仪表基础知识介绍
仪表基础知识
仪表基础知识一、仪表的分类检测与过程控制仪表最通用的分类，是按仪表在测量与控制系统中的作用进行划分，一般分为检测仪表、显示仪表、调节（控制）仪表和执行器四大类。
其中，检测仪表根据其被测变量不同，根据化工生产五大变量可分为温度检测仪表、流量检测仪表、压力检测仪表、物位检测仪表和成份分析仪表。
二、测量误差按误差数值表示的方法，误差可分为绝对误差、相对误差和引用误差。
1、绝对误差＝测量值－真值。
其中，真值一般无法得到，一般用约定真值（足够多次的测量值之平均值）或相对真值（更高等级标准器或仪表的测量示值）来代替。
2、相对误差＝（绝对误差/仪表示值）×100%。
3、引用误差＝（绝对误差/仪表量程）×100%，仪表量程＝上限刻度值－下限刻度值。
三、仪表功能字母代号（节选自HG/T 20505-2000）仪表位号由字母代号组合和回路编号两部分组成。
第一个字母表示被测变量，后继字母表示仪表的功能；回路编号可以按装置或工段（区域）进行编制，一般用三位至五位数字表示。
如EDIT-1230A，FCV-15106等。
四、压力概念大气压力，是大气自重所产生的压力，简称气压。
绝对压力，是以零作参考压力的差压。
表压力，简称表压，是以环境大气压力作参考压力的差压，习惯上也称之为压力。
真空度，是绝对压力低于大气压力的表压。
五、常用化工仪表计量单位1、流量（Flow）：kg/h，m3/h，Nm3/h等，M=Q×ρ2、物位（Level）：m，%等3、压力（Pressure）：，MPa，bar，PSI（G表压），kgf/cm2，atm，mmHg等4、温度（Temperature）：K，℃，F5、分析仪表（Analyse）：S/m（电导率，1/Ω·m），mV（ORP），NTU（浊度）、ppm，%等工作中应使用国家规定的法定计量单位（国际单位制基本单位SI及其辅助单位、导出单位），不应使用工程制单位和其它非法定计量单位。
仪表基础知识30915
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4.2.4投入式液位变送器 非密闭场合液体液位
质中，感受到被测温度，称为热电偶的工作端或热端，另一端
与导线连接，称为冷端或自由端（参比端）。它具有结构简单、
测量范围宽、使用方便、测温准确可靠等优点。
常用热电偶的产品：
名称
分度号 测量范围/℃
镍铬-镍硅
K
-200~1300
镍铬-考铜
E
-200~900
铜0-铂
S
0~1300
0- 无固定装置; 1- 可动外螺纹; 2 -可动 内螺纹; 3- 固定螺纹; 4 -固定法兰;
5- 卡套螺纹; 6 -卡套法兰 D F-防护型；O-电接点型；MO-大电流型 ；EX-防爆型；
2.2.2 电子电阻式温度计
优点：相比双金属温度计使用寿命更长，现场数字显示更 直观等。
2.2.3热电阻
4.2.2 单法兰液位变送器
一种直接安装在管道或容器上的现场变送器。 由于隔离膜片直接与液相介质相接触，因此可 以测量非密闭场合下
高温、高粘度、易结
晶、易沉淀和强腐蚀
性等介质的液位。
4.2.3双法兰液位变送器
适用于密闭场合下的下列工 况： 1、 被测介质对变送器 接头和敏感元件有腐蚀作用 时； 2、 需要将高温被测介 质与变送器隔离时；
热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特 点是测量精度高，性能稳定。其中铂热电阻的测量精度是最高 的，它广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。
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2.1雙金屬溫度計
雙金屬溫度計是一種測量中低溫 度的現場檢測儀錶。可以直接測 量 各 種 生 產 過 程 中 的 -80℃ ～ +500℃範圍內液體、蒸汽和氣 體介質溫度。 特點 ： 現場顯示溫度，直觀方便； 安全可靠，使用壽命長； 多種結構形式，可滿足不同要求 。
鎳鉻-考銅 鐵-康銅 銅-康銅 鎳鉻矽-鎳鉻 鎳鉻-鎳矽 鉑銠10-鉑 鉑銠13-鉑1 鉑銠30-鉑6
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測量範圍/℃
-200~900 -200~750 -200~350 -200~1300 -200~1300 0~1300 0~1300 0~1800
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E J T N K S R B
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溫度 按使用的測量範圍分：
常把測量600℃以上的測溫儀錶叫高溫計；測量600℃以下 的測溫儀錶叫溫度計；
按用途分：
標準儀錶和實用儀錶
按工作原理分：
分為膨脹式溫度計、壓力式溫度計、熱電偶溫度計、熱電 阻溫度計和輻射高溫計五類；
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雙金屬溫度計
雙金屬溫度計中的感溫元件是用兩片線膨脹係數不同的金 屬片疊焊在一起而製成的。雙金屬片受熱後，由於兩金屬 片的膨脹長度不同而產生彎曲，溫度越高產生的線膨脹長 度差就越大，因而引起彎曲的角度就越大。雙金屬溫度計 就是基於這一原理而製成的，它是用雙金屬片製成螺旋形 感溫元件，外加金屬保護套管，當溫度變化時，螺旋的自 由端便圍繞著中心軸旋轉，同時帶動指針在刻度盤上指示 出相應的溫度數值。
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2.1雙金屬溫度計的型號命名
仪表知识
自动控制系统一、基础知识1、控制系统的构成通常是指由一个被控对象、一个检测元件及传感器（或变送器）、一个调节器和执行器所构成，如下图所示：被控对象——自动控制系统中，工艺参数需要控制的生产过程、设备或机器等。
被控变量——被控对象内要求保持数值的工艺参数。
操纵变量——受控制器操纵的，用于克服干扰的影响，使被控变量保持设定值的物料量或能量。
干扰——除操纵变量外，作用于被控对象并引起被控变量变化的因素。
设定值——被控变量的预设值。
偏差——被控变量的设定值与实际值之差。
2、闭环自动控制与开环自动控制闭环自动控制是指控制器与被控对象之间既有顺向控制又有反向联系的自动控制。
如下图：压力测量仪表2011年课件（童选萍）一、压力测量与压力单位1、什么是压力，它的法定计量单位是什么？压力是垂直均匀地作用在单位面积上的力，它的法定计量单位是帕斯卡（简称帕），符号为Pa。
1Pa就是1牛顿（N）的力作用在1平方米（m2）面积上所产生的压力，即1Pa=1N/m2=1kg.ms-2/m2=1kg/m.s21MPa=1000kPa=106Pa2、为什么液柱高度也可以表示压力？因为压力是单位面积上所受的力，即P=F/S式中F—作用力，N；S—面积，m2。
又因为F=hsρg式中ρ——液体密度，kg/m3；h——液柱高度，m；g——重力加速度，m/s2；所以P= hsρg/s= hρg （N/ m2）由上可知，压力等于液柱高度、液体密度和重力加速度的乘积。
液体的密度ρ在一定的温度下是不变的，所以压力也可以用液柱高度来表示。
3、写出其它压力单位与法定单位Pa（帕斯卡）之间的换算关系。
1毫米水柱（mmH2O）=9.806375Pa≈9.81Pa1毫米汞柱（mmHg）=133.322Pa≈1.333×102Pa1工程大气压（kgf/cm2）=9.80665×104≈9.81×104Pa1物理大气压（atm）=101325Pa≈1.0133×105Pa1巴（bar）=1000mbar=105Pa4、什么是绝对压力、大气压力、表压及真空度？它们的相互关系是怎样的？绝对真空下的压力称为绝对零压，以绝对零压为基准来表示的压力叫绝对压力。
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仪表基础知识仪表基础知识⼀、DCS----分布式控制系统1、什么是DCS？DCS是分布式控制系统的英⽂缩写（Distributed Control System），在国内⾃控⾏业⼜称之为集散控制系统。
2、DCS有什么特点？DCS是计算机技术、控制技术和⽹络技术⾼度结合的产物。
DCS通常采⽤若⼲个控制器（过程站）对⼀个⽣产过程中的众多控制点进⾏控制，各控制器间通过⽹络连接并可进⾏数据交换。
操作采⽤计算机操作站，通过⽹络与控制器连接，收集⽣产数据，传达操作指令。
因此，DCS的主要特点归结为⼀句话就是：分散控制集中管理。
3、DCS的结构是怎样的？上图是⼀个较为全⾯的DCS系统结构图，从结构上划分，DCS包括过程级、操作级和管理级。
过程级主要由过程控制站、I/O 单元和现场仪表组成，是系统控制功能的主要实施部分。
操作级包括：操作员站和⼯程师站，完成系统的操作和组态。
管理级主要是指⼯⼚管理信息系统（MIS系统），作为DCS更⾼层次的应⽤，⽬前国内纸⾏业应⽤到这⼀层的系统较少。
4、DCS的控制程序是由谁执⾏的？DCS的控制决策是由过程控制站完成的，所以控制程序是由过程控制站执⾏的。
5、过程控制站的组成如何?DCS的过程控制站是⼀个完整的计算机系统，主要由电源、CPU（中央处理器）、⽹络接⼝和I/O组成6、什么是DCS的开放性？DCS的开放性是指DCS能通过不同的接⼝⽅便地与第三⽅系统或设备连接，并获取其信息的性能。
这种连接主要是通过⽹络实现的，采⽤通⽤的、开放的⽹络协议和标准的软件接⼝是DCS开放性的保障。
7、什么是系统冗余？在⼀些对系统可靠性要求很⾼的应⽤中，DCS的设计需要考虑热备份也就是系统冗余，这是指系统中⼀些关键模块或⽹络在设计上有⼀个或多个备份，当现在⼯作的部分出现问题时，系统可以通过特殊的软件或硬件⾃动切换到备份上，从⽽保证了系统不间断⼯作。
通常设计的冗余⽅式包括：CPU冗余、⽹络冗余、电源冗余。
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自动控制系统通则
• 2 自动控制系统的调试 • 控制系统调试过程中需断开控制回路中的一点，形成开环系统， 其方块图如下： • 2.1 将操作器切换到“手动”位置，全部仪表投入运行被测信号 准确无误。 • 2.2 手动操作维持工况正常 • 2.3 断开控制回路，比如断开执行器与调节机构的联系，[见上 图]使系统处于开环状态。 • 2.4 将操作器开关无扰动地切换到“自动”位置。 • 2.5 改变给定值或施加一些扰动信号[如动──动变送器内部杠杆 机构或瞬时断开调节器与执行器间的连接]。 • 2.6 检查系统各环节间信号传递的极性，检查记录、指示、报警 等仪表是否正常工作。如系统各环节工作正常，则闭合控制回路 进入下一步调节器参数整定。
仪表维护检修技术规程
• 维护检修人员应具备如下条件： • a.熟悉本规程及相应仪表的产品使用说明书或技术手 册等有关技术资料； • b.了解工艺流程及该仪表在其中的作用； • c.掌握电工技术基础、电子技术基础、化工测量仪表 及维修、化工仪表机械基础等有关方面的基础理论知 识； • d.掌握该仪表维护、检修、投运及常见故障处理的基 本技能； • e.掌握常用测试仪器和有关的标准仪器的使用方法。
仪表专业术语
• 25 气源管道 ：为气动仪表提供气源的管道。 • 26 仪表线路 ：仪表电线、电缆、补偿导线、光缆和 电缆槽、保护管等附件的总称。 • 27 电缆槽 ：敷设和保护电线电缆的槽形制成品，包 括槽体、盖板和各种组成件。 • 28 保护管 ：敷设和保护电线电缆的管子及其连接件。 • 29 回路 ：在控制系统中，一个或多个相关仪表与功 能的组合。 • 30 伴热 ：为使生产装置和仪表设备、管道中的物料 保持规定的温度，在设备、管道旁敷设加热源，进行 跟踪加热的措施。
仪表基础知识
相对误差=绝对误差/仪表示值×100%
2020/6/28
引用误差：它是绝对误差与被测量变量 的量程之比.
绝对误差
δ= -------------------------×100％ 量程上限一量程下限
仪表的精度等级是根据引用误差来划分的。
热电偶
• 普通型热电偶
• 铠装热电偶
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普通型热电偶基本结构图 铠装热电偶
冷端t0
B(t0)
毫伏表
加热端t
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A(t1)
热电偶的工作原理
温差电势
当我们把一根金属导线的一端加热，另一 端保持原来的状态，那么在导线的两端会出现 一个电动势。用电流表将导线两端连接起来， 就会产生电流，这一现象称为热电效应，产生 的电动势称为温差电动势。
反映物质内部热运动的状况，任何一种物 质都是由大量的分子组成的，这些分子总 是处于热运动的状态，分子热运动越快， 物质的温度越高，相反分子的热运动越慢， 物质的温度越低。
2020/6/28
温标 衡量物质温度的标尺，称为温标。 1.摄氏温标
单位用℃来表示。它把标准大气压下冰 的熔点定为0℃，把水的沸点作为100℃， 在0~100之间划分100等份，每一等分为1℃。
按照仪表的使用条件来分，误差可分为基本误差、 附加误差。
按照被测变量随时间变化的关系来分，误差可分 为静态误差、动态误差。
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测量误差
测量误差：按照误差数值的表示方法，误差可 分为绝对误差、相对误差、引用误差。
绝对误差是指仪表指示值x与被测量的真值x0之 间的差值，即 绝对误差=仪表指示值-真值。
仪表基础必学知识点
仪表基础必学知识点
1. 仪表的定义和分类：仪表是用来测量、检测和显示物理量的装置或
设备，根据其测量原理和功能可分为指示仪、记录仪、调节仪和控制
仪等。
2. 仪表的量程和量程范围：量程指的是仪表能够测量的最大和最小物
理量值，量程范围是指仪表能够保持正常测量精度的物理量范围。
3. 仪表的精度和分辨力：精度是指仪表测量结果与真实值之间的偏差
程度，分为绝对精度和相对精度；分辨力是指仪表能够区分出的最小
物理量变化。
4. 仪表的灵敏度和灵敏度范围：灵敏度是指仪表输出信号相对于输入
物理量变化的响应程度，灵敏度范围是指仪表能够保持正常测量精度
的物理量范围。
5. 仪表的零位和调零：零位是指仪表在无输入信号或初始状态下的输
出信号值，调零是指使仪表的零位与实际零位保持一致的操作。
6. 仪表的线性和非线性：线性是指仪表输出信号与输入物理量变化之
间呈现直线关系，非线性则相反。
7. 仪表的阻尼和过冲：阻尼是指仪表在测量中对信号的规律变化作出
的响应速度，过冲是指仪表在测量过程中信号瞬间超过真实值的现象。
8. 仪表的稳定性和可靠性：稳定性是指仪表在一段时间内输出信号的
波动程度，可靠性是指仪表在长期使用过程中的正常工作能力。
9. 仪表的安装和校验：仪表安装要符合一定的规范和标准，校验是指
通过特定方法检验仪表的准确性和可靠性。
10. 仪表的维护和保养：仪表在使用过程中需要进行定期维护和保养，例如清洁、校准、更换损坏部件等。
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1.双金属温度计
由于两种金属的热膨胀系数不同，双金属片在温度改变时，两面 的热胀冷缩程度不同，因此在不同的温度下，其弯曲程度发生改 变。利用这一原理，制成温度计叫双金属温度计。
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2、热电阻
热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精 度高，性能稳定。其中铂热是阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用 于工业测温，而且被制成标准的基准仪。
阀组类型的仪表有一个开关投用程序。
投用三阀组：开正压阀，再关平衡阀，再开 负压阀； 关闭三阀组：关负压阀，打开平衡阀，关正 压阀。
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压力仪表—压力开关
压力开关 1、压力开关是一种简单的（压力控制装置），当 被测压力达到额定值时，压力开关可发出（警报或 控制）信号。 2、压力开关的工作原理是：当被测 压力超过额定值时，弹性元件的自由端（产生位 移），直接或经过比较后推动（开关元件），改变 （开关元件）的通断状态，达到控制被测压力的目 的。 3.压力开关采用的弹性元件有（单圈弹簧 管）、（膜片）、（膜盒）及（波纹管）等。 开
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涡街流量计
涡街流量计 在流体中安放一个非流线型旋涡发生体，使 流体在发生体两侧交替地分离，释放出两串 规则地交错排列的旋涡，且在一定范围内旋 涡分离频率与流量成正比的流量计。
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超声波流量计
超声波流量计依据测量原理 常见的有两类： 时间差计量（传播速度差法） 多普勒原理计量
检测元件保护套材质不应低于设备或管道材质 。如定型产品保护套太薄或不耐腐蚀（如铠装 热电偶），应另加保护套管。
安装在易燃易爆场所的就地带电接点的温度仪 表，应选用防爆型。
自动化仪表选型的一般原则
经济性和统一性
在满足工艺和自控的要求前提下，进行必要 的经济核算，取得适宜的性能／价格比。
为便于仪表的维修和管理，在选型时也要注 意到仪表的统一性。
仪表的使用和供应情况
选用的仪表应是较为成熟的产品，经现场使 用证明性能可靠的。货源供应充沛。
温度仪表的选型
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根据法拉第电磁感应原理，块状金属导体置于变化的磁场中或 在磁场中作切割磁力线运动时，导体内将产生呈涡旋状的感应 电流，此电流叫电涡流，以上现象称为电涡流效应。而根据电 涡流效应制成的传感器称为电涡流式传感器。
当被测金属与探头之间的距离发生变化时，探头中线圈的阻值 也发生变化，阻值的变化引起振荡电压幅度的变化，而这个随 距离变化的振荡电压经过检波、滤波、线性补偿、放大归一处 理转化成电压（电流）变化，最终完成机械位移(间隙)转换成电 压（电流）。由上所述，电涡流传感器工作系统中被测体可看 作传感器系统的一半，即一个电涡流位移传感器的性能与被测 体有关。
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调节阀
按执行机构划分 ： 气动执行机构 电动执行机构 液动执行机构 .
气动薄膜执行机构 气动活塞执行机构
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调节阀阀体的结构
调节阀阀体的构成
调节阀阀体一般情 况下介质流动 方向是下进上出。
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常用的阀体种类有直通单座、 直通双座、角形、隔膜、小 流量、三通、偏心旋转、蝶 形、套筒式、球形等
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故障开故障关FO/FC
知道了调节阀的气开与气关，那么故障开与 故障关就迎刃而解。 当调节阀失气后阀位处在开位置就为气开阀， 当调节阀失气后阀位 处在关位就为气关阀
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开关阀
开关阀的种类很多，按阀体分最常见的有蝶阀、球阀 按执行机构分：气动、电动汽缸阀 球阀 弹簧复位气缸球阀 双作用气缸球阀 蝶阀 普通蝶阀 偏心蝶阀
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常规仪表的分类
1、压力仪表（重点、基础）
2、温度仪表（重点、基础） 3、流量仪表（重点、基础）
4、物位仪表
5、称量仪表（本次培训未作介绍） 6、特殊仪表（速度、振动、位移等）
7、分析仪表（本次培训简单介绍）
8、气动阀门（调节阀、切断阀）
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一、压力仪表
现场压力表 电接点压力表 压力变送器/差压变送器 压力开关
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检测系统（自动化控制）
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自动化仪表选型的一般原则
工艺过程的条件
工艺过程的温度、压力、流量、粘度、腐 蚀性、毒性、脉动等因素是决定仪表选型的 主要条件，它关系到仪表选用的合理性、仪 表的使用寿命及车间的防火、防爆、保安等 问题。
操作上的重要性
各检测点的参数在操作上的重要性是仪表的指 示、记录、积算、报警、控制、遥控等功能选定依 据。
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（2）质量流量计
流体在旋转的管内流动时会对管壁产生一个 力， 它是科里奥利在1832年研究水轮机时发现的， 简称科氏力。
质量流量计以科氏力为基础，在传感器内部 有两根平行的T型振管，中部装有驱动线圈，两端 装有拾振线圈，变送器提供的激励电压加到驱动线 圈上时，振动管作往复周在振管周期振动，工业过 程的流体介质流经传感器的振动管，就会上产生科 氏力效应，使两根振管扭转振动，安装在振管两端 的拾振线圈将产生相位不同的两组信号，这两个信 号差与流经传感器的流体质量流量成比例关系。计 算机解算出流经振管的质量流量。不同的介质流经 传感器时，振管的主振频率不同，据此解算出介质 密度。安装在传感器器振管上的铂电阻可间接测量 介质的温度。
关元件有（磁性开关）、（水银开关）、（微动开 关）等。 4.压力开关的开关形式有（常开式）和 （常闭式）两种。 5、压力开关的调节方式有（两 位式）和（三位式）两种。 6.压力开关的参数可 调，依实际使用压力范围调节
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二、温度仪表
1.双金属温度计 2.热电阻 3.热电偶 4.温度变送器 5.温度开关 6.非接触式温度计
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3.流量仪表
（1）涡轮流量计 （2）孔板流量计（含一体化孔板流 量计）
（3）质量流量计 （4）转子流量计 （5）涡街流量计 （6）超声波流量计 （7）电磁流量计
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（1）流量计
涡轮流量计： 当被测流体流过涡轮流量计传感器时，在流
体作用下，叶轮受力旋转，其转速与管道平均流 速成正比，叶轮的转动周期地改变磁电转换器的 磁阻值。检测线圈中磁通随之发生周期性变化， 产生周期性的感应电势，即电脉冲信号，经放大 器放大后，送至显示仪表显示。
仪器仪表 原理及参数
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仪表基本知识
一、仪表的常用信号简介 二、仪表的分类 三、仪表的工作原理
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常用仪表的信号
仪表常用的电信号包括： 4—20mADC信号 1—5VDC信号（在我们高炉区域未用） 脉冲信号（称重信号传输、三期风口流量 计信号传输等） RTD（热电阻）PT100信号 mV信号(热电偶)
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压力仪表
压力变送器 最常见的分为电容式压力变送器和单晶 硅压力变送器。其它还有扩撒硅压力变送器。 目前主流压力变送器主流几乎都采用了智能协议。
电容式压力变送器：采用结构简单、坚固耐用且极 稳定的可变电容形式，可变电容由压力腔上的膜片 和固定在其上的绝缘电极所组成，当感受到压力变 化时，膜片要产生微微的翘曲变形，从而改变了两 极的间距，采用独特的检测电路测电容的微小变化， 并进行线性处理和温度补偿。传感器输出与被测压 力成正比的直流电压或电流信号。精巧的结构、高 性能的材料及先进的检测电路的完美结合，赋予了 电容式 压力变送器以很高的性能。
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压力仪表
现场压力表，从表盘直径看最常见的有60mm,100mm,150mm 三 种规格。从接口看最常见的有M20X1.5, 1/2NPT, 法兰连接（有 法兰尺寸和耐压等级要求）
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压力仪表
电接点压力表 一般有双节点 作为报警、或 启泵的条件。
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调节阀
根据国际电工委员会（IEC）对调 节阀的定义（control valve，又 名控制阀）。调节阀由执行机构 和阀体部件两部分组成。
其中执行机构是调节阀的推动装 置，它按信号 压力的大小产生相 应的推力。是推杆产生相应的位 移。
阀体是调节阀的调节部分，它 直接与介质接触，由于调节阀的 阀芯作用，改变调节阀的节流面 积，达到调节目的。
单晶硅谐振式压力变送器 1、精度高 2、稳定性好 3、静压特性好 4、具有良好的单向受压特性 5、具有较宽的测量范围 6、方便的组态能力和自诊断功能
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量节流元件配套使用测量流量仪表。 该类型仪表往往与三阀组或者五阀组配
套使用。 目前国内应用三阀组较为普遍。对于三
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可燃气体检测器，是可燃气体检测仪是 对单一或多种可燃气体浓度响应的探测 器。可燃气体检测仪有催化型、红外光 学型两种类型。
催化型可燃气体检测器是利用难熔金属 铂丝加热后的电阻变化来测定可燃气体 浓度。当可燃气体进入探测器时，在铂 丝表面引起氧化反应（无焰燃烧），其 产生的热量使铂丝的温度升高，而铂丝 的电阻率便发生变化。
一般原则 就地温度仪表的选型 集中温度仪表的选型 温度仪表附属设备的选型
一般原则
温度仪表的标度（刻度）单位，统一采用摄氏 温度（℃）。
检测元件插入长度的选择应以检测元件插至被 测介质温度变化灵敏具有代表性的位置为原则 。但在一般情况下，为了便于互换，往往整个 装置统一选择一至二挡长度。