儀表知識(shí)講座

儀表基礎(chǔ)知識(shí)講座目錄基礎(chǔ)知識(shí)儀表分類常見儀表控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)儀表的重要性人們都說(shuō)儀表是化工生產(chǎn)的眼睛，實(shí)際上，現(xiàn)代自動(dòng)控制系統(tǒng)不僅僅是化工生產(chǎn)的眼睛，同時(shí)還是化工生產(chǎn)的大腦和手腳。自動(dòng)化控制系統(tǒng)產(chǎn)品隨著電子技術(shù)的發(fā)展，從以前氣動(dòng)儀表、電動(dòng)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(duì)整個(gè)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(chǎng)的閥門，能夠及時(shí)通過(guò)對(duì)工藝設(shè)備里面的溫度、壓力、流量或液位進(jìn)行控制，達(dá)到穩(wěn)準(zhǔn)快的控制效果。如果自動(dòng)化控制系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題，就會(huì)給工藝生產(chǎn)帶來(lái)極大的傷害，特別是會(huì)對(duì)工藝產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量甚至是安全帶來(lái)極大的危害，因此，儀表在化工生產(chǎn)過(guò)程中極為重要。一、什么是儀表？

儀表就是工業(yè)自動(dòng)化，在化工企業(yè)中的工業(yè)自動(dòng)化就稱之為儀表。由一次表和二次表組成，一次表：測(cè)量?jī)x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(cè)量？測(cè)量是一個(gè)過(guò)程既是用已知量與未知量進(jìn)行比較的過(guò)程就是測(cè)量。三、什么是控制？控制就是運(yùn)用各種手段使被控對(duì)象向預(yù)設(shè)的目標(biāo)無(wú)限趨近的過(guò)程。基礎(chǔ)知識(shí)四、什么是誤差？誤差是指測(cè)量值與真實(shí)值之間的差異。誤差是不可避免的。誤差的分類：絕對(duì)誤差：是儀表的測(cè)量值與真實(shí)之差；既絕對(duì)誤差=測(cè)量值-真值相對(duì)誤差：是絕對(duì)誤差與真實(shí)值的比值；既相對(duì)誤差=絕對(duì)誤差/實(shí)際值×100%引用誤差：是絕對(duì)誤差與儀表量程的比值；既引用誤差=絕對(duì)誤差/量程×100%基礎(chǔ)知識(shí)儀表的精度等級(jí)：儀表的精度簡(jiǎn)言之就是儀表的測(cè)量值接近真實(shí)值的準(zhǔn)確程度。通常用引用誤差來(lái)表示。我國(guó)目前規(guī)定的準(zhǔn)確度等級(jí)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(jí)別。例子：有兩臺(tái)測(cè)溫儀表的測(cè)量范圍分別是0~800℃、600~1100℃。已知其最大的測(cè)量誤差均為±6℃，試分別確定它們的精度等級(jí)？答：引用誤差=絕對(duì)誤差/量程×100%

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

引用誤差1=6/(1100-600)×100%=1.2%

按精度等級(jí)劃分為1.5級(jí)基礎(chǔ)知識(shí)化工企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的五大參數(shù)基礎(chǔ)知識(shí)溫度(T)、壓力(P)、流量(F)、物位(L)、成分(A)。P&ID圖中儀表符號(hào)的含義：例如：PIA_1001

首字母（P）：表示測(cè)量參數(shù)（壓力）其次字母（IA）：代表功能屬性（指示報(bào)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(hào)

基礎(chǔ)知識(shí)字母首字母后續(xù)字母被測(cè)變量修飾詞讀出功能輸出功能修飾詞A分析報(bào)警B燒嘴、火焰C電導(dǎo)控制D密度差E電壓（電動(dòng)勢(shì)）檢測(cè)元件F流量比率（比值）G氣體視鏡、觀察H手動(dòng)高I電流指示儀表符號(hào)對(duì)照表儀表符號(hào)符合GB2625-81基礎(chǔ)知識(shí)字母首字母后續(xù)字母讀出功能輸出功能修飾詞被測(cè)變量修飾詞J功率掃描K時(shí)間變化速率操作器L物位燈低M水分、濕度瞬動(dòng)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(cè)試點(diǎn)Q數(shù)量累積R核輻射記錄儀表符號(hào)對(duì)照表儀表符號(hào)符合GB2625-81基礎(chǔ)知識(shí)字母首字母后續(xù)字母讀出功能輸出功能修飾詞被測(cè)變量修飾詞S速度、頻率安全開關(guān)、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(dòng)、機(jī)械監(jiān)視閥門、風(fēng)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(jì)算器、轉(zhuǎn)換器Z位置、尺寸Z軸驅(qū)動(dòng)、執(zhí)行元件儀表符號(hào)對(duì)照表儀表符號(hào)符合GB2625-81基礎(chǔ)知識(shí)儀表信號(hào)類型AI：模擬量輸入（電流、電壓信號(hào)）AO：模擬量輸出（電流、電壓信號(hào)）

DI：數(shù)字量輸入（開關(guān)量）DO：數(shù)字量輸出（開關(guān)量）PI：脈沖量輸入（頻率信號(hào)）PO：脈沖量輸出（頻率信號(hào)）基礎(chǔ)知識(shí)儀表信號(hào)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(chǔ)知識(shí)檢測(cè)儀表、顯示儀表、控制儀表、執(zhí)行器、閥門

檢測(cè)儀表：溫度儀表、壓力儀表、流量?jī)x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(bào)警儀、累積儀。

儀表分類

控制儀表：氣動(dòng)單元組合儀表、電動(dòng)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(dòng)執(zhí)行器、電動(dòng)執(zhí)行器、電磁閥閥門：調(diào)節(jié)閥、開關(guān)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?jī)x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(zhì)量物位儀表：直讀式、差壓式、非接觸式（雷達(dá)、超聲波、激光、核子等）分析儀表：電化學(xué)、光譜、色譜、元素、光學(xué)等儀表分類溫度儀表

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

雙金屬溫度計(jì)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(lái)實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量的。常見儀表溫度儀表熱電阻：是根據(jù)導(dǎo)體或半導(dǎo)體電阻值隨溫度的變化而變化原理進(jìn)行工作的。常見的熱電阻有：Pt100鉑電阻測(cè)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(cè)溫的基本原理:兩個(gè)不同導(dǎo)體A與B串接成一個(gè)閉合回路，如圖a所示，當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)的溫度不同時(shí)(設(shè)T>T0)，回路中就會(huì)產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。這種現(xiàn)象是1821年德國(guó)科學(xué)家賽貝克(T.Seebeck)發(fā)現(xiàn)的，所以又稱塞貝克效應(yīng)。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(hào)：K測(cè)量范圍：0~1300℃，鉑銠10-鉑熱電偶，分度號(hào)S，測(cè)量范圍0~1300℃，鉑銠30-鉑銠6熱電偶，分度號(hào)B，測(cè)量范圍0~1600℃，段時(shí)間能測(cè)1800℃。常見儀表補(bǔ)償導(dǎo)線的作用：1.用來(lái)延伸熱電偶的冷端,與測(cè)溫儀連接構(gòu)成測(cè)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(bǔ)償導(dǎo)線便于安裝和線路的敷設(shè);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(cè)量膜片是恒彈性元件，介質(zhì)壓力通過(guò)隔離膜片和灌充油傳遞給中心測(cè)量膜片使之變形、位移，其位移量與兩側(cè)壓差成正比。位移量由傳感器兩側(cè)的電容極板檢測(cè)，經(jīng)電子電路轉(zhuǎn)換成與被測(cè)壓力/差壓成線性關(guān)系的二線制（4～20）mADC信號(hào)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(hào)，傳感器自身就可以消除機(jī)械電氣干擾、環(huán)境溫濕度變化、靜壓與過(guò)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(guò)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(zhuǎn)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(jī)械加工技術(shù)(MEMS)，分別在其表面的中心和邊緣制成兩個(gè)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(dòng)時(shí)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(chǎng)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(dāng)單晶硅片的上下表面受到壓力并形成壓力差時(shí)，硅片將產(chǎn)生變形，導(dǎo)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(gè)H形諧振梁分別感受到不同應(yīng)變作用，其結(jié)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(gè)頻率之差對(duì)應(yīng)不同的壓力信號(hào)。常見儀表液位：玻璃板（管）液位計(jì)是運(yùn)用連通器原理，與被測(cè)容器形成連通器，保證被測(cè)量容器與測(cè)量管體間的液位相等,其特點(diǎn)是真實(shí)直觀。常見儀表液位：磁浮子液位計(jì)被測(cè)容器形成連通器，保證被測(cè)量容器與測(cè)量管體間的液位相等。當(dāng)液位計(jì)測(cè)量管中的浮子隨被測(cè)液位變化時(shí)，浮子中的磁性體與顯示條上顯示色標(biāo)中的磁性體作用，使其翻轉(zhuǎn)，紅色表示有液，白色表示無(wú)液，以達(dá)到就地準(zhǔn)確顯示液位的目的。配合捆綁式變送器實(shí)現(xiàn)4~20mA的標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)傳信號(hào)，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(jì)電阻式變送器常見儀表液位：磁浮子液位計(jì)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(cè)桿、電子倉(cāng)和套在測(cè)桿上的非接觸的磁環(huán)（浮球）組成。測(cè)桿內(nèi)裝有磁致伸縮線（波導(dǎo)絲）。工作時(shí)，由電子倉(cāng)內(nèi)的電子電路產(chǎn)生一起始脈沖，此起始脈沖在波導(dǎo)絲中傳輸時(shí)，同時(shí)產(chǎn)生了一沿波導(dǎo)絲方向前進(jìn)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。當(dāng)這個(gè)磁場(chǎng)與磁環(huán)（浮球）中的永久磁場(chǎng)相遇時(shí)，產(chǎn)生磁致伸縮效應(yīng)，使波導(dǎo)絲發(fā)生扭動(dòng)，產(chǎn)生扭動(dòng)脈沖（或稱“返回”脈沖）。這一扭動(dòng)脈沖被安裝在電子倉(cāng)內(nèi)的拾能機(jī)構(gòu)所感知并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電流脈沖，通過(guò)電子電路計(jì)算出兩脈沖起始和返回之間的時(shí)間差，即可精確測(cè)出被測(cè)的位置和位移。常見儀表液位：浮筒液位計(jì)是根據(jù)阿基米德定律和磁耦合原理設(shè)計(jì)而成的液位測(cè)量?jī)x表。由四個(gè)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(jì)向下的重力，向上的浮力和彈簧彈力的復(fù)合作用。當(dāng)這三個(gè)力達(dá)到平衡時(shí)，浮筒就靜止在某一位置。當(dāng)液位發(fā)生變化時(shí)，浮筒所受浮力相應(yīng)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(dá)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(guò)指示器內(nèi)磁感應(yīng)元件和傳動(dòng)裝置使其指示出液位。常見儀表液位：差壓液位計(jì)是通過(guò)差壓變送器來(lái)測(cè)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(cè)，氣相壓力作用在差壓變送器的負(fù)壓側(cè)。介質(zhì)高度的變化產(chǎn)生差壓的變化作用在差壓變送器的正負(fù)壓室來(lái)實(shí)現(xiàn)液位測(cè)量，液位的大小與差壓成正比。常見儀表液位：雷達(dá)液位計(jì)發(fā)射—反射—接收是雷達(dá)液位計(jì)的基本工作原理。雷達(dá)傳感器的天線以波束的形式發(fā)射電磁波信號(hào)，發(fā)射波在被測(cè)物料表面產(chǎn)生反射，反射回來(lái)的回波信號(hào)仍由天線接收。發(fā)射及反射波束中的每一點(diǎn)都采用超聲采樣的方法進(jìn)行采集。信號(hào)經(jīng)智能處理器處理后得出介質(zhì)與探頭之間的距離，送終端顯示器進(jìn)行顯示、報(bào)警、操作等。微波測(cè)距示意圖如圖所示。常見儀表液位：γ射線核料位計(jì)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(shí)可以關(guān)閉。（2）探測(cè)器探測(cè)器也稱探頭、接收器，主要用于探測(cè)射線，并將射線產(chǎn)生的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。常見儀表流量：孔板流量計(jì)是運(yùn)用伯努利方程的原理工作。當(dāng)流體流經(jīng)孔板的節(jié)流孔時(shí)，在孔板上下游產(chǎn)生差壓，此差壓與流量存在函數(shù)關(guān)系：常見儀表流量：楔形流量計(jì)與孔板流量計(jì)一樣也是運(yùn)用伯努利方程的原理工作。它的適用于流動(dòng)性差的高粘度介質(zhì)的流量，取消了導(dǎo)壓管，從而解決了孔板流量計(jì)導(dǎo)壓管堵塞的問(wèn)題。常見儀表流量：渦街流量計(jì)在流體中設(shè)置旋渦發(fā)生體（阻流體），從旋渦發(fā)生體兩側(cè)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(duì)稱地排列。設(shè)旋渦的發(fā)生頻率為f，被測(cè)介質(zhì)來(lái)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(guān)系式常見儀表流量：轉(zhuǎn)子流量計(jì)又稱浮子流量計(jì)，是變面積式流量計(jì)的一種，它是由一個(gè)錐形管和一個(gè)置于錐形管內(nèi)可以上下自由移動(dòng)的轉(zhuǎn)子(也稱浮子)構(gòu)成。當(dāng)流體自下而上流入錐管時(shí)，被轉(zhuǎn)子截流，這樣在轉(zhuǎn)子上、下游之間產(chǎn)生壓力差，轉(zhuǎn)子在壓力差的作用下上升，這時(shí)作用在轉(zhuǎn)子上的力有三個(gè)：流體對(duì)轉(zhuǎn)子的動(dòng)壓力（向上）、轉(zhuǎn)子在流體中的浮力（向上）和轉(zhuǎn)子自身的重力（向下）。流量計(jì)垂直安裝時(shí)，轉(zhuǎn)子重心與錐管管軸會(huì)相重合，作用在轉(zhuǎn)子上的三個(gè)力都平行于管軸。當(dāng)這三個(gè)力達(dá)到平衡時(shí)，轉(zhuǎn)子就平穩(wěn)地浮在錐管內(nèi)某一位置上。此時(shí)，重力=動(dòng)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(duì)浮子的動(dòng)壓力是隨來(lái)流流速的大小而變化的。因此當(dāng)來(lái)流流速變大或變小時(shí)，轉(zhuǎn)子將作向上或向下的移動(dòng)，相應(yīng)位置的流動(dòng)截面積也發(fā)生變化，直到流速變成平衡時(shí)對(duì)應(yīng)的速度，轉(zhuǎn)子就在新的位置上穩(wěn)定。對(duì)于一臺(tái)給定的轉(zhuǎn)子流量計(jì)，轉(zhuǎn)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(duì)應(yīng)關(guān)系。常見儀表流量：電磁流量計(jì)是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律進(jìn)行流量測(cè)量的流量計(jì)。電磁流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是壓損極小，可測(cè)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(dá)3m，輸出信號(hào)和被測(cè)流量成線性，精確度較高，可測(cè)量電導(dǎo)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(cè)量氣體、蒸汽以及純凈水的流量。

當(dāng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中作切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)，在導(dǎo)體中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，感應(yīng)電勢(shì)的大小與導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的有效長(zhǎng)度及導(dǎo)體在磁場(chǎng)中作垂直于磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)的速度成正比。同理，導(dǎo)電流體在磁場(chǎng)中作垂直方向流動(dòng)而切割磁感應(yīng)力線時(shí)，也會(huì)在管道兩邊的電極上產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。感應(yīng)電勢(shì)的方向由右手定則判定，感應(yīng)電勢(shì)的大小由下式確定：常見儀表流量：質(zhì)量流量計(jì)（科里奧利）以科氏力為基礎(chǔ),在傳感器內(nèi)部有兩根平行的流量管,中部裝有驅(qū)動(dòng)線圈,兩端裝有檢測(cè)線圈,變送器提供的激勵(lì)電壓加到驅(qū)動(dòng)線圈上時(shí),振動(dòng)管作往復(fù)周期振動(dòng),工業(yè)過(guò)程的流體介質(zhì)流經(jīng)傳感器的振動(dòng)管,就會(huì)在振管上產(chǎn)生科氏力效應(yīng),使兩根振管扭轉(zhuǎn)振動(dòng),安裝在振管兩端的檢測(cè)線圈將產(chǎn)生相位不同的兩組信號(hào),這兩個(gè)信號(hào)的相位差與流經(jīng)傳感器的流體質(zhì)量流量成比例關(guān)系。計(jì)算機(jī)解算出流經(jīng)振管的質(zhì)量流量。不同的介質(zhì)流經(jīng)傳感器時(shí),振管的主振頻率不同,據(jù)此解算出介質(zhì)密度。安裝在傳感器器振管上的鉑電阻可間接測(cè)量介質(zhì)的溫度。質(zhì)量流量計(jì)直接測(cè)量通過(guò)流量計(jì)的介質(zhì)的質(zhì)量流量,還可測(cè)量介質(zhì)的密度及間接測(cè)量介質(zhì)的溫度。常見儀表流量：質(zhì)量流量計(jì)（科里奧利）常見儀表流量：超聲波流量計(jì)超聲波按照傾斜角度橫穿過(guò)管道中的流體后被交替接收/發(fā)送。穿過(guò)水前進(jìn)的超聲波與水的流向相反時(shí)，傳播速度將變慢；與水的流向相同時(shí)，