仪表基础知识

仪表基础知识讲义主要内容仪表基础知识介绍测量仪表调节阀自动控制联锁保护仪表接地仪表防爆轴系仪表仪表基础知识介绍仪表最主要的作用就是测量和控制。 在化工生产过程中，常常要对过程的压力、温度、物位、流量、物质的性质和成分等被测量进行自动测量和自动调节。这就是我们熟称的仪表自动化。化工测量就是依据不同的测量原理，借助各种测量仪表来自动地、连续地检测上述各被测量的变化情况，所以说测量是“眼睛”。测量误差化工生产过程并不是一个理想的测量环境，测量对象、测量方法、测量仪表等均会受到诸如温度、压力、腐蚀等各种环境因素的干扰。这些因素的变化，必然会影响测量示值的大少，使示值与被测量的“真值”之间造成差异，这个差异就是测量误差。误差：示值与被测量真值之差 △=M-T △——误差（也称绝对误差）

M——示值T——真值误差的分类系统误差（又称规律误差）

大小方向均不改变的误差，或在条件改变时按某一确定规律变化的误差。通过计算，它是可以修正的，且只要一次修正。随机误差（又称偶然误差）

是指服从统计规律的误差。它是由很多复杂因素微小变化的总和引起的。不易发觉，难于修正。这类误差的大小与测量次数有关，它的算术平均值将随测量次数的增多而减小（但不是线性关系）疏失误差

它不是仪表本身固有的，是人为的，人的粗枝大叶和操作错误引起。缓变误差

数值上随时间缓慢变化的误差，要经常校正。测量仪表的基本知识测量仪表的基本组成：测量仪表的基本技术性能：

1、精确度（简称精度）：它包含两个方面意思，即精密度和准确度。精密度高的仪表的偶然误差就小，准确度高的仪表的系统误差就小。 精确度等级是用国家规定的一系列数字（如0.005、0.01、0.02、0.04、0.05、0.1、0.5、1.0、1.5、2.5、4.0、5.0等）来表示，并常用等符号标示在仪表的面板上。其数值愈小，则精度愈高。 仪表示值误差=指示值-计量检定值 仪表示值误差即是绝对误差（为全标尺范围内的最大值）传感器变换器显示装置被测量测量值1.50.5测量仪表的基本技术性能仪表引用误差

δ=×100%δ：仪表引用误差△max：仪表最大绝对误差 一台仪表的引用误差的百分数的分子，就称为仪表的精度级。仪表的精度级上添上%，就可得它的允许误差（引用误差）。 在仪表使用过程中，当引用误差超过精度时，其精度应定为与之相邻而又稍低的等级。（使用者不能按照自已检定的基本误差，将仪表升级使用。相反，在某些情况下，倒可降级使用）△max标尺上限刻度值-标尺下限刻度值测量仪表的基本技术性能测量仪表的变差（又称回差或易变量或滞后误差）定义：是指在外界条件不变的情况下，用同一仪表对某一参数进行正反行程测量时，仪表正反行程的两次示值之差。变差=×100%

仪表的变差不能超过其基本允许误差线性度（又称非线性误差）定义：仪表的实际特性曲线偏离其理论上的线性关系△’max标尺上限刻度值-标尺下限刻度值测量仪表的基本技术性能灵敏度、死区、灵敏限仪表的灵敏度（S）是用仪表输出的变化量与引起此变化的被测参数的变化量之比来表示。

仪表的性能取决于基本误差，单纯地以增大仪表灵敏度的办法来企图达到更准确的读数的做法是不合理的，这可能会造成灵敏度高但实际精度却下降的虚假现象，为了防止这种现象，常规定仪表标尺的分格值不能小于仪表允许误差的绝对值死区：输入量的变化不致引起输出量有任何可察觉的变化的有限区间仪表的灵敏限：仪表能响应的输入信号的最小变化量（始动灵敏度）。 通常仪表的灵敏限的数值应不大于仪表基本误差绝对值的一半。大气压力、表压力、绝对压力、负压力大气压力：由于空气的重力作用在底面积上所产生的压力。 在物理学中，常用绝对压力。而在工程技术中，则常用表压力（正压力），故所使用的仪表也多直接指示超出大气压力的数值。

P绝对=P表+P大气（当地）或P表=P绝对-P大气（当地）

当绝对压力低于当地大气压力时，表压出现负值，又称负压力或真空度。 标准大气压：

=1.01325×105Pa0101绝对压力的零线P绝对P负压P表压P绝对大气压力线流量测量流量：是单位时间通过某一个截面的流体数量。按单位分它有体积流量（Q）和质量流量（M）。按仪表分它有速度式、容积式和质量流量计。对于差压测量，测量的一次元件有：孔板、喷嘴、文丘利管。其中孔板最简单便宜，但在相同差压下，其压力损失最大；文丘利管的压损小，所以常用于管道内径在100~800mm范围内的流量测量；在相同条件下，如果必要的差压和流量值低于孔板下限时，可以选用喷嘴。孔板喷嘴文丘利管流量测量孔板分为：

1、单独钻孔2、环室（精度高）3、均压环（大管道）节流孔板前的直管段一般要求为10D，孔板后的直管段一般要求5D，为了正确测量，孔板前的直管段最好30~50D，特别是孔板前有泵或调节阀时。孔板的取压方式：

1、角接取压法（分为环室和单独钻孔两种）：上下游侧取压孔中心至孔板前后端面的间距各等于取压孔径的一半（对单孔取压而言）；如用环室取压时等于环隙宽度的一半。

2、法兰取压法：上下游取压孔中心至孔板前后端面的间距均为25.4±0.8mm，又叫做“1寸法兰取压”

3、理论取压法4、径距取压5、管接取压法 后三种因使用较少，不再阐述。流量测量角接取压：容易实现，安装比较方便，但环室取压安装要求较严格。法兰取压：精度较低，但安装非常方便。管接取压：精度最低。

前两种因安装方便，被广泛应用。 一般标准孔板选用角接取压和法兰取压，标准喷嘴只用角接取压。流量测量实用流量方程式：

Qv=Kαεdt2△P/ρ

(m3/h)

Qm=Kαεdt2△P.ρ(Kg/h)α:流量系数ε:流体膨胀系数dt:节流装置的孔径△P:压差ρ:密度 K:0.0039986当明确各种设计参数后，可化简至：Q=K△P测量原理：根据流体流动的节流原理，利用流体流过节流装置所产生静压差与流量成比例关系来测量。仪表取压仪表的正确取压位置如图所示：当被测介质为液体时，则应在导压管的各最高点上安装集气器和排气阀，以便收集和定期排出液体中折出的气体。当导压管内的液体受环境温度的影响而冷却，或与测量管路内的状态不一样时，取压时应装冷凝器。当测量含有杂质的液体和潮湿的气体流量时，则应在导管的最低点安装沉降器和排污阀。当测量有腐蚀性或高粘度、易凝结、析出固体的流体时，则应用隔离器和隔离液，将被测流体和差压仪表的导管隔开。450450气体450450液体450450蒸汽通讯协议智能变送器的通讯协议比较多，其它设一般设备都用HART通讯。目前，最新的是现场总线型智能变送器常用通讯协议：

HART协议：在4~20mA模拟信号上叠加数字信号（200HZ为1，2200HZ为0，速率1200s/bps），广泛应用。

8mA测量仪表——压力（差压）变送器压力（差压）变送器

目前我公司最常用的三种牌子变送器为：罗斯蒙特的1151和3051、横河公司的EJA其中罗斯蒙特的变送器是采用 的双电容式原理。EJA测量原理：采用单晶硅谐振式传 感器，采用超精细加工工艺在单晶硅 上制成两个完全一致的H形态的振动 梁，并以一定的频率产生振动，其谐振频率取决于梁的长度和张力，而张力随压力的变化而变化，只要检出频率的变化，就可知道压力的变化。可测压力、差压、物位（单、双法兰式）测量仪表——质量流量计我公司用的最多的质量流量计是爱默生（原罗斯蒙特）的质量流量计。原理：基于科里奥利原理工作。当流体流过按一个固定频率振动的测量管时，产生扭曲，使安装在测量管左右两侧的检测线圈检测到一个相位差，这个相位差与质量流量成比例关系。安装：环境要求：1、仪表安装地点不能有大的振动源。2、传感器与管道连接处不应有应力的作用3、附近不能有任何较大干扰磁场的设备（≮0.6~1m）4、连接电缆不得超过300米测气体测液体测浆体测量仪表——质量流量计质量流量计测量精度高，作为贸易交接的计量仪器（0.2级）质量流量计因机械振动的非对称性和衰减，容易产生零位飘移，应定期标定。为确保质量流量计使用过程中的精度，应保证：

1、流体应充满管道和整个仪表

2、流体中不能有气泡

3、避开振动较大的场所

4、0.6米内不能有大的电极磁场

5、连接管道不能有应力，不受外力影响

6、电缆小于300米测量仪表——液位、物位、料位浮力式液位计

1、恒浮力式液位计（浮标、浮球）

2、变浮力式液位计（沉筒）浮筒式液位计： 基于阿基米德原理，物体所受的浮力与其排开水的体积的重量相等。浮筒受到浮力上下移动，通过扭力管把位移转变成角位移（零位时扭角最大为70，量程时扭角最小约为70

）导波雷达料位计：雷达波通过钢缆传导，当料位时，雷达波被反射，从时间差可测得料位。可安装在小口径的筒体上。测量仪表——液位、物位、料位差压式变送器测量液位P=ρgh压力式变送器测量液位ρ+-hρ+-h闭口容器敞口容器测量仪表——液位、料位雷达液位计：目前我厂用得最多的是

Saab雷达影响因素：温度、压力、气体无影响安装：避免进料口，旋涡（不能有泡沫和旋 涡，会使雷达波散射而衰弱），搅拌器；对 腐蚀性和易结晶的地方雷达头与介质之间的 距离要大于100mm。超声波料位计：时间差法，应用超声测距的原理。 对于上述所有的料位计均避免进料口等使料位不 稳定的区域伺服液位计雷达液位计测量仪表——温度测量仪表t=T-273.15(K)0F=32+9/5℃ T：热力温度双金属温度计（精度1、1.5、2.5级）热电偶：两热电极材料相异，两接点温度相异时，热电偶两端会产生热电势（mV），热电势由接触电热和温差电势组成。（两线制）热电势必须进行冷端补偿（0~100℃以内才能补偿）热电阻：（两种：导体温上升阻值上升，半导体温上升阻值下降。三线制）测量仪表——温度测量仪表目前我厂热电阻大都用的是Pt100热电偶和热电阻比较：

热电偶热电阻温度范围0~1000℃-200~500℃精度>600℃时高中低精度高输出信号小大热电特性低温差好调节阀调节阀=执行机构+阀体部件 执行机构：调节阀的推动装置， 它按信号压力的大小产生相应 推力，使阀杆相应的位移、阀 芯动作。 阀体部件：调节阀的调节部分 ，它直接与介质接触，由阀芯 的动作，改变调节阀节流面积 ，达到调节的目的。执行机构：分气动薄膜执行机 构、气动活塞执行机构和长执 行机构。调节阀气动薄膜执行机构：分正、反两种形式。当信号压力增加时，阀杆向下动作的叫正作用执行机构。反之，信号增加阀杆向上的叫反作用执行机构。通常接受20~100KPa的标准信号压力，带定位器时，最高压力为250KPa，其行程规格有10、16、25、40、60、100mm六种。气动长行程执行机构：具有行程长、转矩大的特点，它将信号气压转变成相应的转角（0~900）或位移（200~400mm），适合于角行程调节阀的需要，多用于大转矩的蝶阀、闸阀、风门等。调节阀阀体部件（如图所示）直通单座阀：泄漏量小、许用压差小、流通能力小。直通双座阀：许用压差大、流通能力大、泄漏量大。不适用于高粘度、含悬浮颗粒的流体套筒调节阀：稳定性好，不易引起阀芯振动；互换性和通用性强，只要更换套筒就可得到不同的流量系数和流量特性；许用压 1、直通单座；2、直通双座；3、角形；4、隔膜阀；5、蝶阀；6、阀体分离阀；7、合流型三通调节阀；8、分流型三通调节阀

差大，热膨胀影响小，；维修方便，阀座是通过螺纹与阀体相连的；使用寿命长；噪音低（比单、双座阀低10分贝）调节阀偏心旋转阀：⑴流路简单，阻力小，用物含固体悬浮物和高粘度的流体调节较为理想⑵流通能力较大，比同口径的单、双座阀大10~30%，可调比大，可达100：1⑶阀芯球面偏心旋转运动减少了所要求的操作力矩，在流开流闭下都能稳定操作，在高压差下能顺利使用，同时用较小的力就能严密关闭，所以泄漏量小。调节阀角形阀：角形调节阀除阀体为直角形外，其他结构与直通单座阀调节阀相似流阻小，流量系数比单座阀大，相当于双座阀的流量系数 它适用于高粘度、含悬浮物和颗粒状流体的场合，或用于要求直角配管的地方，其流向一般为底进侧出。高压调节阀：适用于高静压和高压阀调节的特殊阀门，最大公称压力为32MPa，单级阀芯多为角形单座，但在高压差下，流体对阀芯、阀座的冲刷和气蚀严重，使用寿命短。调节阀蝶阀（翻板阀）：流通能力大，约为同口径双座阀的1.5~3倍；阻力损失小；沉积物不易积存；结构紧凑，安装空间很小。但操作转矩大，泄漏量较大，可调范围小。

特别适用于低压差、大口径、大流量的气体和浆状液体O型球阀：可起调节和切断作用，常用于两位式控制。它流路简单，全开时完全形成直管通道，压力损失最小，特别适用于高粘度、悬浮液、纸浆等流体场合。密封可靠，泄漏量很小，软密封球阀可达到气泡级密封。V型球阀：流通能力大，比普通阀高2倍以上；控制特性好，为等百分比；可调范围大，可达300：1；具有剪切作用，能严密关闭，适用于浆料、纤维状流体场合。主要缺点是操作压力受到限制，高压降时不适用。调节阀调节阀的流量特性：快开、线性、等百分比、抛物线调节阀的流开、流闭调节阀的气开、气关 随信号增大，阀门开度增大的叫气开 选择调节阀的气开/关型式，应从装置和设备的安全性来考虑流开状态流闭状态正装反装正装反装执行机构阀体部件调节阀正正气关正反气开反正气开反反气关调节阀调节阀的流量特性：快开、线性、等百分比、抛物线调节阀为什么选等百分比阀较多？

q=αf△P

阀位变时阀前后总差压△P

也变，q也变，即流量特性同同往上移，所以选等百分比阀较多。当调节阀两端差压比较小时，对象是线性对象，则选线性阀调节阀正常可调范围一般控制在20~80%1234 1、快开；2、线性；3、抛物线；4、等百分比调节阀为了调节阀的快速响应和定位精定，使用中的调节阀一般均配有定位器目前我厂用的定位器种类非常多，从纯气动型到智能型都有调节阀的流通能力

(c值)：阀前后压差为

0.1MPa，介质密度为

1g/cm3时，每小时通 过阀门的流量(t/h)仪表接地仪表接地：保护接地和工作接地保护接地：用于保护人身安全、绝缘坏时的保护工作接地：主要为了防止干扰

1、信号回路接地（建立一个统一的基准电位）

2、屏蔽接地（小信号防止电磁干扰）

3、本安接地干扰途径：电场、磁场、电磁幅射（天空中的电磁波）干扰种类：横向干扰：线间干扰（电磁波） 纵向干扰：线地干扰（漏电、高压电场、地电流）串模干扰共模干扰仪表接地保护接地一般接至电气地，接地电阻小于4Ω信号地跟屏蔽地可接至电气地，也可单独打地庄接地，接地电阻小于4Ω屏蔽层不得浮空，但只能一端接地，一般接在操作室，如果检测端要求接地，那么接在现场本安地应该单独接地，不能和电气混合，接地电组要小于1Ω，而且跟其它接地地庄距离要大于5m，本安仪表的屏蔽线可与本安仪表的本安地接在一起DCS一般单独接地，接地电阻由制造厂定一个仪表回路只能一点接地，有隔离变压器的可两点接地除了接地体与地接触外，其它连线要由绝缘线接到接地体仪表防爆防爆仪表EXdⅡBT4 ⑴⑵⑶⑷⑸

⑴防爆标记；⑵防爆型式；⑶爆炸物质类型；⑷爆炸物的爆炸级别；⑸爆炸物的温度组别防爆标记：EX；(上海防爆所)；εx.EXX(欧共体)；MS.AE(法国)；UL(美国)；EV.Sch(德国)防爆型式：隔爆d：主要是耐压，里面的爆炸传不到外面来（注意：运行情况下表盖不能打开；结构不能改动）本安i：1、元件不能变（电容电感）；2、要和关联设备一起工作。ia:好，ib:差EXNEPSI隔爆增安本安正压充油充砂无火花特殊型中国deipoqns日本deifoxxs美国无无无无无无无无仪表防爆爆炸性物质：爆炸级别：爆炸的难易程度，由二个标准划分。

1、最小点燃电流比MICR（规定试验条件下，该物质的点燃电流和甲烷点燃电流之比）

2、最大试验安全间隙，使内部的爆炸（通过25mm长度）不传到外面的最大间隙

Ⅱ类有三个爆炸级别：我国分三类美国分三级Ⅰ类矿井甲烷1级爆炸性气体、蒸汽Ⅱ类爆炸性气体、蒸汽2级爆炸性粉尘Ⅲ类爆炸性粉尘、纤维3级爆炸性纤维MISG(间隙)MICR(电流比)ⅡA0.9~1.14mm0.8~1.0ⅡB0.5~0.9mm0.45~0.8ⅡC<0.5mm<0.45仪表防爆温度组别：对应的设备表面达到下列温度时爆炸爆炸危险场所：

0区：ia、s；1区：d、e、ib、o、p、q、s；2区：n选型：

1、根据爆炸危险区域选防爆型式

2、根据危险场所可能出现的爆炸性气体或蒸汽的自燃温度选温度组别

3、根据危险场所可能出现的爆炸性气体或蒸汽的爆炸级别选仪表的防爆级别T1450℃<TT4135℃<T≤200℃T2300℃<T≤450℃T5100℃<T≤135℃T3200℃<T≤300℃T685℃<T≤100℃轴系仪表我厂在用的本特利轴系仪表有3300型轴系仪表的组成：探头、延伸电缆、前置器、监视器可测参数：转速、轴振动、轴位移、键相等。探头是非接触式电涡流传感器，其工作机理是电涡流效应。当接通传感器电源时，在前置器内会产生高频的电流信号，该信号通过电缆送到探头头部（铂金丝线圈），在头部周围产生交变磁场H1，如果金属导体材料接近探头，则交变磁场H1将在导体表面产生电涡流场，该电涡流场也会产生一个方向与H1相反的交变磁场H2。由于H2的反作用，就会改变探头头部线圈高频电流的相位和幅值，即改变了线圈的有效阻抗。如在磁导率、激励电流、频率等参数恒定不变的情况，则可把阻抗看成是探头顶部到金属表面间隙的单值函数，即二者之间成比例关系。轴系仪表探头ABCDE 330103-□□-□□-□□-□□-□□ 103表示没铠装，104表示铠装

A：表示螺纹长度，以10mm递增

B：表示控头体长度，以10mm递增

C：表示总长，例05表示0.5m D：接头选择，00不要接头，01带微型同轴阳接头

E：批准单位选择延伸电缆：它是系统的一个组