儀表知識講座

儀表基礎知識講座目錄基礎知識儀表分類常見儀表控制系統(tǒng)基礎知識儀表的重要性人們都說儀表是化工生產(chǎn)的眼睛，實際上，現(xiàn)代自動控制系統(tǒng)不僅僅是化工生產(chǎn)的眼睛，同時還是化工生產(chǎn)的大腦和手腳。自動化控制系統(tǒng)產(chǎn)品隨著電子技術的發(fā)展，從以前氣動儀表、電動儀表發(fā)展到目前的集散系統(tǒng)，把單回路的控制集成到了對整個生產(chǎn)裝置的所有控制系統(tǒng)中，操作員可以在中央控制室足不出戶就可以控制現(xiàn)場的閥門，能夠及時通過對工藝設備里面的溫度、壓力、流量或液位進行控制，達到穩(wěn)準快的控制效果。如果自動化控制系統(tǒng)出現(xiàn)問題，就會給工藝生產(chǎn)帶來極大的傷害，特別是會對工藝產(chǎn)品的質量、產(chǎn)量甚至是安全帶來極大的危害，因此，儀表在化工生產(chǎn)過程中極為重要。一、什么是儀表？

儀表就是工業(yè)自動化，在化工企業(yè)中的工業(yè)自動化就稱之為儀表。由一次表和二次表組成，一次表：測量儀表、執(zhí)行器。二次表：顯示儀、控制儀（現(xiàn)已被DCS、PLC所代替）。二、什么是測量？測量是一個過程既是用已知量與未知量進行比較的過程就是測量。三、什么是控制？控制就是運用各種手段使被控對象向預設的目標無限趨近的過程?；A知識四、什么是誤差？誤差是指測量值與真實值之間的差異。誤差是不可避免的。誤差的分類：絕對誤差：是儀表的測量值與真實之差；既絕對誤差=測量值-真值相對誤差：是絕對誤差與真實值的比值；既相對誤差=絕對誤差/實際值×100%引用誤差：是絕對誤差與儀表量程的比值；既引用誤差=絕對誤差/量程×100%基礎知識儀表的精度等級：儀表的精度簡言之就是儀表的測量值接近真實值的準確程度。通常用引用誤差來表示。我國目前規(guī)定的準確度等級有：0.005、0.01、0.02、0.04、0.05、0.1、0.2、0.5、1.0、2.5、4.0、5.0等級別。例子：有兩臺測溫儀表的測量范圍分別是0~800℃、600~1100℃。已知其最大的測量誤差均為±6℃，試分別確定它們的精度等級？答：引用誤差=絕對誤差/量程×100%

引用誤差1=6/(800-0)×100%=0.75%按精度等級劃分為1.0級

引用誤差1=6/(1100-600)×100%=1.2%

按精度等級劃分為1.5級基礎知識化工企業(yè)生產(chǎn)過程的五大參數(shù)基礎知識溫度(T)、壓力(P)、流量(F)、物位(L)、成分(A)。P&ID圖中儀表符號的含義：例如：PIA_1001

首字母（P）：表示測量參數(shù)（壓力）其次字母（IA）：代表功能屬性（指示報警）首位數(shù)字（1）：表示裝置代碼（焦化裝置）后幾位數(shù)字（001）：表示儀表編號

基礎知識字母首字母后續(xù)字母被測變量修飾詞讀出功能輸出功能修飾詞A分析報警B燒嘴、火焰C電導控制D密度差E電壓（電動勢）檢測元件F流量比率（比值）G氣體視鏡、觀察H手動高I電流指示儀表符號對照表儀表符號符合GB2625-81基礎知識字母首字母后續(xù)字母讀出功能輸出功能修飾詞被測變量修飾詞J功率掃描K時間變化速率操作器L物位燈低M水分、濕度瞬動中間N供選用供選用供選用供選用O供選用節(jié)流孔P壓力連接測試點Q數(shù)量累積R核輻射記錄儀表符號對照表儀表符號符合GB2625-81基礎知識字母首字母后續(xù)字母讀出功能輸出功能修飾詞被測變量修飾詞S速度、頻率安全開關、聯(lián)鎖T溫度傳送、變送U多變量多功能多功能多功能V振動、機械監(jiān)視閥門、風門W重量、力套管X為分類X軸為分類為分類為分類Y事件、狀態(tài)Y軸繼電器、計算器、轉換器Z位置、尺寸Z軸驅動、執(zhí)行元件儀表符號對照表儀表符號符合GB2625-81基礎知識儀表信號類型AI：模擬量輸入（電流、電壓信號）AO：模擬量輸出（電流、電壓信號）

DI：數(shù)字量輸入（開關量）DO：數(shù)字量輸出（開關量）PI：脈沖量輸入（頻率信號）PO：脈沖量輸出（頻率信號）基礎知識儀表信號線制：變送器安全柵DCS24V+4~20mA+_4~20mA4~20mA4~20mA兩線制變送器安全柵DCS24V+4~20mA三線制v+sv_安全柵DCS24V+4~20mA+_兩線制+_power基礎知識檢測儀表、顯示儀表、控制儀表、執(zhí)行器、閥門

檢測儀表：溫度儀表、壓力儀表、流量儀表、物位儀表、分析儀表、稱重儀表、其它儀表。顯示儀表：指示儀、記錄儀、報警儀、累積儀。

儀表分類

控制儀表：氣動單元組合儀表、電動單元組合儀表、分布式控制系統(tǒng)DCS、可編程調(diào)節(jié)器、可編程控制器PLC、安全儀表系統(tǒng)SIS、執(zhí)行器：氣動執(zhí)行器、電動執(zhí)行器、電磁閥閥門：調(diào)節(jié)閥、開關閥儀表分類溫度儀表：膨脹式、熱電阻、熱電偶、紅外線等。壓力儀表：膜盒式、彈簧管式流量儀表：差壓式（孔板、噴嘴、楔形、彎管、文丘里、均速管、比托管、V錐等）、面積式、容積式、速度式、質量物位儀表：直讀式、差壓式、非接觸式（雷達、超聲波、激光、核子等）分析儀表：電化學、光譜、色譜、元素、光學等儀表分類溫度儀表

膨脹式溫度計是利用物體受溫度變換體積發(fā)生變化（膨脹）的原理進行測量。常見的有：水銀溫度計、雙金屬溫度計、溫飽溫度計等常見儀表溫度儀表

雙金屬溫度計工作原理：是利用兩端固定的兩種不同的金屬的膨脹系數(shù)不同，造成的形變（彎曲）來實現(xiàn)溫度測量的。常見儀表溫度儀表熱電阻：是根據(jù)導體或半導體電阻值隨溫度的變化而變化原理進行工作的。常見的熱電阻有：Pt100鉑電阻測量范圍：-200~850℃、Cu50、Cu100銅電阻。常見儀表溫度儀表

熱電偶：熱電偶測溫的基本原理:兩個不同導體A與B串接成一個閉合回路，如圖a所示，當兩個接點的溫度不同時(設T>T0)，回路中就會產(chǎn)生熱電動勢，這種現(xiàn)象稱為熱電效應。這種現(xiàn)象是1821年德國科學家賽貝克(T.Seebeck)發(fā)現(xiàn)的，所以又稱塞貝克效應。常見儀表溫度儀表

常用的熱電偶有：鎳鉻-鎳硅熱電偶分度號：K測量范圍：0~1300℃，鉑銠10-鉑熱電偶，分度號S，測量范圍0~1300℃，鉑銠30-鉑銠6熱電偶，分度號B，測量范圍0~1600℃，段時間能測1800℃。常見儀表補償導線的作用：1.用來延伸熱電偶的冷端,與測溫儀連接構成測溫系統(tǒng),將熱電偶的參考端從高溫處移到環(huán)境溫度較穩(wěn)定的地方。2.節(jié)省大量的用于制造熱電極的貴重和稀有金屬材料;3.使用補償導線便于安裝和線路的敷設;常見儀表壓力儀表：彈簧管壓力表

常見儀表壓力儀表：耐震壓力表、膜盒壓力表

常見儀表常見儀表壓力變送器、差壓變送器

位于傳感器中心的測量膜片是恒彈性元件，介質壓力通過隔離膜片和灌充油傳遞給中心測量膜片使之變形、位移，其位移量與兩側壓差成正比。位移量由傳感器兩側的電容極板檢測，經(jīng)電子電路轉換成與被測壓力/差壓成線性關系的二線制（4～20）mADC信號輸出。

常見儀表EJA變送器采用單晶硅諧振式傳感器，直接輸出頻率信號，傳感器自身就可以消除機械電氣干擾、環(huán)境溫濕度變化、靜壓與過壓等影響。因此，EJA變送器具有優(yōu)良的溫度影響特性、靜壓影響特性、單向過壓特性。EJA變送器原理框圖如圖所示。它由膜盒組件和電器轉換組件兩部分組成。常見儀表常見儀表1、單晶硅諧振傳感器在單晶硅芯片上采用微電子機械加工技術(MEMS)，分別在其表面的中心和邊緣制成兩個形狀、大小完全一致的H形諧振梁，且處于微型真空腔中，確保振動時不受空氣阻尼的影響。硅諧振梁處于由永久磁鐵提供的磁場中，與變壓器、放大器等組成一正反饋回路，讓諧振梁在自激振蕩回路中作高頻振蕩。當單晶硅片的上下表面受到壓力并形成壓力差時，硅片將產(chǎn)生變形，導致中心諧振梁因壓縮力而頻率減小，邊緣諧振因受拉伸力而頻率增加，因而使兩個H形諧振梁分別感受到不同應變作用，其結果是中心諧振梁因受壓縮力而頻率減少，邊緣諧振梁因受到張力而頻率增加，兩個頻率之差對應不同的壓力信號。常見儀表液位：玻璃板（管）液位計是運用連通器原理，與被測容器形成連通器，保證被測量容器與測量管體間的液位相等,其特點是真實直觀。常見儀表液位：磁浮子液位計被測容器形成連通器，保證被測量容器與測量管體間的液位相等。當液位計測量管中的浮子隨被測液位變化時，浮子中的磁性體與顯示條上顯示色標中的磁性體作用，使其翻轉，紅色表示有液，白色表示無液，以達到就地準確顯示液位的目的。配合捆綁式變送器實現(xiàn)4~20mA的標準遠傳信號，傳送給DCS系統(tǒng)。變送器有兩種：一種是電阻是，另一種是磁致伸縮變送器。

常見儀表液位：磁浮子液位計電阻式變送器常見儀表液位：磁浮子液位計磁致伸縮變送器磁致伸縮液位傳感器的工作原理磁致伸縮液位傳感器主要由測桿、電子倉和套在測桿上的非接觸的磁環(huán)（浮球）組成。測桿內(nèi)裝有磁致伸縮線（波導絲）。工作時，由電子倉內(nèi)的電子電路產(chǎn)生一起始脈沖，此起始脈沖在波導絲中傳輸時，同時產(chǎn)生了一沿波導絲方向前進的旋轉磁場。當這個磁場與磁環(huán)（浮球）中的永久磁場相遇時，產(chǎn)生磁致伸縮效應，使波導絲發(fā)生扭動，產(chǎn)生扭動脈沖（或稱“返回”脈沖）。這一扭動脈沖被安裝在電子倉內(nèi)的拾能機構所感知并轉換成相應的電流脈沖，通過電子電路計算出兩脈沖起始和返回之間的時間差，即可精確測出被測的位置和位移。常見儀表液位：浮筒液位計是根據(jù)阿基米德定律和磁耦合原理設計而成的液位測量儀表。由四個基本部分組成：浮筒、彈簧、磁鋼室和指示器。浸在液體中的浮筒受到浮筒液位計向下的重力，向上的浮力和彈簧彈力的復合作用。當這三個力達到平衡時，浮筒就靜止在某一位置。當液位發(fā)生變化時，浮筒所受浮力相應改變，平衡狀態(tài)被打破，從而引起彈力變化即彈簧的伸縮，以達到新的平衡。彈簧的伸縮使其與剛性連接的磁鋼產(chǎn)生位移。這樣，通過指示器內(nèi)磁感應元件和傳動裝置使其指示出液位。常見儀表液位：差壓液位計是通過差壓變送器來測量液位，液相高度的變化產(chǎn)生的壓力變化作用在差壓變送器的正壓側，氣相壓力作用在差壓變送器的負壓側。介質高度的變化產(chǎn)生差壓的變化作用在差壓變送器的正負壓室來實現(xiàn)液位測量，液位的大小與差壓成正比。常見儀表液位：雷達液位計發(fā)射—反射—接收是雷達液位計的基本工作原理。雷達傳感器的天線以波束的形式發(fā)射電磁波信號，發(fā)射波在被測物料表面產(chǎn)生反射，反射回來的回波信號仍由天線接收。發(fā)射及反射波束中的每一點都采用超聲采樣的方法進行采集。信號經(jīng)智能處理器處理后得出介質與探頭之間的距離，送終端顯示器進行顯示、報警、操作等。微波測距示意圖如圖所示。常見儀表液位：γ射線核料位計主要由以下幾部分組成：（1）放射源放射源選用銫-137（Cs），半衰期30.2年。放射源外形很小，需將放射源放入鉛容器中，鉛容器帶有鎖閉裝置，不用放射源時可以關閉。（2）探測器探測器也稱探頭、接收器，主要用于探測射線，并將射線產(chǎn)生的光信號轉化為電信號。常見儀表流量：孔板流量計是運用伯努利方程的原理工作。當流體流經(jīng)孔板的節(jié)流孔時，在孔板上下游產(chǎn)生差壓，此差壓與流量存在函數(shù)關系：常見儀表流量：楔形流量計與孔板流量計一樣也是運用伯努利方程的原理工作。它的適用于流動性差的高粘度介質的流量，取消了導壓管，從而解決了孔板流量計導壓管堵塞的問題。常見儀表流量：渦街流量計在流體中設置旋渦發(fā)生體（阻流體），從旋渦發(fā)生體兩側交替地產(chǎn)生有規(guī)則的旋渦，這種旋渦稱為卡曼渦街，如圖1所示。旋渦列在旋渦發(fā)生體下游非對稱地排列。設旋渦的發(fā)生頻率為f，被測介質來流的平均速度為U，旋渦發(fā)生體迎面寬度為d，表體通徑為D，根據(jù)卡曼渦街原理，有如下關系式常見儀表流量：轉子流量計又稱浮子流量計，是變面積式流量計的一種，它是由一個錐形管和一個置于錐形管內(nèi)可以上下自由移動的轉子(也稱浮子)構成。當流體自下而上流入錐管時，被轉子截流，這樣在轉子上、下游之間產(chǎn)生壓力差，轉子在壓力差的作用下上升，這時作用在轉子上的力有三個：流體對轉子的動壓力（向上）、轉子在流體中的浮力（向上）和轉子自身的重力（向下）。流量計垂直安裝時，轉子重心與錐管管軸會相重合，作用在轉子上的三個力都平行于管軸。當這三個力達到平衡時，轉子就平穩(wěn)地浮在錐管內(nèi)某一位置上。此時，重力=動壓力+浮力。因此它在流體中的浮力和自身重力都是已知的常量，唯有流體對浮子的動壓力是隨來流流速的大小而變化的。因此當來流流速變大或變小時，轉子將作向上或向下的移動，相應位置的流動截面積也發(fā)生變化，直到流速變成平衡時對應的速度，轉子就在新的位置上穩(wěn)定。對于一臺給定的轉子流量計，轉子在錐管中的位置與流體流經(jīng)錐管的流量的大小成一一對應關系。常見儀表流量：電磁流量計是根據(jù)法拉第電磁感應定律進行流量測量的流量計。電磁流量計的優(yōu)點是壓損極小，可測流量范圍大。最大流量與最小流量的比值一般為20：1以上，適用的工業(yè)管徑范圍寬，最大可達3m，輸出信號和被測流量成線性，精確度較高，可測量電導率≥5μs/cm的酸、堿、鹽溶液、水、污水、腐蝕性液體以及泥漿、礦漿、紙漿等的流體流量。但它不能測量氣體、蒸汽以及純凈水的流量。

當導體在磁場中作切割磁力線運動時，在導體中會產(chǎn)生感應電勢，感應電勢的大小與導體在磁場中的有效長度及導體在磁場中作垂直于磁場方向運動的速度成正比。同理，導電流體在磁場中作垂直方向流動而切割磁感應力線時，也會在管道兩邊的電極上產(chǎn)生感應電勢。感應電勢的方向由右手定則判定，感應電勢的大小由下式確定：常見儀表流量：質量流量計（科里奧利）以科氏力為基礎,在傳感器內(nèi)部有兩根平行的流量管,中部裝有驅動線圈,兩端裝有檢測線圈,變送器提供的激勵電壓加到驅動線圈上時,振動管作往復周期振動,工業(yè)過程的流體介質流經(jīng)傳感器的振動管,就會在振管上產(chǎn)生科氏力效應,使兩根振管扭轉振動,安裝在振管兩端的檢測線圈將產(chǎn)生相位不同的兩組信號,這兩個信號的相位差與流經(jīng)傳感器的流體質量流量成比例關系。計算機解算出流經(jīng)振管的質量流量。不同的介質流經(jīng)傳感器時,振管的主振頻率不同,據(jù)此解算出介質密度。安裝在傳感器器振管上的鉑電阻可間接測量介質的溫度。質量流量計直接測量通過流量計的介質的質量流量,還可測量介質的密度及間接測量介質的溫度。常見儀表流量：質量流量計（科里奧利）常見儀表流量：超聲波流量計超聲波按照傾斜角度橫穿過管道中的流體后被交替接收/發(fā)送。穿過水前進的超聲波與水的流向相反時，傳播速度將變慢；與水的流向相同時，