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1、,仪 表 及 自 动 化,第一部分 基础知识第二部分 压力检测第三部分 温度检测第四部分 液位检测第五部分 流量检测第六部分 成分检测第七部分 站场监控及SCADA系统,主 要 内 容,基 础 知 识,一、检测仪表基本组成及结构形式 1、基本组成,2、结构形式 开环结构（弹簧管压力表；热电阻+显示仪表）闭环结构（压力变送器等）检测仪表往往是检测过程的一部分或全部。,二、测量误差、检测仪表的基本性能1、定义：测量值与真值之间的差距,3、防爆仪表的分级和分组防爆级别：三级：A、B、C温度组别：6组：T1T6 最高表面温度允许值 T1 450 T2 300 T3 200 T4 135 T5 100
2、T6 85,6、仪表外壳防护标准 同一种仪表，封装在不同的外壳中，就具备了不同的防护能力。这种防护，一般说来，主要是气候防护，如防尘、防水等，有的也包括了防爆。防护标准：IEC标准：主要在欧洲地区使用（我国国标GB 4208-93等同IEC）NEMA标准（美国电器制造商协会）：主要用于美国和北美地区IEC 60529：1989外壳防护等级在IEC标准中，仪表的防护功能是指不同等级的防尘和防水能力。IP 5 4,五、识图知识（带控制点工艺流程图）图形符号 字母代号 仪表位号组成：字母代号组合 阿拉伯数字编号（可按装置或工段进行编制，一般 用35位数字表示）例：TRC-1 01,仪表圈：,流量计,
3、图 形 符 号,执行机构,字 母 代 号,压 力 检 测,三、电气式压力计特点：测量范围广（710-5 Pa500 MPa）精度较高（可达0.2级）可远距离传送信号,弹簧管压力表,耐震压力表,组成,2、智能型（差压）压力变送器,智能型变送器的特点:精度高 0.1%0.2%,0.075%；测量范围宽,量程比可达401,501,1001,甚至4001；温度性能、静压性能、单向过载性能等比以往变送器有很大提高；仪表结构紧凑、可靠性高、体积小；可利用手操器远方设定仪表的运行参数及对仪表进行校准、自诊断等；可实现数字通信。,压 力 变 送 器（ROSEMOUNT）,温 度 检 测,一、基本概念,1、温标
4、 摄氏温标()、华氏温标()、国际实用温标(K)2、有关温度测量的概念温度不能直接加以测量；温度测量方式有接触法、非接触法3、温度测量的基本原理应用热膨胀原理测温 固体热膨胀 液体热膨胀 应用压力随温度变化的原理测温应用热电效应测温 应用热阻效应测温 应用热辐射原理测温,1、测温原理：固体热膨胀要求：两金属片膨胀系数不同2、测温范围：806003、特点:结构简单、耐振动、廉价，精度不高。,二、双金属温度计,4、分类：轴向型、径向型、万向型等,电接点双金属温度计：普通型、防爆型,热电阻温度计组成：1、测温原理 热阻效应2、常用热电阻类型 铂电阻（使用温度范围：200+850650）种类及分度号：
5、Pt10，R0=10；Pt100，R0=100,三、热电阻温度计,铜电阻（使用温度范围：50+150）种类及分度号：Cu50，R0=50；Cu100，R0=100,工业热电阻的基本参数,3、热电阻结构,普通热电阻 电阻体(由电阻丝绕在支架上制成)绝缘套管 保护套管 接线盒,铠装热电阻,热 电 阻 外 形,四、接触式测温元件（温度计）的选择及安装1、温度计的选用从三个方面考虑：根据被测物质的温度选用温度计的类型 根据被测介质的化学性质选用保护套管材料 测温元件确定后要注意显示仪表的配套使用,4、热电阻引线方式,2、测温元件的安装测温元件的安装应确保测量的准确性,测温元件的安装应保证安全、可靠,3
6、、连接导线的安装,五、温度变送器 热电阻温度变送器与热电阻配套使用，将温度转换成420 mA统一标准信号。输入电桥（桥路部分）：Rt 不平衡电压 放大电路：信号放大、V/I转换 反馈电路:量程调整,液 位 检 测,一、液位仪表种类1、直读式液位计 连通器原理2、浮力式液位计（恒浮力式、变浮力式）3、静压式液位计 液位变化 静压变化4、电容式液位计 液位变化 电容器的浸没高度变化 电容量变化5、非接触式液位计（超声波液位计、雷达液位计）二、静压式液位计1、测量方法 普通介质 敞口容器、密闭容器 特殊介质 法兰式,法兰式液位计,2、零点迁移问题,(a)无迁移(b)负迁移(c)正迁移,应 用 实 例
7、,流 量 检 测,流量及表示方法 瞬时流量 体积流量（）质量流量（）总量 体积总量（Q）质量总量（M）一、流量测量方法1、速度式流量计：流体力学法（差压式、涡轮、旋涡式），电学法，声学法，热学法 2、容积式流量计：椭圆齿轮、腰轮、刮板流量计3、质量流量计：科氏力流量计，各种推导法,标准孔板流量计 涡轮流量计 超声波流量计 涡街流量计 腰轮流量计 家用膜式燃气表,天然气流量测量仪表,二、差压式流量计1、组成,节流装置 节流元件 孔板 喷嘴 文丘利管 取压装置导压管差压计（差压变送器）,流体能量：位能（静压能）表现在流体具有一定的静压力 动能（动压能）表现在流体具有一定的流速,2、测量原理,差压式
8、流量计就是利用流体在通过节流装置时的能量转换现象进行流量测量的。即：,流体流速变化 动压能变化 静压能变化,流体流经节流元件压力变化,3、标准节流装置（ISO 5167或GB/T 2624中所列的节流装置）标准节流元件,标准孔板,取压装置结构,取压方式,4、差压式流量计的使用 标准节流装置(孔板)的使用条件,管道条件,平衡阀组的使用,直管段长度符合要求,节流元件直管段长度要求,安装示意图,三、涡轮流量计,组成 涡轮流量变送器（流量大小 电脉冲信号）流量计算机/显示装置（处理脉冲信号，显示流量、总量等）1、涡轮流量变送器结构 涡轮组件 导流器组件 磁电感应转换器 前置放大器 外壳（壳体）,涡轮流
9、量变送器结构,1紧固件2壳体3前导流器4止推片5叶轮6磁电感应式信号检出器7轴承8后导流器,2、涡轮流量变送器工作原理 当流体沿着管道轴线方向流动并冲击涡轮叶片时，将在涡轮上产生一个旋转力矩T：与流体流量、密度等因素有关。阻力矩Ti。,运动方程,稳态方程 TT1T2T3=0,流量方程当流量相当大时：近似线性关系,流量计算 流量计显示或输出的是工作状态条件下的体积流量，通常情况下，应将其转换成标准状态条件下的体积流量。当采用温度压力补偿获取标准状态条件下的体积流量时，可采用如下公式：,气体涡轮流量计特性曲线,3、类型,流 量 计 表 头,操 作 杆,智能气体涡轮流量计,4、涡轮流量计的特点及使用
10、 特点准确度高，量程范围宽、低粘度紊流流体流体物性对仪表特性有较大影响。,输出信号为电脉冲信号，便于远传，不受干扰，适用于总量计量及与计算机连接。适用于高压测量。,安装要求 一般要求水平安装，避免垂直安装；被测介质洁净；保证变送器前后有一定的直管段；,取压孔的位置，测温元件的位置；流量调节阀安装位置；安装场所避免强电场、强磁场环境，避免管道振动。,使用注意事项,四、超声波流量计1、工作原理（传播时间法）利用顺流和逆流时的传播速度之差与被测流体流速之间的关系求取流速。VP=Vcos=VXL,流量方程：,K 流速分布修(校)正系数，K=VV0,2、超声波流量计的组成及分类 组成 流量计表体、超声换
11、能器；（超声流量传感器）信号处理单元（电子数据处理单元、转换器）。二者之间用专用信号传输电缆连接。分类 按声道数分类 单、多 按被测介质分类 气体用、液体用,按换能器安装位置分类,Z法（透过法）,W法（反射法）,单声道,四声道流量计,多声道,S600 型流量计算机,3、流量计算机,流量计算机是指计算、指示和存储标准条件下的流量（如体积流量、质量流量和能量流量）等参数的装置。,4、超声波流量计的特点应用范围广适用介质多原理上不受管径限制，适用于圆形、矩形管道可实现非接触测量，进行移动性测量无压力损失，操作费用低测量精度单声道不够理想，多声道可达0.5级介质温度不能太高（受换能器耐温限制），一般2
12、00技术复杂，价格较高传播时间法超声波流量计只能用于清洁介质,夹装式换能器的安装管段式流量计的安装,5、超声波流量计的使用,信号传输电缆的敷设安装位置的确定及时核校定期维护,Daniel 气体超声波流量计,应 用 实 例,应 用 实 例,五、涡街流量计,根据流体自然振动形成的卡曼涡街原理制成。对物性变化不敏感，通用性好、无可动部件、运行可靠、维护方便。,1检测原理,旋涡发生体：非流线型柱状物体作用：形成并从发生体表面分离出旋涡（卡曼涡街）。,卡 曼 涡 街,卡曼涡街特点：平行交替出现、旋 向相反。,单侧旋涡发生频率与旋涡发生体两侧平均流速的关系：,式中，f：旋涡发生频率（Hz）；1：旋涡发生体
13、两侧的平均流速(m/s)；d：旋涡发生体迎流面宽度（m）；St：斯特劳哈尔系数。,流量方程：,式中，：管道内平均流速(m/s)；m：旋涡发生体两侧流通面积之和与管道横截面积之比。,体积总量：,2流量计结构类型,体积流量：,a）法兰型 b）夹持型,a）单旋涡发生体 b）多旋涡发生体,检测元件,热敏式、差动电容式、应力式、振动式、超声波式等。,热敏式检测法 灵敏度高，下限流速低，一般用于清洁、无腐蚀性介质。,应力式检测法 成本低、信号强、响应速度快、适应性强，应用较多。,差动电容式检测法 耐振、耐温性能好，抗干扰能力强。,a）热敏式 b）应力式 c）差动电容式,表体,一段直管，体内安装有旋涡发生体
14、和检测元件。,转换器,测量气体、蒸汽流量时，需进行温度、压力补偿。每台流量计配温度传感器、压力变送器，再与流量显示仪表组合，构成流量测量系统。,温度、压力补偿；自动修正流量特性，减小因低雷诺数、管道内径与仪表内径差异、温度等对仪表系数的影响；组态（根据不同测量条件和要求）；自诊断、报警（测量超范围、检测元件故障、输入信号中断等）；断电保护功能，电源中断时自动存储和保护所设参数、保持累积流量等；数字通信功能，经通信接口与PC机或DCS相连，实现数据传输。,智能型涡街流量计,一体化结构,3涡街流量计特点及应用,特点,无可动部件，结构简单牢固，安装维修方便；良好的介质适应性和通用性（气体、液体、蒸汽
15、）；输出数字脉冲信号，便于与计算机连接、无零点漂移、便于总量的计量；较宽的测量范围度，一般为10:1；压力损失小（约为孔板的1/21/4）；基本误差：1.0R2.0R；不适用于低雷诺数流量测量；仪表系数较低，故分辨率较低；流速分布变动、旋转流及管道振动将影响流量计的正常工作。,安装使用注意事项,安装场所避开强电磁干扰，避开振动源（管道振动）；注意流量计安装方式、方向；保证必要的上下游直管段长度；,表5-2 涡街流量计上下游直管段长度要求,管道内径应与仪表内径一致，法兰连接处不应有明显的毛刺及突出物；若加装流动调整器，注意与流量计之间的直管段长度；采用屏蔽电缆线（尽量用单独金属套管保护），布线时
16、远离强功率电源线；正确选择测量范围和仪表口径，使常用流量处于（1/22/3）Qmax；定期清洗；及时对仪表系数进行修正；按照使用说明书要求做好仪表投运前的检查工作和调整工作。,六、容积式流量计1、腰轮流量计工作原理组成 测量部分 联轴器 表头工作过程：体积总量大小：Q=4 N V0式中：N 腰轮转数 V0 计量室体积体积流量大小：=4 n V0 式中：n 腰轮转速,腰 轮 形 状,2、腰轮流量计显示部分（表头）总量积算 腰轮转数N通过联轴器传递到表头（传动齿轮、调整齿 轮、机械计数器）。腰轮转数通过传动齿轮，取得一个恰当的传动比后，使机械计数器的数字轮转动，显示流过流量计的体积值。瞬时流量显示
17、与信号远传 在表头内设置脉冲发生器，将腰轮转数转换成相应的电脉冲数，远传后由显示仪表对脉冲信号进行累积、计数处理，以显示流体的流量与总量。,3、腰轮流量计的特性 测量精度高 0.2%0.5%一般测量，气体：1%，1.5%量程比宽 51101，2011201,压力损失,安装方便起步流量和停止流量低寿命长,4、安装及使用合理选择流量计的规格和材料。安装流量计前，必须彻底清洗管线。流量计安装方向。,流量计前必须安装过滤器。被测流体的温度不得超过流量计规定的使用温度。定期维护。定期检验标定。,5、实例 LLQ-20气体腰轮流量计,技术指标：,型号：LLQ-20口径（公称通径）：25 mm最大流量：20
18、 m3/h精确度：1.5%压力等级（公称压力）：0.6 MPa最大压损：180 Pa工作温度：-1080量程比：201起步流量：0.05 m3/h,成 分 检 测,一、工业分析仪表分类,1、热学式分析仪表：热导式2、磁学式分析仪表：热磁式3、光学式分析仪表：红外吸收式4、色谱式分析仪表：气相、液相色谱仪5、电化学式分析仪表：氧化锆氧量分析仪,二、可燃气体检测报警仪1、作用：测量泄漏的可燃气体(天然气)浓度 2、组成：采样器、检测器、指示器、报警显示器、电源 采样器：气体吸入口式 带过滤器的气体吸入口式 管线过滤式 水冷除湿式,检测器（结构型式）：扩散式：可燃气体自然扩散进入检测器内 特点：测量
19、结果易受影响；反应速度较慢 吸入式：检测器内部有一个吸气泵，连续把气体吸入到检测元件内部（强制抽吸）特点：反应速度快；不受环境条件影响。,3、常用可燃气体检测仪及工作原理 接触燃烧式（应用最广）、半导体式（气敏元件式）、热导式、红外线吸收式等。接触燃烧式,测量电路,半导体式 检测元件：在金属氧化物（如氧化锡SnO2）内埋入两根测量电极，安装在现场探头内，作为平衡电桥的一个灵敏测量臂。,固定式：,手持式：由电池供电，一般用于移动检查。其体积小、重量轻，携带方便，操 作简单，指示直观，使用安全。,考虑风向；注意环境温度、湿度的影响；安装场所无振动、无强电磁场干扰；房间内存在空气流动或对流情况时,检
20、测器安装位置的选择。,5、应用 安装 总原则：保证可燃气体能充分与检测器接触。注意气体密度；,4、报警点的设定,可燃气体检测器（燃气站场）,可燃气体检测器（燃气站场）,可燃气体报警器,使用选用检测器时，注意防爆级别问题；注意应用场所；注意测量范围；防水；通电情况下，严禁在现场拆装检测器；,日常维护 校准 校准可燃气体检测器所用的量程气，最好选用被测气体作为标样（半年）。,三、工业气相色谱仪1、色谱分析法,混合气体分离过程,气固色谱气液色谱,2、气相色谱仪组成,恒温炉 给分析器提供恒定的温度。在程序升温型的色谱 仪中，还需要设置程序升温炉供色谱柱按程序升温。自动进样阀 周期性向色谱柱送入定量样品
21、。色谱柱系统 利用各种物理化学方法将混合组分分离开。检测器 据某种物理或化学原理将分离后的组分浓度信号转换成电量。,分析器,Daniel 公司2350型控制器配置：防爆型（危险环境）机架固定型（安全场所）紧凑型（便携式 安全场所）,控制器,控制器中包括电子元件和端口。功能：炉温控制、进样、柱切和流路切换系统的程序控制、对检测器信号进行放大处理和数值计算、本机显示操作和信号输出、远程通信等。,采样调节系统（SCS）,采样部分为安装在工艺管道上的探头，调节部分位于进气端和分析仪采样入口之间，SCS的标准配置中包括：,采样探头 减压阀 隔离阀 过滤器 取样器管路,3、气相色谱仪的定性、定量分析 定性
22、分析：滞留时间法、加入纯物质法 定量分析：归一化法、外标法,站场监控及SCADA系统,压力、温度、流量、液位 成分量 天然气组分 密度 水露点 空气中天然气的含量 硫化氢含量,一、工艺站场过程变量的检测,站内需检测的过程变量：,二、检测控制原则1、三级控制方式（模式）2、各控制回路及站控系统在控制模式切换时，应为无扰动切换平滑过渡）。3、检测和控制系统反应速度应快，并且有完善的容易识别的声光报警系统。,4、为站场安全，对于象火灾及紧急事故应单独设置十分可靠的紧急截断系统。,三、SCADA系统（以计算机为核心的监控与数据采集系统）简介 1、SCADA的构成 调度控制中心 三部分 远程监控站 SC
23、S（站控系统）、RTU 通信系统,SCADA系统框图,SCADA系统可选择以下操作模式中的一种进行工作：,站控级 远程监控站对所在站进行自动检测和控制，上传数据，接收指令。,调度控制中心级 调度控制中心对全线集中监视、控制、协调、管理。,现场设备级 站场单体设备的控制系统对设备进行自动手动控制。,就地控制级 对单台设备进行就地控制（手动、自动）。,2、控站系统（SCS）站控系统组成,典型站场站控系统配置图,过程控制单元*处理器模件*I/O 模件 AI、AO、RTD、DI、DO、PI、,站场监控及SCADA系统,*电源,安全仪表系统（紧急停车系统）组成：检测仪表：压力、温度、火灾、可燃气浓度等传
24、感器 控制器：采用独立的控制单元（PLC）执行单元：ESD阀门、安全切断阀、压缩机等,操作员工作站操作员界面：不同操作权限的操作人员通过不同的用户名和密码进行登录，从而达到安全的目的。,数据通信系统 调度控制中心与沿线远方监控站之间采用光纤、卫星、电信公网等方式进行通信。多通信方式互为备用，主、备信道自动切换。,站控系统功能 数据采集、存储和处理；动态显示；提供各种人机对话窗口；,工艺参数越限及设备故障报警数据及处理；流量计算，控制；打印 数据通信管理等。,调控中心功能对全线运行实行统一管理，监测沿线各站主要运行参数和设备运行状态；下达调度和操作命令；,3、调度控制中心调控中心组成,远方设定与控制；运行参数、状态及动态趋势显示，工艺流程显示，打印；数据处理、分析及调度管理决策指导；,系统运行优化模拟预测，模拟培训；数据通信网络的监控和管理；（信道切换）系统时钟同步；应用软件开发、系统重新组态等。,调度控制中心配置框图,返回,结 束,谢 谢！,
