问题：化工仪表与化工自动化
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时间：2004-12-26 12:56:31 编辑加入/取消收藏订制/取消短消息举报该贴

在化工生产中，仅靠肉眼、感觉、经验来进行正确的操作和判断生产中的异常是不够的，还必需依靠大量的自动化仪表来实现对生产的控制。依照功能与测量的内容不同，大致可分为：温度计、流量计、压力计、物位计等。
1 温度计是我们温量温度的元件，在化工生产中起到非常重要的作用。依照其测量原理不同可分直接式和间接式，我们常用的大都是直接式，可分为玻璃管温度计、压力式温度计、双金属温度计、热电阻温度计、热电偶温度计等。间接式有光学温度计、辐射温度计等。直接式与间接式相比，优点是：简单、可靠、价廉，精确度较高，一般能测得真实温度。缺点是：滞后时间长，易受腐蚀。不能测极高温度。
玻璃管温度计是利用热胀冷缩的原理来实现温度的测量的。由于测温介质的膨胀系数与沸点及凝固点的不同，所以我们常见的玻璃管温度计主要有：煤油温度计、水银温度计、红钢笔水温度计。他的优点是结构简单，使用方便，测量精度相对较高，价格低廉。缺点是测量上下限和精度受玻璃质量与测温介质的性质限制。且不能远传，易碎。
压力式温度计是利用封闭容器内的液体，气体或饱和蒸气受热后产生体积膨胀或压力变化作为测信号。它的基本结构是由温包、毛细管和指示表三部分组成。它是最早应用于生产过程温度控制的方法之一。压力式测温系统现在仍然是就地指示和控制温度中应用十分广泛的测量方法。压力式温度计的优点是：结构简单，机械强度高，不怕震动。价格低廉，不需要外部能源。缺点是：测温范围有限制，一般在-80~400℃；热损失大响应时间较慢；仪表密封系统（温包，毛细管，弹簧管）损坏难于修理，必须更换；测量精度受环境温度、温包安装位置影响较大，精度相对较低；毛细管传送距离有限制；
双金属温度是利用两种膨胀系数不同，彼此又牢固结合的金属受热产生几何位移作为测温信号的一种固体膨胀式温度计。优点：结构简单，价格低；维护方便；比玻璃温度计坚固、耐震、耐冲击；视野较大。缺点是：测量精度低，量程和使用范围均有限，不能远传。
热电阻温度计是利用金属导体的电阻值随温度变化而变化的特性来进行温度测量的。作为测温敏感元件的电阻材料，要求电阻与温度呈一定的函数关系，温度系数大，电阻率大，热容量小。在整个测温范围内应具有稳定的化学物理性质，而且电阻与温度之间关系复现性要好。常有的热电阻材料有铂、铜、镍。成型仪表是铠装热电阻。铠装热电阻是将温度检测原件、绝缘材料、导线三者封焊在一根金属管内，因此它的外径可以做得较小，具有良好的机械性能，不怕振动。同时具有响应时间快、时间常数小的优点。铠装热电阻除感温元件外其他部分都可制缆状结构，可任意弯曲，适应各种复杂结构场合中的温度测量。热电阻在化工生产中应有最广泛。它的优点：测量精度高；再现性好，右保持多年稳定性、精确度；响应时间快；与热电偶相比不需要冷端补偿。缺点是：价格比热电偶贵阳市；需外接电源；热惯性大；避免使用在有机械振动的场合。
热电偶温度计是由两种不同材料的导体A、B（热电极）焊接而成的。热端插入被测介质中，另一端与导线连接，形成回路。若两端温度不同，回路中就会产生热电势，热电势两端的函数差即反映温度。热电偶在工业测温中占了较大比重，生产过程远距离测温很大部分使用热电偶。它的优点是：体积小，安装方便；信号可远传作指示、控制用；与压力式温度计相比响应时间少；测温范围宽，尤其体现在测高温；价格低，再现性好，精度高。缺点是：热电势与温度之间呈非线性关系；精度比热电阻低；在同样条件下，热电偶接点容易老化；冷端需要补偿。
2流量仪表
在化工生产中，往往要对介质的量进行计量，或者想确定介质的流速，这就需要流量仪表。通过流量计结构不同，大致可分为：转子流量计；容积流量计；电磁流量计；压差式流量计；涡轮流量计；涡接式流量计；质量流量计。我们简要叙述一下他们的结构与适合的环境及选型的要求。
转子流量计又称浮子流量计，是较简单的一种流量计，它主要用于中小口径流量测量且要求相对不高的地方。一般使用在口径小于ф50的范围，量程比较宽，一般为10：1，最低5：1。压损低。它的检测元件是一根由下向上扩大的垂直锥管和一只随着流体流量变化沿着锥管上下移动的浮子，流体自下而上流过浮子时，在浮子上作用有差压、流体动压及磨擦力等，它与浮子向下的重量相平衡。浮子在锥管中的不同位置代表着不同的流量。常用转子流量计共有玻璃管转子流量计与金属管浮子流量计。玻璃管转子流量计结构简单，价格低廉，安装使用方便，是生产与科研实验用量较大的一种流量计。但由于玻璃管材料的限制，不能在易碎及高温高压场所使用。且不能远传。金属管子流量计与玻璃管子流量计相比，还有耐高压高温、结构牢固、不会破碎的特点。它可以适应恶劣的工作条件。并且可以远传，有标准信号输出。缺点就是价格较贵。
容积式流量计是在全部流量计中属于最准确的一类流量计。主要有椭圆齿轮式、腰轮式、螺杆式（双转子式）、刮板式、活塞式和旋叶式、转筒式、膜式（测气体用）。容积式流量计的工作原理是由两个具有相互滚动的进行接触（或不接触）旋转的特殊形状测量元件，以椭圆齿轮为例，就是两个相互啮合的齿轮，一个为主动轮，一个为从动轮。当物料进入时，主动轮由于受到压力的作用，带动从动轮工作，转子每旋转一周，就排出四个由转子与壳壁围成的初月形空腔的流体体积。通过其与时间的关系，就可算出瞬时流量与累积流量。容积式流量计的主要优点是：计量精度高；安装直管段对计量精度影响不大；可用于高粘度场合；量程比较宽，一般在5：1至10：1，特殊可达30：1或更大；可借助介质动力，无需外部能源，可直读，简单方便。缺点是：一般只适用于中小口径；价格较昂贵；由于受零件变形的影响，一般不适用于在高低温下使用，在-30~160℃；在容积式流量计的测量当中，要杜绝颗粒性杂质，所以一般情况下，流量计前要装过滤器，但可管路阻力会增大；而且要杜绝气液混合；由于间隙较小，检测元件易卡死，安全性较差。
电磁流量计是利用流体导电的特性来测量流体流量的。其特点是该仪表测量流体流量时，不受温度、压力、密度、粘度及流体组分的影响。由于管内无突出部分和可动部件，适合于对含有悬浮固体粒子的污水、煤浆的测量。特别适合于对腐蚀性介质的测量。量程范围宽，并能测量正反方向流体的流量。按照目前的技术，要求被测介质的电导率必需达到或超过0.01u S/cm。
差压式注量计用途较为广泛，其中双以节流式差压流量计最为普及。它的工作原理是：充满管道的流体，当它流经管道内的节流件时，流束将在节流件处形成局部收缩。此时流速增大静压降低，在节流件前后产生差压，流量愈大，差压愈大，因而可依据差压来衡量流量的大小。按结构形式来分，可分为标准孔板式、标准喷嘴式、经典文丘里管式、文丘里喷嘴式、1/4圆孔板式、锥形入口孔板、圆缺孔板、偏心孔板等。它的优缺点是：结构较为简单，性能稳定，使用期长，价格低廉；品种齐全，类型较多；重复性、精度尚属于一般，范围窄，一般为3：1~4：1；压头损较大；安装要求较高，如需较长的直管段等。
涡轮式流量计是叶轮式流量计中的主要品种，还包括风速计与水表。它的原理是：当被测流体流过传感器时，在流体的作用下，叶轮受力旋转，转速与管道平均流速成正比，叶轮转动改变磁电转换器的磁阻值，检测线圈中的磁通发生周期性变化，产生周期性的感应电势，即脉冲信号，经放大器放大后，送至二次仪表进行显示。它的优点是：准确度高，可达±0.25%~±0.5%R，精密度可达±0.15%R（液体）；重复性好；无零点飘移，抗干扰能力强；结构紧凑轻巧，安装维护方便，流通能力大；安全性好（叶轮发生故障被卡信，也不会断流）；缺点是：流体的特性（密度、粘度）的变化对注量计的影响较大，需采取补偿措施；仪表受流速分布和旋转流影响较大，故传感器的上下游必须保持必要的直管段；对介质的清洁度要求较高；DN50mm以下流量计受物性影响较严重，难以保持优良的特性。
涡街流量计的工作原理是在流体中设置旋涡发生体，从而发生体两侧交替地产生有规则的旋涡，旋涡列在旋涡发生体下游非对称地排列，产生一定的频率，通过公式f=St*v/（1-1.27d/D）*d，（St为斯特劳哈尔数，为无量纲数，与旋涡发生体及雷诺数有关；v为流速；d为发生体迎面宽度；D为公称通径）即可得出流速。一般的来说，涡街流量计输出信号（频率）不受流体物性和组分变化的影响，是指仪表系数仅与旋涡发生体形状和尺寸以及雷诺数有关。它的优点是：结构简单牢固，安装维护方便；适用多种类流体，液、气、蒸汽及部分混合相皆适用；精确度较高，一般达±1%R左右；流量范围宽，可达10：1或20：1或更大；压头损失小；无零点飘移；价格相对便宜；缺点是：不适于低雷诺数Re＜20000 的情况，对高粘度、低流速、小口径的使用有限制；对环境的要求较高，应尽量杜绝有振动的场所，且上游侧需要有较长的直管段；仪表系数较低，口径愈大愈低。信号分辨率降低，故口径不宜过大，一般应用于DN25~DN300mm。
质量流量计是一种新型的流量测量仪表，它可以直接用于测量介质的质量流量、密度，具有测量精度高、量程比宽、稳定性好、维护量低等特点，在石化行业得到了广泛应用。分为科里奥利质量流量计与热式质量流量计。比较常用的是科里奥利质量流量计。它是基于希腊人科里奥利力原理制成的流量计。在传感器的外壳内有一对平行的测量管，该管在安装于管子端部的电磁驱动线圈作用下，做近似于音叉的振动。当流体通过两个平行的测量管时，会产生一个与流速方向横向的加速度及相应的科里奥利力，该力使测量管振荡而发生扭曲，这一扭曲现象称为科里奥利现象。测量管扭曲的大小是完全与流经测量管的质量流量的大小成正比的。质量流量计的特点是：具有很高的精度；所测的质量流量与流体的温度、压力、粘度、电导率和流动状态无关，但流体必须充满；应保证测量管无腐蚀与磨损及结垢，这都会影响测量准确度；零点飘移较大，且压头损失较大；忌液气混合；传感器法兰前后必需加装具有足够强度的支架以避免管道振动干扰，引起测量误差。
其他还有超声波流量计等。
3 压力测量仪表
在化工生产中，压力往往是重要的操作参数之一。经常会遇到压和真空度的测量。测量压力的仪表通常可分为四大类：液柱式压力计、弹性压力计、压力（压差）变送器、活塞式压力计。
液柱式压力计是根据静力学原理，将被测压力转换为液柱高度进行测量的。按其结构形式的不同，有U形管压力计、单管压力计和斜管压力计等。它的特点是结构简单，使用方便，价格低廉。缺点是：体积大，读数不便、玻璃管易碎、精度较低。它只限于测量低压或微压、压差和负压不大，要求不高，且环境不复杂的条件。液柱式压力计的工作液体通常选用汞、水、酒精。
弹性式压力表：是将被测压力转换成弹性元件变形的位移进行测量的。按弹性元件的不同可分为弹簧管式、膜盒式、膜片式、波纹管式、板簧式。它的特点是结构简单，使用方便，价格低廉，若增设附加机构（如记录机构、控制元件、电气转换装置）可制成压力记录本仪、电接点式压力表、压力控制报警器等。它主要用来测量真空度、压力、可以就地指示、远传集中控制、记录、报警或发信。若采用膜片式或隔膜式结构也尚可测量结晶及腐蚀性介质。
压力传感器是将被测压力转换成各种形式的电量进行测量的。按其工作原理可分为电阻式、电容式、压阻式、电感式、压电式、霍而式等。输出信号根据不同形式可以是电阻、电流、电压和频率。由于其响应快、抗环境干扰能力强、耐腐蚀、精度高、压力和真空度范围宽、等到特点而成为压力检测仪表中的重要品种。它多用于压力信号的远传达室、发信或集中控制，如和显示、调节、记录仪表联合使用则可组成自调系统。广泛用于工业生产自动化和航空工业中。最常用的是电容式传感器：是利用检测电容的方法测量压力的，当被测压力或压差推动极板，使极板之间距离发生变化，从而使电容量发生变化，经变换电路将其转换成电流、电压或频率信号输出
活塞式压力计是将被测压力转换成活塞上所加平衡砝码的质量进行测量。按其形式可分为单活塞式、双活塞式两种。特点是测量精度高，但其测量精度受温度、重力加速度的影响，使用时需较正，并且结构较复杂。它一般作为标准的压力测量仪表来校验其他类型的压力计。
4物位仪表
在化工生产中，常需要测量各种界面的高度，称其为物位测量。一般按其工作原理可分为直读式、差压式、浮力式、电学式、声学式、核辐射式等。
直读式玻璃液位计是一种基于连通器原理实现液位测量的最简单和最经济的液位计。玻璃液位计无需外界能源，安全防爆。玻璃液位计有多种形式，最典型的为玻璃管液位计和玻璃板液位计。
浮球液位计：是一个金属或其他材料的浮球（一般材质为铜或不锈钢），在液位上下浮动时，球上下移动，通过支点，依靠杠杆原理，另一端的指针也发生旋转，就得出相应的数值。也可以利用一些装置将其转换成气动或电动信号进行远传。用于直接批示各种敞开或有压的液位高度，与玻璃管液位计相比，具有不怕破裂，读数清晰的优点，尤其是适用于对玻璃管壁有粘滞作用的油污液体介质。缺点是：精度等级不高，一般为２.５级；并且量程范围不大，对测高液位有限制。主要有浮球式（包括浮标式、浮球式液位计）、浮筒式液位计、磁性翻板式液位计等。
差压式液位计是利用差压的方法测量液位的，它是根据液柱的静压与液柱高度成正比的原理而工作的。主要有压力式液位计、差压式液位（或）界面计、吹气法压力液位计。差压式液位变送器是石化行业使用较广的方法。对有腐蚀、粘稠介质可采用法兰式（可带毛细管）差压变送器来测量。
电容式液位计是用于测量非导电介质液位的。它是由两根同轴金属套筒组成的，相互绝缘固定，构成一个同轴圆柱形电容器。当液体为零时，传感器二电极构成一电容器，以此时的电容量为0，当液体上升时，一部分电极之间充以被测介质的电容量，因此电容量的变化与液体高度成正比，通过检测电容量即可检测出液位。
其他还有超声波液位计、音叉液位计、浮磁液位计、磁致伸缩式液位计、射频导纳液位计、雷达液位计、放射性液位计等。
5控制阀
调节阀接受调节器送来的信号，改变被调介质的流量，从而把被调参数维持在所需要的范围内。调节阀由执行机构和调节机构二部分组成。
在生产过程中，最常用的执行机构为气动执行机构和电动执行机构。在通常情况下，为了考虑防爆的要求，以选用气动执行机构为宜。气动执行机构是以压缩空气为动力的推动装置，其输出杆位移为直线式，如果通过曲柄等杠杆机构，则可转换成角位移式。气动执行机构按照其结构不同有气动薄膜式、活塞式和长行程式。
调节机构是直接改变调节介质流量的机构，是由阀体、阀芯、阀座、阀杆、和填料等组成。依照阀体结构形式的不同可分为单座阀、双座阀、角阀、三通阀、偏心旋转阀、蝶阀、球阀、快速切断阀、隔膜阀、阀体分离阀、低噪声阀、波纹管密封阀、低温控制阀和旋塞阀。
阀门定位器：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。
6自动化方案的制定
开环控制系统：凡是系统输出信号对控制作用没有影响的系统开叫环控制系统。
闭环控制系统：凡是系统输出信号对控制作用有直接影响的系统开叫环控制系统。
在化工生产中，确定什么样的比较正确的方案，才是最关键的。首先必须了解工艺的内容，熟悉工艺的参数，并且林确定各参数之间的关系，还需要配合其它专业及目前的现实情况，比如说：该地区的气候情况，水文情况，应达到的自动化的程度等。自动化替代的仅仅是人所无法承受的，或不能达到的高强度、高精度、复杂的工作，却不能完成不可能完成的任务。比如说升温，如果说加热的饱和蒸汽只有2kgf/cm2 ，那么即使加热阀门开到100%，也不可能升到150℃。因为2公斤压力的蒸汽只有120℃，而达到150℃至少需要4.85 kgf/cm2 ，因此这对于阀门来说就是无法完成的任务。所以说，自动化对于化工生产来说，只是一个工具，却不能改变化学反应本身。他起到的作用，不过是为了降低劳动强度、提高产品精度、简化操场作步骤，以提高劳动生产率、降低生产成本。而生产工艺中的参数，必需考虑多种因素，多种情况，及生产中的各各细节，这就需要对生产工艺十分的了解，以及对化学参数认识较深，有扎实的基本功。不能仅凭对化学的了解或仅仅是自动化的了解，如不能二者有机结合，往往是事倍功半，弄巧成拙。
在确定方案时，必需知道介质的特性，如密度、状态、沸点、比热容、粘度、饱和蒸汽压等；还必需知道化学反应全过程的性质，如反应温度、反应时间、吸热或放热的多少等；另外还应该知道管道管径、材质、压力等级、温度等级，及公用工程中所能提供的水（或冷冻水）的温度与压力、蒸汽的温度与压力、介质在管道中运动的方向与温度、压力情况；还应该知道选用某些仪表它的性能，如压头损失、环境对它的影响等。

回复人：67556523,▲ (我很自信…………) 时间：2006-02-27 22:42:27 编辑	1楼
资源不错，加0.1分

回复人：89162526,▲ () 时间：2005-06-17 18:55:40 编辑	2楼
??????? 还有吗?

回复人：chaoqli,▲ (渴望知识，希望进步) 时间：2005-06-18 17:11:12 编辑	3楼
zhe duo a shou yi fei qian a

回复人：xue7188,▲▲▲ () 时间：2005-06-18 19:36:19 编辑	4楼
先收藏起来先，谢谢！

回复人：playdoom,▲▲▲ (广泛沟通，共创奇迹) 时间：2005-06-19 11:37:47 编辑	5楼
hao

回复人：我行我快乐,▲ (化工_我忠实的伴侣!!!~~~) 时间：2005-06-20 20:57:00 编辑	6楼
这点东东没什么意思,我书上有了.要给就在给点精华的,嘿嘿,不好意思!!!!

回复人：azl300,▲ () 时间：2005-06-30 15:30:01 编辑	7楼
谢谢！

回复人：szt001,▲ () 时间：2005-07-09 16:15:28 编辑	8楼
好啊！

回复人：zlpop2001,▲ (从事化工行业，需要更多的化工知识！) 时间：2005-11-11 01:15:42 编辑	9楼
资源不错，加0.1分

回复人：zlpop2001,▲ (从事化工行业，需要更多的化工知识！) 时间：2005-11-11 01:16:22 编辑	10楼
很好啊，谢谢

回复人：Tom,▲ (Pharma) 时间：2005-11-11 12:48:46 编辑	11楼
看来我得多化些时间多学习

回复人：云风2013,▲ (愿与做化学的各位朋友交流合作！) 时间：2005-11-14 12:54:31 编辑	12楼
资源不错，加0.1分

回复人：happyjudy,▲ (工作中涉及到化学合成，不太懂，希望能在这里分享大家的宝贵经验，以及能请教一些问题。) 时间：2008-11-10 13:08:27 编辑	13楼
资源不错，加0.3分

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