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化工仪外分类及道理(北方的雪)

日期:2019-11-01 06:21 来源: 保护器材

  化工仪表分类及原理(北方的雪)_机械/仪表_工程科技_专业资料。化工仪表简介,适合入门学习

  目 录 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 测量仪表基本知识 压力测量仪表 流量测量仪表 物位测量仪表 温度测量仪表 自动成份分析仪表 自动控制仪表 执行器 第一章 测量仪表基本知识 第一节:化工自动化仪表的分类 化工自动化仪表的分类方法很多,根据不同原 则可以进行相应的分类。 ? 按仪表所使用的能源分类:可以分为气动仪表、电动仪表和液动仪表 (很少见); ? 按仪表组合形式:可以分为 基地式仪表:将测量、显示、控制等各部分集中组装在一个表壳里, 从而形成一个整体,并且可就地安装的的一类仪表。 单元组合仪表:以统一的标准信号,将对参数的测量、变送、显示 及控制等各种能够独立工作的单元仪表(简称单元,例如变送单元、 显示单元、控制单元等)相互联系而组合起来的一种仪表 综合控制装置: ? 按仪表安装形式:可以分为现场仪表、盘装仪表和架装仪表(架装仪表 是针对常规仪表的盘装表而言,不需要操作的仪表就装成架装仪表, 需要操作的安装成盘装仪表) ; ? 根据仪表信号的形式:可分为模拟仪表和数字仪表等等。 第二章 ? ? ? ? ? 压力测量仪表 第一节: 压力单位 国际单位制(SI)---帕(Pa), 工程大气压---at 标准大气压---atm 毫米汞柱---mmHg 毫米水柱---mmH2O 1Pa=1牛/米2(N/m2) 1Mpa=1×105Pa 1 公斤力/厘米2(kgf/cm2) = 0.0981 MPa 1 巴(bar) = 0.1 MPa 1 毫米水柱(mmH2O) = 9.81×10-6 MPa 1 毫米水银柱(mmHg) = 1.333×10-3 MPa 1 标准大气压(atm) = 0.1013 MPa 第二节:弹性式压力计 2.1 压力表 实验室所使用的标准压力表精度较高,而在生 产装置中管道上或容器、机泵进出口等设备上作为 现场指示的压力表精度都比较低,而这类压力表根 据传统习惯归工艺管理,它们包括:全不锈钢压力 表、不锈钢耐震压力表、膜片耐震压力表、隔膜压 力表、化学密封压力表。 对上述所说到的压力表应进行以下检查: A、零点示值检查 (I)有零值限止钉的压力表,其指针应紧靠在限止 钉上。 (II)无零值限止钉的压力表,起指针须在零值分度 线上。 B、示值检查 (I)压力表指针的移动,在全分度范围内应平稳, 不得有跳动或卡住现象。 (II)在轻敲表壳后,其指针值变动量不得超过最大 允许基本误差的1/2。 现场指示型压力表在测量稳定压力时,可在测量上 限值的1/3-2/3范围内使用,在测量交变压力表, 则应不大于测量上限值的1/2为宜,对于在瞬间的 测量时,允许使用在测量上限值的3/4。 3.2 压力表:我们常用的两种压力表 1)一般压力表(弹簧管) 一般压力表适用测量无爆炸,不结晶,不凝固,对铜和铜合金无 腐蚀作用的液体、气体或蒸汽的压力。 2)隔膜压力表 隔膜压力表采用间接测量结构,适用于测量粘度大 、易结晶、腐蚀性大、温度较高的液体、气体或颗粒状固 体介质的压力。隔离膜片有多种材料,以适应各种不同腐 蚀性介质。 3.3 双波纹管差压计 常用于气体流量测量 一般压力表 隔膜式压力表 第三节:智能型压力变送器 ? 高可靠性的微控制器及高精度温度补偿; ? 将被测介质的压力信号转换成4~20mADC标准 信号叠加HART数字信号; ? 支持现场总线基于现场控制; ? 具有完整的自诊断功能和通讯功能; ? 零点自动迁移,零点量程外部可调; ? 通过手持器和PC机可实现远程管理。 3.1 差压变送器: 电容式 扩散硅压阻式 单晶硅谐振硅式 3.2 压力变送器: 可测量表压、绝压、线DE MODEL(型号):EJA530A--压力变送器 FUFFIX(后缀):-EBS4N-02DE 输出信号:-E -- 4~20MA,HART协议; 测量量程:-B -- 0.1~2MPA; 接 液 部 分 材 质 : -S-- 过 程 接 头 SUS316L;膜片:哈氏合金; 管道连接:-4 -- 1/2NPT内螺纹; -N:--N; -0:--0; 接线 处接 线口; 显示表头:-D--数字式表头; 安装支架: -E--SECC 碳钢, 2inch 管 安装; 3.6 压力开关 压力开关是一种借助弹性元件受压后产生位移以驱动 微动开关工作的压力控制仪表。通常使用于报警或联 锁保护系统中。 压力开关的主要技术指标包括以下内容: (1)设定值控制范围 (2)控制精度 (3)控制方式:一位式或二位式 (4)触点容量:380VAC\2A或220VAC\3A (6)使用环境:温度-25-70℃。相对湿度不大于 85%。 3.7 差压开关 差压开关是一种差压控制仪表,与压力开关类似。 差压开关的主要技术指标: (1)设定值控制范围 (2)控制精度 (3)触点容量 (4)使用环境 第三章 流量测量仪表 第一节:概述 – 流量概念-----指单位时间内流过管道某一截面 的流体的体积,即瞬时流量。 – 流量的两种表示方法: 体积流量Q---单位时间内通过管道某一截面的 物料体积(m3/h) 质量流量M---单位时间内通过管道某一截面物 料的质量(kg/h) 流量计分类: A、孔板:前后差压与流量成正比。 B、转子流量计(变截面积):转子的高度与流量成正比。 C、楔形流量计:前后差压与流量成正比。适用于介质粘度大、易结晶、易结焦 、有颗粒的场合。 D、靶式流量计:靶受介质冲击发生位移,其大小与流量成正比。 E、超声波流量计:―速度差法‖为原理,测量清洁、单相液体和气体流量的仪表。 F、质量流量计:科里奥利(科氏力原理),测量精度高,用于交接。 G、电磁流量计:法拉第电磁感应原理。 H、阿牛巴流量计:差压法,主要用于测量蒸汽流量。 I、托巴管流量计 :差压法,主要用于大口径水、污水、蒸汽的测量。 J、旋涡流量计:根据漩涡发生体后产生的漩涡数量,测量流量。 K、腰轮流量计:根据腰轮转动的频率测量流量。对介质洁净度要求高。 L、刮板流量计:根据刮板转动的频率测量流量。 M、涡轮流量计:根据涡轮转动的频率测量流量。 N、螺杆流量计:根据螺杆转动的频率测量流量。有单、双螺杆。 第二节:差压式流量计 – 测量原理:在气体的流动管道上装有一个节流装置, 其内装有一个孔板,中心开有一个圆孔,其孔径比管 道内径小,气体流过孔板时由于孔径变小,截面积收 缩,使稳定流动状态被打乱,因而流速将发生变化, 速度加快,气体的静压随之降低,于是在孔板前后产 生压力降落,即差压(孔板前截面大的地方压力大, 通过孔板截面小的地方压力小)。差压的大小和气体 流量有确定的数值关系,即流量大时,差压就大,流 量小时,差压就小。流量与差压的平方根成正比。 1-节流元件 2-引压管路 3-三阀组 4-差压计 ? 优点: ? 应用最多的孔板式流量计结构牢固,性能稳定 可靠,使用寿命长; ?应用范围广泛,至今尚无任何一类流量计可与之 相比拟; ?检测件与变送器、显示仪表分别由不同厂家生 产,便于规模经济生产。 ? 缺点: ?测量精度普遍偏低; ?范围度窄,一般仅3:1~4:1; ?现场安装条件要求高; ?压损大(指孔板、喷嘴等)。 一体化差压式流量计 流量孔板 第三节:转子流量计 – 浮子流量计,又称转子流量计,是变面积式流量 计的一种,在一根由下向上扩大的垂直锥管中, 圆形横截面的浮子的重力是由液体动力承受的, 浮子可以在锥管内自由地上升和下降。在流速 和浮力作用下上下运动,与浮子重量平衡后, 通过磁耦合传到与刻度盘指示流量。一般分为 玻璃和金属转子流量计。金属转子流量计是工 业上最常用的,对于小管径腐蚀性介质通常用 玻璃材质,由于玻璃材质的本身易碎性,关键 的控制点也有用全钛材等贵重金属为材质的转 子流量计。 – 转子流量计的特点: 转子流量计是工业上和实验室最常用的一种 流量计。它具有结构简单、直观、压力损失 小、维修方便等特点。转子流量计适用于测量 通过管道直径D150mm的小流量,也可以测 量腐蚀性介质的流量。使用时流量计必须安装 在垂直走向的管段上,流体介质自下而上地通 过转子流量计。 金属管转子流量计 玻璃管转子流量计 第四节:涡街流量计 – 应用范围:涡街流量计用于测量气体、蒸汽或液 体的体积流量、标况的体积流量。并可作为流量 变送器应用于自动化控制系统中。 – 测量原理:涡街流量计应用是根据卡门 (Karman)涡街原理来测量流量的,流体在管道 中经过涡街流量变送器时,在三角柱的旋涡发生 体后上下交替产生正比于流速的两列旋涡,旋涡 的释放频率与流过旋涡发生体的流体平均速度及 旋涡发生体特征宽度有关 。 – 涡街流量计与差压流量计测量饱和蒸汽流量对 比: 饱和蒸汽流量测量在80年代,人们普遍采用标准 孔板流量计,但从流量仪表发展状况来看,孔板 流量计尽管其历史悠久、应用范围广;人们对它 的研究也最充分,试验数据最完善,但用标准孔 板流量计来测量饱和蒸汽流量,它仍存在一些不 足之处:其一,压力损失较大;其二,导压管、 三组间及连接接头容易泄漏;其三,量程范围 小,一般为3比1,对流量波动较大易造成测量值 偏低。而涡街流量计具有结构简单,涡街变送器 直接安装于管道上,克服了管路泄漏现象。另 外,涡街流量计的压力损失较小,量程范围宽, 对饱和蒸汽测量量程比可达30比1。因此,随着涡 街流量计测量技术的成熟,涡街流量计的使用越 来越受到人们的青睐。 涡街流量计 插入式涡街流量计 第五节:电磁流量计 – 电磁流量计的工作原理 电磁流量计的工作原理是基于法拉第电磁感应 定律。在电磁流量计中,测量管内的导电介质相 当于法拉第试验中的导电金属杆,上下两端的两 个电磁线圈产生恒定磁场。当有导电介质流过 时,则会产生感应电压。管道内部的两个电极测 量产生的感应电压。测量管道通过不导电的内衬 (橡胶,特氟隆等)实现与流体和测量电极的电 磁隔离。 – 电磁流量计特点: ? 测量精度不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率 变化的影响,传感器感应电压信号与平均流速呈线性 关系,因此测量精度高。 ?测量管道内无阻流件,因此没有附加的压力损失;测 量管道内无可动部件,因此传感器寿命极长。 ?由于感应电压信号是在整个充满磁场的空间中形成 的,是管道载面上的平均值,因此传感器所需的直管 段较短,长度为5倍的管道直径。 ?传感器部分只有内衬和电极与被测液体接触,只要合 理选择电极和内衬材料,即可耐腐蚀和耐磨损。 ?双向测量系统,可测正向流量、反向流量。采用特殊 的生产工艺和优质材料,确保产品的性能在长时候内 保持稳定。 电磁流量计 分体式电磁流量计 第六节:阿牛巴流量计 – 阿里巴流量计具有根据空气动力学设计,可大大降低传 感器处流体分离产生的误差,在同类产品中可达到更高 精度,性能更加优于传统的流量仪表。 – 阿里巴流量传感器是检测杆、取压口和导杆组成,它横 穿管道内部与管轴垂直,在检测杆迎流面上设有多个总 压检测孔,分别由总压导压管和静压导压管引出,根据 总压与静压的差压值,计算流经管道流量。 特点: 1.精度:读数的 ±1% (未标 定), ±0.5% (标定),同类 产品最高 ; 2.重复性:读数的 0.1% ; 3.量程比: 30 : 1 ; 4. 椭圆形设计大幅度降低了 压损,减少了噪音; 5. 单台传感器配备参数变送 器可实现质量流量测量,真正 静压测量,温度测量 ; 6.安装简易,维护方便、自 清洗; 7.传感器不产生流体分离 点,无涡流扰动; 8. 对直管段要求低. 第七节:楔形流量计 ? 楔形流量计是八十年代开始开始逐步走向实用的一种新型 流量计,其检测件是一个V字形楔块(又称楔形节流件), 它的圆滑顶角朝下,这样有利于含悬浮颗粒的液体或粘稠 液体顺利通过,不会在节流件上游侧产生滞流。因此特别 适合在石油、化工等行业中用于体积流量和质量流量的测 量。 ? 楔形流量计由楔形流量装置和差压变送器组成。当介质流 过楔形节流件时,在节流件前后产生差压,对于任何流 体,在很宽的流量范围内,甚至雷诺数低至300,流量与差 压的平方根成比例关系;差压变送器将来自流量装置的差 压值转变成4~20mA的标准输出或流量显示值: Q=K√P2—P1 ? 主要特点: 1.重复性好、精确度高,经标定的楔形流量计,精度达 0.5 级。 2.具有自清洁能力,无滞流区。 3. 耐磨损、寿命长、可靠性高。 4 .永久压损比孔板小。 5 .一体型结构,现场安装无需安装导压管路,直接与管道 进行螺纹或法兰连接。施工省时省力,维护方便。 第八节:质量流量计 – 流体在旋转的管内流动时会对管壁产生一个力,它是 科里奥利在1832年研究水轮机时发现的,简称科氏 力。质量流量计以科氏力为基础,在传感器内部有两 根平行的T型振管,中部装有驱动线圈,两端装有拾振 线圈,变送器提供的激励电压加到驱动线圈上时,振 动管作往复周期振动,工业过程的流体介质流经传感 器的振动管,就会在振管上产生科氏力效应,使两根 振管扭转振动,安装在振管两端的拾振线圈将产生相 位不同的两组信号,这两个信号差与流经传感器的流 体质量流量成比例关系。计算机解算出流经振管的质 量流量。不同的介质流经传感器时,振管的主振频率 不同,据此解算出介质密度。安装在传感器器振管上 的铂电阻可间接测量介质的温度。 – 质量流量计可分为两类:一类是直接式,即直接输出 质量流量;另一类为间接式或推导式,如应用超声流 量计和密度计组合,对它们的输出再进行乘法运算以 得出质量流量。 第四章 物位测量仪表 第一节:概述 ? 物位测量仪表是测量液态和粉粒状材料的液面和装载 高度的工业自动化仪表。测量块状、颗粒状和粉料等 固体物料堆积高度,或表面位置的仪表称为料位计; 测量罐、塔和槽等容器内液体高度,或液面位置的仪 表称为液位计,又称液面计;测量容器中两种互不溶 解液体或固体与液体相界面位置的仪表称为相界面计。 ? 物位测量仪表的种类很多,常用的有直读式液位计、 差压式物位仪表、浮力式液位计、电容式物位仪表、 声波式物位仪表和核辐射物位仪表。此外,还有电触 点式、翻板式和机械叶轮探测式等物位测量仪表。 用来表达容器内储存物质表面高低位置的参数。 A、钢带液位计:油罐、水塔 B、玻璃(管)板液位计:容器液位 C、磁浮子液位计:润滑油箱 D、同位素液位计:高压容器 E、浮球液位计:塔底液面 F、浮筒液位计:容器液位 G、差压式液位计:量程大于2米的容器 H、磁伸缩液位计:容器液位 I、 超声波液位计:常温开口容器 J、雷达液位计:精密测量 导波雷达:介电常数大于1.3的液位测量 是替代浮筒液位计的新型仪表 K、射频导纳液位计:界面测量 L、静压式液位计:开口水箱 第二节 差压式液位变送器 差压式物位仪表是假定物料的重度为恒定 值,容器中液体或固体物料堆积的高度与它在某 测试点所产生的压力成正比,因而可用测压的方 法来测量物位。测量压力可用压力表、压力传感 器和压力变送器等。 差压式液位变送器的选型原则 ? 对于腐蚀性液体,粘稠性液体,熔融性液体,沉淀性液体等,当 采取灌隔离液,吹气或冲液等措施时,可选用差压变送器 ? 对于腐蚀性液体,粘稠性液体,易气化液体,含悬浮物液体等, 宜选用平法兰式差压变送器 ? 对于易结晶液体,高粘度液体,结胶性液体,沉淀性液体等,宜 选用插入式法兰差压变送器 ? 对于被测对象有大量冷凝物或沉淀物析出时,宜选用双法 兰式差压液位变送器 ? 测液位的差压液位变送器宜带有正负迁移机构,其迁移量 应在选择仪表量程时确定 ? 对于正常工况下液体密度发生明显变化介质,不宜选用差 压式液位变送器 第三节:电容式物位传感器 ? 电容式物位仪表的工作原理是把物位的变化,变 换成相应电容量的变化,然后测量此电容量的变 化从而得到物位变化的。电容式物位仪表用于测 量导电、非导电液体或固体物料的液位、料位或 相界面位置,可供连续测量和定点监控之用。 第四节:声波式物位仪表 ? 声波式物位仪表一般分为利用声波阻断原理和利 用声波反射原理两类。声波阻断式物位仪表在物 位升高而阻断从发射换能器到接收换能器的声束 时,接受换能器接受到的声能会产生突变,并发 出突变的开关信号;声波反射物位仪表是根据声 波从发射换能器到液面或料面,再从这一表面反 射回到接收换能器的时间间隔,来测出物位的。 第五节:核辐射物位计 ? 核辐射液位计是通过放射源发出射线,穿过被测物料后由 探测器接收。当物位改变时,由于被测物料的吸收剂量改 变,而使探测器接受到的辐射强度改变,再转换为电信号 的变化,经放大后送给显示仪表连续显示物位。 ? 放射形物位计是利用物位的高低对放射形同位素的射线吸 收程度不同来测量物位高低的,它的测量范围宽,可用于 低温、高温、高压容器中的高粘度、高腐蚀、易燃易爆介 质物位的测量。 ? 核辐射物位仪表的特点是:射线能穿透很厚的壁以实现不 接触测量,因而可用于高压、高温和有毒的密封容器的液 位或料位测量,且不受周围电磁场、烟气和灰尘等影响, 但使用时须注意保护。 第五章 温度检测仪表 第一节 温度检测方法 ? 接触式测量:即通过测量体与被测介质的接触来测量物 体的温度; 特点:简单、可靠、测量精度较高。但由于要达到热平 衡,因而产生了滞后。而且可能与被测介质产生化学反 应。不能应用于很高温度的测量。 ? 非接触式测量:即通过接收被测物体发出的辐射热来判 断温度。 特点:其测温范围很广,其测温上限原则上不受限制;测 温速度比较快,而且可以对运动体进行测量,但一般测温 误差较大。 第二节 热电偶温度计 ? 热电偶的测温原理:是利用热电偶的热电效应来 测量温度的。 ? 热电效应-----将任意两种不同的导体A、B组成一 个闭合回路,只要其连接点l、2温度不同,在回 路中就产生热电动势的现象。 ? 热电偶的热电特性由电极材料的化学成分和物理 性能所决定,热电势的大小与组成热电偶的材料 及两端温度有关,与热电偶的粗细无关。 热电偶 类别 分 度 号 无差等级 I 误差值{±} 1.5℃或0.4%T II 测量范围 -40-1000 ℃ -40-800 ℃ -40-750 ℃ 误差值{±} 2.5℃或0.75 %T 测量范围 -40-1200 ℃ -40-900 ℃ -40-750 ℃ 镍铬-镍硅(镍铝) 镍铬-铜镍(康铜) 铁-铜镍(康铜) 铜-铜镍(康铜) 铂铑10-铂 铂铑13-铂 铂铑30-铂铑6 K E J T S R B 0.5℃或0.4%T 1 ℃或 1+0.003(T1000) -40-350 ℃ 0-1600 ℃ 0-1600 ℃ 1℃或0.75%T 1.5℃或0.25 %T -40-350 ℃ 0-1600 ℃ 0-1600 ℃ 600-1700 ℃ --- 第三节 热电阻温度计 ? 测温原理:是基于金属导体或半导体的电阻会随 温度的变化而变化的特性。因此只要测出感温元 件热电阻的阻值变化,就可测得被测温度。 ? 特点:测量精度高,在测量500以下温度时,它的 输出信号比热电偶大得多,性能稳定,灵敏度 高。另外热电阻温度计的输出是电信号,便于远 传,同时又不需要冷端温度补偿。所以在中低温 (—200—650)测量中得到了广泛的应用。 第四节 一体化温度变送器 ? 一体化温度变送器是温度传感器与变送器 的完美结合,以十分简捷的方式把 200~+1600 ℃ 范围内的温度信号转换为二 线mA DC 的电信号传输给显示 仪、调节器、记录仪、 DCS 等,实现对温 度的精确测量和控制。一体化温度变送器 是现代工业现场、科研院所温度测控的更 新换代产品,是集散系统、数字总线系统 的必备产品。 ? 一体化温度变送器一般由测温探头(热电 偶或热电阻传感器)和两线制固体电子单 元组成。采用固体模块形式将测温探头直 接安装在接线盒内,从而形成一体化的变 送器。一体化温度变送器一般分为热电阻 和热电偶型两种类型。 第六章 自动成份分析仪表 第一节:自动成份分析仪表分类 –按原理分类: 1. 热导式; 2. 热磁式; 3.磁 压式; 4. 磁机械式; 5. 氧化锆式; 6.电化 学式;7.红外线.密度计; 12.有毒气 体报警器; 13.色谱仪;14.质谱仪。 –按测量介质分类:1.气体分析;2.液体分析。 第二节:自动成份分析仪表组成 ? ? ? ? ? ? 被测介质采样处理单元 组分的解析与分离单元 检测器和传感器 信号处理单元 信号显示单元 数据处理及数据库 第三节:自动成份分析仪表特点 在线分析仪器与实验室分析仪器相比较,有 三个显著的特点: 第一,过程分析仪器必须有自动取样和试样预 处理系统; 第二,过程分析仪器必须是完全自动化的,即 完全实现自动检测和自动控制; 第三,过程分析仪器的精度可以低些,但是必 须保证能实现长期运行的稳定性。 第四节:取样和预处理系统 过程分析仪器出现的同时,就出现了取样预 处理系统。 取样预处理系统是联系生产过程和仪器主机的 桥梁。它不但要适应仪器较为苛刻的要求,而且要 受生产过程恶劣条件的严格制约。 预处理系统制造难度不高,但设计难度很高。 一、预处理系统的作用和组成: ?预处理系统作用是将取样气加以处理,以满足仪 器对样气的要求。 预处理系统包括过滤(除尘、除机械杂质)、压力 调节(减压或抽引)、温度调节(降温或升温)、 有害或干扰成分处理(除油雾、水分、腐蚀性介质 等)、流量调节等。 辅助环节包括需多点切换、旁路系统、管线吹扫、 气体混合、化学反应或转化、管线伴热、排气、排 液等。 二、取样点选择: ?洁净有代表性样气,不能选择层流、涡流或空气 漏入; 尽可能满足仪器对样气要求(温度、湿度、含尘量、 压力、流量、非腐蚀性、非干扰性、取样管尽量 短); 易燃易爆剧毒介质采样时,应考虑安全取样和环境 保护措施;便于保养维护; 取样点流速应接均流速,圆形截面管道应靠近 圆心1/3半径范围内,不能靠近管壁 。 三、预处理系统的设计原则和依据: ?保证一定的反应速度要求。(反应滞后不超过60秒) 合理的保存信息。样气要有代表性,组分浓度不致发生变 化。 达到仪器对样气清洁度的要求。弄清粉尘含量变化规律后 选择合理净化方式。 样气要有一定的温度、压力、流量,特别是对堵塞使样气 中断应采取措施,绝不能让分析器降低要求去适应粗糙的 取样预处理系统。 尽可能排除各种可能发生的干扰因素。 选择与该流程相适应的部件和结构材料。(是否有腐蚀性) 第五节、红外线气体分析仪 红外光是一种比可见光线波长长,比微波的波 长短的电磁波,红外分析仪通常使用的红外线μm(紫外线nm),红 外线分析仪只能对各组分气体中的某一种成分进行 分析。 工作原理是根据某些气体对特定波长的红外辐射有选择吸收,且吸收 程度与被测气体浓度有关,用于连续测定气体的相对浓度。 被测气体经一定波长红外线照射后,会吸收掉一部分红外线能量△E, 只有通过物质的红外光线的频率与物质分子本身的特定频率相同,这 种分子才能吸收红外光线.能测量多种气体:可分析CO、CO2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6、 SO2、NH3等近三十种气体。红外线分析仪不能分析单原子(惰性气 体)和双原子气体(氢、氧、氮等)。 2.测量范围宽:上限可到100%下限可到几个ppm 3.灵敏度高 4.测量精度高 5.反应快:一般在10秒内 6.有良好的选着性 第六节 热导式气体分析仪 是出现最早,种类较多,应用较广的一类 在线分析仪器,常用于分析混合气体中的H2、 Ar、CO2、NH3、SO2等多种气体的百分含 量。 ?工作原理:基于不同气体具有不同的导热 系数,混合气体的导热系数随其组分的百分 含量而变化这一物理特性来分析某一组分的 百分含量。 热导分析仪检测室 ?采用铂丝做工作桥臂和参比桥臂的不平衡电桥检 测气体热导率。 参比臂Ⅰ、Ⅱ内充参比气体,被测气体流过工作臂 Ⅲ、Ⅳ,电桥各臂通稳定电流加热至一定温度,当 被测气体浓度与参比气体浓度一样时,各桥臂温度 一样,电阻值相等,电桥平衡。 当被测气体浓度变化,气体热导率改变,工作臂的 温度和阻值随之改变,电桥失去平衡产生电信号输 出。 100 C部分气体的相对热导率 Air: 1 H2: 7.130 N2: 0.998 O2: 1.015 CO2: 0.614 NH3: 0.897 Ar: 0.658 CO: 0.964 SO2: 0.344 CH4: 1.318 0 第七节、氧含量分析仪 在化学工业中,氧气是直接参与反应的物质, 其含量必须控制在特定界限内。 在很多情况下,氧含量是很难检测的,低氧 量更难准确确定。 工业生产中应用氧分析仪越来越广泛。各种 原理的氧分析仪都有其应用的局限性。 ?按工作原理分类: 1.磁力机械式氧分析 2.磁性压力式氧分析仪 3.热磁式氧分析仪 4.氧化锆式氧分析仪 5.电化学原电池式氧分析仪 6.新型燃料电池传感器氧分析仪 ?磁力机械式氧分析仪 1.磁力机械式氧分析仪又称哑铃式氧分析仪,是 利用氧的顺磁性原理(法拉第原理)。 2.氧分子在磁场中有很强的顺磁性,是区分氧气与 样气中其他气体成分的有效手段。 3.氧分析仪的传感器由一对充满氮气的石英玻璃哑 铃球组成,哑铃球周围环绕有一根铂丝,形成电反 馈回路,哑铃球悬垂在磁场中,正中装有一个小反 射镜。 4.当哑铃周围有氧分子时,在磁场作用下,氧分子 被磁场吸引而形成一定的压力差,推动哑铃球体发 生偏转。 5.氧浓度越高,偏转角度越大。 6.由光源、反射镜及光敏元件组成的精密光学系统 测出这一偏转并转换成电信号。 7.该信号由放大器放大后,经反馈电路形成电流回 路,在磁场作用下,迫使哑铃回复原平衡位置。 此回路中电流值与氧浓度成正比。 ?热磁式氧分析仪 1.工作原理:利用具有极高磁化率的氧气,在非均 匀磁场作用下形成―热磁对流‖(磁风),对敏感 元件产生冷却作用而工作的。 2.不含氧的混合气体进入测量环室,则气体分两路 经过环型气路两旁通道流出环室。处于环室气路 中间的水平管道,因其两端气压相同,故不形成 气流。 3.当有氧的混合气体进入环室时,氧被吸入水平管 道的磁场内。由于水平管道上绕有被加热的铂丝 电桥臂 I 、Ⅱ,进入的氧将受热而温度升高。 4.由于氧的磁化率随温度升高而降低,这样就减弱 了磁场对它们的吸引力,受热的氧分子将不断被 冷的氧分子所补充而排出磁场。 5.因此,在水平管道中形成了氧的对流,一般称之 为―热磁对流‖或称―磁风‖。 第七章 自动控制仪表 第一节:集散控制系统 – 集散控制系统也叫分布式控制系统,即D i s t r i b u t e d Control S y s t e m,缩写为D C S,是集计算机技术 (C o m p u t e r)、控制技术(C o n t r o l)、通讯技术 (Communication)和显示技术(CRT)为一体的综合 性高技术产品。 – D C S通过操作站对整个工艺过程进行集中监视、操作、 管理,通过控制站对工艺过程各部分进行分散控制,既 不同于常规的仪表控制系统,也不同于集中式的计算机 控制系统,而是集中了两者的优点,克服了它们各自的 不足。D C S以其可靠性、灵活性,人机界面的友好性以 及通讯的方便性等特点日益被广泛应用。最早是美国霍 尼韦尔(HONEYWELL)公司推出的TDC-2000。 ? DCS的特点 ? 控制功能多样化。一般都有几十种运算控制算法或其 他数学和逻辑功能,如四则运算、逻辑运算、前馈、 PID控制、顺序控制,以及各种联锁报警功能并可根 据控制对象的不同要求,将这些功能有机地组合运 用,能方便地满足系统的要求。 ? 操作简便。配备了灵活而功能强大的人机接口,如 CRT、键盘(系统也提供专用的功能键)、打印机 (打印需要的信息及报表)等。 ? 系统便于扩展。DCS的部件设计采用积木式的结构, 可模板、模块、卡件、控制柜和站为单位逐步增加, 形成更大规模的控制系统。 ? 维护方便。 DCS 配有智能的自动故障诊断功能,内 部设计是按照标准化、积木化、系列化进行的,便 于装配和更换。 ? 可靠性高。 DCS 是监视集中,而控制分散,并且在 设计中已经考虑到有联锁保护功能、诊断功能、冗 余措施等,使系统的可靠性大大提高。 ? 便于与其他计算机联网。 DCS 配有高、中、低不同 速率和不同模式的通讯接口,可方便地与个人计算 机或其他大型计算机联网,组成工厂自动化综合控 制和管理系统。 24 ? DCS控制原理:DCS控制系统是将控制回路集中 在控制机柜内,在操作站上进行集中的控制和管 理。测量信号通过信号电缆接至DCS输入卡件, 经过DCS卡件转换为数字信号送至控制器,在控 制器中与给定值进行比较(如果是仅显示,在控 制器中进行量程转换、与报警值比较等运算后直 接显示在操作站上),根据设定的正反作用、 PID参数计算出输出信号,然后此输出信号送给 输出卡件,经过输出卡件转换为模拟信号四4~ 20mA标准信号,通过信号电缆送至调节阀进行 调节。也可以输出开关量信号,用于控制两位式 阀门或其他工艺设备。 霍尼韦尔PKS系统机柜的布置 控制防火墙 冗余数字与模拟 I/O 电源系统 C300 控制器 现场总线接口模件 第二节:ESD紧急停车系统 – ESD是英文Emergency Shutdown Device紧急停车系统 的缩写。这种专用的安全保护系统是9 0年代发展起来 的,以它的高可靠性和灵活性而受到一致好评。 – E S D紧急停车系统按照安全独立原则要求,独立于D C S 集散控制系统,其安全级别高于D C S。在正常情况下, E S D系统是处于静态的,不需要人为干预。作为安全保 护系统,凌驾于生产过程控制之上,实时在线监测装置 的安全性。只有当生产装置出现紧急情况时,不需要经 过D C S系统,而直接由E S D发出保护联锁信号,对现场 设备进行安全保护,避免危险扩散造成巨大损失。 ? 为何要独立设置ESD系统呢?当然一般安全联锁 保护功能也可由DCS来实现。但是对于较大规模 的紧急停车系统应按照安全独立原则与DCS分开 设置,这样做主要有以下几方面原因: (1)降低控制功能和安全功能同时失效的概率,当维护DCS 部分故障时也不会危及安全保护系统; (2)对于大型装置或旋转机械设备而言,紧急停车系统响 应速度越快越好。这有利于保护设备,避免事故扩大; 并有利于分辨事故原因记录。而DCS处理大量过程监测信 息,因此其响应速度难以作得很快; (3)DCS系统是过程控制系统,是动态的,需要人工频繁的 干预,这有可能引起人为误动作;而ESD是静态的,不需 要人为干预,这样设置ESD可以避免人为误动作。 ? 作为一个安全保护系统通常应具备如下特征 ? 独立于其他控制系统 ? 是一套硬件冗余的系统,单点故障不会导致停车 ? 能够带电热插拔卡件 ? 具有全面的在线自诊断并带有故障报警指示 ? 系统是故障安全型 ? 具有相当快的扫描时间 ? 在线修改下装功能 ? 在线对点的强制功能 ? 下装前的离线仿真及比较功能 ? 具有 SOE 事件顺序纪录功能 24 第八章 执行器 第一节:调节阀的组成及分类 – 调节阀又称控制阀,它是过程控制系统中用动力操作去 改变流体流量的装置。调节阀由执行机构和阀组成,执 行机构起推动作用,而阀起调节流量的作用。 – 调节阀的产品类型很多,按其能源方式不同主要分为气 动调节阀、电动调节阀、液动调节阀、智能调节阀四大 类,我厂现在使用的基本上是气动调节阀,即以压缩空 气为动力源的调节阀。在此仅介绍气动调节阀的组成与 分类。 – 按调节型式:调节型、切断型、调节切断型三种 – 按移动型式:直行程和角行程两种 – 按流量特性:直线、等百分比、抛物线、快开四种 – 按上阀盖型式:普通型、散热型、长颈型、波纹管密封 型四种 – 按阀芯形状:平板形、柱塞形、窗口形、套筒形、多级 形、偏旋形、蝶形、球形等 第二节:气动执行机构 ? 执行机构是将控制信号转换成相应的动作来控制阀 内截流件的位置或其它调节机构的装置。它按信号 压力的大小产生相应的推力,使推杆产生相应的位 移,而带动调节阀芯动作,达到调节的目的。 ? 气动薄膜执行机构 它是最常用的机构,其结构简单、动作可靠、维修方便、价 格低廉。气动薄膜执行机构分正作用和反作用两种型式, 国产型号为ZMA(正作用)和ZMB(反作用)。信号压力 一般是20~100kPa,膜片使用信号压力不应大于250kPa, 气源压力的最大值为500kPa。信号压力增加时推杆向下动 作的叫正作用执行机构;信号压力增加时推杆向上动作的 叫反作用执行机构。其均由上、下膜盖、波纹薄膜片、推 杆、托盘、支架、压缩弹簧、弹簧座、调节件、标尺等组 成。在正作用执行机构上加一个装有O形密封圈的填块,只 要更换个别零件,即可变为反作用执行机构。 ? 气动活塞式执行机构 气动活塞式执行机构主要是由气缸、活塞、气缸盖、密封 圈、支架、推杆、调节件、限位螺栓、标尺等组成。它有带 弹簧和不带弹簧两种结构形式。其气缸允许操作压力可达 700kPa,故输出力大,适用于高压差、高静压及紧急切断 等场合。按输出特性它分比例式和两位式两种。所谓比例式 是指输入信号压力与推杆的行程成比例关系,这时它必须带 阀门定位器。两位式是根据输入执行机构活塞两侧的操作压 力差来完成的。活塞由高压侧推向低压侧,就使推杆由一个 极端位置移到另一个极端位置,故其只控制阀的开关动作 (二位式一般为无弹簧结构)。活塞执行机构的行程一般为 10~100mm或0? ~90? 第三节:阀 ? 阀是调节阀的调节部分,它直接与介质接触,由执 行机构推杆的位移,改变调节阀内的节流面积,达 到调节的作用。阀是由阀体、上阀盖组件、下阀 盖、阀内件等组成。上阀盖组件包括上阀盖和填料 函及填料。阀内件是指与流体接触并可拆卸的,起 到改变节流面积和截流件导向等作用的零件总称, 例如阀芯、阀座、阀杆、导向套、套筒等。 根据实际使用情况,着重介绍下面几类阀的使用特点: ? 直通单、双座调节阀 它们均由上、下阀盖、阀体、阀芯、 阀座、阀杆、填料和压板等零部件组 成。上、下阀盖都装有衬套,为阀芯 移动起导向作用;由于上、下都有导 向作用,故称为双导向,但对公称直 径DN〈25mm的调节阀一般无下阀 盖,阀芯为单导向。单座阀特点是泄 漏量小、易于保证关闭,但介质对阀 芯推力大即不平衡力大。双座阀的特 点是流通能力较单座阀大约 20~25%,不平衡力小,允许压差 大,但是泄漏量较大。 ? 角形阀 角形调节阀阀体为直角形结 构,它流路简单,阻力小,适 用于高压差、高粘度,含悬浮 物和颗粒状物质流体的调节, 可以避免结焦、堵塞,也便于 自净和清洗。其一般使用于底 进侧出的场合,这样可使调节 阀有较好的稳定性。但在高压 差或颗粒多的场合下,为延长 阀芯使用寿命,可采用侧进底 出,但这时在开度小时容易产 生振荡。 ? 高压调节阀 高压阀是一种适用于高静 压和高压差调节的特殊阀 门,为多角形单座结构,最 大公称压力可达32MPa。 这种阀的阀体多为锻造结 构,填料函与阀体做成一 体,阀座与下阀体分开,该 结构简单,内件易配换。但 阀芯为单导向结构,只能用 正装式,因不平衡力大,一 般要配用阀门定位器。 ? 套筒调节阀 套筒阀也称笼式阀,它的阀体 与一般直通单座阀相似,但阀 内有一个圆柱形套筒,根据流 通能力的大小要求,套筒开有 四个、两个或一个的窗口,窗 口形状由何种流量特性来取 决。阀芯利用套筒导向在其中 上下移,来改变窗口的节流面 积,形成各种流量特性并实现 流量调节。由于套筒阀采用平 衡型的阀芯结构,阀芯和套筒 侧面导向,因此不平衡力小, 稳定性好,不易振荡,允许调 节压差也大,且维修方便并有 降噪声的作用。 ? 蝶阀 蝶阀的形式较多,除普通型 外,还有高温型、切断型、 偏心型、软密封型,以及采 用各种不同作用的阀板构成 的蝶阀。它阻力小,结构紧 凑,寿命长,特别适用于低 压差、大口径、大流量气体 和带有悬浮物流体的场合, 一般泄漏较大。但也有高性 能、低泄漏量的蝶阀结构, 如我厂空分系统用的软密封 切断、调节蝶阀。它的流量 特性在转角60? 前与等百分比 相似,60? 以后转矩增大,工 作不稳定,特性变差,故蝶 阀常在75? 转角范围内使用。 ? 球阀 气动球阀按阀芯型式可分为O形球阀和V形球 阀,从全开位置到全关位置的转角为90? 。 ? O形球阀:其球体上开有一个直径与管道 直径相等的通孔,球体可在密封座中旋 转。一般作二位调节用,流量特性为快 开。其特点是结构简单,维修方便,密 封可靠,流通能力大,流体进入阀门没 有方向性。 ? V形球阀:它的球体上开有一个V形口, 随着球的旋转,开口面积发生变化,但 开口面形状始终保持为三角形,流量特 性近似等百分比,可调比大。特点与O形 球阀类似,但其V形口与阀座之间具有剪 切作用,适用于纤维状、浆状的流体, 关闭性能好。 ? 偏心旋转调节阀 偏旋阀又称凸轮挠曲阀,它动作 过程是球面阀芯的中心线与转轴 中心偏离,转轴带动阀芯偏心旋 转,由于这种偏转运动,使阀芯 向前下方进入阀座,工作时转轴 运行是由气动执行机构来驱动, 推杆的运动通曲柄传给转轴。该 阀特点是阀芯与阀座闭合时依靠 柔臂的弹性变形,自动对中,密 封性好,泄漏量小,流路简单, 流体阻力小,流通能力大,不平 衡力小,可耐受较高温度,允许 压差大,且结构简单,体积小重 量轻,价格低廉。

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