自动化仪表基础知识.pptx

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1、（我厂常用仪表的种类及原理）2023-4-252仪表发展已有悠久的历史。据韩非子有度记载，中国在战国时期已有了利用天然磁铁制成的指南仪器，称为司南。古代的仪器在很长的历史时期中多属用以定向、计时或供度量衡用的简单仪器。 1718世纪，欧洲的一些物理学家开始利用电流与磁场作用力的原理制成简单的检流计；利用光学透镜制成的望远镜，奠定了电学和光学仪器的基础。其它一些用于测量和观察的各种仪器也遂逐渐得到了发展。 19世纪到20世纪，工业革命和现代化大规模生产促进了新学科和新技术的发展，后来又出现了电子计算机和空间技术等，仪器仪表因而也得到迅速的发展。现代仪器仪表已成为测量、控制和实现自动化必不可少的技

2、术工具。 仪表的发展历史仪表的发展历史：2023-4-253 工业自动化仪表重点发展基于现场总线工业自动化仪表重点发展基于现场总线技术的主控系统装置及智能化仪表、特种技术的主控系统装置及智能化仪表、特种和专用自动化仪表和专用自动化仪表, ,管控一体化现场，综合管控一体化现场，综合自动化是当今生产过程控制的发展方向。自动化是当今生产过程控制的发展方向。 总线控制系统的出现，引起过程控制总线控制系统的出现，引起过程控制系统体系结构和功能结构上的重大变革。系统体系结构和功能结构上的重大变革。现场仪表的数字化和智能化、网络化，从现场仪表的数字化和智能化、网络化，从模拟技术向数字技术的转变，形成了真正模

3、拟技术向数字技术的转变，形成了真正意义上的全数字过程控制系统意义上的全数字过程控制系统, ,实现人工智实现人工智能、神经网络控制。能、神经网络控制。 常规仪表的分类常规仪表的分类一、压力仪表一、压力仪表二、温度仪表二、温度仪表三、流量仪表三、流量仪表四、液位仪表四、液位仪表五、特殊仪表（振动、位移等）五、特殊仪表（振动、位移等）六、分析仪表六、分析仪表2023-4-254一次仪表和二次仪表 一次仪表在自动检测、自动调节系统中，首先接触被测参数一次仪表在自动检测、自动调节系统中，首先接触被测参数( (如如压力、差压、液位、流最、温度等压力、差压、液位、流最、温度等) )，并将被测，并将被测参数转

4、换参数转换成可侧成可侧信号或标准信号，然后根据检测、调节系统的要求送入有关单信号或标准信号，然后根据检测、调节系统的要求送入有关单元进行显示或调节。一次仪表的类型很多，有元进行显示或调节。一次仪表的类型很多，有压力变送器压力变送器、液、液位变送器、温度变送器以及靶式流量变送器、远传式转子流量位变送器、温度变送器以及靶式流量变送器、远传式转子流量计、椭圆齿轮流最计等。近年来，各种计、椭圆齿轮流最计等。近年来，各种特殊的特殊的一次仪表也相继一次仪表也相继出现，如霍尔压力变送器、卡门涡列流量变送器等出现，如霍尔压力变送器、卡门涡列流量变送器等。 二次表是二次表是显示、报警、调节的仪表。显示、报警、调

5、节的仪表。为了为了区分一套区分一套系统中系统中的的仪表，把仪表，把现场就地安装的仪表简称一次现场就地安装的仪表简称一次仪表，将盘装的仪表，将盘装的显示仪表显示仪表简称二次仪表。简称二次仪表。 常用仪表信号常用仪表信号420mADC420mADC信号信号15VDC15VDC信号信号脉冲信号脉冲信号RTDRTD（热电阻）（热电阻）PT100PT100信号信号mVmV信号信号( (热电偶热电偶) )常用仪表信号常用仪表信号常见的调节阀气源信号：常见的调节阀气源信号：20-100KPa20-100KPa40-200KPa40-200KPa80-240KPa80-240KPa气缸阀气源压力一般不低于气缸

6、阀气源压力一般不低于450KPa450KPa2023-4-257外外供供电源电源外供电源是指由仪表提供给传感器、变送器外供电源是指由仪表提供给传感器、变送器的电源，一般用于给变送器或接近开关等传的电源，一般用于给变送器或接近开关等传感器供电，输出值与标称值的误差小于感器供电，输出值与标称值的误差小于5%5%，负载能力大于，负载能力大于50m A50m A，可提供，可提供24V 24V DCDC，12V DC12V DC，5V DC5V DC等等规格。规格。几个基础概念仪表的量程：就是测量刻度上限减去刻度的下仪表的量程：就是测量刻度上限减去刻度的下限，可不是测量能力范围的上下限。例如一块限，可不

7、是测量能力范围的上下限。例如一块温度仪表的测量刻度范围为温度仪表的测量刻度范围为-20100-20100度，那么它度，那么它的量程为的量程为120120度。度。 精度：检测仪表的精度反映测量值接近真实值精度：检测仪表的精度反映测量值接近真实值的准确程度，一般用一系列误差来衡量。的准确程度，一般用一系列误差来衡量。 精度等级：按仪表工业规定，去掉最大引用误精度等级：按仪表工业规定，去掉最大引用误差的差的“”号和号和“%”%”号，称为仪表的精度等号，称为仪表的精度等级，目前已系列化。只能从下列数系中选取最级，目前已系列化。只能从下列数系中选取最接近的合适数值作为精度等级，即接近的合适数值作为精度等

8、级，即0.0050.005，0.020.02，0.050.05，0.10.1，0.20.2，0.40.4，0.50.5，1.01.0，1.51.5，2.52.5，4.04.0等。等。几个基础概念误差误差-测量值和真实值之间的差值测量值和真实值之间的差值 误差产生的原因：选用的仪表精确度有限，实误差产生的原因：选用的仪表精确度有限，实验手段不够完善、环境中存在各种干扰因素，验手段不够完善、环境中存在各种干扰因素，以及检测技术水平的限制等原因所形成的。以及检测技术水平的限制等原因所形成的。 绝对误差绝对误差 绝对误差指仪表指示值与被测参数真值之间的绝对误差指仪表指示值与被测参数真值之间的差值，即差

9、值，即 。 X=X XX=X X t t 过程控制的主要内容过程控制的主要内容 自动检测系统自动检测系统 利用利用各种检测仪表对工艺参数进行测量、指示或记录各种检测仪表对工艺参数进行测量、指示或记录 如如：加热炉温度、压力：加热炉温度、压力检测；检测；自动信号和联锁保护系统自动信号和联锁保护系统 自动自动信号系统：当工艺参数超出要求范围，自动信号系统：当工艺参数超出要求范围，自动发发 出出声光信号联锁声光信号联锁保护系统：达到危险状态，打开安全阀或切断保护系统：达到危险状态，打开安全阀或切断某些通路，必要时紧急某些通路，必要时紧急停车。停车。 如如：反应器温度、压力进入危险限时，：反应器温度、

10、压力进入危险限时，加大事故蒸汽量、关加大事故蒸汽量、关闭闭进进 料阀等操作；料阀等操作；自动控制系统：自动控制系统： 利用利用自动控制装置对生产中某些关键性参数进行自动控制，自动控制装置对生产中某些关键性参数进行自动控制，使使他们他们在受到在受到外界扰动的影响而偏离正常状态时，能自动的回外界扰动的影响而偏离正常状态时，能自动的回到规定范围。到规定范围。过程控制系统的过程控制系统的组成组成（以控制锅炉水位为例）以控制锅炉水位为例）眼 检测元件（变送器）检测元件（变送器） 要想实现对汽包水位的控制，首先应随时掌握水位的要想实现对汽包水位的控制，首先应随时掌握水位的变化情况变化情况脑 控制器控制器

11、控制器将接收到的测量信号与预先规定的水位高度进控制器将接收到的测量信号与预先规定的水位高度进行比较。如果两个信号不相等，表明实际水位与规定水位行比较。如果两个信号不相等，表明实际水位与规定水位有偏差，此时控制器将根据偏差的大小向执行器输出一个有偏差，此时控制器将根据偏差的大小向执行器输出一个控制信号控制信号手 执行器执行器 执行器即可根据控制信号来改变阀门的开度，从而使执行器即可根据控制信号来改变阀门的开度，从而使进入锅炉的水量发生变化，达到控制锅炉汽包水位的进入锅炉的水量发生变化，达到控制锅炉汽包水位的目的目的几个常用术语被控过程被控过程（对象） 工艺参数需要控制的生产过程设备或机器等。如锅

12、炉汽包，冷却器。被控变量被控变量 被控对象中要求保持设定值的工艺参数。如汽包水位、冷却温度。 操纵变量操纵变量 受控制器操纵，用以克服扰动的影响使被控变量保持设定值的物料量或能量。如锅炉给水量和冷却器冷却水量。扰动量扰动量 除操纵变量外，作用于被控对象并引起被控变量变化的因素。如蒸汽负荷的变化、冷却水温度的变化等。设定值设定值 被控变量的预定值。偏偏 差差(e) 被控变量的设定值与实际值之差。在实际控制系统中，能够直接获取的信息是被控变量的测量值而不是实际值，因此，通常把设定值与测量值之差作为偏差。过程控制系统的主要类型过程控制系统的主要类型按系统功能按系统功能-温度控制系统、压力控制系统、位

13、置控制温度控制系统、压力控制系统、位置控制系统、流量控制系统等；系统、流量控制系统等；按系统性能按系统性能-线性系统和非线性系统、连续系统和离散线性系统和非线性系统、连续系统和离散系统、定常系统和时变系统；系统、定常系统和时变系统；按被控变量的数量按被控变量的数量-单变量控制系统和多变量控制系单变量控制系统和多变量控制系统；统；按采用的控制装置按采用的控制装置-常规仪表控制系统、计算机控常规仪表控制系统、计算机控制系统；制系统；按控制系统基本结构形式按控制系统基本结构形式-闭环控制系统和开环闭环控制系统和开环控制系统。控制系统。常见的仪表字母含义 F代表流量P代表压力T代表温度L代表液位压力仪

14、表现场现场压力表压力表电接点压力表电接点压力表压力变送器压力变送器/差压变送器差压变送器压力开关压力开关现场压力表现场压力表，从表盘直径看最常见的现场压力表，从表盘直径看最常见的有有60mm,100mm,150mm 60mm,100mm,150mm 三种规格。三种规格。从接口看最常见的有从接口看最常见的有M20X1.5, 1/2NPT, M20X1.5, 1/2NPT, 法兰连接（有法兰尺寸和耐压法兰连接（有法兰尺寸和耐压等级要求等级要求）电接点压力表电接点压力表一般有双节点作为报警、或启泵的条件。压力变送器压力变送器 最常见的分为电容式压力变送器和单晶硅压力变送器。其它还有扩撒硅压力变送器。

15、目前主流压力变送器主流几乎都采用了智能协议。电容式压力变送器：采用结构简单、坚固耐用且极稳定的可变电容形式，可变电容由压力腔上的膜片和固定在其上的绝缘电极所组成，当感受到压力变化时，膜片要产生微微的翘曲变形，从而改变了两极的间距，采用独特的检测电路测电容的微小变化，并进行线性处理和温度补偿。传感器输出与被测压力成正比的直流电压或电流信号。精巧的结构、高性能的材料及先进的检测电路的完美结合，赋予了电容式 压力变送器以很高的性能。压力变送器差压变送器 一般使用来测量阻力、液位或者与流一般使用来测量阻力、液位或者与流 量量节流元件配套使用测量流量仪表。节流元件配套使用测量流量仪表。该该类型仪表往往与

16、三阀组或者五阀组配类型仪表往往与三阀组或者五阀组配 套套使用。使用。目前目前国内应用三阀组较为普遍。对于三国内应用三阀组较为普遍。对于三 阀阀组类型的仪表有一个开关投用程序。组类型的仪表有一个开关投用程序。投用三阀组：开正压阀，再关平衡阀，投用三阀组：开正压阀，再关平衡阀，再开负压阀；再开负压阀；关闭三阀组：关负压阀，打开平衡阀，关闭三阀组：关负压阀，打开平衡阀，关正压阀。关正压阀。温度仪表玻璃管温度计玻璃管温度计 双双金属金属温度计温度计压力式温度计压力式温度计热电阻热电阻热电偶热电偶温度变送器温度变送器非接触式非接触式温度计温度计玻璃管温度计这种这种温度表非常简单、温度表非常简单、普通。普通。目前高精度的往往使用目前高精度的往往使用在仪表在仪表校验间实验室内。校验间实验室内。由于价格便宜，目前工由于价格便宜，目前工厂内还有应用厂内还有应用。双金属温度计由于两种金属的热膨胀系数不同，双金属片在温度改变时，两面的热胀冷缩程度不同，因此在不同的温度下，其弯曲程度发生改变。利用这一原理，制成温度计叫双金属温度计双金属温度计。热电阻热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精