化工仪表及自动化实验资料.docx
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化工仪表及自动化实验资料
实验一弹簧管压力表的校验
一实验目的
1熟悉弹簧管压力表的结构、原理、用途。
2掌握活塞式压力计的结构及使用方法。
3学会校验弹簧管压力表的操作方法,确定仪表的精度等级以及变差。
二实验原理
弹簧管压力表是化工厂最常用仪表之一,它是根据弹性元件受压力作用产生弹性变形的大小而测定压力的。
压力表在长期使用中会因弹性元件疲劳、传动机构磨损及腐蚀、电子元件的老化等造成测量误差,会影响测量的准确度,所以压力表必需定期校验和调整。
另外,新仪表在安装使用前,为了防止运输过程中由于震动或碰撞所造成测量误差,也需要进行校验,从而保证仪表示值的可靠性。
校验方法通常有两种:
一是将被校验表与标准表的示值在相同条件下进行比较;另一种是将被校验表的示值与标准压力比较。
前一种方法比较方便,在实际校验中应用较多,我们实验选用该方法。
也就是将被校验表和标准表接在同一压力中,标准表的示值作为真值,读出被校验表的示值,求出绝对误差和仪表的精度,根据仪表的精度等级,判断该表是否合格。
仪表的绝对误差Δ:
仪表允许相对百分误差δ允为:
仪表的变差为:
我国仪表常用的精确度等级有:
0.005,0.02,0.05,0.1,0.2,0.4,0.5,1.0,1.5,2.5,4.0。
图1-1测量仪表的变差
三实验装置
活塞式压力计如图1-2所示,图中:
1是油杯,2是油阀,3是标准表,4是标准表阀,5是被校验表,6是被校验表阀,7是活塞,8是手轮,9是砝码托盘。
9
6
5
4
8
7
3
2
1
图1-2活塞式压力计
四实验步骤
1熟悉活塞压力计的结构及原理,安装好标准表和被校验表。
并记录标准表和被校验表的精度等级、量程、编号。
2排气:
开启阀2、阀4、阀6,顺时针方向旋进活塞手轮8,把螺杆旋入到极端位置,使管道里的空气经油杯1排出。
3充油:
反时针方向旋出手轮8至极端位置,然后关闭阀2,即可开始校验。
4正行程校验:
顺时针转动活塞手轮,使压力由最小量程逐渐增加至表的最大量程,将标准表和被校验表的对应读数记入表中。
5反行程校验:
逆时针转动活塞手轮,使压力由最大量程逐渐减小至表的最小量程,将标准表和被校验表的对应读数记入表中。
6泄压:
转动活塞手轮,使压力表的示数为0,然后开启油阀2泄去活塞内压力,校验结束。
标准表精度等级:
;量程:
;编号。
被校验表精度等级:
;量程:
;编号。
被校验表
标准表
正程
反程
最大绝对误差
各点百分误差
正反程差值
各点的变差
结论
实际变差
实际精度等级
是否合格
五数据处理
1根据测量值画出仪表的变差曲线,求出变差。
2根据记录数据(正程),求出各测量点的绝对误差、百分误差、精度等级,依据计算结果,得出被校验表的变差、实际精度等级,并判断该表是否合格,并将结论填入表中。
六注意事项
1转动活塞手轮时要缓慢、用力均匀,增加压力时不要超过表的最大量程,以防损坏仪表。
2活塞内有压力(及表有压力示数)时,不要开启油阀2,也不要拆卸仪表,以防出现喷油现象。
实验二温度的测量与控制
一实验目的
1通过实验掌握用热电偶、热电阻测量温度及温度补偿的原理和方法。
2通过实验掌握数字温度控制仪的结构原理及使用方法。
3通过实验掌握直流电位差计的结构原理及使用方法。
二实验原理
温度是表征物体冷热程度的物理量,是工业生产中最普遍、最重要的热工参数之一,在化工生产中,温度的测量与控制有着重要的作用。
温度测量仪表按工作原理分为膨胀式温度计、压力表式温度计、热电偶温度计、热电阻温度计和辐射高温计等。
其中热电偶、热电阻最为常用,它们的测量范围很广、结构简单、使用方便、测温准确可靠,便于信号的远传、自动记录和集中控制。
常用的热电偶有:
铂铑10—铂,分度号为S;铂铑30——铂铑6,分度号为B;镍铬—镍硅(镍铬—镍铝),分度号为K;镍铬—康铜(镍铬—铜镍),分度号为E;铁—铜镍,分度号为J;铜—铜镍,分度号为T;镍铬—考铜,分度号为EA-2等。
常用的热电阻有:
铂电阻Pt100、Pt10,铜电阻Cu100、Cu50
热电偶测温需要补偿导线,补偿导线通常用热电特性与热电极相似的廉价金属材料做成,它在0~100℃范围内的热电性质与要补偿的热电偶的热电特性几乎完全一样。
所以使用补偿导线犹如将热电偶延长,把热电偶的冷端延伸到离热源较远,温度较稳定的地方。
热电阻测温采用三线制接线。
用直流电位差计测量热电偶的热电势,它根据平衡法(也称补偿法、零值法)原理将被测电势与已知的标准电势相比较,当两者的差值为零时,被测电势就等于已知的标准电势,由于测量时,测量回路没有电流流过,回路电阻的变化不会影响测量结果,所以测量的结果极为准确,因此,常用它进行温度的精确测量。
图2-1是UJ36电位差计的面板,图2-2是UJ36电位差计的测量原理图,其中:
1、8是测量盘(R);2是工作电流调节(RP);3是检流计调零;4是检流计G;5、6是对外接线端(未知Et);7是倍率开关;9是功能转换开关(K、标准、未知)。
UJ36电位差计可用于测量或输出直流电压(电动势)。
图2-1UJ36电位差计图2-2测量原理图
用于测量时,将“倍率”开关置于×1或×0.02的位置,用“调零”旋钮使检流计指向0,然后将功能开关打向标准侧,调节“电流调节”旋钮,使检流计指向0后,再将功能开关打向未知侧,把待测电压接于未知接线端上,调节两个测量盘,使检流计指向0,这时两个测量盘指示值之和乘以使用倍率,就等于被测量的电压(电动势)值。
用于输出直流电压(电动势)时,先将“倍率”开关置于×1或×0.02的位置,用“调零”旋钮使检流计指向0,然后将功能开关打向标准侧,调节“电流调节”旋钮,使检流计指向0后,再将功能开关打向未知侧,同时将倍率开关转到G1或G0.2位置(使检流计短路),这时未知接线端上输出的电动势就等于两个测量盘指示值之和乘以使用倍率。
三数字温度控制仪使用方法
数字温度控制仪是当前最为常用的测温仪表,XMT818智能PID温控仪的主要特点:
●兼容输入10种信号:
热电阻Pt100、Cu50、热电偶S、R、B、K、N、E、J、T。
●时间比例PID控制输出,可设定AL2继电器触点输出或SSR固态继电器触发电平输出。
●2路继电器输出,可实现双限报警或三位式控制。
●超强自整定功能,自动适应被控对象。
图2-3XMT818温控仪面板
(一)面板说明仪表面板如图2-3
PV:
温度测量值显示窗口。
SV:
温度给定值显示窗口。
SET:
设定键。
在设定状态时作保存数据或参数上选择键;在测量状态按下进入密码输入状态。
▲:
加键。
设定状态作修改数值加一,按住可滚动加一;测量状态按加健可直接增加SV温度设定值。
▼:
减键。
设定状态作修改数值减一,按住可滚动减一;测量状态按减健可直接减小SV温度设定值。
►:
移位键。
设定状态作闪烁光标右移一位或参数上选择键;测量状态按住3秒启动自整定或取消自整定。
▼+►:
停止键。
同时按下“减键+位移键”停止控温或启动控温。
AL1、AL2:
分别为AL1、AL2继电器指示灯。
AT/M:
自整定指示灯。
自整定时闪烁。
OUT:
控制输出指示灯。
(二)参数设定方法
在测量状态下,按SET键后,输入密码,进入参数设定状态。
(1)传感器参数设定
在测量状态下按SET键,输入密码555,进入传感器参数设定。
按住SET键3秒退出设定状态。
参数提示符
参数名称
参数功能
选项或设定范围
出厂值
Sn
Sn
输入信号选择
0~9(见代码表)
8
dot
dot
显示分辨率
0:
1度;1:
0.1度
1
Pb
Pb
零点修正值
-1000~1000
0.0
FILt
FILt
数字滤波系数
0.000~0.900
0.100
传感器输入信号类型与Sn代码对应表
代码
传感器类型与测量范围
代码
传感器类型与测量范围
0
S型热电偶0~1600℃
5
E型热电偶-200~850℃
1
R型热电偶0~1600℃
6
J型热电偶0~650℃
2
B型热电偶200~1800℃
7
T型热电偶-200~400℃
3
K型热电偶0~1300℃
8
Pt100热电阻-199~600℃
4
N型热电偶0~1300℃
9
Cu50热电阻-50~150℃
(2)PID控制参数设定
在测量状态按SET键,输入密码800,进入PID控制参数设定。
按住SET键3秒退出设定状态。
提示符
名称
参数功能
选项或设定范围
出厂值
备注
Su
SV
温度设定值
-1999~9999℃
80.0
P
P
比例带
0.1~999.9
30.0
I
I
积分时间
2~2000
240
D
D
微分时间
0~200
0
SF
SF
超调抑制系数
0.0~1.0
0.2
Ct
Ct
控制周期
1~200
2
rd
rd
工作方式
0:
制冷;1:
加热
1
AtPb
AtPb
自整定偏移值
2~200
0
outY
outY
控制输出方式
0~2(注)
2
注:
控制输出方式outy
0:
继电器AL1、AL2报警输出;无SSR(固态继电器)电平输出。
常用于上下限报警或位式控制,此时SV窗口显示AL2值。
(当outy=0时,取P=10、I=1000、D=0,继电器AL2作为输出,SV为设定值,温控仪构成位式控制)
1:
继电器AL1报警输出;继电器AL2有触点式时间PID控制输出;无SSR电平输出,控制目标值为SV。
2:
继电器AL1、AL2报警输出;SSR电平无触点式时间PID控制输出。
(3)报警参数设定
测量状态按SET键,输入密码100,进入报警参数设定状态。
按住SET键3秒退出设定状态。
提示符
名称
参数功能
选项或设定范围
出厂值
备注
PAL1
PAL1
报警功能选择
0~2注
1
00:
取消报警
1:
越上限报警
2:
越下限报警
AL1
AL1
报警1设定值
-1999~9999
90.0
HAL1
HAL1
回差1设定值
0~9999
0.5
PAL2
PAL2
报警功能选择
0~2注
2
AL2
AL2
报警2设定值
-1999~9999
70.0
HAL2
HAL2
回差2设定值
0~9999
0.5
注:
一般AL1取越上限报警(PAL1=1),AL2取越下限报警(PAL2=2);当PV≥AL1时继电器AL1报警,当PV<(AL1-HAL1)时报警解除;当PV≤AL2时继电器AL2报警,当PV>(AL2+HAL2)时报警解除。
(三)自整定功能及手动停止控制
(1)启动自整定:
长按►键(约3秒),直到“AT”灯开始闪烁,这时仪表进入自整定状态;当“AT”灯熄灭,自整定过程完成,仪表按自整定计算出的PID参数开始运行。
(控制方式选1或2)
(2)中止自整定:
自整定过程中,长按►键(约3秒),直到“AT”灯熄灭,自整定过程中止,原PID参数不变。
(3)停止温控:
在控制过程中,同时按下►+▼键,SV窗口显示“End”提示符,停止控温。
(4)启动控温:
在停止控温中,同时按下►+▼键,启动控温。
(四)仪表接线端子图见图2-4
图2-4仪表接线端子图
四实验设备
1、镍铬—镍硅热电偶(K),铂电阻(Pt100)各一支。
2、数字温度控制仪一只,继电器一只。
3、UJ36型直流电位差计一台。
4、管式电炉一台。
5、单相调压器(2000VA)一台。
五实验步骤
(一)热电偶测控温度实验
按图2-5所示连接实验电路,接通温控仪电源,设定仪表参数,设定传感器为K型热电偶(Sn=3);PID控制方式温度范围(SV=0~1000℃);控制输出方式为继电器AL2位式PID控制(outy=0);各参数照下列表格设定。
传感器参数
控制参数
报警参数
参数名
设定值
参数名
设定值
参数名
设定值
参数名
设定值
Sn
3
SV
(*)
rd
1
PAL1
1
dot
1
P
10.0
AtPb
0
AL1
90.0
Pb
0.0
I
1000
outY
0
HAL1
0.5
FILt
0.100
D
0
PAL2
2
SF
0.2
AL2
70.0(*)
Ct
2
HAL2
0.5
其中:
(*)是控制过程中的给定值,由操作键修改。
图2-5热电偶测控温度实验线路
先将调压器输出调在150V,接通调压器电源,按下表的数据,将管式炉的温度分别设定在对应值上,启动温控仪,观察系统运行情况。
当各点温度稳定时,记录下电位差计的对应读数,用电位差计的读数计算管式炉的温度,记入表中。
以电位差计测得温度为管式炉真实温度,计算温控仪的各测量点的相对百分误差,并确定温控仪的精度等级,确定温控仪是否合格。
热电偶分度号;温控仪精度等级;电位差计精度等级;室温
序号
设定值(℃)
(温控仪)
电位差计测量值
温度范围(℃)
温控仪相对
百分误差
温控仪等级/合格否
备注
mV
℃
最高
最低
1
300
温控仪
测量范围
0-1000℃
2
400
3
500
4
600
在上述实验中,用电位差计测量的热电偶的热电势,是冷端温度为室温t1时的热电势,即E(t,t1),管式炉内实际温度t对应的热电势E(t,0)应为:
其中E(t1,0)是热端为室温t1,冷端为0℃时的热电偶的热电势,查热电偶分度表得。
实验过程仔细观察各设备运行状态,各控温点温度超调量的大小,总结其规律,思考降低超调量的办法。
实验结束,先将调压器输出调在0V,最后关闭所有设备电源。
(二)热电阻测控温度实验
按图2-6所示连接实验电路,接通温控仪电源,设定仪表参数,设定传感器为铂热电阻(Sn=8);PID控制方式温度范围(SV=0~500℃);控制输出方式为继电器AL2位式PID控制(outy=0);各参数照下列表格设定。
传感器参数
控制参数
报警参数
参数名
设定值
参数名
设定值
参数名
设定值
参数名
设定值
Sn
8
SV
*
rd
1
PAL1
1
dot
1
P
10.0
AtPb
0
AL1
90.0*
Pb
0.0
I
1000
outY
0
HAL1
0.5
FILt
0.100
D
0
PAL2
2
SF
0.2
AL2
70.0*
Ct
2
HAL2
0.5
将调压器输出调在150V左右,接通调压器电源,将管式炉的温度给定值分别设在100℃、200℃、300℃、400℃上,启动温控仪,观察系统运行情况。
图2-6热电阻测控温度实验线路
实验结束,先将调压器输出调在0V,最后关闭所有设备电源。
六数据处理
1根据电位差计读数计算管式炉内实际温度,并将结果填入表中。
2计算每个测量点,温控仪的相对百分误差,将结果填入表中。
七注意事项
1调压器输出端与输入端不能接错。
2电位差计使用完后,将倍率旋钮调在断开位置,以防内部电池损耗。
八思考题
1热电偶测量温度时常用的冷端温度补偿方法是什么?
2用热电偶测量温度时,为什么要用补偿导线?
3在热电偶测控温度中,被控对象、测量元件、控制器、执行器分别是什么?
实验三流量测量
一实验目的
1掌握转子流量计、涡轮流量计、孔板及差压变送器的原理及使用方法。
2掌握二线制变送器与二次仪表的接线方法。
3掌握流量积算仪的使用方法(实验前必须认真阅读实验七的内容)。
二实验原理
流体的流量是化工生产中必须随时测量、调节和控制的一个重要参数。
流量测量仪表种类繁多,差压式流量计、转子流量计、涡轮流量计等是常用的流量测量一次仪表。
图3-1二线制变送器与电流输入二次仪表接线图
图3-2二线制变送器与电压输入二次仪表接线图
在化工仪表中大多数变送器的信号传输方式都采用“二线制”,即只有两条输出线,这样的变送器称为二线制变送器,它们输出的是国际标准信号,即直流电流4-20mA(对于气动仪表空气压力为0.02-0.1MPa)。
如各种压力变送器、差压变送器等。
这类二线制变送器与二次仪表相接时,有二种接法。
当二次仪表输入为电流信号时,接法如图3-1所示;当二次仪表输入为电压信号(直流1-5V)时,接法如图3-2所示。
图中24V直流电源称为配电电源,目前,常见的智能二次仪表,本身都带有24V直流电源输出,专用于二线制变送器的配电。
三实验设备
1LZB-15转子流量计一只。
2CLG-10涡轮流量计一只。
3孔板及WS-1151差压变送器各一只。
4WP-L801智能流量积算仪一台。
5化工仪表及自动控制实验系统一套。
图3-3自动控制实验系统流程图
四实验步骤
图3-3是自动控制实验系统流程图。
首先熟悉流程图与实际系统中每条管路、各个设备的对应位置,弄清楚每条管路、各个设备的作用与功能。
(一)用转子流量计测量流量
关闭阀6,全开阀3和阀5,微开阀4,启动水泵2,由小到大逐渐缓慢调节阀4的开度,观察转子的运动状况,在全量程内读取并记录5个流量值以及对应的压力表的读数,填入表中。
(转子流量计的量程为160L/h)
压力表读数(MPa)
转子流量计读数(L/h)
测量完毕,关闭水泵2,全关阀4和阀5,全开阀3。
注意:
1启动水泵时,阀4不能关死,也不要开度太大。
2注意电热锅炉的水位,不要让水从锅炉上面溢出。
图3-4涡轮流量变送器与流量积算仪接线图
(二)用涡轮流量变送器测量流量
1按图3-4所示,连接涡轮变送器与流量积算仪,确定接线无误后接通流量积算仪电源。
(涡轮流量计的量程为1500L/h)
2设置流量积算仪参数(流量积算仪的使用请参考实验七)
系统有关参数如下:
无报警,涡轮流量计流量系数为0.62598(不同的流量计,流量系数不同),被测介质是水,密度为1,PV显示器显示瞬时流量值;流量输入信号为频率信号,测量体积流量Q,通讯设备代号为2、波特率为2400bps,瞬时流量时间单位为小时(h),累积流量显示精度为0.1,瞬时流量显示小数点在十位,无补偿,流量输入小数点在十位,流量的输入类型为频率,流量输入零点无需迁移、量程无需放大,变送输出量程下限为0、上限为1500L/h,流量输入量程下限为0、上限为1500L/h,无需小信号切除和补偿,流量输入单位为L/h,瞬时流量单位为L/h,累积流量单位为L,无需打印,流量系数为线性补偿。
一级参数:
(在仪表测量值PV显示状态下,按SET键进入控制参数设定状态。
同时按压SET键和左移键
,小数点循环左移。
)
CLK=132AL1=50AL2=50AH1=0AH2=0K1=0.62598(不同的流量计,流量系数不同)K2=1K3=1K4=1A1=1A2=1A3=1ρ=1ρ20=1DIP=2
在仪表参数设定模式下,按住SET键5秒后,仪表将自动回到测量值显示状态。
不按任何键,30秒后仪表将自动回到测量值显示状态。
(因仪表参数设置不同,有些参数将不予显示)
二级参数:
(在一级参数设定状态下,CLK=132后,在PV显示CLK,SV显示132状态下,同时按下SET键和▲键30秒,仪表进入二级参数设定。
)
B1=2B2=3B3=0B4=0B5=1DE=2BT=3C1=2C2=3C3=0C4=0C5=0C6=0D1=0D2=0D3=0PB1=0KK1=1PB2=0KK2=1PB3=0KK3=1SL=0SH=1500PA=0TL=0TH=0PL=0PH=0CAL=0CAH=1500CAA=0CAB=0DT=*DP=*DCA=17PV=17SV=11AT=0KE=0
二级参数设定完后,同时按下SET键和▲键5秒,仪表退出二级参数设定状态。
3关闭阀4和阀5,全开阀3,微开阀6,启动水泵2,由小到大逐渐缓慢调节阀6的开度,通过流量积算仪,在全量程内读取并记录5个流量值以及对应压力表的读数,填入表中。
测量完毕,关闭水泵2,关闭流量积算仪电源。
压力表读数(MPa)
流量(L/h)
(三)用孔板及差压变送器测量流量
1按图3-5所示,连接孔板、差压变送器与流量积算仪,确定接线无误后接通流量积算仪电源。
孔板是流量测量中最常用的节流装置,流体在孔板中流过时,在孔板两端产生压力差,根据流量基本方程式,体积流量为:
式中:
α—流量系数,ε—膨胀校正系数,F0—节流装置的开孔截面积,
ρ1—节流装置前的流体密度,Δp—节流装置前后实际测得的压力差。
可以看出,流量Q与压力差Δp的平方根成正比。
孔板两端的压差经引压导管,通过三阀组接到差压变送器,差压变送器可以测量和直接显示出孔板输出的差压,我们使用的差压变送器的量程为25Kpa。
差压变送器把差压转换成标准信号(4-20mA电流)送到流量积算仪,流量积算仪将该信号进行开方处理,通过量程及单位换算,显示出实际流量。
同时流量积算仪的变送输出端,输出流量信号,可用于后续处理。
直流毫安表显示的是差压变送器输出的电流值。
图3-5孔板、差压变送器与流量积算仪接线图
2流量积算仪参数设置
系统有关参数如下:
无报警,孔板流量系数为38.729,被测介质是水,密度为1,PV显示器显示瞬时流量值;流量输入信号为差压(ΔP)未开方,测量体积流量Q,通讯设备代号为2、波特率为2400bps,瞬时流量时间单位为小时(h),累积流量显示精度为0.1,瞬时流量显示小数点在十位,无补偿,流量输入小数点在十位,流量的输入类型为4-20mA直流电流,流量输入零点无需迁移、量程无需放大,变送输出量程下限为0、上限为1500L/h,流量输入量程下限为0、上限为1500L/h,无需小信号切除和补偿,流量输入单位为L/h,瞬时流量单位为L/h,累积流量单位为L,无需打印,流量系数为线性补偿。
一级参数:
(在仪表测量值PV显示状态下,按SET键进入控制参数设定状态。
同时按压SET键和左移键
,小数点循环左移。
)
CLK=132AL1=50AL2=50AH1=0AH
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