化工儀表原理與選型

化工儀表原理與選型2024/3/27化工儀表原理與選型目錄第一章測量儀表基本知識第二章壓力測量儀表第三章流量測量儀表第四章物位測量儀表第五章溫度測量儀表第六章自動成份分析儀表第七章自動控制儀表第八章執行器化工儀表原理與選型第一章測量儀表基本知識化工儀表原理與選型

第一節：化工自動化儀表的發展化工儀表及自動化,最早出現在四十年代,那時的儀表體積大,精度低。六十年后半期,隨著半導體和集成電路的進一步發展,自動化儀表便向著小體積、高性能的方向迅速發展，并實現了用計算機作數據處理的各種自動化方案。七十年代以來,儀表和自動化技術又有了迅猛的發展,新技術、新產品層出不窮,多功能組裝式儀表也投入運行,特別是微型計算機的發展，在化工自動化技術工具中發揮了巨大作用。1975年出現了以微處理器為基礎的過程控制儀表：集中分散型控制系統,把自動化技術推到了一個更高的水平。電子技術、計算機技術的發展,也促進了常規儀表的發展,新型的數字儀表,自動化儀表,程序控制器,調節器等也不斷投入使用。化工儀表原理與選型

第二節：化工自動化儀表的分類

化工自動化儀表的分類方法很多,根據不同原則可以進行相應的分類。化工儀表原理與選型按儀表所使用的能源分類：可以分為氣動儀表、電動儀表和液動儀表(很少見);按儀表組合形式：可以分為

基地式儀表:將測量、顯示、控制等各部分集中組裝在一個表殼里，從而形成一個整體，并且可就地安裝的的一類儀表。

單元組合儀表:以統一的標準信號，將對參數的測量、變送、顯示及控制等各種能夠獨立工作的單元儀表（簡稱單元，例如變送單元、顯示單元、控制單元等）相互聯系而組合起來的一種儀表

綜合控制裝置:按儀表安裝形式:可以分為現場儀表、盤裝儀表和架裝儀表(架裝儀表是針對常規儀表的盤裝表而言，不需要操作的儀表就裝成架裝儀表，需要操作的安裝成盤裝儀表);根據儀表信號的形式：可分為模擬儀表和數字儀表等等。化工儀表原理與選型

第三節：化工自動化控制儀表優勢功能

化工自動化控制儀表，主要特點是采用先進的微電腦芯片及技術,減小了體積,并提高了可靠性及抗干擾性能。實現真正的以逸待勞的目的。化工儀表原理與選型儀表有了可編程功能

計算機的軟件進入儀表,可以代替大量的硬件邏輯電路,這叫硬件軟化。特別是在控制電路中應用一些接口芯片的位控特性進行一個復雜功能的控制,其軟件編程很簡單(即可以用存儲控制程序代替以往的順序控制)。而如果帶之以硬件,就需要一大套控制和定時電路。所以軟件移植入儀器儀表可以大大簡化硬件的結構,代替常規的邏輯電路。

儀表有了記憶功能

以往的儀表采用組合邏輯電路和時序電路,只能在某一時刻記憶一些簡單狀態,當下一狀態到來時,前一狀態的信息就消失了。但微機引入儀表后,由于它的隨機存儲器可以記憶前一狀態信息,只要通電,就可以一直保存記憶,并且可以同時記憶許多狀態信息,然后進行重現或處理。

化工儀表原理與選型儀表有了計算功能

由于自動化儀表內含微型計算機,因此可以進行許多復雜的計算,并且具有很高的精度。在自動化儀表中可經常進行諸如乘除一個常數、確定極大和極小值、被測量的給定極限檢測等多方面的運算和比較。

儀表有了數據處理的功能

在測量中常常會遇到線性化處理、自檢自校、測量值與工程值的轉換以及抗干擾問題。由于有了微處理器和軟件,這些都可以很方便的用軟件來處理,一方面大大減輕了硬件的負擔,又增加了豐富的處理功能。自動化儀表也完全可以進行檢索、優化等工作。

化工儀表原理與選型第二章壓力測量儀表化工儀表原理與選型

第一節：壓力單位

國際單位制（SI）---帕（Pa），工程大氣壓---at標準大氣壓---atm毫米汞柱---mmHg毫米水柱---mmH2O1Pa=1牛/米2（N/m2）1Mpa=1×105Pa1公斤力/厘米2(kgf/cm2)=0.0981MPa1巴(bar)=0.1MPa1毫米水柱(mmH2O)=9.81×10-6MPa1毫米水銀柱(mmHg)=1.333×10-3MPa1標準大氣壓(atm)=0.1013MPa化工儀表原理與選型

第二節：彈性式壓力計

測壓原理：各種彈性元件在被測介質壓力作用下會產生彈性變形。特點及適用場合：結構簡單，價格便宜、測壓范圍寬，測量精度也比較高，在生產過程中獲得了最廣泛的應用。化工儀表原理與選型第三節：電氣式壓力計測壓原理：把壓力轉換為電阻、電容、電感或電勢等電量，從而實現壓力的間接測量。特點及適用場合：反應較快，測量范圍較廣、精度可達0.2％，便于遠距離傳送。所以在生產過程中可以實現壓力自動檢測、自動控制和報警，適用于測量壓力變化快、脈動壓力、高真空和超高壓的場合。化工儀表原理與選型第四節：智能型壓力變送器高可靠性的微控制器及高精度溫度補償；將被測介質的壓力信號轉換成4~20mADC標準信號疊加HART數字信號；支持現場總線基于現場控制；具有完整的自診斷功能和通訊功能；零點自動遷移，零點量程外部可調；通過手持器和PC機可實現遠程管理。化工儀表原理與選型第五節：壓力計的選用壓力檢測儀表的選擇主要包括儀表的型式、量程范圍、精度與靈敏度、外形尺寸以及是否需要遠傳和其他功能，如指示、記錄、報警控制等；必須滿足工藝生產過程的要求，包括量程與精度；必須考慮被測介質的性質，如溫度高低、工作壓力大小、粘度、易燃易爆程度等；必須注意儀表安裝使用的現場環境條化，如環境溫度、電磁場、振動等。化工儀表原理與選型第三章流量測量儀表化工儀表原理與選型第一節：概述

流量概念-----指單位時間內流過管道某一截面的流體的體積，即瞬時流量。流量的兩種表示方法：體積流量Q---單位時間內通過管道某一截面的物料體積（m3/h）質量流量M---單位時間內通過管道某一截面物料的質量（kg/h）化工儀表原理與選型第二節：差壓式流量計

測量原理：在氣體的流動管道上裝有一個節流裝置，其內裝有一個孔板，中心開有一個圓孔，其孔徑比管道內徑小，氣體流過孔板時由于孔徑變小，截面積收縮，使穩定流動狀態被打亂，因而流速將發生變化，速度加快，氣體的靜壓隨之降低，于是在孔板前后產生壓力降落，即差壓（孔板前截面大的地方壓力大，通過孔板截面小的地方壓力小）。差壓的大小和氣體流量有確定的數值關系，即流量大時，差壓就大，流量小時，差壓就小。流量與差壓的平方根成正比。

1-節流元件2-引壓管路3-三閥組4-差壓計化工儀表原理與選型優點:

應用最多的孔板式流量計結構牢固,性能穩定可靠,使用壽命長;應用范圍廣泛,至今尚無任何一類流量計可與之相比擬;檢測件與變送器、顯示儀表分別由不同廠家生產,便于規模經濟生產。

缺點:

測量精度普遍偏低;范圍度窄,一般僅3:1~4:1;現場安裝條件要求高;壓損大(指孔板、噴嘴等)。

化工儀表原理與選型一體化差壓式流量計流量孔板化工儀表原理與選型第三節：轉子流量計浮子流量計,又稱轉子流量計,是變面積式流量計的一種,在一根由下向上擴大的垂直錐管中,圓形橫截面的浮子的重力是由液體動力承受的,浮子可以在錐管內自由地上升和下降。在流速和浮力作用下上下運動，與浮子重量平衡后，通過磁耦合傳到與刻度盤指示流量。一般分為玻璃和金屬轉子流量計。金屬轉子流量計是工業上最常用的，對于小管徑腐蝕性介質通常用玻璃材質，由于玻璃材質的本身易碎性，關鍵的控制點也有用全鈦材等貴重金屬為材質的轉子流量計。化工儀表原理與選型轉子流量計的特點：轉子流量計是工業上和實驗室最常用的一種流量計。它具有結構簡單、直觀、壓力損失小、維修方便等特點。轉子流量計適用于測量通過管道直徑D<150mm的小流量，也可以測量腐蝕性介質的流量。使用時流量計必須安裝在垂直走向的管段上，流體介質自下而上地通過轉子流量計。

化工儀表原理與選型金屬管轉子流量計玻璃管轉子流量計化工儀表原理與選型第四節：渦街流量計應用范圍：渦街流量計用于測量氣體、蒸汽或液體的體積流量、標況的體積流量。并可作為流量變送器應用于自動化控制系統中。測量原理：渦街流量計應用是根據卡門（Karman）渦街原理來測量流量的，流體在管道中經過渦街流量變送器時，在三角柱的旋渦發生體后上下交替產生正比于流速的兩列旋渦，旋渦的釋放頻率與流過旋渦發生體的流體平均速度及旋渦發生體特征寬度有關。化工儀表原理與選型渦街流量計與差壓流量計測量飽和蒸汽流量對比：飽和蒸汽流量測量在80年代，人們普遍采用標準孔板流量計，但從流量儀表發展狀況來看，孔板流量計盡管其歷史悠久、應用范圍廣；人們對它的研究也最充分，試驗數據最完善，但用標準孔板流量計來測量飽和蒸汽流量，它仍存在一些不足之處：其一，壓力損失較大；其二，導壓管、三組間及連接接頭容易泄漏；其三，量程范圍小，一般為3比1，對流量波動較大易造成測量值偏低。而渦街流量計具有結構簡單，渦街變送器直接安裝于管道上，克服了管路泄漏現象。另外，渦街流量計的壓力損失較小，量程范圍寬，對飽和蒸汽測量量程比可達30比1。因此，隨著渦街流量計測量技術的成熟，渦街流量計的使用越來越受到人們的青睞。

化工儀表原理與選型渦街流量計插入式渦街流量計化工儀表原理與選型第五節：電磁流量計電磁流量計的工作原理電磁流量計的工作原理是基于法拉第電磁感應定律。在電磁流量計中，測量管內的導電介質相當于法拉第試驗中的導電金屬桿，上下兩端的兩個電磁線圈產生恒定磁場。當有導電介質流過時，則會產生感應電壓。管道內部的兩個電極測量產生的感應電壓。測量管道通過不導電的內襯（橡膠，特氟隆等）實現與流體和測量電極的電磁隔離。

化工儀表原理與選型電磁流量計特點:

測量精度不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導率變化的影響，傳感器感應電壓信號與平均流速呈線性關系，因此測量精度高。測量管道內無阻流件，因此沒有附加的壓力損失；測量管道內無可動部件，因此傳感器壽命極長。由于感應電壓信號是在整個充滿磁場的空間中形成的，是管道載面上的平均值，因此傳感器所需的直管段較短，長度為5倍的管道直徑。傳感器部分只有內襯和電極與被測液體接觸，只要合理選擇電極和內襯材料，即可耐腐蝕和耐磨損。雙向測量系統，可測正向流量、反向流量。采用特殊的生產工藝和優質材料，確保產品的性能在長時候內保持穩定。化工儀表原理與選型電磁流量計分體式電磁流量計化工儀表原理與選型第六節：阿里巴流量計

阿里巴流量計具有根據空氣動力學設計，可大大降低傳感器處流體分離產生的誤差，在同類產品中可達到更高精度，性能更加優于傳統的流量儀表。阿里巴流量傳感器是檢測桿、取壓口和導桿組成，它橫穿管道內部與管軸垂直，在檢測桿迎流面上設有多個總壓檢測孔，分別由總壓導壓管和靜壓導壓管引出，根據總壓與靜壓的差壓值，計算流經管道流量。化工儀表原理與選型特點:

1.精度：讀數的±1%（未標定），±0.5%（標定），同類產品最高

;

2.重復性：讀數的0.1%;

3.量程比：30：1;

4.橢圓形設計大幅度降低了壓損，減少了噪音;

5.單臺傳感器配備參數變送器可實現質量流量測量，真正靜壓測量，溫度測量;

6.安裝簡易，維護方便、自清洗;

7.傳感器不產生流體分離點，無渦流擾動;

8.對直管段要求低.化工儀表原理與選型第七節：楔形流量計楔形流量計是八十年代開始開始逐步走向實用的一種新型流量計，其檢測件是一個V字形楔塊（又稱楔形節流件），它的圓滑頂角朝下，這樣有利于含懸浮顆粒的液體或粘稠液體順利通過，不會在節流件上游側產生滯流。因此特別適合在石油、化工等行業中用于體積流量和質量流量的測量。化工儀表原理與選型楔形流量計由楔形流量裝置和差壓變送器組成。當介質流過楔形節流件時，在節流件前后產生差壓，對于任何流體，在很寬的流量范圍內，甚至雷諾數低至300，流量與差壓的平方根成比例關系；差壓變送器將來自流量裝置的差壓值轉變成4～20mA的標準輸出或流量顯示值：Q=K√P2—P1化工儀表原理與選型主要特點：

1.重復性好、精確度高，經標定的楔形流量計，精度達0.5級。2.具有自清潔能力，無滯流區。

3.耐磨損、壽命長、可靠性高。

4.永久壓損比孔板小。

5.一體型結構，現場安裝無需安裝導壓管路，直接與管道進行螺紋或法蘭連接。施工省時省力，維護方便。

化工儀表原理與選型第八節：質量流量計流體在旋轉的管內流動時會對管壁產生一個力，它是科里奧利在1832年研究水輪機時發現的，簡稱科氏力。質量流量計以科氏力為基礎，在傳感器內部有兩根平行的T型振管，中部裝有驅動線圈，兩端裝有拾振線圈，變送器提供的激勵電壓加到驅動線圈上時，振動管作往復周期振動，工業過程的流體介質流經傳感器的振動管，就會在振管上產生科氏力效應，使兩根振管扭轉振動，安裝在振管兩端的拾振線圈將產生相位不同的兩組信號，這兩個信號差與流經傳感器的流體質量流量成比例關系。計算機解算出流經振管的質量流量。不同的介質流經傳感器時，振管的主振頻率不同，據此解算出介質密度。安裝在傳感器器振管上的鉑電阻可間接測量介質的溫度。化工儀表原理與選型質量流量計可分為兩類：一類是直接式，即直接輸出質量流量；另一類為間接式或推導式，如應用超聲流量計和密度計組合，對它們的輸出再進行乘法運算以得出質量流量。

化工儀表原理與選型應用實例：1.氣化界區：氣化爐煤漿流量：電磁流量計共36臺；氣化爐氧氣流量：孔板+差壓變送器共36臺；氣化爐氧氣分管流量：文丘里+3臺差壓變送器；灰水、黑水流量：楔形流量計+雙法蘭差壓變送器9臺；2.凈化界區：變換廢鍋蒸汽流量：靶式流量計7臺；變換廢鍋給水流量：電磁流量計6臺；低溫甲醇洗：阿里巴流量計12臺；3.甲醇界區：粗甲醇、精甲醇等：質量流量計5臺；4.尿素界區：尿液、甲胺液流量：孔板+差壓變送器共2臺.？化工儀表原理與選型第四章物位測量儀表化工儀表原理與選型第一節：概述物位測量儀表是測量液態和粉粒狀材料的液面和裝載高度的工業自動化儀表。測量塊狀、顆粒狀和粉料等固體物料堆積高度，或表面位置的儀表稱為料位計；測量罐、塔和槽等容器內液體高度，或液面位置的儀表稱為液位計，又稱液面計；測量容器中兩種互不溶解液體或固體與液體相界面位置的儀表稱為相界面計。物位測量儀表的種類很多，常用的有直讀式液位計、差壓式物位儀表、浮力式液位計、電容式物位儀表、聲波式物位儀表和核輻射物位儀表。此外，還有電觸點式、翻板式和機械葉輪探測式等物位測量儀表。

化工儀表原理與選型第二節差壓式液位變送器差壓式物位儀表是假定物料的重度為恒定值，容器中液體或固體物料堆積的高度與它在某測試點所產生的壓力成正比，因而可用測壓的方法來測量物位。測量壓力可用壓力表、壓力傳感器和壓力變送器等。化工儀表原理與選型差壓式液位變送器的選型原則

對于腐蝕性液體,粘稠性液體,熔融性液體,沉淀性液體等,當采取灌隔離液,吹氣或沖液等措施時,可選用差壓變送器對于腐蝕性液體,粘稠性液體,易氣化液體,含懸浮物液體等,宜選用平法蘭式差壓變送器對于易結晶液體,高粘度液體,結膠性液體,沉淀性液體等,宜選用插入式法蘭差壓變送器對于被測對象有大量冷凝物或沉淀物析出時,宜選用雙法蘭式差壓液位變送器測液位的差壓液位變送器宜帶有正負遷移機構,其遷移量應在選擇儀表量程時確定對于正常工況下液體密度發生明顯變化介質,不宜選用差壓式液位變送器化工儀表原理與選型第三節：電容式物位傳感器電容式物位儀表的工作原理是把物位的變化，變換成相應電容量的變化，然后測量此電容量的變化從而得到物位變化的。電容式物位儀表用于測量導電、非導電液體或固體物料的液位、料位或相界面位置，可供連續測量和定點監控之用。

化工儀表原理與選型第四節：聲波式物位儀表聲波式物位儀表一般分為利用聲波阻斷原理和利用聲波反射原理兩類。聲波阻斷式物位儀表在物位升高而阻斷從發射換能器到接收換能器的聲束時，接受換能器接受到的聲能會產生突變，并發出突變的開關信號；聲波反射物位儀表是根據聲波從發射換能器到液面或料面，再從這一表面反射回到接收換能器的時間間隔，來測出物位的。化工儀表原理與選型化工儀表原理與選型第五節：核輻射物位計核輻射液位計是通過放射源發出射線，穿過被測物料后由探測器接收。當物位改變時，由于被測物料的吸收劑量改變，而使探測器接受到的輻射強度改變，再轉換為電信號的變化，經放大后送給顯示儀表連續顯示物位。放射形物位計是利用物位的高低對放射形同位素的射線吸收程度不同來測量物位高低的，它的測量范圍寬，可用于低溫、高溫、高壓容器中的高粘度、高腐蝕、易燃易爆介質物位的測量。核輻射物位儀表的特點是：射線能穿透很厚的壁以實現不接觸測量，因而可用于高壓、高溫和有毒的密封容器的液位或料位測量，且不受周圍電磁場、煙氣和灰塵等影響，但使用時須注意保護。化工儀表原理與選型應用實例：1.氣化界區：氣化爐液位：雙法蘭差壓變送器共9臺；煤漿槽液位：單法蘭差壓變送器共3臺；石灰石倉、煤倉料位、渣池液位：雷達液位計共9臺；2.凈化界區：低溫甲醇洗：射頻液位開關17臺；3.甲醇界區：粗甲醇、精甲醇等儲槽：雷達液位計5臺；4.氨合成界區：廢熱鍋爐液位：雙法蘭差壓變送器+射頻導納液位開關；5.尿素界區：合成塔、汽提塔液位：核射線液位計銫137.化工儀表原理與選型第五章溫度檢測儀表化工儀表原理與選型第一節溫度檢測方法

接觸式測量：即通過測量體與被測介質的接觸來測量物體的溫度；特點：簡單、可靠、測量精度較高。但由于要達到熱平衡，因而產生了滯后。而且可能與被測介質產生化學反應。不能應用于很高溫度的測量。

非接觸式測量：即通過接收被測物體發出的輻射熱來判斷溫度。特點：其測溫范圍很廣，其測溫上限原則上不受限制；測溫速度比較快，而且可以對運動體進行測量，但一般測溫誤差較大。化工儀表原理與選型第二節熱電偶溫度計熱電偶的測溫原理：是利用熱電偶的熱電效應來測量溫度的。熱電效應-----將任意兩種不同的導體A、B組成一個閉合回路，只要其連接點l、2溫度不同，在回路中就產生熱電動勢的現象。化工儀表原理與選型第三節熱電阻溫度計測溫原理：是基于金屬導體或半導體的電阻會隨溫度的變化而變化的特性。因此只要測出感溫元件熱電阻的阻值變化，就可測得被測溫度。特點：測量精度高，在測量500以下溫度時，它的輸出信號比熱電偶大得多，性能穩定，靈敏度高。另外熱電阻溫度計的輸出是電信號，便于遠傳，同時又不需要冷端溫度補償。所以在中低溫(—200—650)測量中得到了廣泛的應用。化工儀表原理與選型第四節一體化溫度變送器一體化溫度變送器是溫度傳感器與變送器的完美結合，以十分簡捷的方式把-200~+1600℃范圍內的溫度信號轉換為二線制4~20mADC的電信號傳輸給顯示儀、調節器、記錄儀、DCS等，實現對溫度的精確測量和控制。一體化溫度變送器是現代工業現場、科研院所溫度測控的更新換代產品，是集散系統、數字總線系統的必備產品。一體化溫度變送器一般由測溫探頭（熱電偶或熱電阻傳感器）和兩線制固體電子單元組成。采用固體模塊形式將測溫探頭直接安裝在接線盒內，從而形成一體化的變送器。一體化溫度變送器一般分為熱電阻和熱電偶型兩種類型。

化工儀表原理與選型應用實例：1.氣化界區：氣化爐爐膛溫度：高溫熱偶共12只；氣化爐爐壁溫度：表面熱偶ABC,1~35點；化工儀表原理與選型第六章自動成份分析儀表化工儀表原理與選型第一節：自動成份分析儀表分類按原理分類:1.熱導式;2.熱磁式;3.磁壓式;4.磁機械式;5.氧化鋯式;6.電化學式;7.紅外線;8.工業酸度計;9.工業電導儀;10.溶解氧；11.密度計;12.有毒氣體報警器;13.色譜儀;14.質譜儀。按測量介質分類：1.氣體分析；2.液體分析。化工儀表原理與選型第二節：自動成份分析儀表組成被測介質采樣處理單元組分的解析與分離單元檢測器和傳感器信號處理單元信號顯示單元數據處理及數據庫化工儀表原理與選型第三節：自動成份分析儀表特點

在線分析儀器與實驗室分析儀器相比較，有三個顯著的特點：

第一，過程分析儀器必須有自動取樣和試樣預處理系統；

第二，過程分析儀器必須是完全自動化的，即完全實現自動檢測和自動控制；

第三，過程分析儀器的精度可以低些，但是必須保證能實現長期運行的穩定性。化工儀表原理與選型第四節：取樣和預處理系統

過程分析儀器出現的同時，就出現了取樣預處理系統。

取樣預處理系統是聯系生產過程和儀器主機的橋梁。它不但要適應儀器較為苛刻的要求，而且要受生產過程惡劣條件的嚴格制約。

預處理系統制造難度不高，但設計難度很高。

化工儀表原理與選型一、預處理系統的作用和組成：

預處理系統作用是將取樣氣加以處理，以滿足儀器對樣氣的要求。

預處理系統包括過濾（除塵、除機械雜質）、壓力調節（減壓或抽引）、溫度調節（降溫或升溫）、有害或干擾成分處理（除油霧、水分、腐蝕性介質等）、流量調節等。

輔助環節包括需多點切換、旁路系統、管線吹掃、氣體混合、化學反應或轉化、管線伴熱、排氣、排液等。化工儀表原理與選型二、取樣點選擇：潔凈有代表性樣氣，不能選擇層流、渦流或空氣漏人；

盡可能滿足儀器對樣氣要求（溫度、濕度、含塵量、壓力、流量、非腐蝕性、非干擾性、取樣管盡量短）；

易燃易爆劇毒介質采樣時，應考慮安全取樣和環境保護措施；便于保養維護；

取樣點流速應接近平均流速，圓形截面管道應靠近圓心1/3半徑范圍內，不能靠近管壁。化工儀表原理與選型三、預處理系統的設計原則和依據：

保證一定的反應速度要求。（反應滯后不超過60秒）

合理的保存信息。樣氣要有代表性，組分濃度不致發生變化。

達到儀器對樣氣清潔度的要求。弄清粉塵含量變化規律后選擇合理凈化方式。

樣氣要有一定的溫度、壓力、流量，特別是對堵塞使樣氣中斷應采取措施，絕不能讓分析器降低要求去適應粗糙的取樣預處理系統。

盡可能排除各種可能發生的干擾因素。

選擇與該流程相適應的部件和結構材料。（是否有腐蝕性）化工儀表原理與選型第五節、紅外線氣體分析儀紅外光是一種比可見光線波長長，比微波的波長短的電磁波，紅外分析儀通常使用的紅外線波長范圍為2—10μm(紫外線分析波長180-330nm)，紅外線分析儀只能對各組分氣體中的某一種成分進行分析。化工儀表原理與選型工作原理是根據某些氣體對特定波長的紅外輻射有選擇吸收，且吸收程度與被測氣體濃度有關，用于連續測定氣體的相對濃度。

被測氣體經一定波長紅外線照射后，會吸收掉一部分紅外線能量△E,只有通過物質的紅外光線的頻率與物質分子本身的特定頻率相同，這種分子才能吸收紅外光線的輻射能。

特點：

1.能測量多種氣體：可分析CO、CO2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6、SO2、NH3等近三十種氣體。紅外線分析儀不能分析單原子（惰性氣體）和雙原子氣體（氫、氧、氮等）。

2.測量范圍寬：上限可到100%下限可到幾個ppm

3.靈敏度高

4.測量精度高

5.反應快：一般在10秒內

6.有良好的選著性化工儀表原理與選型第六節熱導式氣體分析儀是出現最早，種類較多，應用較廣的一類在線分析儀器，常用于分析混合氣體中的H2、Ar、CO2、NH3、SO2等多種氣體的百分含量。

化工儀表原理與選型工作原理：基于不同氣體具有不同的導熱系數，混合氣體的導熱系數隨其組分的百分含量而變化這一物理特性來分析某一組分的百分含量。熱導分析儀檢測室化工儀表原理與選型化工儀表原理與選型采用鉑絲做工作橋臂和參比橋臂的不平衡電橋檢測氣體熱導率。

參比臂Ⅰ、Ⅱ內充參比氣體，被測氣體流過工作臂Ⅲ、Ⅳ，電橋各臂通穩定電流加熱至一定溫度，當被測氣體濃度與參比氣體濃度一樣時，各橋臂溫度一樣，電阻值相等，電橋平衡。

當被測氣體濃度變化，氣體熱導率改變，工作臂的溫度和阻值隨之改變，電橋失去平衡產生電信號輸出。化工儀表原理與選型1000C部分氣體的相對熱導率

Air:1H2:7.130

N2:0.998O2:1.015

CO2:0.614NH3:0.897

Ar:0.658CO:0.964

SO2:0.344CH4:1.318

化工儀表原理與選型第七節、氧含量分析儀在化學工業中，氧氣是直接參與反應的物質，其含量必須控制在特定界限內。

在很多情況下，氧含量是很難檢測的，低氧量更難準確確定。

工業生產中應用氧分析儀越來越廣泛。各種原理的氧分析儀都有其應用的局限性。

化工儀表原理與選型1.磁力機械式氧分析

2.磁性壓力式氧分析儀

3.熱磁式氧分析儀

4.氧化鋯式氧分析儀

5.電化學原電池式氧分析儀

6.新型燃料電池傳感器氧分析儀按工作原理分類：化工儀表原理與選型磁力機械式氧分析儀

1.磁力機械式氧分析儀又稱啞鈴式氧分析儀，是利用氧的順磁性原理（法拉第原理）。

2.氧分子在磁場中有很強的順磁性，是區分氧氣與樣氣中其他氣體成分的有效手段。

3.氧分析儀的傳感器由一對充滿氮氣的石英玻璃啞鈴球組成，啞鈴球周圍環繞有一根鉑絲，形成電反饋回路，啞鈴球懸垂在磁場中，正中裝有一個小反射鏡。化工儀表原理與選型4.當啞鈴周圍有氧分子時，在磁場作用下，氧分子被磁場吸引而形成一定的壓力差，推動啞鈴球體發生偏轉。

5.氧濃度越高，偏轉角度越大。

6.由光源、反射鏡及光敏元件組成的精密光學系統測出這一偏轉并轉換成電信號。

7.該信號由放大器放大后，經反饋電路形成電流回路，在磁場作用下，迫使啞鈴回復原平衡位置。

此回路中電流值與氧濃度成正比。化工儀表原理與選型熱磁式氧分析儀1.工作原理：利用具有極高磁化率的氧氣，在非均勻磁場作用下形成“熱磁對流”（磁風），對敏感元件產生冷卻作用而工作的。化工儀表原理與選型2.不含氧的混合氣體進入測量環室，則氣體分兩路經過環型氣路兩旁通道流出環室。處于環室氣路中間的水平管道，因其兩端氣壓相同，故不形成氣流。3.當有氧的混合氣體進入環室時，氧被吸入水平管道的磁場內。由于水平管道上繞有被加熱的鉑絲電橋臂I、Ⅱ，進入的氧將受熱而溫度升高。4.由于氧的磁化率隨溫度升高而降低，這樣就減弱了磁場對它們的吸引力，受熱的氧分子將不斷被冷的氧分子所補充而排出磁場。5.因此，在水平管道中形成了氧的對流，一般稱之為“熱磁對流”或稱“磁風”。化工儀表原理與選型應用實例：1.氣化界區：氣化爐燒嘴冷卻水CO分析：紅外線分析儀共12臺；出洗滌塔合成氣H2、CO、CO2、CH4分析：紅外線分析儀共9臺，氫分析儀3臺；2.凈化界區：變換氣CO/H2含量分析：1臺；甲醇洗滌塔出口CO2分析紅外線分析儀共2臺；3.尿素界區：CO2壓縮氣氧分析：熱磁式氧分析儀3臺；4.氨合成界區：合成氣H2分析：氫分析儀1臺；化工儀表原理與選型第七章自動控制儀表化工儀表原理與選型第一節：集散控制系統

集散控制系統也叫分布式控制系統，即DistributedControlSystem，縮寫為DCS，是集計算機技術（Computer）、控制技術（Control）、通訊技術（Communication）和顯示技術（CRT）為一體的綜合性高技術產品。DCS通過操作站對整個工藝過程進行集中監視、操作、管理，通過控制站對工藝過程各部分進行分散控制，既不同于常規的儀表控制系統，也不同于集中式的計算機控制系統，而是集中了兩者的優點，克服了它們各自的不足。DCS以其可靠性、靈活性，人機界面的友好性以及通訊的方便性等特點日益被廣泛應用。最早是美國霍尼威爾（HONEYWELL）公司推出的TDC－2000。化工儀表原理與選型DCS的特點控制功能多樣化。一般都有幾十種運算控制算法或其他數學和邏輯功能，如四則運算、邏輯運算、前饋、PID控制、順序控制，以及各種聯鎖報警功能并可根據控制對象的不同要求，將這些功能有機地組合運用，能方便地滿足系統的要求。操作簡便。配備了靈活而功能強大的人機接口，如CRT、鍵盤（系統也提供專用的功能鍵）、打印機（打印需要的信息及報表）等。系統便于擴展。DCS的部件設計采用積木式的結構，可模板、模塊、卡件、控制柜和站為單位逐步增加，形成更大規模的控制系統。

化工儀表原理與選型維護方便。DCS配有智能的自動故障診斷功能，內部設計是按照標準化、積木化、系列化進行的，便于裝配和更換。可靠性高。DCS是監視集中，而控制分散，并且在設計中已經考慮到有聯鎖保護功能、診斷功能、冗余措施等，使系統的可靠性大大提高。便于與其他計算機聯網。DCS配有高、中、低不同速率和不同模式的通訊接口，可方便地與個人計算機或其他大型計算機聯網，組成工廠自動化綜合控制和管理系統。24化工儀表原理與選型DCS控制原理：DCS控制系統是將控制回路集中在控制機柜內，在操作站上進行集中的控制和管理。測量信號通過信號電纜接至DCS輸入卡件，經過DCS卡件轉換為數字信號送至控制器，在控制器中與給定值進行比較（如果是僅顯示，在控制器中進行量程轉換、與報警值比較等運算后直接顯示在操作站上），根據設定的正反作用、PID參數計算出輸出信號，然后此輸出信號送給輸出卡件，經過輸出卡件轉換為模擬信號四4～20mA標準信號，通過信號電纜送至調節閥進行調節。也可以輸出開關量信號，用于控制兩位式閥門或其他工藝設備。化工儀表原理與選型第二節：ESD緊急停車系統

ESD是英文EmergencyShutdownDevice緊急停車系統的縮寫。這種專用的安全保護系統是90年代發展起來的，以它的高可靠性和靈活性而受到一致好評。ESD緊急停車系統按照安全獨立原則要求，獨立于DCS集散控制系統，其安全級別高于DCS。在正常情況下，ESD系統是處于靜態的，不需要人為干預。作為安全保護系統，凌駕于生產過程控制之上，實時在線監測裝置的安全性。只有當生產裝置出現緊急情況時，不需要經過DCS系統，而直接由ESD發出保護聯鎖信號，對現場設備進行安全保護，避免危險擴散造成巨大損失。化工儀表原理與選型為何要獨立設置ESD系統呢？當然一般安全聯鎖保護功能也可由DCS來實現。但是對于較大規模的緊急停車系統應按照安全獨立原則與DCS分開設置，這樣做主要有以下幾方面原因：

化工儀表原理與選型（1）降低控制功能和安全功能同時失效的概率，當維護DCS部分故障時也不會危及安全保護系統;（2）對于大型裝置或旋轉機械設備而言，緊急停車系統響應速度越快越好。這有利于保護設備，避免事故擴大；并有利于分辨事故原因記錄。而DCS處理大量過程監測信息，因此其響應速度難以作得很快；（3）DCS系統是過程控制系統，是動態的，需要人工頻繁的干預，這有可能引起人為誤動作；而ESD是靜態的，不需要人為干預，這樣設置ESD可以避免人為誤動作。

化工儀表原理與選型作為一個安全保護系統通常應具備如下特征

24獨立于其他控制系統是一套硬件冗余的系統，單點故障不會導致停車能夠帶電熱插拔卡件具有全面的在線自診斷并帶有故障報警指示系統是故障安全型具有相當快的掃描時間在線修改下裝功能在線對點的強制功能下裝前的離線仿真及比較功能具有SOE事件順序紀錄功能

化工儀表原理與選型

第八章

執行器化工儀表原理與選型第一節：調節閥的組成及分類調節閥又稱控制閥，它是過程控制系統中用動力操作去改變流體流量的裝置。調節閥由執行機構和閥組成，執行機構起推動作用，而閥起調節流量的作用。調節閥的產品類型很多，按其能源方式不同主要分為氣動調節閥、電動調節閥、液動調節閥、智能調節閥四大類，我廠現在使用的基本上是氣動調節閥，即以壓縮空氣為動力源的調節閥。在此僅介紹氣動調節閥的組成與分類。按調節型式：調節型、切斷型、調節切斷型三種按移動型式：直行程和角行程兩種按流量特性：直線、等百分比、拋物線、快開四種按上閥蓋型式：普通型、散熱型、長頸型、波紋管密封型四種按閥芯形狀：平板形、柱塞形、窗口形、套筒形、多級形、偏旋形、蝶形、球形等化工儀表原理與選型第二節：氣動執行機構執行機構是將控制信號轉換成相應的動作來控制閥內截流件的位置或其它調節機構的裝置。它按信號壓力的大小產生相應的推力，使推桿產生相應的位移，而帶動調節閥芯動作，達到調節的目的。化工儀表原理與選型氣動薄膜執行機構它是最常用的機構，其結構簡單、動作可靠、維修方便、價格低廉。氣動薄膜執行機構分正作用和反作用兩種型式，國產型號為ZMA（正作用）和ZMB（反作用）。信號壓力一般是20~100kPa，膜片使用信號壓力不應大于250kPa，氣源壓力的最大值為500kPa。信號壓力增加時推桿向下動作的叫正作用執行機構；信號壓力增加時推桿向上動作的叫反作用執行機構。其均由上、下膜蓋、波紋薄膜片、推桿、托盤、支架、壓縮彈簧、彈簧座、調節件、標尺等組成。在正作用執行機構上加一個裝有O形密封圈的填塊，只要更換個別零件，即可變為反作用執行機構。

化工儀表原理與選型氣動活塞式執行機構氣動活塞式執行機構主要是由氣缸、活塞、氣缸蓋、密封圈、支架、推桿、調節件、限位螺栓、標尺等組成。它有帶彈簧和不帶彈簧兩種結構形式。其氣缸允許操作壓力可達700kPa，故輸出力大，適用于高壓差、高靜壓及緊急切斷等場合。按輸出特性它分比例式和兩位式兩種。所謂比例式是指輸入信號壓力與推桿的行程成比例關系，這時它必須帶閥門定位器。兩位式是根據輸入執行機構活塞兩側的操作壓力差來完成的。活塞由高壓側推向低壓側，就使推桿由一個極端位置移到另一個極端位置，故其只控制閥的開關動作（二位式一般為無彈簧結構）。活塞執行機構的行程一般為10~100mm或0o~90o化工儀表原理與選型第三節：閥閥是調節閥的調節部分，它直接與介質接觸，由執行機構推桿的位移，改變調節