儀器儀表常識(shí)課件

儀器儀表常識(shí)青島聚創(chuàng)環(huán)保設(shè)備技術(shù)部王民儀器儀表根底學(xué)問(wèn)一、常規(guī)儀表二、在線監(jiān)測(cè)和過(guò)程掌握系統(tǒng)三、名詞解析一、常規(guī)儀表常規(guī)儀表的分類：按讀取測(cè)量值的位置可分為：就地測(cè)量?jī)x表〔如就地壓力表、溫度計(jì)、液位計(jì)、流量計(jì)等〕和遠(yuǎn)傳信號(hào)測(cè)量?jī)x表〔各類變送器、位置開(kāi)關(guān)等〕。按測(cè)量參數(shù)性質(zhì)可分為：分析、流量、物位〔液位〕、壓力、溫度、電量、機(jī)械量等

。表表：測(cè)量物質(zhì)的化學(xué)組成、構(gòu)造及某些物理特性的儀表。按分析目的分為：安全檢測(cè)報(bào)警〔可燃、有毒氣體檢測(cè)〕、成分。按使用場(chǎng)所分：離線〔分析室儀器〕、在線〔COD、PH計(jì)、F離子等〕。按物性分：液體類、固體類、氣體類。在線表中幫助裝置：取樣裝置、預(yù)處理裝置、恒溫掌握器。

水質(zhì)表水質(zhì)表：硅酸根、磷酸根、聯(lián)氨、溶解氧、PH、電導(dǎo)率、酸堿度、濁度、余氯等。在線工業(yè)PH計(jì)接線：表氣體：主要利用氣體傳感器來(lái)檢測(cè)環(huán)境中存在的氣體種類，氣體傳感器是用來(lái)檢測(cè)氣體的成份和含量的傳感器。一般認(rèn)為，氣體傳感器的定義是以檢測(cè)目標(biāo)為分類根底的，也就是說(shuō)，但凡用于檢測(cè)氣體成份和濃度的傳感器都稱作氣體傳感器，不管它是用物理方法，還是用化學(xué)方法。比方，檢測(cè)氣體流量的傳感器不被看作氣體傳感器，但是熱導(dǎo)式氣體卻屬于重要的氣體傳感器，盡管它們有時(shí)使用大體全都的檢測(cè)原理。常用的有熱導(dǎo)式氣體、電化學(xué)式氣體和紅外線吸取式等。熱導(dǎo)式氣體：一種物理類的氣體表。它依據(jù)不同氣體具有不同熱傳導(dǎo)力量的原理，通過(guò)測(cè)定混合氣體導(dǎo)熱系數(shù)來(lái)推算其中某些組分的含量。這種表簡(jiǎn)潔牢靠,適用的氣體種類較多,是一種根本的表。除通常用來(lái)分析氫氣、氨氣、二氧化碳、二氧化硫和低濃度可燃性氣體含量外，還可作為色譜中的檢測(cè)器用以分析其他成分。電化學(xué)式氣體：一種化學(xué)類的氣體表。它依據(jù)化學(xué)反響所引起的離子量的變化或電流變化來(lái)測(cè)量氣體成分。為了提高選擇性，防止測(cè)量電極外表沾污和保持電解液性能，一般承受隔膜構(gòu)造。紅外線吸取式：依據(jù)不同組分氣體對(duì)不同波長(zhǎng)的紅外線具有選擇性吸取的特性而工作的表。測(cè)量這種吸取光譜可判別出氣體的種類；測(cè)量吸取強(qiáng)度可確定被測(cè)氣體的濃度。紅外線的使用范圍寬，不僅可分析氣體成分，也可分析溶液成分，且靈敏度較高，反響快速,能在線連續(xù)指示,也可組成調(diào)整系統(tǒng)。粉塵檢測(cè)儀：粉塵檢測(cè)儀也叫粉塵監(jiān)測(cè)儀、粉塵測(cè)量?jī)x、粉塵濃度計(jì)、粉塵測(cè)試儀等，主要是檢測(cè)氣固兩相流中粉塵的含量。粉塵檢測(cè)儀依據(jù)測(cè)量原理分為：激光粉塵檢測(cè)儀，靜電式粉塵檢測(cè)儀等。依據(jù)安裝位置可分為：固定式粉塵檢測(cè)儀和便攜式粉塵檢測(cè)儀。目前市面上主要使用激光粉塵檢測(cè)儀〔后向散射〕、靜電式粉塵檢測(cè)儀和便攜式粉塵檢測(cè)儀[手持式(PM2.5和PM10)和微電腦式]。粉塵檢測(cè)儀哪種更準(zhǔn)確？目前為止可以做CMC〔生產(chǎn)許可證〕而且必需做的只有激光粉塵檢測(cè)儀〔后向散射〕，依據(jù)粉塵濃度測(cè)量?jī)x檢定規(guī)程規(guī)定用稱重法來(lái)檢定。激光＞便攜式＞靜電式〔便攜式也有激光的，也有稱重的，稱重的應(yīng)當(dāng)是最準(zhǔn)確的〕目前CEMS系統(tǒng)〔煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)〕主要是用激光粉塵檢測(cè)儀，也就是說(shuō)精度比較高的地方都用激光粉塵檢測(cè)儀，尤其是往環(huán)保局上傳的，但是它也有缺點(diǎn)：1.價(jià)格高。2.安裝、維護(hù)不便利。3.不能安裝在振動(dòng)較大的場(chǎng)所。激光粉塵檢測(cè)儀比較大點(diǎn)的公司主要的有安榮信科技〔北京〕、深圳市彩虹谷科技。便攜式粉塵檢測(cè)儀主要是便利，廣泛應(yīng)用于疾病預(yù)防掌握中心、學(xué)校、工廠、及其他科研中心或試驗(yàn)室。靜電式粉塵檢測(cè)儀主要是用在鋼鐵廠、電廠、水泥廠、化肥廠以及其他一些化工廠。主要優(yōu)點(diǎn)：1.價(jià)格廉價(jià)。2.維護(hù)便利。3.可以隨便更改數(shù)據(jù)。4.代替人工檢漏等等。流量?jī)x表依據(jù)目前最流行、最廣泛的分類法,即分為:

容積式流量計(jì)、差壓式流量計(jì)、浮子流量計(jì)、渦輪番量計(jì)、電磁流量計(jì)、流體振蕩流量計(jì)〔包括渦街流量計(jì)、質(zhì)量流量計(jì)

)

、插入式流量計(jì)。差壓流量計(jì)由一次裝置(檢測(cè)件〕和二次裝置〔差壓轉(zhuǎn)換器和流量顯示儀表〕組成。通常以檢測(cè)件形式對(duì)差壓式流量計(jì)分類，如孔板流量計(jì)、文丘里流量計(jì)、均速管流量計(jì)、皮托管原理式-畢托巴流量計(jì)等；現(xiàn)在市面上差壓變送器主要有羅斯蒙特、EJA、ABB等。現(xiàn)在檢測(cè)氣體的流量，尤其是電廠，使用的比較多的差壓流量計(jì)就是我們常常所說(shuō)的風(fēng)速風(fēng)量。如右圖所示：工作原理：當(dāng)被測(cè)氣體流淌時(shí)，迎著氣體流向的靠背管測(cè)得氣體壓力為“全壓”，背著氣體流向的靠背管測(cè)得的氣體壓力為“靜壓”，全壓和靜壓只差稱為“差壓”，風(fēng)速越大，差壓越大；風(fēng)速與差壓的關(guān)系符合伯努利方程。伯努利方程：p+1/2ρv2+ρgh=C式中p為流體中某點(diǎn)的壓強(qiáng)，v為流體該點(diǎn)的流速，ρ為流體密度，g為重力加速度，h為該點(diǎn)所在高度。所以風(fēng)速的計(jì)算公式為：V=K標(biāo)定設(shè)備：標(biāo)準(zhǔn)皮托管和差壓儀〔德圖400〕或U型管。二、在線監(jiān)測(cè)及過(guò)程掌握系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)：通過(guò)裝在生產(chǎn)線和設(shè)備上的各類監(jiān)測(cè)儀表，對(duì)生產(chǎn)及設(shè)備的溫度、壓力、流量、液位、濃度等信號(hào)進(jìn)展連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)并上傳至終端接收端，稱在線監(jiān)測(cè)。在線監(jiān)測(cè)式儀表我們需要了解客戶的最終用戶〔什么類型的廠〕、什么位置〔量程、是否適合〕、多少臺(tái)、離掌握室多遠(yuǎn)、是否直接接PLC等。系統(tǒng)組成如右圖所示：過(guò)程掌握：顧名思義就是對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的掌握。一般是通過(guò)在線監(jiān)測(cè)到的各物理參數(shù)，來(lái)掌握一些現(xiàn)場(chǎng)的儀表已到達(dá)我們所需要到達(dá)的要求。比方液位的掌握：由上面兩張圖可以看出，在工業(yè)生產(chǎn)中，智能化或自動(dòng)化儀表漸漸代替了人工，大大節(jié)省了人力物力，提高了工作效率。三、名詞解析1.誤差/精度誤差：測(cè)量值與真實(shí)值之間的差異稱為誤差。誤差是不行避開(kāi)的，只能減小。依據(jù)誤差的數(shù)值表示來(lái)分，分為確定誤差、相對(duì)誤差和引用誤差。確定誤差：測(cè)量值與真實(shí)值之差確實(shí)定值。相對(duì)誤差：確定誤差與測(cè)量值或?qū)掖螠y(cè)量的平均值的比值。引用誤差：儀表某一刻度點(diǎn)讀數(shù)確實(shí)定誤差比上儀表量程上限Am，并用百分?jǐn)?shù)表示。精度：精度是測(cè)量值與真值的接近程度。精度是反映儀表誤差大小的術(shù)語(yǔ)。δ=〔△max〕/〔Аmax〕×100%〔δ為精度等級(jí)；△max為最大測(cè)量誤差；Аmax為儀表量程?！硟x表精度等級(jí)=(允許確定誤差/測(cè)量范圍)x100。儀表的等級(jí)有：0.05，0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5，5。2.一次儀表/二次儀表一次儀表：帶有感受元件，用以感受被測(cè)介質(zhì)參數(shù)的變化，并將這些參數(shù)轉(zhuǎn)化為便于計(jì)量的物理量所使用的儀表。二次儀表：將測(cè)得的信號(hào)變送轉(zhuǎn)換為可計(jì)量的標(biāo)準(zhǔn)電、氣信號(hào)并顯示的儀表。即包括變送器和顯示裝置。在生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)測(cè)量?jī)x表往往承受按換能次數(shù)來(lái)定性的稱呼，能量轉(zhuǎn)換一次的稱一次儀表，轉(zhuǎn)換兩次的稱二次儀表。以熱電偶測(cè)量溫度為例，熱電偶本身將熱能轉(zhuǎn)換成電能，故稱一次儀表，假設(shè)再將電能用電位計(jì)(或毫伏計(jì))轉(zhuǎn)換成指針移動(dòng)的機(jī)械能時(shí)，進(jìn)展其次次能量轉(zhuǎn)換就稱為二次儀表。換能的次數(shù)超過(guò)兩次的往往都按兩次稱呼，如孔板測(cè)量流量，孔板本身為一次儀表，差壓變送器沒(méi)有稱呼，而指示儀表則叫做二次儀表。3.二線制、三線制、四線制二線制：電源、負(fù)載串聯(lián)在一起，有一公共點(diǎn)，而現(xiàn)場(chǎng)變送器與掌握室儀表之間的信號(hào)聯(lián)絡(luò)及供電僅用兩根電線，這兩根電線既是電源線又是信號(hào)線。三線制：電源正端用一根線，信號(hào)輸出正端用一根線，電源負(fù)端和信號(hào)負(fù)端共用一根線。四線制：兩根線負(fù)責(zé)電源的供給，另外兩根線負(fù)責(zé)輸出被轉(zhuǎn)換放大的信號(hào)(如電壓、電流、等)。4.一體化〔式〕/分體式儀表一體化〔式〕儀表：將傳統(tǒng)意義上的傳感器與變送器合二為一，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)信號(hào)的收集、放大與整理。分體式儀表：比較傳統(tǒng)的儀表，就地儀表與信號(hào)處理單元分開(kāi)，比方溫度、物位計(jì)等，也就是說(shuō)一次儀表和二次儀表是分開(kāi)的。一體式儀表將檢測(cè)信號(hào)〔特別微弱，比方靜電式粉塵檢測(cè)儀的檢測(cè)信號(hào)就是pC級(jí)〕轉(zhuǎn)換成4-20mA電流信號(hào)或者1-5V電壓信號(hào)傳輸?shù)蕉蝺x表或者PLC或DCS在上位機(jī)顯示，大大削減了信號(hào)的衰弱。分體式儀表由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境比較惡劣、比較危急或者安裝位置不抱負(fù)〔不便利調(diào)試或者維護(hù)等〕，我們常常將檢測(cè)信號(hào)〔一般較大〕經(jīng)過(guò)屏蔽電纜傳送到變送器，經(jīng)過(guò)變送器的處理直接顯示或者傳輸?shù)絇LC或DCS在上位機(jī)顯示。5.上位機(jī)/下位機(jī)上位機(jī)是指：人可以直接發(fā)出操控命令的計(jì)算機(jī)，一般是PC，屏幕上顯示各種信號(hào)變化〔液壓，水位，溫度等〕。下位機(jī)是直接掌握設(shè)備獵取設(shè)備狀況的的計(jì)算機(jī)，一般是PLC/單片機(jī)之類的。上位機(jī)發(fā)出的命令首先給下位機(jī)，下位機(jī)再依據(jù)此命令解釋成相應(yīng)時(shí)序信號(hào)直接掌握相應(yīng)設(shè)備。下位機(jī)不時(shí)讀取設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)〔一般模擬量〕，轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)反響給上位機(jī)。簡(jiǎn)言之如此，真實(shí)狀況千差萬(wàn)別不離其宗。上下位機(jī)都需要編程，都有特地的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。在概念上

掌握者和供給效勞者是上位機(jī)

被掌握者和被效勞者是下位機(jī)

也可以理解為主機(jī)和從機(jī)的關(guān)系6.信號(hào)隔離器/配電隔離器信號(hào)隔離器是將輸入單路或雙路電流或電壓信號(hào)，變送輸出隔離的單路或雙路線性的電流或電壓信號(hào)，并提高輸入、輸出、電源之間的電氣隔離性能。

工作原理：首先將PLC承受的信號(hào)，通過(guò)半導(dǎo)體器件調(diào)制變換，然后通過(guò)光感或磁感器件進(jìn)展隔離轉(zhuǎn)換，然后再進(jìn)展解調(diào)變換回隔離前原信號(hào)或不同信號(hào)，同時(shí)對(duì)隔離后信號(hào)的供電電源進(jìn)展隔離處理，保證變換后的信號(hào)、電源、地之間確定獨(dú)立。

用途：信號(hào)在傳輸過(guò)程中會(huì)遇到各種各樣的干擾，為保證信號(hào)穩(wěn)定，使用信號(hào)隔離器尤為重要。配電式隔離器〔通常稱配電器〕的作用是為原工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)供給一種兩線制傳輸方式，既要為變送器等一次儀表供給24V配電電源，同時(shí)又要對(duì)輸入的電流信號(hào)進(jìn)展采集、放大、運(yùn)算、和進(jìn)展抗干擾處理后，再輸出隔離的電流和電壓信號(hào)，供后面的二次儀表或其它儀表使用。它的特性有給變送器供給驅(qū)動(dòng)電壓16.5～28V。將變送器4～20mA信號(hào)隔離傳送?？蛇x擇4～20mA或1～5V信號(hào)輸出，或其它所需的直流信號(hào)，模塊化表芯設(shè)計(jì)，無(wú)需零點(diǎn)和滿度調(diào)整。帶有工作電源指示燈。有單通道，一路輸入一路輸出，雙通道，一路輸入二路輸出，輸入回路短路愛(ài)護(hù)。7.PLC/DCSPLC:可編程規(guī)律掌握器，是一種承受一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行規(guī)律運(yùn)算、挨次掌握、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面對(duì)用戶的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入/輸出掌握各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。DCS:DCS是分布式掌握系統(tǒng),在國(guó)內(nèi)自控行業(yè)又稱之為集散掌握系統(tǒng)。是相對(duì)于集中式掌握系統(tǒng)而言的一種新型計(jì)算機(jī)掌握系統(tǒng)，它是在集中式掌握系統(tǒng)的根底上進(jìn)展、演化而來(lái)的。區(qū)分：1.PLC系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)的構(gòu)造差異不大，只是在功能的著重點(diǎn)上的不同，DCS著重于閉環(huán)掌握及數(shù)據(jù)處理。PLC著重于規(guī)律掌握及開(kāi)關(guān)量的掌握，也可實(shí)現(xiàn)模擬量掌握。2.對(duì)各種工藝掌握方案更新是DCS的一項(xiàng)最根本的功能，當(dāng)某個(gè)方案發(fā)生變化后，工程師只需要在工程師站上將更改正的方案編譯后，執(zhí)行下裝命令就可以了，下裝過(guò)程是由系統(tǒng)自動(dòng)完成的，不影響原掌握方案運(yùn)行。系統(tǒng)各種掌握軟件與算法可以將工藝要求掌握對(duì)象掌握精度提高。而對(duì)于PLC構(gòu)成的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，工作量極其浩大，首先需要確定所要編輯更新的是哪個(gè)PLC，然后要用與之對(duì)應(yīng)的編譯器進(jìn)展程序編譯，最終再用專用的機(jī)器(讀寫(xiě)器)特地一對(duì)一的將程序傳送給這個(gè)PLC，在系統(tǒng)調(diào)試期間，大量增加調(diào)試時(shí)間和調(diào)試本錢，而且極其不利于日后的維護(hù)。在掌握精度上相差甚遠(yuǎn)。這就打算了為什么在大中型掌握工程中(500點(diǎn)以上)，根本不承受全部由PLC所連接而成的系統(tǒng)的緣由。8.總線制/分〔多〕線制總線制：就地儀表與掌握器或上位機(jī)等通過(guò)其相應(yīng)的編址模塊與掌握器或上位機(jī)之間承受總線(專線)相連。用線少、造價(jià)低、施工便利。分〔多〕線制：就地儀表與掌握器或上位機(jī)等通過(guò)多芯電纜與掌握器或上位機(jī)之間承受一對(duì)一專線相連。缺點(diǎn)：用線多、造價(jià)高?？偩€的串聯(lián)〔手牽手〕接法：總線的并聯(lián)接法：這里的串聯(lián)接法和我們所說(shuō)的不同實(shí)際上它就是沒(méi)有分支的并聯(lián)。9.4-20mA與RS485的區(qū)分4-20mA信號(hào)與RS485的區(qū)分：4-20mA信號(hào)是輸出信號(hào)，RS485是傳輸方式。也就是說(shuō)RS485將4-20mA信號(hào)或者1-5V的電壓信號(hào)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)等。RS485有2線Data+Data-半雙工

加gnd的話，3線

也有T+T-R+R-4線，全雙工全雙工是指在發(fā)送數(shù)據(jù)的同時(shí)也能夠接收數(shù)據(jù)，兩者同步進(jìn)展，這似乎我們尋常打一樣，說(shuō)話的同時(shí)也能夠聽(tīng)到對(duì)方的聲音。目前的網(wǎng)卡一般都支持全雙工。半雙工，所謂半雙工就是指一個(gè)時(shí)間段內(nèi)只有一個(gè)動(dòng)作發(fā)生，舉個(gè)簡(jiǎn)潔例子，一條窄窄的大路，同時(shí)只能有一輛車通過(guò)，當(dāng)目前有兩量車對(duì)開(kāi)，這種狀況下就只能一輛先過(guò)，等到頭兒后另一輛再開(kāi)，這個(gè)例子就形象的說(shuō)明白半雙工的原理。接口協(xié)議指的是需要進(jìn)展信息交換的接口間需要遵從的通信方式和要求。接口協(xié)議的種類特別多。接口協(xié)議不僅要規(guī)定物理層的通信，還需要規(guī)定語(yǔ)法層和語(yǔ)義層的要求。USB、網(wǎng)線插頭、DB-9插頭等。通訊類型：A.MPI通信B.串口通信C.PROFIBUS通信D.工業(yè)以太網(wǎng)E.ASI通信F.PPI通信G.遠(yuǎn)程無(wú)線通信通訊協(xié)議：

TCP、UDP、S7、profibus、pofinet、MPI、PPI、MODBUS==10.開(kāi)關(guān)量/模擬量開(kāi)關(guān)量：是指非連續(xù)性信號(hào)的采集和輸出，包括遙信采集和遙控輸出。它有1和0兩種狀態(tài)，這是數(shù)字電路中的開(kāi)關(guān)性質(zhì)，而電力上是指電路的開(kāi)和關(guān)或者說(shuō)是