第一章自動化儀表在生產過程中的作用
1.1 自動化儀表及其應用
自動化儀表，是指在工業生產過程中對工藝引數進行檢測、顯示、控制的儀表。自動化儀表大體可分為檢測儀表、顯示儀表、控制儀表和執行器四大類。檢測儀表是利用各種物理、化學效應，實現各種資訊引數測量的儀表。
顯示儀表則用於對各種變數檢測、控制及操作狀態引數的資料顯示和記錄，承擔人—機聯絡的任務。有的儀表則集檢測與顯示一體。控制儀表把來自檢測儀表的訊號值與所要求的訊號值進行比較、綜合，按預定控制規律發出控制訊號，操縱執行器動作，使被控變數達到預期值。
執行器則是實現這種控制作用的終端控制裝置。
工業自動化儀表是實現工業生產過程自動化的一種重要裝置。應用自動化儀表和裝置，構成各種型別的自動化系統，可以代替人的重複性勞動，實現工藝過程的自動檢測、調節和控制。在海洋石油的油氣田生產中，為了正確地指導生產操作，保證人員和生產安全，都廣泛應用自動化儀表和控制系統。
1.2 自動化儀表的分類
海洋石油平台使用的自動化儀表型別繁多，因而分類的方法也不同，下面介紹幾種常見的分類方法。
按使用能源不同，可分為氣動儀表、電動儀表和液動儀表。
按所測量引數不同，可分為壓力儀表、溫度儀表、液位儀表、流量儀表。
按所使用系統不同，可分為生產系統檢測儀表和安全系統檢測儀表。
1.3 自動化控制系統
海洋石油平台要求生產和安全管理的自動化程度較高，平台上都設有一套自動化控制系統，即**控制系統。這套系統是整個平台的控制中心，它能對整個平台的生產和安全進行監控，確保平台及人身安全，保證生產的持續性，保護**生產系統及其設施。
**控制系統是由生產過程控制系統（pcs）和安全控制系統(scs)組成。
其中安全控制系統又分為緊急關斷系統（esd）和火氣探測系統（f&g）兩個相對獨立的子系統。如下圖所示：
**控制系統的
第二章壓力檢測儀表
壓力（包含差壓和真空度）是工業生產中最重要的引數之一。它決定著生產過程能否正常進行，關係到裝置和人身的安全等。
2.1 壓力的定義及單位
垂直作用在物體單位面積上的力稱為壓力。它的數值由兩個因素決定，即受力面積和垂直作用力的大小。
在國際單位制中其單位為牛頓/公尺2，即：帕斯卡，其表示的符號為：pa ，簡稱「帕」，帕這個單位很小，約為0.
1mm水柱所產生的壓力。pa、kpa 、mpa是法定的壓力計量單位。在工程中常用單位還有工程大氣壓（kgf/cm2）、物理大氣壓（atm）、公釐汞柱（mmhg）、公釐水柱（mmh2o）、磅/英吋2（psi）、巴（bar）等，工程大氣壓（kgf/cm2）、物理大氣壓（atm）和巴（bar）壓力等級基本相同。
1巴≈1公斤力≈100kpa≈14.5psi，相當於10公尺水柱的壓力。它們之間的常用換算見表2-1 各壓力單位間的換算。
表 2-1 各壓力單位間的換算
2.2 壓力的分類
圖2-1 各種壓力間的關係
在壓力檢測中，壓力常分為表壓、絕壓、負壓或真空度、差壓或壓差。絕對壓力是液體、氣體或蒸汽所處空間的全部壓力和。表壓和真空度是相對大氣壓力而言的，大氣壓力即地球表面空氣柱重量所產生的壓力。
工業上所用的壓力指示值常為表壓，表壓是當絕對壓力高於大氣壓力時，絕對壓力和大氣壓力之差；真空度是當絕對壓力小於大氣壓力時，大氣壓力和絕對壓力之差。差壓力是任意兩個壓力相比較時的差值。它們之間的關係如圖2-1各種壓力間的關係。
2.3 壓力檢測方法
壓力的檢測方法多種多樣，在海洋採油工藝主要採用彈性變形測壓力和電測法測量壓力。用彈性變形測壓法測量壓力時，當被測壓力作用於彈性元件時，彈性元件便產生相應的形變，根據形變的大小便可測出壓力的大小。常用的彈性元件有三類：
薄膜式、波紋管式和彈簧管式。彈簧管又分為單管式和多管式兩種，平台的壓力表一般都採用單管式。
2.4 壓力表
從圖2-2中可以看出，彈簧管受壓後其形變位移和受力的大小具有比例關係。因此，生產中，我們大多採用彈簧管作為彈性元件來測壓，經常使用單彈簧管和多彈簧管，以單彈簧管應用為最多。彈簧管壓力表是工業生產上應用最為廣泛的一種測壓儀表。
2.4.1彈簧管的測壓原理
單彈簧管是彎成圓弧形的空心管子，其截面積呈扁圓形或橢圓形，如圖2-2單簧管壓力表內部結構。被測壓力由彈簧管的固定端引入，由於橢圓形截面積在壓力作用下會趨向圓形，因此彈簧管的自由端就產生一定的位移。彈簧管就這樣把壓力轉變為位移。
但是，彈簧管輸出位移很小，因此一般都選用各種槓桿式或齒輪式的傳動放大機構，把微小位移放大並轉換成角位移傳送給顯示部分的指標.如圖2-3壓力表測壓原理。由於彈簧管自由端的位移與被測壓力的大小具有比例關係，因此彈簧管壓力表的刻度標尺是線性的。
由上得出：它的原理是在壓力作用下，彈簧管就要產生變形，自由端產生位移，通過拉桿帶動扇形齒輪轉一角度，經機芯帶動指標偏轉在刻度盤上指示出來，位移大小與輸入的測量壓力成正比，此時指標在刻度盤上的位置就是被測出來壓力的量值。
2.4.2彈簧管壓力表的結構
彈簧管壓力表的結構如圖2-4彈簧管壓力表所示。
壓力表外觀見圖2-5。被測壓力由接頭9通入，迫使彈簧管1的自由端b向上方擴張。自由端b的彈性變形位移由拉桿2使扇形齒輪3作逆時針偏轉，於是指標5通過同軸的中心齒輪4的帶動而作順時針偏轉，從而在面板6的刻度尺上顯示出被測壓力p的數值。
由於自由端的位移與被測壓力之間具有比例關係，因此彈簧管壓力表的刻度標尺是線性的。
游絲7是用來克服因扇形齒輪和中心齒輪的間隙所產生的儀表變差的。改變調整螺釘8的位置（即改變機械傳動的放大係數），可以實現壓力表量程的調整。
2.5 壓力變送器
以上介紹的是就地顯示的壓力計，既壓力表。在生產中，我們還需要將壓力轉換成氣動訊號或電動訊號進行控制和遠傳。這些把壓力轉換成氣動訊號或電動訊號的裝置就是壓力變送器。
壓力變送器分為氣動壓力變送器和電動壓力變送器。
2.5.1 氣動壓力變送器
氣動壓力變送器中應用最多的是力矩平衡式壓力變送器，下面就以氣動差壓變送器為例對氣動力矩平衡式壓力變送器的結構原理進行簡單分析。如圖2-6氣動差壓變送器的原理圖。氣動差壓變送器的原理是：
以膜片3為感測元件，與正壓室1和負壓室2組成變送器的測量部分。正壓室通入被測差壓的高壓訊號p1，負壓室通入低壓訊號p2。差壓通過膜片變成f測作用在比較環節——槓桿5上。
槓桿5的支點是輸出軸密封膜片4。槓桿5受壓差產生的力的作用，繞支點「o」旋轉，使擋板9相對噴嘴移動，噴嘴背壓變化，引起功率放大器10的輸出壓力p出變化，輸出壓力p出引入儀表的反饋環節——波紋管7，轉換成力f反，作為負反饋訊號在支點6處也作用到槓桿5上。輸入f測與f反通過槓桿5和支點「o」達到平衡，即：
f測 ×l測 = f反 ×l反
由f測=a測（p1 –p2）; f反=p出·a反可知
p出 =（p1 –p2）a測l測 / a反l反
式中：a測是膜片3的有效面積，a反為反饋波紋管的有效面積
由於l測、l反、a測、a反均為固定值，可見差壓變送器將輸入壓差成比例的轉換成了氣動訊號p出。輸出訊號為20~100kpa的氣壓訊號，可將輸出訊號送往調節器或顯示儀表進行調節、指示或記錄。但由於受遠傳時壓力降低和滯後的影響，氣動壓力變送器主要用於現場調節迴路的組成。
2.5.2 電動壓力變送器
電動壓力變送器是將一定範圍的壓力訊號轉換成標準電流或電壓訊號的壓力儀表。目前，海洋採油生產中大多採用電容式壓力變送器。電容式壓力變送器的工作原理簡單的說就是將彈性測壓元件的位移轉換成電容的變化，再經一定的轉換電路輸出標準電流或電壓訊號。
目前，海洋採油平台上常用到的電動壓力變送器的輸出標準訊號一般為4~20ma電流訊號，其輸出訊號為連續的模擬訊號，常用作遠傳訊號。
目前，海洋採油平台上常用到電動壓力變送器主要是：rosemount 1151、2088、3051等系列模擬型和智慧型壓力變送器；foxboro i/a 系列智慧型壓力變送器以及少量honeywell廠家的壓力變送器。隨著科學技術和海洋石油的發展，現在採油平台上的模擬型壓力變送器已經逐步被智慧型壓力變送器替代。
下面以1151系列電動變送器為例詳細敘述電動變送器的結構及效能等。
1、 概述
1151系列電容式壓力變送器具有安裝使用方便、精度高、體積小、調整方便、穩定性高、單向過載能力好等特點。
1151系列壓力變送器是將相對真空的絕對壓力或相對某標準的相對壓力轉換成為4～20ma或10～50ma直流電流訊號，電流訊號與被測壓力成線性關係。
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