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仪表基础知识培训(物位)


--仪表专业技术培训

?《仪表基础知识》
编制:陈俊良

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一、万用表的使用 二、温度测量仪表 三、压力测量仪表 四、流量测量仪表 五、物位测量仪表 六、气 动 调 节 阀 七、电动执行机构 八、分析系统仪表 九、显 示 仪 表 十、自动

控制系统
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五、 物位测量仪表

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五、 物位测量仪表

五、 物位测量仪表
一、基本概念
物 位

容器中液体介质液面的高低(称为液位) ? 两种液体介质的分界面的高低(称为界面) ? 固体块、散粒状物质的堆积高度(称为料位)
?

液位、料位以及界位总称为物位

物 位 计

用来检测液位的仪表称液位计 ? 检测分界面的仪表称界面计 ? 检测固体料位的仪表称料位计
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五、 物位测量仪表

五、 物位测量仪表
二、物位检测的作用 ? ①确定容器中的贮料数量,以保证连续生 产的需要或进行经济核算; ? ②为了监视或控制容器的物位,使它保持 在规定的范围内; ? ③对它的上下极限位置进行报警,以保证 生产安全、正常进行。
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五、 物位测量仪表

五、液位、物位测量仪表
三、分类 ? 物位测量仪表的种类很多,按液位、料位和 界位来可分: ? (1)液位仪表:直读式、浮力式(浮筒、浮 球、浮标、沉筒)、静压式(压力式、差压式)、 电容式、电感式、电阻式、超声波式、微波式等。 ? (2)界位仪表:浮力式、差压式、电极式、 超声波式等。 ? (3)料位仪表:重锤探测式、音叉式、超声 波式、激光式、放射性式等。
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分 类

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五、 物位测量仪表

直读式液位计是一种简单而常用的液位测量仪表 。其中最简单的就是用玻璃液位计进行测量。 玻璃液位计的工作原理:按 连通器液柱静压平衡原理工作。 优点:结构简单、价格便宜 ,一般用在温度及压力不太高的 场合就地指示液位的高低。 缺点:不能测量深色或粘稠 的介质的液位,另外玻璃易碎, 且信号不能远传和自动记录。
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5.4 直读式液位计

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五、 物位测量仪表

5.4 直读式液位计
玻璃液位计测量时注意: ?应使容器和仪器中的介质具有相同的温 度,以免因密度不同而引起示值误差。 ?玻璃液位计管径不宜太小,以免因毛细 现象而引起示值误差。 ?应尽量减小连通管上的流动阻力,以减 小液位快速变化时产生的动态误差。 ?为改善仪表的动态性能,也不能把连通 管上的阀门省掉,当玻璃管一旦发生损 坏时,可利用连通管上的阀门进行切断, 以免事故扩大。
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五、 物位测量仪表

5.5 浮力式液位计
原理:基于液体浮力原理而工作的。 ? 优点:不容易受到外界环境的影响;浮子或 浮筒直接受浮力推动,比较直观、可靠,结 构简单、维修方便等。 ? 缺点:由于具有可动部件,故容易受摩擦而 影响它的灵敏度和增大误差,而且可动部件 易被污垢、锈蚀卡死而影响可靠性。另外, 由于浮筒或浮子要垂直或横伸于容器中,故 所占空间较大。
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五、 物位测量仪表

5.5 浮力式液位计
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分类: 恒浮力式液位计:维持浮力不变的液位计, 如浮球、浮标式液位计等。 变浮力式液位计:在检测过程中浮力是发 生变化的,如沉筒式液位计等。

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五、 物位测量仪表

5.5.1 恒浮力式液位计
原理:利用浮子本身的重量和所受的浮力均为定值,使 浮子始终漂浮在液面上,并随液面的变化而变化。
浮球液位计测量原理: 利用漂浮于液面上的浮标或浸没于液体中的浮筒对液位进行测量 的。当液位变化时,前者产生相应的位移,而所受到的浮力维持不变, 后者则发生浮力的变化。因此,只要检测出浮标的位移或浮筒所受到 浮力的变化,就可知道液位的高低。
恒 浮 力 法 液 位 测 量 示 意


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五、 物位测量仪表

5.5.2 变浮力式液位计
原理:变浮力式液位计的检测元件是沉浸在液体事的浮筒。它 随液位变化而产生浮力的变化,去推动气动或电动元件,发出信号 给显示仪表,以指示被测液面的值。浮筒式液位变送器的输出信号 不仅与液位高度有关,而且还与被测介质的密度有关。
图示为位移平衡浮筒式液 位变送原理图。当液位发生变 化时,浮筒1(又称沉筒)本 身的重力与所受的浮力的不平 衡力,经杠杆2传至扭力管3, 而扭力管产生转角弹性变形, 由心轴4传出,经推板5传到 霍尔片6,转换成霍尔电势, 经功率放大后转换成统一的标 准电信号输出,以远传显示。
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5.6 翻板液位计

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五、 物位测量仪表

5.6 翻板液位计
原理:以磁性浮子为感测元件,并通过磁性浮子与显示 色柱中磁性体的磁耦合作用,反映被测液位或界面的高度。
翻板液位计的翻板是由导磁的 薄铁皮制成。垂直排列,并各自能绕 框架上的小轴翻转(如图)。翻板一 面涂红漆,另一面涂银灰色漆。工作 时,液位计的连通管经法兰与容器相 连通,构成一连通器。连通器中间有 浮标,它随液位的变化而变化。浮标 中间有一磁钢,其位置正好与液面一 致。当液位上升时,磁钢将吸引翻板, 并将它们逐个翻转,使红的一面在外 边;下降时,又将它们翻过来,使银 灰的一面在外边。即以颜色表示液位 高低,十分醒目。
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五、 物位测量仪表

5.6 翻板液位计
磁翻板液位计主要常识: 一、磁翻板液位计指示器安装在桶槽外侧或上 面,用以指示和控制桶槽内的液位,封闭形式可根 据需要加装排污阀。 ? 二、适合用于高温、高压、耐腐蚀等场合,可 就地显示和远程控制。磁翻板液位计本体管采用无 缝钢管,连接管处采用拉孔焊接,内部无划痕。磁翻板 液位计本体下端密封。 三、磁翻板液位计应用连通管原理,保证被测 容器与测量管体间的液位相等,当测量管中的浮子 随被测液位等量变化,浮子中的磁性体与显示板上 显示色柱中的磁性体作用,使色柱翻转,白色表示 无液,红色表示为有液,以达到就地显示液位的数 值。
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五、 物位测量仪表

5.6 翻板液位计
四、就地显示的磁翻板液位计具有显示直观、 醒目、视角宽,结构紧凑合理,安全可靠,无“跑、 冒、滴、漏”现象,维护量小,维修费用低等优点, 且其指示功能无须另外供电,即使电力供应发生故 障,液位观测也不会受到影响,是理想的液位检测 仪表。 五、磁翻板液位计若配置UR型电阻液位传感器, 或UB型电阻—电流液位变送器和(二次)显示仪表, 可以完成电动远传,并输出4~20mA的标准信号, 以配合记录仪表,或工业控制计算机联网。 ? 六、在本体管上加装磁性开关或远传变送器, 输出开关信号或模拟量信号,使液位计即可就地显 示液位,又可远程监控液位. (即为远传型磁翻板液 位计)。
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五、 物位测量仪表

5.7 静压式液位计
静压式液位计是根据液柱静压与液 柱高度成正比的原理来实现的。如图所 示,根据流体静力学原理可得A、B两 点之间的压力差为

Δp=pB-pA=ρgH
? p A ? 容器上部空间的气体压力 ?? ? ?? ? pB ? 设定的零液位处的压力 ? ?? ? H ? 零液位至液面的液体高度 ? ? ? 介质密度 ? ??

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1 ? 液位高度 H ? ?p ? ?p ?g

五、 物位测量仪表

5.7 静压式液位计
5.7.1 压力计式液位计 5.7.2 差压式液位计 5.7.3 法兰式压力变送器 5.7.4 静压式液位计的零点迁移

5.7.5 静压式液位计的特点及选型
重点:各种静压式压力计的原理、特点、应用。 难点:零点迁移。
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五、 物位测量仪表

5.7.1 压力计式液位计
压力计式液位计是根据测压仪表测量液位的 原理制成的,用来测量敞口容器中的液位高度。 测压仪表通过取压导管与容器底部相连,当 液体密度ρ为常数,由测压仪表的指示值便可知 道液位的高度。
敞口容器: 容器底部或侧面液位零点处引 出压力信号,仪表指示的表压

力即反映相应的液柱静压。
压力式仪表
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五、 物位测量仪表

5.7.1 压力计式液位计
压力计式液位计的特点: 优点:比较简单,而且测量范围不受限制,信号可以 远传。 缺点:精度受到压力表精度的限制,而且只适用于敞 口容器的测量,当液体密度发生变化时,会引入一定的误 差。 如果被测介质具有腐蚀性,应在仪表与被测液体之间 加装隔离罐。但是应注意隔离液与被测液体之间不能发生 互溶现象。 注意:当压力仪表与取压点(零液位)不在同一水平 位置时,应对其位置高度差引起的固定压力进行修正。
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五、 物位测量仪表

5.7.2 差压式液位计
用压力式液位计测量密闭容器的液位时,压力 表的示值包含了液面上部的气相压力,而此压力不 一定是定值,所以用这种液位计测量液位时会引起 较大的误差。为消除气相压力的影响,需采用差压 式液位计。
密闭容器: 差压计的正压侧与容器底 部相通,负压侧连接容器上部 的大气空间。

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差压式仪表

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五、 物位测量仪表

5.7.3 法兰式压力变送器
法兰式差压变送器的法兰直 接与容器上的法兰相连接,作为 敏感元件的测量头(金属膜盒) 经毛细管与变送器的测量室相通 。在膜盒、毛细管和测量室所组 成的密闭系统内充有硅油,作为 传压介质,毛细管外套以金属蛇 皮管保护,法兰测头的结构形式 分为平法兰和插入式法兰两种。
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1-毛细管 2-变送器 3-平法兰 测量头 4-插入式法兰测量头

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五、 物位测量仪表

5.7.3 法兰式压力变送器 法兰式压力变送器的应用
法兰式差压变送器适宜于测量腐蚀性、结晶性 、粘稠性和含有悬浮物的液体的液位和界位测量。 法兰式差压变送器缺点:比普通的差压变送器 贵,而且有的毛细管内的充灌液很容易渗漏掉。反 应比普通的差压变送器迟缓,特别是天冷的时候, 仪表的灵敏度更低。法兰式液位计的测量范围还受 毛细管长度的限制。因此,使用哪一种液位计进行 测量,要视具体的情况而定。
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五、 物位测量仪表

5.7.4 静压式液位计的零点迁移
无论是压力检测法还是差压检测法都要求取压口(零液 位)与压力(差压)检测仪表的入口在同一水平高度上,否 则就会产生附加静压误差。

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五、 物位测量仪表

静压式液位计图片
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五、 物位测量仪表

5.7.4 静压式液位计的零点迁移

1.无迁移 两个不同形式的液位测量系统中,将差压变送器的正、负压室分别与 容器下部和上部的取压点相连通,作为测量仪表的差压变送器的输入差 压Δp和液位H之间的关系都可以用Δp=pB-pA=ρgH表示。 当H=0时,差压变送器的输入Δp=0,差压变送器的输出也为0(下 限值),相应地显示仪表指示为0,这时不存在零点迁移问题。

无迁移液位测量系统
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1-容器 2-变送器 3-液位零面
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五、 物位测量仪表

2、正迁移:如右图
差压计安装在最低液面以下,和 零位的高度差为h。则差压变送器正、

负压室所受压力为: ? p? ? H?g ? h?g ? p0 ? (容器内液面上方的气体压力) ? p? ? p0    ? 差压计两侧压力为?p ? p? ? p? ? H?g ? h?g

            H?g ? c ? 可见,当液面高度为H ? 0时,?p ? c>0,为使 H ? 0时,?p ? 0,需要设法消去c的作用。 为此,在一般的差压计中,改变变送器的零点即可实现。 由于要迁移c值为正,所以称:正迁移
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五、 物位测量仪表

3、

负迁移:如图。
当容器中液体上方气体是可凝性的

(如水蒸汽),为保持负压室所受的液

柱高度恒定,或者被测介质有腐蚀性,
为了引压管防腐,常常在差压变送器的正负压室与限压点之间装 有隔离罐,并充以隔离液。设隔离液密度为

? p? ? h1 ? 2 g ? H?1 g ? p0 ? (容器内液面上方的气体压力) ? p? ? h2 ? 2 g ? p0    ? 差压计两侧压力为?p ? p? ? p? ? H?1 g ? (h2 ? h1 ) ? 2 g
当H ? 0时,?p ? 0,差压变送器受到一个附加的差压作用,为 使H ? 0时,?p ? 0,需要消去B的作用,由于要迁移的量为负值       负迁移            
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                H?1 g ? B ?

五、 物位测量仪表

? 总结:
量程迁移一般通过调整仪表上的迁移弹簧或零点参数即可实 现,这种调整同时改变了量程的上、下限,而不改变量程大小。

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五、 物位测量仪表

④.举例:用差压变送器检测液位,已知 h1 ? 1.0m 、h2 ? 5.0m
、 ?2= 950kg / m3 液位变化范围为0~3m,重力 ?1= 1200 / m kg
3

加速度

g ? 9.8m / s 2 ,求差压变送器的量程和迁移量,若选

用DDZ-Ⅲ型仪表,其测量范围是多少? 解:当液位在0~3m变化时, 测量液体差压变化量为:

H max ?1g=3?1200? 9.8 ? 35280 a P
根据差压变送器量程系列,选择量 程为:40KPa。

当H ? 0,有?p ? (h1 ? h2 ) ? 2 g         - 5)? 950? 9.8 ? (1
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? ?37240

④.举例:用差压变送器检测液位,已知 h1 ? 1.0m 、h2 ? 5.0m

、 ?2=950kg / m3 液位变化范围为0~3m,重力 ?1= 1200 / m kg
3

加速度

g ? 9.8m / s

2

,求差压变送器的量程和迁移量,若选

用DDZ-Ⅲ型仪表,其测量范围是多少? 解:因此需进行负迁移,其迁移量 为:37.24kPa。迁移后的测量范围 为: ? 37240 ~ 2.76  KP a 若选用DDZ-Ⅲ型仪表,输出为4~20mA电流,则有:

H ?输出I ? 4mA时,对应测量液位高度 ? 0; ? ? 40 H ?输出I ? 20mA时,对应测量液位高度 ? 35.28? 3 ? 3.4m; ?
实际可测液位范围为0~3.4m。
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五、 物位测量仪表

5.7.5 静压式液位计的特点及选型
1.静压式液位计的特点 差压式仪表的性能稳定、精度高,是应用最广 泛的一种仪表。利用差压式液位计测量液位具有 如下特点: ?检测元件不占容器空间,而只需在容器侧壁上 开两个引压孔。 ?检测元件无可动部件,安装方便,使用可靠。 ?采用法兰式结构还可以解决黏度大、易结晶、 有悬浮物的介质液位的测量。 ?低温使用时,须采用保温措施,以防止隔离罐、 导压管及仪表内的液体冻结,影响正常测量。
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五、 物位测量仪表

5.7.5 静压式液位计的特点及选型
2.静压式液位计的选型 ?腐蚀性、结晶性、粘稠性、易汽化和含悬浮物的液体, 宜选用平法兰式差压式液位计。 ?高结晶、高粘性、结胶性和沉淀性液体,宜选用插入式 法兰差压式液位计。 ?对于在环境温度下,气相可能冷凝,液相可能汽化,或 气相有液体分离的对象,在使用普通差压式液位计进行测 量时,应视具体情况分别设置隔离器、分离器、汽化器、 平衡容器等部件,或对测量管线保温、伴热。 ?用差压式液位计测量锅炉汽包液面时,所采用的双室平 衡容器应为温度补偿型的。
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五、 物位测量仪表

5.8 投入式静压液位变送器
? 投入式静压液位变送器是基于所测液体静压

与该液体高度成正比的原理,采用扩散硅或 陶瓷敏感元件的压阻效应,将静压转成电信 号。经过温度补偿和线性校正,转换成420mADC标准电流信号输出。 投入式静压液 位变送器的传感器部分可直接投入到液体中, 变送器部分可用法兰或支架固定,安装使用 极为方便。

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五、 物位测量仪表

5.9 电容式物位计
电容物位计:将物位的变化转换成电容量的变 化来进行物位测量的仪表。 组成:传感器、电容检测两大部分。 电容式物位计适用于各种导电、非导电液体的 液位或粉状料位的远距离连续测量和指示,也可以 和电动单元组合仪表配套使用,以实现液位或料位 的自动记录、控制和调节。由于它的结构简单,没 有可动部分,因此应用范围较广。
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5.9 电容式物位计

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五、 物位测量仪表

1、结构:

5.9 电容式物位计

如图, 两个同轴圆筒电极组成的电容器。
?极板长度L ? ?D 2??1 L ? ? ?同轴园筒外内电极直径?    电容量 : C0 ? ln( D / d ) ?d ? ?极板间介电常数? 1 ?

2、原理:基于圆筒形电容器的电容值随物位而变化。 当液位变化,圆筒形电极一部份被物料浸没,浸没深度H, 极板间存在两种介质的介电常数ε ε
2 1

(原设有中间介质介电常数)、
?

(被测物料的介电常数) ,将引起电容量的变化。 2??1 ( L ? H ) 2??2 H
新的电容量 : C ? C1 ? C2 ? ln( D / d ) ln( D / d )
对数函数

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五、 物位测量仪表

5.9 电容式物位计
C0 ? 2??1 L ln(D / d )
新的电容量: C ? C1 ? C2 ? 2??1 ( L ? H ) 2?? 2 H ? ln(D / d ) ln(D / d )

2?(? 2 ? ? 1)H 电容变化量 : ?C ? C ? C0 ? ln( D / d ) 一定条件下         ? ? ? ??? ? H ?

?根据?C,即可知液位H 结论: ? ?差值? 2 ? ?1越大,?C也越大 ? 相对灵敏度越高
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五、 物位测量仪表

5.9 电容式物位计
3、实现形式:
②.测量导电液体液位时: 等效电路如右图。 c2 ? Ri为容器内径 ? 设?? 1 ? 被测液位上方空气介电常数 ?? ? 绝缘套管的介电常数 ? 2 ? 2??2 ( L ? H ) ? 绝缘套管外表面和内电极构成的电容 ?C11 ? ln( R / r ) ? ? 2??1 ( L ? H ) ? 容器和绝缘套管构成的电容 ?C12 ? ln( Ri / R) ? ? 2??2 H ? 导电液和内电极构成的电容 ? ? 2 ?? ? 1 , 且Ri ?? R ?C2 ? ln( R / r ? 仪表基础知识培训 )

c11 c12

? C12 ?? C11

五、 物位测量仪表

5.9 电容式物位计
3、实现形式:
① .测量导电液体液位时: 等效电路如图。
? 总电容C ? C12 ? C2

c11 c12
c2

2??1 L 2??1 H 2??2 H        ? ? ? ln( Ri / R) ln( Ri / R) ln( R / r )

Ri R ? ? 2 ?? ? 1,  ??   R r
? 总电容C ? 2??1 L 2??2 H ? ? ? C0 ? kH ln( Ri / R) ln( R / r )

? ? 电容增量?C ? C ? C0 ? kH随液位的升高而线性增加
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五、 物位测量仪表

5.9 电容式物位计
4、检测电路:
由于电容变化量小,因此准确检测电容量是物位检测的关键。

电容式物位计主要由电极(敏感元件)和电容检测电路组成,

常见的电容检测方法有交流电桥法、充放电法、谐振电路法。

可以输出标准电流信号,实现远距离传送。 5:特点 电容式物位计一般不受真空、压力、温度等环境条件的影响; 安装方便,结构牢固,易维修;价格较低。 但是不适合于以下介质:如介质的介电常数随温度等影响而 变化、介质在电极上有沉积或附着、介质中有气泡产生等情况。

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五、 物位测量仪表

5.9 电容式物位计
电容式物位计在使用时主要应注意以下几点:
? 电极必须垂直安装,安装前要校直。 ? 注意不要把电极安装在管口、孔、凹坑等里面,以防止介 质停留而造成误动作。 ? 仪表的同轴电缆芯线不允许进水,必须严格予以注意。 ? 同轴电缆不许切断或加长,因为在校验中已计入初始电容 量,否则将影响零点和整个线性。 ? 当被测介质改变后,需重新调整仪表。 ? 当周围温度与调整时的温度偏离过大时,则必须重新调整 仪表。

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五、 物位测量仪表

物位检测方法小结

2、 电容式、超声波式液位计:用于液位或料位的检测
电容式:
?具有检测原理、敏感元件结构简单的特性 ? ?缺点:电容量随我们变化量较小,对于电子线路要求高, ?   而且电容量易受介质的介电常数变化的影响 ? 超声式:
?应用范围广,只要界面的声阻抗不同,液位、粉末、块状 ? ?   的物位均可测量,可实现非接触式测量 ? ?探头本身不能承受过高的温度 ? ? ? 缺点: ?声速与介质的温度有关 ? ?某些介质对声波吸收能力很强 ? ? ? ?     受到一定的限制,电路复杂, 价格高 ? ? 仪表基础知识培训

五、 物位测量仪表

超声波液位计

超声波液位计图片
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五、 物位测量仪表

5.10 超声波液位计
? 1、声波的特性

? 声波是一种机械波,是机械振动在介质中

的传播过程。 ? 当振动频率在十余赫到万余赫时可以引起 人的听觉,称为闻声波; ? 更低频率的机械波称为次声波; ? 20kHz以上频率的机械波称为超声波。 ? 作为物位检测,一般应用超声波。
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五、 物位测量仪表

5.10 超声波液位计
超声波特性
可以在气体、液体及固体中传播 ? 在常温下空气中的声速约为334m/s, ? 在水中的声速约为1440m/s, ? 而在钢铁中约为5000m/s。 ? 声速还与介质所处的状态(如温度)有关。例如理 想气体的声速与绝对温度T的平方根成正比,对 于空气来说影响声速的主要因素是温度,并可用 下式计算声速的近似值
?

v ? 20.067 T
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五、 物位测量仪表

5.10 超声波液位计
超声波特性 ? 声波在介质中传播时会被吸收而衰减,衰 减的程度与介质性质有关:气体中衰减最 大,液体其次,固体中衰减最小, ? 声波在介质中传播时衰减的程度还与声波 的频率有关,频率越高,声波的衰减也越 大,因此超声波比其他声波在传播时的衰 减更明显。

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五、 物位测量仪表

5.10 超声波液位计
超声波特性 ? 声波传播时的方向性随声波的频率的升高 而变强,发射的声束也越尖锐,超声波可 近似为直线传播,具有很好的方向性。 ? 当声波从一种介质向另一种介质传播时, 因为两种介质的密度不同和声波在其中传 播的速度不同,在分界面上声波会产生反 射和折射,声波从液体或固体传播到气体, 或相反的情况下,几乎全部被反射。
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五、 物位测量仪表

5.10 超声波液位计
? ? ?

1、测量原理 利用超声波在介质中的传播速度及在不同相界面之 间的反射特性来检测物位。 2、工作原理 由换能器(探头)发出高频超声波脉冲遇到被测介质 表面被反射回来,部分反射回波被同一换能器接收,转换成 电信号。超声波脉冲以声波速度传播,从发射到接收到超声 波脉冲所需时间间隔与换能器到被测介质表面的距离成正比。 此距离值S与声速C和传输时间T之间的关系可以用公式表示: S=CxT/2。 由于发射的超声波脉冲有一定的宽度,使得距离换 能器较近的小段区域内的反射波与发射波重迭,无法识别, 不能测量其距离值。这个区域称为测量盲区。盲区的大小与 超声波物位计的型号有关。

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五、 物位测量仪表

?应用超声波反射检测物位 测量原理

5.10 超声波液位计
根据超声波从发射到接收反射回波的时间间隔大小与 被测介质高度成比例关系的原理,实现液位测量的。

根据传声介质的不同可以分为:液介式、气介式、固介式三种。 测量时由臵于容器底部的超声波探头向液面与气体

的分界面发射超声波,经过时间t后,便可接收到从
界面反射回来的回波信号。

1 H ? vt 2
V----超声波在液体中的传播速度
H ----从探头至界面的距离(被测介质物位高度) T ----超声波从探头发射至液面反射回来的时间
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五、 物位测量仪表

?超声波物位计
超声波物位计由超声波发射、接收器(探头)及显示仪表组成。

超声波物位计原理框图

超声波物位计的原理 物位计以微处理机8031单片机为 核心,进行超声波的发射、接收控制和数据处理,具有声 速温度补偿功能及自动增益控制功能。
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五、 物位测量仪表

?超声波物位计特点
? 优点:使用范围较广,液位、粉末、块状的

物位均可测量,实现非接触式测量。 ? 缺点:由于探头本身不能承受过高的温度, 声速又与介质的温度等有关,并且有些介质 对声波吸收能力很强,因而超声波物位计的 应用受到一定限制,此外电路比较复杂,价 格较高。

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五、 物位测量仪表

?超声波物位计安装要求:
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1)换能器发射超声波脉冲时,都有一定的发射开角。 从换能器下缘到被测介质表面之间,由发射的超声波波 束所辐射的区域内,不得有障碍物,因此安装时应尽可 能避开罐内设施,如:人梯、限位开关、加热设备、支 架等。另外须注意超声波波束不得与加料料流相交。 2)安装仪表时还要注意:a\最高料位不得进入测量盲 区;b\仪表距罐壁必须保持一定的距离;c\仪表的安装 尽可能使换能器的发射方向与液面垂直。 3)一般超声波换能器在-20~80℃工作条件下较合适。 温度补偿超声波探头是采用具有声电效应的材料制成, 当温度高于一定时,压电元件将失去效应,而不能使用。 4)超声波换能器和检测仪之间应采用屏蔽电缆连接, 且屏蔽线一端接地,以避免电噪声的干扰。 5)喇叭天线必须伸出接管\安装底板(10~300mm)。

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5.11 雷达液位计
? 电磁波的特点: ? 电磁波与声波和水波相似,具有波的性质,

可以发生折射等现象。 ? 它的速度,波长,频率之间满足关系式: 传播速度=波长×频率。 ? 电磁波在空气中的传播速度约为光速,波长 λ=300/频率F(GHz)mm。 ? 在真空中的传播速度为 3×108m/s,与光速 相同。从同步卫星到地球的传播时间大约1/8 秒。
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电磁波的特点
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5.11 雷达液位计

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段号 频段名称 频段范围(含上限不含下限) 波段名称 波 长范围(含上限不含下限) 1 甚低频(VLF)3~30千赫(KHz) 甚长波 100~10km 2 低频(LF) 30~300千赫(KHz) 长波 10~1km 3 中频(MF) 300~3000千赫(KHz)中波 1000~100m 4 高频(HF) 3~30兆赫(MHz) 短波 100~10m 5 甚高频(VHF)30~300兆赫(MHz) 米波 10~1m 6 特高频(UHF)300~3000兆赫(MHz)分米波\微波100~ 10cm 7 超高频(SHF)3~30吉赫(GHz) 厘米波 10~1cm 8 极高频(EHF)30~300吉赫(GHz) 毫米波 10~1mm 9 至高频 300~3000吉赫(GHz)丝米波 1~0.1mm

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五、 物位测量仪表

雷达液位计的原理
雷达液位计采用发射—反 射—接收的工作模式。雷达液 位计的天线发射出电磁波,这 些波经被测对象表面反射后, 再被天线接收,电磁波从发射 到接收的时间与到液面的距离 成正比,关系式如下:

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五、 物位测量仪表

雷达液位计的原理
接上:

D=CT/2 式中: D—雷达液位计到液面 的距离 C—光速 T——电磁波运行时间 因空罐的距离E已知, 则物位L为: L=E-D
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位移 D

雷达液位计的特点
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(1)雷达液位计采用一体化设计,无可动部件,不存在机械 磨损,使用寿命长。 (2)雷达液位计测量时发出的电磁波能够穿过真空,不需要 传输媒介,具有不受大气、蒸气、槽内挥发雾影响的特点, 能用于挥发的介质液位测量。 (3)雷达液位计几乎能用于所有液体的液位测量。电磁波在 液位表面反射时,信号会衰减,当信号衰减过小时,会导致 雷达液位计无法测到足够的电磁波信号。导电介质能很好地 反射电磁波,对雷达液位计,甚至微导电的物质也能够反射 足够的电磁波。介电常数大于1.5的非导电介质(空气的介电 常数为1.0)也能够保证足够的反射波,介电常数越大,反射 信号越强。在实际应用中,几乎所有的介质都能反射足够的 反射波。 (4)采用非接触式测量,不受槽内液体的密度、浓度等物理 特性的影响。 (5)测量范围大,最大的测量范围可达0~35m,可用于高温、 高压的液位测量。

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五、 物位测量仪表

雷达液位计的灵敏度
任何雷达物位计的测量都要求有足够的反射信号. 以下因素将影响反射信号强度: 1) 测量距离. 距离越大,信号越弱 2) 表面状态. 动荡不稳定的表面将 降低反射雷达波的强度. 3) 介电常数. 介电常数越大,反射越 强大. 4) 泡沫. 5) 天线尺寸. 天线尺寸越大,将得到 越窄的雷达波束角和更集中的雷 达波能量 6) 天线上的积垢灰尘.
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五、 物位测量仪表

? 雷达物位计从测量原理角度分为: ? 脉冲型雷达物位计、调频连续波雷达物位计 脉 冲 型 导 波 雷 达 物 位 计
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5.11 雷达液位计

雷 达 物 位 计

五、 物位测量仪表

一、调频连续波型雷达物位计
相对于脉冲回波时间差方式的测量原理,调频连续 波型液位雷达采用FMCW(频率调制/连续波)体制, 可以达到计量级的测量精度。 ? 图2 调频连续波型液位雷达工作原理: ? 如图2.安装在罐顶液位计通过天线向液面发射经频 率调制的电磁波信号,被测表面返回的信号被发射 天线接收,并与天线发射的瞬时频率信号比较。由 于信号的频率按照一定规律不断变化,因此比较信 号频率与天线到液面的直线距离成比例。 ? 综合测量信号与油罐形状参数,进行几何处理,就 可以得到精确的液位高度和剩余量信息。
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五、 物位测量仪表

二、脉冲雷达
? 脉冲雷达因容易实现精确测距,且接收回波

是在发射脉冲休止期内,所以接收天线和发 射天线可用同一副天线,因而在雷达发展中 居主要地位。测量距离实际是测量发射脉冲 与回波脉冲之间的时间差,因电磁波以光速 传播,据此就能换算成目标的精确距离。 ? 该原理称为时域反射原理(TDR)。 ? Time Domain Reflectometry

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五、 物位测量仪表

二、脉冲雷达物位计原理
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雷达物位计天线发射极窄的微波脉冲(例如:6G频率雷达, 即:发送一个△t时间(一般为1ns)的脉冲,叠加6GHZ的正弦 波信号),这个脉冲以光速在空间传播,碰到被测介质表面, 其部分能量被反射回来,被同一天线接收。发射脉冲与接收 脉冲的时间间隔与天线到被测介质表面的距离成正比。 由于其发射脉冲与接收脉冲的时间间隔非常小,一般都采用 时间拓展技术,并采用多次测量求平均的方法获得最终结果; 这种测量技术决定了其精度为5~10mm。 脉冲雷达由于采用微波脉冲信号,是间断性发射脉冲方式, 所以,脉冲雷达可以做到功率比较低,一般为0.5W内。可以 很方便的实现本安设计。在设计中大都采用大电容充电方式, 等电容充电到一定容量后,进行一次微波脉冲信号发射测量。 这种设计方式决定了其在料位变化率比较快的情况下,会出 现锁波现象。

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五、 物位测量仪表

导波雷达液位计
? 导波雷达液位计的测量原理

? 导波雷达是基于时间行程原理的测量仪表,

雷达波以光速运行,运行时间可以通过电子 部件被转换成物位信号。探头发出高频脉冲 并沿缆绳传播,当脉冲遇到物料表面时反射 回来被仪表内的接收器接收,并将距离信号 转化为物位信号。

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五、 物位测量仪表

导波杆的类型

同轴杆
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双杆

单杆

单缆杆

双缆杆

五、 物位测量仪表

导波雷达液位计的特点
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1、波导体为信号至液面往返传输提供一条快捷高效的通道, 信号的衰减保持在最小程度,因而可用以测量介电常数非常 低的介质液位;另外由于导波雷达耗能小,采用回路供电而 不是单独的交流供电,从而大大节省了安装费用。 2、由于信号在波导体中传输不受液面波动和储罐中的障碍 物等的影响,因而仪表所接收到的返回信号能量相应较强, 约为所发射能量的20%[既0.02mW],而且返回信号中的干扰 性杂散信号极小,基本对测量信号无影响。 3、介质介电常数的变化对测量性能无明显影响。导波雷达 和常规雷达一样,采用传输时间来测量介质液位,信号自烃 类[介电常数2~3]液体表面或自水[介电常数80]面反射回传 的时间一样的,不同的只是信号幅度[强度]的差别。 4、介质密度的变化对测量无影响,介质密度的变化影响浸 没于介质中物体所受到的浮力,但不影响电磁波在波导体中 的传播。

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五、 物位测量仪表

雷达液位计的安装

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五、 物位测量仪表

导波雷达液位计的安装
? 尽量远离出料口和进料口。

? 对金属罐和塑料罐,在整个量程范围内不碰

壁。 ? 缆式或杆式探头离罐壁最小距离不小于30厘 米。 ? 探头底部距罐底大约30mm。探头距罐内障 碍物最小距离不小于200mm。 ? 如容器底部是锥型的,传感器可以安装罐顶 中央,这样可一直测量到罐底。
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五、 物位测量仪表

雷达液位计的定位
?由罐的内壁到安装短管的外壁应 大于罐直径的1/6。 ?不可安装于罐顶的中心位臵, (否则传感器收到的虚假回波会 增强)干扰会导致信号丢失。 ?要避开进、出料口,不可安装于 料口的上方。 ?要避免安装在有很强涡流的地方。 如:由于搅拌或很强的化学反应 等,建议采用导波管或旁通管测 量。 ?建议安装保护盖以防直接的日照 或雨淋。
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五、 物位测量仪表

物位计的安装
? 在信号波束内,应避免安装任何装 臵,如限位开关,温度传感器等。 ?尽量避免在发射角内有造成假反射的 装臵。特别要避免在距离天线最近的 1/3锥形发射区内有障碍装臵(因为障 碍装臵越近,虚假反射信号越强)。 若实在避免不了,建议用一个折射板 将过强的虚假反射信号折射走。这样 可以减小假回波的能量密度,使传感 器较容易地将虚假信号滤出。 ?法兰上的标记应指向罐壁。 ?喇叭天线必须伸出接管(大于10mm
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五、 物位测量仪表

物位计的安装
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(1)当测量液态物料时,传感器的轴线和介质表面保持垂直;当测量 固态物料时,由于固体介质会有一个堆角,传感器要倾斜一定的角度。 (2)若传感器安装在接管上,天线必须从接管伸出来。喇叭口天线伸 出接管至少10mm。棒式天线接管长度最大100或250mm。接管直径最小 250mm。可以采取加大接管直径的方法,以减少由于接管产生的干扰回 波。 (3)关于导波管天线:导波管内壁一定要光滑,下面开口的导波管必 须达到需要的最低液位,这样才能在管道中进行测量。传感器的类型牌 要对准导波管开孔的轴线。导波管材质为金属。 管内壁光滑,管径恒定,否者误差增大甚至无法测量。 管内径一般介于50-200mm之间,管内径与雷达天线尺寸要密切配合,间 隙越小越好,间隙小误差小,可以说雷达天线决定了导波管内径。 管壁开孔,开孔排成一纵列,开孔大小一般小于管径的1/10,避免开孔 毛刺,孔径大了会带来干扰,开孔仅起平衡管内外界面作用。 长度要达到最低测量的液面,与罐底距离没有具体要求,底部开放。 若被测介电常数小于4,需在导波管末端安装反射板,或将导波管末端 弯成一个弯度,将容器底的反射回波折射走。 尽量用无缝钢管,避免焊接,延长时可套焊,焊缝要小,打磨平。

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五、 物位测量仪表

(4)差压式液位计 差压式液位是利用容器内的液位改变时,液柱产生的静压也相应变 化的原理而工作的。
图为差压式液位计测量原理图。 当差压计一端接液相,另一端接气 相时,根据液体静力学原理,有: Pb=Pa+ρgH 式中 H------液位高度 ρ------被测介质密度 g--------被测当地的重力加速度 所以有:△P=Pb-Pa=ρgH 在一般情况下,被测介质的密 度和重力加速度都是已知的,因此, 差压计测得的差压与液位的高度H成 正比,这样就把测量液位高度的问 题变成了测量差压的问题。
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5、 液位、物位测量仪表

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5、 液位、物位测量仪表
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差压变送器负压室压力P2=P气,则正负压室的差压为: ΔP=P1-P2 通常,被测介质的密度是已知的。因此,测得差压值就能 知道液位高度。 若被测容器是敞口的,气相压力为大气压力,则差压变 送器的负压室通大气就可以了,这时也可用压力变送器或压 力计来直接测量液位的高低。图示容器是受压的,则将负压 室与容器气相相连接,以平衡气相压力的静压作用。

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6.1、概含 执行器常称为调节阀,它由执行机构和调节机构两部分组成。 其中执行机构是调节阀的推动部分,它按控制信号的大小产生相 应的推力,通过阀杆使调节阀阀蕊产生相应的位移。调节机构是 调节阀的调节部分,它与调节介质直接接触,在执行机构的推动 下,改变阀蕊与阀座间的流通面积,从而达到调节流量的目的。 6.2、分类 执行器按其能源形式分气动、电 动、液动三大类。 气动执行器按其执行机构形式分 薄膜式、活塞式和长行程式。 电动和液动执行器按执行机构的 运行方式分为直行程和角行程两类。 目前在石化工业中普遍采用气动 执行器。
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六、气动调节阀

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六、气动调节阀
6.3 调节阀的结构原理 调节阀=执行机构+调节机构(阀体部件)

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?调节阀执行机构结构
?执行机构:调节阀的推动装置,它按信号压力的

大小产生相应推力,使阀杆相应的位移、从而使 阀芯动作。
序 号 1 2 3 零 件 名 称 吊 环 螺 母 上 膜 膜 盖 片 序 号 10 11 12

零 件 名 称 下 膜 盖

六 角 螺 栓 推 杆

4
5 6 7 8 9


限 位




13
14 15 16 17 18


导 指 标 向


套 针 尺

行 程 档 块 六 角 螺 母 弹 防 雨 簧 帽

阀杆连接部件 铭 牌
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6.4、执行机构 气动薄膜执行机构是应用最广泛的执行机构,它接受 0.02~0.1MPa气动信号。它正作用和反作用两种形式,当信号 压力增加时推杆向下移动的叫正作用执行机构。信号压力增加 时推杆向上移动的叫反作用执行机构。
气动薄膜(有弹簧) 的薄膜的有效面积越大, 执行机构的推力和位移也 越大。 气动活塞式(无弹簧) 执行机构随气缸两侧压差 而移动。因为没有反力弹 簧抵消推力,所以有很大 的输出推力,适用于高静 压、高差压的工艺场合。
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六、气动调节阀

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六、气动调节阀
6.6、调节机构 调节机构又称阀。种类很多,根据结构、用途来分, 其基本形式是直通单座阀、直通双座阀、蝶阀、三通阀、 偏心旋转阀、套筒阀、角形阀等。 1、直通单座;2、 直通双座;3、 角形;4、隔膜 阀;5、蝶阀;6、 阀体分离阀;7、 合流型三通调节 阀;8、分流型 三通调节阀
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六、气动调节阀
(1)直通单座阀:阀体内只有 一个阀蕊和阀座,阀杆带动阀蕊 上下移动来改变阀蕊与阀座之间 的相对位置,从而改变流体流量。 其主要优点是泄漏量小。

(2)直通双座阀:阀体内只 有两个阀蕊和阀座,阀杆带动 阀蕊上下移动来改变阀蕊与阀 座之间的相对位置,从而改变 流体流量。其主要优点是适用 压差比同口径单座阀大。
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六、气动调节阀
(3)蝶阀:又称翻板阀,由于阀板在阀体内旋转的角度不同,使阀 的流通面积不同,从而调节流体流量。其主要流通能力大,约为同 口径双座阀的1.5~ 3倍;阻力损失小;沉积物不易积存;结构紧凑, 安装空间很小。但操作转矩大,泄漏量较大,可调范围小。特别适 用于低压差、大口径、大流量和浓稠浆液及悬浮粒的场合。
O型球阀:可起调节和切断作用,常用于 两位式控制。它流路简单,全开时完全 形成直管通道,压力损失最小,特别适 用 于高粘度、悬浮液、纸浆等流体场合。 密封可靠,泄漏量很小,软密封球阀可 达到气泡级密封。 V型球阀:流通能力大,比普通阀高2倍 以上;控制特性好,为等百分比;可调 范围大,可达300:1;具有剪切作用, 能严密关闭,适用于浆料、纤维状流体 场合。主要缺点是操作压力受到限制, 高压降时不适用。
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六、气动调节阀
(4)偏心旋转阀:又称凸轮挠曲阀,简称偏心阀。球面阀蕊6 连在柔臂7上与轮毂8相接,轮毂与转轴4用键滑配,转轴带动 球面阀蕊旋转改变流体流量。工作时转轴的运动是由气动执行 机构驱动的,推杆的运动通过曲柄传给转轴。其主要优点是流 路阻力小,可调比大,适用大压差、严密封的场合和粘度大及 有颗粒介质的场合。很多场合可以取代直单、双座阀。

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六、气动调节阀
(5)套筒阀:也叫笼式阀,其阀 体与一般直通单座阀相似,阀内 有一个圆柱形套筒,也叫笼子。 阀蕊可在套筒中上下移动,利用 套筒导向。阀蕊在套筒中移动, 改变了套筒的节流孔面积,形成 了各种特性并实现流量的调节。 由于套筒阀采用了平衡阀蕊结构, 阀蕊上、下受压相同,不平衡力 小,并且阀蕊利用套筒侧面导向, 故稳定性好,不易振荡,阀蕊也 不易人损坏。其优点是在前后压 差大和液体出现闪蒸或空化的场 合,稳定性好,噪声低,可取代 大部分直通单、双座阀,但它不 适用于含颗粒介质的场合。
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六、气动调节阀
?6.5

调节阀的动作方式:
正装 反装 正装
流闭状态

?1、调节阀的流开、流闭

反装

流开状态
?2、调节阀的气开、气关

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执行机构 正 正 反 反

阀体部件 正 反 正 反

调节阀 气关 气开 气开 气关

?3、气动执行器分的气开式与气关式两种形式。 ?气开式:压力信号增大阀门开度增大、无压力信号时阀关;气关式反之。 ?气开、气关选择依据:工艺生产安全、节约能源以及从介质特性等。
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六、气动调节阀
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调节阀的流量特性:快开、线性、等 百分比、抛物线 调节阀为什么选等百分比阀较多? 1 q=αf △P 阀位变时阀前后总差压△P 也变, 2 q也变,即流量特性同同往上移,所 3 以选等百分比阀较多。 4 当调节阀两端差压比较小时,对象 是线性对象,则选线性阀 调节阀正常可调范围一般控制在 1、快开;2、线性;3、抛物 20~80% 线;4、等百分比

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六、气动调节阀
5、阀门定位器 阀门定位器是调节阀的主要附件,可分为气动阀门定位器和电-气阀门定位器。 动阀门定位器接受气动信号0.02~0.1MPa,输出0.02~0.1MPa。电-气阀门定位器 将4~20mA DC的电信号,转换成0.02~0.1MPa的气压,并按气动阀门定位器的功 能进行工作。 阀门定位器接受调节器输出的控制信号,去驱动调节阀动作,并利用阀杆的 位移进行反馈,将位移信号直接与阀位比较,改善阀杆行程的线性度,克服阀杆 的各种附加摩擦力,消除被调介质在阀上产生的不平衡力的影响,从而使阀位对 应于调节器的控制信号,实现正确定位。

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七、电动执行机构
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7.1、电动执行机构概述
执行机构,又称执行器,是一种自动控制领 域的常用 机电一体化设备(器件),是自动 化仪表的三大组成部分 (检测设备、调节设 备和执行设备)中的执行设备。主要 是对一 些设备和装置进行自动操作,控制其开关和 调节, 代替人工作业。 按动力类型可分为气 动、液动、电动、电液动等几类; 按运动形 式可分为直行程、角行程、回转型(多转式) 等几类。由于用电做为动力有其它几类介质 不可比拟的优 势,因此电动型近年来发展最快,应用面较广。电动型按 不同标准又可分 为:组合式结构、机电一体化结构,电器 控 制型、电子控制型、智能控制型(带HART、 FF协议), 数字型、模拟型,手动接触调试 型、红外线遥控调试型等。

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七、电动执行机构
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7.2、工作原理及结构
电动执行机构由伺服放大器和执行机构二个结构上相互独立 的整体构成。执行机构为现场就地安装式结构,在减速器箱 体上装有交流伺服电机和位置发送器。减速器上有手动部件、 输出轴、机械限位块。

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7.3、用途
电动执行机构可以与变送器,调节器等仪表 配套使用,它以 电源为动力,接受4~20mA DC或0~10mA DC信号,将此转 换成与输入 信号相对应的直线位移,自动地操纵阀门等 调 节机构,完成自动调节任务,或者配用电 动操作器实现远方 手动控制,可广泛应用于 发电厂、钢铁厂、化工、轻工等工 业总门的 调节系统中。

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7.4 电动执行机构控制过程:

七、电动执行机构

?当输入信号Ii=0(或4mA DC)时,位 置发送器反馈电流If=0(或4mA DC) ,此 时伺服放大器没有输出电压,交流伺 服电动机停转,执行机构输出轴稳定 在预选好的零位。 ?当输入信号Ii>0(或4mA DC)时(接 入极 性应与位置反馈电流极性相反) 此输入信号与系统本身的位置反馈电 流在伺服放大器的 前置级磁放大器中 进行磁势的综合比较,由于这两个信 号大小不相等且极性相反就有误 差磁 势出现,从而使伺服放大器有足够的 输 出功率,驱动交流伺服电动机,执 ? 图2 电动执行机构系统方块图 行机构输 出轴就朝着减少这个误差磁 ? FC 伺服放大器 SD 单相伺服电机 势的方向运动, 直到输入信号和位置 WF 位置发送器 Z 减速器 反馈信号两者相等为 止,此时输出轴 DFD 电动操作器 C 调节阀 就稳定在与输入信号相对应 的位置上。
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七、电动执行机构
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7.5 电动执行机构三种控制方式:
?当电动操作器切换开关放在“自动”位置时,即处在连续 调节控制状态。 ?当电动操作器切换开关放在“手动”位置时,即处在手动 远方控制状态,操作时只要将旋 转切换开关分别拔到“开” 或“关”的位置,执行机构输出轴就可以上行或下行,在运 动过 程中观察电动操作器上的阀位开度表,到所 需控制阀 位开度时,立即松开切换开关即可。 ?当电动操作器切换开关放置“手动”位置时,把交流伺服 电动机端部旋钮放在“手动”位置,拉出执行机构上的手轮, 摇动手轮就可 以实现手动操作。当不用就地手动操作时,千 万要注意,把交流伺服电机端部的旋钮放在“自动”位置, 并把手轮推进。

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七、电动执行机构
7.6 使用注意事项 ? 1. 电动执行机构使用前应认真仔细阅读使用 说明 书按规定的检验方法,进行检查和校 验。 ? 2. 电动执行机构的减速器应根据现场使用环 境加 注合适的润滑油。 ? 3. 电动执行机构投入运行前应检查现场电源 电压 是否与规定相符。按安装接线图接线,做好标记 , 各接线端子接线应牢靠。 ? 4. 执行机构和调节机构所有连接的接合处不 可有 松动间隙,以保证有良好的调节效果。
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七、电动执行机构
根据调节系统的要求,选定输出轴的初始 化 零位及量程。 ? 5. 执行机构输出轴推力应和调节机构(阀门 等)所需推力相适应,防止过载。 ? 6. 执行机构各组成部分应根据现场使用条件 定期检查和调整。减速器应定期清洗加油。
? 4.

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八、分析系统仪表

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第三章

仪表工位号、字母含义

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二、自动控制基础知识
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调节对象:自动调节系统的工艺生产设备 给定值:生产中要求保持的工艺指标 偏差:在自动化系统中,e=x - z 给定值x大于测量值z 时为正偏差,反之为负偏差;但在单独讨论调节器时,正好 相反,即e=z - x。 系统的过渡过程:调节系统在受干扰作用后,在调节器的 控制下,被调参数随时间而变化的过程。如果调节正常的话, 这个过程是一个衰减振荡的过程。 传递函数及方框图
x + e 调节器 调节阀 变送器 对象 H

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二、自动控制基础知识
控制质量指标 衰减比:表示系统的衰减程度的标志,η=B1/B2(4:1~10:1常 用) 最大偏差A 振荡周期Pu 余差C:过渡过程结束后,新稳定值与给定值之差 过渡时间T:从被调参数变化之时起,直到进入新的稳态值的 ±5%所需的时间
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二、自动控制基础知识
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参数 100%

Pu
±5%

B1 给定

B2

A
T

0% 自动控制系统的过渡过程

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二、自动控制基础知识
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调节器:根据偏差,按一定的运算规律产生输出信号。

比例P、积分I、微分D 比例P:有两种表示方式:比例度δ%和增益K,K=1/ δ% , K增大,系统的稳定器变差,控制质量提高。 纯比例调节时,K =输出/输入 积分I:积分时间以Ti(分)来表示,积分作用的基本目的是在 系统经受干扰后使系统输出返回设定值(即消除余差)。 Ti↑系统稳定性↑, Ti↓积分作用越强。 微分D:微分时间以Td(分)来表示,微分作用的基本目的是 能补偿容量的滞后,使系统稳定性改善,从而允许使用高的 增益,并提高响应速度。 Td ↑作用强,太强会振荡。

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二、自动控制基础知识
?比例控制P:比例,输出与偏差成比例,但不能消除余差,它是以“偏

差的大小”来动作的。 U ? K ? e(t)? U t 0
?比例积分控制PI:积分,输出与偏差对时间的积分成比例,消除余差,

它以“偏差是否存在”来动作
?

U t ? K ? (e(t) ?

1 t ?0 edt ) ? U 0 Ti

?比例积分微分控制PID:微分,输出与偏差变化的速度成比例,有超前

调节的作用,对滞后大的对象有很好的效果。
U t ? K ? (e(t )? 1 Ti

?

t

0

edt ? TD

de(t ) ) ? U0 dt

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?PID的参数的整定:
对于简单的单回路控制系统,根据在工程中得到 的实际经验,一般设定如下: 液位调节系统,P=20%~80%, I=1~5,D=0。
流量调节系统,P=40%~100%, I=1~5,D=0。 温度调节系统:P=20%~60%,I=5~10, D=5~20。 压力调节系统:P=30%~70%,I=1~5,D=0。
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二、自动控制基础知识
?调节器参数的整定 经验法(如表) a、流量系统PI控制 b、液位系统P控制 c、压力系统PI控制 d、温度系统PID控制 临界比例度法 比例调节,慢慢增大K, 直至临界等幅振荡,测出Kmax 和Pu Pu

系统

δ%

Ti分

Td分

温度 20~60

3~10 0.5~3

流量 40~100 0.1~1 压力 30~70 0.4~3

液位 20~80
控制 K P PI 0.5 Kmax

(>10)
Ti Td

衰减曲线法 响应曲线法

0.45 Kmax 0.83 Pu

PID
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0.6 Kmax 0.5 Pu 0.12 Pu
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五、联锁系统的构成
? ?

联锁保护系统是按生产装置的工艺过程和设备要求, 使相应的执行机构动作,或自动启动备用系统,或实现安全 停车的系统。联锁保护系统要既能保证生产装置和设备的正 常开、停、运转,又能在工艺过程出现异常时,按规定的程 序保证安全生产,实现紧急操作、安全停车、紧急停车或自 动投入备用设备。联锁保护系统的安全可靠运行对实现生产 装置的正常生产和设备的正常运行至关重要。

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五、联锁系统的构成
?

?

信号报警和联锁保护系统通常由以下 三部份构成: 1 发信元件 2 执行元件 3 逻辑元件

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五、联锁系统的构成
?

基础知识:

联锁保护动作通过继电器的输出来实现,但在DCS输出型式为三极管的 情况,为了防止反向击穿,应加上反向二极管放电。 触点常开、常闭:正常操作情况下触点断开为常开,反之为常闭 反逻辑、正逻辑:正反逻辑起源:在数字电路中,输出信号与输入信号 之间有一定的逻辑关系,例如非门,当输人信号为高电平时,输出为低 电平;反之,当输入为低电平,输出为高电平。为了方便,在逻辑电 路中用符号1和0来表示高电平和低电平两种状态,换言之即高电平是 逻辑“1”,低电平是逻辑“0”。这是一种人为的规定,亦可以反过来 将高电平定为逻辑“0”,低电平定为逻辑“1”。由于大多数数字电路 采用的是正电源、硅管电路,用高电平作逻辑1、低电平作逻辑0比较 方便,所以定为用1表示高电平。正、负逻辑只是规定不同,没有好坏 之分。 如令H=1,L=0,则称之为正逻辑体制,与此相反,若令H=0,L=1, 则称之为负逻辑体制。 ? 一般满足正常条件为1(或通电为1),为正逻辑,即1动作。为非 故障安全型。通常情况下常通电,故障或动作时断电(0),为负逻 辑。
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五、联锁系统的构成
?

?

?
?

在联锁保护逻辑中,一次原件输入信号尽量不要单取, 容易引起误动,为了解决单取的误动作,引入了二取二,当 两个信号同时动作时,才发生联锁。但这引来了新的问题, 就是拒动,当一个信号坏掉永运不动时,二取二就不起作用。 工业控制中,重要联锁最好是三取二去联锁(三取中 值去控制)。这兼顾了安全,又兼顾了成本。 在联锁保护中,一次原件的输入,应设置旁路开关; 机泵等应设置手/自动开关。 联锁动作后,应设置手动复位才能重新运行。

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五、联锁系统的构成

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五、联锁系统的构成

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