化工仪表及自动化 第三章 检测器

化工仪表及自动化 第三章 检测器，介绍了检测仅表组成、仪表的性能指标、温度检测及仪表、压力检测及仪表、流量检测及仪表、物位检测及仪表。

第三章 检测

• 检测仪表组成
  • 检测环节（一次仪表）
    • 测量误差必然存在--系统误差、随机误差、疏忽误差 
  • 转换放大环节、显示部分（二次仪表）
• 仪表的性能指标
  • 精确度（精度）
    • 允许误差
    • 精度等级（允许相对百分误差去掉“ ± ”号及“%”号）
      • 确定精度等级
        • 允许误差大于或等于最大引用误差
      • 选择精度等级
        • 允许误差小于或等于最大引用误差
  • 变差（回差）
    • 正反行程两条特性曲线之间的最大偏差
  • 线性度
    • 实际校准曲线与理论直线的吻合程度
  • 灵敏度与灵敏限
    • 指针发生动作的被测参数的最小变化量
  • 分辨力
    • 数字显示器的最末位数字间隔所代表的被测参数变化量
  • 动态误差
    • 惯性延迟（时间常数）和测量传递滞后（纯滞后）
• 温度检测及仪表
  • 
  • 分类
    • 接触式
      • 膨胀式（液、固）
        • 双金属片常用来做温度报警或控制
      • 压力式(液、气)
      • 热电阻式
        • 输出信号：毫伏（mV）信号
        • 测温原理--金属导体（或半导体）的电阻值随温度变化而变化的特性
          • 消除导线电阻变化引起的误差，采用三线制接法
      • 热电偶式
        • 输出信号：电阻值（Ω）信号
        • 测温原理--热电势：接触电势和温差电势
          • 但温差电势值远小于接触电势，常忽略不计。对于确定的热电偶，热电势只与热端和冷端温度有关。当冷端温度固定时， E（t，t0）是热端温度 t 的单值函数。 热电偶的结构型式可根据它的用途和安装位置来确定。 在热电偶选型时，应注意： 热电极的材料； 保护套管的结构、材料及耐压强度； 保护套管的插入深度。 补偿导线的作用：将热电偶的冷端延伸出来。 应用中应注意： 配套；连接极性；连接点温度。
          • 冷端温度的补偿：冰浴法（实验）、冷端温度修正法（计算法）、校正仪表零点法（机械调零法）、补偿电桥法、补偿热电偶法
      • 特点：直观、可靠，测量仪表简单
    • 非接触式
      • 辐射式
      • 光纤式
      • 特点：不与被测物体接触，不破坏原有的温度场。精度一般不高
  • 测温仪表的选用
    • 
    • 1）精度符合误差要求； 2）操作方便、运行可靠、经济合理，统一品种与规格； 3）量程略大于实测范围（90％）； 4）高温：热电偶；低温：热电阻； 5）保护套管的耐压等级＞管线或设备的耐压等级。
  • 测温元件安装注意事项
    • 插入深度
      • 超过管道中心线5~10mm
    • 插入方向
      • 迎着被测介质流向插入，正交90°也可
• 压力检测及仪表
  • 压力
    • 1工程大气压 = 1kg /cm2 = 9.80665×104Pa ≈ 0.1MPa
    • 表示方法：表压、负压（真空度）、差压、绝对压力
      • 工业中所用仪表的压力指示值，大多数为表压和差压 
  • 测压仪表的分类
    • 液柱式压力检测（U形管或单管）
    • 弹性式压力检测（常用的弹性元件有弹簧管、膜片、膜盒和波纹管）
      • 应用特点：应用广泛；精度等级最高为0.15级；只能就地测量
    • 电气式压力检测（压力传感器）
      • 差压（压力）变送器
        • 作用：将液体、气体或蒸汽的压力（差压）、流量、液位、密度、分界面等工艺参数转换成统一的标准信号
        • 分类
          • 力矩平衡式差压变送器
          • 电容式差压变送器
          • 扩散硅式差压变送器
          • 智能型压力变送器
    • 活塞式压力检测
  • 压力表的选用及安装
    • 选用
      • （1）仪表类型的选用
        • 根据工艺要求正确选用仪表类型。 （1）被测介质的性质 对腐蚀性较强的介质应使用像不锈钢之类的弹性元件或敏感元件；对氧气、乙炔等介质应选用专用的压力仪表； （2）对仪表输出信号的要求 对于只需要观察压力变化的情况，应选用如弹簧管压力表那样的直接指示型的仪表；如需将压力信号远传到控制室或其他电动仪表，则可选用压力变送器、电气式压力检测仪表或其他具有电信号输出的仪表；如果要检测快速变化的压力信号，则可选用电气式压力检测仪表，较常用的是压阻式压力传感器。 （3）使用的环境 对爆炸性较强的环境，在使用电气压力仪表时，应选择防爆型压力仪表；对于温度特别高或特别低的环境，应选择温度系数小的敏感元件以及相应的变换元件。 各种压力检测方法和仪表各有自己的特点和适用范围。
      • （2）仪表测量范围的确定
        • 测稳定压力时，最大工作压力不应超过测量上限值的2/3； 测脉动压力时，最大工作压力不应超过测量上限值的1/2； 测高压压力时，最大工作压力不应超过测量上限值的3/5； 一般被测压力的最小值不低于仪表满量程的1/3。 当被测压力变化范围大，最大和最小工作压力可能不能同时满足上述要求时，选择仪表量程应首先要满足最大工作压力条件。 目前我国出厂的压力（包括差压）检测仪表有统一的量程系列，它们是1、1.6、2.5、4.0、6.0kPa以及它们的10n倍数 （n为整数）。
      • （3）仪表精度等级的选取
        • 在满足工艺要求的前提下，应尽可能选用精度较低、价廉耐用的仪表。
    • 安装
      • （1）测压点的选择
        • 选在直管段上； 取压点与流动方向垂直； 测液体压力时，取压点应在管道下部；测气体压力时，取压点应在管道上方。
      • （2）导压管敷设
        • 导压管粗细要合适，长度应尽可能短； 导压管水平安装时应保障有1：10~1：20的倾斜度； 介质易冷凝或冻结时，必须加设保温伴热管线； 取压口到压力计间应装有切断阀。
      • （3）压力表的安装
        • 压力仪表应安装在易观察和便于检修的地方。 压力仪表要避免振动及高温的影响。 测量水蒸气压力时，导压管要制成U形或环形管，形成冷凝水封，防止高温水蒸气对弹性元件的影响；对于腐蚀性介质，引压时要加中性介质隔离罐。 当压力仪表不在测压点同一水平面，且被测介质为液体时，则要考虑液柱高度对测量值的影响，此时仪表指示值要减去压力表中心点与取压口之间的一段液柱压力值。 压力表的连接处应加密封垫片，一般低于80℃及2MPa时，用石棉纸板或铝片，温度及压力高时，用退火紫铜或铅垫。对于特殊介质的测量，要特别注意安全，如测氧气压力时，要防止油类及有机化合物与氧接触；测量乙炔压力时，严禁有铜与之接触等。
• 流量检测及仪表
  • 流量
    • 瞬时流量、总量（累积流量）
    • 表示方法
      • 质量流量qm、体积流量qv
      • 标准状态下的体积流量qvn
        • （温度为20℃，压力为 760mmHg）
    • 检测方法
      • 直接法——容积法
      • 间接法——速度法
      • 补偿法(质量流量检测独有)
  • 分类
    • 差压式（节流式）流量计
      • 
      • 原理;流体流经节流装置时产生的压力差(静压能和动能)
      • 节流装置
        • 取压装置
        • (标准)节流件
          • 孔板
          • 喷嘴
          • 文丘里管
      • 流量基本方程式(伯努力方程)
        • 压力差ΔP与流量的平方成正比
      • 使用注意事项：（P33/①～⑤ ）
    • 靶式流量计
    • 转子（浮子）流量计
    • 涡轮流量计
    • 电磁流量计
    • 旋涡流量计（涡街流量计）
    • 超声波流量计
    • 椭圆齿轮流量计
    • 质量流量计
  • 流量仪表的选用：被测介质和范围；在规定的量程比范围之内
• 物位检测及仪表
  • 物位：液位、界位、料位的总称
  • 物位仪表的类型
    • 直读式物位仪表
    • 静压式（差压式）物位仪表
      • 原理：液柱产生的静压与液位成比例
        • 
      • 零点迁移问题
        • 
        • 取压点与液位零面在同一水平面--零点对齐
          • 
        • 取压口低于容器底部--正迁移
          • 
        • 介质有腐蚀性--负迁移
          • 差压变送器的正、负压室之间就需要装隔离罐，隔离液的密度为ρ2 (ρ2 >ρ1 )
    • 电容式物位仪表
      • 可以用于液位的测量，也可以用于料位的测量，但要求介质的介电常数保持稳定
    • 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
  • 物位检测方法的选择
    • 液位检测
      • 静压式和浮力式
    • 液位和料位的检测
      • 电容式、声学式和射线式
    • 考虑因素
      • 被测介质的理化特性 各种检测方法的应用特点 周围环境状况 检测的准确度要求 影响因素和干扰
• 仪表的分类
  • 信息的获得、传递、反映和处理的过程
    • 检测仪表、显示仪表、控制仪表、执行器（调节阀）
  • 仪表使用的能源形式
    • 电动(最广泛使用)
      • 远距离传送(采取安全火花防爆措施)
    • 气动
      • 安全防爆
    • （液动和机械式）
  • 信号类型
    • 模拟式
      • 模拟元器件
    • 数字式
      • 微处理器、单片机芯片
  • 结构形式
    • 单元组合仪表
      • 统一的标准信号
        • 数字控制系统的信号标准有： FF协议、 HART协议等
        • 控制室内部仪表之间采用直流电压信号，进出控制室的传输信号采用电流信号，控制室内部各仪表间联络信号采用电压信号
      • 气动单元组合式仪表(QDZ)：20~100KPa
      • 电动单元组合式仪表(DDZ)：DDZ-Ⅱ型： 0--10mADC DDZ-Ⅲ型： 4--20mADC或1--5VDC DDZ-S型
    • 基地式仪表
      • 相当于把单元组合仪表的几个单元组合在一起，构成一个仪表
    • 集散控制系统（DCS)
      • 分散控制、集中管理
    • 现场总线控制系统(FCS)
      • 现场控制和双向数字通讯