培训资料之仪表部分

前言

自动化技术是当代发展迅速、应用广泛、最引人瞩目的高新技术之一，在某种程度上，可以说自动化是现代化的同义词。工业自动化技术，就是在没有人直接参与的情况下，通过自动控制装置或系统，对生产过程、工艺参数、技术指标、产品要求等进行自动的调节与控制，使之达到预定的技术指标。自动化技术的水平，将直接影响到产品的质量、产量、成本、劳动生产率、预期生产和盈利目标的完成。

我厂煤制油工艺是世界上第一套利用原煤作为原料，在高温、高压、催化剂、临氢条件下生产石油产品的工业化大型生产装置，其所采用的自动控制系统具有技术先进、高精度、高可靠性、高灵活性等特点，将会确保全厂装置安全、平稳、长周期、满负荷和高质量运行，将会极大地提高企业的生产能力和经济效益。

本章将从以下几个部分着手，结合本厂实际，有代表性的讲解工业自动化的基础理论和实际应用等方面的知识。

第一节 DCS、ESD及现场总线技术

一、 DCS 系统 1. 概述

DCS(DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM)即集散型控制系统,是利用计算机技术对生产过程进行集中检测、操作、

管理和分散控制的一种新型控制技术，是由计算机技术、信号处理技术、测量控制技术、通讯网络技术、 CRT技术、图形显示技术及人机接口技术相互渗透发展而产生的。它实现了控制系统的功能分散，负荷分散，危险分散以及集中管理。DCS既不同于分散的仪表控制，又不同于集中式计算机控制系统，而是克服了二者的缺陷集中了二者的优势。

DCS采用的是标准化、模块化和系列化的设计，由过

程控制级、控制管理级和生产管理级组成一个以通讯网络为纽带的集中显示而操作管理、控制相对分散的实用系统。它具有如下特点：

（１） 自主性；（２） 协调性；（３） 在线性与实时性；（４） 高可靠性；（５） 适应性、灵活性和可扩充性；（6） 友好性。

各DCS厂商（以Honeywell、Emerson、Foxboro、横河、ABB为代表）纷纷提升DCS系统的技术水平，并不断地丰富其内容。总的发展趋势可体现在如下几个方面：各制造厂商都在“开放性”上下功夫，力求使自己的 DCS与其他厂商的产品很容易地联网；大力发展和完善 DCS 的通信功能，并将生产过程控制系统与工厂管理系统连结在一起，形成管控一体化；高度重视系统的可靠性，在软件的设计中采用容错技术；在控制功能中，不断引进各种先进控制

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理论，以提高系统的控制性能，如自整定、自适应、最优、模糊控制等；在系统规模和结构上，形成由小到大的产品，以适应不同规模的需求。

当今Honeywell 公司最新推出的Experion PKS（过程知识系统）、Emerson 公司的Plant Web (Emerson Process Management)、Foxboro公司的A2、横河公司的R3（PRM-工厂资源管理系统）和ABB公司的 Industrial IT 系统代表了目前DCS的最新技术特点。而以和利时、浙大中控、上海新华为代表的国内DCS厂家经过10年的努力，各自推出自己的DCS系统：和利时推出MACS－SmartproDCS系统、浙大中控推出Web field(ECS)系统、新华推出XDPF-400系统。三家积极努力，为DCS在国内工业企业的普及应用，特别是在中小型企业中的应用做出了贡献。 2. Honeywell Pks 集散型控制系统 （1） 简介 Experion PKS系统包含了霍尼韦尔公司三十年来在过程控制、操作管理、行业知识等方面积累的经验，采用最先进的开放平台和网络技术，为工业企业提供一个统一的、全厂的、自过程控制、设备和资产管理、直至生产管理、集成制造等一体化的知识系统体系结构和全系列的解决方案。

PKS是具有最先进的DCS能力的、统一的、协作的体系结构。它最大的特点是采用容错以太网技术，具有先进的、鲁棒式的分布式控制系，它提供方便的知识共享和工作流的

管理，使企业人员与最先进的自动化技术结合在一起，并使企业人员也相互联系在一起。 Experion PKS 系统主要包括:

① 调节控制和逻辑控制一体化的C200混合控制器 ② 和EPKS系统一体化的高可靠性的故障安全控制器FSC

③ 多种类型的常规的、智能的输入/输出子系统和各种类型现场总线的集成 ④ 方便的基于Windows 的操作、应用环境 ⑤ 先进的HMIWeb技术的人机界面

⑥ 支持OPC等开放式标准，提供多种第三方控制器的通讯接口 ⑦ 鲁棒的、高可靠性的容错以太网FTE ⑧ 高效的分布式系统体系结构DSA

⑨ 全系列的先进控制、设备和异常状态管理、经营管理等集成制造解决方案 （2） 系统组成

DCS一般由五部份组成：控制器、I/O板、操作站、通讯网络、图形及编程软件。尽管若干年以前就有人判定DCS即将被FCS（现场总线控制系统）所取代，然而直至今日，DCS仍然具有相当的生命力。 （3） 煤液化应用

煤液化项目联合控制室UCR1-UCR5采用HONEYWELL PKS系统，单元控制室采用SCADAP32P控制器。

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二、 ESD 系统 1. 概述

ESD是英文Emergency Shutdown Device的缩写，即紧急停车系统。这种专用的安全保护系统是90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。

ESD紧急停车系统按照安全原则要求，于DCS集散控制系统，其安全级别高于DCS。

为何要设置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可以避免人为误的动作。 2. TRICON ESD 系统

（1） 简介 Tricon 控制器是一种三重化冗余（Triple Modular Redundant—TMR）控制器，它采用“三取二”表决方式工作。由于该控制器是美国Triconex 公司开发的，所以也称其为Tricon 控制器。

另外，Tricon 控制器也是特指Triconex 公司开发的TMR产品，以别于其它公司开发的TMR产品。 （2）系统组成

Tricon三重化冗余容错控制器是通过三重模件冗余结构（TMR）实现容错的，不论是结构的硬件故障，还是内部或外部的瞬时故障，Tricon控制器都能做到无差错，不会中断控制。Tricon 控制器三重化结构如下图所示。

输入

表决器输出

输入分电路C 主处理器C 输出分电路C 输入分电路B 输入分电路A 三总线 自动热备用 I/O总线 主处理器A 三总线 输出分电路B 输出分电路A 自动热备用 主处理器B I/O总线 Tricon 控制器三重化结构

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TRICON系统（TMR）的每一个数字输入/输出模件都包含三个完全相同的相互隔离的支路。每一个支路含有一个I/O微处理器，并从它的相应的主处理器上的I/O通讯处理器接收其输出表。

（3） 煤液化应用

煤液化项目的联锁保护系统采用的是Triconex 公司的TMR三重化冗余控制系统，满足TUV6的认证要求，达到SIL3的安全等级。 三、 PLC 系统 1. 概述

PLC英文全称是Programmable Logic Controller ,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是: 一种数字运算操作的电子系统，是专为在工业环境中应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出来控制各种类型的机械或生产过程。

可编程序控制器是六十年代末在美国首先出现的，目的是用来取代继电器，以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能，故也称它为顺序控制器（Sequence Controller）。 2. 系统组成

可编程序控制器硬件由五部分构成:

（1）处理器（ Central Processor Unit 简称CPU）；（2）电源 （Power Supply）；（3）输入组件（Inputs）； （4）输出组件（Outputs）；（5）编程器（Programmer）。 3. PLC的主要特点

（1） 可靠性；（2） 丰富的I/O接口模块；（3）采用模块化结构；（4）编程简单易学；（5）安装简单，维修方便 。 4. PLC的功能

（1）逻辑控制；（2）定时控制；（3）计数控制；（4）步进(顺序)控制；（5）PID控制；（6）数据控制；（7）通信和联网；（8）其它：PLC还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求，如：定位控制模块，CRT模块。 5. PLC图例

（1）基本逻辑门符号

基本逻辑运算常用的逻辑门图形符号，如下图所示：

&>11

(a) 与门 (b) 或门 (c) 非门

图 基本逻辑门

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（2） 组合逻辑运算

① 组合逻辑运算

将基本逻辑运算进行各种组合，可以获得与非、或非、与或非、异或、同或等组合逻辑运算。 ② 组合逻辑门符号

与基本逻辑运算有对应的逻辑门一样，组合逻辑运算也有相应的逻辑门符号，这些符号基本上是由基本逻辑门的与门、或门和非门符号组合而成，见图。

≥1&≥1&=1=1

(a) 与非门 (b) 或非门 (c) 与或非门 (d) 异或门 (e) 同或门

图 各种组合逻辑门

6. 煤液化装置主要应用

PLC在煤液化项目中应用较多，如泵、压缩机、透平等。 四、 现场总线 1. 概述

现场总线（FCS）是连接现场智能设备和自动化控制设备的双向串行、数字式、多节点通信网络，它也被称为现场底层设备控制网络（INFRANET）。分布式的FCS系统比DCS系统更好地体现了“信息集中，控制分散\"的思想。 2. 结构

随着现场总线技术的出现和成熟，促使了控制系统由集散控制系统（DCS）向现场总线控制系统（FCS）的过渡。在一般的FCS系统中，遵循一定现场总线协议的现场仪表可以组成控制回路，使控制站的部分控制功能下移分散到各个现场仪表中。从而减轻了控制站负担，使得控制站可以专职于执行复杂的高层次的控制算法。对于简单的控制应用，甚至可以把控制站取消，在控制站的位置代之以起连接现场总线作用的网桥和集线器，操作站直接与现场仪表相连，构成分布式控制系统。 3. 特点

分布式的FCS系统比DCS系统更好地体现了“信息集中，控制分散\"的思想。与传统的DCS 相比，FCS有其自身的特点。FCS系统具有高度的分散性，它可以由现场设备组成自治的控制回路。FCS的结构比DCS简化。有的FCS系统省略了DCS中控制站这一层，操作站直接与现场仪表相连。这些使FCS的可靠性得到提高。 现场总线系统具有开放性。系统的开放性决定了它具有互操作性和互用性。作为工厂网络底层的现场总线还对现场环境有较强地适应性。

由于结构上的改变，FCS比DCS更节约硬件设备。与此同时，FCS比DCS性能有所提高。 4. 现场总线的优点

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由于现场总线具有以上特点，特别是其系统结构的简化，使其从设计、安装、投运到正常生产运行及检修维护，都体现出优越性。它不仅节省了硬件数量与投资，节省了安装费用，而且系统的维护开销也大大地降低。现场总线控制系统不仅精确度与可靠性高，在方便使用和维护性方面，FCS也比DCS有优势。FCS使用统一的组态方式，安装、运行、维修简便；利用智能化现场仪表，使维修预报（Predicted maintenance）成为可能；由于系统具有互操作性和互用性，用户可以自由选择不同品牌的设备达到最佳的系统集成，在设备出现故障时，可以自由选择替换的设备，保障用户的高度系统集成主动权。 此外，它还具有设计简单，易于重构等特点。 5. 发展趋向

传统的集散控制系统（DCS系统）具有集中监控、分散控制、操作方便的特点。但是，在实际应用中也发现DCS的结构存在一些不足之处，如控制不能做到彻底分散，危险仍然相对集中；由于系统的不开放性，不同厂家的产品不能互换、互联，了用户的选择范围。利用现场总线技术，开发FCS系统的目标是针对现存的DCS的某些不足，改进控制系统的结构，提高其性能和通用性。

FCS想要在实际中取代DCS，既要具备DCS所具有的功能，又要能克服DCS的缺点。FCS由于采用了现场总线技术，在开放性、控制分散等方面优于传统DCS。但是由于它是一种新技术，目前连标准本身都还没有制定统一，因此FCS与成熟的DCS相比，还存在下列的一些欠缺。

（1）由于现场总线标准本身尚在发展中，从而给产品的开发和测试带来难度。

（2）在某些场合中，FCS还无法提供DCS已有的控制功能。 （3）目前FCS成功的应用实例不多，难以评估实际应用效果。

由于以上这些原因，FCS取代DCS将是一个逐渐的过程。在这一过程中，会出现一些过渡型的系统结构，如在DCS中以FCS取代DCS中的某些子系统。用户将现场总线设备连接到的现场总线网络服务器，服务器配有DCS中连接操作站的上层网络接口，与操作站直接通信。在DCS的软件系统中可增添相应的通信与管理软件，这样不需要对原有控制系统作结构上作出较大变动。

第二节 现场仪表技术

一、仪表的各种测量误差及参数 1. 关于测量的概念

根据国际通用计量学基本名词的推荐“测量是以确定量为目的的一组操作”。这里的量值均指物理量而言。测得的物理量值是一个名数, 它由表示物理量的数值和物理量的单位组成。同一物理量, 由于所选择的单位不同, 得到测量结果的数值也不同。因此, 在给出测量值大小的同时一定要给出所用的测量单位。 2. 测量方法

测量方法是完成测量任务所采用的手段。一般是根据给定的原理规定出在测量中所涉及的运算和实际操作。

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在测量过程中由于测量对象、测量环境、测量参数不同, 采用着各式各样的测量仪表和测量方法。 （1）简单测量 当选用适当的测量仪表即可直接完成测量任务, 即可测得足够精度的被测物理量的大小时, 常把这种测量称为简单测量。

（2） 直接测量 任何测量都包含不同的简单测量。如果在测量过程中只包括一项简单测量和只根据一些已知数据对测量结果运算就可以得到被测物理量的大小, 常把这种测量称为直接测量。

（3） 间接测量 如果对被测物理量的测量包括两个或两个以上的简单测量, 或包括根据若干直接测量结果来计算出最后测量结果, 这种测量称为间接测量, 也叫非直接测量。 3. 测量仪表的性能指标

仪表运行特性通常分为静态特性和动态特性两大类。 （1） 测量仪表的静态特性 ① 精确度

与精确度有关的指标有三个: 精密度、正确度和精确度等级。

a．精密度 它说明测量仪表表示值的不一致程度。即对某一稳定的被测量在相同的规定的工作条件下, 由同一测量者用同一仪表在相当短的时间内连续重复测量多次, 其测量结果的不一致程度。 b．正确度 它说明表示值有规律地偏离真值大小值的程度。

c．精确度 它是精密度和正确度两者的总和, 即测量仪表给出接近于被测 真值的能力。

d．精确度等级 它是指在规定的工作条件下, 仪表最大允许误差相对于仪表测量范围的百分数也称精度等级。

② 稳定性

它是指在规定的工作条件保持恒定时在规定时间内仪表性能保持不变的能力。一般用精密度数值和观测时间长短表示。 ③ 影响系数

影响系数是仪表性能的重要指标。由于仪表实际工作条件要比标准工作条件差很多, 此时影响量的作用可以用影响系数来表示。它是示值变化与影响量变化之间的比值。 ④ 仪表静态输入-输出特性

仪表静态输入-输出特性由灵敏度、灵敏限、分辨率、线性度、滞环、量程等特性表示。

a．灵敏度 它表征仪表在稳态输出增量与输入增量之间的比值, 是静态特性曲线上相对应的斜率。 b．灵敏限 当仪表的输入量从零不断增加时, 在仪表示值发生可察觉的极微小变化时, 此时对应的输入量的最小变化值, 称为灵敏限。

c．分辨率 它表示仪表能够检测到被测量最小变化的本领。

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d．线性度 通常用实际校验曲线与一条通过特性曲线上、下限值的端基直线之间的最大偏差值与最大值之比来衡量。

⑤ 死区、回差和滞环

a．死区 它是指不会引起仪表输出的输入值最大变化的范围。

b．回差 它是指在仪表全部测量范围内被测量值上行和下行所得到的两条 特性曲线之间的最大偏差。 c．滞环 它是指在仪表全部测量范围内被测量值上行和下行所得到的两条特性曲线之间的最大偏差与死区之差。

⑥ 量程 它是指测量上下限之间的代数差。 （2） 测量仪表的动态特性及动态误差 ① 动态特性

测量仪表的动态特性是仪表在动态工作中所呈现的特性, 它决定仪表测量快变参数的精度, 通常用稳定时间和极限频率来概括表示。

所谓稳定时间是指给仪表一个阶跃输入, 从阶跃开始到输出信号进入并不再超出对最终稳定值规定的允许误差时的时间间隔,稳定时间又称阻尼时间。

极限频率是指一个仪表的有效工作频率。在这个频率以内仪表的动态误差不超过允许值。 ② 动态误差

动态误差是仪表随时间变化的被测量时所具有的误差, 其数值是动态与静态测量结果的差值。动态误差属于规律性误差。

③ 仪表的各种测量误差（参数）

传感器和变送器在仪器、仪表和工业自动化领域中起着举足轻重的作用。但是在实际测量过程中，往往由于仪表本身性能、安装使用环境、测量方法及操作人员疏忽等主客观因素的影响，使得测量结果与被测量的真实值之间存在一些偏差，这个偏差就称为测量误差。 4. 误差的分类

误差的分类方法很多，如按误差出现的规律来分，可分为系统误差、偶然误差和疏忽误差；按仪表使用条件来分，有基本误差、附加误差；按被测量变量随时间变化的关系来分，有静态误差、动态误差等等。一般经常用绝对误差、相对误差和引用误差等来表示仪表的性能指标。

① 绝对误差

绝对误差是指仪表的测量值与被测变量真实值之差,即△C＝Cm-Cr。 ② 相对误差

相对误差是指测量的绝对误差与被测变量的真实值之比，即Ca=△C/Cr。 ③ 引用误差

测量仪表的准确性不仅与绝对误差和相对误差有关，而且还与仪表的测量范围有关。工业仪表通常用引用误

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差来表示仪表的准确程度，即绝对误差与测量范围的比值，以百分数表示，Ca=△C/(Cmax-Cmin)x100%。 在正常使用条件下，仪表测量结果的准确程度叫仪表的准确度（精确度），按数值的大小分为不同的等级，它是衡量仪表质量优劣的重要指标之一。一般用最大引用误差去掉正、负号及百分号来表示准确度等级（精确度等级）。我国工业仪表等级一般划分为…、0.05、0.1、0.25、0.35、0.5、1.0、1.5、2.5、4.0、…。 二、仪表分类及选用原则 1. 检测与过程控制仪表分类

检测与过程控制仪表（通常称自动化仪表）分类方法很多，根据不同原则可以进行相应的分类。例如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、单元组合仪表和综合控制装置；按仪表安装形式，可以分为现场仪表、盘装仪表和架装仪表；随着微处理机的蓬勃发展，根据仪表有无引入微处理机（器）又可分为智能仪表与非智能仪表。根据仪表信号的形式可分为模似仪表和数字仪表。

显示仪表根据记录和指示、模拟与数字等功能，又可分为记录仪表和指示仪表、模拟仪表和数显仪表，其中记录仪表又可分为单点记录和多点记录（指示亦可以有单点和多点），其中又有在纸记录或无纸记录，若是有纸记录又分笔录和打印记录。

调节仪表可是以分为基地式调节仪表和单元组合式调节仪表。由于微处理机引入，又有可编程调节器与固定程序调节器之分。

执行器由执行机构和调节阀两部分组成。执行机构按能源划分为气动执行器、电动执行器和液动执行器，按结构形式可以分为薄膜式、活塞式（气缸式）和长行程执行机构。调节阀根据其结构特性和流量特性不同进行分类，按结构特点通常分为直通单座、直通双座、三通、角形、隔膜、蝶形、球阀、偏心旋转、套筒（笼式）、阀体分离等，按流量特性分为直线、对数（等面分比）、抛物线、快开等。

这类分类方法相对比较合理，仪表覆盖面也比较广，但任何一种分类方法均不能将所有仪表分门别类地划分得井井有序，它们中间互有渗透，彼此沟通。例如变送器具有多种功能，温度变送器可以划归温度检测仪表，差压变送器可以划归流量检测仪表，压力变送器可以划归压力检测仪表，若用静压法测液位可以划归物位检测仪表，很难确切划归哪一类，中外单元组合仪表中的计算和辅助单元也很难归并。 2. 变送器的选用原则 （1）各类变送器的特点

传感器和变送器在仪器、仪表和工业自动化领域中起着举足轻重的作用。与传感器不同，变送器除了能将非电量转换成可测量的电量外，一般还具有一定的放大作用。下面简单地介绍各类变送器的特点。 ① 一体化温度变送器

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。

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热电阻温度变送器是由基准单元、R/V转换单元、线性电路、反接保护、限流保护、V/I转换单元等组成。测温热电阻信号转换放大后，再由线性电路对温度与电阻的非线性关系进行补偿，经V/I转换电路后输出一个与被测温度成线性关系的4～20mA的恒流信号。

热电偶温度变送器一般由基准源、冷端补偿、放大单元、线性化处理、V/I转换、断偶处理、反接保护、限流保护等电路单元组成。它是将热电偶产生的热电势经冷端补偿放大后，再由线性电路消除热电势与温度的非线性误差，最后放大转换为4～20mA电流输出信号。为防止热电偶测量中由于电偶断丝而使控温失效造成事故，变送器中还设有断电保护电路。当热电偶断丝或接解不良时，变送器会输出最大值（28mA）以使仪表切断电源。 一体化温度变送器具有结构简单、节省引线、输出信号大、抗干扰能力强、线性好、显示仪表简单、固体模块抗震防潮、有反接保护和限流保护、工作可靠等优点。

一体化温度变送器的输出为统一的4～20mA信号,可与微机系统或其它常规仪表匹配使用,也可按用户要求做成防爆型或防火型测量仪表。 ② 压力变送器

压力变送器也称差压变送器，主要由测压元件传感器、模块电路、显示表头、表壳和过程连接件等组成。它能将接收的气体、液体等压力信号转变成标准的电流电压信号，以供给指示报警仪、记录仪、调节器等二次仪表进行测量、指示和过程调节。

压力变送器的测量原理（以电容式为例）是：过程压力通过两侧或一侧隔离膜片，灌充液作用在δ元件(即敏感元件)内张紧的测量膜片上，测量膜片与两侧绝缘体上的电容极板各组成一个电容器，在无压力通入或两侧压力均等时测量膜片处于中间位置，两个电容器的电容量相等.当两侧压力不一致时，致使测量膜片产生位移，其位移量和压力差成正比，这种位移转变为电容极板上形成的差动电容。由电子线路把差动电容转换成4-20mADC的二线制电流信号。压力变送器和绝对压力变送器的工作原理和差压变送器相同，所不同的是低压室压力是大气压或真空。压力变送器根据测压范围可分成一般压力变送器（0.001MPa～20MP3）和微差压变送器（0～30kPa）两种。

③ 液位变送器 a．浮球式液位变送器

浮球式液位变送器由磁性浮球、测量导管、信号单元、电子单元、接线盒及安装件组成。

一般磁性浮球的比重小于0.5，可漂于液面之上并沿测量导管上下移动。导管内装有测量元件，它可以在外磁作用下将被测液位信号转换成正比于液位变化的电阻信号，并由电子单元转换成4～20mA或其它标准信号输出。该变送器为模块电路，具有耐酸、防潮、防震、防腐蚀等优点，电路内部含有恒流反馈电路和内保护电路，可使输出最大电流不超过28mA，因而能够可靠地保护电源并使二次仪表不被损坏。 b．浮筒式液位变送器

浮筒式液位变送器是将磁性浮球改为浮筒，它是根据阿基米德浮力原理设计的。浮筒式液位变送器是利用微

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小的金属膜应变传感技术来测量液体的液位、界位或密度的。它在工作时可以通过现场按键来进行常规的设定操作。

c．静压或液位变送器

该变送器利用液体静压力的测量原理工作。它一般选用硅压力测压传感器将测量到的压力转换成电信号，再经放大电路放大和补偿电路补偿，最后以4～20mA或0～10V的电流方式输出。 ④ 电容式物位变送器

电容式物位变送器适用于工业企业在生产过程中进行测量和控制生产过程，主要用作类导电与非导电介质的液体液位或粉粒状固体料位的远距离连续测量和指示。

电容式液位变送器由电容式传感器与电子模块电路组成，它以两线制4～20mA恒定电流输出为基型，经过转换，可以用三线或四线方式输出，输出信号形成为1～5V、0～5V、0～10mA等标准信号。电容传感器由绝缘电极和装有测量介质的圆柱形金属容器组成。当料位上升时，因非导电物料的介电常数明显小于空气的介电常数，所以电容量随着物料高度的变化而变化。变送器的模块电路由基准源、脉宽调制、转换、恒流放大、反馈和限流等单元组成。采用脉宽调原理进行测量的优点是频率较低，对周围无射频干扰、稳定性好、线性好、无明显温度漂移等。

⑤ 超声波变送器

超声波变送器分为一般超声波变送器（无表头）和一体化超声波变送器两类，一体化超声波变送器较为常用。 一体化超声波变更新器由表头（如LCD显示器）和探头两部分组成，这种直接输出4～20mA信号的变送器是将小型化的敏感元件（探头）和电子电路组装在一起，从而使体积更小、重量更轻、价格更便宜。超声波变送器可用于液位。物位的测量和开渠、明渠等流量测量，并可用于测量距离。 ⑥ 锑电极酸度变送器

锑电极酸度变送器是集PH检测、自动清洗、电信号转换为一体的工业在线分析仪表，它是由锑电极与参考电极组成的PH值测量系统。在被测酸性溶液中，由于锑电极表面会生成三氧化二锑氧化层，这样在金属锑面与三氧化二锑之间会形成电位差。该电位差的大小取决于三所氧化二锑的浓度，该浓度与被测酸性溶液中氢离子的适度相对应。如果把锑、三氧化二锑和水溶液的适度都当作1，其电极电位就可用能斯特公式计算出来。 锑电极酸度变送器中的固体模块电路由两大部分组成。为了现场作用的安全起见，电源部分采用交流24V为二次仪表供电。这一电源除为清洗电机提供驱动电源外，还应通过电流转换单元转换成相应的直流电压，以供变送电路使用。第二部分是测量变送器电路，它把来自传感器的基准信号和PH酸度信号经放大后送给斜率调整和定位调整电路，以使信号内阻降低并可调节。将放大后的PH信号与温度补偿信号进行迭加后再进入转换电路，最后输出与PH值相对应的4～20mA恒流电流信号给二次仪表以完成显示并控制PH值。 ⑦ 酸、碱、盐浓度变送器

酸、碱、盐浓度变送器通过测量溶液电导值来确定浓度。它可以在线连续检测工业过程中酸、碱、盐在水溶

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液中的浓度含量。这种变送器主要应用于锅炉给水处理、化工溶液的配制以及环保等工业生产过程。 酸、碱、盐浓度变送器的工作原理是：在一定的范围内，酸碱溶液的浓度与其电导率的大小成比例。因而，只要测出溶液电导率的大小变可得知酸碱浓度的高低。当被测溶液流入专用电导池时，如果忽略电极极化和分布电容，则可以等效为一个纯电阻。在有恒压交变电流流过时，其输出电流与电导率成线性关系，而电导率又与溶液中酸、碱浓度成比例关系。因此只要测出溶液电流，便可算出酸、碱、盐的浓度。

酸、碱、盐浓度变送器主要由电导池、电子模块、显示表头和壳体组成。电子模块电路则由激励电源、电导池、电导放大器、相敏整流器、解调器、温度补偿、过载保护和电流转换等单元组成。 ⑧ 电导变送器

它是通过测量溶液的电导值来间接测量离子浓度的流程仪表（一体化变送器），可在线连续检测工业过程中水溶液的电导率。

由于电解质溶液与金属导体一样是电的良导体，因此电流流过电解质溶液时必有电阻作用，且符合欧姆定律。但液体的电阻温度特性与金属导体相反，具有负向温度特性。为区别于金属导体，电解质溶液的导电能力用电导（电阻的倒数）或电导率（电阻率的倒数）来表示。当两个互相绝缘的电极组成电导池时，若在其中间放置待测溶液，并通以恒压交变电流，就形成了电流回路。如果将电压大小和电极尺寸固定，则回路电流与电导率就存在一定的函数关系。这样，测了待测溶液中流过的电流，就能测出待测溶液的电导率。 电导变送器的结构和电路与酸、碱、盐浓度变送器相同。 ⑨ 智能变送器

智能式变送器是由传感器和微处理器（微机）相结构而成的。它充分利用了微处理器的运算和存储能力，可对传感器的数据进行处理，包括对测量信号的调理（如滤波、放大、A/D转换等）、数据显示、自动校正和自动补偿等。

微处理器是智能式变送器的核心。它不但可以对测量数据进行计算、存储和数据处理，还可以通过反馈回路对传感器进行调节，以使采集数据达到最佳。由于微处理器具有各种软件和硬件功能，因而它可以完成传统变送器难以完成的任务。所以智能式变送器降低了传感器的制造难度，并在很大程主上提高了传感器的性能。另外，智能式变送器还具有以下特点：具有自动补偿能力，可通过软件对传感器的非线性、温漂、时漂等进行自动补偿；可自诊断，通电后可对传感器进行自检，以检查传感器各部分是否正常，并作出判断；数据处理方便准确，可根据内部程序自动处理数据，如进行统计处理、去除异常数值等；具有双向通信功能。微处理器不但可以接收和处理传感器数据，还可将信息反馈至传感器，从而对测量过程进行调节和控制；可进行信息存储和记忆，能存储传感器的特征数据、组态信息和补偿特性等；具有数字量接口输出功能，可将输出的数字信号方便地和计算机或现场总线等连接。 （2） 传感器选用原则

现代传感器在原理与结构上千差万别，如何根据具体的测量目的、测量对象以及测量环境合理地选用传感

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器，是在进行某个量的测量时首先要解决的问题。当传感器确定之后，与之相配套的测量方法和测量设备也就可以确定了。测量结果的成败，在很大程度上取决于传感器的选用是否合理。 ① 根据测量对象与测量环境确定传感器的类型

② 灵敏度的选择 ③ 频率响应特性 ④ 线性范围 ⑤ 稳定性 ⑥ 精度 三、流量测量仪表

流量就是在单位时间内流体通过一定截面积的量。这个量用流体的体积来表示称为瞬时体积流量（qv），简称体积流量；用流量的质量来表示称为瞬时质量流量（qm），简称质量流量。

流量计量单位一般有:

体积流量： m/h，L/h；质量流量： Kg/h，t/h；标准状态下气体体积流量： Nm/h

对在一定通道内流动的流体的流量进行测量统称为流量计量。根据测量原理，将流量测量方法分为几大类，下面分别说明其测量方法、特性等，并介绍几种常用的流量计。 1. 差压式流量计 （1） 概述

差压式流量计(Difference Press Flowmeter)简称DPF，是利用孔板节流原理，根据产生的差压、已知的流体条件和检测件与管道的几何尺寸来测量流量的仪表。 （2） 基本原理

充满管道的流体，当它流经管道内的节流件时，流速将在节流件处形成局部收缩，因而流速增加，静压力降低，于是在节流件前后便产生了压差。流体流量愈大，产生的压差愈大，这样可依据压差来衡量流量的大小。这种测量方法是以流动连续性方程(质量守恒定律)和伯努利方程(能量守恒定律)为基础的。压差的大小不仅与流量还与其他许多因素有关，例如当节流装置形式或管道内流体的物理性质(密度、粘度)不同时，在同样大小的流量下产生的压差也是不同的。在正常情况（介质物理参数保持不变）下，流量的大小是与孔板前后产生的压差的平方根成正比的，F＝k△P。

孔板是一块加工成圆形同心的具有锐利直角边缘的薄板。孔板开孔的上游侧边缘应是锐利的直角。标准孔板有三种取压方式：角接、法兰及D-D/2取压；如图所示。

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图 孔板的三种取压方式

在煤液化装置中楔形流量计也是仪表的选型之一，如FE1606、FE1706、FE1806等等。楔形流量计也是差压节流元件的一种，其结构如下图所示。其检测件为V形，设计合适时无滞流区，不会使管道堵塞，取压方式未标准化。

楔形流量计 1-高压取压口；2-低压取压口；3-测量管；4-楔形孔板；5-法兰

主要特点：

① 测量范围宽, 雷诺数500到数百万范围内, 流量和差压始终保持方根关系。 ② 精确度高,经标定的楔式流量计, 其流量系数基本误差在+0.5%内。 ③ 具有自清洁能力, 节流件上下游无滞流区。 ④ 永久压损比孔板小。

⑤ 它结构坚固、抗震性好，安装方便、操作简单且重复性好, 可靠性高。 ⑥ 寿命长, 成本低, 安装及维护方便 适用范围：

① 适合于低雷诺数流体的流量测量。

② 特别适合于高粘度流体、含固体颗粒液体、浆状流体，如燃料油、原油、废水、煤焦油、铁矿浆、油浆、碳黑溶液、两相流体等流量的测量。

③ 适合于公称直径DN25-DN300的管道。

④ 管嘴取压楔式流量计用于公称压力PN6.4MPa和温度450℃以下的各种场合；法兰取压式楔式流量计适用于公称压力PN4.0MPa以下的各种场合；其温度视差压变送器的耐温性能而定，一般在180℃以下。 （3） 差压计特点

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节流孔板结构易于复制，简单，牢固，性能稳定可靠，使用期限长，价格低廉。DPF应用领域极其广泛，至今尚无任何一类流量计可与之相比，封闭管道各种测量对象都有应用：流体方面，单相、混相、洁净、脏污；工作状态方面，常压、高压、真空、常温、高温、低温；管径方面，从几毫米到几米；流动条件方面：亚音速流、临界流、脉动流。缺点；如流出系数不稳定，线性差，重复性不高，准确度因受诸多因素影响也不高，易积污和易被磨损，压损较大，量程比（范围度）小，现场安装条件高，要求的直管段过长等。 （4） 安装使用注意事项

① 安装注意事项：

节流元件的安装要求包括方向要求（孔板圆柱形锐孔方向与流体流向一致）、管道条件(吹扫干净)、管道连接情况（节流件的前端面应与管道轴线垂直）、取压口位置（根据被测介质而定）、节流装置上下游直管段长度（节流件不同要求也不同）以及差压信号管路的敷设情况等。

② 使用注意事项

尽管DPF的设计、制造及安装等皆符合标准规定的要求，但如果不注意使用，也可能达不到设计精确度的要求。DPF检测件节流装置安装于现场各种工作场所，在长期运行后，无论管道或节流装置都会发生一些变化，如堵塞、结垢、磨损、腐蚀等等，因此节流件任何几何形状及尺寸的变化都会带来附加误差，因此定期检查检测件是必要的。使用者要及时检查工艺参数，对仪表进行修正或采取一些措施，如更换节流件，调整差压变送器量程等等。

另外，在起表时应注意避免差压表单向受压和承受高温，排放时注意隔离液的流失并防止产生燃烧、爆炸、中毒、污染等危险。注意引压管和变送器的保温伴热，防止介质冷凝，结晶等，影响测量。 2. 容积式流量计

（1） 概述

容积式流量计又称排量流量计（positive displacement flowmeter），简称PDF，在流量仪表中是精度最高的一类。它利用机械测量元件把流体连续不断地分割成单个已知的体积部分，根据计量室逐次、重复地充满和排放该体积部分流体的次数来测量流量体积总量。PDF流量计一般不具有时间基准，为得到瞬时流量值需要另外附加测量时间的装置。PDF品种繁多，可按不同原则分类。按测量元件结构分类有如下型式：转子式、刮板式、旋转活塞式、膜式等。 （2） 基本原理

典型的PDF（椭圆齿轮式）的工作原理如下图所示。两个椭圆齿轮具有相互滚动进行接触旋转的特殊形状。P1和p2分别表示入口压力和出口压力，显然p1>p2，图（a）下方齿轮在两侧压力差的作用下，产生逆时针方向旋转，为主动轮；上方齿轮因两侧压力相等，不产生旋转力矩，是从动轮，由下方齿轮带动，顺时针方向旋转。在(b)位置时，两个齿轮均在差压作用下产生旋转力矩，继续旋转。选装到(c)位置时，上方齿轮变为主动轮，下方齿轮则成为从动轮，继续旋转到与(a)相同位置，完成一个循环。一次循环动作排出四个由齿轮与壳壁间围成的新月形空腔的流体体积，该体积称作流量计的\"循环体积\"。

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设流量计\"循环体积\"为v，一定时间内齿轮转动次数为N，则在该时间内流过流量计的流体体积为V有V＝Nv 。虽然有许多分割方法形成各种形式的PDF，但大部分都有相似的基本特征。PDF产生误差的主要原因是分割单个流体体积的活动测量件和静止测量室之间的缝隙泄漏量所形成。 （3）特点

PDF计量精度高，没有前置直管段要求。PDF可用于高粘度流体的测量。范围度宽，一般为10：1到5：1，特殊的可达30：1或更大。PDF是直读式仪表，无需外部能源，可直接获得累计总量，操作简便。但是PDF结构复杂，体积大，笨重，故一般只适用于中小口径。与其他几类通用流量计（如差压式、浮子式、电磁式）相比，PDF的被测介质种类、介质工况（温度、压力）、口径局限性较大，适应范围窄。由于高温下零件热膨胀、变形，低温下材质变脆等问题，PDF一般不适用于高低温场合。目前可使用温度范围大致在-30～+160℃，压力最高为10MPa。大部分PDF仪表只适用洁净单相流体，含有颗粒、脏污物时上游需装过滤器（否则检测活动件易被卡死），既增加压损，又增加维护工作；如测量含有气体的液体必须装设气体分离器。部分形式PDF仪表（如椭圆齿轮式、腰轮式、旋转活塞式等）在测量过程中会给流动带来脉动，较大口径仪表还会产生噪声，甚至是管道产生振动。 （4） 安装及使用注意事项 ① 安装注意事项：

a.周围温度和湿度应符合制造厂规定，一般温度为-10(-15)～40（50）℃，湿度为10%～90%。

b.日光直射在夏季会使温度升高，接近辐射热的场所，亦会使温度升高 。这种场所应采取遮阳或隔热措施。

c.非防尘、防浸水型仪表应避开有腐蚀性气氛或潮湿场所，因为计算器减速齿轮等零部件会被腐蚀气体和昼夜温差结露所损坏。如无法避免，可采取内腔用洁净空气吹气(air pruge)方式保持微正压。

d.避开振动和冲击的场所。

e.要有足够空间便于安装和日常维护。

f.仪表姿势必须做到横平竖直，一般为水平安装。流动方向应与仪表壳体表明方向一致，一般只能作单方向测量，必要时在其下游装止逆阀，以免损坏仪表。与管道连接要使流量计不承受管线膨胀、收缩、变形和振动；防止系统因阀门及管道设计不合理产生振动，特别要避免谐振。PDF计量室与活动检测件的间隙很小，流体中颗粒杂质影响仪表正常运行，造成卡死或过早磨损。仪表上游必须安装过滤器，并定期清洗；测量气体在必要时应考虑加装沉渣器或水吸收器等保护性设备。用于测量液体管道必须避免气体进入管道系统，必要时设置气体分离器。

g.在连续使用的生产线上安装流量计时，应设置旁路管线和阀门，以便于清扫和检修。

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② 使用注意事项：

a.清洗管线 新投管线运行前要清扫，往往随后还要用实流冲洗，以去除残留焊屑垢皮等。此时先应关闭仪表前后截止阀，让液流从旁路管流过；若无旁路管，仪表位置应装短管代替。

b.排尽气体 通常实液扫线后，管道内还残留较多空气，随着加压运行，空气以较高流速流过PDF，活动测量元件可能过速运转，损伤轴和轴承。因此开始时要缓慢增加流量，使空气渐渐外逸。

c.旁路管切换顺序 液流从旁路管转入仪表时，启闭要缓慢，特别在高温高压管线上更应注意。启用时第1步徐徐开启旁路阀，液体先在旁路管流动一段时间；第2步徐徐开启进口阀；第3步徐徐开启出口阀；第4步徐徐关闭旁路阀。切除仪表改旁路管时按上述逆顺序动作操作。

启动后通过最低位指针或字轮和秒表，确认未达过度流动，最佳流量应控制在(70～80%)最大流量，以保证仪表使用寿命。

d.检查过滤器 新线启动过滤器网最易被打破，试运行后要及时检查网是否完好。同时过滤网清洁无污物时记录下常用流量下的压力损失这个参数，今后不必卸下检查网堵塞状况，即以压力损失增加程度判断是否要清洗。

e.测量高粘度液体 用于高粘度液体，一般均加热后使之流动。当仪表停用后，其内部液体冷却而变稠，再启用时必须先加热待液体粘度降低后才让液体流过仪表，否则会咬住活动测量元件使仪表损坏。

f.润滑 气体用等PDF启用前必须加润滑油，日常运行也经常检查润滑油存量的液位计。 g.避免急剧流量变化 使用气体腰轮流量计时，应注意不能有急剧的流量变化(如使用快开阀)，因腰轮的惯性作用，急剧流量变化将产生较大附加惯性力，使转子损坏。用作控制系统的检测仪表时，若下游控制突然截止流动，转子一时停不下来，产生压气机效应，下游压力升高，然后倒流，发出错误信号。

h.冲洗管道用蒸汽时禁止通过PDF。 3. 涡轮流量计 （1） 概述

涡轮流量计（Turbine Flowmeter）简称TUF，是一种速度式流量计，被测介质的流体冲击叶轮片，使涡轮旋转，其旋转速度随流量的大小而变化。

（2） 基本原理

如图所示为涡轮传感器结构图，由图可见，当被测流体流过传

感器时，由于叶轮的叶片与流体流向之间有一倾角，流体冲力使叶轮产生转动力矩，克服阻力矩后叶轮开始旋转，当两力矩平衡时叶轮便恒速旋转。其转速与管道平均流速成正比，叶轮的转动周期地改变磁电转换器的磁阻值。检测线圈中磁通随之发生周期性变化，产生周期性的感应电势，即电脉冲信号，经放大器放大后，送至显示仪表显示。在一定条件下转速与流量成正比，因此测出叶轮转速就可求得流量。 （3） 特点

涡轮流量计具有精度高、重复性好、时间常数小、量程宽、刻度线性以及结构简单、加工零部件少、重量

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轻、维修方便、流通能力大（同样口径可通过的流量大）和可适应高参数（高温、高压、微流量和低温）等特点。它广泛应用于以下一些测量对象：石油、有机液体、无机液、液化气、天然气、煤气和低温流体等。TUF作为最通用的流量计，其产品已发展为多品种、全系列、多规格批量生产的规模。

其弱点是不适于长期连续使用,同时流体物性（密度、粘度）对仪表特性有较大影响。气体流量计易受密度影响，而液体流量计对粘度变化反应敏感。传感器上下游侧需设置较长的直管段，如安装空间有，可加装流动调整器（整流器）以缩短直管段长度。不适于脉动流和混相流的测量。对被测介质的清洁度要求较高，了其适用领域，虽可安装过滤器以适应脏污介质，但亦带来压损增大、维护量增加等副作用。 （4） 安装和使用注意事项

① 安装注意事项

安装涡轮流量计前，管道要清扫。被测介质不洁净时，要加过滤器。否则涡轮、轴承易被卡住，测不出流量来。传感器要求水平安装，不能垂直安装，同时应安装在便于维修，管道无振动、无强电磁干扰与热辐射影响的场所。液体TUF的典型安装管路系统如图所示。下图中各部分的配置可视被测对象情况而定，并不一定全部都需要。TUF对管道内流速分布畸变及旋转流是敏感的，因此要根据传感器上游阻流件类型配备必要的直管段或整流器。当可能产生逆流时，变送器后面应加装止逆阀。若上游阻流件情况不明确，一般推荐上游直管段长度不小于20D，下游直管段长度不小于5D。传感器安装在室外时，应有避直射阳光和防雨淋的措施。

② 使用注意事项

投运前先进行仪表系数的设定。仔细检查，确定仪表接线无误，接地良好，方可送电。启动涡轮流量计前要检查变送器方向是否与流体方向一致，它的启动步骤及方法与容积式流量计类似，目的就是要避免流体冲击涡轮叶片而损坏仪表。在正常使用时，仪表上下游阀门应该全开，用下游阀门调节流量，以使介质能充满变送器内部腔体。在测量低温介质时，为防止涡轮轴承冻结和叶片损坏，应加强保温伴热并除去管道和涡轮流量计内部的水分和油分。对于测量液化气等易气化的介质，在变送器的下游应维持必要的背压，以保证流经变送器的介质全部为液态。拆装流量计时，对磁感应部分不能碰撞。 4. 科里奥利质量流量计 （1）概述

科里奥利质量流量计（Coriolis Mass Flowmeter）简称CMF，是一种新型流量测量仪表，它可以直接用于测量介质的质量流量、密度和温度，在石化行业得到了广泛应用。通常质量流量计指基于希腊人科里奥利（Coriolis）力原理制成的流量计，它由一台传感器和一台用于信号处理的变送器组成，再配用流量计算器组成

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流量测量系统。当然，还有很多其他种类的质量流量计。 （2）基本原理

科里奥利质量流量计（CMF）是利用流体在直线运动的同时处于一旋转系中，产生与质量流量成正比的科里奥利力原理制成的一种直接式质量流量仪表。如下图所示，截取一根支管，流体在其内以速度V从A流向B，将此管置于以角速度ω旋转的系统中。设旋转轴为X，与管的交点为O，由于管内流体质点在轴向以速度V、在径向以角速度ω运动，此时流体质点受到一个切向科氏力Fc。这个力作用在测量管上，在O点两边方向相反，大小相同，为：δFc ＝ 2ωVδm 。因此，直接或间接测量在旋转管道中流动的流体所产生的科氏力就可以测得质量流量。这就是科里奥利质量流量计的基本原理。

科里奥利质量流量有很多种结构形式，如下图所示：

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（3）特点

CMF直接测量质量流量，具有测量精度高、量程比宽、稳定性好、维护量低等特点。可测量流体范围广泛，包括高粘度液的各种液体、含有固形物的浆液、含有微量气体的液体、有足够密度的中高压气体。测量管路内无阻碍件和活动件，无上下游直管段要求。 测量值对流体粘度不敏感，流体密度变化对测量值的影响微小。CMF零点不稳定易形成零点漂移，影响其精确度的进一步提高 ，CMF不能用于测量低密度介质和低压气体；液体中含气量超过某一（按型号而异）会显着著影响测量值。

CMF对外界振动干扰较为敏感，为防止管道振动影响，大部分型号CMF的流量传感器安装固定要求较高。 （4）安装和使用注意事项

① 安装注意事项

安装要求应按照制造厂规定的安装方法。

为使调零时没有流动，CMF上下游设置截止阀，并保证无泄漏。控制阀应装在CMF下游，CMF保持尽可能高的静压，以防止发生气蚀和闪蒸（fIashing）。同一型号两台CMF串联安装，或多台CMF接近地并行（或并联）安装，应向制造厂提出错开接近仪表的共振频率值；拉开流量传感器距离，不设置在同一台架上，设置支撑架；流量传感器异方向安装；流量传感器间设置防振材料隔离等方法。 ② 使用注意事项

在煤液化装置中，为测量油煤浆这种强磨蚀性浆液，选用直管单管型较好并且要使测量管处于垂直位置，以免管壁磨损不匀，缩短使用寿命。然而管壁厚度变薄会降低测量钢管刚性而改变流量测量值，因此在运行初期要定期检测，确认使用周期。测量管内壁结构结垢或漂移沉积也会影响测量精确度，因此要定期清洗。科里奥利质量流量计（CMF）有时会产生零点漂移的情况，它来自流量传感器部分，主要原因有；1）机械振动的非对称性和衰减；2）流体的密度粘度变化。CMF调零时必须在安装现场进行，流量传感器排尽气体，充满待测流体后在再关闭传感器上下游阀门，在接近工作温度的条件下调零。安装方面变动或温度大幅度变化时需要重新调整。

5. 热式质量流量计 （1）概述

热式质量流量计(Thermal Mass Flowmeter,以下简称TME）是利用传热原理，即流动中的流体与热源（流体中加热的物体或测量管外加热体）之间热量交换关系来测量流量的仪表，过去我国习称量热式流量计。当前主要用于测量气体。 （2）基本原理

热式流量仪表用得最多有两类，即1）利用流动流体传递热量改变测量管壁温度分布的热传导分布效应的热分布式流量计（thenmaI prohIe fIowmeter）曾称量热式TMF；2)利用热消散（冷却）效应的金氏定律（King s Iaw）TMF。又由于结构上检

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测元件伸入测量管内，也称浸入型（immersion type ）或侵入型（intrusion type）。有些在使用时从管外插入工艺管内的仪表称作插入式（insertion type）。 ① 热分布式TMF

热分布式TMF的工作原理如图1所示，薄壁测量管3外壁绕着两组兼作加热器和检测元件的绕组2，组成惠斯登电桥，由恒流电源5供给恒定热量，通过线圈绝缘层、管壁、流体边界层传导热量给管内流体。边界层内热的传递可以看作热传导方式实现的。在流量为零时，测量管上的温度分布如图下部虚线所示，相对于测量管中心的上下游是对称的，由线圈和电阻组成的电桥处于平衡状态；当流体流动时，流体将上游的部分热量带给下游，导致温度分布变化如实线所示，由电桥测出两组线圈电阻值的变化，求得两组线圈平均温度差ΔT。便可按下式导出质量流量qm，即

qm=K*A/Cp*ΔT （1）

式中 Cp -------被测气体的定压比热容；

A -------测量管绕组（即加热系统）与周围环境热交换系统之间的热传导系数；

K -------仪表常数。

在总的热传导系数A中，因测量管壁很薄且具有相对较高热导率，仪表制成后其值不变，因此A的变化可简化认为主要是流体边界层热导率的变化。当使用于某一特定范围的流体时，则A、Cp均视为常量，则质量流量仅与绕组平均温度差成正比，如图2中Oa 段所示。

测量管加热方式大部分产品采用两绕组或三绕组线绕电阻；除管外电阻丝绕组加热方式外还有利用管材本身电阻加热方式，如表1所示。测量管形状有直管形，还有∏字形结构，三绕组中一组在中间加热，两组分绕两臂测量温度。

表 1 测量管加热和检测方式 方 式

感应加热热电偶

结 构

检测元件 加热方式

两绕组电阻丝 三绕组电阻丝

热电偶

热电阻丝 自己加热

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热电阻丝 中间绕组加热

测量管焦耳热

② 基于金氏定律的浸入型TMF

两温度传感器（热电阻）分别置于气流中两金属细管内，一热电阻测得气流温度T；另一细管经功率恒定的电热加热，其温度Tv高于气流温度，气体静止时Tv最高，随着质量流速ρU增加，气流带走更多热量，温度下降，测得温度差ΔT=Tv-T。这种方法称作“温度差测量法”或“温度测量法”。

若保持ΔT恒定，控制加热功率随着流量增加而增加功率，这种方法称作“功率消耗测量法”。 （3） 特点 ① 优点

热分布式TMF可测量低流速（气体0.02～2m/s）微小流量；浸入式TMF可测量低、中、偏高流速(气体2～60m/s)；插入式TMF更适合于大管径。

TMF无活动部件，无分流管的热分布式仪表无阻流件，压力损失很小；带分流管的热分布式仪表和浸入性仪表，虽在测量管道中置有阻流件，但压力损失也不大。

TMF使用性能相对可靠。与推导式质量流量仪表相比，不需温度传感器，压力传感器和计算单元等，仅有流量传感器，组成简单，出现故障概率小。

热分布式仪表用于H2 、N2 、O2、CO 、NO等接近理想气体的双原子气体，不必用这些气体专门标定，直接就用空气标定的仪表，实验证明差别仅2%左右；用于Ar、He等单原子气体则乘系数1.4即可；用于其他气体可用比热容换算，但偏差可能稍大些。

气体的比热容会随着压力温度而变，但在所使用的温度压力附近不大的变化可视为常数。

② 缺点

a. 热式质量流量计响应慢。

b. 被测量气体组分变化较大的场所，因cp值和热导率变化，测量值会有较大变化而产生误差。 c. 对小流量而言，仪表会给被测气体带来相当热量。

d. 对于热分布式TMF，被测气体若在管壁沉积垢层影响测量值，必须定期清洗；对细管型仪表更有易堵塞的缺点，一般情况下不能使用。 e. 对脉动流在使用上将受到。

f. 液体用TMF对于粘性液体在使用上亦受到。 （4）安装和使用注意事项

① 安装姿势（方向） a. 热分布式

大部分热分布式TMF的流量传感器可任何姿势（水平、 垂直或倾斜）安装，有些仪表只要安装好后在工作条件压力、温度下作电气零点调整。然而有些型号仪表对安装姿势具有敏感性，大部分制造厂会对此就安装姿势影响和安装要求作出说明。例如LDG-□DB系列为减少环境气氛对流传热影响，只能水平安装，水平度允差±20。应用于高压气体时流量传感器则宁可选择水平安装，因为这样便于做到调零的零偏置。

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b.浸入式

大部分浸入式TMF性能不受安装姿势影响。然而在低流速测量时因受管道内气体对流的热流影响，使安装姿势显得重要。因此在低和非常低流速流动时要获得精确测量，必须遵循制造厂依据仪表设计结构而定的安装建议。 ② 前置直管段 a.热分布式

本类仪表对上下游配管布置不敏感，通常认为无上下游直管段长度要求。国际标准草案ISO/DIS 11451认为流量测量不受旋转流和流速场剖面畸变影响。然而BS 7405却认为；①上下游直管段长度可小至2D；②在进口端置一金属（或塑料）网，可有效地改善流速分布畸变，得到分布均匀的气流；③要防止从小管径突然扩大进入较大口径仪表，要缓慢过渡。 b.浸入式

带测量管的浸入式流量传感器和插入式仪表需要一定长度前置直管段，ISO/DIS 14511对此未作具体规定，而按制造厂建议的值。BS 7405建议对于在管道中用插入热丝流速计时，需要(8～10)D的上游直管段和(3～5)D的下游直管段。下表列举了Sierra公司对带测量管浸入式TMF所规定的上直管段长度；若在其进口端装一块或二快多孔板式流动调整器（整流器）后，则其长度可大为缩短，如表最右列所示。

带测量管浸入式上游直管段长度列

上游直管段长度要求 上游组流件名 无流动调整器 控制阀 90弯管或T型接管 渐扩管 渐缩管 0内装流动调整器 ≥3D ≥1D ≥3D ≥1D ≥45D ≥15D ≥（10~45）D ≥15D 注： 摘自Sierra 公司760UHP型780UHP型样本。

只有一组温度检测点的插入式仪表与带测量管浸入式仪表的上游直管段长度要求相近（只相差检测杆到测量管进口端的距离）；多组检测点的检测杆或多根检测杆的TMF,直管段长度可缩短很多，通常制造厂会提供建议。

③ 仪表连接管道的振动

连接TMF的管道在常见实际范围内的振动不会产生振动干扰，在正常情况下不影响仪表的测量性能。惟插入式TMF的检测杆必须牢固地固定于管道，并避免装在有振动的场所。 ④ 脉动流的影响

TMF响应时间长，不适应脉动流流量测量。若作测脉动流测量，应了解TMF的响应性，以保证能跟随的上脉动的速度变化。脉动引起的测量误差通常使仪表输出偏高，其程度取决于脉动幅值和频率。

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6. 电磁流量计 （1） 概述

电磁流量计（electromagnetism mass flowmeter）简称EMF，是利用法拉第电磁感应定律制成的一种测量导电液体体积流量的仪表。50年代初EMF实现了工业化应用，近年来世界范围EMF产量约占工业流

量仪表台数的5%～6.5%。 （2） 基本原理

EMF的基本原理是法拉第电磁感应定律，即导体在磁场中切割磁力线运动时在其两端产生感应电动势。如图1所示，导电性液体在垂直于磁场的非磁性测量管内流动，与流动方向垂直的方向上产生与流量成比例的感应电势，电动势的方向按“弗来明右手规则”。

EMF由流量传感器和转换器两大部分组成。传感器典型结构示意如图2，测量管上下装有激磁线圈，通激磁电流后产生磁场穿过测量管，一对电极装在测量管内壁与液体相接触，引出感应电势，送到转换器变为标准信号传出。激磁电流则由转换器提供。 （3） 特点

EMF的测量通道是一段无阻流检测件的光滑直管，因不易阻塞适用于测量含有固体颗粒或纤维的液固二相流体，如纸浆、煤水浆、矿浆、泥浆和污水等。EMF不产生因检测流量所形成的压力损失，测量范围度大，所测得的体积流量，实际上不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率（只要在某阈值以上）变化明显的影响。与其他大部分流量仪表相比，前置直管段要求较低。 EMF的口径范围比其他品种流量仪表宽，从几毫米到3m。可测正反双向流量，也可测脉动流量，只要脉动频率低于激磁频率很多，可应用于腐蚀性流体。仪表输出本质上是线性的。

缺点是EMF不能测量电导率很低的液体，如石油制品和有机溶剂等。不能测量气体、蒸汽和含有较多较大气泡的液体。通用型EMF由于衬里材料和电气绝缘材料，不能用于较高温度的液体；有些型号仪表用于过低于室温的液体，因测量管外凝露（或霜）而破坏绝缘。 （4） 安装和使用注意事项

① 安装注意事项

应安装在震动小的场所，避免附近有大电机、大变压器等，以免引起电磁场干扰；环境温度、湿度应符合要求；为获得正常测量精确度，电磁流量传感器上游也要有一定长度直管段，但其长度与大部分其它流量仪表相比要求较低。90º弯头、T形管、同心异径管、全开闸阀后通常认为只要离电极中心线（不是传感器进口端连接面）5倍直径（5D）长度的直管段，不同开度的阀则需10D；下游直管段为（2～3）D或无要求；尽量保证变送器导管内充满被测液体或不致产生气泡，确保精度。无论如何安装，必须使电极处在水平方向上，以防止沉淀物堆积

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于电极上而影响测量。

② 使用注意事项

使用时传感器测量管必须充满液体（非满管型例外），有混合时，其分布应大体均匀。液体应与地同电位，必须接地，例如工艺管道用塑料等绝缘材料时，输送液体产生摩檫静电等原因，造成液体与地间有电位差。测量有附着沉淀物的流体，或者由于长期使用后，导管内壁有积垢层，因此必须定期清洗内壁和电极。 7. 超声流量计 （1） 概述

超声流量计（Ultrasonic Flowmeter）是通过检测流体流动对超声束(或超声脉冲)的作用以测量流量的仪表。 （2） 基本原理

根据对信号检测的原理超声流量计可分为传播速度差法(直接时差法、时差法、相位差法和频差法)、波束偏移法、多普勒法、互相关法、空间滤法及噪声法等。

超声流量计和电磁流量计一样,因仪表流通通道未设置任何阻碍件,均属无阻碍流量计,是适于解决流量测量困难问题的一类流量计,特别在大口径流量测量方面有较突出的优点,近年来它是发展迅速的一类流量计之一。

目前通常采用两种类型的超声波流量计，一种为多普勒超声波流量计，另一类为时差式超声波流量计。多普勒型是利用相位差法测量流速，即某一已知频率的声波在流体中运动，由于液体本身有一运动速度，导致超声波在两接收器（或发射器）之间的频率或相位发生相对变化，通过测量这一相对变化就可获得液体速度；时差型是利用时间差法测量流速，即某一速度的声波由于流体流动而使得其在两接收器（或发射器）之间传播时间发生变化，通过测量这一相对变化就可获得流体流速。 （3） 特点

① 优点

USF可作非接触测量。夹装式换能器USF可无需停流截管安装，只要在既设管道外部安装换能器即可。这是USF在工业用流量仪表中具有的独特优点，因此可作移动性（即非定点固定安装）测量，适用于管网流动状况评估测定USF为无流动阻挠测量，无额外压力损失。

流量计的仪表系数是可从实际测量管道及声道等几何尺寸计算求得的，既可采用干法标定，除带测量管段式外一般不需作实流校验。

USF适用于大型圆形管道和矩形管道，且原理上不受管径，其造价基本上与管径无关。对于大型管道不仅带来方便，可认为在无法实现实流校验的情况下是优先考虑的选择方案。 多普勒USF可测量固相含量较多或含有气泡的液体。

USF可测量非导电性液体，在无阻挠流量测量方面是对电磁流量计的一种补充。因易于实行与测试方法（如流速计的速度-面积法，示踪法等）相结合，可解决一些特殊测量问题，如速度分布严重畸变测量，非圆截面管道测量等。

某些传播时间法USF附有测量声波传播时间的功能，即可测量液体声速以判断所测液体类别。例如，油船泵送油品上岸，可核查所测量的是油品还是仓底水。 ② 缺点和局限性

传播时间法USF只能用于清洁液体和气体，不能测量悬浮颗粒和气泡超过某一范围的液体；反之多普勒法

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USF只能用于测量含有一定异相的液体。

外夹装换能器的USF不能用于衬里或结垢太厚的管道，以及不能用于衬里（或锈层）与内管壁剥离（若夹层夹有气体会严重衰减超声信号）或锈蚀严重（改变超声传播路径）的管道。 多普勒法USF多数情况下测量精度不高。

国内生产现有品种不能用于管径小于DN25mm的管道。 （4） 安装使用注意事项

① 安装方法介绍

目前通常采用三种安装方式:W型，V型，Z型。根据不同的管径和流体特性来选择安装方式，通常W型适用于小管径(25～75mm)，V型适用于中管径(25～250mm)，Z型适用于大管径(250mm以上)，总之，为了提高测量的准确性和灵敏度，选择合适的安装方式，使得测量信号(即差值)与二次仪表相匹配。

为了保证仪表的测量准确度，应选择满足一定条件的场所定位:通常选择上游10D、下游5D以上直管段；上游30D内不能装泵、阀等扰动设备。

超声波流量计探头的安装方法，具体采用“坐标法安装”，即先将管道外表面处理干净，涂上专用偶合剂。首先固定其中一个探头的位置，用纸带绕管道一周，量出周长作好对折标记，在周长1/2处确定另一探头轨道的位置，同样该轨道应与管道轴心平行，再根据仪表显示的安装距离，确定两探头在轨道上的相对距离，保证超声波有足够的信号强度，通常使得面板上显示的信号强度大于2%，待读数显示稳定，说明安装调试结束，仪表可正常工作。

② 流量计的使用 a. 零流量的检查

当管道液体静止，而且周围无强磁场干扰、无强烈震动的情况下，表头显示为零，此时自动设置零点，消除零点飘移，运行时须做小信号切除，通常当流量小于满程流量的5%，自动切除。同时零点也可通过菜单进行调整。

b.仪表面板键盘操作

启动仪表运行前，首先要对参数进行有效设置，例如，使用单位制、安装方式、管道直径、管道壁厚、管道材料、管道粗糙度、流体类型、两探头间距、流速单位、最小速度、最大速度等。只有所有参数输入正确，仪表方可正确显示实际流量值。

c.流量计的定期校验

为了保证流量计的准确度，应进行定期的校验，通常采用更高精度的便携式流量计进行直接对比，利用所测数据进行计算: 误差=(测量值-标准值)/标准值，利用计算的相对误差，修正系数，使得测量误差满足±2%的误差，即可满足计量要求。该操作简单方便，可有效提高计量的准确度。

③ 流量传感器或换能器的安装

a).流量传感器（即带测量管段的插入式换能器总称）的安装

a)安装本类流量传感器时管网必须停流，测量点管道必须截断后接入流量传感器。 b)连接流量传感器的管道内径必须与流量传感器相同，其差别应在±1％以内。

c)传感器尽可能在如下图所示与水平直径成45度的范围内，避免在垂直直径位置附近安装。否则在测量液

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体时换能器声波表面易受气体或颗粒影响，在测量气体时受液滴或颗粒影响。

d)测量液体时安装位置必须充满液体。

e)上下游应有必要的直管段。

b.外夹装式换能器的安装。

上面第b)、c)、d)、e)各项应同样注意外，还应注意以下各点：

a)剥净安装段内保温层和保护层，并把换能器按装处的壁面打磨干净。避免局部凹陷，凸出物修平，漆锈层磨净。

b)对于垂直设置的管道，若为单声道传播时间法仪表，换能器的安装位置应尽可能在上游弯管的弯轴平面内（见图a），以获得弯管流场畸变后较接近的平均值。

c) 换能器安装处和管壁反射处必须避开接口和焊缝，如图b以V法示例。 d) 换能器安装处的管道衬里和垢层不能太厚。衬里、锈层与管壁间不能有间隙。 对于锈蚀严重的管道 ，可用手锤震击管壁，以震掉壁上的锈层，保证声波正常传播。但必须注意防止击出凹坑。

e) 能器工作面与管壁之间保持有足够的耦合剂，不能有空气和固体颗粒，以保证耦合良好。

f) 多普勒法夹装式换能器安装有对称安装和同侧安装两种方法，如图13所示。对称安装适用于中小管径（通常小于600mm）管道和含悬浮颗粒或气泡较少的液体；同侧安装适用于各种管径的管道和含悬浮颗粒或气泡较多的液体。 8. 浮子式流量计

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（1） 概述

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,从而使浮子可以在锥管内自由地上升和下降。

浮子流量计是仅次于差压式流量计应用范围最宽广的一类流量计,特别在小、微流量方面有举足轻重的作用。 80年代中期,日本、西欧、美国的该仪表的销售金额占流量仪表的15%～20%。我国1990年的产量在12～14万台,其中95%以上为玻璃锥管浮子流量计。 （2） 基本原理

浮子流量计的流量检测元件是由一根自下向上扩大的垂直锥形管和一个沿着锥管轴上下移动的浮子组所组成。工作原理如图1所示，被测流体从下向上经过锥管1和浮子2形成的环隙3时，浮子上下端产生差压形成浮子上升的力，当浮子所受上升力大于浸在流体中浮子重量时，浮子便上升，环隙面积随之增大，环隙处流体流速立即下降，浮子上下端差压降低，作用于浮子的上升力亦随之减少，直到上升力等于浸在流体中浮子重量时，浮子便稳定在某一高度。浮子在锥管中高度和通过的流量有对应关系。

图3是直角型安装方式金属管浮子流量计的典型结构，通常适用于口径15-40mm以上的仪表。锥管5和浮子4组成流量检测元件。套管（图3未表示）内有导杆3的延伸部分，通过磁钢耦合等方式，将浮子的位移传给套管外的转换部分。转换部分有就地指示和远传信号输出两大类型。除直角安装方式结构外还有进出口中线与锥管同心的直通型结构，通常用于口径小于10-15mm的仪表。 （3） 特点:

① 玻璃锥管浮子流量计结构简单,使用方便,缺点是耐压力低,有玻璃管易碎的较大风险。 ② 适用于小管径和低流速。 ③ 压力损失较低。

④ 浮子流量计使用于小管径和低流速。常用仪表口径40-50mm以下，最小口径做到1.5-4mm。

⑤ 浮子流量计可用于较低雷诺数，选用粘度不敏感形状的浮子，流通环隙处雷诺数只要大于40或500，雷

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诺数变化流量系数即保持常数，亦即流体粘度变化不影响流量系数。这数值远低于标准孔板等节流差压式仪表最低雷诺数10-10的要求。

⑥ 大部分浮子流量计没有上游直管段要求，或者说对上游直管段要求不高。

⑦ 玻璃管浮子流量计结构简单，价格低廉。只有在现场指示流量者使用方便，缺点是有玻璃管易碎的风险，尤其是无导向结构浮子用于气体。

⑧ 大部分浮子流量计只能用于自下向上垂直流的管道安装。

⑨ 使用流体和出厂标定流体不同时，要作流量示值修正。液体用浮子流量计通常以水标定，气体用空气标定，如实际使用流体密度、粘度与之不同，流量要偏离原分度值，要作换算修正。 （4） 安装使用注意事项

① 仪表安装方向

绝大部分浮子流量计必须垂直安装在无振动的管道上，不应有明显的倾斜，流体自下而上流过仪表。浮子流量计中心线与铅垂线间夹角一般不超过5度，如果θ＝12°则会产生１％附加误差。仪表无严格上游直管段长度要求，但也有制造厂要求（2-5）D长度的，实际上必要性不大。 ② 用于污脏流体的安装：应在仪表上游装过滤器。 ③ 脉动流的安装

流动本身会产生脉动，如拟装仪表位置的上游有往复泵或调节阀，或下游有大负荷变化等，应改换测量位置或在管道系统予以补救改进，如加装缓冲罐；若是仪表自身的振荡，如测量时气体压力过低，仪表上游阀门未全开，调节阀未装在仪表下游等原因，应针对性改进克服，或改选用有阻尼装置的仪表。 ④ 扩大范围度的安装

如果测量要求的流量范围度宽，范围度超过10时，经常采用２台以上不同流量范围的玻璃管浮子流量计并联，按所测量择其一台或多台仪表串联，小流量时读取下流量范围仪表示值，大流量时读取大流量仪表示值，串联法比并联法操作简便，无需频繁启闭阀门，但压力损失大。也可以在一台仪表内放两只不同形状和重量的浮子，小流量时取轻浮子读数，浮子到顶部后取重浮子读数，范围度可扩大到50-100。 ⑤ 要排尽液体用仪表内的气体 ⑥ 流量值作必要换算

若非按使用密度、粘度等介质参数向制造厂专门定制的仪表，液体用仪表通常以水标定流量，气体仪表用空气标定，定值在工程标准状态。使用条件的流体密度、气体压力温度与标定不一致时，要做必要换算。换算公式和方法各制造厂使用说明书里都有详述。 ⑦ 浮子流量计的校验和标定

浮子流量计的校验和标定液体常用标准表法、容积法和称量法；气体常用钟罩法，小流量用皂膜法。 国外有些制造厂的大宗产品已做到干法标定，即控制锥形管尺寸和浮子重量尺寸，间接地确定流量值，

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4

5

以降低成本，只对高精度仪表才作实流标定。国内也有些制造厂严格控制锥形管起始点内径和锥度以及浮子尺寸，实流校验只起到检查锥形管内表面质量。这类制造厂生产的仪表、锥形管和浮子已做成互换，无需成套更换。 浮子流量计采用标准表法校验是一种高效率方法，各制造厂参与了应用。有些制造厂将某一流量范围的标准表制成数段锥度较小的玻璃管浮子流量计，扩展标准表表尺长度，提高标准表精度，使校验标定工作做到高精度高效率。 9. 涡街流量计

（1） 概述

涡街流量计是基于卡门涡街原理而研制成的一种具有国际先进水平的新型流量计，由于它具有其它流量计不可兼得的优点，自七十年代以来得到了迅速的发展。 （2） 基本原理

涡街流量计又称卡门旋涡流量计，它是利用流体自然振荡的原理制成的一种旋涡分离型流量计。当流体以足够大的流速流过垂直于流体流向的物体时，若该物体的几何尺寸适当，则在物体的后面，沿两条平行直线上产生整齐排列、转向相反的涡列。涡列的个数，即涡街频率，和流体的流速成正比。因而通过测量旋涡频率，就可知道流体的流速，从而测出流体的流量。

图 卡曼涡街

涡街流量计（VSF）由传感器和转换器两部分组成，如下图所示。传感器包括旋涡发生体（阻流体）、检测元件、仪表表体等；转换器包括前置放大器、滤波整形电路、D／A转换电路、输出接口电路、端子、支架和防护罩等。近年来智能式流量计还把微处理器、显示通讯及其他功能模块亦装在转换器内。

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（3） 特点

结构简单、安装方便，无可动部件，可靠性高，适合长期运行。检测传感器不直接接触被测介质，性能稳定，寿命长。 输出是与流量成正比的脉冲信号，无零点漂移，精度高。 测量范围宽，量程比可达1：10。 压力损失较小（约为孔板流量计1/4～1/2），在一定的雷诺数范围内，输出信号频率不受流体物性（密度，粘度）和组份变化的影响，仪表系数仅与旋涡发生体的形状和尺寸有关，测量流体体积流量时无需补偿，调换配件后一般无需重新标定仪表系数。 应用范围广，蒸汽、气体、液体的流量均可测量。 缺点是不适用于低雷诺数测量，需较长直管段，仪表系数较低(与涡轮流量计相比)，仪表在脉动流、多相流中尚缺乏应用经验。 （4） 安装和使用注意事项

① 安装注意事项

VSF属于对管道流速分布畸变、旋转流和流动脉动等敏感的流量计，因此，对现场管道安装条件应充分重视，遵照生产厂使用说明书的要求执行。VSF传感器在管道上可以水平、垂直或倾斜安装，但测量液体和气体时为防止气泡和液滴的干扰，安装位置要注意，如图所示。

图 混相流体的安装

（a） 测量含液体的气体流量仪表安装； （b） 测量含气液体流量仪表安装

另外，VSF必须保证上、下游直管段有必要的长度（20D/5D），安装时尽量注意避开振动源，如需断流检查与清

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洗传感器，应设置旁通管道如图所示。

② 使用注意事项

在使用之前应对表的状态进行检查，如传感器安装是否正确、各部分电气连接是否良好、主管和旁通管上各法兰、阀门、测压孔、测温孔及接头应无渗漏现象等。起表时先关旁通阀，打开上下游阀门，流动稳定后转换器输出连续的均匀的脉冲，流量指示稳定无跳变，调节阀门开度，输出随之改变。否则应细致检查并调整电位器直至仪表输出既无误触发又无漏脉冲为止。VSF的仪表系数（s）是在实验室条件下校验的，现场使用时工作条件偏离实验室条件应对仪表系数进行修正。 10. 均速管流量计（国外称Annubar） （1） 概述

均速管流量计的测量元件——均速管（国外称Annubar，直译阿牛巴），是基于早期皮托管测速原理发展起来的，是60年代后期开发的一种新型差压流量测量元件，并开始应用与我国的工业现场，70年代中期已有30余家厂家进行了研制生产。均速管的优点是：结构上较为简单（如图1所示），压力损失小，安装、拆卸方便，维护量小。

该流量计由于生产成本低，价格低廉，因此在市场上较为畅销，在众多的流量仪表中占有了一席之地。特别是由于其压力损失小（与孔板相比较，仅为孔板的5%以下），大大减少了动力消耗，节能效果显著，这在能源紧张的今天，有着其特殊的意义。由于该流量计适应范围宽，长期稳定性好（如图2所示）近年来有了较大的发展，出现了几种结构形式不同的流量计。但因使用不当，在应用中产生了一些问题，使得客观要求与发展现状产生了很大的矛盾，许多人期望其应用问题能得到解决，为此人们做了大量的不懈努力，使得均速管流量计这一既古老而又年轻的流量计，在能源、环保等计量测试中得到了较为广泛的应用。 （2） 测量原理

均速管流量传感器，由其结构示意图所知，它是一根沿直径插入管道中的中空金属杆，在迎向流体流动

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方向有成对的测压孔，一般说来是两对，但也有一对或多对的，其外形似笛。迎流面的多点测压孔测量的是总压，与全压管相连通，引出平均全压p1，背流面的中心处一般开有一只孔，与静压管相通，引出静压p2。均速管是利用测量流体的全压与静压之差来测量流速的。均速管的输出差压（△p）和流体平均速度（v），可根据经典的伯努利方程得出

（1）

式中； △P——全压与静压之差，Pa ρ——流体密度，kg/m3 k——校正系数。

如果用流量来表示，其流量计算基本公式为

式中 qv ——流体的体积流量，m3/s； qm——流体的质量流量，kg/s； α ——工作状态下均速管的流量系数；

ε——工作状态下流体流过检测杆时的流束膨胀系数； A——工作状态下管道内截面面积，m2

对于不同压缩性流体：ε=1； 对于可压缩性流体：ε＜1

通过人们的试验研究，均速管的总压孔数目还是建议采用二对或三对为宜。

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背压检测孔长期以来采用一个，是由于人们已经认识到均速管按规范是处于位势流中，而位势流的前题是管道横截面上各点静压均相等，没有横向流动。从这个角度来看，一个背压检测孔已足够，为了防止流体的流量在检测过程中阻塞背压检测孔，多孔的背压取压，已开始应用在均速管流量传感器上，总之，由流量的基本公式可知，只要有效地测出均速管的输出差压△P，就可测出流体的流量值，这就是均速管流量传感器的测量原理。 （3） 均速管的结构形式

均速管的结构是一根中空的金属杆，其剖面形状应用最多的产品是圆形及菱形，80年代中期也采用过机翼形截面。

（4） 均速管的流量计的系统组成

均速管流量计系统的组成实质是对差压△P的测量，这是所有差压式流量计的共性，技术是通用的，即采用差压变送器把△P转换成相应的机械信号或电信号，也可直接测量△p并进行相应处理。 （5） 应用过程中对测量精度有影响的因素

均速管流量计从设计、制造到安装使用，都要求十分严格，只要其中一个环节稍加不慎，就可造成很大误差。

准确测量流量是任何生产部门都需要的，也是任何部门普遍关心的问题。均速管流量计要想在今后的计测应用中发挥自己的作用，提高流量测量的水平是有路可走的。热式均速管流量计就是其中的一个途径，如图5所示。

热式均速管流量计由三部分组成，检测杆、电子线路和流量的显示与积算。检测杆是一根中空的金属管，并在其上配置了若干热丝感测元件。电子线路相应地和每一只热丝感测元件组合，相当于一台热丝测速计。 四、压力测量仪表 1. 概述

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我们把垂直并且均匀作用在单位面积上的力定义为流体的压力。压力P的单位有N／m即帕斯卡(Pa)，Kpa,Mpa,Kgf/cm2等。在生产中常用的压力术语有大气压力（地球表面上空气柱的重量所产生的压力用符号PB表示）、表压力（以大气压力为零起算的压力，用符号PG表示）、绝对压力（指不附带任何条件起算的全压力，它等于大气压力和表压力之和，用符号PA表示：PA＝PG十PB）、负压（当绝对压力小于大气压力时，大气压力与绝

对压力之差称为负压，又叫真空度，用符号PH表示: PH＝PB－PA）。绝对压力、表压力、大气压力、真空压力和差压之间的关系可用下图表示。

2

在工业生产中，压力是一个极为重要的参数。常用测压仪表有液柱式压力计、弹簧式压力计、活塞式压力计、智能式变送器等，而智能式变送器是当前仪表最为常用的测压仪表。 2. 基本原理

压力变送器主要由测压元件传感器、模块电路、显头、表壳和过程连接件等组成。它能将接收到的气体、液体等压力信号转变成标准的电流电压信号，以供给指示报警仪、记录仪、DCS等二次仪表进行测量、指示和过程调节。

压力变送器的测量原理是（以扩散硅式为例）：流程压力和参考压力分别作用于集成硅压力敏感元件的两端，其差压使硅片变形（位移很小，仅μm级），以使硅片上用半导体技术制成的全动态惠斯登电桥在外部电流源驱动下输出正比于压力的mV级电压信号。由于硅材料的强性极佳，所以输出信号的线性度及变差指标均很高。工作时，压力变送器将被测物理量转换成mV级的电压信号，并送往放大倍数很高而又可以互相抵消温度漂移的差动式放大器。放大后的信号经电压电流转换变换成相应的电流信号，再经过非线性校正，最后产生与输入压力成线性对应关系的标准电流电压信号。

压力变送器根据测压范围可分成一般压力变送器（0.001MPa～20MP3）和微差压变送器（0～30kPa）两种。 3. 压力的测量与压力计的选择

压力测量原理可分为液柱式、弹性式、电阻式、可控硅式、电容式、电感式和振频式等等。压力计测量压力范围宽广可以从超真空如133×10Pa直到超高压280MPa。压力表从结构上可分为实验室型和工业应用型。压力表的品种繁多。因此根据被测压力对象很好地选用压力表就显得十分重要。

⑴ 就地压力指示：当压力不高时,可采用膜片式压力表、波纹管压力表和波登管压力表。

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-13

⑵ 远距离压力显示：若需要进行远距离压力显示时，一般用气动或电动压力变送器，也可用电气压力传感器。当压力范围为140～280MPa时，则应采用高压压力传感器。当高真空测量时可采用热电真空计。

(3) 多点压力测量：进行多点压力测量时，可采用巡回压力检测仪。若被测压力达到极限值需报警的，则应选用附带报警装置的各类压力计。

正确选择压力计除上述几点应该该考虑外，还需考虑以下几点。 (1) 量程的选择

根据被测压力的大小确定仪表量程。对于弹性式压力表，在测量稳定压力时，最大压力值应不超过满量程的3/4；测波动压力时，最大压力值应不超过满量程的2/3。最低测量压力值应不低于全量程的1/3。 (2) 精度选择

根据生产允许的最大测量误差，以经济、实惠的原则确定仪表的精度级。一般工业用压力表1.5级或2.5级已足够,科研或精密测量用0.5级或0.35级的精密压力计或标准压力表。 (3) 使用环境及介质性能的考虑

环境条件恶劣，如高温、腐蚀、潮湿、振动等；被测介质的性能，如温度的高低、腐蚀性、易结晶、易燃、易爆等等，以此来确定压力表的种类和型号。 (4) 压力表外形尺寸的选择

现场就地指示的压力表一般表面直径为φ100mm，在标准较高或照明条件较差的场合用表面直径为φ200～φ250mm的，盘装压力表直径为φ150mm，或用矩形压力表。 特殊介质的压力测量仪表的选用规定如下：

(1) 微压测量宜采用膜盒压力表，或微压差变送器； (2) 乙炔、氨及含氨介质的测量, 应选用专用压力表； (3) 氧气的测量, 应选用氧气压力表；

(4) 硫化氢和含硫介质的测量, 应选用抗硫压力表；

(5) 对于粘稠、易结晶、含有固体颗粒或腐蚀性的介质, 应选用隔膜压力表

或膜片压力表，隔膜或膜片的材质应根据测量介质的特性选择；安装于振动场所或振动部位时, 宜选用耐振压力表。 4. 压力传感器

压力传感器是压力检测系统中的重要组成部分,由各种压力敏感元件将被测压力信号转换成容易测量的电信号作输出,给显示仪表显示压力值,或供控制和报警使用。 (1) 应变式压力传感器

应变式压力传感器是把压力的变化转换成电阻值的变化来进行测量的，应变片是由金属导体或半导成的电阻体，其阻值随压力所产生的应变而变化。

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(2) 压电式压力传感器

压电式传感器的原理是基于某些晶体材料的压电效应，目前广泛使用的压电材料有石英和钛酸钡等，当这些晶体受压力作用发生机械变形时，在其相对的两个侧面上产生异性电荷，这种现象称为“压电效应”。 (3) 光导纤维压力传感器

光导纤维压力传感器与传统压力传感器相比,有其独特的优点:利用光波传导压力信息,不受电磁干扰,电气绝缘好,耐腐蚀,无电火花,可以在高压、易燃易爆的环境中测量压力、流量、液位等。它灵敏高度，体积小，可挠性好，可插入狭窄的空间进行测量，因此而得到重视，并且得到迅速发展。 5. 压力变送器

需要在控制室内显示压力的仪表，一般选用压力变送器或压力传感器，对于爆炸危险场所，常选用气动压力变送器、智能压力变送器；对于微压力的测量，可采用微差压变送器；对粘稠、易堵、易结晶和腐蚀强的介质，宜选用带法兰的膜片式压力变送器；在大气腐蚀场所及强腐蚀性等介质测量中，还可选用1151系列或820系列压力变送器。

压力变送器测量部分的测压敏感元件所产生的测量的大小范围约为50－100N，最高不超过150N。根据这一要求，由敏感元件制成的波纹管,当被测压力p进入测量室后，经测量波纹管转换成测量力，通过推杆作用在主杠杆上，传递到气动转换部分。测量中、高压（2.5-10MPa,10-60MPa）的敏感元件一般采用铬钒钢制成的包端管,它的测量原理是利用包端管末端产生的径向分力,通过推杆作用在主杠杆的下端,带动变送器的气动转换部分动作。

6. 压力仪表的选用、安装等注意事项 （1） 压力（差压）检测仪表的正确选用

压力检测仪表的正确选用主要包括确定仪表的型式、量程、范围、准确度和灵敏度、外形尺寸以及是否需要远传和具有其它功能，如指示、记录、调节、报警等。 选用的主要依据：

(1) 工艺生产过程对测量的要求，包括量程和准确度。在静态测试（或变化缓慢）的情况下，规定被测压力的最大值选用压力表满刻度值的三分之二；在脉动（波动）压力的情况下，被测压力的最大值选用压力表满刻度值的二分之一。

(2) 被测介质的性质，如状态（气体、液体）、温度、粘度、腐蚀性、污染程度、易燃和易爆程度等。 (3) 现场的环境条件，如环境温度、腐蚀情况、振动、潮湿程度等。如用于振动环境条件的防震压力表。 (4) 适于工作人员的观测。根据检测仪表所处位置和照明情况选用表径（外形尺寸）不等的仪表。 （2） 压力（差压）检测仪表的检定和校准

仪表在使用之前，必须检定和校准。长期使用的仪表也应定期检定，其周期应视使用频繁程度和重点程度而定。当仪表带有远距离传送系统及二次仪表时，应连同二次仪表一起检定、校准。

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（3） 压力（差压）检测仪表的正确安装及有关事项

进行压力检测，实际上需要一个测量系统来实现。要做到准确测量，除对仪表进行正确选择和检定（校准）外，还必须注意整个系统的正确安装。如果只是仪表本身准确，其示值并不能完全代表被测介质的实际参数，因为测量系统的误差并不等于仪表的误差。

系统的正确安装包括取压口的开口位置、连接导管的合理铺设和仪表安装位置的正确等。 ① 取压口的位置选择

a．避免处于管路弯曲、分叉及流束形成涡流的区域。

b．当管路中有突出物体（如测温元件）时，取压口应取在其前面。

c．当必须在调节阀门附近取压时，若取压口在其前，则与阀门距离应不小于2倍管径；若取压口在其后，则与阀门距离应不小于3倍管径。

d.对于宽口容器，取压口应处于流体流动平稳和无涡流的区域。总之，在工艺流程上确定的取压口位置应能保证测得所要选取的工艺参数。 ②连接导管的铺设

连接导管的水平段应有一定的斜度，以利于排除冷凝液体或气体。当被测介质为气体时，导管应向取压口方向低倾；当被测介质为液体时，导管则应向测压仪表方向倾斜；当被测参数为较小的差压值时，倾斜度可再稍大一点。此外，如导管在上下拐弯处，则应根据导管中的介质情况，在最低点安置排泄冷凝液体装置或在最高处安置排气装置，以保证在相当长的时间内不致因在导管中积存冷凝液体或气体而影响测量的准确度。冷凝液体或气体要定期排放。 ③测压仪表的安装及使用注意事项 ： a．仪表应垂直于水平面安装；

b．仪表测定点与仪表安装处在同一水平位置，要考虑附加高度误差的修正； c．仪表安装处与测定点之间的距离应尽量短，以免指示迟缓；

d．保证密封性，不应有泄漏现象出现，尤其是易燃易爆气体介质和有毒有害介质。 ④仪表在下列情况使用时应加附加装置，但不应产生附加误差，否则应考虑修正。

a．为了保证仪表不受被测介质侵蚀或粘度太大、结晶的影响，应加装隔离装置；

b．为了保证仪表不受被测介质的急剧变化或脉动压力的影响，加装缓冲器。尤其在压力剧增和压力陡降，最容易使压力仪表损坏报废，甚至弹簧管崩裂，发生泄漏现象；

c．为了保证仪表不受振动的影响，压力仪表应加装减振装置及固定装置； d．为了保证仪表不受被测介质高温的影响，应加装充满液体的弯管装置；

e．专用的特殊仪表，严禁他用，也严禁在没有特殊可靠的装置上进行测量，更严禁用一般的压力表作特殊介质的压力测量；

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f．对于新购置的压力检测仪表，在安装使用之前，一定要进行计量检定，以防压力仪表运输途中震动、损坏或其它因素破坏准确度。 五、物位测量仪表 1. 概述

在容器中液体介质的高低叫液位，容器中固体或颗粒状物质的堆积高度叫料位。测量液位的仪表叫液位计，测量料位的仪表叫料位计，而测量两种密度不同液体介质的分界面的仪表叫界面计。上述三种仪表统称为物位仪表。 2. 压差式液位计 （1） 工作原理

它是利用容器内的液位改变时，由液柱产生的静压也相应变化的原理而工作的。

压差式液位计原理

压力

其中

PA、PB - 分别为 A、B 两处的压力； g - 重力加速度 ； H - 液位高度； ρ-介质密度； 量程 Δp= PB－PA =Hρg （2）特点

压差式液位计可以测量液位也可以测量液体的密度，根据公式可以看出液位的高低与压力介质的密度和取压点的位置有关，而与仪表的安装位置无关。 （3） 使用情况

压差式液位计有隔离液式和双法兰密闭硅油式，所以检查仪表和仪表启停时要特别注意防止隔离液的流失和仪表的单项受压。 3. 电容式液位计 （1） 工作原理

电容器的极板之间，允以不同介质时，电容量的大小也不一样；因此，可通过测量电容的变化来检测液位、料位和两种不同液体电容的分界面。

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L - 两极板相互遮盖部分的长度；

d、D - 圆筒形内电极的外径和内径； ε- 中间介质的介电常数； ε0 - 空气介电常数 （2） 特点

电容式物位变送器适用于工业企业在生产过程中进行测量和控制生产过程，主要用作导电与非导电介质的液体液位或粉粒状固体料位的远距离连续测量和指示。

电容式液位变送器由电容式传感器与电子模块电路组成，它以两线制4～20mA恒定电流输出为基型，经过转换，可以用三线或四线方式输出，输出信号形成为1～5V、0～5V、0～10mA等标准信号。电容传感器由绝缘电极和装有测量介质的圆柱形金属容器组成。当料位上升时，因非导电物料的介电常数明显小于空气的介电常数，所以电容量随着物料高度的变化而变化。变送器的模块电路由基准源、脉宽调制、转换、恒流放大、反馈和限流等单元组成。采用脉宽调频原理进行测量的优点是频率较低，对周围无射频干扰、稳定性好、线性好、无明显温度漂移等。 4. 雷达物位计 （1） 概述

采用线性调频连续波测距原理。由探测部分和监测仪表组成，有喇叭线和波导管天线两种类型，提供4－20mA信号显示，并有各种通讯协议。 （2） 雷达液位计的工作原理

发射—反射—接收是雷达液位计的基本工作原理。

雷达传感器的天线以波束的形式发射最小为5.8GHz的雷达信号，发射波在被测物料表面产生反射，反射回来的回波信号仍由天线接收。发射及反射波束中的每一点都采用超声采样的方法进行采集。信号经智能处理器处理后得出介质与探头之间的距

离，送终端显示器进行显示、报警、操作等。微波测距示意图如图1所示。

图中，E－空槽（罐）的高度；F—满槽（罐）的高度； D—探头至介质表面的距离；L—实际物位

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雷达脉冲信号从发射到接收的运行时间与探头到介质表面的距离D成正比，即： D=v×t/2

式中，t—脉冲从发射到接收的时间间隔 v—波形传播速度

因空槽距离E已知，故实际物位的距离L为： L=E-D

式中，E的基准点是过程连接的底部

一束雷达波的发射时间为1ns，每隔277ns天线系统发射一束脉冲信号，脉冲波束的频率为3.6MHz。

在发射的时间间隔里，天线系统作为接收装置使用。仪表分析、处理运行时间小于十亿分之一秒的回波信号，并在极短的一瞬间分析处理回波。

雷达传感器利用特殊的时间间隔调整技术将每秒3600000个回波信号进行放大、定位，然后进行分析处理。因此雷达传感器可以在0.1s内精确细致地分析处理这些被放大的回波信号，无须花费很多时间来分析频率。 （3） 雷达液位计的特点

雷达液位计最大的特点是在恶劣条件下功效显著。无论是有毒介质，还是腐蚀性介质，也无论是固体、液体还是粉尘性、浆状介质，它都可以进行测量。在测量方面，具有以下特点：

① 连续准确地测量 ② 对干扰回波具有抑制功能 ③ 准确安全节省能源 ④ 无须维修且可靠性强 ⑤ 维护方便，操作简单

⑥ 适用范围广，几乎可以测量所有介质 （4） 安装注意事项

a．天线平行于测量槽壁，利于微波的传播。

b．安装位置距槽壁距离应大于30cm，以免将槽壁上的虚假信号误做回波信号。 c．尽量避开下料区、搅拌器等干扰源，使波束范围内无固定物，提高信号的可信度。 d．接管直径应小于或等于屏蔽管长度（100mm或250mm）。 5. 超声波液位计 （1） 概述

超声波液位计是一种利用回声原理探测容器内液位的非接触式工业物位仪表，它可以使用防腐型超声换能器，可对各种强腐蚀性的盐酸、硫酸、、磷酸以及氢氧化钠、氢氧化钾等粘度较大的液体进行精确、连续的液位监测，也可对无腐蚀性的水箱、井、池的水位就地读取液位数值和远传监测，适用于电力、化工、冶金、食

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品、制药等各行业。若用于固体颗粒、粉沫料位监测时，作用距离将大为减少，但仍可使用。 （2） 主要技术特点

① 一体化设计，安装方便。

② 三线制接线，保证强劲声波发射，测量稳定可靠。 ③ 过压过流保护，雷电保护。 ④ 光电隔离的4－20mA电流输出。 ⑤ 失效保护，电流输出22mA。

⑥ 允许较大电流通过的双继电器用于泵控制或报警。 ⑦ 先进的自夹紧式接线端子，保证接线永不松动。 ⑧ 智能信号处理技术，保证仪表适应各种工况。

⑨ 适应恶劣环境，灵活的支架或法兰安装。 （3）仪表原理和构造

超声波液位计是一种非接触式物位仪表，它用安装于被测容器顶部的超声换能器向液面垂直发射一组超声波脉冲，声波在液面反射后由同一个换能器接收并转变为电信号。测得超声脉冲的传播时间和传声介质(空气)的温度后，由微控制器进行温度补偿运算，计算出换能器至液面的距离，在已知换能器至容器底部安装高度的前提下，算得容器内液位高度。超声波在气体中的传播速度受气体温度所影响，因此物位计工作时需要检测气体温度，对声速进行补偿，以保证测量精度。

原理：超声波传感器在微机控制下，发射和接收超声波，并由超声波的传播t来计算超声传感器距被测物位的hb,在超声波传播速度C已知的情况下，可根据hb=ct/2计算出hb。因超声传感器距离渠底的高度h为定值，故可计算出物位高度ha=h-hb。

（4） 仪表安装

仪表的合理安装是其可靠工作的关键。

物位计安装于容器的上方，探头发射面垂直指向液面或料面。若为密闭容器，应采用法兰式安装，其他情况可采用简单的支架安装。

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6. 浮球式液位变送器 （1） 概述

浮球式液位变送器由磁性浮球、测量导管、信号单元、电子单元、接线盒及安装件组成。

一般磁性浮球的比重小于0.5，可漂于液面之上并沿测量导管上下移动。导管内装有测量元件，它可以在外磁作用下将被测液位信号转换成正比于液位变化的电阻信号，并由电子单元转换成4～20mA或其它标准信号输出。变送器为模块电路，具有耐酸、防潮、防震、防腐蚀等优点，电路内部含有恒流反馈电路和内保护电路，可使输出最大电流不超过28mA，因而能够可靠地保护电源并使二次仪表不被损坏。 （2）工作原理

液位开关应用浮力原理将敞开或有压贮槽内的液位转换成开关信号。这种液位开关可以由用户调整开关点。可用于危险区域及有污染危险的液体， 结构简单， 价格低廉。

仪表基于浮力原理， 浮球安装在非磁性导向管上随着液位上下移动,并通过磁系统，作用于导向管内的弹簧管， 发出开关信号。 （3） 浮筒式液位变送器

① 概述

它是将磁性浮球改为浮筒，它是根据阿基米德浮力原理设计的。浮筒式液位变送器是利用微小的金属膜应变传感技术来测量液体的液位、界位或密度的。它在工作时可以通过现场按键来进行常规的设定操作。

② 工作原理与结构

变送器由检测、转换和变送三部分组成。检测部分由浮筒室、浮筒、连杆组成；转换部分由杠杆、支承件、传感器组成。变送器部分由放大器、电压电流转换、指示表外壳等组成。

当浮筒浸沉在液体中，受到阿基米德定律向上浮力的作用，浮筒失去自重，浮筒浸入液体体积及介质密度与浮力成正比，式：F=1/4·π·D·H·r， F：浮力，D：浮筒直径 H：介质高度，r：介质密度。当液位上升浮筒失去自重，支承点杠杆力发生变化，传感器输出电信号经运算放大转换成与被测液位成线性的4～20mADC标准信号、远传到控制室集中控制记录，实现工艺流程自动控制。

变送器带有100%现场指示表，零位为4mA，100%为20mA。由于介质密度不同，表头设有量程和零位调节。 ③ 安装与使用

a.必须保证测量室垂直，浮筒不得与室壁发生任何接触。

b.施工中不得使浮筒受到拉力或推力及激烈的振动或冲击，否则可能使传感器因过载而损坏。 c.仪表安装后，通电检查仪表的零位，如不在4mA上，应进行零位调零。

④ 防爆安全使用注意事项

a.仪表外壳设有接地端子，用户在安装使用时应可靠接地。

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2

b.本安型浮筒液位变送器必须与齐纳安全栅配套使用构成本安防爆系统。

c.本安系统的布线应尽量避免外界电磁干扰的影响，并将电缆分布参数控制0.08μF和2mH以内。 d.安全栅的安装、使用和维护，应遵守安全栅使用说明书。 e.变送器使用的最高环境温与介质温度关系

电动浮筒液位（界面）变送器是一种新颖的液位界面测量仪表。变送器模块采用专用集成电路，它采用测应力的方法，直接测量浮筒在液体中的浮力，因此具有结构简单、灵敏度高、线性度好、长期使用稳定可靠等优点。它成功地克服了原电动、气动浮筒矢量机构复杂、调校难等缺点,是原电动和气动浮筒变送器的更新换代产品，可广泛用于石油、化工、医药、冶金等工业领域的各种容器内的液位界面连续测量，特别适用于各种易燃易爆场合。 7. 静压式测量仪表 （1）概述

其将压力传感器置于被测液体容器之外,利用引压管导压,这样就避免了传感器与介质的直接接触及电信号在介质中的传输,从而最大限度的消除了介质对测量精度的影响。在变送器探头内存静压力从而彻底消除了堵塞和渗漏现象,其独特的设计结构,使之特别适用于测量高粘度及悬浮性液体,如重油,渣油,浆料等。该仪表标准型的触液部分为全不锈钢焊接结构,另有聚四氟乙烯(PTFE)触液材质,可用于强腐蚀性介质的液位测量。该变送器采用24V DC供电,并输出二线制4-20 mA标准信号,可广泛应用于石化,冶金,能源,食品,环保,水处理等行业对敞口容器液位的测量。 （2）原理

利用液体静压力来测量液位,并把这一压力信号转换成与液位成正比的二线制4-20mA标准模拟信号远传输出,从而实现工业生产的过程控制。FCL液位变送器由以下四个基本部分组成:集气器,引压管,过程连接件及内装转换,放大电路的壳体。该液位变送器的整个导压部分是一个气密系统,当集气器连同引压管一同垂直插入被测液体内部后,液面与集气器底部的液位高度差所产生的静压力就通过引压管内部的空气传至上部壳体内的压力传感器,这一压力被传感器转换成毫伏信号再经过模块电路部分的放大转换成4-20mA标准模拟信号输出。由于液体静压与液位存在的正比关系(P=gh),这样变送器的输出信号就真实准确的反映了液位的变化。 （3）特点

①传感感器不触测量液 ②具有本安及隔爆性能 ③采用进口高品质传感器 ④多种触液材质及引压形式可选 ⑤无堵塞,无渗漏探头设计 ⑥可选防波动静井,沉入架安装

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8. 磁浮子 （1） 测量原理

这种仪表的操作原理是旁通管道式液体测量原理。测量管作为容器的一个旁通容器与其相连，这样测量管内的各种条件与容器内的一样。

浮子内安装永久磁铁系统，将测量值通过磁耦合传递到指示器上。指示器上安装线性刻度条，当液位变化时，浮子内磁铁系统带动磁翻板或浮子指示容器内相应的液位值。 （2） 特点

① 结构简单、坚固。

② 抗压，指示部分和测量部分密封隔离。 ③ 适合于恶劣的操作条件和环境条件。

④ 对密度≥0.5kg/l的液体/液化气具有可靠功能。 ⑤ 大型刻度条，便于读数。

⑥ 具有PTFE衬里或硬塑料等不同类型。

⑦ 能承受≤4.0MPa的压力，还有压力高达6.4MPa和≤400℃的特殊类型。 ⑧ 可进行密度差≥0.1kg/l的两种液体介质之间的界面测量。 ⑨ 指示器可更换，增加限位开关和远传系统。

⑩ 远传电流输出4～20MA，除了就地指示器外，磁浮子还可以安装一个电远传系统，为了在指定的液位的测量点发出报警信号，可在磁浮子液位计的连通管上通过夹持的方式安装限位开关，可以对测量管中的某一点进行控制。

9. 音叉开关 （1）工作原理

音叉形式的传感器受压电晶体驱动按照其固有频率振动，当传感器浸入液体时，其固有频率发生变化，电子模块检测出传感器的频率变化后，给出一开关信号。用户根据实际要求通过开关单元，现场选定高位或低位报警模式。

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利用音叉之间的频率随介质的不同而改变的原理设计的,当音叉之间由干态 变为湿态时,或者由湿态变为干态时,这个变化而引起的频率变化,可由湿态或干态压电传感器检测,通过智能化电子装置转变成相应的开关量信号或4-20mA信号输出,提供开关量报警或连续量控制。

（2）特点

应用广泛：可安全使用于各种液体，无需维护且不受介质扰动、电气参数、固气含量、泡沫及粘附的影响。 动作精确：恒定的切换点无需标定就可实现毫米级精度。

抗振能力：完善的设计及智能化的电子模块，有无与伦比的抗振性能。 六、温度检测仪表 1. 概述

温度测量仪表按测温方式可分为接触式和非接触式两大类。通常来说接触式测温仪表比较简单、可靠、测量精度较高；但因测温元件与被测介质需要进行充分的热交金换，需要一定的时间才能达到热平衡，所以存在测温的延迟现象，同时受耐高温材料的，不能应用于很高的温度测量。非接触式仪表测温是通过热辐射

原理来测量温度的，测温元件不需与被测介质接触，测温范围广，不受测温上限的，也不会破坏被测物体的温度场，反应速度一般也比较快；但受到物体的发射率、测量距离、烟尘和水气等外界因素的影响，其测量误差较大。

2. 温度测量的基本概念

温度是表征物体冷热程度的物理量。温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量，而用来量度物体温度数值的标尺叫温标。它规定了温度的读数起点（零点）和测量温度的基本单位。目前国际上用得较多的温标有华氏温标、摄氏温标、热力学温标和国际实用温标。

华氏温标（℉）规定：在标准大气压下，冰的熔点为32度，水的沸点为212度，中间划分180等分，每第分为1度，符号为℉。

摄氏温度（℃）规定：在标准大气压下，冰的熔点为0度，水的沸点为100度，中间划分100等分，每等分为1度，符号为℃。

热力学温标又称开尔文温标，或称绝对温标，它规定分子运动停止时的温度为绝对零度，记符号为K。它们之间的关系是：

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℃=K-273.15 ℃=5/9(F-32) F=9/5℃+32

国际实用温标是一个国际协议性温标，它与热力学温标相接近，而且复现精度高，使用方便。目前国际通用的温标是1975年第15届国际权度大会通过的《1968年国际实用温标-1975年修订版》，记为：IPTS-68（Rev-75）。但由于IPTS-68温示存在一定的不足，国际计量委员会在18届国际计量大会第七号决议授权予19年会议通过了1990年国际温标ITS-90，ITS-90温标替代IPTS-68。我国自1994年1月1日起全面实施ITS-90国际温标。 3. 1990年国际温标（ITS-90）简介 ① 温度单位

热力学温度（符号为T）是基本物理量，它的单位为开尔文（符号为K），定义为水三相点的热力学温度的1/273.16。由于以前的温标定义中，使用了与273.15K（冰点）的差值来表示温度，因此现在仍保留这各方法。 根据定义，摄氏度的大小等于开尔文，温差亦可以用摄氏度或开尔文来表示。 国际温标ITS-90同时定义国际开尔文温度(符号为T90)和国际摄氏温度(符号为t90) ② 国际温标ITS-90的通则

ITS-90由0.65K向上到普朗克辐射定律使用单色辐射实际可测量的最高温度。ITS-90是这样制订的，即在全量程中，任何温度的T90值非常接近于温标采纳时T的最佳估计值，与直接测量热力学温度相比，T90的测量要方便得多，而且更为精密，并具有很高的复现性。 ③ ITS-90的定义

第一温区为0.65K到5.00K之间, T90由3He和4He的蒸气压与温度的关系式来定义。 第二温区为3.0K到氖三相点(24.5661K)之间T90是用氦气体温度计来定义。

第二温区为平衡氢三相点(13.8033K)到银的凝固点(961.78℃)之间,T90是由铂电阻温度计来定义.它使用一组规定的定义固定点及利用规定的内插法来分度。

银凝固点(961.78℃)以上的温区,T90是按普朗克辐射定律来定义的,复现仪器为光学高温计。 4. 热电偶

（1） 热电偶优点：

① 测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。

② 测量范围广。常用的热电偶从-50－+1600℃均可连续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269℃（如金铁镍铬），最高可达+2800℃（如钨-铼）。

③ 构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的，外有保护套管，用起来非常方便。 （2） 热电偶测温基本原理

将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路。当导体A和B的两个连接点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势,因而在

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oo

回路中形成一个电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。 （3） 热电偶的种类及结构形成 ① 热电偶的种类

常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所谓标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶，它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量。 我国从1988年1月1日起，热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产，并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。 ② 热电偶的结构形式

为了保证热电偶可靠、稳定地工作，对它的结构要求如下： a.组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固； b.两个热电极彼此之间应很好地绝缘，以防短路； c.补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠； d.保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。 （4） 热电偶冷端的温度补偿

由于热电偶的材料一般都比较贵重（特别是采用贵金属时），而测温点到仪表的距离都很远，为了节省热电偶材料，降低成本，通常采用补偿导线把热电偶的冷端（自由端）延伸到温度比较稳定的控制室内，连接到仪表端子上。必须指出，热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极，使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上，它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响，不起补偿作用。因此，还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t0≠0℃时对测温的影响。

在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配，极性不能接错，补偿导线与热电偶连接端的温度不能超过100℃。

（5） 热电偶的特点

热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一，其优点是： ① 测量精度高；② 测量范围广；③ 构造简单，使用方便。 5. 热电阻 （1） 热电阻优点

热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热电阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。 （2） 热电阻测温原理及材料

热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。热电阻大都由纯金属

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材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。 （3） 热电阻的结构 ① 精通型热电阻

它是工业常用热电阻感温元件（电阻体）。从热电阻的测温原理可知，被测温度的变化是直接通过热电阻阻值的变化来测量的，因此，热电阻体的引出线等各种导线电阻的变化会给温度测量带来影响。为消除引线电阻的影响，一般采用三线制或四线制。 ② 铠装热电阻

铠装热电阻是由感温元件（电阻体）、引线、绝缘材料、不锈钢套管组合而成的坚实体，它的外径一般为φ2～φ8mm。

与普通型热电阻相比，铠装热电阻的优点是体积小、内部无空气隙、热惯性上测量滞后小；机械性能好、耐振，抗冲击；能弯曲、便于安装；使用寿命长。 ③ 端面热电阻

端面热电阻感温元件由特殊处理的电阻丝材绕制，紧贴在温度计端面。它与一般轴向热电阻相比，能更正确和快速地反映被测端面的实际温度，适用于测量轴瓦和其他机件的端面温度。 ④ 隔爆型热电阻

隔爆型热电阻通过特殊结构的接线盒，把其外壳内部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等影响而发生的爆炸局限在接线盒内，生产现场不会引超爆炸。隔爆型热电阻可用于Bla～B3c级区内具有爆炸危险场所的温度测量。

（4） 热电阻测温系统的组成

热电阻测温系统一般由热电阻、连接导线和显示仪表等组成。必须注意以下两点： ① 热电阻和显示仪表的分度号必须一致。

② 为了消除连接导线电阻变化的影响，必须采用三线制接法。

电阻体的断路修理必然要改变电阻丝的长短而影响电阻值，为此更换新的电阻体为好，若采用焊接修理，焊后要校验合格后才能使用。 6. 温度相关知识

（1） 电阻率---又叫电阻系数或叫电阻比。是衡量物质导电性能好坏的一个物理量，以字母ρ表示，单位为欧姆*毫米平方/米。在数值上等于用那种物质做的长1米截面积为1平方毫米的导线，在温度20C时的电阻值，电阻率越大，导电性能越低。物质的电阻率是随温度而变化的物理量，其数值等于温度每升高1C时，电阻率的增加与原来的电阻电阻率的比值，通常以字母α表示，单位为1/C。

（2） 电导----物体传导电流的本领叫做电导。在直流电路里，电导的数值就是电阻值的倒数，以字母ɡ表示，单位为欧姆。

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（3） 电导率----又叫电导系数，也是衡量物质导电性能好坏的一个物理量。大小在数值上是电阻率的倒数，以字母γ表示，单位为米/欧姆*毫米平方。

（4） 电动势----电路中因其他形式的能量转换为电能所引起的电位差，叫做电动势或者简称电势。用字母E表示，单位为伏特。 七、在线分析仪表 1. 概述

用于化工生产流程中（即在线）连续或周期性检测物质化学成分或某些物性的自动分析仪表。由于各种在线分析仪表的作用原理、分析对象和复杂程度不同，其组成也大不相同。 2. 组成部分

一般都由四个部分所构成：①取样、预处理及进样系统。从流程中取出具有代表性的样品，并使它符合分析器对样品状态或条件的要求。②分析器。将样品的成分量或物性量转换成可测量的电信号。③电源和电子线路。对仪表各部分供电，控制仪表各部分的工作，将分析器送来的电信号放大后，输出至显示、记录器，或同时送至自动控制器或电子计算机。④显示、记录器。用来显示、记录代表成分量或物性量的电信号。 3. 分类 常用的有：

（1） 热学式分析仪表，如热导式和热化学式气体分析器等；

（2） 电化学式分析仪表，如 pH 计，电导仪，盐量计，电磁浓度计，原电池式、极谱式和氧化锆氧分析器等；

（3） 磁式分析仪表，如热磁式和磁力机械式氧分析器等；

（4） 光学式分析仪表，如红外线气体分析器、紫外线分析器和流程光电比色计等；

（5） 色谱分析仪 , 如流程气相色谱仪和流程液相色谱仪两类；此外 , 还有密度计、湿度计、水分仪和粘度计等。 4. 典型仪表

化工常用在线分析仪表有下列几种： （1） 热导式气体分析器

基于气体导热系数值与其成分量有关的物理特性，被测气体通过热导池，检测热导池中热丝电阻的变化，可得知其中各成分的含量。主要用于分析混合气中氢气、二氧化硫或二氧化碳的含量。

（2） 流程pH 计

基于水溶液中氢离子浓度与插入溶液中一对电极所产生的电动势有关的电化学特性，由测量得到的电动势的值，可得知被测溶液的 pH 值。常用于石油炼制工业、制药工业和食品工业等部门，尤其在污水处理工程中应用更多。

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（3） 氧化锆氧分析器

氧化锆在高温下，由于有氧离子存在而具有导电性。若在氧化锆管的内外两侧贴上铂电极 , 当电极两侧的气体含氧量不同 , 电极就产生电动势。若使一侧（参比侧）氧浓度固定不变 , 则另一侧 ( 被测侧 ) 氧浓度与电动势有对应关系。测量该电动势值 , 就得知被测气体中含氧量的多少。该分析器响应很快，结构简单，使用、安装方便，维护工作量少。常用于工业炉窑烟道气含氧量的测量和控制，提高燃烧热效率。

（4） 红外线气体分析器

基于各种气体对红外线辐射能具有选择性吸收的特性，红外线被气体中一种组分吸收后 , 辐射能部分地转化为热能，使气体温度升高, 通过测量气体温度变化或恒容积内气体压力的变化，就可得知气体中这一组分的含量。它可分析的对象很广泛 ( 如一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙炔、各种烃、乙醇和蒸汽等的含量 )，灵敏度高，量程范围广，响应速度快。

（5） 在线色谱分析仪

包括气相和液相色谱分析仪两类。利用不同物质在不同两相中具有不同分配系数的特性。当两相在色谱柱里作相对运动时，这些物质在两相间多次反复分配 , 使分配系数不同的组分分离出来 , 并依先后顺序在检测器中逐个测出，各组分及其浓度的信号被自动记录，形成色谱图。据图可定性和定量地求出被测物质的组成和含量。在色谱柱中，相对运动的两相为固定相及流动相。用气体作为流动相载运样品的称气相色谱仪；用液体作为流动相的称液相色谱仪。色谱分析仪能进行多点、多组分周期性的自动分析，选择性好，灵敏度高，响应速度快。主要用于石油、化肥等行业对气体或液体混合物的多组分分析。 5. 发展趋势

（1） 提高现有分析仪表的性能（精度、稳定性、可靠性、耐久性和响应速度等），降低成本。 （2） 发展简易、价廉的在线分析仪表，以满足中小工业的需要。

（3） 与微型计算机相结合，使在线分析仪表微型机化，功能多样化，体积小型化，分析过程自动化。 （4） 开发新的原理和方法，采用新技术 ( 微电子和微光电子技术等 ) 、新材料，研制新型流程分析仪表。 八、特殊仪表 1. 核密度计

放射源发出的γ射线穿过被测物料前后的强度变化遵寻朗伯-贝尔定律，即按指数规律衰减。通过检测穿过介质的射线强度，再经过仪表内部的运算处理，即可准确测出介质的密度、浓度等。 （1） 主要特点:

① 非接触式测量，适应性广

② 测量与被测介质组成、化学、物理性质无关 ③ 高可靠性、无故障运行时间确保2万小时以上 ④ 完善的自检和自调试功能

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⑤ 特殊的抗干扰技术, 稳定性好 ⑥ 数字化的温度补偿

⑦ 仪表标定时无须停车，标定后置入的参数不会丢失 （2） 应用范围：

① 密度计（浓度计）：广泛地用于炼油、化工、煤炭、冶金、矿山、建材、电力、轻工等工业部门的在线密度、浓度、检测与工艺流程控制。

② 质量流量计：与电磁流量计配套，在线检测流体的“质量流量”（即单位时间内流过的干物质量）。显示输出参数有瞬时干物质量和累计干物质量。用于各类流体输送过程的计量和生产工艺过程控制。 ③ 界面计：可测量两种分层液体界面的变化，从而控制其中一种液体的含量。

④ 泥浆比重计和砂比计：是专门为油田钻井、固井、压裂等行业设计的单电源（+24VDC或+12VDC）车载同位素仪表，它与油田水泥车、混沙车配套，测量水泥浆比重、压裂沙比，并可用于钻井工艺中钻机入口、出口泥浆比重的测量。

⑤ 盐酸和硫酸浓度计：专门测量盐酸、硫酸浓度的专用仪表。 （3） 仪表组成:

仪表由主机、探测器、放射源及其容器三部分组成。 主机有盘式和壁挂式两种。放射源采用CS-137或CO－60。 2. 核射物位计 （1）工作原理

不同介质吸收射线的能力不一样，只要测定通过介质的射线强度 I，介质的厚度就知道了。

其中 射线强度 I=I0e

-μh

μ- 介质对射线的吸收系数； I0:初始强度

H - 介质层的厚度； I- 穿过介质后的射线强度 （2） 特点

测量精度高，性能稳定，工作可靠，使用寿命长，放射源具有可靠的防护设施，使用安全可靠。 3.仪表使用安全常识

（1） 同位素仪表使用的放射源一般是铯-137；仅料位计在大直径下采用钴-60放射源。放射源出厂时被密封在φ12×15或φ8×9不锈钢壳内，氩弧焊封接，经极严格检查，表面无放射性物质。密封后的放射源又被置于所专门设计防护容器中，得到良好的屏蔽防护。源容器有启闭开关，仅在使用时打开，运输和安装时容器开关始终关闭。我所使用放射源强度很小，经容器防护后泄漏量远低于国家居民安全标准。绝对不会造成环境污染。

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（2） 使用同位素仪表，距放射源容器1米处，每天8小时，每年300天，全年累积照射量还不及一次普通胸部X射线透视的照射量。更何况全年就近检查仪表探测器时间很少，一般人员距仪表放射源容器都在2米以外，所以使用仪表非常安全，应打消不必要的恐惧。

（3） 仪表维护人员减少照射量的方法 ：在放射源强度已定的条件下照射量与照射时间成正比，与距离平方成反比。维护人员在拆装探测器时，关上源容器开关，缩短拆装时间，拉开操作距离，就可将照射量限定在最小的范围。

（4） 日常生活中放射性辐射水平列表对照：

国家标准 照射种类 国家规定放射工作人员剂量当量限值 国家规定公众个人剂量当量限值 天然本底照射量 源容器实测辐射水平 每日非放射性工作区照射量

医用X射线照射实例 门诊胸透照射量 胸部拍片照射量 牙部透视照射量 胸部头部CT照射量

安全照射量国家标准 分类 γ-射线照射人体安全照射量率 居民区放射性照射量率 24小时照射量 非放射性工作区照射量率 8小时照射量 放射性工作区照射量率 8小时照射量

照射量 〈= 20毫伦/日 〈= 0.025毫伦/时 〈=0.6毫伦 0.025毫伦/时〈X〈0.25毫伦/时 〈=2毫伦 0.25毫伦/时〈X〈2.5毫伦/时 2---20毫伦 1300毫伦/次 60毫伦/次 2500---3000毫伦/次 800---900毫伦/次 照射剂量或剂量当量 50毫希/年 照射量20毫伦/日 5豪希/年 照射量2毫伦/日 0.6毫伦/24小时 〈=0.1毫伦/时·米 〈=2毫伦/日 第三节 现场执行机构

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一、概述及基础知识 1 概述

控制阀调节阀属过程控制中的终端元件，在石油、化工生产过程中始终扮演着非常重要的角色，起着控制全部生产设备和工艺流程正常运转的作用。控制阀的性能直接影响到工艺过程的产量及不合格率，甚至于正常生产。 2 基础知识

① 根据国际电工委员会（IEC）对调节阀（国外叫控制阀）的定义，调节阀由执行机构和调节机构（阀体部分）两部分组成。其中，执行机构是调节阀的推动装置，它按信号压力的大小产生相应的推力，使阀杆产生相应的位移，从而带动调节阀的阀芯动作。阀体部件是调节阀的调节部分，它直接与介质接触，由阀芯的动作改变截流面积，达到调节的目的。

② 调节阀的正反作用、正装反装、气开气关

正作用：当信号压力增大时，阀杆下移的叫正作用执行机构。 反作用：当信号压力增大时，阀杆上移的叫反作用执行机构。 阀芯正装：阀杆下移时，阀芯与阀座间流通面积减小的称为正装。 阀芯反装：阀杆下移时，阀芯与阀座间流通面积增大的称为反装。

气开阀门(F.C)：有信号时阀门可以调节打开，没有信号时阀门关闭的为气开式。 气关阀门(F.O)：有信号时阀门可以调节关闭，没有信号时阀门打开的为气关式。

③ 调节阀的可调比 我们用可调比来衡量调节阀的调节控制能量，当调节阀两侧的差压为定值时，调节阀所能控制的最大流量 Qmax 和最小流量Qmin 之比，或所能控制的最大流通能力 Cmax 和最小流通能力 Cmin 之比，称为调节阀的可调比R。 R＝ Qmax /Qmin = Cmax/Cmin

④ 流量特性

调节阀的流量特性通常是指流过调节阀的流体的相对流量与阀门相对开度之间的关系。所谓相对开度是指某一开度下的门杆移动行程与全行程之比；相对流量是指某一开度的流体流量与阀门全开时的流量之比。

仪表调节阀特性 线性阀 • 在小开度时流量变化大，而大开度流量变化小。 • 小负荷时调节性能过于灵敏而等百分比阀 • 每改变单位行程引起的流量变化的百分率是相等的。 抛物线阀 • 其特性介于线性和等百分比特性之间，即是一条抛物线，即流量与• 使用等百分比调节阀在全行程行程的平方成正比。 • 调节性能较为理想，但阀芯加产生振荡，大负荷时，调节迟缓而不范围内工作都比较平稳，尤其在 大开及时。 • 适用性较小。 度时 ，放大倍数也大，工作更为灵敏工制作比较困难。 有效。 • 应用广泛，适应性强。

⑤ 调节阀的流通能力

所谓调节阀的流通能力C是指调节阀全开时，单位时间内通过调节阀的流体体积和质量，它反映了调节阀的流量特性。C值在一定的条件下可定义为：在调节阀前后差压为100 KPa ，水的密度为1000 Kg/m 的条件下，每小时通过阀门水的立方米数。Cv=1.17C。 二、 分类

调节阀按执行机构的能源来划分有气动调节阀、电动调节阀和液动调节阀；按结构可以分为薄膜式、活塞式（气缸式）和长行程执行机构；按结构分为直通单座、直通双座、三通、角形、隔膜、蝶形、球阀、偏心旋转（挠曲阀）、套筒（笼式）、阀体分离等；按流量特性分为直线、对数（等百分比）、抛物线、快开等；按温度分为超低温阀（t ≤-100 ℃）、低温阀（-100 ℃＜ t ≤-40℃﹚、常温阀（-40 ℃ ＜t ≤120 ℃﹚、中温阀（120℃＜ t ≤450 ℃﹚、高温阀（t＞450℃）；按压力分为低压阀（公称压力≤1.6Mpa）、中压阀（2.5、4.0、6.4Mpa）、高压阀（PN10.0－80.0MPa）、超高压阀（≥100MPa）。 三、气动薄膜直通双座调节阀

1. 结构与特点

双座调节阀阀体内具有上、下两个阀芯球和两个阀座，流体作用在上、下阀芯上的推力，其方向相反而大小接近，不平衡力很小。特点是许用压差大（DN100的阀门，△P＝280KPA），流通能力大（DN100的阀，C＝160），泄漏量大（标准泄漏量为0.1％C）。

2. 应用

特别适用于泄漏量要求不严和压差较大的一般场合。由于流路较复杂，不适用于高粘度、含悬浮颗粒的流体。

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四、三通阀

1. 结构与特点

三通调节阀有三个出入口与管道相连，有三通分流型和三通合流型两种结构，对于三个系统的分合流控制非常有效。特点是结构紧凑、启闭迅速、流道通畅、流体阻力小，属新型结构阀 2. 应用

分流阀用于一种流体分为两路的场合，合流阀用于两种流体混合成一路的场合，可以是含纤维、固体颗粒、料浆等介质。三通阀通常用于换热器的温度控制系统，流体温度一般为300度以下，两种流体的温差应不大于150度。 五、角阀

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1. 结构与特点

角型调节阀结构上阀体为直角形，具有流路简单、阻力小、阀体受流体的冲击小、体内不易结污易于冲洗、调节稳定性较好的特点。 2. 应用

它适用于高粘度、含悬浮物和颗粒状物质的场合，或用于要求直角配管

连接的地方。其流向一般为下进上出。 六、蝶阀

1. 结构与特点：蝶阀又叫翻板阀，是通过挡板或叶片以转轴为中心旋转一定角度（0°－90°之间，旋转到90°时，阀门则为全开状态）起到切断或调节的作用。特点是结构简单，操作方便，流通能力大，约为同口径双座阀的1.5-2倍；阻力损失小，压降低；沉积物不易积存；结构紧凑、安装空间小；密封性能好；适合制作大口径阀门。 2 应用

蝶阀应用范围较广。适用于低差压，大流量的气体及含有浆状和固体悬浮物的介质。 常用的蝶阀有对夹式蝶阀和法兰式蝶阀两种。对夹式蝶阀是用双头螺栓将阀门连接在两管道法兰之间，法兰式蝶阀是阀门上带有法兰，用螺栓将阀门两端法兰连接在管道法兰上。 七、偏心旋转阀 1. 结构与特点

偏心旋转调节阀（凸轮挠曲阀）是近年来国际上新发展的较先进的一种高性能调节阀。它综合了常规调节阀、球阀、蝶阀的优点，与常规阀门比，在压差、泄漏量、额定流量系数、可调范围等技术性能上均优于常规阀门。阀体为直通型，当阀轴转动时，装在阀轴上的球面阀芯，相对于阀体中心作偏心旋转，其轨迹呈凸轮状曲线，当阀关闭时，阀芯的柔臂发生弹性变形，使阀芯球面与阀座密封面接触达到可靠的密封要求。流路简单、阻力小，重量轻；阀芯回转中心与旋转轴不同心，减少阀座的磨损。流通能力较大；可调比超过100：1。偏心旋转调节阀的关断压差可达100kgf/cm，操作温度范围是－100℃到430℃。 2. 应用

它的适用范围广泛，可用于从低压、高Cv值场合到泥浆、造纸、石油、天然气等行业。特别适用适用于粘度大，含有固体及易粘结介质的场合。 八、套筒阀

1. 结构与特点：套筒调节阀又称笼式调节阀,通过不同的套筒、阀塞,可方便地组合成多种变形

产品,互换性和通用性强。同时具有稳定性好、噪音低、许用压差大、使用寿命长、装拆维修方便的特点,采用阀塞和套筒圆侧面导向,可改善由涡流和冲击所引起的振荡,并改善了原有双导向的摩擦和阀芯损坏现象。

2. 应用：广泛用于生产之中，特别是高温高粘度，含颗粒结构的介质调节。

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九、球阀（旋塞阀） 1. 结构与特点

它的阀芯是带圆孔的球形体，当阀处于开位时允许流体流过，将球形体转动90度切断物流。球阀可以起切断和调节作用，最大的特点是流路简单，全开时完全形成直管通道，压力损失小，密封可靠，泄漏量很小。 2. 应用：适用于高粘度、悬浮液、纸浆等流体场合。 十、自力式调节阀

1. 结构与特点

直接作用压力式调节阀属自力式调节阀类,是一种不需外加能源和操作介质,根据被控流体的能量自行操作并保持阀前或阀后变量恒定的调节阀，能在无电无气的场所工作，既方便又节约了能源。可分为阀后压力调节，阀前压力调节两种结构。具有结构简单、动作可靠、维护方便、防火防爆和价廉等优点。 2. 应用

适用于流量变化小、调节精度要求不高或仪表气源电源供应困难的场合。

十一、气动长行程

1. 结构与特点

它具有行程长、输出力矩大、功率大的特点，将20－100KPA的气信号转变成相应的转角（0－90度）或位移（200－400MM），适合于角行程调节阀的需要。 2. 应用

用于调节工艺管道中各种阀门、挡板的角度，从而达到控制各种工艺参数的目的，特别适用于锅炉燃烧系统的引风控制。 十二、隔膜阀

1. 结构与特点

隔膜阀是一种特殊形式的截断阀,它用耐腐蚀衬里的阀体和耐腐蚀的隔膜代替阀芯和阀座，由隔膜起调节作用，并将阀体内腔与阀盖内腔隔开。

该阀门结构简单，流路阻力小，能严密关闭。由于它用隔膜将下部阀体内腔与上部阀盖内腔隔开,因此使位于隔膜上方的阀杆等零件不受介质腐蚀,且不会产生介质外漏,省去了填料和密封结构。另外，利用FEP氟塑料与合成橡胶复合而成的隔膜和带有氟塑料衬里层的阀门可适用于“熔融碱金属、元素氟”外的各种强腐蚀性介质。但由于隔膜

和衬里材料，耐压、耐温较低，一般只能用于1.6MPA、150度以下。 2. 应用

适用于强酸、强碱等强腐蚀介质的调节，也能用于高粘度及悬浮颗粒流体的调节。

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十三、阀体分离阀 1. 结构与特点

阀体分离型调节阀是把阀体分离成两个部分，用法兰连接起来。 特点是便于拆卸、流体阻力小、关闭严密、控制特性好。 2. 应用

主要应用于高粘度、含颗粒、结晶及纤维的流体；选用耐腐蚀衬里时，可用于强酸、强碱等强腐蚀介质，但不耐高压和高温。 十四、电动执行机构阀门

1. 结构与特点

电动执行机构阀门由电动机带动减速装置，在电信号作用下产生直线运动或角度旋转运动。与气动薄膜执行机构相比，它具有驱动能源简单方便，推力大，刚度大的特点，当其结构复杂，价格高，受防爆条件，其应用远不如气动执行机构广泛。 2. 应用：主要应用于管道流体的快速切断。

十五、调节阀附件 1. 阀门定位器

阀门定位器有气动阀门定位器和电气阀门定位器两种，它的功能是接受调节器的输出信号，然后以它的输出去控制气动执行机构，当气动执行器动作后，阀杆的位移又通过机械装置负反馈到阀门定位器，因此定位器与执行器组成了一个闭合回路。

阀门定位器的作用主要有： ①改善调节阀的静态特性，提高阀门位置的线性度；②改善调节阀的动态特性，减少调节信号的传递滞后；③改变调节阀的流量特性；④改变调

节阀对信号压力的响应范围，实现分程控制；⑤使阀门动作反向。 2. 电气信号转换器

电气转换器是一种电动仪表与气动调节阀之间的电气转换单元，它可将不同的电流输入信号转换成相对应的气动输出信号，它与气动阀门定位器配套使用，实现电气阀门定位器的功能。

3. 过滤器及减压阀

过滤器及减压阀对引入到阀门上的仪表风起到过滤（去除灰尘、颗粒等杂质，以避免使后面的阀门附件受损）和减压（降到定位器或膜头的要求压力范围内）的作用,以维护和延长气动阀使用寿命。

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4. 行程开关（回讯器）

它的主要作用是检测阀门的实际位置（是处于开的位置还是关的位置），并将信号（一般为干触点信号）传送至控制室。

5. 继动器

气动继动器是一种辅助的装置，它实际上是气动功率放大器安装在通往执行机构的气路中。1：1（信号和输出的比例）气动继动器是用来传输气动信号到远距离（0-300米）以便减少传输滞后的影响。1：2，1：3（信号压力和输出压力的比例）继动器是将信号和输出按比例放大，2：1，3：1继动器是将信号和输出按比例缩小，以适应执行机构的工作范围。

6. 手轮

用于阀门的校验、维修以及在紧急情况时的应急处理（打开、保持或关闭阀门），煤液化单元中的阀门手轮设置为可拆卸式的，在特定情况下才安装，防止人为误动作。

7. 电磁阀

它安装在阀门定位器输出端和阀门膜头之间，对气动信号进行接通与切断。主要应用于重要的联锁阀门上。

8. 保位阀

气动保位阀按力平衡原理设计，当仪表气源系统发生故障，压力下降至临界安全压力时，保位阀能自动切断调节器与阀门的通道，使阀门保持在原有调节位置，以保证工艺过程的正常进行。直到气源事故消除后，通道便自动打开，恢复正常工作。因此，气动保位阀可广泛适用于各种重要自动控制回路作为安全保护装置。

9. 储气罐

它应用于非常重要的阀门，如煤液化紧急放空阀等。当仪表风气源出现故障时（压力和流量降低），它作为备用气源可以继续保证阀门的正常使用。

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十六、阀门类型的选择

主要是根据现场被控工艺介质的特点、控制要求、安装环境等结合调节阀本身的流量特性和结构而进行选用，如下表所示。

表 调节阀应用特性 直通 直通 角形阀 单座阀 双座阀 结构简受流体角形阀流阻用于强蝶阀 隔膜阀 分离阀 用于适用于介阀体 三通阀 挠曲阀 属新型新型结凸轮 套筒阀 单 ,装配方冲击不平衡的阀体受流小，适用于腐蚀性粘度强腐蚀介质三个方向的结构阀，阀构阀，不平便,泄漏小,力影响小， 体的冲击但受流体冲但渗漏较低差压大 高带纤维的质，但不流通。分三通体为直通型衡力小，可小，体内不流量的气体介质，但不耐高压和合流阀和三通阀阻小密封调性能好，击不平衡力大，适用于易结污，对及含有固体耐高温和高高温。 分流阀。对于性好，可调通用性强，大.适用于小口径Dg≤25mm的场合。 大口径管道粘度高、有悬浮物的介压。 的场合。 悬浮物颗粒质，通常流物的流体尤量特性与等为适用，并百分比相且调节稳定似。 性较好。 三个系统的分节，通用性因维护方便合流控制非常强，对于粘面而广泛用有效。属新型度大如泥结构阀。 于生产之浆、石灰介中，特别是质的调节非高温高粘常有效。 度，含颗粒结构的介质调节。

在选用调节阀时还应考虑上阀盖的 形式和所用的填料。当使用工作温度为-20~+250℃时，只需采用普通的结构；当工作温度为-60~+450℃应采用阀盖上部多层散热片的散热结构。还有波纹管的波纹 室封密阀盖主要 用于剧毒、易挥发、易渗透等重要介质的场合。调节阀常用的密封填料有聚四氟乙烯和石棉绳填料，虽然前者比后者昂贵但密封效果却好得多。

十七、调节阀维护

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十八、常见故障处理的方法和步骤 1. 调节阀经常卡住或堵塞 （1） 清洗法

管路中的焊渣、铁锈、渣子等在节流口、导向部位、下阀盖平衡孔内造成堵塞或卡住使阀芯曲面、导向面产生拉伤和划痕、密封面上产生压痕等。这种情况经常发生于新投运系统和大修后投运初期，这是最常见的故障。遇此情况，必须卸开进行清洗，除掉渣物，如密封面受到损伤还应研磨；同时将底塞打开，以冲掉从平衡孔掉入下阀盖内的渣物，并对管路进行冲洗。投运前，让调节阀全开，介质流动一段时间后再纳入正常运行。 （2） 外接冲刷法

对一些易沉淀、含有固体颗粒的介质采用普通阀调节时，经常在节流口、导向处堵塞，可在下阀盖底塞处外接冲刷气体和蒸汽。当阀产生堵塞或卡住时，打开外接的气体或蒸气阀门，即可在不动调节阀的情况下完成冲洗工作，使阀正常运行。 （3） 安装管道过滤器法

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对小口径的调节阀，尤其是超小流量调节阀，其节流间隙特小，介质中不能有一点点渣物。遇此情况堵塞，最好在阀前管道上安装一个过滤器，以保证介质顺利通过。带定位器使用的调节阀，定位器工作不正常，其气路节流口堵塞是最常见的故障。因此，带定位器工作时，必须处理好气源，通常采用的办法是在定位器前气源管线上安装空气过滤减压阀。 （4） 增大节流间隙法

如介质中的固体颗粒或管道中被冲刷掉的焊渣和锈物等因过不了节流口造成堵塞、卡住等故障，可改用节流间隙大的节流件—节流面积为开窗、开口类的阀芯、套筒，因其节流面积集中而不是圆周分布的，故障就能很容易地被排除。如果是单、双座阀就可将柱塞形阀芯改为“V”形口的阀芯，或改成套筒阀等。 （5） 介质冲刷法

利用介质自身的冲刷能量，冲刷和带走易沉淀、易堵塞的东西，从而提高阀的防堵功能。常见的方法有：①改作流闭型使用；②采用流线型阀体；③将节流口置于冲刷最厉害处，采用此法要注意提高节流件材料的耐冲蚀能力。

（6）直通改为角形法

直通为倒S流动，流路复杂，上、下容腔死区多，为介质的沉淀提供了地方。角形连接，介质犹如流过90℃弯头，冲刷性能好，死区小，易设计成流线形。因此，使用直通的调节阀产生轻微堵塞时可改成角形阀使用。 2. 调节阀介质外泄 （1） 增加密封油脂法

对未使用密封油脂的阀，可考虑增加密封油脂来提高阀杆密封性能。 （2） 增加填料法

为提高填料对阀杆的密封性能，可采用增加填料的方法。通常是采用双层、多层混合填料形式，单纯增加数量，如将3片增到5片，效果并不明显。 （3）更换石墨填料法

大量使用的四氟填料，因其工作温度在－20～+200℃范围内，当温度在上、下限，变化较大时，其密封性便明显下降，老化快，寿命短。柔性石墨填料可克服这些缺点且使用寿命长。因而有的工厂全部将四氟填料改为石墨填料，甚至新购回的调节阀也将其中的四氟填料换成石墨填料后使用。但使用石墨填料的回差大，初时有的还产生爬行现象，对此必须有所考虑。 （4）更换密封垫片

至今，大部分密封垫片仍采用石棉板，在高温下，密封性能较差，寿命也短，引起外泄。遇到这种情况，可改用缠绕垫片，“O”形环等，现在许多厂已采用。 3. 调节阀振动频繁 （1） 增加刚度法

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对振荡和轻微振动，可增大刚度来消除或减弱，如选用大刚度的弹簧，改用活塞执行机构等办法都是可行的。 （2） 增加阻尼法

增加阻尼即增加对振动的摩擦，如套筒阀的阀塞可采用“O”形圈密封，采用具有较大摩擦力的石墨填料等，这对消除或减弱轻微的振动还是有一定作用的。 （3）增大导向尺寸，减小配合间隙法

轴塞形阀一般导向尺寸都较小，所有阀配合间隙一般都较大，有0.4～lmm，这对产生机械振动是有帮助。因此，在发生轻微的机械振动时，可通过增大导向尺寸，减小配合间隙来削弱振动。 （4）改变节流件形状，消除共振法

因调节阀的所谓振源发生在高速流动、压力急剧变化的节流口，改变节流件的形状即可改变振源频率，在共振不强烈时比较容易解决。具体办法是将在振动开度范围内阀芯曲面车削0.5～1.0mm。 （5）更换节流件消除共振法

原理同上，只不过是更换节流件。其方法有：①更换流量特性，对数改线性，线性改对数；②更换阀芯形式。如将轴塞形改为“V”形槽阀芯，将双座阀轴塞型改成套筒型；将开窗口的套筒改为打小孔的套筒等。 （6）更换调节阀类型以消除共振 .

不同结构形式的调节阀，其固有频率自然不同，更换调节阀类型是从根本上消除共振的最有效的方法。一台阀在使用振十分厉害———强烈地振动（严重时可将阀破坏），强烈地旋转（甚至阀杆被振断、扭断），而

且产生强烈的噪音（高达100多分贝），只要把它更换成一台结构差异较大的阀，强烈共振就会消失。 （7）减小汽蚀振动法

对因空化汽泡破裂而产生的汽蚀振动，自然应在减小空化上想办法。

① 让气泡破裂产生的冲击能量不作用在固体表面上，特别是阀芯上，而是让液体吸收。套筒阀就具有这个特点，因此可以将轴塞型阀芯改成套筒型。

② 采取减小空化的一切办法，如增加节流阻力，增大缩流口压力，分级或串联减压等。 ③ 避开振源波击法

外来振源波击引起阀振动，这显然是调节阀正常工作时所应避开的，如果产生这种振动，应当采取相应的措施。

4. 阀门泄漏量大

（1）研磨

通过研磨，消除痕迹，提高密封面的光洁程度，减小或消除密封间隙。 （2） 将流开型改为流闭型

流闭型的阀门，不平衡力对阀芯产生压闭趋势，密封效果好。 （3） 增大执行机够的输出力

提高执行机构对阀芯的密封力，也是保证阀关闭，增加密封比压，提高密封性能的常见方法。常用的方法有：移动弹簧工作范围；改用小刚度弹簧；增加附件，如带定位器；增加气源压力；改用具有更大推力的执行机构。

（4） 在不得已的情况下，可考虑改用具有更好的密封性能的阀。如将普通蝶阀改用椭圆蝶阀，进而还可改用偏心旋转阀、球阀和为之专门设计的切断阀。 5. 阀门冲刷磨损严重

（1） 避免在小开度下工作

阀门选大了，在小开度下工作，节流间隙小，冲刷厉害。相反，阀门选得适当，工作开度大，使节流间隙大，冲刷减弱，可提高其使用寿命。特别是在高压差下工作的阀门。

（2） 阀芯阀座处理

对阀芯、阀座、阀杆等处进行表面硬化处理或采用硬质合金的阀芯（如带碳化钨涂层的阀芯）。 （3） 安装结构

为减小磨损和便于维修，在设计时采用一开一备或多开多备的方式。 （4） 阀门结构

采用分级降压形式的高压差调节阀。 6. 处理调节阀时的一般步骤

（1） 应与工艺人员联系，填写工作单，把自动调节改为旁路调节。

（2） 关闭上下游阀门，降温一段时间，然后慢慢打开排污阀（注意介质是否有毒、是否易燃、易爆以及阀内的压力），排放介质（注意环境），判断上下游阀门是否关闭严密。

（3） 阀内介质基本放净后，进行阀门拆除或解体，注意垫片。

（4） 处理调校完毕，通知工艺人员验收签字，再关闭排污阀，投用阀门。 十九、使用阀门常见问题 1. 双座阀小开度工作时容易振荡

对单芯而言，当介质是流开型时，阀稳定性好；当介质是流闭型时，阀的稳定性差。双座阀有两个阀芯，下阀芯处于流闭，上阀芯处于流开，这样，在小开度工作时，流闭型的阀芯就容易引起阀的振动，这就是双座阀不能用于小开度工作的原因所在。 2. 双密封阀不能当作切断阀使用

双座阀阀芯的优点是力平衡结构，允许压差大，而它突出的缺点是两个密封面不能同时良好接触，造成泄漏大。如果把它人为地、强制性地用于切断场合，显然效果不好，即便为它作了许多改进（如双密封套筒阀），也是不可取的。

3. 直行程调节阀防堵性能差，角行程阀防堵性能好

直行程阀阀芯是垂直节流，而介质是水平流进流出，阀腔内流道必然转弯倒拐，使阀的流路变得相当复杂（形

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状如倒“S”型）。这样，存在许多死区，为介质的沉淀提供了空间，长此以往，造成堵塞。角行程阀节流的方向就是水平方向，介质水平流进，水平流出，容易把不干净介质带走，同时流路简单，介质沉淀的空间也很少，所以角行程阀防堵性能好。 4. 直行程调节阀阀杆较细

它涉及一个简单的机械原理：滑动摩擦大、滚动摩擦小。直行程阀的阀杆上下运动，填料稍压紧一点，它就会把阀杆包得很紧，产生较大的回差。为此，阀杆设计得非常细小，填料又常用摩擦系数小的四氟填料，以便减少回差，但由此派出的问题是阀杆细，则易弯，填料寿命也短。解决这个问题，最好的办法就是用旅转阀阀杆，即角行程类的调节阀，它的阀杆比直行程阀杆粗2～3倍，且选用寿命长的石墨填料，阀杆刚度好，填料寿命长，其摩擦力矩反而小、回差小。 5. 角行程类阀的切断压差较大

角行程类阀的切断压差较大，是因为介质在阀芯或阀板上产生的合力对转动轴产生的力矩非常小，因此，它能承受较大的压差。

6. 脱盐水介质使用衬胶蝶阀、衬氟隔膜阀使用寿命短

脱盐水介质中含有低浓度的酸或碱，它们对橡胶有较大的腐蚀性。橡胶的被腐蚀表现为膨胀、老化、强度低，用衬胶的蝶阀、隔膜阀使用效果都差，其实质就是橡胶不耐腐蚀所致。后衬胶隔膜阀改进为耐腐蚀性能好的衬氟隔膜阀，但衬氟隔膜阀的膜片又经不住上下折叠而被折破，造成机械性破坏，阀的寿命变短。现在最好的办法是用水处理专用球阀，它可以使用到5～8年。 7.切断阀应尽量选用硬密封

切断阀要求泄漏越低越好，软密封阀的泄漏是最低的，切断效果当然好，但不耐磨、可靠性差。从泄漏量又小、密封又可靠的双重标准来看，软密封切断就不如硬密封切断好。如全功能超轻型调节阀，密封而且有耐磨合金保护，可靠性高，泄漏率达10-7，已经能够满足切断阀的要求。 8. 套筒阀不易代替单、双座阀

60年代问世的套筒阀，70年代在国内外大量使用，80年代引进的石化装置中套筒阀占的比率较大，那时，不少人认为，套筒阀可以取代单、双座阀，成为第二代产品。到如今，并非如此，单座阀、双座阀、套筒阀都得到同等的使用。这是因为套筒阀只是改进了节流形式、稳定性和维护好于单座阀，但它重量、防堵和泄漏指标上与单、双座阀一致，它怎能取代单、双座阀呢？所以，就只能共同使用。 9. 阀门选型比计算更重要

计算与选型比较而言，选型要重要得多，复杂得多。因为计算只是一个简单的公式计算，它的本身不在于公式的精确度，而在于所给定的工艺参数是否准确。选型涉及到的内容较多，稍有不慎，便会导致选型不当，不仅造成人力、物力、财力的浪费，而且使用效果还不理想，带来若干使用问题，如可靠性、寿命、运行质量等。 10.气动阀中活塞执行机构使用会越来越多

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对于气动阀而言，活塞执行机构可充分利用气源压力，使执行机构的尺寸比薄膜式更小巧，推力更大，活塞中的O型圈也比薄膜可靠，因此它的使用会越来越多。

第四节 控制理论

一、自动控制系统简介

化工自动化是借助于自动化工具（检测仪表、调节器、工控机等），应用控制原理，对化工过程的诸参数进行自动检测、自动调节、自动管理，确保安全、优质、高产的生产过程控制。也就是说，整个过程就是控制工程。

由于石油化工生产过程的特点是：多数物料是以固体、液态、气态连续地在密闭的管道和塔器内进行各种反应，有物理反应、又有化学反应。整个生产过程是在高温、高压、易燃、易爆、腐蚀、有毒的条件下进行。此外，为改善劳动条件，免去毒气的祸患，解除繁琐重复性的体力劳动，努力保护工人的身心健康，均需要对整个石化工厂的生产过程严格控制，以保证人身和设备的安全。所以，自动控制在工厂中起到了举足轻重的作用。

目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。 二、自控系统的功能

自动控制系统是具有一定功能，可以完成某种控制任务的系统。一个控制系统包括控制器﹑传感器﹑变送器﹑执行机构﹑输入输出接口。自动控制系统的组成和工作原理与人体的构成和工作机理有很多相似之处：自动控制系统中有相当于人的感觉器官的传感器，有相当于人的大脑和神经系统的控制装置，也有相当于人的手、腿及其肌肉的执行机构。传感器用于检测指令信息、外界变化信息以及被控对象的状态信息，并将其变换成电信号传给控制装置。控制装置则按一定规律产生出控制信号，然后经过放大，送给操作执行机构。操作执行机构用于驱动被控对象作出运动，直到它的状态达到所希望的状态为止。 三、自动控制系统的常用术语

1.调节对象:又称被调对象，简称对象。在自动调节系统中，把需要调节的工艺设备的有关部分称为调节对象。

2.被调参数：指能够表征设备运转情况并需要进行调节的工艺参数。

3.调节参数：用来克服干扰对被调参数的影响，实现调节作用的参数叫调节参数。 4.给定值：工艺上希望被调参数所保持的数值。 5.偏差：被调参数的测量值与给定值之差。 6.干扰：指引起被调参数偏离结定的一切因素。 四、自动控制系统的分类 1. 按控制回路的构成分类

(1) 开环控制系统

开环控制系统(open-loop control system)是一种较简单的控制系统，在这种控制系统中，不依赖将被控量

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反送回来以形成任何闭环回路，即被控对象的输出(被控制量)对控制器(controller)的输出没有影响，只是由控制装置改变被控对象的状态。 (2) 闭环控制系统

闭环控制系统(closed-loop control system)的特点是把系统被控对象的输出(被控制量)或系统的另外一些受控变量检测以后和系统的输入作比较，计算出被控对象的当前状态(称为被控量，或系统的输出量)与所希望的状态(称为输入信号)之差，并根据这一偏差(称为误差信号)形成的控制称为闭环控制或反馈控制。闭环控制系统有正反馈和负反馈，若反馈信号与系统给定值信号相反，则称为负反馈( Negative Feedback)，若极性相同，则称为正反馈，一般闭环控制系统均采用负反馈，又称负反馈控制系统。闭环控制系统的例子很多。比如人就是一个具有负反馈的闭环控制系统，眼睛便是传感器，充当反馈，人体系统能通过不断的修正最后作出各种正确的动作。如果没有眼睛，就没有了反馈回路，也就成了一个开环控制系统。 2. 按给定值不同分类

(1) 定值凋节系统。

(2) 程序（或顺序）调节系统。

(3) 随动调节系统（又称自动跟踪调节系统）。 3.按自动化工具分类

(1) 常规调节系统。 (2) 计算机调节系统。 4.按调节参数量分类 (1) 简单调节系统

所谓的简单控制系统，通常是指由一个测量元件及变送器、一个调节器、一个调节阀和一个对象所组成的单闭环控制系统，又称为单回路控制系统。 (2) 复杂调节系统

一个系统中有两个以上的调节器或两个以上的调节阀均为复杂调节系统。详细介绍见后面章节。 5.按调节方式分类 (1) 程序控制

如果计算机控制系统是按着预先规定的时间函数进行控制,这种控制称之为程序控制。如炉温按着一定的时间曲线进行控制就为程序控制.这里的程序是指随时间变化就有确定对应变化值,而不是计算机所运行的程序。 (2) 顺序控制

在程序控制的基础上产生了顺序控制,计算机如能根据随时间推移所确定对应值和此刻以前的控制结果两方面情况行使对生产过程控制的系统,称之为计算机的顺序控制。

(3) 比例--积分--微分PID控制常规的模拟调节仪表可以完成PID控制.用微型计算机也可以实现PID控制。

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(4) 前馈控制

通常的反馈控制系统中,由于干扰造成一定后果,使得通过反馈产生抑制干扰的控制作用,因而产生滞后控制的不良后果。为了克服这种滞后的不良控制,用计算机接受干扰信号后,在还没有产生后果之前插入一个前馈控制作用,使其刚好在干扰点上完全抵消干扰对控制变量的影响,因而又得名为扰动补偿控制。

(5) 最优控制(最佳控制)系统

控制计算机如能有受控对象处于最佳状态运行的控制系统称之为最佳控制系统。如用计算机控制系统就是在现有的限定条件下,恰当选择控制规律(数学模型),使受控对象运行指标处于最优状态。如产量最大、消耗最大、质量合格率最高、废品率最少等。最佳状态是由定出的数学模型确定的,有时是在限定的某几种范围内追求单项最好指标,有时是要求综合性最优指标。

(6) 自适应控制系统

上述的最佳控制,当工作条件或限定条件改变时,就不能获得最佳的控制效果了。如果在工作条件改变的情况下,仍然能使控制系统对受控对象的控制处于最佳状态,这样的控制系统称之为自适应系统。这就要求数学模型体现出在条件改变的情况下,如何达到最佳状态.控制计算机检测到条件改变的信息,按数学模型给出的规律进行计算,用以改变控制变量,使受控对象仍能处在最好状态。

(7) 自学习控制系统

如果用计算机能够不断地根据受控对象运行结果积累经验,自行改变和完善控制规律,使控制效果愈来愈好,这样的控制系统被称为自学习控制系统。 五、基本调节规律 1. PID参数

(1) P：比例作用 ：比例度（％） K: 放大系数 (2) I: 积分作用 Ti:积分时间（分） (3) D：微分作用 Td:微分时间（分） 2. 基本调节规律

(1) 位式调节

位式调节的最简单型式是双位调节。当测量值大于给定值时，调节器的输出为最小；而测量值小于给定值时，调节器的输出为最大。调节间的动作是不连续的，被调参数始终在给定值附近上下波动。 (2) 比例调节

比例调节根据”偏差大小”来动作,它的输出与输入偏差的大小成比例。比例调节及时、有力，但有余差。它用比例度δ来表示其作用的强弱, δ越小，调节作用越强，比例作用太强时,会引起振荡。

(3) 积分调节

积分调节依据“偏差是否存在”来动作,它的输出与偏差对时间的积分成比例,只有当余差消失时,积分作用

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才会停止,其作用是消除误差。但积分作用使最大动偏差增大,延长了调节时间。它用积分时间T来表示其作用的强弱,T越小,积分作用就越强,但积分作用太强时,也会引起振荡。

(4)微分调节

微分调节依据“偏差”变化速度来动作.它的输出与输入偏差变化的速度成比例。其效果是阻止被控变量的一切变化,有超前调节的作用,对滞后大的对象有很好的效果。它使调节过程偏差减小,时间缩短,余差也减小(但不能消除)。它用微分时间Td来表示其作用的强弱, Td大 ,作用强,但Td太大,也会引起振荡。 (5)比例积分调节

比例积分调节就是由比例和积分两种作用组合而成 (6)比例积分微分调节

比例积分微分调节就是把比例、积分和微分三种规律结合起来，在温度回路中它可以得到较好的调节质量。 无论是积分调节规律，还是微分调节规律，均不能单独使用。它们只能与比例调节规律结合构成比例积分、比例微分或比例积分微分调节规律。 六、PID控制器的参数整定

PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它根据已制定的控制方案，来确定调节器的最佳参数值（PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间），以便使系统能获得最佳的调节质量。

PID控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类：一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。PID控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。三种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进行最后调整与完善。现在一般采用的是临界比例法。利用该方法进行 PID控制器参数的整定步骤如下：

1.首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作；

2.仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数和临界振荡周期；

3.在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。 七、复杂控制系统 1. 串级控制系统

串级控制系统是应用最早，效果最好，使用最广泛的一种复杂控制系统。它的特点是两个控制器相串接，主控制器的输出作为副控制器的设定，适用于时间常数及纯滞后较大的被控制对象。 2. 比值控制系统

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常见的比值控制系统有单闭环比值、双闭环比值和串级比值三级控制系统。 3. 选择性控制系统(超驰控制系统)

安全软限控制，是指当一个工艺参数将要达到危险值时，就适当降低生产要求，让它暂时维持生产，并逐渐调整生产，使之朝正常工况的方向发展。能实现软限控制的控制系统称为选择性控制系统，又称为取代控制系统或超驰控制系统。 4. 分程控制系统

简单控制系统是一个控制器的输出带动一个调节阀动作，而分程控制系统的特点是一个控制器的输出同时控制几个工作范围不同的调节阀。

分程是靠阀门定位器或电-气阀门定位器来实现的。 5. 前馈控制系统

前馈控制是按照干扰作用的大小来进行控制的。当扰动一出现，就能根据扰动的测量信号控制操纵变量，及时补偿扰动对被控制变量的影响，控制是及时的，如果补偿作用完善，可以使被控变量不产生偏差。 在实际使用中往往采用前馈与反馈复合在一起的控制系统，被称为前馈一反馈控制系统，有时简称前馈控制系统，利用前馈控制克服主要干扰，用反馈控制消除其他于扰。 6. 三冲量控制系统

见后面章节介绍 7. 自适应控制系统

自适应控制系统是一个具有自动适应能力的系统，它必须能够察觉过程与环境的变化，并自动地校正控制规律。

8. 双重控制系统

对于一个被控变量采用两上或两个以上操纵变量进行控制的控制系统称为双重或多重控制系统。 从整体来看，双重控制系统仍是一个定值控制系统，该系统具有良好的静态性能。由于双重控制系统较好地解决了动与静的矛盾，从而达到操作优化的目的。 9. 预测控制

预测控制是近年来出现的几种不同名称的新型控制系统的总称。它们包括模型预测启发式控制（MPHC）、动态矩阵控制（DMC）和模型算法控制（MAC）等。 10. 模糊控制

模糊控制的理论基础是模糊集合理论。整个控制过程是先把精确量模糊化，然后经模糊集合处理后，再转变成精确量。按一定的规则决定控制作用的等级（输出变化量U）。 11. 故障检测、诊断与容错控制

过程控制中的故障检测与诊断技术主要有下列几个方面。

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(1)基于稳态数学模型进行故障检测。 (2)基于动态数学模型进行故障检测。 (3)故障树和网络分析法。

(4)采用专家系统进行故障检测和诊断。 八、典型控制系统（汽包三冲量控制）

锅炉汽包三冲量控制是由水位、蒸汽流量和给水流量组成三冲量液位控制系统,如下图所示。在这个系统中，汽包水位是被控变量,是主冲量信号；蒸汽流量、给水流量是两个辅助冲量信号，实质上三冲量控制系统是前馈加反馈控制系统。

三冲量液位控制系统宜用于大型锅炉,因为锅炉容量越大,汽包的相对容水量越小，允许波动的蓄水量就更小。如果给水中断,可能在很短的时间内就会发生危险水位；如果仅是给水量与蒸汽量不相适应,那么在几分钟内也将发生缺水或满水事故，这就对水位的控制提出更高的要求。锅炉液位三冲量控制系统的组成形式较多，其目的都是为了适应锅炉水位控制的需要。

九、集散控制系统

集散控制系统（DCS）又名分散控制系统，它是集计算机技术、控制技术、通讯技术和CRT技术为一体的综合性高科技产品。DCS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，既不同于常规仪表控制系统，又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。DCS具有如下特点： １．控制功能多样化。 ２．操作简便。

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３．系统便于扩展。 ４．维护方便。 ５．可靠性高。 ６．便于与计算机联用。 十、办公自动化（OAS）

办公自动化（OAS）是构成智能化建筑的重要组成部分。它是一门综合了计算机、通信、文秘等多种技术的新型学科，是办公方式的一次，也是当代信息社会的必然产物。 办公自动化的主要技术和主要设备如下： （１）办公自动化的主要技术： ① 计算机技术； ② 通信技术；

③ 其他综合技术：支持现代化办公自动化系统的技术还包括微电子技术、光电技术、精密仪器技术、显示技术、自动化技术、磁记录和光记录技术等。

（２）办公自动化的主要设备。办公自动化系统的主要设备有两大类。第一类是图文数据处理设备，包括计算机设备、电子打字机、打印机、复印机、图文扫描机和电子印刷系统等。第二类是图文数据传送设备，包括图文传真机、电传机、程控交换机以及各种新型的通信设备。

第五节 仪表安全系统

一、仪表防爆 防止爆炸

就是要避免爆炸发生的三个条件同时存在。由于氧气（空气）无处不在，难以控制。因此，控制易爆气体和引爆源为两种最常见的防爆原理。而在仪表行业中还有另外一种防爆原理：控制爆炸范围。

仪表中常见的三种防爆原理： (1) 控制易爆气体

人为地在危险场所（我们把同时具备发生爆炸所需的三个条件的工业现场所称为危险场所）营造出一个没有易爆气体的空间，将仪表安装在其中,典型代表为正压型防爆方法Exp。工作原理是：在一个密封的箱体内，充满不含易爆气体的洁净气体或惰性气体，并保持箱内气压略高于箱外气压，将仪表安装在箱内。常用于再线分析仪表的防爆和将计算机、PLC、操作站或其它仪表置于现场的正压型防爆仪表柜。 (2) 控制易爆范围

人为地将爆炸在一个有限的局部范围内，使该范围内的爆炸不致于引起更大范围的爆炸。典型代表为隔爆型防爆方法Exd。工作原理是：为仪表设计一个足够坚固的壳体，按标准严格地设计、制造和安装所有的界

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面，使在壳体内发生的爆炸不致于引发壳体外危险性气体（易爆气体）的爆炸。隔爆防爆方法的设计与制造规范极其严格而且安装、接线和维修的操作规程也非常严格。该方法决定了隔爆的电气设备、仪表往往非常笨重，操作须断电等，但许多情况下也是最有效的办法。 (3) 控制引爆源

人为地消除引爆源，既消除足以引爆的火花，又消除足以引爆的表面温升，典型代表为本质安全型防爆方法Exi。工作原理是：利用安全栅技术，将提供给现场仪表的电能量在既不能产生足以引爆的火花，又不能产生足以引爆的仪表表面温升的安全范围内。按照国际标准和我国的国家标准，当安全栅安全区一侧所接设备发生任何故障（不超过250V电压）时，本质安全防爆方法确保危险现场的防爆安全。Exia级本质安全设备在正常工作、发生一个故障、发生二个故障时均不会使爆炸性气体混合物发生爆炸。因此该方法是最安全可靠的防爆方法。

将工厂或矿区的爆炸危险介质，按其引燃能量，最小点燃温度以及现场爆炸性危险气体存在的时间周期进行科学分类分级，以确定现场防爆设备的防爆标志和防爆形式。 二、防爆标志

防爆电气设备按GB 3836标准要求，防爆电气设备的防爆标志内容包括：防爆型式+设备类别+（气体组别）+温度组别 1. 防爆型式

根据所采取的防爆措施，可把防爆电气设备分为隔爆型、增安型、本质安全型、正压型、油浸型、充砂型、浇封型、n 型、特殊型、粉尘防爆型等。它们的标识如表1所示。

表1 防爆基本类型

防爆型式 隔爆型 增安型 正压型 本安型 油浸型

2.防爆型式代号 (1) 隔爆型“d” (2) 增安型“e” (3) 本质安全型“i” (4) 正压型“ｐ” 3. 设备类别（略）

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防爆型式标志 Ｅｘｄ Ｅｘｅ Ｅｘｐ Ｅｘｉa Ｅｘｉｂ Ｅｘｏ 防爆型式 充砂型 浇封型 ｎ型 特殊型 粉尘防爆型 防爆型式标志 Ex q Ex m Exｎ Exｓ DIP A DIP B 4. 气体组别（略） 5. 温度组别（略） 6. 防爆标志举例说明（略） 7. 设置标志的要求

(1) 应在电气设备主体部分的明显地方设置标志；

(2) 标志必须考虑到在可能存在的化学腐蚀下，仍然清晰和耐久。如标志Ex、防爆型式、类别、温度组别可用凸纹或凹纹标在外壳的明显处，标志牌的材质应采用耐化学腐蚀的材料，如青铜、黄铜或不锈钢。 8. 国际上常用的防爆电气设备标志举例 表

国际电工委员会 CENELEC(欧洲电工委员会 Ex d ［ia］ EEx d ［ia］ 其中： 其中 Ex — 防爆 EEx — 欧洲标志 d — 保护方式（隔爆型） d — 保护方式（隔爆型） ［ia］ — 本安输出关联设备 ［ia］ — 本安输出关联设备 II — 设备类别 II — 设备类别 C — 气体组别 C — 气体组别 T5 — 温度组别〖〗 T5 — 温度组别 ＵＳ（ＮＥＣ ５００）(美国 US (NEC 505)(美国 Ｅｘｐｌｏｓｉｏｎｐｒｏｏｆ ｗｉｔｈ Class I, Zone 1, A Ex d ［ia］ IIC Ｉ．Ｓ． Ｏｕｔｐｕｔｓ，Ｃｌɑｓｓ Ｉ ，Ｄ ｉｖｉｓｉｏｎ １，Ｇｒｏｕｐ Ａ，Ｂ，Ｃ，其中 Ｄ，Ｔ５ Class I — 允许的类别 其中： Zone 1 — 允许使用的场所 Ｅｘｐｌｏｓｉｏｎｐｒｏｏｆ A — 美国国家标准 ｗｉｔｈ Ｉ．Ｓ． Ｏｕｔｐｕｔｓ — 防护方Ex — 防爆 式(除之外，可选择 d — 保护方式（防爆型） Ｃｌɑｓｓ Ｉ — 允许的类别 ［ia］ — 本安 Ｄｉｖｉｓｉｏｎ １ — 允许的等级(除2级II — 设备类别 外，可选择 C — 气体组别 Ｇｒｏｕｐｓ Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ — 允许的气体组T5 — 温度组别 别 Ｔ５ — 温度组别

* NEC为美国电气规程，1996年，美国电气规程中增加了第505章，旨在与国际普遍采用的I EC标准体系的危险场所划分方法协调一致。NEC 500表示为适合于北美危险场所划分体系 。 三、本质安全型仪表和安全栅的防爆参数认证（略） 四、保护接地和工作接地（略） 五、联锁保护系统

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（1） 简介

石油化工生产过程的特点多是高温、高压、易燃、易爆、腐蚀、有毒，在生产时随时都存在由人为操作失误或设备、仪表、电气故障等原因造成的生产爆炸、火灾等极大的危险，如果不能及时有效处理，将造成人员和财产上的巨大损失。而联锁保护系统便正是防止这种危险发生的最佳工具。它监视装置或单元的操作，在生产过程超出安全操作范围，生产装置出现紧急情况时，直接由联锁系统发出保护联锁信号，使装置进入安全状态，确保人员和设备的保护，避免危险扩散造成巨大损失，它在工厂中有着举足轻重的作用。

目前，联锁保护系统有很多的产品，总体来说主要有三类，即 ESD（Emergency Shutdown Device）、SIS(Safety Instrumented System)以及FSC（Fail Safe Control Sysytem）。 （2） 系统组成

通常由以下三个部分组成

① 发信元件

包括工艺参数或设备状态监测接点、控制盘开关、按钮、选择开关，以及操作指令等，它们起到参数检测、发布指令的作用。这些元件的通断状态也就是系统的输入信号。

② 执行元件

也叫输出元件，包括报警显示单元和操纵设备的执行元件。这些元件由系统的输出信号驱动。

③ 逻辑元件

又叫中间元件,它们根据输入信号进行逻辑运算,并向执行元件发出控制信号。逻辑元件以前多采用有触点的继电器、接触器线路和无触点的晶体管、集成电路等,近些年来则广泛采用PLC、DCS和ESD系统。 （3） 联锁系统投用步骤

所有的报警联锁系统开车前均应进行空投试验,试验合格后方可正式投入运行,步骤如下: ① 检验校核所有发信仪表的示值误差和控制误差,确保其准确可靠。 ② 办理空投试验审批手续,并且与工艺、电气、设备专业取得联系。

③ 对报警联锁电气回路进行例行的绝缘测试,对有关气动回路进行气密性试验。

④ 给报警联锁系统送电,如半小时内,各种仪表和元件无发热等不正常情况,既可进行空投试验。 ⑤ 模拟正常工况时报警联锁系统工作状态,发信元件、执行元件和中间元件均应正常工作。

⑥ 按信号报警内容和联锁动作条件,逐项作模拟试验,这些试验均应在设定值附近进行,一般系统每点应该作两次试验,重要联锁系统可适当增加试验次数。

⑦ 如空投试验全部正常,则可办理投运审批手续,在工艺\\电气\\设备专业人员紧密配合下,将其投入运行。 （4）联锁维护程序

对运行中的联锁保护系统进行维护时,必须做到以下几点: ① 检查、维修联锁系统的元件和主机时,应有两人参加。

② 维修前必须征得该岗位操作人员的同意,并填写维修联系单,履行会签手续。 ③ 必须切断(解除)联锁后再进行维修。

④ 维修后应及时通知操作人员，经操作人员在现场核实后方可结束维修工作。

第六节 防腐与保温常识（略）

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第七节 仪表常用材料（略） 第八节 仪表供电、供风系统（略）

第九节 仪表安装知识

一、仪表管路敷设

仪表管路一般有导压管、气源管、气动信号管、伴热管等，安装时它们的安装正确与否直接影响到仪表的测量精度、使用寿命，因此在安装时一定要保证它们的正确性。要求如下： (1) 导压管

导压管按其工艺介质的压力不同，可分为：设计压力小于零的真空管；设计压力为1.6MPa及以下的低压管路；设计压力大于1.6MPa的中压管路和大于10MPa、小于100MPa的高压管路。

导压管的材质与工艺管道要求相同，按介质的温度、压力、腐蚀性等因素选择。导压管路敷设内容及要求如下：

① 导压管作为测量管线以较短为好，一般距离不超过16m 。 ② 敷设方式为架空支架安装；尽量避免埋地敷设。

③ 导压管要进行清洗、吹扫、试压（包括气密性试验和强度试验、真空试验）、脱脂、防腐、保温等处理，要求与其相连的工艺管道一样。真空度、强度气密性试验要同工业管道一起进行。

④ 导压管的敷设应有1：10－1：100的坡度，其坡度方向要保证既能排除不凝气体，又能排除蒸气冷凝液。一般在管道的最高点和最低点分别安排气阀和排液阀。

⑤ 导压管管路连接多采用气焊焊接和卡套式接头、焊接接头连接。导压管采用冷弯的方法，不采用热偎。 ⑥ 需要保温或伴热的导压管，要留有足够的保温间隙，并适当缩小支架间距。

(2) 供气气源管

气源管是向仪表或装置供气的管路。供气管安装方式有控制室和现场两种。 供气气源管要进行清洗、吹扫、试压、气密性试验，要求较高的供气质量。 (3) 气动信号管

气动信号传输的管路一般采用管径为6mm的紫铜管、不锈钢管，管径为6mm的管缆（包括铜管缆、尼龙管缆）或单芯尼龙管。

气动信号管多采用卡套式接头连接。紫铜管或铜管缆可以采用套焊连接，煨弯用专用工具冷弯。

气动信号管要进行通气检查、吹扫、气密性试验等工作。 (4)伴热管

仪表测量管线取压是静压。为保证测量正确，对于析出结晶、粘稠状介质或在温度很低的情况下可能冻结的介质导压管，需要采用保温措施。伴热保温是其中之一。

伴热保温是指以蒸气作为热源的蒸气伴热管对测量线路进行的保温。蒸气伴热系统由供气系统和回水系统组成，是的系统。伴热管入口处都安装有截止阀。伴热回水管线设有疏水器、截止阀。 二、调节阀的安装

执行器按能源不同,可以分为气动、电动、液动三种。目前在炼油、化工生产过程中大部采用气动薄膜调节

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阀,它有防爆、抗震、推力大和结构简单、坚固的优点。

调节阀通过法兰或螺纹与工艺管道连接。在选择调节阀安装地点时,应该争取其前后有不小于10倍的工艺管道直径的直管段,以免使阀门的工作特性偏离设计太大,从而影响了控制系统的控制质量。一般调节阀的连接管径总小于管道直径,对于小尺寸的控制阀,必须采用螺纹连接,为了拆装方便,应该装有活接头,而且要顺着介质的流动方向安装。 1. 一般要求

(1) 调节阀宜垂直、正立安装在水平管道上。

(2) 调节阀安装位置应方便操作和维修,必要时应该设置平台。 (3) 调节阀组配管应该组合紧凑,便于操作、维修和排液。

(4) 调节阀的上、下部分应该留有足够的空间,以便在维修时取下执行机构和阀内件以及下法兰和堵头。 (5)调节阀用于高粘度、易结晶、易气化以及低温流体时,应该采取保暖和防冷措施。

(6) 执行器使用环境温度一般不高于60度,不低于-30度.当阀门安装在有振动的场合时,考虑防振措施。 (7) 凡未安装阀门定位器的调节阀,膜头上应该安装指示信号的小型压力表。 (8) 调节阀用于含有悬浮物和粘度较高的流体时,应该冲洗管线。 (9) 调节阀应该先检查、校验,并在管道吹扫后安装。 2. 调节阀的旁路 （1） 应该设置旁路的情况 ① 腐蚀性流体。 ② 液体出现闪蒸、空化。 ③ 流体中含有固体颗粒。 （2） 不设置旁路的情况 ① 清静流体。

② 公称直径大于80mm的场合。

③ 需要减少危险介质(如氢\\苯酚)泄漏的场合。

④ 调节器发生故障或检修时,不至于引起工艺事故的场合。

⑤ 工艺过程不允许或无法利用旁路阀操作的场合。

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