仪表专业知识讲座2

云南云景林纸股份有限公司2007年11月仪表专业知识讲座公司在用仪表分类温度检测仪表：热电偶、热电阻、双金属温度计等压力检测仪表:压力表、压力变送器流量检测仪表：电磁流量计、差压流量计、旋涡流量计、质量流量计、金属管浮子流量计、转子流量计等物位检测仪表：差压式液位计、法兰式液位计、浮球式液位计、投入式液位变送器等。成分检测仪表：电导率检测仪、PH值检测仪表称重仪表：电子皮带秤、电子汽车衡、电子秤、天平等。调节仪表：调节器、调节阀（电动调节阀、气动调节阀）我公司在用仪表基本情况我公司在用仪表就用途可分为温度、压力、流量、液位、物位、分析、速度、安全、称重仪表。仪表系统由传感器、变送器、仪表电缆、仪表电源、显示仪表、调节器、操作器（控制系统）、调节阀等组成。热电站主要使用的仪表温度测量仪表：热电偶、热电阻、双金属温度计、金属管温度计；压力测量仪表：压力表、压力变送器（1151电容式压力变送器、扩散硅压力变送器、电感式压力变送器）；液位测量仪表：差压液位变送器、法兰式液位变送器；流量仪表：电磁流量计、差压式流量计（节流孔板+差压变送器+控制系统）；分析仪表：氧化锆烟气分析仪表、电导率分析仪、PH值分析仪；调节仪表：电动调节阀（角行程执行机构和直行程执行机构）称重仪表：电子皮带秤；控制系统：西门子PCS7控制系统。化工厂主要使用的仪表温度测量仪表：热电偶、热电阻、双金属温度计、金属管温度计；压力测量仪表：压力表、压力变送器（1151电容式压力变送器、扩散硅压力变送器、电感式压力变送器）；液位测量仪表：差压变送器、法兰式液位变送器；流量仪表：电磁流量计（上海光华爱尔美特）、差压式流量计（节流孔板+差压变送器（ROSEMOUNT、HONEYWELL、横河川仪表）+控制系统）、旋涡流量计（上海横河）；分析仪表：氧化锆烟气分析仪表、电导率分析仪、PH值分析仪调节仪表：电动调节阀（角行程执行机构和直行程执行机构）、气动调节阀（KEYSTONE、上海自动化仪表有限公司、吴忠仪表厂、NELES）；控制系统：西门子PCS7控制系统。纸浆分厂主要使用的仪表温度测量仪表：热电阻、双金属温度计；压力测量仪表：压力表、压力变送器（1151电容式压力变送器）、压力开关；液位测量仪表：差压变送器、法兰式液位变送器、同位素核仪表、料位开关、液位开关；流量仪表：电磁流量计、差压式流量计（节流孔板+差压变送器+控制系统）；分析仪表：纸浆浓度分析、白度分析仪表、电导率分析仪、PH值分析仪）；调节仪表：气动调节阀（NELES、FISHER-ROSEMOUNT}；称重仪表：木片电子皮带秤）；控制系统：西门子PCS7控制系统、HONEYWELLTDC3000DCS控制系统。综合分厂主要使用的仪表温度测量仪表：热电阻、双金属温度计；压力测量仪表：压力表、压力变送器（1151电容式压力变送器）；液位测量仪表：差压变送器、法兰式液位变送器；流量仪表：电磁流量计、超声波流量计、旋涡流量计、流量开关；分析仪表：氧分析仪、电导率分析仪、PH值分析仪；调节仪表：气动调节阀（日本NBS、KEYSTONE）；控制系统：西门子S7PLC控制系统、三凌PLC系统。第一章温度检测仪表第一节温度计的分类一、双金属温度计工作原理：

绕成螺旋形的感温元件一端固定，另一端边接指针轴，当被测物体温度变化时，两种金属由于膨胀系数不同，使螺旋管曲率发生变化，通过指针轴带动指针偏转，直接显示温度值。其结构如下图所示：二、双金属温度计的分类：双金属温度计按指度盘与保护管连接方向可分为：径向型、轴向型和万向型双金属温度计适用测量中低温的现场指示型测量仪表。第二节双金属温度计双金属温度计三、双金属温度计选型双金属温度计适用测量中低温的现场指示型测量仪表。我公司常用的双金属温度计有WSS/WSSX-411、401、481，主要用于热电厂汽机间、化工厂碱回收车间，氯碱车间主要用防护型双属金温度计。其实双金属温度计也可输出4~20mADC远传信号供显示仪表或DCS系统使用，如3#汽轮发电机使用的双属温度计。WSSX是电接点双金属温度计，可输出触点信号供二次仪表或DCS系统实现温度上下限报警。我公司常用双金属温度计接口螺纹为M27×2标准螺纹。第一章双金属温度计四、双金属温度计基本技术参数第二节热电阻一、热电阻工作原理热电阻是利用电阻与温度呈一定函数关系的金属导体或半导体材料制成的感温元件。热电阻由电阻丝、骨架、引线、保护管、接口螺纹和接线盒组成。二、热电阻的分类我公司常用的热电阻有铂热电阻（WZP-230Pt100）和铜热电阻（WZC-105Cu50）热电阻作为测温元件，通常和显示仪表或控制系统相连作为-200~600℃范围内的温度测量常见安装固定装置有螺纹安装、法兰安装和焊接安装和无固定安装。三、热电阻安装方式：第二节热电阻四、热电阻的选型：热电阻选型时必须选择电阻材料（温度范围）、安装固定形式、接线盒形式、保护管大小和插入长度。其选型代码如下所示：常用热电阻测温范围如下所示：第二节热电阻五、热电阻故障处理

热电阻常见的故障是电阻短路或断路，其中以断路居多。用万用表欧姆档可方便检查，在运行中常见故障及处理方法如下所示：故障现象可能原因处理方法仪表显示温度偏低接线柱间有灰尘或电阻短路清除灰尘，找出短路点，加好绝缘显示温度无穷大热电阻或引出线断路或测量回路断路更换热电阻或焊接断线显示温度无穷小仪表或系统与热电阻接线有误或热电阻短路改正接线，找出短路处，加好绝缘。阻值与温度不对应热电阻材料受腐蚀变质更换热电阻。第二节热电阻一．热电偶测温基本原理

将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路。当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。二、热电偶冷端的温度补偿

由于热电偶的材料一般都比较贵重（特别是采用贵

金属时），而测温点到仪表的距离都很远，为了节省热电偶材料，降低成本，通常采用补偿导线把热电偶的冷

端（自由端）延伸到温度比较稳定的控制室内，连接到仪表端子上。热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极，使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上，它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响，不起补偿作用。因此，还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t0≠0℃时对测温的影响。在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配，极性不能接错，补偿导线与热电偶连接端的温度不能超过100℃。热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。其优点是：

1、测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。2、测量范围广。常用的热电偶从-50~+1600℃均可边续测量，某些特殊热电偶最低测到-269℃最高可达+2800℃。第三节热电偶三、热电偶的分类及特点目前，国际共有8种标准热电偶，分别为S、B、E、K、R、J、T、N分度热电阻。我公司在用的热电偶有S、E、K三种，主要用在热电厂锅炉、汽机和碱回收车间。1、S型热电偶：在工业测温中，一般可长期在1300℃以下测量温度，在良好使用环境下，可短期测量1600℃的温度。其产生热电势均力偏小，热电势率也比较小，因而灵敏度低，价格昂贵。我公司用于炉膛温度检测。2、E型热电偶：能测量低温的廉价金属热电偶，测量低温精度高，测量范围-200~+800℃，稳定性好，热电势率大，可测微小变化的温度，价格便宜。主要用于锅炉、汽机主蒸汽温度检测。3、K型热电偶：是应用最普遍的廉价热电偶，测量温度范围-270~1300℃，长期使用最高温度900℃。具有热电势率高、灵敏度高、线性度好、价格便宜。我公司主要用于主蒸汽温度检测。第三节热电偶第三章热电偶四、热电偶的选型热电偶的选型须指定分度号、固定安装形式、保护管材料、保护管外径、插入长度和测温范围。其型号代码如下所示：第三节热电偶五、热电偶的补偿导线选用热电偶的补偿导线选用时要注意其型号与热电偶型号匹配，正负极与热电偶的正负极对应连接，补偿导线所处温度不得超过100℃否则将造成测量误差。六、热电偶的故障处理

序号故障现象故障原因处理方法1显示温度偏低热电偶内部潮湿保护管和热电极烘干，检查受潮原因热电极局部短路或接线盒局部短断取出热电极检查漏电原因，绝缘不良应予更换，清洁接线柱，排除短路原因，更换补偿导线或重新改接。补偿导线用错或极性接反，热电偶与仪表不匹配更换热电偶及补偿导线热电极腐蚀或变质剪去变质部分，重焊工作端或更换热电偶2显示温度偏高补偿导线与热电偶不匹配更换补偿导线热电极变质更换热电偶绝缘破坏造成外电源进入热电偶回路检查干扰源并排除，修复或更换绝缘材料。冷端温度偏高(测量负温时)调整冷端温度或校正3温示温度不稳定接线柱与测量端接触不良，时连时断将接线柱与热电极擦净，重新拧紧,若存在断点,应焊接好.热电偶安装不牢或震动采取减震措施，将热电偶牢固安装外界干扰检查干扰源，进行屏蔽或接地4温度无指示测量线路短路找到短路处，接好，更换绝缘热电偶回路断线找到断线处，重新连接接线柱松动拧紧接线柱热电偶通常与显示仪表或DCS系统组成测温系统来实现温度测量，故障往往通过显示仪表或系统反映出来。如果出现故障现象首先判断故障是产生在热电偶回路还是显示仪表或控制系统，可能将补偿导线与显示仪表拆开，用万用表测量热电偶回路电阻是否正常。若电阻不正常，则检查热电偶及导线；若电阻正常，测量输出电势。若输出电势正常，则故障在显示仪表方面，否则检查处理热电偶。热电偶测回路常见故障及处理方法如下表所示：检查二次仪表或DCS系统输入信号：1）有温度变送器：4~20mADC信号2）无温度娈送器：检查相应的mV信号检查调校显示仪表或DCS通道温度显示正常检查热电偶接线盒：1）是否进水，2）接线柱之间是否短路，3）接线端子是否腐蚀处理正常测量mV信号调校温度变送器拆出热电偶检查：1）保护管内是有杂质；2）陶瓷管绝缘是否损坏处理正常冷端温度是否有变化调整冷端温度检查补偿导线是否绝缘，老化更换补偿导线工艺因素：1）由于工艺原因造成温度测量不准；2）热电偶保护管结垢严重否是否否否否否是是是是是第四节温度测量故障检查处理思路第二章压力检测仪表第一节压力概念1、压力的定义压力概念，实际上指的是物理学上的压强，即单位面积上所承受压力的大小。绝对压力：以绝对压力零位为基准，高于绝对压力零位的压力。正压：以大气压力为基准，高于大气压力的压力。负压（真空）：以大气压力为基准，低于大气压力的压力。差压：两个压力之间的差值。表压：以大气压力为基准，大于或小于大气压力的压力。

2、压力的表示方法和分类压力有两种表示方法：绝对压力和相对压力（表压）当绝对压力小于大气压力时，可用容器内的绝对压力不足一个大气压的数值来表示。称为”真空度”。它们的关系如下：

绝对压力=大气压力+相对压力

真空度=大气压力-绝对压力

我国法定的压力单位为Pa（N/㎡），称为帕斯卡，简称帕。由于此单位太小，因此常采用它的106倍单位MPa（兆帕）第二节压力仪表分类压力测量原理可分为液柱式、弹性式、电阻式、电容式、电感式和振频式等。压力计测量压力范围宽广可以从超真空如133×10-13Pa直到超高压280MPa。1．就地压力指示就地指示一般选用压力表。2．远距离压力显示若需要进行远距离压力显示时，一般用气动或电动压力变压器，也可用电气压力传感器。当压力范围为140~280MPa时，则应采用高压压力传感受器。当高真空测量时可采用热电真空计。根据物理效应的不同，压力变送器可分为电阻式、电感式、电容式、霍尔式、应变式、压电式、压阻式和压磁式压力变送器。我公司常用压力仪表有弹簧管压力表、膜片式压力表、隔膜压力、氨压力表、氧压力表、膜盒式压力表、玻璃管液柱压力计、电容式压力变送器、扩散硅压力变送器和电感式压力变送器。一、压力表的结构与原理

弹簧管式压力表，主要由弹簧弯管、连杆、扇形齿轮、小齿轮、中心轴、指针、表盘等构件组成。当弹簧弯管受到介质压力的作用时，弹簧弯管逐渐伸直，从而使弹簧弯管的自由端向上翘起。压力越高，自由端向上翘起的幅度越大。这一动作经过杠杆、扇形齿轮、小齿轮的传动，使指针偏转一个角度，在刻度盘上指示出压力高低。当被测介质压力降低时，弹簧管要恢复原状，指针退回到相应刻度处。电接点压力表是在普通弹簧管压力表上加装一套高低限电接点装置构成的。它不但能随时测量介质压力变化情况，而且还能将被测质保持在一定压力范围内，当被测压力超过这一范围时，能自动发出报警信号。电接点压力表也可带继电器及接触器的电气线路，获得自动控制信号，通过控制机构，使被测介质的压力自动保持在上下限给定值的范围内。第二节压力表二、压力表的分类：

压力表按其测量精确度，可分为精密压力表、一般压力表。精密压力表的测量精确度等级分别为0.1、0.16、0.25、0.4级；一般压力表的测量精确度等级分别为1.0、1.6、2.5、4.0级。

压力表按其指示压力的基准不同，分为一般压力表、绝对压力表、差压表。一般压力表以大气压力为基准；绝压表以绝对压力零位为基准；差压表测量两个被测压力之差。

压力表按其测量范围，分为真空表、压力真空表、微压表、低压表、中压表及高压表。真空表用于测量小于大气压力的压力值；压力真空表用于测量小于和大于大气压力的压力值；微压表用于测量小于60000

Pa的压力值；低压表用于测量0~6MPa压力值；中压表用于测量10~60MPa压力值；高压表用于测量100MPa以上压力值。

耐震压力表的壳体制成全密封结构，且在壳体内填充阻尼油，由于其阻尼作用可以使用在工作环境振动或介质压力（载荷）脉动的测量场所。

带有电接点控制开关的压力表可以实现发讯报警或控制功能。

带有远传机构的压力表可以提供工业工程中所需要的电信号。

隔膜表所使用的隔离器（化学密封）能通过隔离膜片，将被测介质与仪表隔离，以便测量强腐蚀、高温、易结晶介质的压力电接点压力表电接点压力仪表由测量系统、指示装置、磁助电接点装置、外壳、调节装置及接线盒等组成。

当被测压力作用于弹簧管时，其末端产生相应的弹性变形—位移，经传动机构放大后，由指示装置在度盘上指示出来。同时指针带动电接点装置的活动触点与设定指针上的触头（上限或下限）相接触的瞬时，致使控制系统接通或断开电路，以达到自动控制和发信报警的目的。

在电接点装置的电接触信号针上，装有可调节的永久磁钢，可以增加接点吸力，加快接触动作，从而使触点接触可靠，消除电弧，能有效地避免仪表由于工作环境振动或介质压力脉动造成触点的频繁关断。3、其他压力表结构组成型号结构公称直径测量范围(MPa)精度等级用途Y40Y40Z径向轴向无边φ400~0.1,0.16,0.25,0.4,0.612.5测量对铜合金不起腐蚀的液体气体、蒸汽压力Y60Y60T（Y60TQ）Y60ZY60ZQ径向径向带后边轴向无边轴向带前边φ600~0.1,0.16,0.25,0.4,0.60~1,1.6,2.5,4,6-0.1~0,-0.1~0~0.06,-0.1~0.15-0.1~0.3,-0.1~0.5,-0.1~0.9-0.1~1.5,-0.1~2.4测量对铜和钢全金不超腐蚀的液体、气体或蒸汽的压力或真空度

Y100径向φ1000~0.1,0.16,0.25,0.4,0.60~1,1.6,2.5,4,6-0.1~0,-0.1~0~0.06,-0.1~0.15-0.1~0.3,-0.1~0.5,-0.1~0.9-0.1~1.5,-0.1~2.41.5Y100T径向带后边Y100ZQ轴向带前边Y100TQ径向带前边Y150径向φ150Y150T径向带后边

Y150ZQ轴向带前边

Y150TQ径向带前边

Y260径向φ260常用弹性式压力表规格符号说明：仪表型号中，常用汉语拼音的第一个字母表示某种意义，如Y-压力，Z—真空（阻尼），B—标准（防爆），J—精密（矩形），A—氨表，X—信号（电接点），P—膜片，E—膜盒，数字表示表面尺寸（mm），尺寸后的符号表示结构或配接的仪表。6、压力表的选用压力检测仪表的正确选用主要包括确定仪表的型式、量程、范围、准确度和灵敏度、外形尺寸以及是否需要远传和具有其他功能，如指示、记录、调节、报警等。选用的主要依据：

1．工艺生产过程对测量的要求，包括量程和准确度。在静态测试（或变化缓慢）的情况下，规定被测压力的最大值选用压力表满刻度值的三分之二；在脉动（波动）压力的情况下，被测压力的最大值选用压力表满刻度值的二分之一。

常用压力检测仪表的准确度等级有0．4级、1．0级、1．5级和2．5级4个级等，应从生产工艺准确度要求和最经济角度选用。仪表的最大允许误差是仪表的量程与准确度等级百分比的乘积，如果误差值超过工艺要求准确度，则需更换准确度高一级的压力仪表。

2．被测介质的性质，如状态（气体、液体）、温度、粘度、腐蚀性、法污程度、易燃和易爆程度等。如氧气表、乙炔表，带有“禁油”标志，专用于特殊介质的耐腐蚀压力表、耐高温压力表、隔膜压力表等。

3．现场的环境条件，如环境温度、腐蚀情况、振动、潮湿程度等。如用于振动环境条件的防震压力表。

4．适于工作人员的观测。根据检测仪表所处位置和照明情况选用表径（外形尺寸）不等的仪表。压力表的安装1．测压点的选择

测压点必须能反映被测压力的真实情况。

(1）要选在被测介质呈直线流动的管段部分，不要选在管路拐弯、分叉、死角或其他易形成漩涡的地方。

(2）测量流动介质的压力时，应使取压点与流动方向垂直，清除钻孔毛刺等凸出物。

(3）测量液体压力时，取压点应在管道下部，使导压管内不积存气体；测量气体压力时，取压点应在管道上方，使导压管内不积存液体。

2．导压管的铺设

(l）导压管粗细要合适，一般内径为6～10mm，长度≤50m。

(2）当被测介质易冷凝或冻结时，必须加保温伴热管线。

(3）取压口到压力表之间应装切断阀，该阀应靠近取压口。3．压力表的安装

(1）压力表应安装在易观察和检修的地方。

(2）安装地点应尽量避免振动和高温影响。

(3）测量蒸气压力时应加装凝液管，以防高温蒸气直接与测压元件接触；测腐蚀性介质的压力时，应加装充有中性介质的隔离罐等。总之，根据具体情况（如高温、低温、腐蚀、结晶、沉淀、粘稠介质等），采取相应的防护措施。（4）压力表的连接处应加装密封垫片，一般低于80℃及2MPa压力时可用牛皮或橡胶垫片；350～450℃及5MPa以下时用石棉板或铝片；温度及压力更高时（50MPa以下）用退火紫铜或铅垫。另外还要考虑介质的影响，例如测氧气的压力表不能用带油或有机化合物的垫片，否则会引起爆炸。测量乙炔压力时禁止用铜垫片。

压力表安装示例如图所示，在图（c）的情况下，压力表指示值比管道里的实际压力要高，所以实际压力值应用读数减去压力表到管道取压口之间的一段液柱压力。1、压力表2、切断阀门3、凝液管和隔离管4、取压设备ρ1、ρ2隔离液和被测介质的密度

压力表在运行中的常见故障及处理方法故障现象可能原因处理方法压力表无指示导压管上的切断阀未打开打开切断阀导压管堵塞拆下导压管，用钢丝疏通，用压缩空气或蒸汽吹洗干净弹簧管接头内污物淤积过多而堵塞取下指针和刻度盘，拆下机芯，将弹簧管放到清洗盘清洗，并用钢丝疏通弹簧管裂开更换新的弹簧管中心齿轮与扇形齿轮牙齿磨损过多，以致不能啮合更换新的弹簧管指针抖动大被测介质压力波动大关小阀门开度压力计的安装位置震动大固定压力计或在许可的情况下把压力计移到震动较小的地方，也可装减震器压力表指针有跳动或呆滞现象指针与表面玻璃或刻度盘相碰有磨擦矫正指针，加厚玻璃下面的垫圈或将指针轴孱铰大一些中心齿轮轴弯曲取下齿轮在铁镦上用木锤矫正敲直两齿轮啮合处有污物拆下两齿轮进行清洗连杆与扇形齿轮间的活动螺丝不灵活用锉九锉薄连杆厚度压力去掉后，指针不能恢复到零点指针打弯用镊子矫直游丝力矩不足脱开中心齿轮与扇形齿轮的啮合，反时针旋动中心轴以增大游丝反力矩指针松动校验后敲紧传动齿轮有磨擦调整传动齿轮啮合间隙弹簧管变形失效更换弹簧管压力指示值误差不均匀弹簧管自由端与扇形齿轮、连杆传动比调不整不当重新校验调整指示偏高传动比失调重新调整指示偏低传动比失调重新调整弹簧管有渗漏补焊或更换新的弹簧管指针或传动机构有磨擦找出磨擦部位并加以消除导压管线有泄漏逐段检查管线，找出泄漏之处给予排除指针不能指示到上限刻度传动比小把活节螺丝向里移机芯固定在机座位置不当松开螺丝将机芯向反时针方向转动一点弹簧管焊接位置不当重新焊接压力变送器也称差变送器，主要由测压元件传感器、模块电路、显示表头、表壳和过程连接件等组成。它能将接收的气体、液体等压力信号转变成标准的电流电压信号，以供给指示报警仪、记录仪、调节器等二次仪表进行测量、指示和过程调节。压力变送器根据测压范围可分成一般压力变送器（0.001MPa～20MP3）和微差压变送器（0～30kPa）两种。第三节压力（差压）变送器被测压力p经测量部分的弹性元件转换成测量力F1作用在杠杆系统，与来白于电磁反馈机构的反馈力Ff比较，产生的力矩差经位移检测放大器转换成4～20mADC的I。电流输出，该电流在作为变送器输出的同时又流过电磁反馈机构，产生反馈力Ff去与测量力F1进一步比较，直到这两个力矩平衡时，变送器的输出也就稳定下来，该输出电流I。与被测压力p成一一对应的线性关系。将其变成了统一的标准信号，实现了压力→标准电流的转换。一、压力变送器工作原理

二、压力变送器的分类压力（差压）变送器根据被测介质的压力不同分为压力变送器,绝对压力变送器,微差压变送器,低、中、高差压变送器,高静压变送器等,它把压力（差压）信号变成标准电信号(4-20mA)远传。可进行压力、流量、液位的测量。压力变送器类型精度输出信号原理及特点主要制造厂力平

衡式DDZ-Ⅱ0.5、1.0、2.00-10mA力平衡式,力à位移、四线制,电源220VAC、抗振及稳定性差,价廉体积大川仪七厂

西安仪表厂DDZ-Ⅲ0.5、1.04-20mA矢量机构力平衡式,力à位移，两线制,电源24VDC，稳定性相对比Ⅱ型好体积大，隔爆型、本安型上海调节器厂，上仪一厂，川仪七厂，西安仪表厂全电子（智能）式1151系列

（CECY，CECC）3051

0.2、0.25

0.54-20mA

HART数字信号电容传感器,力à电容、两线制,电源12-45VDC、小型、抗振、稳定、智能型、价格高（因品牌而异）隔爆型、本安型罗斯蒙特

上仪一厂

上海光华仪表

等等固态压阻硅系列0.15、0.25

0.5、1.04-20mA

数字信号硅应变电阻传感器,力à电阻，两线制，电源10-55VDC、小型，稳定性较好、价格中等（与厂家品牌有关）、隔爆型、本安型罗斯蒙特（2088，3051）

FOXBORO等等EJA系列

(90年代推出)0.075

0.1

0.24-20mA

BRAIN或HART数字信号单晶硅谐振式传感器,力à频率，两线制，电源16.4-42VDC、稳定,连续四年不需校验、智能型、价格高日本横河

横河川仪四、变送器投运：

1、检查二次阀门、平衡门、排污门及各管路接头密封情况；阀门及各管路接头处严密不漏；

2、检查二次阀门、平衡门和排污门位置；二次阀门和排污门处于关闭状态，差压变送器平衡门应打开；

3、对于新装或大、小修后，以及久停未用的变送器，投入前应进行管路冲洗。

4、投运前检查接线是否在信号端子上，不可接在试验端子上。

5、用万用表、绝缘表检查电气回路正确后给变送器送电；线路绝缘、电源电压、负载电阻正常；

6、缓慢打开一次门检查管路是否泄漏，确认不泄漏后打开排污门排污，排污后关闭排污门；取样管路各接头处无泄漏；

7、缓慢打开二次门（差压变送器应先开正压门，再关平衡门，最后开负压门）；排污完成后若取样管路温度比较高，需管路冷却后方可打开二次门；

8、变送器投入后检查变送器输出是否正常，变送器输出值为当前压力下的正确值。

9、启动后观察仪表指示情况，若显示波动较大，应增加阻尼时间常数。五、运行维护

1、日常与定期维护：

1.1定期进行卫生清扫，保持变送器及其附件的清洁；

1.2定期检查一次取压管路及阀门接头处有无渗漏现象，如有渗漏现象应尽快处理。

1.3定期检查变送器零部件完整无缺，无严重锈蚀、损坏；铭牌、标识清晰无误；紧固件不得松动，接插件接触良好，端子接线牢固；

1.4定期检查一次现场测量线路，包括输入、输出回路是否完好，线路有无断开、短路情况，绝缘是否可靠等。

1.5定期检查仪表零点和显示值的准确性，变送器零点和显示值准确、真实。

1.6按变送器校准周期定期进行校准（1年）。

1.7对变送器定期进行排污、排凝或放空，

1.8对取源管线或测量元件有隔离液的变送器定期灌隔离液。

1.9对易堵介质的导压管定期进行吹扫。

2、长期停用变送器时，应关闭一次门。

3、变送器在运行时，其壳体必须良好接地。用于保护系统的变送器，应有预防断电、短路、或输出开路的措施。六、压力（差压）测量故障检查处理思路检查二次仪表或DCS系统输入信号是否（4~20mAdc）与测量压力相对应检查调校显示仪表或DCS通道压力显示正常检查压力变送器零位关闭取压阀、打开排污阀或松开取压接头调零点检查取压管线：测量气体压力：取压管堵，有冷凝液测量蒸汽：冻、堵测量液体压力：堵、冻、隔离液被冲走分别进行处理有保温的检查保温状况调校压力变送器工艺因素，和工艺人员商讨解决，仪表无故障否是否否是是是变送器故障处理故障现象检查与测试解决办法1:变送器无输出1、查看变送器电源是否接反；2、测量变送器的供电电源，是否有24V直流电压；3、如果是带表头的，检查表头是否损坏（可以先将表头的两根线短路，如果短路后正常，则说明是表头损坏）；4、将电流表串入24V电源回路中，检查电流是否正常；5、电源是否接在变送器电源输入端；1、把电源极性接正确2、必须保证供给变送器的电源电压≥12V(即变送器电源输入端电压≥12V)。如果没有电源，则应检查回路是否断线、检测仪表是否选取错误（输入阻抗应≤250Ω）；等等。3、表头损坏的则需另换表头4、如果正常则说明变送器正常，此时应检查回路中其他仪表是否正常。5、把电源线接在电源接线端子上。2:变送器输出≥20mA1、变送器电源是否正常2、实际压力是否超过压力变送器的所选量程；3、压力传感器是否损坏，严重的过载有时会损坏隔离膜片。4、接线是否松动；5、电源线接线是否正确1、如果小于12VDC，则应检查回路中是否有大的负载，变送器负载的输入阻抗应符合RL≤(变送器供电电压-12V)/(0.02A)Ω2、重新选用适当量程的压力变送器。3、需发回生产厂家进行修理。4、接好线并拧紧5、电源线应接在相应的接线柱上3:变送器输出≤4mAOutput≤4mA1、变送器电源是否正常2、实际压力是否超过压力变送器的所选量程；3、压力传感器是否损坏，严重的过载有时会损坏隔离膜片。1、如果小于12VDC，则应检查回路中是否有大的负载，变送器负载的输入阻抗应符合RL≤(变送器供电电压-12V)/(0.02A)Ω2、重新选用适当量程的压力变送器3、需发回生产厂家进行修理。故障现象检查与测试解决办法4:压力指示不正确

1、变送器电源是否正常2、参照的压力值是否一定正确3、压力指示仪表的量程是否与压力变送器的量程一致4、压力指示仪表的输入与相应的接线是否正确5、变送器负载的输入阻抗应符合RL≤(变送器供电电压-12V)/(0.02A)Ω6、多点纸记录仪没有记录时输入端是否开路；7、相应的设备外壳是否接地8、是否与交流电源及其他电源分开走线9、压力传感器是否损坏，严重的过载有时会损坏隔离膜片。10、管路内是否有沙子、杂质等堵塞管道，有杂质时会使测量精度受到影响；11、管路的温度是否过高，压力传感器的使用温度是-25~85℃，但实际使用时最好在-20~70℃以内。1、如果小于12VDC，则应检查回路中是否有大的负载，变送器负载的输入阻抗应符合RL≤(变送器供电电压-12V)/(0.02A)Ω2、如果参照压力表的精度低，则需另换精度较高的压力表。3、压力指示仪表的量程必须与压力变送器的量程一致4、压力指示仪表的输入是4~20mA的，则变送器输出信号可直接接入；如果压力指示仪表的输入是1~5V的则必须在压力指示仪表的输入端并接一个精度在千分之一及以上、阻值为250Ω的电阻，然后再接入变送器的输入。5、如不符合则根据其不同可采取相应措施：如升高供电电压（但必须低于36VDC）、减小负载等6、如果开路则：1、不能再带其他负载；2、改用其他没有记录时输入阻抗≤250Ω的记录仪。7、设备外壳接地8、与交流电源及其他电源分开走线9、需发回生产厂家进行修理。10、需清理杂质，并在压力接口前加过滤网。11、加缓冲管以散热，使用前最好在缓冲管内先加些冷水，以防过热蒸汽直接冲击传感器，从而损坏传感器或降低使用寿命。第三章物位检测仪表第一节物位检测仪表的概述

在工业生产过程中，常遇到大量的液体物料和固体物料，它们占有一定的体积，堆成一定的高度，把生产过程中罐、塔、槽等容器中存放的液体表面位置称为液位；把料斗、堆场仓库等储存的固体块，颗粒、粉粒等的堆积高度和表面位置称为料位；两种互不相溶的物质的蚧面位置叫作蚧位。液位、料位以及相界面总称为物位。对物位进行测量的仪表被称为物位检测仪表。物位测量仪表的种类很多，如果按液位、料位、界面可分为：①测量液位的仪表：玻璃管（板）式、称重式、浮力式（浮筒、浮球、浮标）、静压式（压力式、差压式）电容式、电阻式、超声波式、放射性式、激光式及微波式等②测量界面的仪表：浮力式、差压式、电极式和超声波式等；③测量料位的仪表：重锤探测式、音叉式、超声波式、激光式、放射性式等。物位检测技术

液位检测方法料位检测方法

一、液位检测方法

液位检测总体上可分为直接检测和间接检测两种方法，由于测量状况及条件复杂多样，因而往往采用间接测量，即将液位信号转化为其它相关信号进行测量，如压力法、浮力法、电学法、热学法等。

1、直接测量法

直接测量是一种最为简单、直观的测量方法，它是利用连通器的原理，将容器中的液体引入带有标尺的观察管中，通过标尺读出液位高度。下图所示的是玻璃管液位计。2、压力法液位测量

压力法依据液体重量所产生的压力进行测量。由于液体对容器底面产生的静压力与液位高度成正比，因此通过测容器中液体的压力即可测算出液位高度。 对常压开口容器，液位高度H与液体静压力P之间有如下关系：

式中，——被测液体的密度()。下面图为用于测量开口容器液位高度的三种压力式液位计。(a)压力表式液位计(b)法兰式液位变送器(c)吹气式液位计(a)压力表式液位计(b)法兰式液位变送器(c)吹气式液位计 对于密闭容器中的液位测量，除可应用上述三种液位计外，还可用差压法进行测量，它可在测量过程中需消除液面上部气压及气压波动对示值的影响，下图示出差压式液位计测量原理。

则P1、P2——引入变送器正压室和负压室的压力(Pa)；H——液位高度(m)；h1、h2——容器底面和工作液面距变送器高度(m)。这里Zo＝即称为零点迁移量，它与差压计安装情况有关。一般的差压计都有零点迁移量调节机构，通过调节可使Zo＝0，这时差压计的读数直接反映液面高度H。一般在低压管中充满隔离液体。若隔离液体密度为，被测液体密度为，一般都使，由上图得压力平衡方程：3、浮力法

浮力法测液位是依据力平衡原理，通常借助浮子一类的悬浮物，浮子做成空心刚体，使它在平衡时能够浮于液面。当液位高度发生变化时，浮子就会跟随液面上下移动。因此测出浮子的位移就可知液位变化量。浮子式液位计按浮子形状不同，可分为浮子式、浮筒式等等；按机构不同可分为钢带式、杠杆式等。1）钢带浮子式液位计2.浮筒式液位计 浮筒式液位计属于变浮力液位计，当被测液面位置变化时，浮筒浸没体积变化，所受浮力也变化，通过测量浮力变化确定出液位的变化量。右图为浮筒式液位计原理图。 图中：1-浮筒；2-弹簧；3-差动变压器。

图2所示的液位计是用弹簧平衡浮力，用差动变压器测量浮筒位移，平衡时压缩弹簧的弹力与浮筒浮力及重力G平衡。即

式中k——弹簧刚度(N／m)；x——弹簧压缩量(m)；——液体密度(kg／m3)；H——浮筒浸入深度(m)；A——浮筒截面积(m2)。 液位高度变化与弹簧变形量成正比。弹簧变形量可用多种方法测量，既可就地指示，也可用变换器(如差动变压器)变换成电信号进行远传控制。4、电学法液位测量 电学法按工作原理不同又可分为电阻式、电感式和电容式。用电学法测量无摩擦件和可动部件，信号转换、传送方便，便于远传，工作可靠，且输出可转换为统一的电信号，与电动单元组合仪表配合使甩，可方便地实现液位的自动检测和自动控制。1）电阻式液位计 电阻式液位计既可进行定点液位控制，也可进行连续测量。所谓定点控制是指液位上升或下降到一定位置时引起电路的接通或断开，引发报警器报警。电阻式液位计的原理是基于液位变化引起电极间电阻变化，由电阻变化反映液位情况 上图为用于连续测量的电阻式液位计原理图。图中：1-电阻棒；2-绝缘套；3-测量电桥 该液位计的两根电极是由两根材料、截面积相同的具有大电阻率的电阻棒组成，电阻棒两端固定并与容器绝缘。整个传感器电阻为式中H、h——电阻棒全长及液位高度(m)；——电阻棒的电阻率()；A——电阻棒截面积(m2)。该传感器的材料、结构与尺寸确定后，K1、K2均为常数，电阻大小与液位高度成正比。电阻的测量可用图中的电桥电路完成。2）电感式液位计 电感式液位计利用电磁感应现象，液位变化引起线圈电感变化，感应电流也发生变化。电感式液位计既可进行连续测量，也可进行液位定点控制。

右图为电感式液位控制器的原理图。传感器由不导磁管子、导磁性浮子及线圈组成。管子与被测容器相连通，管子内的导磁性浮子浮在液面上，当液面高度变化时，浮子随着移动。线圈固定在液位上下限控制点，当浮子随液面移动到控制位置时，引起线圈感应电势变化，以此信号控制继电器动作，可实现上、下液位的报警与控制。图中：1、3-上下限线圈；2-浮子

3）电容式液位计

电容式液位计利用液位高低变化影响电容器电容量大小的原理进行测量。依此原理还可进行其它形式的物位测量。电容式液位计的结构形式很多，有平极板式、同心圆柱式等等。它的适用范围非常广泛，对介质本身性质的要求不象其它方法那样严格，对导电介质和非导电介质都能测量，此外还能测量有倾斜晃动及高速运动的容器的液位。不仅可作液位控制器。还能用于连续测量。电容式液位计的这些特点决定了它在液位测量中的重要地位。(1)检测原理 在液位的连续测量中，多用同心圆柱式电容器，如右图所示。同心圆柱式电容器的电容量：式中：D、d——外电极内径和内电极外径(m)；——极板间介质介电常数(F/m)；L——极板相互重叠的长度(m)。 液位变化引起等效介电常数变化，从而使电容器的电容量变化，这就是电容式液位计的检测原理。图中：1-内电极；2-外电极。(2)安装形式 在具体测量时。电容式液位计的安装形式因被测介质性质不同而稍有差别。 右图为用来测量导电介质的单电极电容液位计，它只用一根电极作为电容器的内电极，一般用紫铜或不锈钢，外套聚四氟乙烯塑料管或涂搪瓷作为绝缘层，而导电液体和容器壁构成电容器的外电极。1-内电极；2-绝缘套 右图为用于测量非导电介质的同轴双层电极电容式液位计。内电极和与之绝缘的同轴金属套组成电容的两极，外电极上开有很多流通孔使液体流入极板间。图中：1、2-内、外电极；3-绝缘套；4-流通孔。 以上的两种是一般的安装方法，在有些特殊场合还有其它特殊安装形式，如大直径容器或介电系数较小的介质，为增大测量灵敏度，通常也只用一根电极，将其靠近容器壁安装，使它与容器壁构成电容器的两极；在测大型容器或非导电容器内装非导电介质时，可用两根不同轴的圆筒电极平行安装构成电容；5热学法

在冶金行业中常遇到高温熔融金属液位的测量。由于测量条件的特殊性，目前除使用核幅射法外，还常用热学方法进行检测。它利用了高温熔融液体本身的特性，即在空气和高温液体的分界面处温度场出现突变的特点，用测量温度的方法间接获得高温金属熔液液位。热学法按温度测量转换原理的不同，通常又分为热电法和热磁感应法。1）热电法： 热电法采用热电偶测量温度场，下图为热电偶测量高温金属熔液液位原理图。图中:a-容器壁；b-凝固金属；c-钢水；d-热电偶。温度-电势分布图 在容器壁上选定一系列测量点，装上热电偶，并将各测点上热电偶的输出记录下来，得到如图所示的温度-电势分布曲线，曲线上反映出第7个和第8个测点之间产生了温度突变，因此液面就在第7与第8测点之间。 热电偶测液位只是一个较为粗略的测量方法，精度一般不高；而且精度与热电偶分布、安装情况有关。适当减小各热电偶的间距、增加测量点，则可提高金属液位测量分辨力和测量精度。另外，热电偶工作端与容器的接触点要细而牢固，为此可将热电偶丝焊在容器壁上，由容器壁充当热电偶的另一极。这种测量方法虽然精度不高，但很可靠；在连铸机结晶过程等应用场合中，仍是一种很适用的液位检测控制方法2）热磁感应法

热磁感应法也称热磁敏法，这是近年来发展很快的一种检测方法，测量安装方式类似热电法，在容器外壁上选择一系列测量点，在这些点上焊上热敏磁性材料作为感温元件，对应于每个磁性元件安装一个测量线圈并通以交流电。前面热电法测温元件为一组耐高温热电偶，它们把金属熔液液面处温度场出现变化转换为电势大小的变化；热磁感应法测温元件为一组热敏磁性元件，把金属熔液液面处温度场出现变化转换为电抗（电感）大小的变化。6、超声波法 超声波液位计是利用波在介质中的传播特性，具体地说，超声波在传播中遇到相界面时，有一部分反射回来，另一部分则折射入相邻介质中。但当它由气体传播到液体或固体中，或者由固体、液体传播到空气中时，由于介质密度相差太大而几乎全部发生反射。因此，在容器底部或顶部安装超声波发射器和接收器，发射出的超声波在相界面被反射。并由接收器接收，测出超声波从发射到接收的时间差，便可测出液位高低。 超声波液位计按传声介质不同，可分为气介式、液介式和固介式三种；按探头的工作方式可分为自发自收的单探头方式和收发分开的双探头方式。相互组合可以得到六种液位计的方案。图7-13为单探头超声波液位计。其中(a)为气介式，(b)为液介式。(c)为固介式。(a)气介式(b)液介式(c)固介式单探头超声波液位计 由图看出，超声波传播距离为L，波的传播速度为C，传播时间为，则：L是与液位有关的量，故测出便可知液位，的测量一般是用接收到的信号触发门电路对振荡器的脉冲进行计数来实现。 单探头液位计使用一个换能器，由控制电路控制它分时交替作发射器与接收器。双探头式则使用两个换能器分别作发射器和接收器，对于固介式，需要有两根金属棒或金属管分别作发射波与接收波的传输管道。

超声波液位测量有许多优点：(1)与介质不接触，无可动部件，电子元件只以声频振动，振幅小，仪器寿命长；(2)超声波传播速度比较稳定，光线、介质粘度、湿度、介电常数、电导率、热导率等对检测几乎无影响，因此适用于有毒、腐蚀性或高粘度等特殊场合的液位测量；(3)不仅可进行连续测量和定点测量，还能方便地提供遥测或遥控信号；(4)能测量高速运动或有倾斜晃动的液体的液位，如置于汽车、飞机、轮船中的液位。 但超声波仪器结构复杂，价格相对昂贵；而且当超声波传播介质温度或密度发生变化，声速也将发生变化，对此超声波液位计应有相应的补偿措施，否则严重影响测量精度。另外，有些物质对超声波有强烈吸收作用，选用测量方法和测量仪器时要充分考虑液位测量的具体情况和条件。7核幅射法 不同物质对同位素射线的吸收能力不同，一般固体最强，液体次之，气体最差。当射线射入厚度为H的介质时，会有一部分被介质吸收掉。透过介质的射线强度I与入射强度I0之间有如下关系：

式中—吸收系数，条件固定时为常数。 因此测液位可通过测量射线在穿过液体时强度的变化量来实现。 核幅射式液位计由辐射源、接收器和测量仪表组成。辐射源一般用钴60或铯，放在专门的铅室中，安装在被测容器的一侧。幅射源在结构上只能允许射线经铅室的一个小孔或窄缝透出。 接收器与前置放大器装在一起，安装在被测容器另一侧，射线由盖革计数管吸收，每接收到一个粒子，就输出一个脉冲电流。射线越强，电流脉冲数越多，经过积分电路变成与脉冲数成正比的积分电压，再经电流放大和电桥电路，最终得到与液位相关的电流输出。 下图所示为辐射源与接收器均是为固定安装方式的核幅射液位计。其中(a)为长辐射源和长接收器形式，输出线性度好；(b)为点辐射源和点接收器形式，输出线性度较差。核辐射式液位计1-放射源；2-接收器 辐射式液位计既可进行连续测量，也可进行定点发送信号和进行控制；射线不受温度、压力、湿度、电磁场的影响，而且可以穿透各种介质，包括固体，因此能实现完全非接触测量。这些特点使得辐射式液位计适合于特殊场合或恶劣环境下不常有人之处的液位测量，如高温、高压、强腐蚀、剧毒、有爆炸性、易结晶、沸腾状态介质、高温熔融体等的液位测量。但在使用时仍要注意控制剂量，作好防护，以防射线泄漏对人体造成伤害8、微波法

在电磁波谱中将波长为1～1000mm的电磁波称为微波。微波的特点是在各种障碍物上能产生良好的反射，具有良好的定向辐射性能；在传输过程中受到粉尘、烟雾、火焰及强光的影响小，具有很强的环境适应能力。

1.反射式微波液位计

利用微波反射的原理制作的液位计，可以连续检测与实现液位定点控制。通常微波发射天线倾斜一定的角度向液面发射微波束，波束遇到液面即发生反射，反射微波束被微波接收天线接收，从而测定液位，其原理如图7-15所示。图7-15反射式微波液位计原理图 微波接收天线接收到的微波功率为：

式中H——两天线距料面垂直距离。 由于发射功率，波长天线增益都是保持稳定不变的，故上式可简化为：

式中——增益常数，决定于微波波长、发射功率及天线的增益； ——距离常数，决定于天线安装的方法与位置，主要是距离。 可见，只要测定了天线接收到的微波功率，液位就测量了，即

微波功率的测量通常可用热电或热阻等元件，再配合相应的测量电路，最后经数据采集和信号处理根据接收到的微波信号功率，显示和输出液位测量结果。也可用专门的微波检波管（如2DV检波二极管）检波成直流电流由微安表直接显示。 在测量环境有大量水蒸汽时，由于水（蒸汽）会对微波产生强烈吸收，因此可能会对测量结果产生较大的影响，对此应该引起足够重视。

2.调频连续波式物位计 图7-16是目前在工程应用较多的调频连续波式微波物位（液位和料位）计。图7-16调频式微波物位计

通常只需将发射、接收天线装在被测料仓（罐）上方，即可对物位进行连续测量。这种调频连续波式微波物位计抗机械噪声、电磁噪声能力强，在高温、高压、高粘度情况下，可连续、快速而准确地测出目标物体的物位值。 调频连续波式微波物位计工作原理如图所7-17所示。图7-17调频式微波液位计原理示意图

固态源频率变化规律为： 式中： T——调制波周期； F——调制波频率； ——固态源初始频率； ——本振频率； ——固态源在调制信号1/2周期内的频偏范围； ——时间。 回波频率为： 式中 ——回波频率； ——微波往返于被测对象之间的延迟时间Δt=2L/C，C为光速，L为被测距离；

所以，差频频率为

由上式整理得被测距离L为

从上式可以看出被测距离L与差频频率成正比。当固态源的调制频率F和频偏一定时，只要测出，就可以计算得到L。

当固态工作频偏=300MHz，调制频率F=1kHz,则有： 即被测距离L每变化1m时，差频频率为4kHz。 采用三角波双重调制可以克服调频式微波物位计的部分固有误差；加上采取其他措施，微波物位计的测量精确度可达±1%。测量范围一般为0.5~20m，最大可达几十米（由固态源发射功率大小决定）以上。7.1.9磁电法

利用磁电转换原理进行液位测量的磁致伸缩液位计是近年来推出的新产品，图7-18为磁致伸缩液位计原理图。图7-18磁致伸缩液位计原理图

该磁致伸缩液位计由探测杆（内装有磁致伸缩线），电路单元和浮子组成三部分组成。探测杆上端部的电子部件产生一个低压电流“询问”脉冲，该脉冲沿着磁致伸缩线向下传输，并产生一个环形的磁场，同时产生一个磁场沿波导线向下传播；探测杆外配有浮子，浮子随着液位变化沿测杆上下移动，由于浮子内有一组磁铁，也产生一个磁场，当电流磁场与浮子磁场两个磁场相遇时，波导线扭曲形成“返回”脉冲，精确测量“询问”脉冲到接受“返回”脉冲的时间，即便可计算得到液位的准确位置。

目前国内市场商品化磁致伸缩液位计测量范围大（最大可达20多米），分辨力可达0.5mm，精度等级0.2～1.0级左右，价格相对低廉。是非粘稠、非高温液体液位测量一种较好和较为先进的测量方法。

7.1.10光学法

激光用于液位测量，克服了普通光亮度差、方向性差、传输距离近、单色性差、易受干扰等缺点，使测量精度大为提高。 激光式液位检测仪由激光发射器、接收器及测量控制电路组成。工作方式有反射式和遮断式，在液位测量中两种方式都可使用，但一般只用作定点检测控制，不易进行连续测量。图7-19为反射式液位检测原理图。7-19反射式激光液位检测原理图1-激光发射器；2-上液位接收器；3-下液位接收器 激光发射器发出激光束以一定角度照射到被测液面上，经液面反射到接收器的光敏检测元件上。当液位在正常范围时，上、下液位接收器光敏元件均无接收到激光反射信号；当液面上升或下降到上下限位置，相应位置的光敏检测元件产生信号，进行报警或推动执行机构控制开始加液或停止加液。 激光发射器有以红宝石为工作物质的固体激光器，也有氦－氖气体激光器及砷化镓半导体激光器；接收器可用光敏电阻、光电二极管、光电三极管、光电管、光电倍增管等各种光电元件。它们都能将光强信号转化为电信号。