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压力 温度 流量 液位 控制系统基础知识培训资料


仪表基础知识
艾默生过程控制有限公司

仪表基础知识培训议程
1.压力知识培训
2.温度知识培训 3.流量知识培训 4. 液位知识培训 5.控制理论知识培训

Emerson Process Management Overview Date: 20-Apr-01, Slide 2

压 力 公 式
? ? ? ? ?

压 力 是 作 用 于 一 个 确 定 面 积 上 的 力 的 大 小 。压
力 、力 与 面 积 之 间 的 关 系 可 以 下 面 公 式 表 示 : 其中: ? P = 压力 ? F=力 ? A = 面积 P=F/A

?

若 力 (由 于 物 理 接 触) 作 用 于 一 个 面 积 上 ,则 压 力 便 产 生 作 用 。若 力 增 加 或 力 所 作 用 的 面 积 大 小 减 小 ,则 压 力 增 加 。

压 力 单 位
压力单位可分成两类: 面 积 上的 力 的 单 位 与 以 液 柱 为 基准 的 单 位 。
面积上的力的单位 下列是一个确定面积上的力的单位: ? 每 平 方 英 寸 面 积 上 的 磅 数 (psi) ? 每 平 方 厘 米 面 积 上 的 公 斤 数 (kg/cm? ) ? 每 平 方 厘 米 面 积 上 的 克 数 (g/cm? )? 1 g/cm? = 1/1,000 kg/cm? ? 帕 (Pa 或 N/m? )? N 代 表 牛 顿 ? 千帕 (kPa)?1 kPa = 1,000 Pa ? 巴?1 bar = 100,000 Pa ? 毫 巴 (mbar)?1 mbar = 1/1,000 bar
P95一体

化体积流 量计

压 力 单 位
以液柱为基准的单位

下列是以液柱为基准的压力单位: ? 英 寸 水 柱 (在 68 ?F [20 ?C] 下 的 inH2O) ? 在 美国最普遍使用的单位。 ? 英 尺 水 柱 ( ftH2O) ? 米 水 柱 (mH2O) ? 毫 米 水 柱 (mmH2O) ? 英 寸 汞 柱 (inHg) ? 毫 米 汞 柱 (mmHg) ? 大 气 压 (atm) ? 在 海 平 面 处 由 地 球 大 气 压作用的压力

基 准 压 力
基 准 压 力 是 同 被 测 量 的 过 程 物 料 的 压 力 相
比 较 的 压 力 测 量 。 根 据 它 们 测 量 起 始 的 基 准 压 力 ,可 将 压 力 测 量 仪 表 分 类 。这 三 个 基 准 压 力 是 : ? 绝 压 ? 表 压 ? 差 压 绝 准 差 压 压 压 压 力 与 表 压 仪 表 测 量 过 程 流 体 的 压 力 与 基 力 之 间 的 压 差 。 仪 表 测 量 过 程 流 体 在 不 同 点 处 的 两 个 ,并 测 量 它 们 之 间 的 压 差 。

表压 绝压示意图

压 力 单 位 换 算

压力测量仪表的分类
?

压力传感器从其原理及结构来看可分为:液柱式、机 械式及电气式

?
? ? ?

测量压力的仪表,按信号原理不同,大致可分为四类 :
液柱式:根据流体静力学原理,把被测压力转换成液柱高度

机械式:根据弹性元件受力变形的原理,将被测压力转换成 位移
电气式:将被测压力转换成各种电量,如电感、电容、电阻 、电位差等,依据电量的大小实现压力的间接测量 活塞式:根据水压机液体传送压力的原理,将被测压力转换 成活塞面积上所加平衡砝码的质量

?

机 械 式 压 力 仪 表
机械式压力仪表有两个基本部分: ? 检测器件 ? 机 械 刻 度 盘 或 指 示 器 (连 接 到 检 测 器

件 ;给 出 压 力 读 数)
最普遍采用的压力检测器件是: ? 布尔登管

? 波纹管与膜盒
机械式压力计仍然广泛用于过程控制工业。

弹性式压力计
弹性压力仪表
?

原理:利用弹性元件在被测介质的压力作用下,产生 弹性形变而制成。 结构简单,牢固可靠,使用方便,价格低廉,精度很 好,测量范围宽(几百帕~上千兆帕)。

?

?

可增加附加装置,如电气变换装置、控制元件等等, 实现压力的远传、报警、自动控制等等。

弹性元件在弹性限度内受压后会产生变形, 变形大小与被测压力成正比关系。

弹簧管压力表
(1)弹簧管压力表
?

结构简单,使用方便, 价格低廉,使用范围广 ,测量范围宽 可测负压、微压、低压 、中压和高压 精 度 有 0.5 、 1.0 、 1.5 、 2.5等

?

?

波纹管与膜盒
1. 膜片
? ? ?

按剖面形状分为平膜片和波纹膜片 常用材料 可与其他转换元件合用 ? ? ? 电容式压力传感器 光纤式压力传感器 力矩平衡式压力变送器

2. 波纹管
?
?

优点:灵敏高,可测较低压力
缺点:迟滞误差较大,精度一般只有1.5级

1999 ARC Unit Study

电子压力变送器
电子变送器 将 输 入 压 力 转 换 成 为 数 字 的 或 电 信 号 。电 子 变 送 器 有 两 个 基 本 的 部 分 : ? 传 感 器 ? 电 子 线 路 (装 置)

传 感 器 把 实 际 的 位 移 转 换 成 为 电 气 性 质 的 变 化 ,例 如 ,电 容 、电 压 、电 感 或 磁 阻 。
变 送 器 的 电 子 线 路 部 分 把 传 感 器 的 输 出 信 号 改 变 成 为 一 个 标 准 的 电 子 信 号 。在 过 程 控 制 工 业 中 最 广 泛 采 用 的 电 子 信 号 是 (4-20 mA) 信 号 。

电子传感器类型
用 于 电 子 压 力 变 送 器 的 若 干 类 型 的 传 感 器 列 举 如 下 : ? ? ? ? ? ? ? 可 压 压 可 可 振 应 变 敏 电 变 变 动 变 电 电 晶 电 磁 线 计 容 阻 体 感 阻

可变电容原理
可变电容

电 容 是 一 种 物 质 保 持 电 荷 的 能 力 。电 容 器 是 由
彼此对准中心但不接触的两个导电板组成的器 件 。两 板 之 间 的 空 间 充 满 称 为 电 介 质 的 绝 缘 介 质 。在 大 多 数 压 力 变 送 器 的 可 变 电 容 传 感 器 中 ,其 电 介 质 是 油 。有 三 个 因 素 影 响 电 容 器 的 电 容: ? 电容器板的表面积 ? 电介质的绝缘性质 ? 板间的距离

可变电容结构图
引线

电容极板

隔离膜片

传感膜片

灌充液 坚固的 绝缘体

压阻式压力传感器
压阻式压力传感器
压阻元件是基于压阻效应工作的一种压力敏感元件,它指在 半导体材料的基片上用基成电路工艺制成的扩散电阻,当它 受外力作用时,其阻值由于电阻率的变化而改变。 扩散电阻正常工作需依附弹性元件,常用的是单晶体硅膜片 。 优点:体积小,结构简单,能直接反映微小的压力变化,动 态响应好 缺点:敏感元件易受温度的影响,从而影响压阻系数的大小

压电式压力传感器
1. 压电式压力传感器 压电效应原理:压电材料受压时会在其表面产生电荷,其 电荷量与所受的压力成正比。 压电材料:单晶体、多晶体 特点:结构简单、紧凑,小巧轻便,工作可靠,线性度好 ,频率响应高,量程范围广

压力检测仪表的选择与校验
一、压力检测仪表的选择
1. 仪表量程的选择
? ?

被测压力较稳定:最大工作压力不应超过仪表满量 程的3/4 被测压力波动较大或测脉动压力:最大工作压力不 应超过仪表满量程的2/3

?
?

为保证测量准确度:最小工作压力不应低于满量程 的1/3
优先满足最大工作压力条件

2. 仪表精度的选择
压力检测仪表的精度主要根据生产允许的最大误 差来确定,即要求实际被测压力允许的最大绝对误差 应小于仪表的基本误差。

3. 仪表类型的选择
? ? ? ?

从被测介质压力大小来考虑 被测介质的性质

对仪表输出信号的要求
使用的环境

压力仪表的校验
?

校验就是将被校验压力表和标准压力表通以相 同压力,比较它们的指示数值,如果被校表对 于标准表的读数误差,不大于被校表规定的最 大准许绝对误差时,则认为被校表合格。

?

常用的校验仪器是活塞式压力计,它由压力发 生部分和测量部分组成,它的精度等级有0.02、 0.05和0.2级,可用来校准0.25级精密压力表,也 可校准各种工业用压力表,被校压力的最高值 为60MPa。

测量 部分

压力发 生部分

压力表的安装
1. 取压口的选择
? ? ?

在管道或烟道上取压 测量流动介质的压力 测量液体介质的管道上取压

导压管的铺设
2. 导压管的铺设
导压管是传递压力、压差 信号的。

压力、压差计的安装
3. 压力、压差计的安装

罗斯蒙特压力变送器,四十年行业领袖
1151 3051 3095 3051S

? ? ? ?

经典 的 电 容 传 感 测量原理 标准组件化结构 双隔离室的外壳 五百万台以上销售业绩

? ? ? ? ?

共平面法兰平台 “游 离 式 ” 的 传 感 器 结 构 ASIC 表 面 安 装 技 术 一体化的全面测量 解决方案 三百万台以上销售业绩

?

?

多 变 量 DP, P 与 T测量 动态补偿的质 量流量测量

? ? ? ?

规模可变设计平台 2倍的性能改善 2倍的稳定性提高 一体化的全面测量 解决方案

1969
电容传感器

1980
共平面

1990

1996

2001
差压质量流量 基于变送器 的控制

工 业 首 创技术
多变量

双隔离室 标准组件化的组装

一体化的 阀组

智能 低功耗

5年 稳定性

总体 性能

新型 2051 全系列产品
所有压力产品供应
– 拓宽产品供应范围

全部 CPS 产品供应
– 通过共平面平台实现

? 差压(DP)、表压(GP)、绝压(AP)
– 通用系列产品 ?

阀组

一次元件

单一型号
? 共平面型:2051C ? 直接安装型:2051T
远传密封

? 扩展协议

液位测量型: 2051L 2051C/T/L 系列产品

– HART – 现场总线 – 低功率
– 无线(FY09第 3季)

技术要求
– 精度: 0.075% – 量程比: 100:1 – 稳定性: 2年

提高易于使用性
– 增强电子设备描述语言(EDDL)
– 外部零点/量程调整(选项 D4)

– 选项 P8: 0.065% 精度和 5 年稳定性

3051C/T- 今日全球最畅销的压力变送器
3051系列 共平面 & 直接安装设计
?

主要特征
工业领先的性能
– 总体性能 – 长期稳定性 – 动态响应

?

?
精度(0.04%可选项) ? 5 年稳定性 ? 100 msec 响应时间 ? 100:1 量程比
? 0.065%

最好的可靠性
提供FF和 Profibus 协议 安装灵活 超过3百万的安 装量

? ? ?

3051S 系 列 是 以 “SuperModuleTM” 超 级 模 块 设 计 平 台

? “SuperModuleTM”

超级模块设计平
可 变规模 的 测量系统


0.025% 的 精 度

10 年 的 稳 定 性

200:1 量 程 比

有 限 的12年 寿命期内的保证

差压液位系统介绍
?

法兰式过程连接

?

螺纹式过程连接

?

卫生型过程连接

持续引领压力测量技术发展的罗斯蒙特压力变送器
没有最好, 只有更好!
1151/2051//3051/3051S三代压力变送器产品整体 性能的改善与提升巩固了罗斯蒙特的全球技术领导 地位

CAPEX, OPEX, Quality, Uptime, ...

客户价值

技术引领者

Competition

模拟

智能 “性能”

工厂管控网 “下一价值曲线”

“P/I”

仪表基础知识培训议程
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Emerson Process Management Overview Date: 20-Apr-01, Slide 36

引言
温 度 是 材 料 内 部 分 子 活 动 的 一 种 度 量 。当 分
子 活 动 的 程 度 上 升 时 ,物 质 的 温 度 便 上 升 。

热的与冷的是主观定性地描述分子活动方面
上升的情况。 对描述温度要求有更一致与更精确的方法导 致发明了温度测量器件或传感器。 传 感 器 采 用 标 准 的 、全 世 界 承 认 的 温 标 。

许多类型的传感器可用于家庭与工业两者的应 用场合。

温度测量温标
现 今 在 ? ? ? 用 华 摄 绝 的 三 种 温 标 是 : 氏 氏(也 叫 百 分 度) 对 (开 尔 文 温 标 与 兰 金 温 标)

要 将 温 度 由 摄 氏 转 换 成 华 氏 ,则 用 以 下 公 式 :

?F = 1.8?C + 32

温 度 传 感 器
在 需 速 若 工 要 的 干 业 有 响 类 环 强 应 型 境 固 时 的 中 的 间 温 ,高 的 过 程 温 度 、压 力 与 振 动 温 度 传 感 器 。同 时 也 需 要 有 快 、精 度 与 稳 定 性 。虽 然 可 利 用 度 传 感 器 ,

工 业 过 程 测 量 中 最 常 用 的 两 种 是 :
电 阻 式 温 度 检 测 器 (RTD)

热 电 偶(T/Cs) 。

共 同 的 结 构 特 点
热 电 阻 (RTDs) 与 热 电 偶 (T/Cs) 有 若 干 共 同 的 结 构 特 点 (图 4.2) : ? 检 测 元 件 ? 传 感 器 铠 装 ( 护 套) ? 引 线 ? 螺 纹 式 转 换 接 头( 任 选) 图4.2 温 度 传 感 器 共 同 的 特 点

什么是 热电阻传感器 (RTD)?
?

什么是RTD?

? Resistance Temperature Detector
? 工作特性由金属的固有特性决定(通常为铂电阻〕: 当金属上 温度发生变化,与电流相对应的电阻发生变化。

? 如果能够测量金属的电阻,就可以知道温度! 两种常用RTD测量元件类型:
铂的电阻 随温度而变化

线绕测量元件

薄膜测量元件

RTD常用材料
制 造 RTD 最 常 用 的 三 种 金 属 电 阻 是 铂 、铜 与 镍。
铂 铂热电阻元件是用于过程工业最常见的热电阻类型的元 件 。铂 元 件 具 有 高 的 精 度 、高 的 重 复 性 及 温 度 每 变 化 一 度 时高的电阻变化率。 铜 铜 热 电 阻 在 其 整 个 温 度 范 围 内 是 高 度 线 性 的 ,但 精 度 有 限 ,而 且 温 度 范 围 比 铂 电 阻 元 件 窄 。 镍 镍 热 电 阻 元 件 温 度 每 变 化 一 度 具 有 高 的 电 阻 变 化 值 ,但 线 性 度 差 ,精 度 有 限 ,并 且 温 度 范 围 相 对 较 窄 。

RTD热电阻传感器-2, 3,和 4-线 RTD
? 为什么使用2-, 3-,或4- 线 RTD?
? ? 2- 线: 成本最低 -- 使用极少,因为引线电阻的误差很大 3- 线: 成本/性能比适中. 引线补偿良好.

?

4- 线: 理论上最好的引线补偿方法(完全补偿); 精度最高, 成本最高.

4- 线 RTD
红 红 测量元件 ( 如: 线 绕, 薄 膜) 白 白

一般从传感器伸出的导线 为铜导线

RTD分类级别-A级和B级
A 级 热 电 阻
A 级 热 电 阻 被 定 义 为 精 确 到 IEC 751 标 准 理 想 值 ?0.15?C + (0.002 x T) ?C (其 中 T 是 以 ?C 为 单 位 的 工 艺 过 程 温 度) 。A 级 热 电 阻 要 比 B 级 热 电 阻 贵 。

B 级 热 电 阻
B 级 热 电 阻 被 定 义 为 精 确 到 IEC 751 标 准 理 想 值 ?0.3?C + (0.005 x T) ?C (其 中 T 是 以 ?C 为 单 位 的 工 艺 过 程 温 度) 。虽 然 比 A 级 热 电 阻 精 度 差 些 ,但 对 大 多 数 工 业 应 用 是 足 够 的

热电阻传感器 如何转换温度
电 阻 转 换 成 温 度
一 旦 确 定 了 电 阻 的 测 量 值 ,它 就 被 转 换 成 温 度 测 量 值 。 变 送 器 用 两 个 转 换 方 法 中 的 其 中 一 个 : ? 电 阻 式 温 度 检 测 器 标 准 (例 如 IEC 751 标准) ? Callendar-Van Dusen (卡伦德) 公 式

RTD 热电阻传感器-电阻变化具有重复性
?

什么是RTD?
– Resistance Temperature Detector

– 铂线电阻的变化近于理想曲线- IEC 751
电阻与温度 国际通用关系图:
oC
350 300 250 200 150 100

50

-400

电 阻( 欧 姆)

0 10 20 30

Ohms 100.00 103.90 107.79 111.67
IEC 751

IEC 751

0 -200

0

200

400

600

800

Page 3-2: Sensors PDS (V.1)

温 度 (oC)

温度传感器及附件- 热电阻校验
IEC 751 标准(已编程在我们的所有变送器中) 描述了 Pt100 a385 热 电阻的理想的电阻与温度的关系.
每个热电阻都有一点不同 -它们不是理想的!

标准 IEC 751曲线 B级的公差
? 0.8oC at -100oC

? 0.3oC at 0oC
电阻(Ω) ? 0.8oC at 100oC
B级的公差

? 1.3oC at 200oC ? 1.8oC at 300oC ? 2.3oC at 400oC

温度 (oC)

目标是找出实际热电阻曲线是什么样的, 然后按照“实际”曲线重新对变送器编程!

(传感器互换性误差)

热电阻标定,找出传感器实际曲线
通过在某个指定温度范围或温度点对热电阻 进行“特性化”,
可以找到热电阻的实际曲线。
?

X8选项: 指定温度范围的特性化
?

随传感器提供校验证书 随传感器提供校验证书 用户得到 特定热电阻的 电阻与温度关系图:
oC

?

X9选项: 温度点的特性化
?

“生成”的数据 ( 标定的热电阻)

温度槽 - X9,一个温度 - X8,多个温度

0.0 1.0 2.0 3.0

Ω 99.997 100.38 100.77 101.16

X8: 范围 X9: 点

一点和两点微调减少传感器互换性误差
用户得到 特定热电阻的 电阻与温度关系图:
oC

0.0 1.0 2.0 3.0

Ω 99.997 100.38 100.77 101.16

? 由电阻与温度关系图得到的数据, 可用于减少传感器互换性误差
X8: 范围 X9: 点

? 利用一点或两点,微调传感器对 变送器的关系

400 350 300 250

一点微调 与X9 (或X8) 一起使用
电阻 (W)

400 350 300 250 200 150 100 50 0

两点微调 与 X8一起使用

电阻 (W)

200 150 100 50 0 -200

一点微调,即以一个特性化点 为基础,将理想曲线向上或 向下平移
0 200 400 600 800

两点微调,即以两个特性化点为基础, 将理想曲线向上或向下平移,并改变 斜率
0 200 400 600 800

-400

-200

温度 (oC)

温度 (oC)

C.V.D.温度系数, 确定真实的热电阻曲线
用户得到 特定热电阻的 电阻与温度关系图:
oC

? X8选项还为用户提供C.V.D.温度系数 ? 将这些系数输入变送器,可生成热电阻 的真实曲线!

0.0 1.0 2.0 3.0 Ro a d b

Ω 99.997 100.38 100.77 101.16 99.997 0.003845 1.61027 0.172491
电阻 (W)

另外,选 X8, 用户还 可以得到 C.V.D. 温度系数!

IEC751理想曲线 (变送器中) 被传 感器的真实曲线所代替

温度 (oC)

根据C.V.D.温度系数,绘制热电阻的真实曲线
使用C.V.D.温度系数,消除传感器的互换性误差!

? 变送器不使用IEC 751 标准曲线. ? C.V.D.温度系数用于下面的公式中, 生成传感器的真实曲线
B级公差

电阻 (W)

温度 (oC)

Rt = Ro + Roa[t-d(0.01t-1)(0.01t)-b(0.01t-1)(0.01t)3]
Rt Ro a d b = 在温度 t (oC) 时的电阻 = 传感器特性系数( t = 0oC时的电阻) = 传感器特性系数 = 传感器特性系数 = 传感器特性系数

热电偶
什么是热电偶?
– –

两种不同的金属在“热“端结合 引线接至一个仪表(电压表)上,该表测量出由两端的温差所产生的 电势。
过程温度

热端

+

冷端

DT

MV

两种不同金属的结合端产生一个 与温度成正比的小的电压输出!

热端的结构
热 端 的 结 构
热 端 可 与 传 感 器 的 铠 装 (护 套) 接 地 或 不 接 地 。对 双 元 件 热 电 偶 (两 个 热 电 偶 在 一 个 铠 装 里) ,其 元 件 可 隔 离 或 连 接 (不 隔 离) (图 4.16) 。每 一 个 结 构 呈 现 优 点 与 局 限 性 :

热电偶分度号常用
?

Type J

? White, Red
? 0 to 760 oC

JKET ?

Type E
– Chromel / Constantan
? Purple, Red

Iron / Constantan

+ ?

? 最经济

+ ?

? 0 to 900 oC

Type K


? 敏感性最好
Type T
– 1150oC

Chromel / Alumel
? ?

Yellow, Red 0 to 线性最好

Copper / Constantan
?

Blue, Red -180 to 371 oC 抗潮气腐蚀能力好

+ -

?

+ -

? ?

特殊热电偶

– 高温 – 工业/

实验室标准 – 热电势输出低!
(不是很敏感)

?

Type R


Pt, 13% Rh / Pt
?

-50 to 1540 oC

– 贵!

?

Type B


?

Type S


Pt, 6% Rh / Pt, 30% Rh ? 38 to 1800 oC

Pt, 10% Rh / Pt
?

-50 to 1540oC

电 压 的 测 量 与 塞 贝 克 (温 差 电 动 势 )效 应
电 压 的 测 量 与 塞 贝 克 (温 差 电 动 势)效 应
热 电 偶 利 用 称 之 为 塞 贝 克 (温 差 电 动 势) 效 应 来 确 定 过 程 温 度 。 根 据 塞 贝 克 效 应 ,在 热 电 偶 冷 端 测 量 的 电 压 与 热 端 和 冷 端 之 间 的 温 度 差 成 正 比 。

若 热 端 温 度 保 持 恒 定 ,则 冷 端 温 度 增 加 将 减 小 电 压 ,因 为 在 热 端 与 冷 端 之 间 的 温 度 差 在 减 小 。当 冷 端 与 热 端 达 到 相 同 温 度 时 ,观 察 到 的 电 压 将 为 零 伏。 在 冷 端 产 生 的 电 压 信 号 的 大 小 也 取 决 于 形 成 热 电 偶 所 用 的 金 属 种 类 。不 同 的 金 属 或 不 同 类 型 的 热 电 偶 ,在 相 同 温 度 下 有 不 同 的 热 电 电 压 。

热电偶分度号曲线
热电偶的类型是: ? E型?铬镍合金 与康铜 ? J型?铁与康铜 ? K型?铬镍合金 与铝镍合金 ? R型与S型?铂 (Pt) 与 铑 (Rh) (在 铂 的 百 分 数 含 量 方 面 不 同) ? T 型?铜与康铜

冷端补偿和补偿导线
由于在冷端被测量的电压与热端和冷端之间的温 度 差 成 正 比 ,因 此 在 电 压 信 号 可 转 换 成 温 度 读 数 之 前 ,必 须 知 道 冷 端 的 温 度 。
正确! 错误!
产生了 另一个热端 不好!

热电偶补偿导线经常用来将热电偶连线到 控 制 系 统 或 至 远 程 变 送 器。
所有热电偶的引线的延长线必须使用相同类型的线!

为什么使用热电阻,而不使用热电偶?
?

更好的精度和重复性
? ? ? RTD 信号对噪声较不敏感 更好的线性 RTD 可与变送器匹配 (消除传感器互换性误差)

?
?

冷端补偿误差是热电偶固有的;热电阻的引线电阻误差 可以消除

更好的稳定性
? 热电偶的漂移不稳定,无法预计;

?
?
?

热电阻的漂移可预计;
热电偶不能重新标定

更大的灵活性
? ? 无需特殊的补偿导线 无需关注冷端(温度)

为什么使用热电偶,而不使用热电阻?
?

高温场合
? 高于600 oC

?

测量元件成本更低
? 当考虑温度点性能要求时,成本相同

?

响应快
? 与热套管和过程的响应时间相比,响应时间微乎其微

?

比看到的更坚固
? 坚固的结构,抗震动好

温度产品 - 热套管

? 什么是热套管?

– 一个保护传感器的装置,以抗过程流量, 压力,振动和腐蚀

– 无需停车即可取出传感器
– 响应时间减慢( 最多5倍)
?

为什么有不同类型材质?




为了用于不同的腐蚀性环境中 为了满足不同的温度和压力极限要求

温度产品 - 热套管
?

热套管损坏
? ? ? ? 在某些条件下热套管会损坏 流体在热套管周围流动形成涡流,即卡门旋 涡 涡流以某一特定频率从一侧变到另一侧, 该特定频率与许多参数有关 如果那个频率恰巧与热套管的固有频率相同 热套管就会折断!

温度产品 - 热套管
?

防止热套管损坏
– 了解下述要素,可确定条件是否适合:
? 热套管型式

? 热套管材料
? 热套管尺寸 ? 流体流速

? 过程压力
? 流体比容 ? 过程温度
? 热套管损坏计算,可在RCC 用热套管强度计算程序完成

热套管设计型式: 比较表
Straight Tapered
锥型
级别: 1= 最好

直型

Stepped
阶梯型
价格

过程压力

时间响应

涡流频率

阻力

Tapered 锥型 Stepped 阶梯型 Straight 直型
*与流体,流体流速和热套管长度有关

1 1

2 1

? 3

3 1

2* 1

1

3

?

1

2*

热套管安装型式
? 螺纹式
? 最常用 ? 易于拔出和安装

? 焊接式
? 不可拔出 ? 用于高流速,高温和高压流体 ? 用于要求无泄漏的场合

? 法兰式
? 用于腐蚀性环境
? 用于高流速,高温场合

套管计算:减少过程背压
Velocity Density Diameter Area Length

FDrag

FDrag

Flow

Thermowell Calculations 1) Calculate drag force from process flow. 2) Calculate stresses induced in thermowell. 3) Compare stresses with thermowell strength properties.

套管强度计算
Energy Absorbed By Thermowell

Top View

Resonance Condition

Vortices

fWake
Side View

fWake = fNatural

Wake Frequency (fWake)

fNatural

Thermowell Calculations 1) Ensure that: fWake fNatural

< 0.8

温度传感器信号的传输
为 有 工 一 通 了 用 艺 被 用 使 温 度 测 量 对 控 制 、安 全 或 监 视 目 的 ,温 度 测 量 信 号 必 须 由 测 量 点 传 输 到 过 程 的 D C S 。温 度 信 号 以 许 多 方 法 之 传 输 到 DCS 。本 章 将 要 讨 论 的 两 个 最 的 方 法 是 : ? 变 送 器 ? 传 感 器 以 短 距 离 接 线 至 变 器 ,在 此 其 信 号 被 转 换 成 数字 的 或 4-20 安 的 信 号 。该 变 送 器 向 后 连 线 ,而 转 换 的 信 号 被 传 输 至 DCS 。 ? 直 接 接 线 ? 传 感 器 的 引 线 接 至 DCS 整 个 距 离 。在 沿 线 路 中 没 有 发 生 信 号 转 。

送 毫 了 的 换

温度监测点常见的测量方式-1
?

方式 1: 传感器直接接线式
DCS or PLC I/O
专用 热电偶卡 (J,K,…) 或热电卡

接线盒 很小的一个 毫伏信号

端子盘/柜

= 结点 特殊的 补偿导线

温度监测点常见的测量方式-2
?

方式 2: 单一传感器输入的监测点测量温度变送器
DCS or PLC I/O 4-20mA,
4-20mA, HART, or FOUNDATION fieldbus Card

or,

接线盒

端子盘/柜

signal

= 结点

铜导线

抗电磁干扰能力测试
DCS I/O
4-20 mA HART T/C FF 闪电

所有电缆均为屏蔽, 双绞线 在 DCS侧接地

电容耦合噪声 符合 IEC标准 (普通干扰环境)

多通道输入 变送器 (现场总线)

4-20 mA

mV

单一传感器输入 变送器 (HART)

电磁干扰信号

射频干扰信号

单一传感器输入 变送器 (4-20mA)
热电偶 直接接线式

抗电磁干扰能力比较

现场总线 变送器

°C

HART 智能变送器

4-20 mA 变送器 热电偶 直接接线式

Noise per IEC Stds (Light Industry)

Time

在温度监测点测量时为什么使用温度变送器?
?

可实现…
– – – – – 采用变送器比传感器直接接线式具有更好的精度/总体性能 变送器使用铜导线,更易于安装 DCS和PLC使用标准的输入卡件, 成本更低 智能型温度变送器的诊断能力令现场维护更容易 多参数温度变送器令总体安装成本更低

实现更好的总体性能
?

变送器的输出信号比传感器直接接线式的mV信号

抗电磁干扰能力(EMI)更强
– – – 4-20 mA HART FOUNDATION fieldbus现场总线

在温度监测点测量时为什么使用温度变送器?
实现更好的总体性能(续)
?

当使用热电阻测量时, 通过变送器-传感器匹配功能, 可消除传感器的互换性误差
– 变送器按照传感器微调后,可大大减少传感器互换性误 差
? 可较少误差达75%!
标准精度, 未匹配 644H, 经变送器-传感器匹配后

1.06 °C 0.23oC
0.50° 总体系统误差 C 1.0°C 1.50° C

罗斯蒙特温度测量产品

最好的温度测量传感器技术

罗斯蒙特公司优异的RTD热电阻传感器
传感器的与众不同:
? ?

防爆认证 热电阻技术:

标定服务

专有的密封方法,O型环
?

4- 线: 理论上最好的引线补偿方法(完全补偿); 精度最高
铸造外壳

Al2O3 密封外套, 防振动

O型环, 防潮气/湿气

Rosemount 3144P: 工业性能最高的变送器

高级诊断 双传感器
Measurement Redundancy ? Increased Safety ? Hot Backup
?

Statistical Process Monitoring ? Sensor Drift Alert
?

双室外壳
Superior EMI/RFI Handling ? Electronic Isolation
?

工业的高性能 高级硬件技术
Integral Transient Protection ? Failure Mode Switch (HART) ? LCD Display
?

Ambient Temperature Compensation ? 5 year stability rating ? Transmitter-Sensor Matching
?

SIS 认证
Meets Industrial Standards ? More Rigorous Testing
?

Rosemount 644: 世界上最受欢迎的变送器

Multiple Protocols Form Factor
DIN A Head Mount ? Rail Mount
?

HART ? Fieldbus
?

Multiple Field Housings
Sensor Mount ? Remote Mount
?

Custom Alarm & Saturation Levels
Increased Safety ? C1 Option Code
?

LCD
Snap On ? M5 Option
?

Increased Accuracy
Ambient Temperature Compensation ? Transmitter – Sensor Matching
?

248 型智能温度变送器
?

利用开放的 4-20 mA / HART? 协议
– 采用 HART手操器或设备管理系统 (AMS)

?

接受多种输入信号
– 2-, 3-, 4-wire RTDs, 热电偶, mV, Ohm

?

为工业过程监测提供优异性能
– – – – 精度: 0.2°C 或 0.1% 的量程。 1 年稳定性: 0.2°C or 0.1% 的量程, 取最大者 Industrial EMI/RFI Compliance: 满足 NAMUR NE21 建议标准 Input/Output Isolation: Tested to 500 VAC rms (707 VDC) @ 50/60 Hz

? ? ?

工业标准DIN Form B 尺寸 自定义报警和饱和值 两点调整

?
? ?

取得ATEX, FM, CSA, SAA, CEPEL, JIS 认证
满足 NAMUR NE 43 标准(数字温变的故障信息) 满足 NAMUR NE 89 标准(数字温变测量温度的规定)

Rosemount 648: 无线温度变送器
Dual-compartment Housing 双室结构外壳
Improves measurement reliability in high humidity, corrosive, and EMI/RFI environments.

LCD Display LCD显示

Best in Class Security 最好安全性 Protecting your Data >99% Data Reliability 》99%的数据可靠性
Providing access to Data when you need it

Local process and diagnostic indication

Smart PowerTM Management 特殊电源管理 Variety of Sensor Inputs 万能传感器输入
2-, 3- and 4-wire RTD, T/C, ohm, and millivolt
8 year power module life time, replaceable in I.S. environment to simplify maintenance

Transmitter-Sensor Matching 一体化匹配
Provides highest accuracy and repeatability by eliminating sensor interchangeability error

Best Ambient Temperature Compensation 最好的环境温度补偿
Reduces measurement error in harsh applications, especially wide fluctuations of ambient

仪表基础知识培训议程
1.压力知识培训
2.温度知识培训 3.流量知识培训 4. 液位知识培训 5.控制理论知识培训

Emerson Process Management Overview Date: 20-Apr-01, Slide 82

流量公式
流量公式是用来计算通过管道流体流量的数学关系
式 。流 量 公 式 由 相 互 关 系 的 三 个 变 量 组 成 : ? 流体性质 ? 环境条件 ? 管道几何尺寸与条件

下 列 流 体 为 流 量 公 测 过 程 效 ? 密 ? 粘 ? 流

性 式 率 度 度 量

质 经 常 用 中 的 变 量 与 安 全 : ? ? 分 布

于 过 程 工 业 ,既 是 作 又 分 别 用 来 评 价 与 预
比 重 流 体 类 型

流 量 性质
密度

密 度 (?) ,一 个 最 常 用 的 度 量 之 一 ,是 每 单 位 体 积 流 体 的 质 量 。一
般 来 说 ,密 度 与 压 力 成 正 比 ,而 与 温 度 成 反 比 。 比重

比 重 (G) 是 流 体 的 密 度 对 一 种 参 考 流 体 的 密 度 之 比 值 。 液 体 与 气 体 比 重 的 定 义 不 同 。 液体的比重 液 体 的 比 重 是 在 流 动 条 件 下 过 程 液 体 的密 度 对 在 基 础 条 件 (60 ?F [16 ?C]) 下 水 的 密 度 之 比 值 。 气体的比重 气 体 的 比 重 是 过 程 气 体 的 分 子 量 对 空 气 分 子 量 之 比 值 。因 为 气 体 的 分 子 量 并 不 随 压 力 或 温 度 变 化 ,故 气 体 的 比 重 保 持 恒 定 。
粘度

粘 度 可 被 认 为 是 流 体 的 厚 度 。粘 度 是 流 体 倾 向 于 抵 抗 剪 切 力 或 抵 抗 流 动 的 一 个 度 量 流 体 密 度 愈 高 ,则 剪 切 流 体 需 要 的 力 就 愈 大 ,流 体 流 动 的 速 率 也 愈 慢 用 来 表 示 粘 度 的 典 型 单 位 是 泊 (cm/g/sec [厘 米/克/秒]) 与 厘 泊 (cp) 。

流体类型
流 体 类 型
可 测 量 各 种 各 样 过 程 流 体 类 型 的 流 量 。 流 体 经 常 包含 可 影 响 流 量 计 功 能 或 测 量 精 度 的 悬 浮 固 体 或 其 它 颗 粒 物 质 : ? ?

清 洁 流 体 ? 没 有 固 体 颗 粒 的 流 体 ( 如 水) 含 杂 质 的 流 体 ? 含 固 体 颗 粒 的 流 体 ( 如 泥 沙 水)

? 浆 料 ? 含 悬 浮 精 细 固 体 颗 粒 、能 通 过 管 道 自 由 流 动 的 液 体 (如 纸 浆 与 纸 料 )

流速分布图
流 速 (或 叫 速 度)分 布 图 说 明 流 体 通 过 管 道 流 动 时 运 行
状 在 次 列 态 的 特 征 (例 如 平 稳 或 湍 流 、对 称 或 不 对 称) 。流 体 它 抵 达 其 终 点 前 ,可 能 会 改 变 其 流 速 分 布 图 若 干 。通 常 ,在 时 间 的 给 定 点 上 ,流 体 将 有 其 中 一 个 下 流 速 分 布 图 : ? 层 流 ? 湍 流 ? 过 渡 状 态

流 量 性质
雷 诺 数 影 响 流 体 流 动 最 重 要 因 素 的 作 用 效 果 可 组 合 起 来 ,并 以 无 量 纲 数 字 值 叫 做 雷 诺 数 (RD) 来 表 示 。雷 诺 数 可 被 认 为 是 流 量 流 束 中 的 惯 性 力 与 粘 性 力 之 比 值 。雷 诺 数 的 基 本 公 式 为 : 其中:?=流 体 密 度

V=流 体 速 度 D=管 道 内 直 径 ?=流 体 粘 度 由 于 雷 诺 数 表 示 流 量 流 束 的 特 征 ,当 确 定 一 个 特 定 流 量 计 是 否 适 合 于 某 个 应 用 场 合 时 ,该 数 很 有 用 。雷 诺 数 在 预 测 流 速 分 布 图 时 尤 其 有 用 : ? 层 流 ? RD < 2,000 ? 过 渡 流 ? RD 2,000-4,000 ? 湍 流 ? RD > 4,000

流量计技术规格
在 选 择 流 量 计 时 ,必 须 考 虑 流 量 计 的 技 术 规 格 。 精 度

精 度 是 一 个 给 定 的 测 量 符 合 被 测 数 量 真 实 值 的 程 度
。 可 调 范 围 (大 小 量 程 比 )

可调范围或大小量程比是流量计能维持测量精度前提下最大
与 最 小 值 流 量 大 小 之 比 。例 如 ,若 一 个 流 量 计 将 从 100 标 米 立 方/时 (Nm3/hr) 测 量 10:1 量 程 比 的 流 量 ,则 该 流 量 计 可 精 确 地 测 量 10-100 Nm3/hr 大 小 的 流 量 重复性

重 复 性 是 流 量 计 每 次 测 量 某 个流 量 时 提 供 同 一 个 测 量 值 的 能
力 。高 度 重 复 性 并 不 确 保 精 度 。取 决 于 应 用 场 合 ,流 量 计 的 重 复 性 可 能 比 精 度 更 重 要 。例 如 ,在 一 个 流 量 控 制 回 路 中 ,若 一 个 流 量 计 给 出 一 个 稳 定 的 重 复 性 的 读 数 ,则 该 测 量 的 真 实 精 度 未必重要。

流量计的分类
流 量 计 分 成 四 类 : ? ? ? ? 差 速 质 排 压 流 度 流 量 流 气/液 量 量 量 式 计 计 计 流 量 计 (也 叫 容 积 式 流 量 计)

当 要 为 一 个 具 体 应 用 场 合 决 定 采 用 哪 一 种 流 量 计 时 ,流 量 计 属 于 哪 一 类 的 问 题 很 重 要 。

差压流量计类型 一 些 常 ? ? ? ? ? ? ? 用 的 流 量计 是 : 孔 板 皮 托 管 流 量 喷 嘴 文 丘 里 管 楔 形 流 量 元 件 V 形 锥 体 转 子 流 量 计

孔板流量计
孔 孔 速 过 取 一 板 是 一 个 放 置 在 流 体 流 量 通 路 中 具 有 锐 边 开 (锐 孔) 的 薄 圆 片 。当 流 体 通 过 孔 板 时 ,流 体 的 度 增 加 ,而 压 力 减 少 , 这 就 产 生 了 压 力 降 。通 测 量 孔 板 前 高 压 取 压 嘴 的 压 力 及 孔 板 后 低 压 压 嘴 的 压 力 ,可 确 定 该 压 力 降 的 数 值 。压 力 降 般 用 差 压 或 多 变 量 变 送 器 测 量 。

阿牛巴流量计
阿 牛 巴 (Annubars?) ,其 设 计 型 式 是 在 整 个 管 线 的 直 径 范 围 内 包 含 若 干 测 量 孔 。阿 牛 巴 孔 的 设 计 要 比 常 规 皮 托 管 产 生 更 为 精 确 得 多 的 流 量 测 量 值 。

楔形流量计
楔 形 流 量 元 件 插 入 过 程 管 道 以 便 在 管 道 内 壁 上 形 成 一 个 楔 形 障 碍 物 。当 流 体 流 过 该 障 碍 物 时 ,便 产 生 一 个 差 压 。 楔 形 元 件 流 量 计 通 常 与 远 程 密 封 件(膜盒) 测 量 压 力 差 的 仪 表 一 起 使 用 。

图1 :

1999 ARC Unit Study

文丘里管流量计
文 丘 里 管 由 三 个 主 要 部 分 组 成 ? 渐 缩 入 口 锥 形 管 ? 该 渐 缩 入 口 锥 形 管逐 渐 减 少 其 管 直 径 ,并 产 生 压 力 降 。一 个 高 压 取 压 嘴 定 位 于 该 入 口 锥 形 管的 起 始 点 。 ? 喉 部 管 段 ? 入 口 锥 形 管 在 喉 部 结 束 ,低 压 取 压 嘴 定 位 于 此 处 。在 喉 部 流 体 速 度 既 不 增 加 也 不 减 少 。 ? 渐 扩 出 口 锥 形 管 ? 出 口 锥 形 管 的 横 截面 积 增 加 ,这 使 流 体 能 够 恢 复 到 非 常靠 近 它 的 原 来 压 力 。出 口 锥 形 管 也 消除 气 穴 ,并 使 摩 擦 损 失 最 小 。

转子流量计
转 是 的 的 于 与 的 子 个 浮 管 管 浮 刻 流 必 子 子 顶 子 度 量 计 ,也 称 为 可 变 面 积 流 量 计 , 须 垂 直 安 装 的 锥 形 的 玻 璃 、塑 料 或 金 属 管 在 管 内 (转 子) 为 响 应 流 体 流 量 大 小 而 上 升 。因 为 流 量 计 是 成 圆 锥 形 的 ,故 在 管 底 部 ,或 狭 小 端 的 压 力 高 部 压 力 。浮 子 停 留 在 浮 子 上 、下 表 面 之 间 的 差 压 的 重 量 相 平 衡 的 地 方 。流 量 可 由 刻 在 透 明 管 子 上 直 接 读 取 ,或 用 电 子 技 术 检 测 。

ROSEMOUNT 差压流量仪表汇总

3095MV流量变送器

3051S变送器

3051C变送器

485-T阿牛巴

405-P一体化孔板

1495孔板

1195一体化孔板

差压流量-完全的流量解决方案
? ? ? ? ? ? ? 305SFA 一体化阿牛巴体积流量计 3095MFA 一体化阿牛巴质量流量计 3051SFC 一体化孔板体积流量计 3051MFC 一体化孔板质量流量计 3051SFP 一体化内藏孔板体积流量计 3095MFP 一体化内藏孔板质量流量计 1495 1496 1497 工程组件解决方案

涡街流量计
?

基于冯卡门效应
– 流体交替地在旋涡发生体两侧分离




产生旋涡后在旋涡发生体后端形成了一个交替的压力差
交替的旋涡频率和流体的流速成线性关系

流体
?

旋涡

罗斯蒙特涡街流量计的工作原理
– – – 交替的压力差使发生体的一部分产生振动 振动由位于外部的压电传感器检测 压电传感器把检测到的交替压力差信号转换成电脉冲信号




电脉冲信号的频率就是旋涡的频率
电脉冲信号被传输到电子部件进行处理

8800涡街流量计-罗斯蒙特
双头型 法兰型

缩径型

夹持型

电磁流量计

导电过程介质 衬里

流量 “V ” (米每秒)

“D”
D

不锈钢管 法兰

E=kBDV
由上式可见,体积流 量V与感应电动势E和 测量管内径D成线性 关系,与磁场的磁感 应强度B成反比,与 其它物理参数无关. 这就是电磁流量计的 测量原理

感应电极

“E”

磁场“B” (恒定强度)

“E”

线圈

8700电磁流量计

质量流量计
F = M * A
外壳

牛顿第二定律

流量管
支撑 检测线圈

驱动线圈
热电阻 (RTD)

过程连接

过程连接 分流 接线盒

质量流量计-高准全系列质量流量计

热值流量计
带伴热器的温度感器 (Pt1000) 作为测量端 或被加热端传感器 电子线路板为加 热元件提供 恒定的功率

温度传感器 (Pt1000) 作为参照端(不加热 的传感器)

工作原理 –恒功率

FCI热扩散式质量流量计

ST98 IP66型

ST98L Eexd在线式

GF90/92插入和在线式 ST98 Eexd插入式

超声波流量计
超 声 波 流 量 计 通 过 测 量 声 音 穿 过 沿 管 道 流 动 的 流 体 的 速 度 来 确 定 流 量 。 来 自 压 电 转 换 器 的 脉 冲 声 波 以 声 速 穿 过 流 动 的 流 体 传 播 ,并 提 供 此 流 体 有 关 速 度 的 指 示 。 目 前 采 用 两 个不 同 的 方 法 测 量 此 速 度 : ? 传 播 时 间 ? 多 普 勒 效 应

超 声 波 流 量 计两种原理
基于传播时间的超声波流量计 基 于 传 播 时 间 的 超 声 波 流 量 计 的 工 作 原 理 是 ,当 把 超 声 波 顺 着 流 量 的 方 向 发 射 时 , 超 声 波 的 速 度 将 增 加 ,而 当 顶 着 流 量 方 向 发 射 时 ,超 声 波 的 速 度 将 减 少 。其时间差与流量成正 比。 基于多普勒效应的超声波流量计 多 普 勒 效 应 指 的 是 声 波 频 率 的 变 化 。根 据 流 体 的 速 度 ,该 频率增加或减少。

超 声 波 流 量 计典型安装示意图

流量的测量----气体场合
转子流量计 克罗尼 涡街流量计 罗斯蒙特 E+H 横河 孔板流量计 罗斯蒙特 国产 质量流量计 罗斯蒙特 E+H

气体流量

阿牛巴流量计 罗斯蒙特

热值流量计
FCI

请根据用户需求选择合适流量计满足技术要求
转子流量计 孔板流量计 涡街流量计 阿牛巴流量计 质量流量计

价值曲线

流量的测量----液体场合
转子流量计 质量流量计

克罗尼
涡街流量计 罗斯蒙特 E+H 横河 孔板流量计 罗斯蒙特 国产

罗斯蒙特 E+H

液体流量

阿牛巴流量计 罗斯蒙特 电磁流量计

超声波流量计 GE

罗斯蒙特 科隆 横河

请根据用户需求选择合适流量计满足技术要求
转子流量计 孔板流量计 涡街流量计 阿牛巴流量计 电磁流量计 超声波流量计 质量流量计

价值曲线

流量的测量----蒸汽场合

涡街流量计 罗斯蒙特 E+H 横河

蒸汽流 量
孔板 喷嘴流量计 罗斯蒙特 国产

阿牛巴流量计 罗斯蒙特

请根据用户需求选择合适流量计满足技术要求
孔板流量计 涡街流量计 阿牛巴流量计

价值曲线

仪表基础知识培训议程
1.压力知识培训
2.温度知识培训 3.流量知识培训 4. 液位知识培训 5.控制理论知识培训

Emerson Process Management Overview Date: 20-Apr-01, Slide 113

液位测量
液 位 测 量 是 确 定 基 准 点 (通 常 是 储 存 容 器 的 基 准
面) 与 液 体 表 面 或 固 料 顶 部 之 间 的 线 性 垂 直 距 离 。 准 确 控 制 在 罐 里 、反 应 器 或 其 它 容 器 里 的 液 位 或 干 性 物 料 料 位 在 许 多 过 程 应 用 场 合 中 很 重 要 。为 达 到 优 良 控 制 ,精 确 测 量 是 必 不 可 少 的 环 节 。

液 位 四个术 语
液位测量一般以英尺或米来表示。 液位也可以满量程百分数或被测量程间距的百分数给出。

有 些 时 候 测 量 液 位 是 为 了 它 自 己 的 原 因 ? 例 如 ,若 该 测 量 的 目 标 是 要 防 止 溢 出 。更 为 经 常 的 是 ,测 量 液 位 是 要 得 到 被 储 存 产 品 物 料 的 其 它 某 种 性 质 。可 由 液 位 测 量 确 定 的 产 品 物 料 的 性 质 (或 可 确 定 液 位 测 量 的 产 品 物 料 性 质) 是 : ? 界 面 (位) ? 密度 ? 质量 ? 体积

界面
界面

界 面 是 具 有 不 同 密 度 (例 如 油 与 水) 的 两 种 非 互 溶 (不 能 混 合) 液
体 之 间 的 界 线 。界 面 测 量 得 到 储 存 在 同 一 个 罐 里 且 各 有 不 同 密 度 的 两 种 液 体 之 间 的 界 线 。例 如 ,当 油 与 水 占 据 同 一 个 罐 时 ,油 就 漂 浮 在 水 顶 上 。这 两 种 液 体 之 间 的 界 面 是 水 的 上 部 液 位 与 油 的 下 部 液 位。

图 2.4 界 面

密度和比重
密度

密 度 是 每 单 位 体 积 的 物 质 的 质 量 。密 度 经 常 以 每 立
方 厘 米 的 克 数 (g/cm? ) 或 每 立 方 英 尺 的 磅 数 (lb/ft? )来表 示 。比 重 经 常 用 来 描 述 一 种 物 质 密 度 与 水 的 密 度 之 比。

比重 比 重 是 一 种 物 质 的 密 度 与 水 的 密 度 之 比 值 。水 在
39.2 ?F (4 ?C) 时 的 密 度 是 1 g/cm? 。甘 油 ,一 种 在 肥 皂 里 经 常 见 到 的 化 合 物 ,其 密 度 是 78.66 lb/ft? 。因 此 ,甘 油 的 比 重 是 1.26 (78.66 ? 62.43) 。

质量
质 量 , 一 个 物 体 包 含 的 物 质 的 量 ,经 常 含 糊 其 词 地 表 示 为 重
量 。质 量 典 型 地 以 公 斤 、克 、吨 或 磅 来 表 示 。质 量 不 受 温 度 的 影 响 。因 而 在 50 ?F (10 ?C) 温 度 下 60 磅 的 油 在 86 ?F (30 ?C) 下 仍 然 是 60 磅?然 而 ,由 于 膨 胀 , 油 的 总 体 积 可 能 变 化 。 若 已 知 密 度 ,则 通 过 首 先 得 到 体 积 (见 第 10 页 体 积) ,而 后 用 下 列公式可从液位测量值得到质量: 质量=密度*体积 体积

体 积 是 由 一 定 量 的 物 质 所 占 据 的空 间 。体 积 典 型 地 以 加 仑 、
立 升 、立 方 厘 米 、立 方 英 尺 或 桶 表 示 。体 积 是 最 普 遍 地 从 液 位推导得到的测量值。 体 积 通 常 是 由 首 先 测 量 罐 里 的 过 程 液 位 确 定 的 ,然 后 基 于 储 罐的几何形状计算出过程的体积。
图 2.4 界 面

罐类型

垂直圆柱形

水平圆柱形

球形

垂直弹头形

水平弹头形

盘形端面储罐

液位技术的分类
为 了 将 一 般 特 性 加 以 分 类 ,液 位 测 量 设 备 可 组 成 为 下列四类: ? 手 动/机 械 式 ? 电动机械式 ? 电子接触式 ? 电子非接触式 手 动 /机 械 式 在 手 动/机 械 式 这 类 里 的 测 量 设备 没 有 电 子 输 出 信 号 。操 作 员 用 此 设 备 得 到 容 器 内 物 料 量 的 直 观 指 示 。在 此 类 的 液 位 测 量 设 备 的 实 例 是 观 察 玻 璃 液 位 计 或 杆 状 计 量 系 统 。这 些 测 量 设 备 是 低 成 本 的 ,但 没 有 自 动 化 。

液位技术的分类
电动机械式 在 此 电 动 机 械 式 类 里 的 测 量 设 备 是 机 械 组 合 件 ,配 备能产生用于控制的电子输出信号的若干运动的 零 部 件 。与 手 动 /机 械 式 测 量 设 备 不 同 ,电 动 机 械 式 测量设备构成可远程读数的自动化了的测量设备 。 具有运动零部件的测量设备往往有较高的维修要 求 。电 动 机 械 式 测 量 设 备 暴 露 于 黏 性 的 、粘 稠 的 或 腐 蚀 性 液 体 ,就 产 生 了 这 样 一 个 工 作 环 境 ,即 测 量 设 备 的 机 械 部 分 易 发 生 结 垢 (运 动 零 部 件 变 脏) 与 腐 蚀 ,这 导 致 频 繁 的 清 洗 或 修 理 。属 本 类 液 位 测 量 设 备 的 一 个 例 子 便 是 浮 筒 (标) 式 液 位 计 。

液位技术的分类
电子接触式 在 电 子 接 触 式 类 里 的 测 量 设 备 没 有 运 动 零 部 件 。虽 然 它 们 不 能 免 除 被 测 物 料 涂 敷 其 上 或 腐 蚀 问 题 ,但 电 子 接 触 式 测 量 设 备 往 往 更 为 坚 固 耐 用 ,因 而 比 电 动 机 械 式 测 量 设 备 需 要 较 少 的 维 修 。属 本 类 液 位 测 量 设 备 的 例 子 便 是 电 容 探 头 与 基 于 压 力的液位变送器。

电子非接触式 在电子非接触式类里的测量设备提供先进的液位测量技术并 在 任 何 时 候 无 需 接 触 产 品 物 料 。因 为 它 们 没 有 运 动 零 部 件 及 没 有 与 产 品 物 料 直 接 接 触 ,所 以 其 维 修 量 是 最 小 的 。电 子 非 接 触 式 测 量 设 备 比 其 它 液 位 测 量 设 备 更 易 于 安 装 ,因 为 储 存 容 器 一 般 不 需 要 被 排 空 或 被 填 满 。属 此 类 的 液 位 测 量 设 备 的 实例是雷达测量设备。

费用与性能对比
显示所选择的液位测量设备的初始费用与性能之 间的关系。

初始费用与性能对比

费用对比维修

各种液位测量技术详细分类
液位测量类别 手 动 /机 械 式 浮标与浮标系统 杆 状 液 位 计/浸 入 探 测 器 观 察 孔/ 玻 璃 液 位 计 卷尺 液 位 计 与 卷 尺 系 统 电动机械式 浮 筒 (浮 标 ) 磁致伸缩 电阻带 旋转抑制 伺服系统 x x x x x x x x x x x x x x x x x 密度 界面 液位 质量 点

电子接触式
液位测量类别 密度 界面 液位 质量 点

电子接触式
电容 电导率 光学 相跟踪 基于压力的液位技术 鼓泡器系统 液 体 静 压 储 罐 计 量 (HTG) 混 合 式 (HTG 与 雷 达) 热式 振 动 式 液 位 计 (音 叉) x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x

多种液位测量技术
冒泡法 浸液 电容

音叉

浮子

超声

雷达
观测孔 放射性(核) 伺服

磁翻板 差压
超声

静压
秤重

典型案例1-常压罐
现场条件: 1.常温 常压 2 介质:水

选型产品:
1.3051L单法兰液位变 送器 2.3100超声波液位计 3.5400雷达液位计 4.2100液位开关

罗斯蒙特3051差压液位产品
提供全面的产品

先进的技术

最好的安装

各种应用方案

3100 超声波液位计

2 路智能继电器输出 ? 失效和液位报警 非接液的测量方式 ? 适用于腐蚀性和粘稠的液体 ? 宽广的操作范围 经济的液位测量方案 ? 节省采购费用 ? 节省安装费用

温度回路传感装置 ? 准确而且快速的温度补偿 非常容易安装 ? 2” 的螺纹安装 ? 丰富的法兰安装附件 通过LED显示和按钮实现 轻松组态 ? 快速轻松组态 ? 在线线性计算

超声波基本原理

转换器内的压电晶体将电脉冲换 换为声能,以声波的形式在转换 器与液体之间传播。
假设声波的速度保持不变,回波 到达目标产品表面并返回所需的 时间(传播时间)与其行进的距 离成正比。

Time

0.00872 0.00 秒

5400 非接触雷达液位计
Rosemount 5401, 6 GHz

&

Rosemount 5402, 26 GHz

双室结构

全方位旋转

直接微波发送和接受

容易拆卸和安装

5400 雷达技术特性.
5401 (6 GHz)
? ? ? ? ?

5402 (26 GHz)
30 mts ± 3 mm (1/8”) ± 1 mm (0.04”) at least 1 per sec

测量量程: 测量精度: 重复性: 刷新时间: 输出信号:

30 mts ± 10 mm (0.4”) ± 1 mm (0.04”) at least 1 per sec

4…20 mA/HART or FF*

?
? ?

过程温度:
过程压力: 安全认证:

-40 °C to +150 °C
vacuum to 10 Barg E1, I1, E5, I5, E6*, I6

* available June

典型案例2-卧式罐
现场条件: 1.带压容器

2 介质:油 水
选型产品:

1.3051双法兰液位计
2.3300或5300导波雷 达液位计

3.浮筒液位计
4.磁翻板液位计 5.2120音叉开关

3300导波雷达液位计
回路供电: 11 - 42 VDC 信号输出: 4-20 mA 和数字 HART 测量精度: ± 0.2 inch / ± 5 mm 重复性: ± 0.04 inch / ± 1 mm 刷新时间: < 1 per sec 测量量程: 0~ 23.5m 双室结构

全方位旋转
无需开罐更 换雷达头

各种类型天 线

可以任意 切割合适 长度

导波雷达液位计-测量原理
? ? ?

TDR (时域反射)技术 微波脉冲沿导波杆传播 脉冲在到达不同介电常数的介质表 面(液面)时, 一部分能量将反射返回 雷达头

?

空高(液面上方) = 脉冲传播速度 X 消耗的时间 /2

浮筒式液位变送器: MLT100
?

莫伯雷已将先进的微处理器控制的电子元件与久 经验证的浮筒机构进行组合,从而研制出 MLT100 浮筒式液位变送器。 4-20mA 输出与液位、容量或界面成比例
– – – – – 由二线制 24V dc 回路供电 从 –60° C 至 +320 ° C 的接液侧提供稳定输出 节省占用空间 直接安装或浮筒室安装 具有所有 SMART / HART 数字通信功能。

LVDT

铁芯 压力管

将一台线性差动变压器(LVDT)安装在变送器外壳内压 力管的外部。 在压力管内的铁芯上升和下降时,LVDT 的输出将按 比例发生变动。 将这种电压信号馈入微处理器控制的电子元件并转换 成 4 - 20mA 输出信号,并叠加 HART 数字信号。 液位沿整个浮筒长度移动时,铁芯移动的最大距离为 15mm。

磁翻板液位计
旋塞与排气 (? BSP 或 NPT)
排气可按照客户的过程和应用而定。 可提供许多其它类型的连接。

4-20 mA 变送器
Mc 1000 4-20mA 变送器,用于 远程测量。 可提供标准外壳或防燃型外壳。

浮筒室
也可称为主管,它由不锈钢或合成 材料的管道组成,配备法兰(按标 准),用于外侧安装。

过程连接件
可为过程储罐连接提供多种 选项。

报警开关 读取系统
可根据客户要求提供两种类型的读 取系统: 滑块型 或 活板型。 根据标准,采用不锈钢联接 螺旋夹安装在浮筒室上。 标准型或通过 ATEX 防燃认证 (EExd)。

还可提供其它多种选项。

浮子
配备 360° 磁体 - 随浮筒室内 液体的变化而变动。 根据要求,可提供各种材料、 磁体类型和压力等级。

铭牌
制造商的铭牌,包括所有符合适 用规范和标准的主要技术数据和 技术规格。 管道还可配备底部法兰装

配件, 该装配件配备排放
旋塞用于排放和清洗。 可提供多种其它连接类型。

2120音叉开关技术和应用
对于2100,自然谐振是通过压电晶体驱动压力弹 性元件来实现的. 因此,当叉被液体覆盖时,根据惯性定律,振动频率 就发生变化. 这个频率变化由电子电路所检测放大,从而进一 步触发报警开关量输出. 2100 的自然谐振频率大约为1300 Hz (短叉技术)
1) 限位报警 2) 食品工业 3) 泵控制系统

压电晶体元件

4)高报警

卧式罐产品应用案例
浮筒液位计
玻璃板液位计 3300导波雷达

双法兰液位计

磁翻板液位计

典型案例3-柱状罐
现场条件: 1.带压容器 2 介质:化工产品 选型产品: 1.3051双法兰液位计

2.3300或5300导波雷 达液位计
3.5400雷达液位计 4.2120音叉开关 5.磁翻板液位计

典型案例4-立式储罐
现场条件:
1.常温常压容器 2 介质:油

选型产品:

1.3300 5300导波雷达液位 计
2.5600 RTG40雷达液位计

FMCW方式-高精度的原理
?

Frequency Modulated Continuous Wave (调频 连续波)

method

Frequency f (GHz)

?

A logic and fast
10,3
Df 9,7 d Time t t0 Df ~ d

?

PULSE (脉冲)



无法达到高精度.
由于其测量的是微波脉冲 从雷达发射出后达到液体 表面并返回的时间(在1个 10米高的罐内该时间仅仅 为 0.000000033 s)

PRO40B存库监管级雷达产品系列

抛物面天线
20” , 440 mm ?

锥形天线
8” , DN 200

导波管专用阵列天线
5 ”6”, 8”, 10” and 12” pipe

同一个PRO雷达头可与不同天线类型灵活互换,降低备件成本

RTG40雷达在油田的应用

典型案例4-球罐
现场条件:
1.带压容器 2 介质:LPG LNG C2 C3 选型产品:

1.3051双法兰液位计
2.5300导波雷达液位计 3.REX3960雷达液位计

LPG/LNG雷达-RTG3960
?

适用于压力容器

?
? ? ? ? ?

4” or 100 mm 导波管
可选一体化的压力传感器 可选配安全球阀

可在正常操作条件下验证测量 精度(利用参考钢针)
贸易交接计量级精度 无需维护

?

只有锥形天线部分伸入罐内

典型案例5-固体料仓
现场条件: 1.常温 常压

2 介质:固体粉料

选型产品:
1.5600雷达料位计

2.5300导波雷达料位计
3.UWT重锤料位计

4.阻旋或音叉开关

Rosemount 5600 系列雷达物位计
? 具有针对于过程控制而开发运用的最优化信号 处理软件 ? 具有高度的灵敏度,适合广泛的过程控制应用 ? 测量范围0~100米内的测量精度: +/- 5mm ? 拥有可选项: FF现场总线 或 HART 输出信号 多种材质选择 多种天线形式选择 超宽的供电电源范围: 24 to 240 V AC/DC 可选的压力温度宽适用范围 ? Radar Master 调试软件包确保简洁的组态

坚固的模块化设计
可任意旋转的雷达头 外壳 双室结构的接线盒

允许不开罐分离雷达头

超宽供电电源范围

独特的“ 薄板夹紧”固 定安装方式允许适合任 意的法兰

全范围可配的雷达 天线类型

5300 – 主要技术特点
Probe End Projection
低介电常数 大量程 最好有效性

Smart Galvanic Interface 智能电接口
– – Robust EMC 性能 增机安全性
Unique feature!

Unique feature!

Direct Switch Technology
- DST技术提高能力和可靠 性
With DST

5300

Withouth DST Standard

Powers PlantWeb
– 带有高级诊断信息 – 扩展 FF 总线能力

Advanced Timing
– ± 3 mm 测量精度

Rosemount Radar Master and Enhanced EDDL
– EDDL简单 快速安装 调试和故障处理

UWT产品 -重锤液位计





监控各种物料,例如:谷物,奶粉,水泥,石灰,加工原料,洗涤剂,塑料 颗粒等更多.在各类工业中监控测量固体粉料物位也能测量界面.
SLS3000 缆式 测量范围 0~30米; SLS3000 带式 测量范围 0~25米; SLB300 带式 测量范围 0~70米

UWT产品 -阻旋开关

监控各种物料,例如:谷物,奶粉,水泥,石灰,加工原料,洗涤剂,塑料 颗粒等更多.在各类工业中监控测量固体粉料物位也能测量界面.

多种液位测量技术-关键在于你的选择
冒泡法 浸液 电容

音叉

浮子

超声

雷达
观测孔 放射性(核) 伺服

磁翻板 差压
超声

静压
秤重

Rosemount Radar Gauge

REX

Pending

VALUE

Pro
5600

Pro ITG

5300

5400

3300

仪表基础知识培训议程
1.压力知识培训
2.温度知识培训 3.流量知识培训 4. 液位知识培训 5.控制理论知识培训

Emerson Process Management Overview Date: 20-Apr-01, Slide 155

过程控制的重要性
过 程

过 程 正 如 在 过 程 控 制 与 过 程 工 业 术 语 中 所 用 的 , 是 指
改 间 混 过 。 变 或 精 炼 原 料 形 成 最 终 产 品 的 方 法 。在 这 个 过 程 期 通 过 或 者 仍 处 于 液 体 、气 体 或 浆 料 (固 体 与 液 体 的 合) 状 态 的 原 料 被 传 送 、测 量 、混 合 、加 热 或 冷 却 、 虑 、储 存 ,或 以 某 种 其 它 方 法 加 工 以 生 产 最 终 产 品

过 程 工 业 包 括 化 学 工 业 、石 油 与 天 然 气 工 业 、食 品 与 饮 料 加 工 业 、制 药 业 、水 处 理 工 业 与 电 力 工 业 。

过 程 控 制

过 程 控 制 是 指 当 制 造 一 种 产 品 时 用 来 控 制 过 程 变 量 的
方 比 压 制 ? 法 例 力 生 。例 如 ,一 些 因 素 像 一 个 成 分 对 另 外 一 个 成 分 的 、原 料 的 温 度 、成 分 混 合 的 程 度 以 及 原 料 保 持 的 可 对 最 终 产 品 的 质 量 有 重 大 的 影 响 。制 造 厂 商 控 产 过 程 有 三 个 原 因 : ? 提 高 效 率 ? 确 保 安 全

减 少 偏 离 度

控制回路
三个作业

在 过 程 控 制 工 业 中 的 控 制 回 路 都 以 同 样 的 方 法 运 作 ,要 求 发 生 三 个作业: ? 测量 ? 比较 ? 调整

过 程 控 制 术 语
过 程 变 量

过 程 变 量 是 以 某 种 方 式 能 改 变 制 造 过 程 的 过 程 流 体 (液
体 或 气 体) 的 一 个 条 件 。在 你 坐 在 火 旁 的 例 子 里 ,过 程 变 量 是 温 度 。在 图 7.1 储 罐 的 例 子 中 ,过 程 变 量 是 液 位 。常 见 的 过 程 变 量 包 括 : ? 压 力 ? 流 量 ? 液 位 ? 温 度 ? 密 度 ? Ph (酸 度 或 碱 度) ? 氧 含 量 ? 一 氧 化 碳 含 量 ? 液 体 界 面 (在 容 器 里 混 合 的 不 同 液 体 的 相 对 数 量 [例 如 ,在 油 与 水 的 混 合 中 ,罐 里 有 多 少 油 和 罐 里 有 多 少 水 。]) ? 质 量 ? 电 导 率

过 程 控 制 术 语
设 定 点

设 定 点 是 必 须 要 加 以 维 持 以 便 保 持 过 程 正 确 运
行 的 过 程 变 量 的 值 。 例 ?C 来 程 设 器 器 冷 如 范 帮 里 定 就 的 却 ,若 一 个 过 程 的 温 度 需 要 保 持 在 100 ?C 的 5 围 内 ,则 设 定 点 为 100 ?C 。温 度 传 感 器 可 用 助 维 持 温 度 在 设 定 点 处 。该 传 感 器 插 进 过 ,而 控 制 器 则 将 来 自 传 感 器 的 温 度 读 数 与 点 比 较 。若 温 度 读 数 是 110 ?C ,那 么 该 控 制 确 定 这 个 过 程 是 在 设 定 点 以 上 ,并 给 燃 烧 燃 料 阀 发 送 信 号 将 阀 门 稍 关 些 ,直 至 过 程 到 100 ?C 为 止 。

过 程 控 制 术 语
测 定 变 量 、过 程 变 量 与 操 纵 变 量
在 须 定 指 温 保 变 定 度 持 量 的 控 接 也 设 制 近 是 定 回 于 过 点 路 例 子 中 ,那 测 定 变 量 是 温 度 ,它 必 100 ?C 。在 此 例 中 及 大 多 数 情 况 下 ,测 程 变 量 。测 定 变 量 是 那 个 必 须 保 持 在 的 过 程 流 体 的 条 件

有 时 测 定 变 量 与 过 程 变 量 不 同 。例 如 ,制 造 厂 商 可 能 测 量 进 出 储 罐 的 流 量 来 确 定 罐 的 液 位 。在 此 情 况 下 ,流 量 是 测 定 变 量 ,而 过 程 流 体 液 位 是 过 程 变 量 。那 被 改 变 来 保 持 测 定 变 量 在 设 定 点 的 因 素 称 之 为 操 纵 变 量 。在 描 述 的 例 子 中 ,操 纵 变 量 也 将 是 流 量

过 程 控 制 术 语
误 差

误 差 是 测 定 变 量 与 设 定 点 之 间 的 差 ,可 以 是 正 的 或 负

的 。在 那 温 度 控 制 回 路 的 例 子 中 ,其 误 差 是 110 ?C 测 定 变 量 与 105 ?C 设 定 点 之 间 的 差 —即 误 差 是 +5 ?C 。 残 留 偏 差

残 留 偏 差 是 过 程 变 量 离 开 设 定 点 的 持 续 的 偏 差 。在 那
温 度 控 制 回 路 例 子 中 ,若 控 制 系 统 将 过 程 流 体 始 终 如 一 地 保 持 在 100.5 ?C ,尽 管 设 定 点 是 100 ?C ,则 存 在 着 0.5 ?C 的 残 留 偏 差 。 负 荷 扰 动

负 荷 扰 动 是 个 不 期 望 有 的 能 影 响 过 程 变 量 的 其 中 因 素
之 一 的 变 化 。在 那 温 度 控 制 回 路 例 子 中 ,将 冷 的 过 程 流 体 加 到 容 器 里 将 是 个 负 荷 扰 动 ,因 为 它 将 降 低 过 程 流 体 的 温 度 。

过 程 控 制 术 语
控 制 算 法

控 制 算 法 是 控 制 功 能 的 数 学 表 达 式 。用 温 度 控 制 回 路
为 例 ,下 面 等 式 中 的 V 是 燃 料 阀 的 阀 位 ,而 e 是 误 差 。在 控 制 算 法 中 的 关 系 可 表 达 为 :

V = f(? e)
燃 图 控 控 阀 的 保 回 料 阀 的 阀 位 (V) 是 误 差 符 号 (正 的 或 负 的) 的 函 数 (f) ( 7.3) 。 制 算 法 可 用 来 计 算 比 在 这 里 描 述 的 更 为 复 杂 得 多 的 制 回 路 的 必 要 条 件 。在 更 复 杂 的 的 控 制 回 路 中 ,像“ 门 应 打 开 或 关 闭 多 大 程 度 以 响 应 在 设 定 点 方 面 给 定 变 化 ?” 及“在 过 程 变 量 向 设 定 点 变 回 来 后 ,阀 门 应 持 在 新 的 阀 位 下 多 长 时 间 ?” 这 样 的 问 题 需 要 得 到 答 。

过 程 控 制 术 语

过 程 控 制 术 语
手 动 与 自 动 控 制 在 业 例 到 控 相 控 自 过 。 如 设 制 反 制 动 程 自 动 化 前 ,人 而 不 是 机 械 执 行 许 多 过 程 控 制 作

,一 个 操 作 员 可 能 已 看 了 一 个 液 位 计 ,当 液 位 达 定 点 时 ,他 关 了 一 个 阀 门 。直 接 涉 及 人 的 行 动 的 操 作 叫 做 手 动 控 制 系 统 。 地 ,操 作 中 仅 仅 机 械 维 持 控 制 ,例 如 像 响 应 液 位 器 的 自 动 的 阀 门 执 行 机 构 这 样 的 控 制 操 作 ,叫 做 控 制 系 统 。
变 量 被 测 量 、与 设 定 点 比 较 并 采 取 行 动 去 定 点 的 任 何 偏 差 的 地 方 ,都 存 在 着 闭 环 控 变 量 不 进 行 测 量 或 比 较 ,并 且 采 取 了 行 动 过 程 变 量 状 况 的 反 馈 信 息 ,而 是 没 有 考 虑 状 况 就 采 取 行 动 的 地 方 ,存 在 着 开 环 控 制

闭 环 与 开 环 控 制 回 路 凡 是 在 过 程 校 正 离 开 设 制 回 路 。 凡 是 在 过 程 不 是 来 响 应 过 程 变 量 的 回 路 。

控制回路的设备与技术
一 次 元 件/传 感 器 在 影 造 路 次 所 响 性 中 元 有 来 明 测 件 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 情 测 显 量 的 检 电 热 孔 皮 文 电 科 雷 超 阿 楔 况 量 是 过 实 测 阻 电 板 托 丘 磁 里 达 声 牛 形 下 过 在 程 例 压 温 偶 管 里 流 奥 发 波 巴 漩 ,通 过 测 量 过 程 流 体 的 变 化 对 检 测 器 件 的 程 变 量 。在 过 程 控 制 领 域 里 某 种 最 大 的 创 检 测 器 件 方 面 。因 为 检 测 器 件 是 在 控 制 回 变 量 的 第 一 个 元 件 ,它 们 也叫 一 次 元 件 。一 包 括 : 力 的 膜 片 、应 变 计 、电 容 传 感 器 。 度 检 测 器 (RTD)

管 量 利 射 发 流 涡

计 (Coriolis) 流 量 管 器 与 接 收 器 射 器 与 接 收 器 量 元 件 发 生 器

控 制 回 路 的 设 备 与 技 术
变 换 器 与 转 换 器

变 换 器 是 个 将 机 械 信 号 变 换 成 为 电 信 号 的 仪 表
。例 如 ,在 电 容 式 压 力 仪 表 里 面 ,变 换 器 将 压 力 的 变 化 转 换 成 为 成 比 例 的 电 容 的 变 化 。

转 换 器 是 个 将 一 种 信 号 转 换 成 为 另 一 种 信 号 的
仪 表 。例 如 ,一 个 转 换 器 可 能 将 电 流 转 换 成 为 电 压 ,或 将 模 拟 量 信 号 转 换 成 为 数 字 信 号 。在 过 程 控 制 中 ,用 来 将 4-20 mA 电 流 信 号 转 换 成 为 3-15 psig (磅/英 寸2 表 压) 气 动 信 号 (通 常 为 阀 门 执 行 机 构 所 用) 的 转 换 器 叫 做 电 流-压 力 转 换 器 。

控 制 回 路 的 设 备 与 技 术
变 送 器 变 读 信 类 送 数 号 包 器 转 发 括 ? ? ? ? ? 是 换 送 : 压 流 温 液 分 个 将 来 自 一 次 元 件 或 变 换 器 的 成 为 一 个 标 准 的 信 号 ,并 将 该 至 监 视 器 或 控 制 器 。变 送 器 种

力 量 度 位 析

送 器

变 送 器 变 送 器 变 送 器 变 送 器 (O2 [氧] 、CO [一 氧 化 碳] 与 pH) 变

控 制 回 路 的 设 备 与 技 术
信 号 在 理 论 上 讲 ,通 过 直 接 读 取 一 次 元 件 的 性 质 的 变 化 ,人 们 应 该 能 够 测 量 过 程 条 件 的 变 化 。 因 此 ,过 程 控 制 工 业 行 业 组 织 机 构 已 研 究 制 定 了 一 套 标 准 信 号 来 帮 助 他 们 转 化 一 次 元 件 的 变 化 。这 些 信 号 包 括 电 动 信 号 、气 动 信 号 和 数 字 信 号 。

电 动 信 号
最 常 见 的 标 准 电 动 信 号 是 4-20 mA 电 流 信 号 。在 用 此 信 号 情 况 下 ,变 送 器 通 过 一 套 信 号 线 发 送 小 的 电 流 。该 电 流 信 号 是 一 种 计 量 仪 表 ,在 此 表 中 ,4 mA 代 表 可 能 最 低 的 测 量 值 或 零 ,而 20 mA 代 表 可 能 最 高 的 测 量 值 其 号 电 来 它 常 见 的 标 准 电 信 号 包 括 1-5 V (伏 特) 信 号 和 频 率 信 。 信 号 通 常 也 叫 模 拟 量 信 号 以 便 与 数 字 信 号 区 别 开 。

控 制 回 路 的 设 备 与 技 术
气 动 信 号 气 动 信 号 是 通 过 改 变 在 一 个 信 号 管 中 的 压
力 产 范 于 范 然 过 管 为 使 生 围 下 围 而 工 线 较 之 正 比 于 过 程 变 量 的 被 测 量 的 变 化 而 的 信 号 。常 见 的 工 业 标 准 的 气 动 信 号 是 3-15 磅/英 寸2 表 压 (psig) 。其 中 3 对 应 量 程 范 围 值 (LRV) ,而 15 对 应 于 上 量 程 值 (URV) 。气 动 信 号 的 发 送 仍 然 常 见 。 ,自 1960 年 代 出 现 电 动 仪 表 起 ,敷 设 穿 厂 的 电 动 信 号 线 相 对 于 敷 设 压 缩 空 气 涉 及 的 较 低 费 用 已 使 气 动 信 号 技 术 成 少 有 吸 引 力 的 技 术 。

1999 ARC Unit Study

控 制 回 路 的 设 备 与 技 术
数 字 信 号 数 字 信 号 是 最 近 加 入 过 程 控 制 信 号 的 技 术 。数 字
信 号 是 描 述 过 程 变 量 同 时 也 携 带 其 它 信 息 ,如 自 诊 断 信 息 的 计 算 机 语 言 。

制 造 厂 商 可 能 用 一 个 开 放 的 或 有 专 利 权 的 数 字 通 信 协 议 。开 放 协 议 是 指 研 发 控 制 设 备 的 任 何 人 可 以 用 的 那 些 协 议 。有 专 利 权 的 协 议 是 为 具 体 的 公 司 所 拥 有 ,并 只 能 得 到 他 们 的 允 许 才 可 以 使 用 。数 字 信 号 包 括 HART? (总 线 可 访 问 的 远 程 变 换 器) 协 议 、基 金 会 现 场 总 线 (Foundation? Fieldbus) 、Profibus 、 DeviceNet 与 Modbus? 协 议 。

控 制 回 路 的 设 备 与 技 术
指 示 器 虽 需 可 人 单 仅 操 然 要 使 可 的 仅 作 大 在 这 读 或 显 人 多 工 个 取 更 示 员 数 厂 读 的 复 测 在 仪表 连 接 到 一 个 控 制 系 统 ,但 操 作 人 员 有 时 的 地 面 上 检 查 在 测 量 点 处 的 测 量 值 。指 示 器 数 成 为 可 能 。指 示 器 是 显 示 关 于 过 程 信 息 的 设 备 。指 示 器 可 以 是 像 压 力 或 温 度 计 那 样 简 杂 的 仪 表 ,例 如 数 字 读 出 设 备 。某 些 指 示 器 定 变 量 ,而 其 它 指 示 器 则 有 控 制 按 钮 ,可 使 现 场 改 变 变 送 器 的 设 置 值 。

记录器

记 录 器 是 记 录 测 量 设 备 输 出 信 号 的 设 备 。法 律 要 求 许 多 过 程 制 造
厂 商 给 管 理 机 构 提 供 过 程 的 历 史 ,而 制 造 厂 商 用 记 录 器 来 帮 助 满 足 这 些 管 理 要 求 。此 外 ,制 造 厂 商 经 常 利 用 记 录 器 来 收 集 数 据 供 趋 势 分 析 用 。通 过 记 录 关 键 测 量 点 的 读 数 及 将 随 时 间 的 过 去 而 变 化 的 那 些 读 数 与 过 程 的 结 果 相 比 较 的 方 法 ,过 程 能 够 得 到 改 善 。

控 制 回 路 的 设 备 与 技 术
控 制 器 控 定 取 动 的 制 点 校 或 系 器 比 正 可 统 是 接 收 来 自 测 量 仪 表 的 数 据 ,将 那 数 据 与 编 程 的 设 较 ,并 且 如 果 需 要 的 话 ,给 控 制 元 件 发 出 信 号 来 采 性 的 动 作 的 设 备 。就 地 控 制 器 通 常 是 基 于 气 动 、电 编 程 的 仪 表 。中 央 控 制 器 通 常 是 基 于 计 算 机 或 软 件 (图 7.4) 。

控 制 回 路 的 设 备 与 技 术
控 据 减 量 信 常 器 可 能 执 行 复 杂 的 数 学 功 能 ,将 一 系 列 数 设 定 点 比 较 ,或 它 们 可 能 执 行 简 单 的 加 或 能 进 行 比 较 。控 制 器 始 终 有 能 力 接 收 输 入 对 输 入 量 执 行 数 学 功 能 ,并 产 生 一 个 输 出 。 的 控 制 器 实 例 包 括 : ? 可 编 程 逻 辑 控 制 器 (PLC) — PLC 通 常 是 计 算 机 被 连 接 到 一 套 输 入/输 出 (I/O) 设 备 。这 些 计 算 机被 编 程 ,通 过 发 送 输 出 信 号 来 响 应 输 入 信 号 ,以 维 持 所 有 的 过 程 在 设 定 点 上 。 ? 集 散 控 制 系 统 (DCS) — DCS 是 控 制 器 ,它 除 执行 控 制 功 能 外 还 提 供 过 程 状 态 的 读 数 。 制 与 功 , 号 见

控 制 回 路 的 设 备 与 技 术
执行机构

执行机构是当接受信号引起最终控制器件照信
号 发 生 物 理 变 化 时 的 最 终 控 制 器 件 的 部 分 。执 行 机 构 最 常 见 的 实 例 是 阀 门 执 行 机 构 ,它 打 开 或或关闭阀门来响应来自控制器的控制信号。 执 行 机 构 经 常 由 气 压 、液 压 或 电 力 来 驱 动 。膜 片 、波 纹 管 、弹 簧 、传 动 装 置 、液 压 导 阀 、活 塞 或 电机经常是执行机构系统的组成部分。

ISA 符 号 表 示 法
仪 业 程 符 纸 方 图 表 与 设 号 上 案 样 、系 统 与 自 动 化 学 会 (ISA) 是 最 主 要 的 过 程 控 制 行 标 准 组 织 机 构 之 一 。ISA 已 研 究 制 定 了 一 套 用 于 工 计 图 与 控 制 回 路 设 计 的 符 号 (ISA S5.1 仪 表 测 量 设 备 技 术 规 格) 。你 应 熟 悉 ISA 符 号 表 示 法 ,以 便 你 能 在 向 你 的 客 户 用 实 例 说 明 过 程 控 制 回 路 可 能 的 解 决 。图 7.5 用 ISA 符 号 表 示 法 表 示 一 个 控 制 回 路 。这 种 统 称 为 管 路 与 仪 表 控 制 图 (P&ID) 。

ISA 符 号
符号

在 管 路 与 仪 表 控 制 图 中 ,一 个 圆 圈 表 示 单 独的 测 量 仪 表 ,例 如 变 送 器 、传 感 器 与 探 测 器 (图 7.6) 。 一条单一的水平线穿过那圆形的中心表明该仪表或功能位于 主 要 地 点 (例 如 控 制 室) 。双 线 表 明 该 功 能 位 于 辅 助 地 点 (例 如 仪 表 架) 。没 有 线 则 表 明 该 功 能 是 现 场 安 装 的 ,而 虚 线 表 明 该 功 能 或 仪 表 是 不 容 易 接 近 的 ( 例 如 位 于 控 制 盘 后 面) 。

ISA 符 号
正 方 形 里 带 圆 圈 表 示 既 显 示 测 量 读 数 又 执 行 某 种 控 制 功 能 的 仪 表 (图 7.7) 。 有 许 多 现 代 变 送 器 配 备 了 微 处理 器 ,它 们 执 行 控 制 计 算 ,并 发 送 控 制 输 出 信号至最终控制元件。 图 7.7 控 制/显 示 共 有 的 单 元

六 角 形 表 示 计 算 机 功 能 ,例 如 由 控 制 器 (图 7.8) 进 行 的 那 些 功 能 。 图 7.8 计 算 机 功 能 (控 制 器)

ISA 符 号
正 方 形 里 带 菱 形 表 示 可 编 程 逻 辑 控 制 器 (PLC) (图 7.9 )。

其 顶 点 彼 此 接 触 的 两 个 三 角 形 (“蝴 蝶 结 领 结”形) 表 示 在 管 路 中 的 阀 门 。在 阀 上 总 是 画 出 一 个 执 行 机 构 (图 7.10) 。


表示流量方向的方向箭头代表泵

ISA 符 号
管 路 与 连 线
管 路 与 连 线 用 ? 一 条 粗 ? 一 条 细 压 管 路) ? 一 条 虚 ? 有 斜 线 ? 带 圆 圈 若 干 不 同 的 符 号 表 示 (7.12) : 实 线 表 示 管 路 实 线 表 示 过 程 至 仪 表 的 连 接 线 (如 引

线 表 示 电 动 信 号 (例 如 4-20 mA 的 连 线) 的 一 条 线 表 示 气 动 信 号 管 的 一 条 线 表 示 数 据 通 信 线 路

其 它 连 线 符 号 包 括 用 于 充 灌 液 系 统 (例 如 远 程 膜 片 密 封 件) 的 毛 细 管 管 路 、液 压 信 号 线 及 导 向 的 电 磁 波 或 声 波 信 号 。

ISA 符 号

ISA 符 号
识别字母
在 ISA 符 号 上 的 识 别 字 母 (例 如 表 示 温 度 变 送 器 的 TT) 表 明 : ? 在 测 定 的 变 量 (例 如 ,流 量、压 力 、温 度) ? 设 备 的 功 能 (例 如 ,变 送 器 、开 关 、阀 门 、传 感 器 、指 示 器) ? 某 些 改 变 因 素 (例 如 ,高 、低 、多 功 能) 第 26 页 表 7.1 指 出 ISA 识 别 字 母 的 意 义 。开 头 的 字 母 表 明 测 定 变 量 。第 二 个 字 母 表 明 改 变 因 素 、读 出 设 备 或 设 备 功 能 。第 三 个 字 母 通 常 表 明 或 者 是 设 备 功 能或者是调节器。 例 如 ,在 仪 表 标 号 上 的“FIC” 表 示 流 量 指 示 控 制 器 。“PT” 表 示 压 力 变 送 器 。 在 下 列 ISA 网 址 你 可 找 到 识 别 字 母 符 号 表 示 法 的 信 息 : http://www.isa.org 标号 在 管 路 与 仪 表 控 制 图 上 的 数 字 表 示 仪 表 的 标 号 。这 些 数 字 经 常 与 特 定 的 控 制 回 路 相 关 联 (例 如 流 量 变 送 器 123) 。见 图 7.13 。

测定变量 A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V 分析 燃 烧 器 ,燃 烧 用户的选择 用户的选择 电压 流量大小 用户的选择 手 电流 功率 时 间 ,时 间 表 (料 、液) 位 用户的选择 用户的选择 用户的选择 压 力 ,真 空 数量 辐射 速 度 ,频 率 温度 多变量 振 动 ,机 械 分 析

改变因素

读出设备 报警 用户的选择

设备功能 用户的选择 控制

改变因素 用户的选择

相差 传 感 器 ( 一 次 元 件) 定 量 分 配 ( 比 率) 玻 璃 ,观 察 设 备 高 指示 扫描 时间变化率 灯 ,光 瞬间 用户的选择 孔板、节 流 点 ,测 试 连 接 求 积 分 ,累 计 器 记录 安全 多功能 开关 发送 多功能 阀 门 ,挡 板 ,天 窗 多功能 用户的选择 控制站 低 中 间 ,居 中 用户的选择

W
X Y Z

重 量 ,力
未分类 事 件 ,状 态 ,或 存 在 位 置 ,尺 寸 X轴 Y轴 Z轴

套管
未分类 未分类 中 继 ,计 算 ,转 换 驱 动 器 ,执 行 机 构 未分类

ISA 符 号 表 示 法 综 述

ISA 符 号 表 示 法 综 述 4 表 示 用 于 管 路 与 仪 表 控 制 图 (P&ID) 的 ISA 符 号 表 示 法 的 各 个 组 成 单 元 。

控 制 器 算 法

控 制 器 的 动 作 基 于 它 们 的 控 制 机 理 的 作 用 可 分 为 若 干 类 。每 一 种 控 制 器 都 有 优 点 和 缺 点 ,并 将 满 足 不 同 的 应 用 需 要 。按 控 制 机 理 的 作 用 分 类 ,三 种 控 制 器 分 别 是 : ? 离 散 (断 续) 控 制 器 ? 多步控制器 ? 连续控制器

离散控制器

离 散 控 制 器 是 只 有 两 个 模 式 或 位 置 的 控 制 器 :即 接 通 与 断 开 。离 散 控 制 器 常 见 的

实 例 是 家 用 热 水 器 。当 罐 里 的 水 温 下 降 低 于 设 定 点 时 ,燃 烧 器 就 接 通 。当 罐 里 的 水 达 到 设 定 点 时 ,燃 烧 器 便 断 开 。因 为 当 燃 烧 器 断 开 时 水 又 开 始 冷 却 ,故 这 个 周 期 再 开 始 重 复 只 是 个 时 间 问 题 。这 种 控 制 在 实 际 上 并 不 将 变 量 保 持 在 设 定 点 上 ,但 保 持 变 量 在 统 称 为 死 区 的 设 定 点 附 近 范 围 内 (图 7.15) 。

控 制 器 算 法
多步控制器

多 步 控 制 器 是 除 了 有 接 通 与 断 开 位 置 外 ,至 少 还 有 另 外 一 个 可 能 的 位
置 。多 步 控 制 器 的 操 作 类 似 于 离 散 控 制 器 ,但 是 当 接 近 设 定 点 时 ,多 步 控 制 器 取 中 间 步 幅 。因 此 ,当 采 用 多 步 控 制 器 时 围 绕 设 定 点 的 振 荡 可 比 采 用 离 散 控 制 器 时 不 那 么 引 人 注 目 (图 7.16) 。 图 7.16 多 步 控 制 作 用 的 曲 线 图

控 制 器 算 法
连续控制 具有无限制数目预设置位置 的控制器叫做连续 控 制 器 。连 续 控 制 器 往 往 是 以 下 列 五 个 方 式 之 一作出反应: ? 比例 ? 积分 ? 微分 ? 比 例/积 分 (PI) ? 比 例/积 分/微 分 (PID)

比 例 控 制
比 例 控 制 比 例 控 制 是 以 正 比 于 偏 差 百 分 数 的 方 式 对 在 设 定 点 的
偏 差 作 出 反 应 的 一 种 控 制 作 用 。例 如 ,若 一 个 液 位 控 制 器 报 告 罐 里 的 液 位 高 于 设 定 点 10% ,则 该 控 制 器 将 送 信 号 给 进 料 阀 关 小 3% 的 幅 度 。为 产 生 输 出 反 应 的 百 分 数 ,误 差 所 乘 的 数 叫 做 比 例 增 益 (P 增 益) 。在 此 例 中 ,P 增 益 是 0.3 (10% 误 差 产 生 3% 的 校 正 作 用) 。 比 例 带 是 引 起 控 制 器 令 最 终 控 制 元 件 确 定 在 其 最 极 端 位 置 的 测 定 (被 测) 变 量 的 误 差 量 。例 如 在 P 增 益 为 1.0 情 况 下 ,液 位 探 测 器 在 控 制 器 将 完 全 关 闭 阀 门 前 ,或 采 取 100% 校 正 动 作 前 ,必 须 报 告 在 设 定 点 以 上 有 100% 的 误 差 。因 此 ,比 例 带 是 100% 。若 罐 的 液 位 下 降 到 设 定 点 以 下 100% ,则 控 制 器 将 完 全 打 开 阀 门 。 比 例 控 制 经 常 作 为 唯 一 的 控 制 作 用 来 使 用 ,但 在 某 些 应 用 场 合 下 ,也 与 积 分 控 制 和 微 分 控 制 结 合 起 来 使 用 。

积 分 控 制
积 分 控 制 积 分 控 制 指 连 续 的 直 至 过 程 变 量 带 到 并 仍 保 持 在
设定 点 的 一 种 控 制 作 用 。在 积 分 控 制 下 采 取 的 控 制 作 用 是 正 比 于 残 留 偏 差 的 程 度 ,但 校 正 性 的 作 用 是 连 续 的 ,直 至 设 定 点 恒 定 不 变 。 在 罐 液 位 的 实 例 中 ,若 罐 液 位 读 数 高 于 设 定 点 ,积 分 控 制 器 以 正 比 例 的 数 量 关 小 进 料 阀 。在 下 一 个 测 量 采 样 时 ,该 积 分 控 制 器 将 读 数 与 设 定 点 比 较 ,若 有 误 差 ,则 采 取 成 比 例 的 校 正 性 动 作 。这 个 控 制 器 连 续 操 纵 阀 门 ,直 至 恢 复 设 定 点 ;然 后 积 分 控 制 器 停 止 采 取 动 作 。

积 分 控 制 很 少 单 独 使 用 ,但 与 比 例 控 制 一 起 使 用 。这 个 联 合 的 控 制 算 法 叫 做 比 例/积 分 (PI) 控 制

微 分 控 制
微 分 控 制
微 分 控 制 是 与 离 开 设 定 点 偏 差 的 变 化 速 率 密 切 联
系 控 而 用 无 的 一 种 控 制 算 法 。离 开 设 定 点 的 偏 差 的 变 化 引 起 制 器 在 最 终 控 制 元 件 产 生 一 个 成 比 例 的 变 化 。然 ,离 开 设 定 点 的 偏 差 的 变 化 一 旦 停 止 ,则 控 制 作 也 同 样 停 止 ,即 使 测 定 (被 测) 变 量 远 离 设 定 点 也 妨 。

设 想 有 一 个 温 度 控 制 回 路 。若 温 度 下 降 低 于 设 定 点 ,一 个 微 分 控 制 器 将 接 通 燃 烧 器 。如 果 在 下 一 个 液 位 读 数 时 ,液 位 仍 保 持 在 它 以 前 的 地 方 (即 大 大 低 于 设 定 点 , 但 与 最 后 一 次 读 数 相 比 无 变 化) ,则 控 制 器 将 不 采 取 进 一 步 行 动 。

比 例 、 比 例 积 分 与 比 例 积 分 微 分 控 制
比 例 、 比 例 积 分 与 比 例 积 分 微 分 控 制
通 过 一 起 使 用 ? 用 微 分 ? 用 比 例 动 ? 用 积 分 所 有 三 个 控 制 算 法 ,过 程 操 作 人 员 可 : 控 制 实 现 对 主 要 扰 动 的 迅 速 反 应 控 制 保 持 过 程 接 近 设 定 点 而 无 重 大 波 控 制 消 除 残 留 偏 差

不 是 每 一 个 过 程 要 求 完 全 的 比 例 积 分 微 分 (PID) 控 制 策 略 。若 小 的 残 留 偏 差 对 过 程 没 有 影 响 ,则 单 独 的 比 例 控 制 可 能 就 足 够 了 。 在 程 过 时 不 能 容 忍 残 留 偏 差 的 场 合 、在 干 扰 (不 反 映 真 实 的 过 变 量 状 况 的 暂 时 有 误 差 的 读 数) 可 能 存 在 的 场 合 及 在 大 的 停 滞 时 间 (在 控 制 作 用 发 生 之 前 干 扰 发 生 之 后 的 间) 不 成 问 题 的 场 合 ,通 常 用 比 例 积 分 (PI) 控 制 。

比 例 、 比 例 积 分 与 比 例 积 分 微 分 控 制
在 不 能 容 忍 残 留 偏 差 、不 存 在 干 扰 的 过 程 以 及 停 滞 时 间 成 问 题 的 过 程 ,客 户 可 用 全 PID 控 制 。表 7.2 表 明 控 制 回 路 常 见 的 种 类 及 一 般 使 用的控制算法。
被控制 变量 比例控制 PI 控 制 PID 控 制

流量







液位





罕见

温度







压力





罕见

分析





罕见

表 7.2 控 制 回 路 与 控 制 算 法

回路整定
整 定 控 制 器 在 的 在 作 整 与 益 回 理 扰 设 状 论 动 定 态 上 ,人 们 应 能 够 说 明 在 过 程 中 的 每 一 个 可 能 ,并 制 定 一 套 控 制 器 的 数 值 把 过 程 变 量 保 持 点 上 。实 际 上 ,控 制 回 路 往 往 漂 离 最 佳 的 操 而 需 要 调 整 或 整 定 。

定 控 制 回 路 可 保 持 过 程 运 行 在 最 大 的 效 率 、安 全 受 益 率 条 件 下 。技 术 员 通 过 重 新 设 置 控 制 器 的 增 ( 为 响 应 误 差 将 要 采 取 的 控 制 动 作 的 比 例) 来 整 定 路 。

就 像 有 三 种 控 制 算 法 一 样 也 有 三 种 相 应 的 增 益 :P 增 益 ( 比 例 增 益) 、I 增 益 ( 积 分 增 益) 与 D 增 益 ( 微 分 增 益) 。

过程控制系统

控制的应用
压力控制回路 压力控制回路在速度方面表现各异—也就是说它们对负荷或对控制作用的反 应 可 以 是 缓 慢 的 或 快 速 的 。在 压 力 控 制 回 路 中 所 要 求 的 速 度 可 能 受 到 过 程 流 体 体 积 的 支 配 。大 容 积 的 系 统 (例 如 大 的 天 然 气 储 存 设 施) 变 化 比 小 容 积 系 统 趋 向 更 慢 (图 7.21) 。 图 7.21 压 力 回 路

控制的应用
流量控制回路 一 般 来 说 ,流 量 控 制 回 路 被 认 为 是 快 速 回 路 ,它 们 对 变 化 反 应 快 。因 此 ,流 量 控 制 设 备 必 须 有 快 速 的 采 样 与 迅 速 的 响 应 时 间 。因 为 流 量 变 送 器 往 往 是 颇 为 敏 感 的 设 备 ,它 们 在 控 制 信 号 中 能 产 生 迅 速 的 波 动 或 干 扰 。为 补 偿 干 扰 ,许 多 流 量 变 送 器 设 有 滤 掉 干 扰 的 阻 尼 功 能 。有 时 候 ,滤 波 器 加 在 变 送 器 与 控 制 系 统 之 间 。由 于 过 程 流 体 的 温 度 影 响 它 的 密 度 ,故 温 度 测 量 经 常 与 流 量 测 量 一 起 进 行 ,因 而 在 流 量 计 算 中 ,温 度 补偿 便 得 到 解 决 。一 般 流 量 控 制 回 路 中 用 流 量 传 感 器 、变 送 器 、控 制 器 与 阀 门 或 泵 (图 7.22) 。

控制的应用
液位控制回路 在液位控制回路中变化的速度在很大程度上取决于过程容器的尺寸大小与形 状 (例 如 ,较 大 的 容 器 比 较 小 的 容 器 要 用 更 长 的 时 间 充 满) 及 输 入 与 流 出 管 道 流 量 的 大 小 。制 造 厂 商 可 能 会 用 许 多 不 同 的 测 量 技 术 之 一 确 定 液 位 ,包 括 雷 达 、超 声 波 、浮 标 液 位 计 及 压 力 测 量 。在 液 位 控 制 回 路 中 的 最 终 控 制 元 件 通 常 是 在 连 至 储 罐 的 输 入 与/或 流 出 的 连 接 线 上 的 阀 门 (图 7.23) 。由 于 避 免 罐 溢 出 经 常 是 关 键 性 的 问 题 ,因 此 有 时 采 用 冗 余 的 液 位 控 制 系 统 。

控制的应用
温度控制回路 由 于 改 变 过 程 流 体 的 温 度 需 要 时 间 ,温 度 回 路 往 往 相 对 较 慢 。经 常 用 前 馈 控 制 策 略 提 高 温 度 回 路 反 应 的 速 度 。热 电 阻 (RTD) 或 热 电 偶 是 典 型 的 温 度 传 感 器 。虽 然 温 度 传 感 器 直 接 连 线 至 控 制 器 的 输 入 接 口 不 是 不 常 见 的 做 法 ,但 在 此 采 用 温 度 变 送 器 与 控 制 器 。温 度 回 路 的 最 终 控 制 元 件 通 常 是 通 到 燃 烧 器 的 燃 料 阀 或 者 是 通 到 某 种 热 交 换 器 的 阀 门 。有 时 ,冷 的 过 程 流 体 加 到 罐 里 的 混 合 物 以 保 持 温 度 (图 7.24) 。

反馈与前馈回路
控 制 回 路 可 分 为 两 类 :反 馈 回 路 与 前 馈 回 路 。 反馈控制

反 馈 回 路 测 量 过 程 变 量 ,并 将 该 测 量 值 发 送 到 一 个 控 制 器 与 设 定 点 进 行 比 较 。
若 过 程 变 量 不 在 设 定 点 处 ,则 采 取 控 制 动 作 将 过 程 变 量 返 回 到 设 定 点 。图 7.18 图 解 说 明 一 个 反 馈 回 路 。在 该 回 路 中 ,变 送 器 测 量 流 体 的 温 度 ,若 需 要 ,打 开 或 关 闭 热 的 水 蒸 气 阀 ,以 调 整 流 体 的 温 度 。

反馈与前馈回路
前馈控制

前 馈 控 制 是 一 个 控 制 系 统 ,它 可 预 见 一 些 负 荷 的 扰 动 ,并 在 它 们 能 影 响 过 程
变 量 之 前 控 制 它 们 。为 使 前 馈 控 制 起 作 用 ,用 户 必 须 有 关 于 操 纵 变 量 将 如 何 影 响 过 程 变 量 的 数 学 的 理 解 。图 7.19 表 示 一 个 前 馈 回 路 ,在 该 回 路 中 ,基 于 有 多 少 冷 的 流 体 通 过 流 量 传 感 器 的 情 况 ,流 量 变 送 器 打 开 或 关 闭 热 的 水 蒸 汽 阀 。

前馈加反馈
前馈加反馈 由 于 在 前 馈 系 统 中 计 入 与 应 对 每 一 个 可 能 的 负 荷 扰 动 存 在 困 难 ,故 前 馈 系 统 经 常 与 反 馈 系 统 相 结 合 。具 有 求 和 功 能 的 控 制 器 用 于 这 些 联 合 的 系 统 ,以 进 行 对 来 自 前 馈 回 路 与 反 馈 回 路 两 者 的 输 入 信 号 的 总 和 计 算 ,并 发 送 统 一 的 信 号 至 最 终 控 制 元 件 。图 7.20 展 示 一 个 前 馈 加 反 馈 回 路 ,在 该 回 路 中 ,流 量变送器与温度变送器两者提供用于控制热的水蒸汽阀的信息。

控制的方法
串级控制

串 级 控 制 是 这 样 一 个 控 制 系 统 ,在 此 系 统 中 设 置 副 (从 属 的) 控 制 回 路 来 控 制
对 另 一 个 主 (主 导) 控 制 回 路 是 主 要 的 负 荷 扰 动 源 的 一 个 变 量 。主 回 路 的 控 制 器 确 定 在 副 回 路 中 的 求 和 控 制 器 的 设 定 点 (图 7.25) 。 图 7.25 串 级 控 制

控制的方法
批量控制

批 量 过 程 是 指 那 些 从 开 始 到 结 束 按 批 处 理 所 采 取 的 过 程 。例
如 ,混 合 一 种 果 汁 饮 料 的 成 分 经 常 是 个 批 量 过 程 。一 般 一 个 有 限 量 的 调 料 (例 如 桔 子 饮 料 或 苹 果 饮 料 ) 在 每 一 次 进 行 混 合 。由 于 这 些 原 因 ,令 一 个 连 续 的 过 程 运 行 是 不 切 实 际 的 。批 量 过 程 经 常 涉 及 要 把 正 确 比 例 的 成 分 投 入 批 量 处 理 。液 位 、 流 量 、压 力 、温 度 及 经 常 是 质 量 测 量 应 用 于 批 量 过 程 的 不 同 阶段。

批 量 控 制 的 一 个 缺 点 是 该 过 程 必 须 频 繁 地 重 新 启 动 。启 动 带 来 控 制 问 题 ,因 为 一 般 所 有 系 统 中 的 测 量 值 在 启 动 时 都 低 于 设 定 点 。另 一 个 缺 点 是 当 配 方 改 变 时 ,控 制 仪 表 可 能 需 要 再 标定。

控制的方法
比例控制
设 想 一 下 有 一 个 过 程 ,在 这 过 程 中 ,以 两 份 水 对 一 份 酸 的 比 例 用 水 稀 释 某 种 酸 。若 在 混 合 容 器 一 侧 有 一 个 罐 存 有 某 种 酸 供 料 ,而 在 另 一 侧 有 供 水 ,则 可 制 定 出 一 个 控 制 系 统 来 控 制 酸 对 水 的 比 例 ,即 使 供 水 本 身 可 能 不 加 控 制 。这 种 控 制 系 统 叫 做 比 例 (比 率) 控 制 (图 7.26) 。比 例 控 制 用 于 许 多 应 用 场 合 ,并 要 用 到 一 个 控 制 器 ,后 者 接 收 来 自 不 调 节 (无 序) 流 量 上 的 流 量 测 量 设 备 的 输 入 信 号 。该 控 制 器 进 行 比 例 计 算 ,并 发 送 适 当 的 设 定 点 信 号 给 决 定 第 二 流 体 流 量 的 另 一 个 控 制 器 ,以 便 按 正 确 比 例 加 入 第 二 流 体 。 比 例 控 制 可 能 用 于 在 不 断 进 行 的 连 续 过 程 ,而 添 加 剂 也 在 投 入 流 量 中 的 场 合 (例 如 水 的 氯 化 处 理)

控制的方法
选择控制

选 择 控 制 是 指 这 样 一 个 控 制 系 统 ,在 系 统 里 两 个 变 量 中 更 为 重 要 的 一 个 将
得 以 保 持 。例 如 ,在 锅 炉 控 制 系 统 中 ,若 燃 料 流 量 赶 过 空 气 流 量 ,则 未 燃 烧 的 燃 料 能 在 锅 炉 中 积 聚 并 引 起 爆 炸 。采 用 选 择 控 制 为 富 含 空 气 混 合 物 的 产 生 创 造 条 件 ,而 决 不 会 产 生 富 含 燃 料 的 混 合 物 。当 必 须 保 护 设 备 或 必 须 保 持 安 全 时 ,即 使 以 不 保 持 最 佳 过 程 变 量 设 定 点 为 代 价 ,选 择 控 制 也 是 最 经 常采用的控制方法。 模糊控制

模 糊 控 制 是 自 适 应 控 制 的 一 种 形 式 ,在 此 控 制 中 ,控 制 器 用 模 糊 逻 辑 作 出 关 于 调 整 过 程 的 决 定 。模 糊 逻 辑 是 计 算 机 逻 辑 的 一 种 形 式 。在 这 个 逻 辑 里
,基 于 由 计 算 机 计 算 与 评 定 多 个 因 素 的 分 级 尺 度 来 判 断 某 事 是 否 是 包 括 进 或 未 包 括 进 一 数 据 集 里 。模 糊 控 制 的 思 想 本 质 是 要 建 立 一 种 人 造 的 智 能 , 该 智 能 将 计 算 出 众 多 变 量 ,制 定 出 如 何 进 行 改 善 、调 整 过 程 并 从 结 果 吸 取 经验的原理。 模 糊 控 制 是 个 相 对 较 新 的 技 术 。因 为 机 器 作 出 过 程 控 制 的 变 化 而 无 需 咨 询 人 们 ,故 模 糊 控 制 从 操 作 员 身 上 撤 消 某 种 能 力 来 控 制 过 程 ,但 操 作 员 的 责 任一个也没有撤销。

控制器的类型
在 过 程 控 制 工 业 中 主 要 有 两 种 控 制 器 : ? 可 编 程 逻 辑 控 制 器 (PLC) ? 集 散 控 制 系 统 (DCS)

可 编 程 逻 辑 控 制 器
PLC 最 普 遍 的 结 构 是 计 算 机 ,它 已 编 程 进 行 控 制 计 算 ,并 将 信 号 返 回 到 最 终 控 制 元 件 以 保 持 设 定 点 。PLC 可 设 置 成 为 多 个 回 路 的 中 央 控 制 器 。 PLC 系 统 往 往 是 朝 中 央 集 中 控 制 发 展 。PLC 一 般 位 于 工 厂 的 主 控 制 室 。虽 然 中 央 集 中 控 制 似 有 某 些 优 点 ,但 它 仍 不 能 得 到 可 在 现 场 执 行 复 杂 控 制 功 能 的 许 多 先 进 控 制 仪 表 创 造 的 全 部 价 值 。由 于 所 有 仪 表 必 须 连 接 到 中 央 控 制 中 心 ,故 安 装 费 用 高 且 响 应 时 间 有 限 。

控制器的类型
集散控制系统 DCS 这 个 术 语 是 指 这 样 一 个 控 制 系 统 ,其 中 控 制 器 子 系 统 的 分 布 遍 及 过 程 各 个 回 路 ,并 通 过 一 条 通 信 连 接 线 路 (例 如 数 据 线 路 、以 太 网 通 讯 线) 集 成 为 一 体 。DCS 是 个 更 为 现 代 化 的 控 制 结 构 ,该 结 构 将 控 制 决 定 由 当 地 处 理 ,使 之 比 PLC 的 处 理 更接近于现场。

仪表基础知识培训议程
1.压力知识培训
2.温度知识培训 3.流量知识培训 4. 液位知识培训 5.控制理论知识培训 6.安全认证和通讯知识培训

Emerson Process Management Overview Date: 20-Apr-01, Slide 207

危险区域
危 险 区 域 是 指 那 些 区 域 ,由 于 可 能 出 现 可
燃环境而存在爆炸危险的地方。 这 个 危 险 的 条 件 可 以 是 人 为 的 (如 在 石 化 厂) 或 自 然 发 生 的 (如 采 煤 所 具 有 的) 。确 保安装在危险区域内的全部电器设备不 能形成会点燃可燃环境的火花或热的表 面 是 很 重 要 的 。为 确 保 在 危 险 区 的 安 全 ,所 有 设 备 在 用 于 危 险 区 之 前 都 要 经 公 认的测试权威机构检查与测试。

燃烧的三角关系
要 发 生 燃 烧 或 爆 炸 (即 对 被 分 类 为 危 险 的 区 域) ,必 须 出 现 三 个 组 成 部 分 : ? 有 充 足 数 量 的 爆 炸 性 物 质 (如 汽 油 、氢 气 、来自 可 燃 液 体 的 蒸 汽 、可 燃 的 粉 尘 ) ? 有 充 足 能 量 点 燃 爆 炸 性 物 质 的引 燃 源 (如 火 焰 、焊 接 、热 的 表 面 、自 发 加 热) ? 氧 气 这 三 个 组 成 部 分 组 成 了 燃 烧 的 三 角 关 系 。若 缺 少 三 个 组 成 部 分 中 的 任 何 一 个 ,爆 炸 将 不 会 发 生 .

认证标准
用在过程控制工业中最常见的认证标准是: ? 加 拿 大 工 业 标 准 协 会 (CSA) ,在 加 拿 大 。 ? 欧 洲 电 工 标 准 化 委 员 会 (CENELEC) ,在 欧 洲 。 ? 工 厂 共 同 研 究 (FM) ,在 美 国 。 ? 日 本 工 业 标 准 (JIS) ,在 日 本 。 ? 澳 大 利 亚 标 准 学 会 (SAA) ,在 澳 大 利 亚 。 世界各地的认证机构用认证证书证明过程控制仪表满足这些标 准 。你 应 与 之 熟 悉 的 认 证 机 构 包 括 : ? 英 国 可 燃 环 境 电 气 设 备 认 证 局 (BASEEFA) ,在 英国 ? BVS 与 PTB ,在 德 国 ? CERCHAR 与 LCIE ,在 法 国 ? CESI ,在 意 大 利 ? DEMKO ,在 丹 麦 ? ISSeP ,在 比 利 时 ? KEMA ,在 荷 兰 ? SEV ,在 瑞 士 ? SIRA ,在 英 格 兰

产品认证过程
当 设 计 一 个 新 产 品 时 ,制 造 厂 商 决 定 要 遵 循 的 合 适 的 标 准 ,并 设 计 符 合 该 标 准 的 新 产 品 。 制 确 师 计 造 保 与 一 厂 满 设 旦 商 足 计 完 的 全 者 成 产 品 认 证 组 与 产 品 设 计 者 一 起 工 作 ,以 部 可 适 用 的 要 求 。此 外 ,遵 循 标 准 工 程 在 设 计 阶 段 与 认 证 机 构 一 起 工 作 。设 ,就 对 该 产 品 的 原 型 样 机 进 行测 试 。

测 试 后 ,制 造 厂 商 向 认 证 机 构 提 交 该 产 品 的 证 明 文 件 资 料 与 硬 件 供 他 们 审 查 。

若 得 到 批 准 通 过 ,认 证 机 构 给 制 造 厂 商 发 送 认 证 证 书 文 件 ,然 后 制 造 厂 商 可 按 认 证 的 内 容 标 记 上 与 销 售 该 产 品 。

认证机构的安全代码
每一个认证机构使用一个具体的格式来表示它已发放给一 个 特 定 仪 表 哪 一 种 认 证 证 书 。你 需 要 能 说 明 这 些 标 志 ,以 便 你能向客户解释这些标志的含义。 IEC 安 全 代 码 国 际 电 气 技 术 委 员 会 (IEC) 安 全 代 码 是 用 来 指 明 电 气 设 备 的 认 证 标 准 (例 如 ,CENELEC 、JIS 、SAA) 。IEC 代 码 以 下 列 格 式 出现: Ex ia IIC T4 (Tamb = 70 ?C)
表明该仪表获得 证书证明可用于 危险场所 表明仪表设备/ 气体组 表明保护 的方法 温度代码 环境温度 极限值

CENELEC 认 证 可 容 易 地 由 EEx 符 号 识 别 (与 以 上 显 示 的 Ex 符 号 对 比 起 来) 。

北 美 安 全 代 码
北 美 安 全 代 码
北 美 安 全 代 码 是 用 来 指 定 FM 与 CSA 危 险 区 电 气 设 备 的 认 证 证 书 的 。北 美 代 码 以 下 列 格 式 出 现 :
表明物 质等级 表明危险 严重程度 气体组 温度代码

等 级 I ,

区 1 ,

组 A , B , C , D

T4

本 节 其 余 内 容 将 提 供 给 你 需 要 的 信 息 来 说 明 IEC 与 北 美 安 全 代 码 。

ATEX 认 证 标 志
ATEX 认 证 标 志
经 认 证 证 明 符 合 ATEX 指 示 94/9/EC 的 变 送 器 适 合 在 其 证 书 号 中 用 包 括“ATEX” 字 样 的 标 志 ,如 以 下 实 例 所 示 。

KEMA ATEXT 证书号

保 护 的 方 法
通 过 消 除 燃 烧 三 角 关 系 的 三 个 组 成 部 分 中 的 其 中 一 个 ,在 危 险 区 里 的 许 多 保 护 方 法 是 有 效 的 。保 护 方 法 包 括 : ? 隔 绝 法 ? 抑 制 法 ? 限 制 能 量 法 ? 稀 释 法 ? 免 除 法 用 于 过 程 控 制 工 业 最 常 见 的 方 法 是 抑 制 、限 制 能 量 与 免 除 法 ,它 们 分 别 叙 述 如 下 。

注 释 :以 下 紧 随 标 题 之 后 的 括 弧 里 的 字 母 是 IEC 的 代 码 ,用 来 在 产 品 标 牌 上 表 明 保 护 的 方 法 。

抑 制 法
抑 制 法 客 户 可 用 抑 制 法 ,若 发 生 爆 炸 ,将 它 抑 制 在 设 备 的 外 壳 内 。如 此 ,火 花 或 火 焰 将 不 会 泄 漏 入 危 险 的 环 境 而 引 起 另 一 个 着 火 或 爆 炸 。抑 制 法 经 常 用 于 产 生 火 花 的 部 件 ,例 如 开 关 装 置 、仪 表 控 制 板 或 变 压 器 。

防 爆 外 壳 (Ex d) 防 爆 (或 防 火) 外 壳 是 用 来 包 围 会 引 燃 一 个 爆 炸 性 环
境 (例 如 通 过 产 生 火 花) 的 设 备 部 件 。防 爆 外 壳 必 须 满 足 下 列 条 件 : ? 引 向 外 界 环 境 的 所 有 外 壳 接 缝 必 须 是 防 火 焰 的 ? 该 外 壳 必 须 有 充 分 的 强 度 以 经 受 住 内 部 的 爆 炸 而 没 有 破 裂 或 永 久 变 形 ? 该 外 壳 的 表 面 温 度 绝 不 许 超 过 周 围 气 体 - 空 气 混 合 物 的 引 燃 温 度 当 选 择 一 种 防 爆 材 料 时 ,客 户 应 考 虑 该 材 料 的 厚 度 、抗 腐 蚀 性 、冲 击 强 度 与 多 孔 性 。

限 制 能 量 法
非 火 花 型 设 备 (Ex n)

非 火 花 型 设 备 是 对 该 设 备 在 连 接 线 路 与 配 线 方 面
采 设 面 动 取 了 特 殊 的 预 防 措 施 以 提 高 可 靠 性 的 设 备 。该 备 在 正 常 操 作 下 并 不 产 生 电 弧 、火 花 或 热 的 表 。非 火 花 型 设 备 通 常 在 危 险 区 里 与 三 相 感 应 电 机 一 起 使 用 。

限 制 能 量 法 客户还可以通过去除逸出气体中充足的能量使其能量水平 低于周围环境中任何可燃气体与可燃粉尘最低限度的引燃 能 量 水 平 来 防 止 爆 炸 。若 能 量 水 平 保 持 低 于 这 些 水 平 ,则 爆炸将不会发生

本 质 安 全 (Ex i)
本 质 安 全 (Ex i) 本 质 安 全 (I.S.) 设 备 与 接 线 通 过 限 制 释 放 充 足 的
电 的 的 制 能 避 免 引 燃 在 正 常 或 确 定 的 故 障 条 件 下 环 境 中 爆 炸 性 气 体 来 防 止 爆 炸 。被 允 许 进 入 危 险 场 所 能 量 受 到 本 质 安 全 隔 离 栅 ( 由 安 装 者 提 供) 的 限 。

本 质 安 全 方 法 的 优 点 包 括 : ? 保 持 安 全 系 统 要 求 较 少 的 操 作 者 干 预 ? 更 容 易 维 护 与 修 理 设 备 I.S. 设 备 被 给 定 电 压 、电 流 与 电 源 的 最 大 极 限 值 。这 些 参 数 的 幅 度 确 定 了 在 IS 电 路 里 允 许 的 储 存 能 量 的 水 平 。

免 除 法
免 除 法 客 户 也 可 通 过 使 用 在 正 常 运 行 条 件 下 不 产 生 电 弧 或 火 花 的 设 备 或 设 备 零 件 来 防 止 爆 炸 。因 而 防 止 在 任 何 时 候 发 生 引 燃 源 。 增 加 安 全 度 (Ex e) 增 加 安 全 度 或 许 是 最 广 泛 采 用 的 保 护 方 法 。增 加 了 安 全 度 的 设 备 的 设 计 与 制 造 排 除 了 通 常 产 生 火 花 的 组 成 零 件 。制 造 厂 商 通 过 下 列 方 法 设 计 其 它 的 组 成 零 件 , 大 大 地 减 少 会 引 起 引 燃 的 故 障 条 件 发 生 的 可 能 性 : ? 减 少 并 控 制 工 作 温 度 ? 确 保 可 靠 的 电 气 连 接 线 路 ? 增 加 绝 缘 的 有 效 性 ? 减 少 由 尘 土 与 潮 湿 气 体 进 入 而 污 染 的 可 能 性 常 见 的 增 加 安 全 度 的 应 用 场 合 包 括 端 子 与 接 线 盒 、控 制 盒 与 灯 光 连 接 配 件 。

保 护 方 法 代 码 实 例
保 护 方 法 代 码 实 例
特 止 Ex 的 代 定 设 计 、制 造 并 在 危 险 场 所 操 作 是 安 全 的 设 备 是 防 爆 炸 的 设 备 。BASEEFA 、CENELEC 与 某 些 其 它 机 构 用 符 号 (BASEEFA 与 其 它) 或 EEx (CENELEC) 之 后 紧 跟 标 明 保 护 模 式 一 个 或 若 干 字 母 来 标 明 防 爆 设 备 (表 5.6) 。保 护 方 法 码 的 实 例 包 括 : ? I1 EEx ia IIC T4 (Tamb = ?50 ?C 至 60 ?C) 是 BASEEFA /CENELEC 的 标 志 ,它 表 明 该 仪 表 有 防 止 爆 炸 装 置 ,而 且 该 仪 表 在 1 区 段 (Zone) (见 第 48 页 的 危 险 区 域 分 类) 是 本 质 安 全 的 。 ? E7 Ex d ia IIC T6 (Tamb = 40 ?C) 是 SAA 的 标 志 ,它 表 明 该 仪 表 有 防 止 爆 炸 装 置 ,而 且 该 仪 表 在 1 区 段 (Zone) 是 本 质 安 全 的 并 有 一 个 防 爆 外 壳 。

保护的类型 防爆外壳 非火花型设备 在0区段本质安全 在1区段本质安全 增加安全度

符号 (Ex 或 EEx) Ex d Ex n Ex ia Ex ib Ex e

物 质 分 级/ 组
物 质 组 别 包 括 气 体 组 、温 度 组 与 物 质 级 别 。 气 体 组 气 体 组 将 气 体 按 它 们 的 最 小 极 限 引 燃 能 量 分 组 。气 体 组 代 码 在 IEC 与 北 美 标 志 之 间 有 差 异 。
代表性物质 乙炔 氢 北美气体组别 I级A组 I级B组 IEC 气 体 组 别 IIC IIC

乙烯
丙烯 甲烷 导电性金属 含碳的 粮食 纤 维/棉 毛 屑

I级C组
I级D组 I级D组 II 级 E 组 II级 F 组 II 级 G 组 III 级

IIB
IIA I 不适用 不适用 不适用 不适用

温 度 组 别
温 度 组 别

温 度 组 根 据 气 体 的 自 动 引 燃 温 度 将 气 体 分 组 。在 IEC 与 北 美 两 者 的 标 志 中 用 了 相 同 的 温 度 组 别 代 码
温度组别 T1 最大极限 表面温度 ?C (?F) 450 (842) 最小极限引燃温度 ?C (?F) 提供保护对付下列气体与蒸汽 实例

500 (932)

氢 、氨

T2

300 (572)

359 (662)

丙 酮 、乙 醇 、丙 烷

T3

200 (392)

250 (482)

汽 油 、原 油

T4

135 (275)

185 (365)

n-庚烷 、乙 醚

T5

100 (212)

150 (302)

一个也没有指定

T6

85 (185)

135 (275)

二硫化碳

物 质 分 级
物 质 分 级 北 美 认 明 物 质 ? ? ? 证 机 构 如 FM 与 CSA 在 他 们 的 认 证 证 书 上 标 级 别 。这 些 物 质 级 别 是 : I 级 :气 体 与 蒸 汽 II 级 :粉 尘 III 级 :纤 维 与 棉 毛 屑

物 质 分 级 代 码 实 例
物 质 分 级 代 码 实 例 BASEEFA 、CENELEC 与 某 些 其 它 机 构 用 IEC 标 准 来 标 明 物 质 组 别 。FM 与 CSA 用 北 美 标 准 来 标 明 物 质 标 准 。物 质 分 级 代 码 实 例 包 括 : ? I 1 EEx ia IIC T4 (Tamb = ?50 ?C 至 60 ?C) 是 BASEEFA /CENELEC 的 标 志 ,它 表 明 该 仪 表 可 在 与 T4 组 相 关 联 范 围 内 的 温 度 下 以 及 在 ?50 ?C 与 60 ?C 之 间 的 环 境 温 度 中 用 于 IIC 组 内 的 气 体 中 。 ? E7 Ex d ia IIC T6 (Tamb = 40 ?C) 是 SAA 的 标 志 ,它 表 明 该 仪 表 可 在 与 T6 组 相 关 联 范 围 内 的 温 度 下 以 及 在 40 ?C 的 环 境 温 度 中 用 于 IIC 组 内 的 气 体 。 ? E5 防 爆 用 于 I 级 1 区 (Division) ,B 、C 与 D 组 是 FM 的 标 志 ,它 表 明 该 仪 表 可 安 全 用 于 B 、C 与 D 气 体 组 中 的 气 体 。 ? C6 本 质 安 全 用 于 I 级 1 区 ,A 、B 、C 与 D 组 ; 温 度 代 码 T3C 是 CSA 标 志 ,它 表 明 该 仪 表 在 与 T3C 组 相 关 联 范 围 内 的 温 度 下 可 安 全 用 于 A 、B 、C 与 D 气 体 组 中 的 气 体 。

危险区域分级
认 险 也 段 段 证 机 构 已 指 定 描 述 不 同 类 型 危 区 域 的 区 段 (Zone) 与 区 (Division) 规 定 了 哪 一 类 型 的 设 备 保 护 装 或 区 里 。例 如 ,装 沙 可 允 许 在 2 (Zone) 里 进 行 。防 爆 设 备 可 允 许 险 的 置 区 在 区 域 里 风 险 程 度 的 危 分 级 (表 5.9) 。该 分 级 可 允 许 用 在 每 一 个 区 (Division) 与 在 1 和 2 区 1 和 2 区 段 里 使 用 。

FM 与 CSA 在 他 们 的 认 证 证 书 标 志 里 指 明 危 险 区 域 的 区 (Division) 。下 列 两 个 实 例 显 示 危 险 区 域 级 别 如 何 标 明 在 产 品 的 技 术 规 格 中 : ? E5 防 爆 用 于 I 级 1 区 (Division) ,B 、C 与 D 组 ,它 表 明 该 仪 表 可 在 正 常 条 件 下 大 多 数 时 间 或 短 的 时 间 期 间 出 现 可 引 燃 浓 度 的 气 体 或 蒸 汽 (I 级) 的 危 险 区 域 里 安 全 使 用 。 ? I5 非 易 燃 型 用 于 II 级 2 区 (Division) ,A 、B 、C 与 D 组 ,它 表 明 该 仪 表 可 只 在 出 故 障 条 件 下 出 现 可 引 燃 浓 度 的 粉 尘 (II 级) 的 危 险 区 域 里 安 全 地 使 用 。
1999 ARC Unit Study

危险区域分级
1 区 认 证 批 准 的 设 备 也 可 安 全 用 于 2 区 的 区 域 。然 而 ,2 区 认 证批准的设备不能用于1区的区域。
北美 定义

IEC 1区
0区段 在正常条件下大多数时 间里出现可引燃的浓度
在正常条件下短时间期间 出现可引燃的浓度 只在出故障条件下出现可 引燃浓度

1区段
2区
2区段

外壳等级
有 保 别 两 标 准 的 两 个 机 构 管 理 着 外 壳 的 入 口 (IP) 。这 些 机 构 用 评 定 等 级 系 统 来 辨 个 外 壳 抵 抗 外 部 环 境 影 响 的 能 力 。这 机 构 是 : ? 国 际 电 气 技 术 委 员 会 (IEC) ? 美 国 全 国 电 气 制 造 者 协 会 (NEMA) 在 欧 洲 ,IEC 的 等 级 评 定 是 基 于 类 似 NEMA 的 性 能 准 则 ,并 对 外 壳 性 能 有 不 同 的 解 释 。 例 如 ,若 单 滴 水 进 入 外 壳 ,则 按 CSA 测 试 要 求 规 定 为 水 密 性 测 试 失 败 。IEC 对 每 一 个 IP 等 级 的 标 准 规 定 允 许 进 入 外 壳 的 水 量 。 关 护 一 个

外壳等级
IEC 入 口 保 护 代 码
IEC 用 表 5.10 的 代 码 标 明 一 个 外 壳 防 止 不 同 种 类 固 体 与 液 体 进 入 的 保 护 能 力 。第 一 个 数 表 明 防 止 异 物 固 体 颗 粒 进 入 的 保 护 程 度 。第 二 个 数 表 明 防 止 水 有 害 进 入 的 保 护 程 度 。若 以 一 个 X 或 一 个 0 表 明 第 一 个 数 或 第 二 个 数 ,则 表 示 在 那 一 类 里 不 提 供 保 护 。IEC 的 IP 代 码 实 例 包 括 : ? IPX4 表 示 只 防 止 水 溅 入 的 保 护 ? IP2X 表 示 只 防 止 异 物 固 体 颗 粒 进 入 的 保 护 ? IP56 表 示 防 止 粉 尘 与 巨 大 海 水 或 强 烈 喷 射 水 进 入 的 保 护

IEC 入 口 保 护 代 码
第一个 数
0或X 1 2 3 4 5
6

说明
无保护

第二个 数
0或X 1 2 3 4 5 6 7 8

说明
无保护 垂直滴水 75-105? 角 滴 水 喷雾水 喷溅水 射流水 巨 大 海 水 ,强 烈 喷 射 水 浸没的影响 无限期的浸没

物 体 ? 50 毫 米 物 体 ? 12.5 毫 米 物 体 ? 2.5 毫 米 物 体 ? 1.0 毫 米 防止粉尘 粉尘不漏入

NEMA 入 口 保 护 等 级
NEMA 入 口 保 护 等 级

NEMA 用 1-13 数 字 标 明 一 个 外 壳 防 止 各 种 物 料 进 入 的 保 护 程 度 。该 数 字 涉 及 液 体 、固 体 与 危 险 区 的 要 求 (表 5.11) 。
NEMA 等 级 1 2 3 4 4X 5 6 7 7 8 9 10 11 12 13 说明 一般用途外壳 滴水不漏的外壳 防天气条件 不漏进水 不漏进水与抗腐蚀 粉尘不漏入 可浸没的 危 险 场 所 (I 级 C 与 D 组) 危 险 场 所 ( I 级 ,浸 油 的) 危 险 场 所 (II 级 E 、F 与 G 组) 防 爆 (矿 务 局 0) 抗 酸 与 抗 烟 气 ,浸 油 的 ,室 内 使 用 工业用 防粉尘

NEMA 外 壳 类 型 与 IEC 等 级 的 比 较
NEMA 外 壳 类 型 与 IEC 等 级 的 比 较
IEC 不 规 定 防 止 爆 炸 或 如 潮 湿 或 腐 蚀 性 蒸 汽 这 样 条 件 的 风 险 所 提 供 的 保 护 程 度 ;NEMA 却 规 定 了 。由 于 这 原 因 以 及 因 为 对 其 它 特 性 的 测 试 与 评 估 是 不 相 同 的 ,故 IEC 外 壳 等 级 的 表 示 号 码 不 能 完 全 与 NEMA 外 壳 类 型 的 号 码 相 同 。表 5.12 表 明 NEMA 外 壳 类 型 与 IEC 那 类 似 的 但 不 完 全 相 同 的 外 壳 等 级 之 间 的 一 般 比 较 。
NEMA 等 级 3 5 6 12 IEC 代 码 IP54 IP52 IP67 IP52

安 装 实 践
隔爆安装
图 5.11 显 示 NEC 对 一 个 防 爆 安 装 的 要 求 。请 注 意 ,必 须 用 坚 固 的 金 属 导 线 管 (或 另 一 个 认 证 批 准 的 导 线 管) 装 入 在 危 险 区 域 里 的 电 气 连 接 线 。此 外 ,沿 着 电 气 导 线 管 线 应 放 置 导 线 管 密 封 装 置 。在 欧 洲 ,大 多 数 防 爆 装 置 用 电 缆 密 封 压 盖 。这 两 个 方 法 都 可 接 受 。

本 安 安 装
本 安 安 装
图 5.12 显 示 NEC 对 本 安 (I.S.) 安 装 的 要 求 。客 户 应 考 虑 功 能 方 面 的 问 题 ,例 如 当 进 行 I.S. 安 装 时 的 通 信 与 温 度 影 响 问 题 。本 安 (I.S.) 隔 离 栅 必 须 放 置 在 危 险 区 之 外 。

密封安装
密 封 安 装 如 果 有 下 列 情 况 ,NEC 要 求 电 气 外 壳 必 须 密 封 : ? 设 备 的 标 志 要 求 密 封 ? 设 备 包 含 电 气 的 或 热 的 引 燃 源 ? 设 备 提 供 了 过 程 连 接 装 置 ,但 不 含 有 对 过 程 流 体 的 双 重 独 立 的 密 封 。 图 5.13 显 示 一 个 满 足 了 NEC 准 则 的 外 壳 。

其它类型的认证证书
客 户 经 常 要 求 仪 表 产 品 要 经 水 静 压 测 试 、清 扫 氧 气 及 标 定 。对 这 每 一 个 要 求 和 对 其 它 特 殊 清 洗 服 务 都 可 提 供 认 证 证 书 。对 每 一 个 类 型 的 服 务 都 赋 予 具 体 的 选 项 代 码 (表 5.13 显 示 某 些 服 务) 。你 应 了 解 与 每 一 个 认 证 证 书 相 关 联 的 要 求 ,以 便 你 能 向 你 的 客 户 说 明 那 些要求。
选项代码 说明

P1

水静压测试 为特殊应用的清洗 对 < 1PPM 含 氯/氟 量 的 清 洗

P2

P3

P4 、P5

标定
含 氧 设备 的 清 洗

PS

水 静 压 测 试
水 静 压 试 验 是 通 过 施 加 静 态/管 线 压 力 来 确 定 一 台 变 送 器 抗
爆 裂 或 防 漏 严 密 性 所 实 施 的 一 种 测 试 。已 收 到 水 静 压 测 试 认 证 证 书 的 仪 表 保 证 其 组 装 正 确 ,并 且 没 有 可 影 响 变 送 器 保 存 流 体 能 力 的 腐 蚀 、生 锈 、结 构 上 的 缺 陷 、裂 缝 、螺 纹 破 损 或 其它损坏。 标定

标 定 是 一 种 测 试 ,在 测 试 期 间 ,过 程 变 量 的 已 知 值 作 用 于 变
送 器 ,并 记 录 下 该 变 送 器 对 应 的 输 出 信 号 读 数 。标 定 测 试 是 在规定的条件下进行的—客户可要求他们的变送器在适合 于 他 们 的 应 用 场 合 的 环 境 温 度 或 管 线 压 力 下 进 行 标 定 ,以 最 大 限 度 减 少 受 环 境 温 度 或 静 压 影 响 的 风 险 。标 定 的 目 的 是 要 确 保 变 送 器 精 确 地 反 映 过 程 变 量 值 (例 如 当 过 程 温 度 确 实 是 50 ? C 时 ,确 保 温 度 变 送 器 的 输 出 信 号 为 50 ?C) 。

特殊清洗服务
含 氧 设 备 的 清 洗 含 氧 设 备 的 清 洗 是 一 个 程 序 ,它 用 一 个 超 声 波 浴
严 变 的 洗 些 格 送 与 过 反 地 器 微 程 应 从 氧 气 与 氧 气 富 集 处 理 设 备 的 接 湿 部 分 (如 、计 量 仪 表 、阀 门 、连 接 件 、管 子) 去 除 有 机 粒 的 污 染 物 ,以 防 止 燃 烧 危 险 的 发 生 。该 清 必 须 去 除 反 应 污 染 物 ,如 润 滑 油 与 油 脂 ,这 物 在 氧 气 中 可 起 潜 在 引 燃 源 的 作 用 。

特 殊 应 用 的 清 洗
特 殊 应 用 的 清 洗 这 个 选 项 通 过 用 合 适 的 清 洁 剂 清 洗 接 湿 表 面 来 最 大 限 度 地 减 少 给 过 程 系 统 的 污 染 物 。

特殊清洗服务 对 氯/氟 的 清 洗
在对拟用于原子能应用场合的仪 表 进 行 特 殊 应 用 的 清 洗 过 程 后 ,一 般 要 进 行 氯 化 物 测 试 。在 氯 化 物 测 试 期 间 ,检 查 淋 洗 水 的 氯 化 物 浓 度 ,以 PPM (百 万 分 之 几) 为 单 位 。(淋 洗 水 氯 化 物 含 量 必 须 < 1PPm 才 可 接 受 。)

UL认证
何为UL标志 UL是美国保险商实验室的简写(Underwrites Laboratories Inc.),它是世界上最 大的从事安全试验和鉴定的民间机构之一。在100多年的发展过程中,其自身形 成了一套严密的组织管理体制、标准开发和产品认证程序。是一个独立的、非盈 利的、为公共安全做试验的专业机构。它采用科学的方法来研究确定各种材料、 装置、产品、设备、建筑等对生命、财产有无危害;确定和编写、发行相应的标 准和有助于减少及防止造成生命财产受到损失的资料。同时开展调研业务,对产 品的安全认证和经营安全证明业务,它最终的目的是为市场提供具有相当安全水 准的商品。 UL作为一个独立的第三方检验机构,其组成人员也是有特色的,它是由安全专家 、政府官员、消费者、教育界、公用事业、保险业及标准部门的代表所组成的理 事会管理。UL业务范围覆盖了70多个国家和地区,每年有16500种7.7万次的产品 检验任务。同时每年有48万次的工厂检验任务。有400多名员工,在全球有4万多 个客户,90亿件产品使用UL安全标志。UL的总部设在美国芝加哥,有5个主要实 验室,在亚洲有两个实验室:香港和台北。

UL认证
正确使用UL标志 UL标志分为3类,分别是列名、分级和认可标志,这些标志的主要组成部 分是UL的图案,它们都注册了商标。分别应用在不同的服务产品上,是 不通用的。某个公司通过UL认可,并不表示该企业的所有产品都是UL产 品,只有佩带UL标志的产品才能被认为是UL跟踪检验服务下生产的产品 。UL是利用在产品上或产品相关地使用的列名、分级、认可标志来区分 UL产品(见图)。 UL的服务不仅依据美国UL标准,也依据加拿大标准,UL规定在2008年1 月之前,对于同时获得UL和CUL列名或认可的产品,可以同时加贴UL和 CUL标记,到2008年后,将使用新型标志。 UL跟踪检验分类R类和L类,L类主要用于与生命安全有关的产品,如灭 火器、探测器、电力设备、电线等。对于属于L类的产品。生产厂必须直 接向UL订购标志贴在产品上。R类产品主要是电气设备,如电视、电扇 、吹风机、烤箱等。

Q&A ???

谢谢各位专家对罗斯蒙特的支持!


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