仪表工取证培训教材

仪表维修工取证培训

第一部分：基础知识

一.仪表基础知识

（一）测量、误差、仪表性能指标

在化工生产过程中，常常要对过程的压力、温度、物位、流量、物性、成分等工艺量进

行测量和控制。而化工测量就是依据不同的测量原理，借助不同的测量仪表自动、连续地检

测各工艺变量的变化情况，并自动的指示、记录和实现自动控制。

1.测量的定义

所谓测量，就是利用专门的技术工具，用实验和计算的方法，把被测量的与其测量单

位（国际或国家公认的）进行比较，求出二者的比值，从而得到被测量的量值。

把被测量按一定的规律转换成便于传输或处理的另一种物理量（如：4〜20ma、1〜5Y、

指针的位移、数字等）以便远传或显示的过程称为测量变换。

2.测量方法

常用的测量方法包括：

（1）直接比较法如果被测量与测量单位属同性质的物理量，则可将二者直接比较得到被测

量的量值。如用尺子量长度。

（2）间接比较法由于某些物理量很难获得性质相同的测量单位或被测量与测量单位无法直

接比较时，就必须设法使被测量（或测量单位）进行一次或多次转换，使之成为与被测单位

能直接比较的物理量，进行比较测量的方法。如水银温度计等。

（3）直读法直接将被测量转换成人可以识别的信号或读数的测最方法。如动圈压力表、温

度计等。

（4）零位法用已知量直接平衡被测量，当已知量与被测量完全相等时，才能使指针指在刻

度零位，已知量就等于被则量。也称为零值法或平衡法或补偿法。如天平称重。

（5）微差法微差法是零位法的一种特殊情况。即没有补偿到完全平衡，而把剩余的不平衡

量用刻度来表示。

3.测量误差

测量误差是指测得值与被测量真值之间的差值。有绝对误差和相对误差两种表达形式。

（1）绝对误差绝对误差Ax是测得值x与其真值X。之差。可用式（1-1）表示：

Ax=x—Xo-（1-1）

（2）相对误差相对误差般是绝对误差Ax与其真值X。之比。可用式（1-2）表示：

8x=（x-Xo）/X（|=Ax/x（＞（1-2）

（3）引用误差引用误差是绝对误差Ax与测量范围或量程之比值，用百分数表示。是用以

表征测量设备的准确度或精度指标。可用式（1-3）表示：

5二最大绝对误差/（标尺上限值-标尺下限值）X100%（1-3）

（4）测量误差的分类

①系统误差在同一测量条件卜，对同一被测参数进行多次重及测量时，误差的大小和符

号保持不变或按一定规律变化。测量方法不当或测量条件不足所引入的误差。

特点：有一定规律的，一般可通过实验或分析的方法找出其规律和影响因素，引入相应

的校正补偿措施，便可以消除或大大减小。

误差产生的原因：系统误差主要是由于检测仪表本身的不完善、检测中使用仪表的方法

不正确以及测量者固有的不良习惯等引起的。

②随机误差在相同条件下多次重任测量同一量时，误差的大小、符号均为无规律变化，

又称偶然误差。

特点：变化难以预测，无法修正

误差产生的原因：随机误差主要是由于测量过程中某种尚未认识的或无法控制的各种随

机因素（如空气扰动、噪声扰动、电磁场等）所引起的综合结果。

③疏忽误差也叫粗大误差。是明显偏离被测量的误差。明显地歪曲测量结果的误差，又

称粗差，

特点：无任何规律可循。

误差产生的原因：引起的原因主要是由于操作者的粗心（如读错、算错数据等）、不正

确操作、实验条件的突变或实验状况尚未达到预想的要求而匆忙测试等原因所造成的。这时

含有粗差的测量值称为异常值或坏值，一般均应从测量结果中剔除。

4.仪表性能指标

在工程式上仪表性能指标通常用精确度（又称精度）、变差、灵敏度来描述。仪表工校

验仪表通常也是调校精确度，变差和灵敏度三项。

精确度

（1）仪表精确度

精确度可称精度，又称准确度。精确度和误差可以说是李生兄弟，因为有误差的存在，

才有精确度这个概念。仪表精确度简言之就是仪表测量值接近真值的准确程度，通常用相对

百分误差（也称相对折合误差）表示。相对百分误差公式如式（1-4）所示：

8二最大绝对误差/（标尺上限值-标尺下限值）X100%（1-4）

式中6一一检测过程中相对百分误差；

（标尺上限值-标尺下限值）一一仪表测量范围：

所谓标准值是精确度比被测仪表高3〜5倍的标准表测得的数值。

从上式中可以看出，仪表精度不仅和绝对误差有关，而且和仪表的测量范围有关。绝对

误差大，相对百分误差就大，仪表精确度就低。如果绝对误差相同的两台仪表，其测量范围

不同，那么测量范围大的仪表相对百分误差就小，仪表精确度就高。精确度是仪表很重要的

一个质量指标，常用精度等级来规范和表示。精度等级就是最大相对百分误差去掉正负号

和乐按国家统一规定划分的等级有0.005,0.02,0.05.0.1,0.2,0.5,1.0,1.5,2.5,

4等，仪表精度等级一般都标志在仪表标尺或标牌上，如0.02,1.0,0.5等，数字越小，

说明仪表精确度越高。

要提高仪表精确度，就要进行误差分析。误差通常可以分为疏忽误差、缓变误差、系统

误差和随机误差。疏忽误差是指测量过程中人为造成的误差，一则可以克服，二则和仪表本

身没有什么关系。缓变误差是由于仪表内部元器件老化过程引起的，它可以用更换元器件、

零部件或通过不断校正加以克服和消除。系统误差是指对同一被测参数进行多次重复测量

时，所出现的数值大小或符号都相同的误差，或按一定规律变化的误差，可目前尚未被人们

认识的偶然因素所引起，其数值大小和性质都不固定，难以估计，但可以通过统计方法从理

论上估计其对检测结果的影响。误差来源主要指系统误差和随机误差。在用误差表示精度时，

是指随机误差和系统误差之和。

（2）变差

变差是指仪表被测变量（可.理解为输入信号）多次从不同方向达到同一数值时，仪表指

示值之间的最大差值，或者说是仪表在外界条件不变的情况下，被测参数由小到大变化（正

向特性）和被测参数由大到小变化（反向特性）不一致H勺程度（如图1—1）,两者之差即

为仪表变差。变差大小取最大绝对误差与仪表标尺范围之比的百分比，如式（1-5）.

变差二最大绝对变差/刻度范围X100%（1-5）

必须注意，仪表的变差不能超出仪表的允

许误差，否则，应及时检修。

变差产生的主要原因是仪表传动机构的问

隙，运动部件的磨擦，弹性元件滞后等。取胜

着仪表制造技术的不断改进，特别是微电子技

术的引入，许多仪表全电子化了，无可动部件,

模拟仪表改为数字仪表等等，所以变差这个指

标在智能型仪表中显得不那么重要和突出了。

（3）灵敏度

是指仪表对被测参数变化的灵敏程度，或

者说是对被测的量变化的反应能力，是在稳态

下，输出变化增量对输入变化增量的比值。仪

表指针的线位移或角位移，与引起这个位移的被测参数变化量之比值称为仪表的灵敏度。

仪表的灵敏限，是指能引起仪表指针发生动作的被测参数的最小变化量。通常仪表灵敏

限的数值应不大于仪表允许绝对误差的一半。

灵敏度有时也称“放大比”。增加放大倍数可以提高仪表灵敏度，单纯加大灵敏度并不

改变仪表的基本性能，即仪表精度并没有提高，相反有时会出现振荡现象，造成输出不稳定。

仪表灵敏度应保持适当的量。

然而对于仪表用户，仪表精度固然是•个重要指标，但在实际使用中，往往更强调仪表

的稳定性和可靠性，因为化工企业检测与过程控制仪表月于计量的为数不多，而大量的是用

于检测。另外，使用在过程控制系统中的检测仪表其稳定性、可靠性比精度更为重要。

（4）复现性（重复性）

测量复现性是在不同测量条件下，如不同的方法，不同的观测者，在不同的检测环境对

同一被检测的量进行检测时，其测量结果一致的程度。测量复现性必将成为仪表的重要性能

指标。测量的精确性不仅仅是仪表的精确度，它还包括各种因素对测量参数的影响，是综合

误差。

例如：全智能差压变送器对温度和压力进行补偿、抗环境温度和工作压力能力强。可以

用仪表复现性来描述仪表的抗干扰能力。

（5）稳定性

在规定工作条件内，仪表某曲性能随时间保持不变的能力称为稳定性（度）。仪表稳定

性是化工企业仪表工十分关心的一个性能指标。由于化工企业使用仪表的环境相对比较恶

劣，被测量的介质温度、压力变化也相对比较大，在这种环境中投入仪表使用，仪表的某些

部件随时间保持不变的能力会降低，仪表的稳定性会下降。徇或表征仪表稳定性现在尚未有

定量值，化工企业通常用仪表零漂移来衡量仪表的稳定性。仪表投入运行一年之中零位没有

漂移，相反仪表投入运行不到3个月，仪表零位就变了，说明仪表稳定性不好。仪表稳定性

的好坏直接关系到仪表的使用范围，有时直接影响化工生产，仪表稳定性不好造成的影响往

往双仪表精度下降对化工生产的影响还要大。仪表稳定性不好仪表维护量也大，是仪表工最

不希望出现的事情。

（6）可靠性

仪表可靠性是化工企业仪表工所追求的另•重要性能指标。可靠性和仪表维护量是相反

相成的，仪表可靠性高说明仪表维护量小，反之仪表可靠性差，仪表维护量就大。对于化工

企'也检测与过程控制仪表，大部分安装在工艺管道、各类塔、釜、罐、器匕而且化工生产

的连续性，多数有毒、易燃易爆的环境，这些恶劣条件给仪表维护增加了很多困难，一是考

虑化工生产安全，二是关系到仪表维护人员人身安全，所以化工企业使用检测与过程控制仪

表要求维护量越小越好，亦即要求仪表可靠性尽可能地高。

随着仪表更新换代，特别是微电子技术引入仪表制造行业，使仪表可告性大大提高。仪

表生产厂商对这个性能指标也越来越重视，通常用平均无故障时间MTBF来描述仪表的可靠

性。一台全智能变送器的MTBF比一般非智能仪表如电动HI变送器要高10倍左右,它可高达

100〜390年、

(7)分辨力

对于数字式仪表，分辨力是指数字显示器的最末位字间隔所代表的被测参数变化最。

(8)线性度

线性度是表征线性刻度仪表的输出量与输入量的实际校准曲线与理论直线的吻合程度。

线性度通常用实际测得的输入、输出特性曲线(称为校准曲线)与理论直线之间的最大偏差

与测量仪表量程之比的百分数表示。

(9)反应时间

反应时间就是用来衡量仪表能不能尽快反应出参数变化的品质指标。反应时间长，

那就不宜用来测最变化频繁的参数。

例1有两台测温仪表，它们的测温范围分别为olooc和100~300C,校验表时得到

它们的最大绝对误差均为2℃,试确定这两台仪表的精度等级。

解这两台仪表的最大引用误差分别为

9

-=—x100%=2%

100-0

2

52=---------------x100%=1%

300-100

去掉最大引用误差的“舟”号，其数值分别为2和1,由于国家规定的精度等级中没有2

级仪表，同时该仪表的误差超过了1级仪表所允许的最大误差，所以这台仪表的精度等级为

2.5级，而另一台仪表的精度等级正好为1级。由此可见，两台测量范围不同的仪表，即使

它们的绝对误差相等，它们的精度等级也不相同，测量范围大的仪表精度等级比测量范围小

的高。

例2某台测温仪表的工作范围为0、500℃,工艺要求测温时测量误差不超过±4℃,试

问如何选择仪表的精度等级才能满足要求？

解根据工艺要求，仪表的最大引用误差为

4

芭…=士----------XIOO%=±0.8%

,nax500-0

去掉最大引用误差的“土”号和“犷号，其数值为0.8,介于0.5~1.0之间，若选择

精度等级为1.()级的仪表，其最大绝对误差为±5℃,超过了工艺上允许的数值，故应选择

0.5级的仪表才能满足要求。

二.安全及防爆知识

1.爆炸的概念

爆炸是物质从一种状态，经过物理或化学变化，突然变成另一种状态，并放出

巨大的能量。急剧速度释放的能量，将使周围的物体遭受到猛烈的冲击和破坏。

爆炸必须具备的三个条件：

(1)易爆物质：能与氧气(空气)反应的物质，包括气体、液体和固体(气体：氢气，乙焕,

甲烷等；液体：酒精，汽油：固体：粉尘，纤维粉尘等。)。很多生产场所都会产生某些可

燃性物质。煤矿井下约有三分之二的场所有存在爆炸性物质；化学工业中，约有80%以上

的生产车间区域存在爆炸性物质。

（2）氧气：空气中的氧气是无处不在的。

（3）点燃源：包括明火、也气火花、机械火花、静电火花、高温、化学反应、光能等。在生

产过程中大量使用电气仪表，各种磨擦的电火花，机械磨损火花、静电火花、高温等不可避

免，尤其当仪表、电气发生故障时。

客观上很多工业现场满足爆炸条件。当爆炸性物质与氧气的混合浓度处于爆炸极

限范围内时，若存在爆炸源，将会发生爆炸。因此采取防爆就显得很必要了。

2.危险场所危险性划分：

爆炸性物质区域定义中国标准北美标准

在正常情况下，爆炸性气体混合物连续或长时间存

0区

在的场所

Div.1

气体在正常情况下，爆炸性气体混合物有可能出现的场

1区

(CLASSI)所

在正常情况下爆炸性气体混合物不可能出现，仅仅

2区Div.2

在不正常情况下，偶尔或短时间出现的场所

在正常情况下，爆炸性粉尘或可燃纤维与空气的混

合物可能连续，短时间频繁地出现或长时间存在的10区Div.1

粉尘或纤维场所

(CLASSII/HI)在正常情况下，爆炸性粉尘或可燃纤维与空气的

混合物不能出现，仅仅在不正常情况下，偶尔11区Div.2

或短时间出现的场所

3.防爆方法对危险场所的适用性:

序

名称代号国家标准防爆措施适用区域

号

具有能承受内部爆炸性混合物的爆炸压

1隔爆型dGB3836.2力，并阻止内部爆炸向外壳周围爆炸性混Zonel,Zone2

合物传播的电气设备外壳的电气设备

在正常运行情况下不会产生电弧、火花或

可能点燃爆炸性混合物的高温，采取措施

2增安型eGB3836.3Zonel,Zone2

提高安全程度，以避免在正常和认可的过

载条件下出现危险现象的电气设备

ia在正常运行或发生故障情况下，产生的火ZoneO—2

花或热效应均不能点燃规定的爆炸性混合

3本质安全型GB3836.4

ib物的电路，也就是说这类设备产生的能量Zonel,Zone2

低于爆炸物质的最小点火能量

向外壳内充入惰性气体,或者连续通入洁

4正压型PGB3836.5净空气，以阻止爆炸性混合物进入外壳内Zonel,Zone2

部的电气设备

把可能产生火花、电弧或危险高温的带电

5充油型0GB3836.6零部件浸在油中，使之不能点燃油面上爆Zonel,Zone2

・阳卜L弋日人WtArl-t

把细粒状砂料填入外壳,壳内出现电弧、火

6充砂型qGB3836.7焰传播或壳壁和颗粒表面自皇温度均不Zonel,Zone2

能点燃壳外的爆炸性混合物的电气设备

7无火花型nGB3836.8设法防止产生点火源Zone2Zonel,Zone2

把可能产生危险火花、电弧、能量密封起来

8浇封型mGB3836.9Zonel,Zone2

的电气设备Zonel,Zone2

9气密型hGB3836.10设法防止产生点火源Zonel,Zone2Zonel,Zone2

注：（1）本质安全型电气设备及其关联设备，按其使用场所和安全程度分为ia和ib两个

等级。

（2）ia级是在正常工作、一个故障或两个故障时，均不能点燃爆炸性气体混合物的电

气设备，适用于。级场所；ib级是在正常工作和一个故障时，不能点燃爆炸性气体混合物

的电气设备，适用于1级和2级场所。

4.爆炸性危险气体分类

（1）根据可能引爆的最小火花能最，我国和欧洲及世界上大部分国家和地区将爆炸性’（体分

为四个危险等级，如下表：

序号工况类别气体分类代表性气体最小引爆火花能

1矿井下I甲烷0.280mJ

2IIA丙烷0.180mJ

矿井外的

3IIB乙烯0.060mJ

工厂

4IIC氢气0.019mJ

美国和加拿大首先将散布在空气中的爆炸性物体分成三个CLASS（类别）：CLASSI气

体和蒸气；CLASSII尘埃；CLASSIII纤维。然后再将气体和尘埃分成Group（组）：

组名代表性气体或尘埃

A乙快

B氢气

C乙烯

D丙烷

E金属尘埃

F煤炭尘埃

G谷物尘埃

（2）气体温度组别划分

温度组别安全的物体表面温度常见爆炸性气体

T1W450C氢气、丙烯”青等46种

T2W300C乙块、乙烯等47种

T3W200C汽油、丁烯醛等36种

T4<135℃乙醛、四氟乙烯等6种

T5C100℃二硫化碳

T6W85c硝酸乙酯和亚硝酸乙酯

（3）仪表防爆标志

将工厂或矿区的爆炸危险介质，按其引燃能量，最小点燃温度以及现场爆炸性危险气体

存在的时间周期进行科学分类分级，以确定现场防爆设备的防爆标志和防爆形式。

防爆标志格式：

Ex（ia）II

CT4

防爆标记防爆等级气体组别温度组别

防爆等级说明：

ia等级：在正常工作、一个故隙和二个故障时均不能点燃爆炸性气体混合物的电气设

备。

正常工作时，安全系数为2.0；一个故障时，安全系数为1.5；二个故障时，安全系数

为l.Oo

注：有火花的触点须加隔爆外壳、气密外壳或加倍提高安全系数。

ib等级：在正常工作和一个故障时不能点燃爆炸性气体混合物的电气设备。

正常工作时，安全系数为2.0；一个故障时，安全系数为1.5o

正常工作时，有火花的触点须加隔爆外壳或气密外壳保护，并旦有故障自显示的措施,

一个故障，时安全系数为1.0。

5.安全栅

本安型安全棚应用在安全火花（本安）防爆系统的设计中，它是安装于安全场所（控制

室）并含有本安电路和非本安电路的装置.，通过限流和限压电路、限制了送往现场（危险侧）

本安回路的能量，从而防止非本安电路的危险能量串入本安电路，它在本安防爆系统中称为

关联设备，是安全火花防爆（本安）系统的重要组成部分。

本安回路非本安同路

图1一2安全栅的安装示意图

由于安全栅被设计为介于现场设备与控制室设备之间的一个限制能量的接口，因此无论

控制室设备处于正常或故障状态，安全栅都能确保通过它传送给现场设备的能量是本质安全

的。

中国国家仪器仪表防爆安全监督站是中华人民共和国地区监督生产安全防爆产品的权

威机构，对本安型安全栅产品有着严格、科学、详细的规定，只有通过该监督站认证的企业

及其所开发生产的产品才具备符合标准的安全性能，否则可能会给使用方的设备、人员和生

产造成无可估量的损害。

（1）齐纳式安全栅

结构原理：

电路中采用快速熔断器、限流电阻或限压二极管以对输入的电能量进行限制，从而保证

输出到危险区的能量。它的原理简单、电路实现容易，价格低廉，但因由于其自身原理的缺

陷使其应用中的可靠性受到很大影响，并限制了其应用范围，其原因如下：

本

电流限制非

安

M本

安

回路恻

图1一3齐纳式安全栅的原理图

①安装位置必须有非常可靠的接地系统，并且该齐纳式安全栅的接地电阻必须小于1Q,

否则便失去防爆安全保护性能，显然这样的要求是十分苛刻并在实际工程应用中难以保证。

②要求来自危险区的现场仪表必须是隔离型，否则通过齐纳式安全栅的接地端子与大地相

接后信号无法正确传送，并且由于信号接地，直接降低信号抗干扰能力，影响系统稳定性。

③齐纳式安全栅对电源影响较大，同时也易因电源的波动而造成齐纳式安全栅的损坏。

(2)隔离式安全栅

采用r将输入、输出以及电源三方之间相互电气隔岗的电路结构，同时符合本安型限制

能敢的要求。与齐纳式安全相比，虽然价格略高，但它其它方面的突出优点却为用户应用带

来了更大的受益：

①由于采用了三方隔离方式，因此无需系统接地线路，给设计及现场施工带来极大方便。

②对危险区的仪表要求大幅度降低，现场无需采用隔离式的仪表。

③由于信号线路无需共地，使得检测和控制回路信号的稳定性和抗干扰能力大大增强，从

而提高了整个系统的可靠性。

④隔离式安全栅具备更强的输入信号处理能力，能够接受并处理热电偶、热电阻、频率等

信号，这是齐纳式安全栅所无法做到的。

⑤隔离式安全栅可输出两路相互隔离的信号，以提供给使用同一信号源的两台设备使用，

并保证两设备信号不互相干扰，同时提高所连接设备相互之间的电气安全绝缘性能。

图1一4隔离式安全栅的原理图

因此，对比齐纳式和隔离式安全栅的特点和性能后可以看出，隔离式安全栅有着突出的

优点和更为广泛用途，虽然其价格略高于齐纳式安全栅，但从设计、施工安装、调试及维护

成本来考虑，其综合成本可能反而低于齐纳式安全棚。在要求较高的工程现场几乎无一例外

地采用了隔离式安全栅作为主要本安防爆仪表，隔离式安全栅已逐渐取代了齐纳式安全栅，

在安全防爆领域得到了日益广泛的应用。

6.安全火花防爆系统的构成

构成安全火花防爆系统要求：①在危险场所使用本实仪表；②在控制室仪表与危险场所

仪表之间设置安全栅。这样构成的系统就能实现本质安全防爆系统，如图1—5所示。

电源

DC

赤—信号a~2。

控制器

:¥电源；mA壬-

安全栅

1HL

信号4g20I出!国

mA^con

：W：安全棚｛

24VDC

电源

现场（危险场所）控制室（非危险场所）

电源线：————信号线：—

图1一5安全火花防爆系统

如果上述系统中不采用安全栅，而由分电盘代替，分电盘只能起信号隔离作用，不能限

压、限流，故该系统就不再是木质安全防爆系统了；同样，有了安全栅，但若某个现场仪表

不是本安仪表，则该系统也不能保证本质安全的防爆要求。

三.防腐及环保知识

1.金属腐蚀及仪表防腐措施

腐蚀是环境作用下引起的破坏和变质。金属或合金的腐蚀，主要是化学作用或电化学作

用引起的破坏，有时还同时包含机械、物理或冲刷的破坏作用。仪表的防腐有以下4种主要

措施：

①直接接触介质的部分采用相应的耐腐材料，如节流装置，测温元件的保护套管，压力、

差压表（变送器）的测量机构，调节阀的阀体部分；

②在接触腐蚀介质的仪表零部件表面、内焚涂覆（包括喷涂、电镀、堆焊、衬里〉耐腐材

料，如调节阀体、阀芯、则温元件的保护套管、分析器的采样器室、孔板、喷嘴等；

③用耐腐蚀的隔离液进行隔离防腐，要求连续使用半年以上不变质为好，主要用于压力变

送器、差压变送器和压力表的防腐；

④用中性液体或气体进行吹扫隔离，主要用于导压管距离长的压力、差压、液位变送器的

隔离防腐。

2.仪表用防腐蚀金属和合金材料

目前常用的金属和合金材料的防腐性能和用途大致如下：

①Crl8Ni9Ti不锈钢（或称银铭不锈钢），能耐大气、水、强氧化性酸、有机酸、30$以下

的碱液及氯氧化物，不耐北氧化性酸（硫酸、盐酸），大量用于仪表作一般防腐材料；

②Crl8Nil2Mo2Ti不锈钢（或称铝2钛不锈钢）,耐硫酸和氯化物的腐蚀,它比Crl8Ni9Ti

不锈钢好，但不耐盐酸，可作银的代用品，可耐高浓度碱及氯氧化物的腐蚀，可作为调节阀

的阀座、阀芯，涡轮流量变送器、差压及压力变送器的测量机构和膜片材料；

③Ni70Cu3（）合金（或称蒙乃尔合金），因含银量高，除了有良好的耐碱性外，耐非氧化性

酸，特别对氯氟酸具有良好的耐腐性，但不耐强氧化性酸和溶液，可作为调节阀、变送器的

测量机构、膜片等耐腐材料；

④银铭铁铝合金（哈氏合金），哈氏B含有钥26%—30研，哈氏C含有铭能耐

盐酸、硫酸、硝酸以及其他各种酸类，也耐碱和氢氧化物的腐蚀，可作为调节阀和仪表测量

机构及膜片材料；

⑤Ni76Crl6Fe7合金（因考耐尔合金），因含银量高，主要用于高温耐碱和硫化物的材料,

可用作调节阀的防腐材料；

⑥钛（titanium）及钛合金，能耐氯化物和次氯酸、温氯、氧化性酸、有机酸和碱等的腐

蚀，但因价格较贵，一般作为仪表防腐镀层和薄层衬里；

⑦留（tantalum（Ta））,除了氢氟酸、氟、发烟硫酸、碱外，几乎能耐一切化学介质（包

括沸点的盐酸、硝酸和175℃以下的硫酸）的腐蚀，由于价格昂贵，用作仪表防腐膜片。

3.普通不锈钢的耐腐性应用场合

不锈钢是含铭11%以上，同时含银的钢种通称，它在常温氧化环境中（如大气、水、强

氧化性酸等）容易纯化，使表面产生一层氧化铝（Cr2O：t）为主，保护性很强的薄膜，其腐蚀

率极低，因此得“不锈钢”之名。但当温度增高或环境氧化能力减少时，将由钝态变为活态,

腐蚀显著增大。各类不锈钢对有机酸、有机化合物、碱、中性溶液和多种气体都有良好的耐

腐性。在非氧化性酸中（硫酸、盐酸等）腐蚀严重。常为局部腐蚀，当处「纯态和活态边缘,

在含有卤素离子的盐溶液中会产生蚀孔。

用于仪表防腐，以Crl8W9Ti不锈钢为主，大量用于仪表的测量机构，调节阀的阀座、

阀芯，节流装置的孔板、喷嘴，测温元件的保护套管及分析仪渊的采样器等。

4.仪表防腐常用的非金属材料、耐腐蚀性能和应用

非金属耐腐材料种类很多，适用于仪表防腐的大致有以下3类。

①塑料类：有酚醛树脂、环氧树脂、聚酯树指、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、采购玻璃、氯

化聚健、聚苯硫健、ABS塑料、聚三氟氯乙烯和聚四氟乙烯等。可作仪表和调节阀壳体材料,

其中以三氟氯乙烯和聚四氟乙烯在仪表防腐上应用最广，适用于200C以下，耐酸、碱、硫

化物的腐蚀，由于价贵，一般作为涂层和衬里。

②橡胶类：分天然橡胶和合成橡胶两种，其中合成橡胶品种很多，耐腐与耐温性能以氟橡胶

为最优，因价贵，常用作蓄封垫圈，其余橡胶都作为变送器及调节阀的内衬。

③玻璃和陶瓷类：都是以一氧化硅为主的熔化或燃烧制品，具有很好的耐腐性。品种很多，

用于强腐蚀环境的品种有高铝玻璃、硼玻璃（后者耐酸性和耐热性更好），耐酸陶瓷除了氢

氟酸和含氟的一些其他物质及浓热碱液外，儿乎能耐所有腐蚀介质，包括浓热硝酸、盐酸、

王水、盐溶液、有机溶液等。但其主要缺点是：强度低、热导率低、热膨胀系数较大、易碎

裂，适用于300℃以卜作调节阀、测量变送器衬里，或喷涂于仪表内壁作防腐层，如分析仪

器的采样器，也可作在0.6Mpa以下低压情况下的测温保护套管（管壁不超过3nlm）。

5.聚四氟乙烯塑料的耐蚀性能

取四氟乙烯塑料英文简写PTFE,有时也叫Teflon（美国杜邦公司的商标）。它是塑料

中化学性能最稳定的一种材料，能耐沸腾的盐酸、硫酸（浓度98$及发烟硫酸稍差）、硝酸

和王水，也能耐浓碱和各种有机溶剂，所以有塑料王之称。适用温度-200〜260℃,分解温

度为415co

6.测温仪表的保护套管的防腐措施及需要注意的问题

测温仪表的测量元件一般都是装在保护套管内，再插入工艺管道或设备内，其防腐措施

主要是选用相应耐腐材料，根据介质的腐蚀性质作如下选择：

①选用耐腐性能好的金属或合金材料做保护套管，例如钛、铝、铝钛耐酸钢、银基合金等；

②如果测温元件是热电偶或热电阻，采用贵金属作防腐材料•，则可采用铠装式，以节约材料•:

③当金属或合金不耐高温腐蚀介质时，可选用石英玻璃作保护套管，可耐温1000C以上.

④也可在普通金属保护套管外面电镀、喷涂、衬胶等，温度在200C以下可采用涂三氟氯乙

烯或聚四氟乙烯，当补涂非金属材料时，涂层不宜太厚，以免影响传热。

在采用防腐措施时，应注意如下几点：

①测温保护管与设备或管道要采用法兰连接，便于防腐和拆装；

②尽量不用传热差的非金属材料保护套管，以免增加测温元件的惰性时间：

③在管道上测量带有颗粒杂质介质时，为了防止保护套管长期受冲刷而损坏，可在温度计前

加一挡板，这对采用喷涂法防腐的保护套管更有意义。

7.压力表的防腐措施

①对一般腐蚀介质，如果不锈钢弹簧管能耐1〜2年的腐蚀，则可选作氨用压力表，安装时，

导压管要短，缓冲盘管改用缓冲罐，以防杂质堵塞。

②如果介质对不锈钢及铜有旨腐蚀，可将缓冲罐改用隔离罐，加入耐腐蚀的隔离液。隔离液

的种类可根据被测介质的性质选用，但要求使用半年以上不变质为好。若普通隔离液都不能

适用时，可用氟油作隔离液，但价格很贵，因此隔离罐要做得小，拆装时要回收氟油重复使

用。

③可采用隔膜式压力表，目前有钳、钛和包片，膜片与胆道管之间用甲基硅油传送压力，最

小量程可做到0〜lOOkPa,如果膜片材料还不耐腐，则可加一层F46（聚四筑乙丙烯）膜片，

但仪表灵敏底有所降低。也可直接用F46作隔离膜片，但要注意介质的渗透性，传递液可选

用氟油，则可起双重隔离作用。

8.氢气的渗透性

氢气不是腐蚀性介质，但它有渗透能力，因为氢分子很小，它会进入金属的晶格里面,

使金属鼓泡（称为“氢脆,）o这种现象对于较厚的金属来说，也许问题不大，但对于只有

0.1mm厚的变送器膜盒中£勺隔离膜片来说，氢的渗透就显得十分重要。因为有的氢分子甚至

会透过金属膜片，进入填充液内部，从而使填充液中含有气体，影响仪表性能。

解决氢渗透的办法是在金属膜片表面镀层。口本XX公司新推出的FCbAX变送器，就

是在膜盒的SUS316L隔离膜片上镀了两层镀层，先镀了一层陶瓷，然后再在陶瓷上镀黄金，

目的就是抑制氢的渗透。

四.电路基本知识

（一）欧姆定律

当电阻两端加上电压时，电阻中就会有电流通过。实验证明：在一段没有电动势而只有

电阻的电路中，电流的大小与电阻两端的电压高低成正比，与电阻的大小成反比。这一规律

称为欧姆定律，用公式表示如下：

I=U/R

（二）克希荷夫（Kirchhoff）定律

①支路电路中通过同一电流的每个分支称为支路,图1—6中的ab、cd、ef均是支路。

②节点电路中三条或三条以上支路的联结点称为节点。图1—6中a、b两点为节点。

③回路电路中任一闭合路径称为回路。图1—6中的abdca、aefba、acfbdca均是回

路，

其中回路abdca和acfba内部不包含支路，称为网

孔。

任何复杂电路都有三条以上的支路、两个以上的节

点和两个以上的回路。

1.克希荷夫电流定律（KCL）

克希荷夫电流定律是用来确定联结在同一节点上各

支路电流间的关系。图1-6复杂电路

克希荷夫电流定律指出：在任一瞬时，流入电路中任一

节点的电流之和等于流出该节点的电流之和，即：

XI入二21出(1—5)

如果规定流入节点的电流为正号，流出节点的电流为负

号，则上式可改写为：

£1=0(1—6)

因此，克希荷夫电流定律也可表述为：在任一瞬时，电路中

任一个节点上电流的代数和等于零。

克希荷夫电流定律通常应用于节点，但也可以把它推广应用于包围部分电路的任一假设

的闭合面,如图1—7所示，IA+IB+IC=0°

例：图1—8表示某复杂电路中的一个节点a.,已知

I1=-6A,I2=3A,I3=8A,假设通过R的电流14的参考方

向如图所示，试求通过R的电流14。

解：根据克希荷夫电流定律列出电流方程为：

EI入=H+I4=EI出=12+13

14=12+13-1l=3+8-(-6)=17(A)

故14为正值，表明与假设的参考方向相同，通过R

的电流14的实际方向是流入a点的。

2.克希荷夫电压定律(KVL)图1-8例题图

克希荷夫电压定律指出：在任一瞬时，沿电路任一回路顺时针或逆时针绕行一周，回路

中各段电压的代数和恒等于零(一般取电位升为正，电位降为负)，或电位升等于电位降。

即：

£U=0或EU升二EU降5U2

巾

例：在图1一9中，E1=5OV,E2=100V,E3=25V,Rl=15-►・%

Q,R2=15Q,R3=10Q,R4=l()Q,求回路中的电流。

解：假设回路绕行方向为顺时针,回路电流为I,回

路电流的参考方向也为顺时针。根据KVL列出方程如下：

£U升二EU降

E1+E2=R1I+R2I+E3+R4I+R3I

解得：图1—9例题图

1=(E1+E2-E3)/(R1+R2+R3+R4)=(50+100-25)/(15+15+10+10)=2.5(A)

3.支路电流法计算电路的步骤

(1)标出各支路电流的方向。如果不能确定电流的实际方向，可先任意假设一个方向。最

后根据计算得到的电流值是正还是负，判别实际方向与假设方向一致或相反。

(2)根据克希荷夫电流定律，对n个节点列出(n-1)个独立的电流方程式。所谓独立的电

流方程，一般是指在方程中至少包含一个在其他方程中没有出现过的新支路电流。

(3)根据克希荷夫电压定律，对各回路列出b-(n-l)个独立的电压方程式。独立的电压

方程数等于电路的网孔数，网孔是指内部不包含其他支珞的回路。具有b个支路、n个节点

的电路中，网孔数为b-(nT)个。

(4)解联立方程组，求出各未知的支路电流。

上面根据克希荷夫电流定律和电压定律一共可列C4E

出(n-l)+[b-(nT)]=b个独立方程，所以能解?I

出b个支路电流。八日%#A七

111Q2

例：试求图1—10所示电路的各支路电流。UjilpIUio

12VTT6V

DF

解：在电路图中标出电流和回路绕行方向，根据KCL与KVL列出方程为：

对节点A:11+12=13

对回路1:E1=R1I1+R3I3

对回路2:E2=R2I2+R3I3

将已知数据代入上面的方程，得：I1+I2T3R图1—10例题图

11+413=12

12+413=6

解联立方程组得：I1=4A

I2=-2A

13=2A

(三)正弦交流电的三要素

大小和方向均随时间作周期性变化且平均值为零的电动势、电压和电流统称为交流电。

交流电的波形可以为正弦、三角形或矩形等。其中随时间作正弦规律变化的电动势、电压和

电流，称为正弦交流电，正弦交流电流的波形如图12-9所示。

正弦交流电的瞬时值可用正弦函数表示，如图12-9所示正弦交流电流可表示为：

i=Imsin(o)

角频率、幅值和初相位称为正弦电量的三要素。

1.频率、周期与角频率

正弦交流电作周期性变化•次所需的时间称为周期T,单位是秒(s)。每秒内变化的次

数称为频率f，其单位是赫兹(Hz)(,

正弦交流电每秒内变化的电角度称为角频率3,其单位是弧度/秒(rad/s)o显然，

频率、周期与角频率的关系为

3=2JTf=2JT/T

2.幅值与有效值

正弦交流电在任一瞬间的值称为瞬时值，用小写字母来表示，如i、u、e分别表示电流、

电压、电动势的瞬时值。瞬时值中最大的值称为幅值或最大值，用带下标m的大写字母来表

示，如Im、Um和Em分别表示电流、电压和电动势的幅值。

当--个直流电流和一个交流电流在该交流电的一个周期内通过相同的电阻产生的热量

相等时的该直流电流值称为该交流电流的有效值。

3.相位、初相位与相位差

交流电的频率、周期与角频率要素表示交流电变化的快慢，交流电的幅值与有效值要素

表示交流电的大小，表示交流电变化的起点的要素就是用位、初相位。

以交流电流i=Imsin(G)t+4))为例，我们把(3t+小)称为正弦交流电的相位角或相位，

t=0时的相位角即6,称为初相角或初相位，简称初相。初相位的取值范围一般规定为-九

4.三相交流电路

三相交流电源是由三个频率相同、大小相等、彼此之间具有120°相位差的对称三相电

动势组成的，一般称为对称三相电源。

对称三相电动势是由三相交流发电机产生的，对用户来说也可看成是变压器提供的。不

管发电机还是变压器，三相电源都是由三相绕组直接提供的。每相绕组的始端标为A、B、C,

而末端标为X、Y、Z。AX、BY、CZ分别称为A相、B相和C相绕组。在三个绕组中分别产生

频率相同、幅值相等、相位互差120°的三个正弦交变电动势eA、eB、eC,称为对称三相电

动势。

每相电动势的正方向规定为从每相绕组的末端指向始端。若以A相电动势作为参考相量

（初相位等于零），则对称三相电动势的瞬时表达式为：

eA=Emsincot

eB=Emsin（wt-120°）

eC=Emsin（cot+120°）

（四）变压器

变压器的电磁感应部分包括电路和磁路两部分。电路又有一次电路与二次电路之分。各

种变压器由于工作要求、用途和型式不同，外形结构不尽相同，但是它们的基本结构都是由

铁心和绕组组成的。

铁心是磁通的通路，它是用导磁性能好的硅钢片冲剪成一定的尺寸，并在两面涂以绝缘

漆后，按一定规则叠装而成。

变压器的铁心结构可分为心式和壳式两种，如图1—11所示。心式变压器绕组安装在铁心的

边柱上，制造工艺比较简单，一般大功率的变压器均采用此种结构。壳式变压器的绕组安装

在铁心的中柱上，线圈被铁心包围着，所以它不需要专门的变压器外壳，只有小功率变压器

采用此种结构。

绕组是电流的通路。小功率变压器的绕组一般用高强度漆包线绕制，大功率变压器的绕

组可以采用有绝缘的扁形铜钱或铝线绕制。绕组分为高压和低压绕组。高压绕组匝数多，导

线细；低压绕组匝数少，导线粗。

图1一11变乐器

（a）心式变压器；（b）壳式变压器；（c）单相变压器的符号

1.变压器的工作原理

单相变压器有两个绕组，其中一个绕组接交流电源，叫做一次绕组（又叫原绕组、初级

绕组），匝数为N1,另一个绕组接负载，叫做二次绕组（又叫副绕组、次级绕组），匝数

为N2。若将变压器的一次绕组接交流电源，二次绕组开路不接负载，这种运行方式叫做变

压器的空载运行，如图1—12所示。

当一次绕组接上交流电压U1时，绕组中有空载电

流10流过。在铁心中产生磁场，根据电磁感应原

理，交变的主磁通必然在一次、二次绕组中产生

感应电动势El、E2。当变压器空载运行时，忽略

一次绕组的电阻、漏磁通和铁耗的影响，则它们

在数值上分别为：

U1=E1=4.44fN105m

U2=E2=4.44fN2Om

电压比K则为:图1一12单相变压器空载运行

K=U1/U2=E1/E2=N1/N2

2.变压器的负载运行

当变压器的一次绕组接交流电源，二次绕组两端接上负载时，称为变压器的负载运行，

如图1—13所示。

变压器的二次绕组接上负载ZL之后，由于电动势三2的作用，在二次绕组中便有电流

12流过，12的大小和相位决定于负载阻抗的大小和性质，因此称为负载电流。

根据能量守恒定律，忽略损耗，S1=U1I1比U2I2二S2,所以一次、二次电流的关系为：

I1/I2^U2/U1=N2/N1=1/K

例：某变压器的一次绕组电压220V,

匝数N1为825匝，二次绕组电压36V,

纯电阻负载为60W的白炽灯泡。试求二

次绕组的匝数N2和接负载时一、二次绕

组中的电流II、12。

解：（1）二次绕组的匝数

N2=U2/U1N1=36/22OX825=135（匝）

（2）负载电灯泡为轲电阻负载

接负载时二次绕组电流为

I2=P/U2=60/36=l.67（A）

一次绕组电流为图1-13单相变压器负载运行

11=N2/NII2=135/825X1.67=0.27（A）

（五）三相异步电动

异步电动机基本结构是由定子和转子两部分组成。定子和转子之间留有一定的气隙，此

外还有端盖、轴承及风扇等部件，其外形和结构如图1—14所示。

图异步电动机的外形和结构

1.定子

异步电动机的定子由定子铁心、定子绕组和机座三部分组成。定子铁心是由很薄的硅钢

片经过冲剪、涂绝缘漆后登压而成。定子绕组一般由绝缘铜线或铝线绕成。接线柱的布置如

图1—15所示。

（a）接线柱的布置：（b）星形连接；（c）三角形连接

将接线柱上的连接铜片进行适当的连接，就可以使三相定子绕组接成星形或三角形，以

满足异步电动机不同运行工作状态时对绕组不同接法的要求。

机座的主要作用是固定定子铁心和端盖。中、小型机座采用铸铁制成；小机座也有的用

铝合金压铸而成。考虑不同安装场合的要求，机座的基本安装结构形式有机座带底脚或不带

底脚，端盖有凸缘或无凸缘等形式，分别适合卧式或立式安装。

2.转子

异步电动机的转子由转子铁心、转子绕组和转轴组成。转子铁心也是由很薄的硅钢片叠

合而成，在外圆表面上有许多均匀分布的槽，槽内放置线子绕组。

转子绕组分为鼠笼式和绕线式两种。

（1）鼠笼式转子

在转子铁心槽内都有裸铜（或铝）导条，在伸出铁心两端的槽口处用两个端环把所有导

条都连接起来，使所有铜（或铝）导条短路（故端环又称短路环），由此构成了鼠笼式转子

绕组。如果去掉铁心，整个绕组的形状就像一个“鼠笼”，如图1—16所示。

图1一16鼠笼式转子

（a）鼠笼：（b）鼠笼式转子：（c）铸铝转子

（2）绕线式转子

绕线式转子与鼠笼式转子相似，但是它用绝缘导线放置在转子铁心的槽内，接成三相对

称绕组，通常把该三相绕组的末端连结在一起，首端的引线分别接到转轴上的三个互相绝缘

的铜环（称为集电环、滑环）上，再通过电刷把电流引由，与外接的变阻器接通，以便对电

动机进行起动或调速，如图1-17所示。

转子铁心

转子绕组轴滑环

电刷

三相可变电阻器

图1-17绕线式转子

3.三相异步电动机的工作原理

（1）旋转磁场

三相异步电动机定子具有对称分布的三相定子绕组，接入三相交流电后产生旋转磁场，

旋转磁场的转速与电源的频率3三相绕组的极数2P有关，对于p对极的三相绕组，旋转

磁场的转速为：

nl=60f/p