第二章 常用过程检测仪表Word格式文档下载.docx

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连接端上部（接线部）一般是150mm,下部（检测部）的长度是任意的，根据工艺的要求选择其长度。

最短的只有100mm，最长的有5000mm。

有关热电阻温度计参见图1－2－1。

图1－2－1　热电阻温度计图1－2－2　热电偶温度计

2.热电偶温度计

2.1测量原理：

在两种不同的导体组成的闭合回路中，如果使其两个接点处于不同的温度，在该回路内就会出现电势（mV），这个电势就是热电势，是由于两端温度不同而产生的。

这就是热电偶的测温原理。

将被测温度值变成毫伏值（mV）。

2.2结构组成：

将两根不同的金属丝的一端焊接在一起，在该金属丝上套上绝缘瓷套管，用引线接到上面的接线端子排上，在外面套上保护套管就成了热电偶温度计。

一般温度不是太高时，其保护套管用不锈钢制造；

但是，当被测温度太高时，不锈钢制的保护套管就不能用了，要用刚玉管（氧化铝）做保护套管。

这种保护管耐温高，但其机械强度差，容易碎，特别是不能受到温度剧烈的变化。

故在换新的热电偶时，要慢慢的插进去，不能快，若插的速度太快，则会因刚玉管来不及传热而马上破碎。

现在用于工业测量的又有一种耐高温的金属材料，用“CH3039”表示。

2.3检查方法：

判断热电偶温度计好坏的方法是用电子电位差计（mV计）（或万用表的直流电压档）测量其“mV”值，与其标准值进行对照来判断好坏。

有时也可用万用表测量其电阻值，看是否通。

2.4校验方法：

将被校的热电偶和标准热电偶一起放进校验炉进行加热，同时记录两支热电偶的毫伏值，若两者之间的误差没有超过规定的误差，则这支热电偶就是合格的热电偶。

接线方法只有2线制，要区分“＋”“－”，不能搞错了，否则仪表指示有很大的误差。

連接到二次仪表时一定要用相应的专用补偿导线。

为了使用方便，有时将两支热电偶装在一个套管内，组成双支热电偶温度计。

在接线时“1”和“2”、“＋”和“－”不能接错了。

现在，有的热电偶温度计在引出端子上直接装上转换部分，可直接输出4～20mADC电流信号，就更方便了。

有关热电偶温度计参见图1－2－2。

2.5常用热电偶温度计的种类：

1.铂铑10－铂热电偶（铂铑热电偶）

测量范围是0～1700℃，信号范围是0.000～17.947mV，分度号是S。

2.铂铑13－铂热电偶（铂铑热电偶）

测量范围是0～1700℃，信号范围是0.000～20.222mV，分度号是R。

3.铂铑30－铂铑6热电偶（双铂铑热电偶）

测量范围是0～1800℃，信号范围是0.000～13.591mV，分度号是B。

4.镍铬－镍硅热电偶

测量范围是0～1300℃，信号范围是0.000～42.410mV，分度号是K。

前面3种热电偶都是测量高温用的，第4种热电偶是测量中温用的。

还有两种热电偶：

铁－铜镍合金（康铜）热电偶（J型）和铜－铜镍合金（康铜）热电偶（T型），一般用于测量低温。

现在，这两种热电偶用的已经很少了，测量低温时都使用铂热电阻温度计。

这里要强调的是：

用什么样的热电偶就要配相应的补偿导线，一定不能搞混了。

补偿导线相当于热电偶的延长。

2.6热电偶温度计的温度补偿

在用热电偶温度计测温时一定要进行冷端（也叫自由端）温度补偿。

通常，热电偶温度计有两端：

即热端和冷端。

测量温度的一端叫热端，产生热电势；

接在接线端子排上的一端叫冷端，用二次仪表测量热电势，再转换成温度值显示。

在用热电偶温度计测温时，一般要求冷端温度为0℃，但实际上冷端温度为室温，而不是0℃，故要进行冷端（也叫自由端）温度补偿。

现在，用DCS系统测量热电偶温度计的温度时，已用软件进行了冷端温度补偿；

但是，当用电子电位差计校正该点温度时，就要进行冷端温度补偿，也就是在测出的mV值中减去从表中查到的当时室温的mV值。

有时在图纸上用“T/C”表示热电偶温度计。

3.铠装热电阻

在闪速炉的反应塔、沉淀池和上升烟道上，安装了大量的铜冷却水套，用水对进行降温，该水温的测量就是使用铠装热电阻。

铠装热电阻的测量原理和普通的热电阻并没有什么不同，只是在测温元件外面的保护材料上有些不一样：

普通的热电阻是在检测元件的外面套有一根较粗的不锈钢保护套管，其外径一般都在12mm以上。

其目的一方面是为了加强其机械强度，另一方面也是为了提高防腐能力。

这是解决了一方面的问题，但另外一面就是带来测量的滞后，在测量系统要求不是很快的情况下，是可以的，但在某些情况下就不行了。

例如，闪速炉水套的冷却水温度检测系统，就是要求能很快的反映该点的温度。

这就要用到铠装热电阻。

它不是在普通的检测元件外面套上很粗的保护套管，而是用一种很细的黄铜管套在外面，外径最小的只有3mm，传热很快，消除了温度测量的滞后时间，满足了快速检测温度的要求。

4.快速热电偶

4.1测量原理

测量原理和普通的热电偶完全一样。

快速热电偶主要是为了快速检测铜液温度，是离线检测而不是在线检测。

4.2结构组成

热电偶的外保护材料是硬纸管，没有专用的接线端子，是一种一次型热电偶，参见图1－2－3。

　　　　　　　　　　　　图1－2－3　快速热电偶

4.3快速测温系统

　　快速测温系统由快速热电偶、测温枪和快速温度显示记录仪组成：

测温枪内有一根和快速热电偶配套的专用的补偿导线，此补偿导线的尾端连接到安装在附近的快速温度显示记录仪上。

当要测温时，将外形象一个厚纸筒的快速热电偶套上测温枪的前端，就将快速热电偶与这个温度仪表连接在一起了。

当将测温枪插入铜液里面时，在几秒钟的时间内，它马上将代表该处温度值的mV信号传送到附近的快速温度显示记录仪上，这时，该仪表就将这个值变为温度值显示、打印出来，并一直保持这一信号，下一次测量时，按下复位键，就可以进行下一次测量。

与此同时，这个信号还送到熔炼中央仪表室。

这时这个快速热电偶也差不多烧完了，完成了历史使命。

5.其它温度计

另外，还有双金属温度计、膨胀式温度计等，这些多为现场指示型。

第二节压力仪表

压力单位：

Pa、KPa、MPa、Kg/cm2、bar、mbar、mmH2O、mmHg、mmAg等。

各种压力单位的换算参见本文第三部分附录2.单位换算表2.压力单位换算表。

一般压力测量有表压和绝压两种，分别用“G”和“N”表示。

通常测量的压力都是表压力，其“G”都省略了，但若是绝对压力，则一定在后面加上“N”（有的厂家为了慎重起见，在表示表压力时，还要在压力后面加上“G”）

表压和绝压的关系：

绝对压力＝表压力＋大气压力

表压力＝绝对压力－大气压力

高于大气压力的表压力，叫正压，简称压力；

低于大气压力的表压力，叫负压或真空。

在测量差压时，习惯上将较高的一侧的压力称为“正压”，将较低的一侧的压力称为“负压”。

这个负压并不是低于大气压力的那个“负压”；

有时，两边都是负压，负的小些的一端，就叫正压（用H表示），负的大些的一端，就叫负压（用L表示）。

1.电容式差压变送器

电容式差压变送器广泛地用来测量各种流量、压力、差压、液位等。

1.1测量原理：

参见图1－2－4

图1－2－4电容式差压变送器原理图　　图1－2－5电容式差压变送器结构图

在法兰盘联接口PH、PL处引入压力信号P1、P2，分别加到测量膜片的高、低压端，根据PH和PL的差压，使测量膜片和连接移动电极的连接轴产生位移；

由于移动电极位置的改变，使其和固定电极的相对位置发生改变，则移动电极和固定电极左右两边的电容量产生差动变化。

变换器的电气系统将这变化的电容量变换成4～20mADC电流信号。

这个电流信号就代表被测量的工艺介质的差压值。

1.2仪表结构：

电容式差压变送器由检测元件、法兰盘、变换器等三个主要部分组成，参见图1－2－4、图1－2－5。

电容式差压变送器的外形参见图1－2－6、电容式压力变送器的外形参见图1－2－7。

图1－2－6差压变送器　　　　　　　　　　　图1－2－7压力变送器

带三阀组、五阀组的差压变送器参见图1－2－8。

图1－2－8带三阀组、五阀组的差压变送器

1.3差压变送器的校验：

校验该仪表所需设备：

DC24V电源、数字压力表、打气泵、数字万用表等。

（假设该差压变送器的量程为0～10KPa）

普通差压变送器校验接线图参见图1－2－9。

1.3.1校验零点：

L侧放空，H侧也放空，这时数字万用表上的指示应是4mA，若不指示4mA，则调整该表的调零点电位器，使其输出4mA。

1.3.2校验量程：

L侧放空，在H侧用打气泵输入10KPa的气信号，这时数字万用表上的指示应是20mA，若不指示20mA，则调整该表的调量程电位器，使其输出20mA。

上述过程要重复2～3次

注：

打气泵也可以用仪表压缩空气经减压、稳压后来代替。

图1－2－9图1-2-10图1-2-11

现在，大部分差压变送器都是具有HART协议输出的智能式差压变送器，这种变送器在校验时非常简单，只要照图接好线，在便携式手操器上就可以很方便的校正了。

带HART协议输出的差压变送器校验接线图参见图1－2－10、在控制室的AI卡上校验带HART协议输出的差压变送器的接线图参见图1－2－11。

2.复合扩散硅压阻式差压变送器

2.1测量原理：

变送器内的单晶硅片受压后电阻会发生变化，则输出一个mV信号，这个mV信号与输入的压差成正比。

图1－2－12复合扩散硅压阻式差压变送器的测量原理

2.2仪表结构：

外形结构和电容式差压变送器一样，也是由三个部分组成。

参见图1－2－5、图1－2－6、图1－2－7、图1－2－8。

2.3特点：

内有三个传感器：

差压传感器、静压传感器、温度传感器，故可以进行温度、静压补偿,测量精度高。

参见图1－2－13。

图1－2－13复合扩散硅压阻式差压变送器的构成

2.4校验：

校验方法和电容式差压变送器完全相同。

参见图1－2－9、图1－2－10、图1－2－11。

3.其它各种压力表

U型压力计、隔膜压力表、弹簧压力表等，这些多为现场指示型。

第三节　流量测量仪表

流量单位：

m3/h，m3/s，t/h，Nm3/h，kg/h，L/m等

1.气体流量仪表

1.1差压式流量计

差压式流量计是用途比较广泛的一种流量计，主要是用于各种气体的测量，如氧气、氮气、空气、天然气等，锅炉用纯水流量的测量一般也是用差压式流量计。

1.1.1差压式流量计的特点：

⑴差压式流量计一般都由两部分组成：

差压取出部分和差压转换部分。

⑵流量与压差的平方根成正比，即F∝√△P。

⑶所有差压式流量计都要进行温度、压力补偿。

⑷仪表要求其前、后有一定长度的直管段（没有障碍物，包括阀门、大小头，弯头等），一般前面要20D以上，后面有5D以上，越长越好。

（所有的流量计都有这个要求。

）

⑸所有差压式流量计都有方向性，安装时不能装反了。

⑹仪表结构简单，价格便宜，尤其是孔板流量计，但压损较大。

1.1.2差压式流量计的温压补偿：

1.1.2.1测量气体流量为什么要进行温度、压力补偿？

因为气体流量与介质的密度有关，而密度又与温度、压力有关：

即气体体积与温度成正比，与压力成反比。

实际的气体流量测量公式：

F=K√T/P×

△P

从上面公式可以看出，即使体积流量没有增加（△P不变），（△P代表流量值），由于温度升高了（T增加），它的体积会膨胀而增加（T在分子上，指示值F会增加）；

由于压力提高了（P增加），它的体积会因压缩而减少（P在分母，指示值F会减少）。

故要进行温度、压力补偿。

1.1.2.2怎样进行温度、压力补偿？

以前是用一台乘除器仪表进行补偿运算，即将被测介质的温度信号和压力信号分别接在原测量公式相反的地方。

由于工况温度升高（Tt加大），它的体积会膨胀而增加，但将其温度值接在分式的分母下面，其值会减少，这样和被膨胀值正好抵消；

由于工况压力升高（Pt加大），它的体积会因压缩而减少，但将其压力值接在分式的分子上面其值会增加，这样和被压缩值正好抵消。

带温度、压力补偿的气体流量测量公式：

F=K√（P2＋P0）÷

（P1＋P0）×

（T1＋T0）÷

（T2＋T0）×

△P。

其中：

F：

被测流量

K：

仪表系数

△P：

差压信号

P0：

标准压力（101.325KPa）（1个工程大气压）

P1：

设计压力（设计的正常时的压力）

P2：

实际工况压力（实际工作时的压力）

T0：

标准温度（273.150K=0℃）

T1：

设计温度（设计的正常时的温度）

T2：

实际工况温度（实际工作时的温度）

也可以用下面的气体流量的温度、压力补偿公式：

F2=F1×

√（P2＋P0）÷

（T2＋T0）

F1：

没有补偿的流量

F2：

实际被测流量

其它参数同前。

现在，在DCS系统里已做好了这一补偿软件，在进行系统组态时，只要选择了气体流量，就会自动弹出补偿回路，将补偿用的温度、压力检测系统的工位号输入就可以了。

若补偿的好，则在设计的温度和压力范围内仪表的测量值都不会超差。

例如：

某厂硫酸车间风机流量测量系统如下：

F=200000Nm3/h

△P：

100mmH2O

设计压力：

-750mmH2O

工作压力：

-1000～0mmH2O

设计温度：

42℃

工作温度：

0～100℃

孔板在设计时就考虑了上述参数，故工作温度在0～100℃、工作压力在-1000～0mmH2O范围内，应都能在误差范围内，则是补偿完全了。

现在有一种智能差压变送器，我们称为“智能流量变送器”。

它本身除测量流量的差压信号外，还可以测量此处的压力值，同时还可以接入温度信号，进行温度、压力补偿，还可以进行开方运算，输出的4～20mADC电流信号就是进行温压补偿后的流量信号，在DCS系统里再不用进行开方和温压补偿。

1.1.3差压式流量仪表的种类

以前常用的差压式流量仪表有孔板流量计、喷咀流量计、文丘里管流量计、皮托管流量计等，现在又有阿钮巴流量计、威力巴流量计等。

1.1.3.1孔板流量计

1.1.3.1.1测量原理

根据伯努利定律：

流体流过节流装置时会产生一定的压降。

测量节流装置两边的压差，就能算出其流量。

1.1.3.1.2结构

流量孔板结构简单，如图1－2－14所示；

图1－2－15是出厂组装好的带取压阀的全套流量孔板，图1－2－16是出厂组装好的带取压用三组阀和差压变送器的全套孔板流量计，图1－2－17是出厂组装好的全套孔板流量计安装在测量管道上的情况。

图1－2－18是带温度变送器、压力变送器以进行温度、压力补偿的全套孔板流量计安装在测量管道上的情况。

图1－2－14　流量孔板　　　　　　图1－2－15　带取压阀的流量孔板

图1－2－16组装好的全套孔板流量计　　　　图1－2－17　安装好的孔板流量计

图1－2－18带温压补偿的全套孔板流量计图1－2－19“调整形孔板”流量计

注意：

所有气体流量测量的取压点一定在管道的上部，而液体流量测量的取压点一定在管道的下部。

其原因是：

当工艺介质是气体时，里面可能有冷凝的液体，若取压点放在下部，就会影响测量。

同样，当工艺介质是液体体时，里面可能有气泡，若取压点放在上部，也会影响测量。

另外，在安装流量孔板时一定要使孔板和测量管道同心。

为了最低限度的减小测量误差，要求孔板的前、后有一定长度的直管段（没有障碍物，包括阀门、大小头、弯头等），一般前面要20D以上，后面有5D以上。

但是，在有些场合很难满足这一要求，没有这么长的直管段。

现在，罗斯蒙特公司又推出来一种新的流量孔板，叫“调整形孔板”，中间不是一个孔，而是4个小孔。

其特点是前、后的直管段只要求2D，并且和差压变送器组合安装在一起，非常方便。

参见图1－2－19　出厂组装好的“调整形孔板”流量计。

1.1.3.2阿纽巴流量计

1.1.3.2.1测量原理

阿纽巴流量计是一种差压式流量计，由于其外形像一支笛子，故也叫笛形流量计。

如图1－2－20所示：

在一支不锈钢园管中间，按一定规律钻取一些大小一样的园孔，将此园管的孔前面正对着流体流动的方向插入流体管道中，从园管中间和后面分别引出两根气管，接到差压变送器的正、负压侧，差压变送器就将这检测到的差压信号转换成4～20mADC的电流信号，此电流信号就代表流体的流量。

这种流量计也是一种差压式流量计，只不过是取差压的形式不同而已。

同样，其流量值与流体的温度、压力有关，故还要进行温度、压力补偿。

由于孔不是很大，故在流体不是很干净的情况下，为了防止小孔堵塞，往往要进行自动吹扫。

现在，罗斯蒙特公司又推出一种截面类似三角形的阿纽巴流量计，取压孔不是园形的，是一个细长形的，测量精度较高。

参见图1－2－21。

图1－2－20　阿纽巴流量计　　　图1－2－21组装的新式阿纽巴流量计

1.1.3.3威力巴流量计

威力巴（威尔巴）流量传感器：

威力巴（Wellbar）流量传感器是运用差压式的工作原理设计生产的一种新型插入式流量测量仪表。

由威力巴流量传感器、差压变送器和流量积算仪组成流量测量系统。

智能一体化流量测量装置可同时测量流体的差压、压力、温度、流量等。

能产生精确、稳定的差压信号，强度高、不渗透、防堵塞。

能测量气体、液体、蒸汽和腐蚀性介质液体。

1.1.3.3.1测量原理：

在测量管道中插入威力巴流量传感器，当流体流过传感器时，在其前部（迎流方向）产生一个高压分布区，在其后部产生一个低压分布区，传感器在高压区开设有按一定规则排列的多对孔（一般为三对），在低压区（顺流方向）的侧壁也开有三对孔，将高压区的压力P1和低压区的压力P2引进差压变送器，测量出差压△P=P1-P2，故△P反映了平均速度压力，就可以推导出流量。

1.体积流量公式：

Q=0.12645KY1D2√△P/ρ

2.质量流量公式：

M=0.12645KY1D2√△P×

ρ

3.气体标准体积流量公式：

Q20=0.36584KY1D2√△P/ρ×

Pa/Ta

式中：

Q：

工作状态下体积流量：

m3/h

M：

质量流量：

kg/h

Q20：

气体标准状态下（20℃、101.325KPa大气压）的体积流量：

Nm3/h

KPa

ρ：

被测流体在工作状态下的密度：

kg/m3　

流量系数

Y1气体膨胀系数

Pa：

气体工作压力（绝对压力）KPa

Ta：

工作温度（绝对温度）K

1.1.3.3.2仪表结构：

外形和阿纽巴流量计差不多，见图1－2－22。

图1－2－22　威力巴流量计

1.1.4蒸汽流量的测量：

蒸汽流量的测量和其它气体流量的测量没有什么本质的区别，关键在于差压的取得。

现在介绍一下如何取得流量测量所需要的差压信号。

这里要用到一个叫“冷凝器”的设备，如图1－2－23所示：

将冷凝器上部阀门的进口管道接到孔板的取压管上，下部的出口管道则接到差压变送器的正负输入侧就行了。

图1－2－23　冷凝器

因为蒸汽的温度太高，如果将孔板的取压管直接接到差压变送器上，就有可能损坏仪表。

在测量流量之前，将冷凝器上面的盖子打开，装滿净化水，并将下面的排污阀打开，排掉气泡，再关好排污阀，盖好上面的盖子（参照图1－2－23冷凝器左边部分）。

投用之后，蒸汽的压力通过冷凝器里面的冷凝水再传递给差压变送器，差压变送器就将这代表流量的差压信号变成4～20mADC的电流信号，送到DCS系统，在DCS系统内进行压力补偿，进行开方、线性化处理后，就作为蒸汽流量值显示出来。

测量饱和蒸汽流量时只要进行压力补偿，不要进行温度补偿。

因饱和蒸汽的体积不会因温度而变化（不会膨胀），只会随压力的变化而变化。

另外，有些厂家生产的冷凝器顶上没有加冷水的孔，为了保证差压变送器的安全使用，投用时要将差压变送器三阀组的两个进口阀和平衡阀都关闭，只是将一次取压阀打开，过一段时间，等测量管道里装滿了冷凝水后，再将两个进口阀打开、平衡阀关闭，测量系统正常投入使用，这样才能保证差压变送器的安全（参照图1－2－23冷凝器右边部分）。

1.1.5差压式流量仪表的投用

1．使用前的准备

⑴检查阀门的状态，参见图1－2－24。

通常情况下，该测量系统最多有7个阀门：

高、低压侧引压阀（也称一次取压阀）；

高、低压侧排污阀；

三阀组（高、低压侧截止阀、平衡阀）。

投用前，除了三阀组的平衡阀要全开以外，其它阀门都要全关。

⑵排液或排气

变送器测量部的导压管内若有积液或气体存在，会引起测量误差，必须排去。

其方法是：

慢慢拧开排液螺钉，排去测压部内的残液或气体，排空后拧紧螺钉。

液体向下排，气体向上排。

⑶系统检查

变送器投用之前，必须先检查仪器之间的配线是否正确；

变换部、外端子箱盖是否紧固、密封；

电源电压是否正确等。

2．接通电源，作好投用准备。

3．投用：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图1-2-24气体流量检测图

⑴缓慢打开高、低压侧引压阀，将介质压力引入导压管。

⑵缓慢打开高压侧截止阀，将介质压力施加给变送器的高、低