仪表知识讲座

仪表基础知识讲座目录基础知识仪表分类常见仪表控制系统基础知识仪表的重要性人们都说仪表是化工生产的眼睛，实际上，现代自动控制系统不仅仅是化工生产的眼睛，同时还是化工生产的大脑和手脚。自动化控制系统产品随着电子技术的发展，从以前气动仪表、电动仪表发展到目前的集散系统，把单回路的控制集成到了对整个生产装置的所有控制系统中，操作员可以在中央控制室足不出户就可以控制现场的阀门，能够及时通过对工艺设备里面的温度、压力、流量或液位进行控制，达到稳准快的控制效果。如果自动化控制系统出现问题，就会给工艺生产带来极大的伤害，特别是会对工艺产品的质量、产量甚至是安全带来极大的危害，因此，仪表在化工生产过程中极为重要。一、什么是仪表？

仪表就是工业自动化，在化工企业中的工业自动化就称之为仪表。由一次表和二次表组成，一次表：测量仪表、执行器。二次表：显示仪、控制仪（现已被DCS、PLC所代替）。二、什么是测量？测量是一个过程既是用已知量与未知量进行比较的过程就是测量。三、什么是控制？控制就是运用各种手段使被控对象向预设的目标无限趋近的过程。基础知识四、什么是误差？误差是指测量值与真实值之间的差异。误差是不可避免的。误差的分类：绝对误差：是仪表的测量值与真实之差；既绝对误差=测量值-真值相对误差：是绝对误差与真实值的比值；既相对误差=绝对误差/实际值×100%引用误差：是绝对误差与仪表量程的比值；既引用误差=绝对误差/量程×100%基础知识仪表的精度等级：仪表的精度简言之就是仪表的测量值接近真实值的准确程度。通常用引用误差来表示。我国目前规定的准确度等级有：0.005、0.01、0.02、0.04、0.05、0.1、0.2、0.5、1.0、2.5、4.0、5.0等级别。例子：有两台测温仪表的测量范围分别是0~800℃、600~1100℃。已知其最大的测量误差均为±6℃，试分别确定它们的精度等级？答：引用误差=绝对误差/量程×100%

引用误差1=6/(800-0)×100%=0.75%按精度等级划分为1.0级

引用误差1=6/(1100-600)×100%=1.2%

按精度等级划分为1.5级基础知识化工企业生产过程的五大参数基础知识温度(T)、压力(P)、流量(F)、物位(L)、成分(A)。P&ID图中仪表符号的含义：例如：PIA_1001

首字母（P）：表示测量参数（压力）其次字母（IA）：代表功能属性（指示报警）首位数字（1）：表示装置代码（焦化装置）后几位数字（001）：表示仪表编号

基础知识字母首字母后续字母被测变量修饰词读出功能输出功能修饰词A分析报警B烧嘴、火焰C电导控制D密度差E电压（电动势）检测元件F流量比率（比值）G气体视镜、观察H手动高I电流指示仪表符号对照表仪表符号符合GB2625-81基础知识字母首字母后续字母读出功能输出功能修饰词被测变量修饰词J功率扫描K时间变化速率操作器L物位灯低M水分、湿度瞬动中间N供选用供选用供选用供选用O供选用节流孔P压力连接测试点Q数量累积R核辐射记录仪表符号对照表仪表符号符合GB2625-81基础知识字母首字母后续字母读出功能输出功能修饰词被测变量修饰词S速度、频率安全开关、联锁T温度传送、变送U多变量多功能多功能多功能V振动、机械监视阀门、风门W重量、力套管X为分类X轴为分类为分类为分类Y事件、状态Y轴继电器、计算器、转换器Z位置、尺寸Z轴驱动、执行元件仪表符号对照表仪表符号符合GB2625-81基础知识仪表信号类型AI：模拟量输入（电流、电压信号）AO：模拟量输出（电流、电压信号）

DI：数字量输入（开关量）DO：数字量输出（开关量）PI：脉冲量输入（频率信号）PO：脉冲量输出（频率信号）基础知识仪表信号线制：变送器安全栅DCS24V+4~20mA+_4~20mA4~20mA4~20mA两线制变送器安全栅DCS24V+4~20mA三线制v+sv_安全栅DCS24V+4~20mA+_两线制+_power基础知识检测仪表、显示仪表、控制仪表、执行器、阀门

检测仪表：温度仪表、压力仪表、流量仪表、物位仪表、分析仪表、称重仪表、其它仪表。显示仪表：指示仪、记录仪、报警仪、累积仪。

仪表分类

控制仪表：气动单元组合仪表、电动单元组合仪表、分布式控制系统DCS、可编程调节器、可编程控制器PLC、安全仪表系统SIS、执行器：气动执行器、电动执行器、电磁阀阀门：调节阀、开关阀仪表分类温度仪表：膨胀式、热电阻、热电偶、红外线等。压力仪表：膜盒式、弹簧管式流量仪表：差压式（孔板、喷嘴、楔形、弯管、文丘里、均速管、比托管、V锥等）、面积式、容积式、速度式、质量物位仪表：直读式、差压式、非接触式（雷达、超声波、激光、核子等）分析仪表：电化学、光谱、色谱、元素、光学等仪表分类温度仪表

膨胀式温度计是利用物体受温度变换体积发生变化（膨胀）的原理进行测量。常见的有：水银温度计、双金属温度计、温饱温度计等常见仪表温度仪表

双金属温度计工作原理：是利用两端固定的两种不同的金属的膨胀系数不同，造成的形变（弯曲）来实现温度测量的。常见仪表温度仪表热电阻：是根据导体或半导体电阻值随温度的变化而变化原理进行工作的。常见的热电阻有：Pt100铂电阻测量范围：-200~850℃、Cu50、Cu100铜电阻。常见仪表温度仪表

热电偶：热电偶测温的基本原理:两个不同导体A与B串接成一个闭合回路，如图a所示，当两个接点的温度不同时(设T>T0)，回路中就会产生热电动势，这种现象称为热电效应。这种现象是1821年德国科学家赛贝克(T.Seebeck)发现的，所以又称塞贝克效应。常见仪表温度仪表

常用的热电偶有：镍铬-镍硅热电偶分度号：K测量范围：0~1300℃，铂铑10-铂热电偶，分度号S，测量范围0~1300℃，铂铑30-铂铑6热电偶，分度号B，测量范围0~1600℃，段时间能测1800℃。常见仪表补偿导线的作用：1.用来延伸热电偶的冷端,与测温仪连接构成测温系统,将热电偶的参考端从高温处移到环境温度较稳定的地方。2.节省大量的用于制造热电极的贵重和稀有金属材料;3.使用补偿导线便于安装和线路的敷设;常见仪表压力仪表：弹簧管压力表

常见仪表压力仪表：耐震压力表、膜盒压力表

常见仪表常见仪表压力变送器、差压变送器

位于传感器中心的测量膜片是恒弹性元件，介质压力通过隔离膜片和灌充油传递给中心测量膜片使之变形、位移，其位移量与两侧压差成正比。位移量由传感器两侧的电容极板检测，经电子电路转换成与被测压力/差压成线性关系的二线制（4～20）mADC信号输出。

常见仪表EJA变送器采用单晶硅谐振式传感器，直接输出频率信号，传感器自身就可以消除机械电气干扰、环境温湿度变化、静压与过压等影响。因此，EJA变送器具有优良的温度影响特性、静压影响特性、单向过压特性。EJA变送器原理框图如图所示。它由膜盒组件和电器转换组件两部分组成。常见仪表常见仪表1、单晶硅谐振传感器在单晶硅芯片上采用微电子机械加工技术(MEMS)，分别在其表面的中心和边缘制成两个形状、大小完全一致的H形谐振梁，且处于微型真空腔中，确保振动时不受空气阻尼的影响。硅谐振梁处于由永久磁铁提供的磁场中，与变压器、放大器等组成一正反馈回路，让谐振梁在自激振荡回路中作高频振荡。当单晶硅片的上下表面受到压力并形成压力差时，硅片将产生变形，导致中心谐振梁因压缩力而频率减小，边缘谐振因受拉伸力而频率增加，因而使两个H形谐振梁分别感受到不同应变作用，其结果是中心谐振梁因受压缩力而频率减少，边缘谐振梁因受到张力而频率增加，两个频率之差对应不同的压力信号。常见仪表液位：玻璃板（管）液位计是运用连通器原理，与被测容器形成连通器，保证被测量容器与测量管体间的液位相等,其特点是真实直观。常见仪表液位：磁浮子液位计被测容器形成连通器，保证被测量容器与测量管体间的液位相等。当液位计测量管中的浮子随被测液位变化时，浮子中的磁性体与显示条上显示色标中的磁性体作用，使其翻转，红色表示有液，白色表示无液，以达到就地准确显示液位的目的。配合捆绑式变送器实现4~20mA的标准远传信号，传送给DCS系统。变送器有两种：一种是电阻是，另一种是磁致伸缩变送器。

常见仪表液位：磁浮子液位计电阻式变送器常见仪表液位：磁浮子液位计磁致伸缩变送器磁致伸缩液位传感器的工作原理磁致伸缩液位传感器主要由测杆、电子仓和套在测杆上的非接触的磁环（浮球）组成。测杆内装有磁致伸缩线（波导丝）。工作时，由电子仓内的电子电路产生一起始脉冲，此起始脉冲在波导丝中传输时，同时产生了一沿波导丝方向前进的旋转磁场。当这个磁场与磁环（浮球）中的永久磁场相遇时，产生磁致伸缩效应，使波导丝发生扭动，产生扭动脉冲（或称“返回”脉冲）。这一扭动脉冲被安装在电子仓内的拾能机构所感知并转换成相应的电流脉冲，通过电子电路计算出两脉冲起始和返回之间的时间差，即可精确测出被测的位置和位移。常见仪表液位：浮筒液位计是根据阿基米德定律和磁耦合原理设计而成的液位测量仪表。由四个基本部分组成：浮筒、弹簧、磁钢室和指示器。浸在液体中的浮筒受到浮筒液位计向下的重力，向上的浮力和弹簧弹力的复合作用。当这三个力达到平衡时，浮筒就静止在某一位置。当液位发生变化时，浮筒所受浮力相应改变，平衡状态被打破，从而引起弹力变化即弹簧的伸缩，以达到新的平衡。弹簧的伸缩使其与刚性连接的磁钢产生位移。这样，通过指示器内磁感应元件和传动装置使其指示出液位。常见仪表液位：差压液位计是通过差压变送器来测量液位，液相高度的变化产生的压力变化作用在差压变送器的正压侧，气相压力作用在差压变送器的负压侧。介质高度的变化产生差压的变化作用在差压变送器的正负压室来实现液位测量，液位的大小与差压成正比。常见仪表液位：雷达液位计发射—反射—接收是雷达液位计的基本工作原理。雷达传感器的天线以波束的形式发射电磁波信号，发射波在被测物料表面产生反射，反射回来的回波信号仍由天线接收。发射及反射波束中的每一点都采用超声采样的方法进行采集。信号经智能处理器处理后得出介质与探头之间的距离，送终端显示器进行显示、报警、操作等。微波测距示意图如图所示。常见仪表液位：γ射线核料位计主要由以下几部分组成：（1）放射源放射源选用铯-137（Cs），半衰期30.2年。放射源外形很小，需将放射源放入铅容器中，铅容器带有锁闭装置，不用放射源时可以关闭。（2）探测器探测器也称探头、接收器，主要用于探测射线，并将射线产生的光信号转化为电信号。常见仪表流量：孔板流量计是运用伯努利方程的原理工作。当流体流经孔板的节流孔时，在孔板上下游产生差压，此差压与流量存在函数关系：常见仪表流量：楔形流量计与孔板流量计一样也是运用伯努利方程的原理工作。它的适用于流动性差的高粘度介质的流量，取消了导压管，从而解决了孔板流量计导压管堵塞的问题。常见仪表流量：涡街流量计在流体中设置旋涡发生体（阻流体），从旋涡发生体两侧交替地产生有规则的旋涡，这种旋涡称为卡曼涡街，如图1所示。旋涡列在旋涡发生体下游非对称地排列。设旋涡的发生频率为f，被测介质来流的平均速度为U，旋涡发生体迎面宽度为d，表体通径为D，根据卡曼涡街原理，有如下关系式常见仪表流量：转子流量计又称浮子流量计，是变面积式流量计的一种，它是由一个锥形管和一个置于锥形管内可以上下自由移动的转子(也称浮子)构成。当流体自下而上流入锥管时，被转子截流，这样在转子上、下游之间产生压力差，转子在压力差的作用下上升，这时作用在转子上的力有三个：流体对转子的动压力（向上）、转子在流体中的浮力（向上）和转子自身的重力（向下）。流量计垂直安装时，转子重心与锥管管轴会相重合，作用在转子上的三个力都平行于管轴。当这三个力达到平衡时，转子就平稳地浮在锥管内某一位置上。此时，重力=动压力+浮力。因此它在流体中的浮力和自身重力都是已知的常量，唯有流体对浮子的动压力是随来流流速的大小而变化的。因此当来流流速变大或变小时，转子将作向上或向下的移动，相应位置的流动截面积也发生变化，直到流速变成平衡时对应的速度，转子就在新的位置上稳定。对于一台给定的转子流量计，转子在锥管中的位置与流体流经锥管的流量的大小成一一对应关系。常见仪表流量：电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律进行流量测量的流量计。电磁流量计的优点是压损极小，可测流量范围大。最大流量与最小流量的比值一般为20：1以上，适用的工业管径范围宽，最大可达3m，输出信号和被测流量成线性，精确度较高，可测量电导率≥5μs/cm的酸、碱、盐溶液、水、污水、腐蚀性液体以及泥浆、矿浆、纸浆等的流体流量。但它不能测量气体、蒸汽以及纯净水的流量。

当导体在磁场中作切割磁力线运动时，在导体中会产生感应电势，感应电势的大小与导体在磁场中的有效长度及导体在磁场中作垂直于磁场方向运动的速度成正比。同理，导电流体在磁场中作垂直方向流动而切割磁感应力线时，也会在管道两边的电极上产生感应电势。感应电势的方向由右手定则判定，感应电势的大小由下式确定：常见仪表流量：质量流量计（科里奥利）以科氏力为基础,在传感器内部有两根平行的流量管,中部装有驱动线圈,两端装有检测线圈,变送器提供的激励电压加到驱动线圈上时,振动管作往复周期振动,工业过程的流体介质流经传感器的振动管,就会在振管上产生科氏力效应,使两根振管扭转振动,安装在振管两端的检测线圈将产生相位不同的两组信号,这两个信号的相位差与流经传感器的流体质量流量成比例关系。计算机解算出流经振管的质量流量。不同的介质流经传感器时,振管的主振频率不同,据此解算出介质密度。安装在传感器器振管上的铂电阻可间接测量介质的温度。质量流量计直接测量通过流量计的介质的质量流量,还可测量介质的密度及间接测量介质的温度。常见仪表流量：质量流量计（科里奥利）常见仪表流量：超声波流量计超声波按照倾斜角度横穿过管道中的流体后被交替接收/发送。穿过水前进的超声波与水的流向相反时，传播速度将变慢；与水的流向相同时，