仪表 演示文稿

制作：
朱承磊
今天我们交流的主要内容
仪表的由来 仪表及自动化的发展 仪表的种类及用途
仪表的由来
温度
最早的温度测量仪表，是伽利略 （意大利）于1592年创造的。他 是一个带细长颈的大玻璃泡，倒 置在一个盛有葡萄酒的容器中。 从中抽取一部分空气，酒面就上 升到细颈内，当外界温度改变时， 细颈的酒面因玻璃泡内的空气热 胀冷缩随之升降，因而酒面的高 低就可以表示温度的高低，实际 上这是一个没有刻度的指示器。
(2) 技术发展阶段(1960 - 1970 年) :随着硅扩散技术的发展,技术人员在硅的(001) 或(110) 晶面选择合适的晶向直接把应变电阻扩散在晶面上,然后在背面加工成凹形, 形成较薄的硅弹性膜片,称为硅杯。这种形式的硅杯变送器具有体积小、重量轻、灵敏 度高、稳定性好、成本低、便于集成化的优点,实现了金属- 硅共晶体,为商业化发展 提供了可能。 (3) 商业化集成加工阶段(1970 - 1980 年) :在硅杯扩散理论的基础上应用了硅的各 向异性的腐蚀技术,扩散硅变送器其加工工艺以硅的各项异性腐蚀技术为主,发展成为 可以自动控制硅膜厚度的硅各向 异性加工技术,主要有V 形槽法、浓硼自动中止法、阳极氧化法自动中止法和微机控制 自动中止法。由于可以在多个表面同时进行腐蚀,数千个硅压力膜可以同时生产,实现 了集成化的工厂加工模式,成本进一步降低。 (4) 微机械加工阶段(1980 年- 今) :上世纪末出现的纳米技术,使得微机械加工工艺 成为可能。 通过微机械加工工艺可以由计算机控制加工出结构型的压力变送器,其线 度可以控制在微米级范围内。利用这一技术可以加工、蚀刻微米级的沟、条、膜,使得 压力变送器进入了微米阶段。
1975年出现了以微处理器为基础的过程控制仪表集中分散型控 制系统，把自动化推到了一个更高的水平。 电子技术、计算机技术的发展，也促进了常规仪表的发展，新 型的数字仪表，自动化仪表、程序控制器、调节器等也不断投 入使用，现在我国大、中、小型企业依据不同的生产实际和需 求，气动仪表、电动仪表、模拟仪表、数字仪表、以及各种自 动化仪表，计算机等都在使用，形成了气电结合、模数共存、 取长补短、协同发展的局面。它们构成的各种自动化控制系统 极大地推动着我们的现代化的自动装置，将仪表和生产自动控 制系统建设事业。已经构成了有机的整体，没有现代化的自动 化装置，也就没有现代化的化工生产。
工业仪表的种类很多，按被测量生产过程的参数区分有温度 测量仪表、压力测量仪表、流量测量仪表、物位测量仪表、 机械测量仪表、流程分析仪器等；工业仪表按其在工业生产 过程的功能可分为检测仪表、显示仪表、调节仪表等。
按参数区分仪表种类的细分（一次元件） 温度测量仪表: 现场测量显示温度计：玻璃棒温度计、双金属温度计等
电磁流量计
电磁流量计的工作原理是基于法拉第电磁感应定律。在电磁流量计中，测 量管内的导电介质相当于法 拉第试验中的导电金属杆，上下两端的两个电 磁线圈产生恒定磁场。当有导电介质流过时，则会产生感应电压。管道内 部的两个电极测量产生的感应电压。测量管道通过不导电的内衬（橡胶， 特氟隆等）实现与流体和测量电极的电磁隔离。
网络 管理 控制室 显示操作 控制室 仪表盘 就地 仪表盘 就地操作
集中控制 集中操作 分散控制 智能化 网络化 分散化
集中监视
ห้องสมุดไป่ตู้
分散 操作
50 60 70 80 90 2000
仪表的种类及用途
工业仪表虽然繁多，但都基于平衡原理，包括力平衡、力矩 平衡和电平衡等。仪表的感受部分-传感器将被测参数，经 变送器转换成容易放大的测量量（如电压量、电流量和机械 量），再经过放大。放大后的量值，一部分传入显示部件， 一部分经反馈部件与测量量进行比较，以达到平衡的目的。
仪表及自动化的发展： 工业自动化仪表是在工业生产过程中，对工艺参数进行检测、 显示、记录和控制的仪表，又称工业仪表或（工业）过程检测 控制仪表。 工艺生产过程的检测是了解和控制工业生产的基本手段，只有 在任何时侯都能准确地了解工艺过程的全貌，并进行控制，才 能保证生产过程顺利，并以高的生产率、小的消耗生产出合格 的产品。 工业仪表能在无人操作的情况下自动地完成测量、记录和控制 的工作。此外，利用工业仪表还可实现信息远距离传送和数据 处理。
早在1735年，就有人 尝试利用金属棒受热 膨胀的原理制造温度 计，到18世纪，出现 了双金属温度计。
1821年，德国的T.J.塞贝克发现热电效应。同年，英国的H.戴维发现金属 的电阻随温度变化而变化的规律。这以后分别出现了热电偶温度计和热电 阻温度计。
仪表的由来
压力
最早的压力测量： 1643 年，意大利人托里拆利首 先测定标准的大气压值为 760毫米汞柱，奠定了液 柱式压力测量仪表的基础。
流量测量仪表: 节流装置（差压式）： 孔板流量计、机翼流量计、V锥流量计文丘里流量计、喷嘴流 量计、楔形流量计、均速管流量计、弯管流量计、靶式流量计
涡街流量计
在流体中设置三角柱型旋涡发生体，则从旋涡发生体两侧 交替地产生有规则的旋涡，这种旋涡称为卡门旋涡，如右 图所示，旋涡列在旋涡发生体下游非对称地排列。
1847年，法国人波登制成波登管（弹簧管）压力表，由于结构简单、实用，很快在 工业中获得广泛应用，一直是常用的压力测量仪表。
压力变送器 半导体变送器的发展可以分为四个阶段 (1) 发明阶段(1945 - 1960 年) :这个阶段主 要是以1947 年双极性晶体管的发明为标志。此后, 半 导体材料的这一特性得到较广泛应用。史密斯(C.S. Smith) 与1945 发现了硅与锗的压阻效应[2 ] ,即 当有外力作用于半导体材料时,其电阻将明显发生变 化。依据此原理制成的压力变送器是把应变电阻片 粘 在金属薄膜上,即将力信号转化为电信号进行测量。 此阶段最小尺寸大约为1cm。
热电阻：金属物体的电阻基本是温度升高，电阻增大 的物理现象，利用铂、铜等线性度比较好的特征，制 作了各种型号的热电阻。 常用的热电阻：铂热电阻（分度号：Pt 100) 铜热电阻（分度号：Cu 50）
压力测量仪表:
现场压力测量指示： U形管压力计、膜盒压力计、弹簧管压力表、压力开关等 远传压力测量指示： 压力变送器、远传压力表、差压变送器等
1709年，德国的D.G.华伦海特于荷兰首次创立了温标。水的冰点作为32度、 汽点作为212度。也就是现在还在用的华氏温度计。1742年，瑞典的A.摄尔 西乌斯制成另一种水银温度计，水的冰点为100度、汽点为0度。到1745年， 瑞典的C.von.林奈将这两个固定点颠倒过来，这种温度计就是至今仍沿用 的摄氏温度计。
工业仪表最早出现在20世纪 30年代末，出现了气动仪表， 并使用了统一的压力信号， 遂有了带远程发送器的仪器。 它能在远距离外的二次仪表 上重现读数，从而能集中在 中心控制室进行检测、记录 和控制。
50年代又出现电动式的动圈 式毫伏计、电子电位差计电 气机械式调节器和整套的电 子管调节仪表。
20世纪60年代后半期，随着半导体和集成电路的进一步发展， 自动化仪表便向着小体积、高性能的方向迅速发展并实现了用 计算机作数据处理的各种自动化方案。20世纪70年代以来，仪 表和自动化技术又有了迅猛发展，新技术、新产品层出不穷， 多功能组装式仪表也投入运行，特别是微型计算机的发展在自 动化技术工具中发挥了巨大作用。
其它的流量测量装置
金属转子流量计、涡轮流量计、超声波流量计、质量流量计
金属转子流量计
超声波流量计原理
物位测量仪表:
物位测量仪表的种类很多，常用的 有直读式液位计、差压式物位仪表、 浮力式液位计、电容式物位仪表、 声波式物位仪表和核辐射物位仪表。
最常见的物位计（液位计）磁翻板液 位计、磁浮球液位计、压力（差压） 变送器、电容物位计、雷达物位计、 超声波物位计
原理：利用热胀冷缩的物理特性来进行测量，液体受热膨胀 （玻璃棒温度计），不同的金属的膨胀系数不一样产生形变 （双金属温度计）
双金属温度计的内部结构
一次测量元件：各种热电偶、各种热电阻。 热电偶：当两种不同的金属连接在一起，放置在有温 差的不同区域时，热端和冷端会产生微弱的电动势， 温差越大，电动势信号越强。 如：实验室用铂－铑铂（分度号S） 工业常用的镍铬－镍硅或镍铬－镍铝（分度号K）
机械测量仪表:
电磁测量、震动测量、转速测量、力矩测量、位置测量等等。
流程分析仪器:
水处理的在线分析仪器： 如：PH COD、SS、氨氮、溶氧等 测量
气体在线分析仪器： 如：氧含量、CO、CO2、H2等或有毒、可燃气体报警的测量 一般为探头直接测量和经过预处理进行测量两种方式。
大家今天主要认识了一些最基本的仪表，举一反 三，在平时的实践过程中发现的现象和工作原理 进行结合，才能理论联系实践。工作原理学习中 去找产生的现象，在工作中分析故障产生的原因。 兴趣是最好的老师，也祝各位同事在仪表的理论 学习和实践工作中找到乐趣，这样不但业务技能 提高了，相同的道理也可以反映到其它的工作中， 不断的提高自己。