn)定可靠，維護(hù)方便， 價(jià)格便宜，并且具有本質(zhì)安全 防爆性能，特別適用于石油、 化工等有爆炸危險(xiǎn)的場所。 電動(dòng)控制儀表的特點(diǎn) ： 可以實(shí)現(xiàn)無滯后的 遠(yuǎn)距離傳送，同時(shí)又具有能源簡單、便于 和計(jì)算機(jī)配合的特點(diǎn)。由于采取安全火花 防爆措施解決了防爆問題，電動(dòng)儀表同

4、樣 也能應(yīng)用于易燃易爆的危險(xiǎn)場所，因此在 工業(yè)生產(chǎn)過程中得到越來越廣泛的應(yīng)用。 （ 2）按信號類型分類：模擬式、數(shù)字式 數(shù) 字 式 它以微型計(jì)算機(jī)為核心，功能完善，性 能優(yōu)越，能解決模擬式儀表難以解決的問 題，滿足現(xiàn)代生產(chǎn)過程的高質(zhì)量控制要求。 它可實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)過程、斷續(xù)生產(chǎn)過程的 控制，也可以通過在 PLC中加入 PID等控制 功能，實(shí)現(xiàn)批量控制。 模擬式 傳輸信號通常為連續(xù)變化的模擬量，其 線路簡單，操作方便，價(jià)格較低 基地式儀表 （ 3）按結(jié)構(gòu)形式分類：基地式、單元組合式、組裝式、數(shù) 字控制式、集散控制、現(xiàn)場總線控制。 以指示、記錄儀表為主體，附加某些控制機(jī)構(gòu)而組成。 基地式控制儀表特點(diǎn)

5、： 般結(jié)構(gòu)比較簡單、價(jià)格便宜它 不僅能對某些工藝變量進(jìn)行指示或記錄，而已還具有控制 功能，因此它比較適用于單變量的就地控制系統(tǒng)。 目前常使用的 XCT系列動(dòng)圈式控制儀表和 TA系列簡易式調(diào)節(jié) 器即屬此類儀表。 單元組合式控制儀表 將整套儀表劃分成能獨(dú)立實(shí)現(xiàn)一定功能的若干單元，各單 元之間采用統(tǒng)一信號進(jìn)行聯(lián)系。使用時(shí)可根據(jù)控制系統(tǒng)的需 要，對各單元進(jìn)行選擇和組合，從而構(gòu)成多種多樣的、復(fù)雜 程度各異的自動(dòng)檢測和控制系統(tǒng)。特點(diǎn)：使用靈活，通用性 強(qiáng)，同時(shí)，使用、維護(hù)更作也很方便。它適用于各種企業(yè)的 自動(dòng)控制。 廣泛使用的單元組合式控制儀表有電動(dòng)單元組合儀表 (DDZ型 )和氣動(dòng)單元組合儀表 (QDZ

6、型 )。 組裝式綜合控制裝臵： 單元組合儀表的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種成套儀表裝臵， 結(jié)構(gòu)上包括控制機(jī)柜和顯示操作盤兩部分，它的主要特 點(diǎn)是功能分離，結(jié)構(gòu)組件化，特別適用于要求組成各種 復(fù)雜控制和集中顯示操作的大、中型企業(yè)的過程控制系 統(tǒng)。 數(shù)字式控制儀表 以數(shù)字計(jì)算機(jī)為核心的數(shù)字控制儀表。其外形結(jié)構(gòu)、面板 布臵保留了模擬式儀表的一些特征，但其運(yùn)算、控制功能更 為豐富，通過組態(tài)可完成各種運(yùn)算處理和復(fù)雜控制。 集散控制系統(tǒng) DCS:以 CPU為核心，在 4C技術(shù)（即 control、 computer、 communication、 CRT陰極射線管顯象技術(shù)）迅速發(fā)展基礎(chǔ)上 發(fā)展而來。 將集中于一臺

7、計(jì)算機(jī)完成的任務(wù)分派給各個(gè)微型過程控制計(jì) 算機(jī)，再配上數(shù)字總線以及上一級過程控制計(jì)算機(jī)，組成各 種各樣的，能適應(yīng)于不同過程的、積木式分級分布式計(jì)算機(jī) 控制系統(tǒng) . 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) 以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)和現(xiàn)代儀器儀表 技術(shù)的最新發(fā)展成果 .現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的出現(xiàn)引起了傳統(tǒng) 技術(shù)結(jié)構(gòu)和設(shè)備的根本性變革 ,它將具有數(shù)字通信能力的現(xiàn) 場智能儀表連成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) ,并同上一層監(jiān)控級、管理級連接 起來成為全分布式的新型控制網(wǎng)絡(luò) . 3.本課程的任務(wù)和學(xué)習(xí)方法 1)本課程的任務(wù) 2)本課程的學(xué)習(xí)方法 第一章 過程控制儀表的基本知識 1.1過程控制儀表的信號制式 1.2電動(dòng)儀表信號標(biāo)準(zhǔn)的使用 1

8、.3過程控制儀表防爆的基本知識 1.4過程控制儀表的型號命名 1.5過程控制儀表的分析方法 1.1過程控制儀表的信號制式 1.1.1信號制式 : 信號標(biāo)準(zhǔn) ,是指儀表之間采用的傳輸信號的類型和數(shù)值 . 1.1.2信號標(biāo)準(zhǔn) 1.氣動(dòng)儀表的信號標(biāo)準(zhǔn) 2.電動(dòng)儀表的信號標(biāo)準(zhǔn) 1.2電動(dòng)儀表信號標(biāo)準(zhǔn)的使用 1.2.1采用 420mA DC電流信號傳送 1.采用直流電流信號的優(yōu)點(diǎn) （ 1）直流電流信號比交流電流信號干擾小 .交流電流信號容易 產(chǎn)生交變電磁場的干擾 ,對附近儀表和電路有影響 ,并且如果 混入的外界交流干擾信號和有用信號形式相同時(shí)難以濾除 . 另外電流源內(nèi)阻無窮大，導(dǎo)線電阻串聯(lián)在回路中不影響

9、精度， 在普通雙絞線上可以傳輸數(shù)百米。 （ 2）直流電流信號對負(fù)載的要求簡單 .交流電流信號有頻率和 相位的問題 ,對負(fù)載的感抗和容抗敏感 ,使得影響因素增多 . （ 3）電流比電壓更利于遠(yuǎn)傳信息 .如果采用電壓形式傳送信息 , 當(dāng)負(fù)載電阻較小且進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸時(shí) ,導(dǎo)線上的電壓降會引 起誤差 . 2.采用 420mA DC電流信號傳送的理由 （ 1）儀表的電器零點(diǎn)是 4mA，不與機(jī)械零點(diǎn)重合。上限取 20mA是因?yàn)榉辣囊螅?20mA的電流通斷引起的火花能 量不足以引燃瓦斯。下限沒有取 0mA的原因是為了能檢測 斷線：正常工作時(shí)不會低于 4mA，當(dāng)傳輸線因故障斷路， 環(huán)路電流降為 0。常取

10、2mA作為斷線報(bào)警值。 （ 2）在現(xiàn)場使用兩線制變送器不僅節(jié)省電纜，布線方便，而 且還便于使用安全柵，有利于安全防爆。 兩線制的基本知識 兩線制是指現(xiàn)場變送器與控制室儀表聯(lián)系僅用兩根導(dǎo)線， 這兩根線既是電源線，又是信號線。兩線制與三線制 (一根 正電源線，兩根信號線 ,其中一根共 GND) 和四線制 (兩根正 負(fù)電源線，兩根信號線 ,其中一根 GND)相比，兩線制的優(yōu)點(diǎn) 是： 1、不易受寄生熱電偶和沿電線電阻壓降和溫漂的影響， 可用非常便宜的更細(xì)的導(dǎo)線；可節(jié)省大量電纜線和安裝費(fèi)用； 2、在電流源輸出電阻足夠大時(shí)，經(jīng)磁場耦合感應(yīng)到導(dǎo)線 環(huán)路內(nèi)的電壓，不會產(chǎn)生顯著影響，因?yàn)楦蓴_源引起的電流 極小，

11、一般利用雙絞線就能降低干擾；兩線制與三線制必須 用屏蔽線 ,屏蔽線的屏蔽層要妥善接地。 3、電容性干擾會導(dǎo)致接收器電阻有關(guān)誤差，對于 4 20mA兩 線制環(huán)路，接收器電阻通常為 250（取樣 Uout=1 5V）這 個(gè)電阻小到不足以產(chǎn)生顯著誤差，因此，可以允許的電線長 度比電壓遙測系統(tǒng)更長更遠(yuǎn)； 4、各個(gè)單臺示讀裝置或記錄裝置可以在電線長度不等的不同 通道間進(jìn)行換接，不因電線長度的不等而造成精度的差異， 實(shí)現(xiàn)分散采集，分散式采集的好處就是：分散采集，集中控 制 5、將 4mA用于零電平，使判斷開路與短路或傳感器損壞 （ 0mA狀態(tài)）十分方便。 6 、在兩線輸出口非常容易增設(shè)一兩只防雷防浪涌器件

12、 ,有利于 安全防雷防爆。 3.采用直流電流信號需要注意的問題 （ 1）采用電流傳送信息，接收端的儀表必須是低阻抗的。如 果有多個(gè)儀表接受同一個(gè)電流信息，它們必須是串聯(lián)的。 （ 2）串聯(lián)連接的任何一個(gè)儀表在拆離信號回路之前首先要把 該儀表的兩端短接，否則其他儀表會因電流中斷而失去信號。 （ 3）各個(gè)接收儀表一般都應(yīng)懸空工作，否則會引起信號混亂。 1.2.2采用 1-5V DC電壓信號實(shí)現(xiàn)控制室內(nèi)部儀表間聯(lián)絡(luò) (1)用電壓信號傳送的信息可以采用并聯(lián)連接方式 ,使同一個(gè)電 壓信號為多個(gè)儀表所接收 .在控制室內(nèi)部 ,各儀表之間的距離 不遠(yuǎn) ,適合采用 1-5V DC電壓作為儀表之間的相互聯(lián)絡(luò)信號 .

13、 (2)任何一個(gè)儀表拆離信號回路都不會影響其他儀表的運(yùn)行 . (3)各個(gè)儀表既然并聯(lián)在同一信號線上 ,當(dāng)信號源負(fù)極接地時(shí) , 各儀表內(nèi)部電路對地有同樣電位 ,這不僅解決了接地問題 ,而 且各儀表可共用一個(gè)直流電源 . 1.2.3 控制系統(tǒng)儀表之間的典型連接方式 穩(wěn)壓電源 信號 信號 4-20mA 4-20mA 轉(zhuǎn)換器 1-5V DC 現(xiàn)場 控制室 圖 1.1控制系統(tǒng)儀表之間的典型連接方式 1.3過程控制儀表防爆的基本知識 防爆的意義 : 在石油、化工等工業(yè)部門中 ,某些生產(chǎn)場所存在著易燃易爆的固 體粉塵、氣體或蒸汽 ,它們與空氣混合成為具有火災(zāi)或爆炸 危險(xiǎn)的混合物 ,使其周圍空間成為具有不同程

14、度爆炸危險(xiǎn)的 場所 .安裝在這些場所的檢測儀表和執(zhí)行器 ,如果產(chǎn)生的火花 火熱效應(yīng)能量點(diǎn)燃危險(xiǎn)混合物 ,則會引起火災(zāi)或爆炸 .因此 ,用 于這些場所的儀表和控制系統(tǒng) ,必須具有防爆性能 . 1.3.1 防爆儀表的標(biāo)準(zhǔn) 防爆表必須符合國家標(biāo)準(zhǔn) GB3836.1 2000 爆炸性氣體環(huán) 境用電氣設(shè)備 第一部分 :通用要求 的規(guī)定 . 1.防爆表的分類 按照國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定 ,防爆電氣設(shè)備分為兩大類 . 類 :煤礦用電器設(shè)備 . 類 :除煤礦外的其他爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備 . 其中 類電氣設(shè)備又分為八種類型 .這八種類型及其標(biāo)志為 :d- 隔爆型 ;e-增安全型 ;i-本質(zhì)安全型 ;p-正壓型 ;o

15、充油型 ;q-充 沙型 ;n-無火花型 ;s-特殊型 . 電動(dòng)儀表主要有隔爆型 (d)和本質(zhì)安全型 (i)兩種 . 2.防爆表的分級和分組 引起爆炸的原因 : (1)儀表產(chǎn)生能量過高的電火花或儀表內(nèi)部因故障產(chǎn)生火焰通 過表殼的縫隙引燃儀表外的氣體或蒸汽 ; (2)儀表過高的表面溫度 . 根據(jù)原因?qū)?類防爆儀表進(jìn)行了分級和分組 (表 1.1) 對隔爆型的電氣設(shè)備 ,易燃易爆氣或蒸汽按最大試驗(yàn)間隙進(jìn)行 分級 ;對于本質(zhì)安全型的 ,按照最小點(diǎn)燃電流與實(shí)驗(yàn)室用甲烷 的小點(diǎn)燃電流的比值進(jìn)行分級 . 最大試驗(yàn)安全間隙 ;maximum experimental safety gap;(MESG) 在規(guī)定試

16、驗(yàn)條件下，兩個(gè)經(jīng)長 25mm的間隙連通 的容器，一個(gè)容器內(nèi)燃爆時(shí)不致引起另一個(gè)容器內(nèi) 燃爆的最大連通間隙。中國規(guī)定氣體、蒸氣危險(xiǎn)物 質(zhì)按最大試驗(yàn)安全間隙分為 A級， B級和 C級。 甲烷 (I類爆炸危險(xiǎn)物質(zhì) )的最大試驗(yàn)安全間隙為 1.14mm。最大試驗(yàn)安全間隙 1.14mm， 0.0mm 的為 A級； 0.9mm， 0.5mm的為 B級； 0.5mm的為 C級。 最小點(diǎn)燃電流比 ;minimum ignition current ratio;MICR 在規(guī)定試驗(yàn)條件下，氣體、蒸氣爆炸性混合物 的最小點(diǎn)燃電流與甲烷爆炸性混合物的最小點(diǎn)燃電 流之比。中國規(guī)定氣體、蒸氣危險(xiǎn)物質(zhì)按最小點(diǎn)燃 電流比分

17、為 A級， B級和 C級。最小點(diǎn)燃電流 比 1.0， 0.8的為 A級； 0.8， 0.45的為 B級； 0.45的為 C級。例如，乙烷、乙烯、乙炔分別為 A級， B級， C級危險(xiǎn)物質(zhì)。 3.防爆表的標(biāo)志 防爆儀表的防爆標(biāo)志為 ” Ex”;儀表的防爆等級標(biāo)志的順序?yàn)?: 防爆型式 ,類別 ,級別 ,溫度組別 . 舉例 :ia CT 5 表明此儀表為本質(zhì)安全型的 a類 ,易燃易爆氣體的等級為 C 最高表面溫度級別為 T5 控制儀表和控制系統(tǒng)有什么關(guān)系？ 答：過程控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化的平臺 ,而過程控制儀表是過程控 制系統(tǒng)不可缺少的重要組成部分。 什么是信號制？控制系統(tǒng)儀表之間采用何種連接

18、方式最佳？為什么？ 答：信號制即信號標(biāo)準(zhǔn)，是指儀表之間采用的傳輸信號的類型和數(shù)值。 控制系統(tǒng)儀表之間采用 4 20mADC直流電流信號傳送，現(xiàn)場變送器和控 制室儀表之間采用串聯(lián)連接方式。電流信號便于遠(yuǎn)距離傳送，不僅節(jié)省 電纜、布線方便，而且還便于使用安全柵，有利于安全防爆。 采用 1 5VDC直流電壓信號實(shí)現(xiàn)控制室內(nèi)部儀表間聯(lián)絡(luò)。用電壓信號傳送 的信息可以采用并聯(lián)連接方式，使同一個(gè)電壓信號為多個(gè)儀表所接收。 在控制室內(nèi)，各儀表之間的距離不遠(yuǎn)，適合采用 1 5VDC直流電壓作為 儀表之間的互相聯(lián)絡(luò)信號；任何一個(gè)儀表拆離信號回路都不會影響其它 儀表的運(yùn)行；各個(gè)儀表既然并聯(lián)在同一信號線上，當(dāng)信號源負(fù)

19、極接地時(shí)， 各儀表內(nèi)部電路對地有同樣的電位，這不僅解決了接地問題，而且各儀 表可以共用一個(gè)直流電源。 （ 3）防爆儀表與易燃易爆氣體或蒸汽之間有何對應(yīng)關(guān)系？ 答：防爆儀表的分級和分組，是與易燃易爆氣體或蒸汽的分級和分組相對 應(yīng)的。儀表的防爆級別和組別，就是儀表能適應(yīng)的某種爆炸性氣體混合 物的級別和組別，即對于教材表 1.3中相應(yīng)級、組之上方和左方的氣體 或蒸汽的混合物均可以防爆。 1.3.2 控制儀表防爆措施 1.隔爆型防爆儀表 隔爆又稱耐壓防爆，它把能點(diǎn)燃爆炸混合物的儀表部件 封閉在一個(gè)外殼內(nèi)，該外殼特別牢固，能承受內(nèi)部爆炸性混 合物的爆炸壓力，并阻止向殼外的爆炸性混合物傳爆。這就 是說，隔

20、爆型儀表的殼體內(nèi)部是可能發(fā)生爆炸的，但不會傳 到殼體外面來，因此這種儀表的各部件的接合面，如儀表蓋 的螺紋圈數(shù)，螺紋精度，零點(diǎn)，量程調(diào)整螺釘和表殼之間， 變送器的檢測部件和轉(zhuǎn)換部件之間的間隙，以及導(dǎo)線口等， 都有嚴(yán)格的防爆要求。 隔爆型儀表除了較笨重外，其他比較簡單，不需要如安 全柵之類的關(guān)聯(lián)設(shè)備。但是在打開表蓋前，必須先把電源關(guān) 掉，否則萬一產(chǎn)生火花，便會暴露在大氣之中，從而出現(xiàn)危 險(xiǎn)。 2.本質(zhì)安全型防爆儀表 本質(zhì)安全型防爆儀表又叫安全火花型防爆儀表。它的特 點(diǎn)是儀表在正常狀態(tài)下和故障狀態(tài)下，電路、系統(tǒng)產(chǎn)生的火 花和達(dá)到的溫度都不會引燃爆炸性混合物。它的防爆主要由 以下措施來實(shí)現(xiàn)： 采用新

21、型集成電路元件等組成儀表電路，在較低的工作 電壓和較小的工作電流下工作； 用安全柵把危險(xiǎn)場所和非危險(xiǎn)場所的電路分隔開，限制 由非危險(xiǎn)場所傳遞到危險(xiǎn)場所去的能量； 儀表的連接導(dǎo)線不得形成過大的分布電感和分布電容， 以減少電路中的儲能。 本質(zhì)安全型儀表的防爆性能，不是采用通風(fēng)、充氣、充油、 隔爆等外部措施實(shí)現(xiàn)的，而是由電路本身實(shí)現(xiàn)的，因而是本 質(zhì)安全的。它能適用于一切危險(xiǎn)場所和一切爆炸性氣體、蒸 氣混合物，并可以在通電的情況下進(jìn)行維修和調(diào)整。但是， 它不能單獨(dú)使用必須和本安關(guān)聯(lián)設(shè)備（安全柵）、外部配線 一起組成本安電路，才能發(fā)揮防爆功能。 1.3.3 安全火花防爆系統(tǒng)的構(gòu)成 穩(wěn)壓電源 信號 信號

22、現(xiàn)場 (危險(xiǎn)場所） 控制室（非危險(xiǎn)場所） 圖 1.1控制系統(tǒng)儀表之間的典型連接方式 安全柵 安全柵 安全柵 安全柵是靠什么來防爆的？ 本安系統(tǒng)在國內(nèi)越來越受人關(guān)注，作為其主要 構(gòu)成 部件的安全柵也被人們所認(rèn)識。那么，安全柵是靠 什么來防爆的呢？控制能量，控制能量是安全 柵防 爆的法寶，不管是 齊納安全柵 還是 隔離式安全柵 都 是通過控制能量來達(dá)到防爆規(guī)定的要求的。 齊納式安全柵 結(jié)構(gòu)原理 : 電路中采用快速熔斷器、限流電阻、齊納二極管以 對輸入的電能量進(jìn)行限制，從而保證輸出到危險(xiǎn)區(qū) 的能量。它的原理簡單、電路實(shí)現(xiàn)容易，價(jià)格低廉， 但因由于其自身原理的缺陷使其應(yīng)用中的可靠性受 到很大影響，并限

23、制了其應(yīng)用范圍，其原因如下： 1、安裝位置必須有非?？煽康慕拥叵到y(tǒng)，并且該齊 納式安全柵的接地電阻必須小于 1，否則便失去防 爆安全保護(hù)性能，顯然這樣的要求是十分苛刻并在 實(shí)際工程應(yīng)用中難以保證。 2、齊納式安全柵對電源影響較大，同時(shí)也易因電源 的波動(dòng)而造成齊納式安全柵的損壞。 3.齊納式安全柵較為便宜 . 隔離式安全柵 采用了將輸入、輸出以及電源三方之間相互電氣隔離的電路結(jié) 構(gòu)，同時(shí)符合本安型限制能量的要求。與齊納式安全柵相比， 雖然價(jià)格略高，但它其它方面的突出優(yōu)點(diǎn)卻為用戶應(yīng)用帶來 了更大的受益： 1.由于采用了三方隔離方式，因此無需系統(tǒng)接地線路，給設(shè)計(jì) 及現(xiàn)場施工帶來極大方便。 2.對危險(xiǎn)

24、區(qū)的儀表要求大幅度降低，現(xiàn)場無需采用隔離式的儀 表。 3.由于信號線路無需共地，使得檢測和控制回路信號的穩(wěn)定性 和抗干擾能力大大增強(qiáng)，從而提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。 4.隔離式安全柵具備更強(qiáng)的輸入信號處理能力，能夠接受并處 理熱電偶、熱電阻、頻率等信號，這是齊納式安全柵所無法 做到的。 5.隔離式安全柵可輸出兩路相互隔離的信號，以提供給使用同 一信號源的兩臺設(shè)備使用，并保證兩設(shè)備信號不互相干擾， 同時(shí)提高所連接設(shè)備相互之間的電氣安全絕緣性能。 1.4過程控制儀表的型號命名 按照過程控制儀表在系統(tǒng)中的作用和特點(diǎn)可分為八類。 （ 1）變送單元：溫度變送器、差壓變送器、液位變送器、壓 力變送器等。 （

25、 2）調(diào)節(jié)單元：基型控制器、特種控制器。 （ 3）給定單元：恒流給定器、比值給定器。 （ 4）轉(zhuǎn)換單元：電 氣轉(zhuǎn)換器、電流轉(zhuǎn)換器。 （ 5）計(jì)算單元：加減器、乘除器、開方器等。 （ 6）顯示單元：計(jì)算器、記錄儀等。 （ 7）輔助單元：安全柵、配電器、操作器等。 （ 8）執(zhí)行單元：氣動(dòng)執(zhí)行器、電 氣閥門定位器等。 1.4.1 DDZ 型儀表的型號及命名 : DDZ 型儀表各單元的型號由三部分組成，各部分之間用短 橫線隔開，格式如下： D - - 均為 D 儀表大類 B、 T、 X、 J、 Z、 K、 G、 F 4位數(shù)字代表種類、規(guī)格、結(jié)構(gòu)特征 各大類中的產(chǎn)品小類 標(biāo)志產(chǎn)品的特殊用途 DBC-23

26、10-C 1.4.2 QDZ型儀表的型號及命名 除第一個(gè)字母外，其它與電動(dòng)單元組合一樣。 1.5過程控制儀表的分析方法 1.5.1過程控制儀表的總體分析思路 （ 1)儀表整機(jī)采用單個(gè)放大器。 （ 2)整機(jī)由數(shù)目不等的運(yùn)算放大器電路以不同 形式組裝而成。 1.5.2采用單個(gè)放大器的分析方法 1.采用單個(gè)放大器的儀表特點(diǎn) 輸入轉(zhuǎn)換部分 放大部分 反饋部分 x Zi Zf Zi y C K F x為輸入信號，輸入轉(zhuǎn)換部分將 x轉(zhuǎn)化為某一中間變量 Zi，所以 Zi Cx(C為轉(zhuǎn)換系數(shù)）；有圖可知，反饋部分將輸出 y按一定比例反 饋回放大部分的輸入端，所以 Zf=Fy（ F為反饋系數(shù)）；放大部 分有 y

27、=ZiK (K為放大系數(shù)），且 Zi Zi Zf Zi Cx 聯(lián)立方程 Zf=Fy y=ZiK Zi Zi Zf 消去 Zi、 Zi、 Zf 得 y=K/(1+KF)Cx 當(dāng) K足夠大時(shí)，且滿足 KF1可簡化為： y=(1/F)Cx 2.采用單個(gè)放大器的分析方法 對實(shí)際儀表劃分出輸入、放大和反饋這三個(gè)部分的關(guān) 鍵在于找到 比較環(huán)節(jié)（得出 Zi Zi Zf)和引出負(fù) 反饋的 取樣環(huán)節(jié) (將輸出 y按一定比例反饋 ） 。對于 氣動(dòng)儀表一般依據(jù)力或力矩平衡原理找出這兩個(gè)環(huán) 節(jié)是很直觀的，比較環(huán)節(jié)一般是膜片或杠桿，取樣 是儀表輸出；電動(dòng)儀表的比較環(huán)節(jié)一般從放大器的 輸入端去找，取樣環(huán)節(jié)從儀表的輸出端去

28、找。 電動(dòng)儀表的比較方式有兩種： 串聯(lián)和并聯(lián) 。 串聯(lián)比較與并聯(lián)比較 串聯(lián)得出 =Ui - Uf 并聯(lián)得出 = Ui - RiIi= Uf- RfIf 輸入部分 放大器 反饋部分 輸入部分 放大器 反饋部分 Ri Rf Ui Uf Ui Uf 電動(dòng)儀表的取樣方式有兩種： 電流取樣和電壓取樣 。 反饋部分 放大器 放大器 反饋部分 R Uf RL Io R1 RL R2 Uf Io 1.5.3采用集成運(yùn)算放大器的分析方法 1.集成運(yùn)算放大器的基本特征 在對儀表中的某一級運(yùn)算放大器電路進(jìn)行分析時(shí)，運(yùn) 算放大器本身可以用圖 1.8所示的模型來表示。對 前一級運(yùn)算放大器電路輸出而言，他相當(dāng)于一個(gè)等 效

29、電阻 Ri， 稱之為輸入電阻；對后一級運(yùn)算放大器 電路輸入而言，它可以看做一個(gè)由電壓源（其大小 受輸入電壓控制）和內(nèi)阻 Ro串聯(lián)起來的等效電源， 其中 Ro稱為輸出電阻。 理想的運(yùn)算放大器具有如下特點(diǎn) 輸入電阻 Ri ； 輸出電阻 Ri 0; 開環(huán)電壓增益 Ko=; 失調(diào)及漂移為零 （ 1）“虛短”；差模輸入電壓為零。 （ 2）“虛斷”；輸入端輸入電流為零。 開環(huán)？ 失調(diào)？ 飄移？ 2.集成運(yùn)算放大器的典型電路 （ 1）反相端輸入 R1 R2 R3 ui uo （ 2）同相端輸入 R1 R2 R3 ui uo （ 3）差動(dòng)輸入 （ 4）電壓跟隨器 3.單電源供電的運(yùn)算放大電路 4.采用運(yùn)算放大

30、器的儀表分析方法 第一章習(xí)題： P16,4、 5、 6。 （ 4）怎樣才能構(gòu)成一個(gè)安全火花型防爆控制系統(tǒng)？ 答：構(gòu)成安全火花防爆系統(tǒng)要求：在危險(xiǎn)場所使用本安儀表； 在控制室儀表與危險(xiǎn)場所儀表之間設(shè)置安全柵。 （ 5）對于采用單個(gè)放大器的儀表一般如何著手進(jìn)行分析？ 答：對于單個(gè)放大器的儀表，首先要將儀表分為輸入、放大和 反饋三個(gè)部分。然后對各個(gè)部分進(jìn)行分析，尤其是輸入部分 和反饋部分，最后求得儀表的輸出和輸入之間關(guān)系。 （ 6）儀表中常用到哪四種運(yùn)算放大器電路？各有哪些特點(diǎn)？ 答：儀表中常用到反相端輸入運(yùn)算，同相端輸入運(yùn)算，差動(dòng)輸 入運(yùn)算和電壓跟隨器等四種運(yùn)算放大器電路。 反相端輸入運(yùn)算放大器電

31、路特點(diǎn)：集成運(yùn)放的同相輸入端為 “虛地”，輸入信號從反相端接入，輸出信號與輸入信號成 比例，相位相差 180 。同相端輸入運(yùn)算放大器電路特點(diǎn)： 集成運(yùn)放的反相輸入端為“虛地”，輸入信號從同相端接入， 輸出信號與輸入信號成比例，相位相同。差動(dòng)輸入運(yùn)算放大 器電路特點(diǎn)：一般是雙端輸入，共模抑制比高。電壓跟隨器 實(shí)際上是一個(gè) 1： 1同相輸入運(yùn)算放大器。其主要的特點(diǎn)是輸 入電阻高、輸出電阻低。 第二章 變送器 2.1概述 2.2電容式差壓變送器 2.3其它差壓變送器 2.4溫度變送器 變送器的定義： 是將被測工藝參數(shù)，如壓力、流量、液位、溫 度等物理量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號，并 傳送到指示記錄儀、

32、運(yùn)算器和控制器，供顯 示、記錄、運(yùn)算、控制、報(bào)警等。 變送器的種類 按照應(yīng)用能源分： 按照被測工藝參數(shù)分： 2.1概述 2.1.1變送器的構(gòu)成原理 : 輸入轉(zhuǎn)換部分的作用是什么？ 放大器的作用是？ 將 =(Zi+Zo)-Zf轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的輸出信號。 反饋部分的作用是？ 輸入轉(zhuǎn)換部分 放大部分 反饋部分 x Zi Zf y C K F 調(diào)零，零點(diǎn)漂移 Zo 根據(jù)負(fù)反饋放大器原理可以求得整個(gè)變送器輸出與輸入關(guān)系 : 簡化后 : 結(jié)論 1:儀表的特性與輸入部分和反饋部分有關(guān) . 結(jié)論 2:若 F,C是常數(shù) ,則變送器輸入輸出則保持良好的線性關(guān) 系 . )( 1 o ZCx KF Ky )(1 OZCx

33、 F y xmax, xmin分別為變送器測量范圍的上限和下限 , ymax, ymin分別 為變送器輸出信號的上限和下限 2.1.2變送器的量程調(diào)整 ,零點(diǎn)調(diào)整和零點(diǎn)遷移 1.量程調(diào)整 通過改變什么而實(shí)現(xiàn)量程調(diào)整 ? 改變量程之后精密度是否改變 ? 2.零點(diǎn)調(diào)整和零點(diǎn)遷移 零點(diǎn)調(diào)整和零點(diǎn)遷移的目的 ? 如何調(diào)整 ? 如何遷移 ? 2.2電容式差壓變送器 2.2.1電容式差壓變送器的結(jié)構(gòu)與工作原理 以西安儀表廠的 1151系列為例來學(xué)習(xí) : 電容式差壓變送器的特點(diǎn) : 電容式差壓變送器的是微位移式變送器，它以差動(dòng)電容膜盒作 為檢測元件，并且采用全密封熔焊技術(shù)。因此整機(jī)的精度高、 穩(wěn)定性好、可靠

34、性高、抗震性強(qiáng)，其基本誤差一般為 0 2或士 0 25。 敏感元件的中心感壓膜片是在施加預(yù)張力條件下焊接的，其 最大位移量為 0 1mm，即可使感壓膜片的位移與輸入差壓 成線性關(guān)系，又可以大大減小正、負(fù)壓測量室法蘭的張力和 力矩影響而產(chǎn)生的誤差。中心感壓膜片兩側(cè)的固定電極為弧 形電極，可以有效地克服靜壓的影響和更有效地起到單向過 壓的保護(hù)作用。 采用兩線制方式，輸出電流為 4 20 mA DC國際標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一 信號，可與其他接收 4 20 mADC信號的儀表配套使用， 構(gòu)成各種控制系統(tǒng)。 1151的接線圖 1151基本框圖 感壓膜片 差動(dòng)電容 電容 /電流 轉(zhuǎn)換電路 放大和輸出 限制電路 反饋電路

35、 輸入差壓 作用于測量部件的中心感壓膜片，使其產(chǎn)生位移 S，從 而使感壓膜片（即可動(dòng)電極）與兩弧形電極（即固定電極）組成的差動(dòng) 電容的電容量發(fā)生變化。此電容變化量由電容電流轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成直 流電流信號，電流信號與調(diào)零信號的代數(shù)和與反饋信號進(jìn)行比較，其差 值送入放大電路，經(jīng)放大后得到變送器整機(jī)的輸出電流信號 Io。 iP 測壓 部件 振蕩器 解調(diào)和 振蕩控 制 線 性 調(diào) 整 放大部分 電源 電流表 實(shí)時(shí)顯 示 1.測壓部件 1測壓部件 測壓部件的作用是把被測差壓轉(zhuǎn)換成 電容量的變化。它由正、負(fù)壓測量室 和差動(dòng)電容敏感元件等部分組成。測 壓部件結(jié)構(gòu)如圖 2 7所示。 當(dāng)被測壓差通過正、負(fù)壓側(cè)導(dǎo)壓

36、 口引入正、負(fù)壓測量室，作用于正、 負(fù)壓側(cè)隔離膜片上時(shí)，由硅油做媒介， 將壓力傳到中心感壓膜片的兩側(cè)，使 膜片產(chǎn)生微小位移，從而使中心感壓 膜片與其兩邊弧形電極的間距不等， 如圖 2 8所示，結(jié)果使 一個(gè)電容 （ Ci1）的容量減小，另一個(gè)電容（ Ci2） 的容量增加。 （ l）差壓膜片位移轉(zhuǎn)換。 （ 2）膜片位移電容轉(zhuǎn)換 2電容 /電流轉(zhuǎn)換電路 轉(zhuǎn)換電路的作用是將差動(dòng)電容的相對變化值成比例地轉(zhuǎn)換成 差動(dòng)電流信號，并實(shí)現(xiàn)非線性補(bǔ)償功能，其電路如圖 2 9所 示。它由振蕩器、解調(diào)器、振蕩控制放大器、線性調(diào)整電路 等組成。 1)振蕩器 4.其他電路 1).輸出限制電路 防止電流過大 ,損壞變送器的

37、元器件 . 2).阻尼電路 用于抑制變送器輸出因被測壓差變化所引起的 波動(dòng) 3).反相保護(hù)電路 4).溫度補(bǔ)償電路 2.2.2壓差變送器的選送 ,安裝與維護(hù) 1.壓差變送器的選用 在諸類儀表中，壓力變送器的應(yīng)用最廣泛、最普遍，壓力變 送器大體分為壓力變送器和差壓變送器。變送器常用來測量 壓力、差壓、真空、液位、流量和密度等。變送器有兩線制 和四線制之分，兩線制變送器尤多；有智能和非智能之分， 智能變送器漸多；有氣動(dòng)和電動(dòng)之分，電動(dòng)變送器居多；另 外，按應(yīng)用場合有本安型和隔爆型之分；按應(yīng)用工況變送器 的主要種類如下： 低（微）壓 /低差壓變送器； 中壓 /中差壓變送器； 高壓 /高差壓變送器；

38、絕壓 /真空 /負(fù)壓差壓變送器； 高溫 /壓力、差壓變送器； 耐腐蝕 /壓力、差壓變送器； 易結(jié)晶 /壓力、差壓變送器。 壓差變送器的選型通常根據(jù)安裝條件、環(huán)境條件、儀表性能、 經(jīng)濟(jì)性和應(yīng)用介質(zhì)等方面考慮。實(shí)際運(yùn)用中分為直接測量和 間接測量；其用途有過程測量、過程控制和裝置聯(lián)鎖。常見 的變送器有 普通壓力變送器 、 差壓變送器 、 單法蘭變送器 、 雙法蘭變送器 、 插入式法蘭變送器 等。 壓力變送器和差壓變送器單從名詞上講測量的是壓力和兩個(gè)壓 力的差，但它們間接測量的參數(shù)是有很多的。如壓力變送器， 除測量壓力外，它還可以測量設(shè)備內(nèi)的液位。在常壓容器測 量液位時(shí)，需用一臺壓變即可。當(dāng)測量受壓容

39、器液位時(shí)，可 用兩臺壓變，即測量下限一臺，測量上限一臺，它們的輸出 信號可進(jìn)行減法運(yùn)算，即可測出液位，一般選用差壓變送器。 在容器內(nèi)液位與壓力值不變的情況下它還可以用來測量介質(zhì)的 密度。壓力變送器的測量范圍可以做的很寬，從絕壓 0開始 可以到 100MPa（一般情況）。 法蘭 法蘭 (flange)連接是 管道 施工的重要連接方式。 法蘭連接就是把兩個(gè)管道、管件或器材，先各自固定在一個(gè) 法蘭盤上，兩個(gè)法蘭盤之間，加上法蘭墊，用螺栓緊固在一 起，完成了連接。有的管件和器材已經(jīng)自帶法蘭盤，也是屬 于法蘭連接。 法蘭分螺紋連接（絲接）法蘭和焊接法蘭。低壓小直徑有絲 接法蘭，高壓和低壓大直徑都是使用焊

40、接法蘭，不同壓力的 法蘭盤的厚度和連接螺栓直徑和數(shù)量是不同的。 根據(jù)壓力的不同等級，法蘭墊也有不同材料，從低壓 石棉 墊、 高壓石棉墊到金屬墊都有。 法蘭連接使用方便，能夠承受較大的壓力。 在工業(yè)管道中，法蘭連接的使用十分廣泛。在家庭內(nèi)，管道 直徑小，而且是低壓，看不見法蘭連接。如果在一個(gè)鍋爐房 或者生產(chǎn)現(xiàn)場，到處都是法蘭連接的管道和器材。 又叫法蘭盤或突緣。使管子與管子相互連接的零件。連接于管 端。法蘭上有孔眼，可穿螺栓，使兩法蘭緊連。法蘭間用襯 墊密封。法蘭管件 (flanged pipe fittings)指帶有法蘭 (突緣 或接盤 )的管件。 單平法蘭式差壓變送器實(shí)物 圖 2.17 單

41、平法蘭式差壓變送器 差壓變送器除了測量兩個(gè)被測量壓力的差壓值外，它還可以配 合各種節(jié)流元件來測量流量，可以直接測量受壓容器的液位 和常壓容器的液位以及壓力和負(fù)壓。 從壓力和差壓變送器制作的結(jié)構(gòu)上來分有普通型和隔 離型。 普通型的測量膜盒為一個(gè)，它直接感受被測介質(zhì)的 壓力和差壓；隔離型的測量膜盒接受到的是一種穩(wěn)定液（一 般為硅油）的壓力，而這種穩(wěn)定液是被密封在兩個(gè)膜片中間， 接受被測壓力的膜片為外膜片。原普通型膜盒的膜片為內(nèi)膜 片，當(dāng)外膜片上接受壓力信號時(shí)通過硅油的傳遞原封不動(dòng)的 將外膜片的壓力傳遞到了普通膜盒上，測出了外膜片所感受 的壓力。 隔離型變送器主要是針對特殊的被測量介質(zhì)使用的，如被測

42、介 質(zhì)離開設(shè)備后會產(chǎn)生結(jié)晶，而使用普通型變送器需要取出介 質(zhì)，會將導(dǎo)壓管和膜盒室堵塞使其不能正常工作，所以必須 選用隔離型。隔離型通常作成法蘭式安裝，即在被測設(shè)備上 開口加法蘭使變送器安裝后它的感應(yīng)膜片是設(shè)備壁的一部分， 這樣它不會取出被測介質(zhì)，一般不會造成結(jié)晶堵塞。 當(dāng)被測介質(zhì)需求結(jié)晶溫度較高時(shí)，可選用將膜片凸出的結(jié)構(gòu)， 這樣可將傳感膜片插入到設(shè)備內(nèi)部，從而感應(yīng)到的介質(zhì)溫度 不會降低，這樣測量是有保障的，即選用插入式法蘭變送 器。 另外 如果物料比較粘稠，顆粒大，會把毛細(xì)管堵塞， 影響測量精度，也要選用插入式。測量負(fù)壓端接近常壓時(shí)選 用單法蘭，不是常壓時(shí)選用雙法蘭。 隔離型變送器有遠(yuǎn)傳型和一

43、體型。遠(yuǎn)傳型即外膜盒與測量膜盒 之間用加強(qiáng)毛細(xì)管連接，一般毛細(xì)管為 35米，這樣外膜盒 裝在設(shè)備上，內(nèi)膜盒及變送器可以安裝在便于維護(hù)的支架上； 另一種形式是外膜盒與變送器作成一體直接由法蘭安裝在設(shè) 備上。對于隔離型壓力變送器它還可以作成螺紋連接型，即 外膜盒或外彈性元件可在安裝螺紋的前面，只要在被測設(shè)備 上焊接上內(nèi)螺紋凸臺，便可將變送器直接擰到設(shè)備上，安裝 非常方便。 隔離型壓力 /差壓變送器的制作復(fù)雜，材質(zhì)要 求高，所以它的價(jià)格通常是普通型的 3倍。 圖 2.18雙法蘭式差壓變送器 雙平法蘭與插入式法蘭 選型原則 在壓力 /差壓變送器的選用上主要依據(jù)：以被測介質(zhì) 的性質(zhì)指標(biāo)為準(zhǔn)，以節(jié)約資金、

44、便于安裝和維護(hù)為參考。如 被測介質(zhì)為高黏度易結(jié)晶強(qiáng)腐蝕的場合，必須選用隔離型變 送器。 在選型時(shí)要考慮它的介質(zhì)對膜盒金屬的腐蝕，一定要選好膜盒 材質(zhì)，否則使用后很短時(shí)間就會將外膜片腐蝕壞，法蘭也會 被腐蝕壞造成設(shè)備和人身事故，所以材質(zhì)選擇非常重要。變 送器的膜盒材質(zhì)有普通不銹鋼、 304不銹鋼、 316L不銹鋼、 鉭膜盒材質(zhì)等。 在選型時(shí)要考慮被測介質(zhì)的溫度，如果溫 度高一般為 200 400 ，要選用高溫型，否則硅油會產(chǎn)生 汽化膨脹，使測量不準(zhǔn)。 在選型時(shí)要考慮設(shè)備工作壓力等 級，變送器的壓力等級必須與應(yīng)用場合相符合。 從經(jīng)濟(jì)角度上講，外膜盒及插入部分材質(zhì)比較合適，但連接法 蘭可以選用碳鋼、

45、鍍鉻，這樣會節(jié)約很多資金。 隔離型壓 力變送器選用最好是選用螺紋連接形式的，這樣既節(jié)約資金 安裝又方便。 對于普通壓力和差壓變送器選型，也要考慮 被測介質(zhì)的腐蝕性問題，但使用的介質(zhì)溫度可以不考慮，因 為普通型壓變是引壓到表內(nèi)，長期工作溫度為常溫，但普通 型使用的維護(hù)量要比隔離型大。首先是保溫問題，在北方冬 季零下，導(dǎo)壓管會結(jié)冰，變送器無法工作甚至損壞，這就需 要增加伴熱和保溫箱等。 從經(jīng)濟(jì)角度上來講 ，選用變送器時(shí)，只要不是易結(jié)晶 介質(zhì)都可以采用普通型變送器，而且對于低壓易結(jié) 晶介質(zhì)也可以加吹掃介質(zhì)來間接測量（只要工藝允 許用吹掃液或氣），應(yīng)用普通型變送器就是要求維 護(hù)人員多進(jìn)行定時(shí)檢查，包括

46、各種導(dǎo)壓管是否泄漏、 吹掃介質(zhì)是否正常、保溫是否良好等，只要維護(hù)好， 大量使用普通型變送器一次性投資會節(jié)約很多。從 選用變送器測量范圍上來說，一般變送器都具有一 定的量程可調(diào)范圍，最好將使用的量程范圍設(shè)在它 量程的 1/43/4段，這樣精度會有保證，對于微差壓 變送器來說更是重要。 實(shí)踐中有些應(yīng)用場合 （液位測量）需要對變送器的測 量范圍遷移，根據(jù)現(xiàn)場安裝位置計(jì)算出測量范圍和 遷移量，遷移有正遷移和負(fù)遷移之分。 目前，智 能變送器已相當(dāng)普及，它的特點(diǎn)是精度高、可調(diào)范 圍大，而且調(diào)整非常方便、穩(wěn)定性好，選型時(shí)應(yīng)多 考慮。川儀橫河 EJA、北京遠(yuǎn)東 1751、霍尼韋爾 ST3000、 ARK800

47、系列等，使用都非常可靠。 按照設(shè)計(jì)規(guī)范，在工程設(shè)計(jì)選型中，究竟采用氣動(dòng)變 送器還是電動(dòng)變送器，因其各有特長，應(yīng)該根據(jù)裝 置的具體條件進(jìn)行綜合考慮和分析。以下幾點(diǎn)可供 選用時(shí)參考： 集中操作程度； 是否與 DCS計(jì)算機(jī)相操作配合； 響應(yīng)速度； 經(jīng)濟(jì)性； 可靠性及使用維護(hù)方面； 安全性（防爆、停電、氣源故障等）； 環(huán)境條件及傳輸距離。 一般來說，下列條件以選用氣動(dòng)儀表為宜： 自變送器至顯示調(diào)節(jié)儀表間的距離較短，通常以不超 過 150m較為合適； 工藝物料是易燃易爆介質(zhì)及相對濕度很大的場合； 要求儀表投資少； 一般中小型企業(yè)要求易維修，經(jīng)濟(jì)可靠； 在以電動(dòng)儀表為主的大型裝置里，有些現(xiàn)場就地調(diào)節(jié) 回路

48、不要求引入中央控制室集中操作。 下列條件以選擇電動(dòng)儀表為宜： 變送器至顯示調(diào)節(jié)單元間的距離超過 150m以上； 大型企業(yè)要求高度集中管理的中央控制； 設(shè)置有 DCS計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制及管理的對象； 要求響應(yīng)速度快，信息處理及運(yùn)算復(fù)雜的場合。 實(shí)際中，在現(xiàn)代化生產(chǎn)裝置中都是發(fā)揮它們各自的特點(diǎn)進(jìn)行混 合選用 的。 差壓變送器的選型 差壓變送器根據(jù)以下幾點(diǎn) 選型： (1) 測量范圍、需要的精度及測量功能； (2) 測量儀表面對的環(huán)境，如石油化工的工業(yè)環(huán)境，有可燃 （有毒）和爆炸危險(xiǎn)氣氛的存在，有較高的環(huán)境溫度等； (3) 被測介質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)和狀態(tài)，如強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、粘稠、 易凝固結(jié)晶和氣化等工況； (4

49、) 操作條件的變化，如介質(zhì)溫度、壓力、濃度的變化。有時(shí) 還要考慮到從開車到參數(shù)達(dá)到正常生產(chǎn)時(shí)，氣相和液相濃度 和密度的變化； (5) 被測對象容器的結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸、容器內(nèi)的設(shè)備附件及 各種進(jìn)出口料管口都要考慮，如塔、溶液槽、反應(yīng)器、鍋爐 汽包、立罐、球罐等； (6) 其他要求，如環(huán)保及衛(wèi)生等要求； (7) 工程儀表選型要有統(tǒng)一的考慮，要求盡可能地減少品種規(guī) 格，減少備品備件，以利管理； (8) 工藝專利商的具體要求。 (9) 實(shí)際的工藝情況： 考慮被測對象是屬于哪 一類設(shè)備。如槽、罐類，槽的容積較小，測量范圍 不會太大，罐的容積較大，測量范圍可能較 大； 要看介質(zhì)的物化性質(zhì)及潔凈程度，首選常

50、 規(guī)的差壓式變送器及浮筒式液位變送器，還要對接 觸介質(zhì)部分的材質(zhì)進(jìn)行選擇； 對有些懸浮物、 泡沫等介質(zhì)可用單法蘭式差壓變送器。有些易析出、 易結(jié)晶的用插入式雙法蘭式差壓變送器； 對高 黏度的介質(zhì)的液位及高壓設(shè)備的液位，由于設(shè)備無 法開孔，可選用放射液位計(jì)來測量； 除了測量 方法上和技術(shù)上問題外，還有儀表投資問題。 綜 上所述，變送器的選型，從技術(shù)上要可行，經(jīng)濟(jì)上 要合理，管理上要方便。 壓力變送器的選型方法 從物理學(xué)角度看，任何一個(gè)物體上受 到的壓力都應(yīng)包括大氣壓力和被測介質(zhì)的壓力（一般稱為表 壓）兩部分。作用在被測物體上這兩部分壓力總和稱為絕對 壓力。 P絕 = P表 + 大氣壓 測量絕對壓

51、力的儀表稱為絕 壓表。對于普通的工業(yè)壓力表測量的都是表壓值，也就是絕 對壓力與大氣壓的壓差值。當(dāng)絕對壓力大于大氣壓值時(shí)測得 的表壓值為正值，稱為正表壓；當(dāng)絕對壓力小于大氣壓值時(shí) 測得的表壓值為負(fù)值，稱為負(fù)表壓，即真空度。測量真空度 的儀表稱為真空表。 為了保證壓力測量精度，最小壓 力測量值應(yīng)高于壓力表測量量程的 1/3； 對需遠(yuǎn)距離測 量或測量精度要求較高的場合，應(yīng)選擇壓力傳感器或壓力變 送器； 在測量精度要求不高時(shí)，可選擇電阻或電感式、 霍爾效應(yīng)式遠(yuǎn)傳壓力表； 氣動(dòng)基地式壓力指示調(diào)節(jié)器 適宜作就地壓力指示調(diào)節(jié)； 壓力變送器、壓力開關(guān)應(yīng) 根據(jù)安裝場所防爆要求合理選擇。 2.差壓變送器的安裝 現(xiàn)

52、場安裝圖 3.差壓變送器的使用注意事項(xiàng) 2.3其它差壓變送器 2.3.1擴(kuò)散硅式差壓變送器 擴(kuò)散硅式差壓變送器的檢測元件采用擴(kuò)散硅壓阻傳感器，組成 分測量和放大轉(zhuǎn)換兩大部分。輸入差壓 P作用于測量部分 的擴(kuò)散硅壓阻傳感器，壓阻效應(yīng)使硅材料上的擴(kuò)散電阻（應(yīng) 變電阻）阻值發(fā)生變化，從而使這些電阻組成的電橋產(chǎn)生不 平衡電壓 Us。 Us由前置放大器放大為 Uo。 Uo和調(diào)零與零 遷電路產(chǎn)生的調(diào)零信號 U2的代數(shù)和送入電壓 /電流轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn) 換為整機(jī)的輸出信號 Io。 擴(kuò)散硅式差壓變送器 1.測量部件 力敏半導(dǎo)體器件 力敏半導(dǎo)體器件是利用晶體在受到應(yīng)力作用時(shí)會產(chǎn)生形變，其 電阻率也會隨之發(fā)生變化的原理制

53、成的壓力傳感器。半導(dǎo)體 壓力傳感器早期是采用體型半導(dǎo)體應(yīng)變片。由于容易發(fā)生零 漂、穩(wěn)定性差、工藝復(fù)雜等原因，目前為擴(kuò)散電阻型和硅杯 型等新半導(dǎo)體器件所代替。 2.電路原理 2.3.2振弦式壓差變送器 振弦式差壓變送器基本原理 ,就是將壓力或壓力差的變化轉(zhuǎn)換 成振弦張力的變化 ,從而使振弦的固有諧振頻率變化 ,并通過振 弦去改變諧振電路的諧振頻率 ,檢測出這個(gè)信號的頻率就得出 了壓差的變化 . 1.檢測器的結(jié)構(gòu) 膜盒型檢測器的斷面圖 2.信號變換的過程 頻率 -電流變換原理 2.3.3 K系列電感式壓差變送器 1.特點(diǎn) 2.工作原理 (1)測量部分 (2)結(jié)構(gòu)組成部分 溫度變送器 2.4溫度變送

54、器 溫度變送器是一種 信號轉(zhuǎn)換儀表 ，可以與 測溫 元件 配合使用，把 溫度 或 溫差 信號轉(zhuǎn)換成統(tǒng) 一標(biāo)準(zhǔn)信號輸出；還可以把其他能夠轉(zhuǎn)換成 直流毫伏信號的工藝參數(shù)也變成相應(yīng)的統(tǒng)一 標(biāo)準(zhǔn)信號輸出，實(shí)現(xiàn)對溫度參數(shù)的顯示、記 錄、自動(dòng)控制。 按連接方式溫度變送器可分為 兩線制 和 四線 制 。 DDZ一 型溫度變送器就是四線制溫度 變送器，屬于控制室內(nèi)架裝儀表，有三類品 種： 直流毫伏變送器 、 熱電偶溫度變送器 、 熱電阻溫度變送器 。 四線制溫度變送器具有如下主要特點(diǎn)： （ 1）采用 低漂移、高增益 的集成運(yùn)算放大 器，使儀表的可靠性和穩(wěn)定性有所提高。 （ 2）在熱電偶和熱電阻溫度變送器中設(shè)置

55、 了線性化電路，從而使變送器的輸出信號和 被測溫度之間 為線性關(guān)系 ，提高了變送器精 度，并方便指示和記錄。 （ 3）線路中采用了 安全火花 防爆措施，增 加了直流 /交流 /直流（ DC AC/DC）轉(zhuǎn)換器 分，兼有 安全柵 的功能，所以能測量來自危 險(xiǎn)場所的直流毫伏信號或溫度信號。溫度變 送器結(jié)構(gòu)框圖如圖 2 29所示。 溫度變送器結(jié)構(gòu)框圖 在線路結(jié)構(gòu)上，三種變送器都分為 量程單元 和 放大單 元 兩部分。它們分別設(shè)置在兩塊印制電路板上，用 插件互相連接，其中放大單元是三者通用，而量程 單元?jiǎng)t隨品種、測量范圍的不同而不同。 調(diào)零信號輸入 反饋信號輸入 來自 傳感 器的 中間 變量 在過程控

56、制領(lǐng)域中，使用最多的是熱電偶溫度變送器和熱電阻 溫度變送器 知識點(diǎn)： 熱電偶與熱電阻 熱電偶測溫基本原理 熱電偶測溫的基本原理是熱電效應(yīng)。在由兩種不同 材料的導(dǎo)體 A 和 B 所組成的閉合回路中 , 當(dāng) A 和 B 的兩個(gè)接點(diǎn)處于不同溫度 T 和 To時(shí) , 在回 路中就會產(chǎn)生熱電勢。這就是所謂的塞貝克效應(yīng)。 導(dǎo)體 A 和 B 稱為熱電極。溫度較高的一端 T 叫 工作端 ( 通常焊接在一起 )；溫度較低的一端 To 叫自由端 ( 通常處于某個(gè)恒定的溫度下 ) 。根據(jù) 熱電勢與溫度 函數(shù)關(guān)系最后得出溫度值。 導(dǎo)體 A 導(dǎo)體 B 工作端 自由 (冷） 端 被測量的介質(zhì) 測量被測介質(zhì)的溫度 理想情況

57、保持恒 定的溫度（ 0 ) 朝變換單元方向 A B的兩端因溫度差而產(chǎn)生電勢差 Et 熱電阻測溫基本原理 熱電阻測溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而 增加這一特性來進(jìn)行溫度測量的 ， 最后根據(jù) 阻值與 溫度 的函數(shù)關(guān)系得出溫度值 熱電偶 和 熱電阻 的區(qū)別主要在于： 第一 ：信號的性質(zhì)，熱電阻本身是電阻，溫度的變 化，使電阻產(chǎn)生正的或者是負(fù)的阻值變化；而熱電 耦，是產(chǎn)生感應(yīng)電壓的變化，他隨溫度的改變而改 變。 第二 ：兩種傳感器檢測的溫度范圍不一樣，熱電阻 一般檢測 0-150度溫度范圍（當(dāng)然可以檢測負(fù)溫 度），熱電耦可檢測 0-1000度的溫度范圍（甚至更 高）所以，前者是低溫檢測，后者是

58、高溫檢測。 第三 ：從材料上分，熱電阻是一種金屬材料，具有 溫度敏感變化的金屬材料，熱電耦是雙金屬材料， 既兩種不同的金屬，由于溫度的變化，在兩個(gè)不同 金屬絲的兩端產(chǎn)生電勢差。 2.4.1熱電偶溫度變送器 熱電偶溫度變送器 與 熱電偶 配合使用，可以把溫度信號轉(zhuǎn)換為 4 20mA、 l 5 V的標(biāo) 準(zhǔn)信號。它由量程單元和放大單元 兩部分組成，如圖 2 30所示。 中間變量 熱電勢 為保證熱電勢與輸出之間 的線性關(guān)系 1.放大單元 放大器 DC/AC/DC 轉(zhuǎn)換電路 電壓放大電路 功率放大電路 隔離輸出與隔離反饋 磁耦合對稱推挽式多諧振蕩器 整流濾波穩(wěn)壓電路 直接耦合式的運(yùn)放，為功放 提供足夠的

59、激勵(lì)電壓 方波發(fā)生器 為功放提供方 波電源 24V直流電壓源 DC/AC AC/DC 為運(yùn)放和量程單元提供 直流電源 在功放與輸出之間，輸出與 反饋之間采用隔離變壓器 2.量程單元原理圖 信號輸入回 路 零點(diǎn)調(diào)整及冷 補(bǔ)償回路 非線 性反 饋回 路 特點(diǎn)：在輸入回路增加了由 Rcu組成的熱電偶冷補(bǔ)償電路 在反饋回路中增加了運(yùn)放構(gòu)成的線性化電路 1)熱電偶冷補(bǔ)償電路 熱電偶產(chǎn)生的 熱電勢 與熱電偶的 冷端溫度 T0有關(guān)。當(dāng) 冷端溫度 T0不固定 時(shí)，熱電勢 Et也隨之變化，從而 帶來 測量誤差 。因此，需對熱電偶的冷端溫度 T0進(jìn) 行補(bǔ)償，以減小熱電偶冷端溫度 T0變化所引起的測 量誤差。 銅電

60、阻 Rcu與熱點(diǎn)耦的 自由（冷）端 處在同一溫度下， 當(dāng)冷端溫度升高時(shí)，銅電阻阻值增加，補(bǔ)償了由于 環(huán)境溫度升高引起的熱電偶熱電勢的下降。 銅電阻 Rcu為熱電阻。 2)線性化電路 熱電偶溫度變送器的 測溫元件熱電偶 和 被測溫度 之間 存在著非線性關(guān)系，其特性曲線如圖 2 35所示。 為了使變送器的輸出信號與被測溫度信號之間為 線 性關(guān)系 ，必須進(jìn)行非線性補(bǔ) 償，線性化電路實(shí)際上是一個(gè) 折線電路 ，用折線來近 似表示熱電偶的非線性特性。 熱電勢 隨溫度 上升并 非是線 性的 材料不同斜率不同， 量程也不同 非線性 輸入 非線性 的反饋 由于輸入與反饋的 非線性特性相同， 輸出端可以得到線 性

61、的輸出 將曲線劃分為幾段斜率不同的折線 反饋回路 線 性 運(yùn) 算 電 路 3)零點(diǎn)和量程調(diào)整 圖 2 34中， Ri3、 Ri4、 Ri5、 Ri7、 Rcu及 Uz組成零點(diǎn) 調(diào)整回路； Rf3、 RPf、 Rf2組成量程調(diào)整回路，改變 RPf可以小范圍調(diào)整零點(diǎn)，通常調(diào)整范圍為滿度的 5；改變 Ri3可以大幅度地改變變送器的零點(diǎn)， 實(shí)現(xiàn)零點(diǎn)遷移。改變 Rf2可以大幅度地調(diào)整量程。 由 于，在附有線性化機(jī)構(gòu)的熱電偶溫度變送器中，由 于不同測溫范圍的熱電偶特性曲線并不相同，所以 當(dāng)簡單改變測溫范圍時(shí)是不能保證儀表的精度的， 需要同時(shí)改變非線性反饋回路的結(jié)構(gòu)和有關(guān)元件的 參數(shù)才行。 2.4.2一體化

62、熱電偶溫度變送器 一體化熱電偶溫度變送器，由 測溫元件 和 變送器 模塊兩部分構(gòu) 成，其結(jié)構(gòu)框圖如圖 2 41所示。變送器模塊把測溫元件的 輸出信號 Et或 Rt；轉(zhuǎn)換成為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號，主要是 4 20 mA的直流電流信號。 所謂一體化熱電偶溫度變送器，是指將變送器模塊安裝在測溫 元件接線盒或?qū)Ｓ媒泳€盒內(nèi)的一種溫度變送器。其 變送器模 塊和測溫元件形成一個(gè)整體 ，可以直接安裝在被測溫度的 工藝設(shè)備上，輸出為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號。這種變送器具有 體積小 、 質(zhì)量小 、 現(xiàn)場安裝方便 以及 輸出信號抗干擾能力強(qiáng) 、 便于遠(yuǎn) 距離傳輸 等優(yōu)點(diǎn)。對于測溫元件采用熱電偶的變送器，不需 要采用昂貴的補(bǔ)償導(dǎo)線，節(jié)省

63、安裝費(fèi)用，因而一體化熱電偶 溫度變送器在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。 一體化熱電偶溫度變送器品種較多，其變送器模塊大多數(shù)以 一 片專用變送器芯片 為主，外接少量元器件構(gòu)成，常用的變送 器芯片有 AD693、 XTR101、 XTRl03、 IXR100等。變送器模塊 也有由通用的運(yùn)算放大器構(gòu)成或采用微處理器構(gòu)成的。 1 AD693芯片 2 AD693構(gòu)成的熱電偶溫度變速器 2.4.3熱電阻溫度變送器 熱電阻溫度變送器與各種測溫?zé)犭娮枧浜鲜褂茫怯?量程單元與放大單元兩部分組成。 1.量程單元 Rt及引線電阻補(bǔ)償 橋路 反饋回路 1)線性化電路 熱電阻溫度變送器的測溫元件熱電阻 和被測溫度之間也存在

64、著非線性關(guān) 系， Rt和被測溫 度 t之間關(guān)系為上 凸形，即熱電阻阻值的增加量隨溫 度增加而逐漸減小。在測量范圍內(nèi)， 鉑電阻的最大非線性誤差約為 2， 這對于精度要求較高的場合是不允 許的。 熱電阻溫度變送器線性化的實(shí)現(xiàn)，不 采用折線電路的方法，而是采用熱 電阻兩端電壓信號 Ut正反饋的方 法，在整機(jī)的反饋回路中引出一支 路，經(jīng)電阻 Rf4將反饋電壓加到熱 電阻 Rt的兩端，構(gòu)成一路隨 Rt增 加而不斷加深的正反饋，使整機(jī)的 增益隨信號的增大而不斷增大，從 而校正了熱電阻阻值隨被測溫度增 加而變化量逐漸減小的趨勢，最終 使得熱電阻兩端的電壓 Ut與被測 溫度 t之間呈線性關(guān)系。 Rt t 2.

65、放大單元與熱電偶一樣 2.4.4一體化熱電阻變送器 （ 4）何謂量程調(diào)整和零點(diǎn)調(diào)整？ 答：量程調(diào)整是使變送器輸出信號的上限值 ymax與測量范圍的上限值 xmax相對應(yīng)。零點(diǎn)調(diào) 整是使變送器輸出信號的下限值 ymin與測量 范圍的下限值 xmin相對應(yīng) ,即在 xmin=0時(shí)，使 Y=ymin。 （ 5）電容式、擴(kuò)散硅式、電感式、振弦式差壓變送器各有什 么特點(diǎn)？ 答：電容式差壓變送器是微位移式變送器，無杠桿系統(tǒng)，體積 小，它以差動(dòng)電容膜盒作為檢測元件，并且采用全密封熔焊 技術(shù)，因此整機(jī)的精度高、穩(wěn)定性好、可靠性高、抗振性強(qiáng)， 其基本誤差一般為 0.2或土 0.25。 擴(kuò)散硅式差壓變送器也是微位

66、移式兩線制差壓變送器。它的檢 測元件采用硅杯壓阻傳感器，由于單晶硅材質(zhì)純、功耗小、 滯后和蠕變極小、機(jī)械穩(wěn)定性好、體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡 單和精度高。 采用微位移式電平衡工作原理，沒有機(jī)械傳動(dòng)、轉(zhuǎn)換部分；外 形美觀、結(jié)構(gòu)小巧，重量輕；調(diào)整方便，零點(diǎn)、滿量程、阻 尼均在儀表外部調(diào)整，且零點(diǎn)和滿量程調(diào)整時(shí)互不影響；具 有獨(dú)特的電感檢測元件，敏感檢測元件所在的測量頭部分采 用全焊接密封結(jié)構(gòu)；計(jì)算機(jī)進(jìn)行溫度、壓力補(bǔ)償，不需要調(diào) 整靜壓誤差。 振弦式差壓變送器通過振弦去改變諧振電路的諧振頻率，將差 壓的變化轉(zhuǎn)換成振弦張力的變化，輸出可以是頻率或電流。 （ 6）電容式差壓變送器如何實(shí)現(xiàn)差壓 -位移轉(zhuǎn)換？差 壓 -位移轉(zhuǎn)換如何滿足高精度的要求？ 答：在電容式變送器中，電容膜盒中的測量膜片是平 膜片，平膜片形狀筒單，加工方便，但壓力和位移 是非線性的，只有在膜片的位移小于膜片的厚度的 情況下是線性的，膜片在制作時(shí)，無論測量高差壓、 低差壓或微差壓都采用周圍夾緊并固定在環(huán)形基體 中的金屬平膜片做感壓膜片，以得到相應(yīng)的差壓 -位 移轉(zhuǎn)換。 由于膜片的工作位移小于 0.1mm，當(dāng)測量較低差壓時(shí)， 則采用具有