热控仪表知识培训基础知识

热控仪表知识培训

周亚明

第一讲基础知识

第一章、测量

1.仪表主要由传感器、变换器、显示装置、传输通道四部分，其中传感器是仪表的关键环节。

2.测量过程有三要素：一是测量单位、二是测量方法、三是测量工具。

3.按参数种类不同，热工仪表可为温度、压力、流量、料位、成分分析及机械量等仪表。

4.根据分类的依据不同，测量方法有直接测量与间接测量、接触测量与非接触测量、静态测量与动态测量。

*.什么叫绝对误差，相对误差？

绝对误差是指示值与实际值的代数差，即

绝对误差=测量值—真值

相对误差是绝对误差与实际值之比的百分数

相对误差=p×100%

第二章、检测

第一节、温度检测：

1.温度：

温度（temperature）是表示物体冷热程度的物理量，微观上来讲是物体分子热运动的剧烈程度。温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量，而用来量度物体温度数值的标尺叫温标。它规定了温度的读数起点（零点）和测量温度的基本单位。目前国际上用得较多的温标有华氏温标（°F）、摄氏温标（°C）、热力学温标(K)和国际实用温标。从分子运动论观点看，温度是物体分子平均平动动能的标志。温度是大量分子热运动的集体表现，含有统计意义。对于个别分子来说，温度是没有意义的。

温度测量：分为接触式和非接触式两类。

接触式测温法

接触式测温法的特点是测温元件直接与被测对象接触，两者之间进行充分的热交换，最后达到热平衡，这时感温元件的某一物理参数的量值就代表了被测对象的温度值。这种方法优点是直观可靠，缺点是感温元件影响被测温度场的分布，接触不良等都会带来测量误差，另外温度太高和腐蚀性介质对感温元件的性能和寿命会产生不利影响。

接触式仪表主要有：膨胀式温度计、压力式温度计、热电偶、热电阻及半导体二极管温度计。

非接触式测温法

非接触式测温法的特点是感温元件不与被测对象相接触，而是通过辐射进行热交换，故

可以避免接触式测温法的缺点，具有较高的测温上限。此外，非接触式测温法热惯性小，可达1/1000S，故便于测量运动物体的温度和快速变化的温度。由于受物体的发射率、被测对象到仪表之间的距离以及烟尘、水汽等其他的介质的影响，这种方法一般测温误差较大。

非接触式仪表主要有：红外测温仪等

2.热电阻:

原理：

热电阻是利用导体和半导体的电阻值随温度变化而变化的特性来测量温度的一种感温元件。它能将温度信号转变为电阻信号，再由显示设备检测显示出温度值。（热电阻）信号单位（Ω）

普通热电阻组成：

由热电阻体、绝缘套管、保护套管及接线盒组成。采用三线制的目的是减少引线电阻变化引起的附加误差。

常用的热电阻：铜电阻，分度号为Cu50，0℃时的电阻值为50Ω（欧姆）。

铂电阻，分度号为Pt100，0℃时的电阻值为100Ω（欧姆）。

3.热电偶：

原理：

热电偶是用两种不同成分的导体把一端焊接在一起，两端温度不同时，在另一端回路中就会有热电势产生。因而热电偶是通过测量热电势从而测量温度的一种感温元件，它能将温度信号转变为电信号，再由显示设备检测显示出温度值。（热电偶）信号单位（mv）

普通热电偶组成：

热电偶由热电极、绝缘套管、保护套管和接线盒等几部分组成。

中文名称：补偿导线

英文名称：compensating wire

定义：在包括常温在内的适当温度范围内的热电特性与所配合使用的热电偶的热电特性相同的一对绝缘导线

补偿导线是在一定温度范围内（包括常温0）具有与所匹配热电偶热电动势相同标称值的一对带有绝缘层的到导线，用他们连接热电偶与测量装置，以补偿它们与热电偶连接处的温度变化所产生的误差。

4.双金属温度计：

它有两片膨胀系数不同的金属牢固地粘合在一起，其一端固定，另一端通过传动机构和指针相连。当温度变化时，由于膨胀系数不同，双金属片产生角位移，带动指针指示相应温度，这便是双金属温度计的工作原理。

5.膨胀式温度计：

双金属温度计、水银、酒精、气体温度计

6.温度开关：

检测温度，设定值开关量输出。开关形式有常开式和常闭式

热电偶测温为什么要进行冷端补偿？

热电偶热电势的大小与其两端的温度有关，其温度-热电势关系曲线是在冷端温度为0。C时分度的，在实际应用中，由于热电偶冷端暴露在空间受到周围环境温度的影响，所以冷端温度不可能保持在0。C不变，也不可能固定在某个温度不变，而热电势既决定于热端温度，

也决定于冷端温度，所以如果冷端温度自由变化，必然会引起测量误差，为了消除这种误差，必然进行冷端补偿。

第二节、压力检测：

1.压力：

垂直作用于流体或固体界面单位面积上的力。物理学上称之为“压强”。

1兆帕(MPa)= 1000千帕(kPa)；1千帕(kPa)=1000(Pa)；1兆帕(MPa)=cm2（近似10kg/cm2）；兆帕(MPa)=cm2（近似1kg/cm2）；

压力测量：压力表、压力变送器（压阻、陶瓷、扩散硅、压电压力变送器，是指压力变送器的压力感应传感元件而言的）。

压力表原理：

压力表的工作原理通过表内的敏感元件(波登管、膜盒、波纹管)的弹性形变，再由表内机芯的转换机构将压力形变传导至指针，引起指针转动来显示压力。弹簧管(波登管)分为型管、盘簧管、螺旋管等型式，一般采用冷作硬化型材料坯管，在退火态具有很高的塑性，经压力加工冷作硬化及定性处理后获得很高的弹性和强度。弹簧管在内腔压力作用下，利用其所具有的弹性特性，可以方便地将压力转变为弹簧管自由端的弹性位移。弹簧管的测量范围一般在膜片敏感元件是带有波浪的圆形膜片，膜片本身位于两个法兰之间，或焊接在法兰盘上或其边缘夹在两个法兰盘之间。膜片一侧受到测量介质的压力，这样膜片所产生的微小弯曲变形可用来间接测量介质的压力，压力的大小由指针显示。膜片与波登管相比其传递力较大，由于膜片本身周围边缘固定，所以其防振性较好。膜片压力表可达到很高的过压保护(比如膜片贴附在上法兰盘上)，膜片还可以加上保护镀层以提高防腐性，利用开口法兰、冲洗、开口等措施可用膜片压力表测量粘度很大、不清洁的及结晶的介质，膜片压力表的压力测量范围在1600Pa ~ MPa。

2、压力表原理及构造：

1.原理：

压力经过导压系统，表内的敏感弹性元件（波登管、膜片、膜盒等）随着压力的变化而产生弹性形变，从而将压力转变为弹性元件自由端的弹性位移，经有连杆机构放大，再由表内机芯齿轮机构将位移转换成旋转运动，通过指针转动来显示压力。

2构造：

压力表由导压系统(包括接头、弹簧管、限流螺钉等)、齿轮传动机构、示数装置(指针与度盘)和外壳(包括表壳、表盖、表玻璃等)所组成。

2．1 接头：用来与设备连接，常用螺纹有M14*;M20*;G1/4;G1/2.材质有黄铜和不锈钢. 2．2 衬圈：用于玻璃和表壳间的密封。

2．3 度盘：又叫表盘，刻度盘的指示范围一般为270度。表盘的标度、标度分划及最小分格值应符合JB/T5528的规定。

2．4 指针：除标准指针外，指针也可选调零指针。

2．5 弹性元件（弹簧管、膜片、膜盒等）：

弹簧管（波登管）分为C型管、盘簧管、螺旋管等型式。一般采用冷作硬化型材料坯管，在退火态具有很高的塑性，经压力加工冷作硬化及定性处理后获得很高的弹性和强度。弹簧管在内腔压力作用下，利用其所具有的弹性特性，可以方便地将压力转变为弹簧管自由端的弹性位移，经机芯齿轮机构将位移转换成旋转运动，通过指针转动来显示压力。常

用材料有锡磷青铜和不锈钢。

膜片敏感元件是带有波浪的圆形金属片，膜片本身位于两个法兰之间，或焊接在法兰盘上或其边缘夹在两个法兰盘之间。膜片一侧受到被测介质的压力后产生微小变形，经机芯齿轮机构将位移转换成旋转运动，通过指针转动来显示压力。

膜盒敏感元件由两块焊在一起的呈圆形波浪截面的膜片组成。测量介质的压力作用在膜盒腔内侧，由此所产生的变形经机芯齿轮机构将位移转换成旋转运动，通过指针转动来显示压力。压力的大小由指针显示。

2．6 传动机构（机芯）：机芯的作用是将弹性元件产生的线性位移转为旋转运动，并放大线性位移。

2．7 连杆：连接弹性元件和机芯，组成连杆机构。

2．8 表壳：常用表壳直径有（mm）40 ,50,60,75，100,150,200,250；常用材质有：碳钢，铝合金，不锈钢。

表壳体上一般要有溢流孔，弹性元件万一爆裂的时候，内部压力将通过溢流孔向外界释放，同时溢流孔的朝向要对着无人的方向，以防伤人。

3、压力变送器：

压力变送器的作用是把压力信号转换成电信号，用于模拟量采集，进行显示和调节。

1、压阻压力变送器

在了解式压力变送器时，我们首先认识一下电阻应变片这种元件。电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。它是压阻式应变变送器的主要组成部分之一。电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。

2、陶瓷压力变送器

原理：抗腐蚀的压力变送器没有液体的传递，压力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片产生微小的形变，厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面，连接成一个惠斯通电桥（闭桥），由于压敏电阻的压阻效应，使电桥产生一个与压力成正比的高度线性、与激励电压也成正比的电压信号，标准的信号根据压力量程的不同标定为/ / mV/V等，可以和应变式传感器相兼容。通过激光标定，传感器具有很高的温度稳定性和时间稳定性，传感器自带温度补偿0～70℃，并可以和绝大多数介质直接接触。

陶瓷是一种公认的高弹性、抗腐蚀、抗磨损、抗冲击和振动的材料。陶瓷的热稳定特性及它的厚膜电阻可以使它的工作温度范围高达-40～135℃，而且具有测量的高精度、高稳定性。电气绝缘程度>2kV，输出信号强，长期稳定性好。高特性，低价格的陶瓷传感器将是压力变送器的发展方向。

3、扩散硅压力变送器

被测介质的压力直接作用于传感器的膜片上（不锈钢或陶瓷），使膜片产生与介质压力成正比的微位移，使传感器的电阻值发生变化，和用电子线路检测这一变化，并转换输出一个对应于这一压力的标准测量信号。

4、压电压力变送器传感器

压电传感器中主要使用的压电材料包括有石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。其中石英（二氧化硅）是一种天然晶体，压电效应就是在这种晶体中发现的，在一定的温度范围之内，压电性质一直存在，但温度超过这个范围之后，压电性质完全消失（这个高温就是所谓的“居里点”）。由于随着应力的变化电场变化微小（也就说压电系数比较低），所以石英逐渐被其他的压电晶体所替代。而酒石酸钾钠具有很大的压电灵敏度和压电系数，但是它只能在室温和湿度比较低的环境下才能够应用。磷酸二氢胺属于人造晶体，能够承受高温和相当高的湿度，所以已经得到了广泛的应用。现在压电效应也应用在多晶体上，比如现在的压电陶瓷，包括钛酸钡压电陶瓷、PZT、铌酸盐系压电陶瓷、铌镁酸铅压电陶瓷等等。

更深入了解变送器：

1 应变片压力变送器原理与应用

如电阻应变片压力变送器、半导体应变片压力变送器、压阻式压力变送器、电感式压力变送器、电容式压力变送器、谐振式压力变送器及电容式加速度传感器等。但应用最为广泛的压阻式压力变送器，力学传感器的种类繁多。具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。下面我主要介绍这类传感器。

首先认识一下电阻应变片这种元件。电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。压阻式应变变送器的主要组成局部之一。电阻应变片应用最多的金属电阻应变片和半导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在发生力学应变基体上，解压阻式压力变送器时。当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路(通常是A/D 转换和CPU 显示或执行机构。

金属电阻应变片的内部结构

由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘维护片和引出线等部分组成。根据不同的用途，电阻应变片的结构示意图。电阻应变片的阻值可以由设计者设计，但电阻的取值范围应注意：阻值太小，所需的驱动电流太大，同时应变片的发热致使自身的温度过高，不同的环境中使用，使应变片的阻值变化太大，输出零点漂移明显，调零电路过于复杂。而电阻太大，阻抗太高，抗外界的电磁干扰能力较差。一般均为几十欧至几十千欧左右。

电阻应变片的工作原理

俗称为电阻应变效应。金属导体的电阻值可用下式表示：金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体资料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象。

式中：ρ—金属导体的电阻率( Ω?cm2/m

S 导体的截面积( cm2

L 导体的长度( m

当金属丝受外力作用时，以金属丝应变电阻为例。其长度和截面积都会发生变化，从上式中可很容易看出，其电阻值即会发生改变，假如金属丝受外力作用而伸长时，其长度增加，而截面积减少，电阻值便会增大。当金属丝受外力作用而压缩时，长度减小而截面增加，电阻值则会减小。只要测出加在电阻的变化(通常是丈量电阻两端的电压)即可获得应变金属丝的应变情

2 陶瓷压力变送器原理及应用

压力直接作用在陶瓷膜片的前表面，抗腐蚀的压力变送器没有液体的传送。使膜片产生微小的形变，厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的反面，连接成一个惠斯通电桥(闭桥)由于压敏电阻的压阻效应，使电桥产生一个与压力成正比的高度线性、与激励电压也成正比的电压信号，规范的信号根据压力量程的不同标定为/ / mV/V等，可以和应变式传感器相兼容。通过激光标定，传感器具有很高的温度稳定性和时间稳定性，传感器自带温度补偿0 70 ℃，并可以和绝大多数介质直接接触。

而且具有丈量的高精度、高稳定性。电气绝缘水平>2kV输出信号强，陶瓷是一种公认的高弹性、抗腐蚀、抗磨损、抗冲击和振动的资料。陶瓷的热稳定特性及它厚膜电阻可以使它工作温度范围高达-40135 ℃。临时稳定性好。高特性，低价格的陶瓷传感器将是压力变送器的发展方向，欧美国家有全面替代其它类型传感器的趋势，中国也越来越多的用户使用陶瓷传感器替代扩散硅压力变送器。

3 扩散硅压力变送器原理及应用

工作原理

使传感器的电阻值发生变化，被测介质的压力直接作用于传感器的膜片上(不锈钢或陶瓷)使膜片产生与介质压力成正比的微位移。和用电子线路检测这一变化，并转换输出一个对应于这一压力的规范丈量信号。

4 蓝宝石压力变送器原理与应用

采用硅-蓝宝石作为半导体敏感元件，利用应变电阻式工作原理。具有无与伦比的计量特性。

不会发生滞后、疲劳和蠕变现象;蓝宝石比硅要坚固，蓝宝石系由单晶体绝缘体元素组成。硬度更高，不怕形变;蓝宝石有着非常好的弹性和绝缘特性(1000 OC 以内)因此，利用硅-蓝宝石制造的半导体敏感元件，对温度变化不敏感，即使在高温条件下，也有着很好的工作特性;蓝宝石的抗辐射特性极强;另外，硅-蓝宝石半导体敏感元件，无p-n 漂移，因此，从根本上简化了制造工艺，提高了重复性，确保了高成品率。

可在最恶劣的工作条件下正常工作，用硅-蓝宝石半导体敏感元件制造的压力传感器和变送器。并且可靠性高、精度好、温度误差极小、性价比高。

被焊接在钛合金测量膜片上。被测压力传送到接收膜片上(接收膜片与丈量膜片之间用拉杆坚固的连接在一起)压力的作用下，表压压力传感器和压力变送器由双膜片构成：钛合金丈量膜片和钛合金接收膜片。印刷有异质外延性应变灵敏电桥电路的蓝宝石薄片。钛合金接收膜片产生形变，该形变被硅-蓝宝石敏感元件感知后，其电桥输出会发生变化，变化的幅度与被测压力成正比。

并将应变电桥的失衡信号转换为统一的电信号输出( 0-5 4-20mA 或0-5V绝压压力传感器和压力变送器中，传感器的电路能够保证应变电桥电路的供电。蓝宝石薄片，与陶瓷基极玻璃焊料连接在一起，起到弹性元件的作用，将被测压力转换为应变片形变，从而达到压力丈量的目的

5 压电压力传感器原理与应用

压电效应就是这种晶体中发现的一定的温度范围之内，压电传感器中主要使用的压电材料包括有石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。其中石英(二氧化硅)一种天然晶体。压电性质一直存在但温度超过这个范围之后，压电性质完全消失(这个高温就是所谓的居里点”由于随着应力的变化电场变化微小(也就说压电系数比较低)所以石英逐渐被其他压电晶体所替代。而酒石酸钾钠具有很大的压电灵敏度和压电系数，但是只能在室温和湿度比较低的环境下才能够应用。磷酸二氢胺属于人造晶体，能够接受高温和相当高的湿度，所以已经得到广泛的应用。

比如现在压电陶瓷，现在压电效应也应用在多晶体上。包括钛酸钡压电陶瓷、PZT 铌酸盐系压电陶瓷、铌镁酸铅压电陶瓷等等。

压电传感器不能用于静态测量，压电效应是压电传感器的主要工作原理。因为经过外力作用后的电荷，只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保管。实际的情况不是这样的所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。

特别是航空和宇航领域中更有它特殊地位。压电式传感器也可以用来丈量发动机内部燃烧压力的丈量与真空度的丈量。也可以用于军事工业，压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的丈量中。压电式加速度传感器是一种常用的加速度计。具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点。压电式加速度传感器在飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑的振动和冲击测量中已经得到广泛的应用。例如用它来测量枪炮子弹在膛中击发的一瞬间的膛压的变化和炮口的冲击波压力。既可以用来测量大的压力，也可以用来测量微小的压力。

*什么叫绝对压力、大气压力、表压及真空度？它们的相互关系是怎样的？

绝对压力是指被测介质作用在容器单位面积上的全部压力；地面空气柱所产生的平均压力为大气压力；绝对压力与大气压力之差称为表压力；如果被测流体的绝对压力低于大气压，则压力表所测得的压力为负压，其值称为真空度。

4、压力开关？它的工作原理

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。

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。

开关形式有常开式和常闭式。

调节方式有两位式和三位式。

第三节、物位检测：

1.物位：

物位测量仪表是测量液态和粉粒状材料的液面和装载高度的工业自动化仪表。测量块状、颗粒状和粉料等固体物料堆积高度，或表面位置的仪表称为料位计；测量罐、塔和槽等容器内液体高度，或液面位置的仪表称为液位计，又称液面计；测量容器中两种互不溶解液体或固体与液体相界面位置的仪表称为相界面计。

物位测量通常指对工业生产过程中封闭式或敞开容器中物料（固体或液位）的高度进行检测；如果是对物料高度进行连续的检测，称为连续测量。如果只对物料高度是否到达某一位置进行检测称为限位测量。完成这种测量任务的仪表叫做物位计。物位测量仪表用来监测液体或固体料位，包括浆料和颗粒状固体。

物位检测：包括料位检测和液位检测

3D物位扫描仪雷达料位计超声波料位计电容料位计射频导纳料位计重锤料位计激光料位计音叉料位计阻旋料位计阻摆料位计超声波液位计雷达物位计脉冲雷达调频雷达导波雷达电动浮筒电容液位计射频导纳磁浮子液位计磁翻板液位计阻旋料位计阻摆料位计重锤料位计浮球开关玻璃管液位计玻璃板液位计双色水位计浮标液位计钢带液位计音叉物位计电动浮球液位变送器显示调节仪二次数显仪表光电料位计仪表壳体变送器壳体仪表显示面板远传变送器迷你浮球开关高温高压液位计防腐液位计液位传感器料位仪物位仪液位仪液位变送器内浮式外贴式投入式静压式液位计电缆浮球电接点液位计电接触智能液位计界面仪磁致伸缩液位计液位监控仪光导式液位计核料位计等，

2、常用的液位检测仪表：

液位仪表：

1、玻璃管液位计：

玻璃管水位计原理：

是根据连通器原理设计的。

连通器里如果只有一种液体，在液体不流动的情况下，各容器中的液面总保持相平。简介

【定义】上端开口不连通，下部连通的容器叫做连通器。

U形管是一个连通器

【性质】连通器里的同一种液体不流动时，各容器中直接与大气接触的液面总是保持同一高度。

【原理】连通器的原理可用液体压强来解释。若在U形玻璃管中装有同一种液体，在连通器的底部正中设想有一个小液片AB。假如液体是静止不流动的。左管中之液体对液片AB向右侧的，一定等于右管中之液体对液片AB向左侧的压强。因为连通器内装的是同一种液体，左右两个液柱的相同，根据液体压强的公式p=ρgh可知，只有当两边液柱的高度相等时，两边液柱对液片AB的压强才能相等。所以，在液体不流动的情况下，连通器各容器中的液面应保持相平。（）

连通器，是液面以下相互连通的两个或几个容器。盛有相同液体、液面上压力相等的连通器，其液面高度相等。

（1）连通器盛有相同液体，但液面上不等，则液面的压力差等于连通器两容器液面高差所产生的压差。

（2）连通器液面上压力相等，但两侧有互不相混的不同液体，自分界面起两液面之高度与液体密度成反比。

连通器原理在工程上有着广泛的应用。如各种液面计（水位计、油位计等），水银真空计，液柱式风压表，差压计等，都是应用连通器原理制成的。

特点

连通器的特点是只有容器内装有同一种液体时各个容器中的液面才是相平的。如果容器倾斜，则各容器中的液体即将开始流动，由液柱高的一端向液柱低的一端流动，直到各容器中的液面相平时，即停止流动而静止。如用橡皮管将两根玻璃管连通起来，容器内装同一种液体，将其中一根管固定，使另一根管升高、降低或倾斜，可看到两根管里的液面在静止时总保持相平。

连通器盛有相同液体，但液面上压力不等，则液面的压力差等于连通器两容器液面高差所产生的压差。

应用

常见的连通器

连通器在生产实践中有着广泛的应用，例如，水渠的、牲畜的自动饮水器、，以及日常生活中所用的茶壶、洒水壶等都是连通器。世界上最大的人造连通器是三峡船闸和自来水水塔。

所谓连通器，是液面以下相互连通的两个或几个容器。盛有相同液体、液面上压力相等的连通器，其液面高度相等。

（1）连通器盛有相同液体，但液面上压力不等，则液面的压力差等于连通器两容器液面高差所产生的压差。

（2）连通器液面上压力相等，但两侧有互不相混的不同液体，自分界面起两液面之高度与液体密度成反比。

连通器原理在工程上有着广泛的应用。如各种液面计（水位计、油位计等），水银真空计，液柱式风压表，差压计等，都是应用连通器原理制成的。

玻璃管水位计结构原理：

仪表在上下阀上都装有M27×或ZG3/4"的螺纹接头，通过法兰与容器连接构成连通器，透过玻璃管液位计(直接读得容器内液位的高度。

仪表在上下阀内都装有钢球，当玻璃板因意外事故破坏时，钢球在容器内压力作用下阻塞通道，这样容器便自动密封，可以防止容器内的液体继续外流。

在仪表的阀端有阻塞孔螺钉，可供取样时用，或在检修时，放出仪表中的剩余液体时用。

2、磁性翻板浮子液位计：

液位计根据浮力原理和磁性耦合作用研制而成。当被测容器中的液位升降时，液位计主导管中的浮子随之升降，浮子内的永久磁钢通过磁耦合传递到现场指示器，驱动红、白翻柱翻转1800,当液位上升时，翻柱由白色转为红色、当液位下降时，翻柱由红色转为白色，指示器的红、白界位处为容器内介质液位的实际高度，从面实现液位的指示。

3、远传磁性翻板浮子液位计：

在磁翻板液位计本体管上加装磁性开关或远传变送器，就可以输出开关信号或模拟量信号。

4、双色水位计：

双色水位计的工作原理：由灯泡发出的光，通过红绿滤色片，再通过聚光境射向水位计本体，在水位计本体内，汽相部分红光射向正前方，而绿光斜射到壁上被吸收；而在本体内液相部分，由于水的折射使绿光射向正前方，而红光斜射到壁上被吸收，结果在正前方观察即显示出汽红水绿的现象。) 双色水位计上下阀门均设有防止玻璃管爆炸时汽水喷出伤人的钢球保险子,阀门必须全开,否则保险子不起作用?。

分出来后是气红水绿,在启炉投运时都须要暧管的,跟距压力和温度的不同来决定暧管的时间。

石英管式双色水位计结构原理：双色水位表由上阀、下阀、表体、排污阀、平衡管及灯罩等组成。

上阀和下阀除手动全开与全闭外，由于阀体的内部各有保险阀座与保险钢珠一枚，当石英管意外损坏时，保险钢珠在高压的汽水冲击下，高速顶向保险阀座，自动关闭表体的上下通道，直至手动关闭上、下阀为止。保险钢珠的复位，是通过平衡等取得压力平衡，造保险钢珠的自重而取得的，因此，不会出现假水位等不良现象。同时，这种水位表除备有专门防护罩外，水位表表体本身就是一个极好的防护罩，故十分安全可靠。

5、电接点液位计:

利用炉水和蒸汽的导电率差异的特性进行测量，由于液位的变化使部分电极浸入水中，部分电极置于蒸汽中，浸入炉水中的电极对筒体阻抗减小，而置于蒸汽中的电极对筒体的阻抗增大。利用这一特性，可将非电量的水位转化为电量，送给智能二次仪表，从而实现水位的显示、报警、保护、连锁之功能。

运用单片机控制，通过硬件看门狗的使用可在单片机程序跑飞时自动复位，保证了仪表工作状态更加安全、可靠。

二次仪表采用热工习惯标志的汽红、水绿的双色合成光柱，真实、直观地显示汽、水液位。

特点

1.采用红、绿双色合成光柱显示水位，红色数码管显示水位坐标值，解决了操作人员监视运行状态时眼部易疲劳的状况，具有直观、清晰的视觉效果。

2.具有内报警（声光提示）外报警（继电器输出）、消音、自检、筛选功能。与老式二次仪表相比较具有操作更加简便、直观，可一次多点设定报警数值。

3. 利用CMOS高输入阻抗的特点，信号输入回路仅有弱小的电流通过电极，可将电极的化学腐蚀减少到最低限度，因此，本二次仪表能够更加明显的延长电极的使用寿命。

4.通过模糊控制，根据不同水质自动调节电极的电、水阻阀值，以适应不同的应用需

由于水和汽的导电性能差别极大，以发电厂锅炉汽包为例，一般水阻在几十ＫΩ，汽阻在１ＭΩ以上，测量筒的作用就是将水位的高低通过电接极点阻值的变化，转换为电信号送至二次仪表进行。

图二 工作原理

进行运算和逻辑判断，最后以发光二极管和数码管准确显示水位值。

如图二所示，多路开关电路将各点电接点的电阻值信息分时选通，转换为电压信号送至A/D 转换器，变成数字量，由单片机采样后，经运算得出相应的电阻值和预先设置的临界值进行比较。大于临界值的接点，处于汽中，CPU 通过I/O 电路使发光二极管显示红色；小于临界值的接点，处于水中,则显示绿色，红绿交界处即为水位，同时数码管直接显示水位值。

6、液位变送器：

单法兰液位变送器：测量敞口容器液位

双法兰液位变送器：测量非敞口容器液位，消除容器内面压力因素。

差压变送器：利用一定的取样装置来测量的。常用的单室或双室平衡容器。

平衡容器是作为测量汽水管路中的压力/差压用的.采用平衡容器而不是直接用一根/两根引压管来取压是为了防止压力/差压突变时引压管内的液柱随之波动. 平衡容器分为双室平衡容器与单室平衡容器.双室一般是用在小型锅炉的汽包液位的测量上.单室的平衡容器用在测量大型锅炉的汽包液位及压力/流量孔板的取压上. 220T 的锅炉一般是采用单室平衡容器.主要是在汽侧的取压管上形成一个稳定的液柱,并通过差压变送器测量汽侧及水侧的差压. 并根据汽包压力计算得出的汽/水重度来计算汽包内的水位高度。

具体的计算公式随便找本热工测量的书上都有.

现在单室平衡容器用的比较多，他把压力与密度的关系、温度与密度的关系等计算公式保存补偿电路 里的ROM 里面，温度和汽包压力变化后，由压力变送器、温度变送器把信号传输到补偿电路，自动计算汽包水位变化。目前是测量测量汽包水位的最好方法。测量汽包水位还有电接点水位计、无盲区双色水位计；这三种水位计同时使用，基本上避免了汽包虚假水位的现像。双室平衡容器也测量水位，一般在汽包压力恒定的状态下才能测得比较准确。在负荷出现变化，汽包压力改变的时候，尽管有压力补偿（压力变化的时候，温度也会随着变化），但存在绝对误差，所以克服不了，仍然存在误差。所以现在用单室平衡容器的比较多。

电容式差压变送器：

结构及工作原理

变送器主要有检测部分和信号转换及放大处理部分组成。

高、低压室检测部分由检测膜片和两侧固定弧形板组成，检测膜片在压差的作用下可轴向移动，形成可移动电容极板，并和固定弧形板组成两个可变电容器C1和C2。

检测前，高、低压室压力平衡，P1 =P2；按结构要求，组成两可变电容的固定弧形极板和检测膜片对称，极间距相等，C1 =C2。·

电接点传感器 多路开关电路 A D 单片机 显示部分 键盘部分 6路报警

4～20mA 输出

当被测压力P1和P2分别由导入管进入高、低压室时，由于P1 >P2隔离膜片中心将发生位移，压迫电解质使高压侧容积变小。当电解质为不可压缩体时，其容积变化量将引起检测膜片中心向低压侧位移，此位移量和隔离膜片中心位移量相等。根据电工学，当组成电容的两极板极间距发生变化时，其电容量也将发生变化，即从C1=C2变为C1≠C2。

信号转换及放大处理部分将C1≠C2变化传换成标准的4_20mA信号。

由电气原理图可知，未发生位移时，I1=I2=0；ι1+ι2=ιc；发生位移后，由于相对极间距发生变化，各极板上的积聚电荷量也发生变化，形成电荷位移，此时反映出I1≠I2，两者之间将产生电流差，若检测出其值大小以及和压差的关系，即可求取流量。

7、超声波物位检测：

*.什么叫超声波？

频率超过20000HZ的声波称之为超声波。

*.超声波的工作原理？

超声波是利用压电晶体的压电效应和逆压电效应的原理来实现电能--超声能相互转换的。有一些晶体，当在它的两个面上施加交变电压时，晶片将按其厚度方向做伸长和压缩的交替变化，即产生了震动，其振动频率的高低与所加交变电压的频率相同，这样就能在晶片周围的媒质上产生相同频率的声波，如果所加的交变电压的频率是超声频率，晶体所发射的声波就是超声波。这种效应为逆压电效应。反之，当振动的外力作用在压电晶片的两个面上而使其发生变形，就会有相应频率的电荷输出，这种效应应称为压电效应。

*。主要有两种方式？

一种是声波阻断式，利用声波在气体、液体和固体介质中的吸收衰减不同，来检测在超声波探头前是否有液体或固体物料存在；一种是可以连续测量物位变化的超声波物位计，它是利用超声波在介质的分界面上会产生反射的特性来检测物位的。

8.阻旋式料位开关

HK系列阻旋式料位开关是采用同步电机带动主轴与离合器相连接同步转动,在未接触物料时,马达保持以每分钟一转的速度正常运转，当叶片接触物料时,通过相关控制机构输出开（通）或关（断）的触点信号反应被测物料的位置高度，并自动切断电机电源使电机停止转动；当物料下降离开叶片时，在弹簧的作用下，叶片恢复原位继续转动探测物料的位置变化。它具有密封好、过载能力强轻便易装、输出接点容量大等特点

3、固体料位仪表：

一、连续测量

1.接触式测量

如：射频导纳连续料位计、电容式连续料位计、重锤式料位计、导波雷达料位计、激光式料位计

2.非接触式测量

如：3D物位扫描仪、超声波料位计、雷达料位计、核辐射连续料位计

二、点位测量

1.接触式测量

如：射频导纳料位计、电容式料位计、重锤式料位计、音叉式料位开关、阻旋式料位计、阻移式料位计、振棒式料位开关、光电料位计、探针式料位计、堵料开关、电荷式料位计、微

波式料位开关

2.非接触式测量

如：微波料位计、超声波料位计、雷达料位计

1.射频锁相料位计：

简介

射频锁相料位计：使用射频锁相技术实现料位测量的料位计。

射频锁相技术：使用射频信号对传感器所采集的多路阻抗、容抗信号进行分离测量的技术。

料位计：对料仓内固体物料高度的变化进行实时连续检测的传感器。料位计也称为“物位计”、“料位仪”、“物位仪”、“料位监测仪”、“物位监测仪”等。

原理

采用分段阻容传感器，结合射频锁相测量技术、等电位技术及专用监测软件，对介质进行分段逐层扫描，实现对煤粉仓、原煤仓、灰库等粉灰及颗粒状料仓料位的实时连续监测。

分段阻容传感器上顺序排列着数个结构和尺寸确定的独立测量段，以利于单片机进行智能化判断处理，实时跟踪物料特性的变化，自动校准，消除由于温度、湿度、密度等物料特性变化因素的影响。

采用等电位技术，首先与智能化判断相结合，消除挂料、飞灰等因素对测量的影响，提高了对恶劣环境的适应能力；其次，消除传感器导线等引起的寄生阻容信号的干扰，提高测量精度。

利用独特的传感器设计结构、专用算法及监测软件，通过对每个测量段测量值的智能化判断，实现在每一个测量段内的测量显示都是连续的，进而实现全量程范围内的实时连续监测。

用射频信号对传感器的阻容信号进行阻抗、容抗分离测量，提高了对信号噪声的抗干扰能力，再结合处理电路特有的锁相技术，使测量信号更加稳定可靠，并且单片机在对特定独立测量段进行扫描巡检时，有效屏蔽其他测量段内物料信号的干扰，增强了测量信号与料位测量值之间的线性度，减小了测量误差。

特点

1、实时跟踪物料特性的变化，自动校准，实现免调试、免维护、高精度测量料位；

2、采用智能化判断及等电位技术消除挂料、飞灰等干扰影响；

3、全量程无误差积累。误差可消除在段内，不会叠加。

4、采用射频锁相测量技术，增加信号的稳定性和可靠性。

分类

连续料位计：实现对料仓物位高度的实时连续监测的料位计。

料位开关：通过点位测量实现控制料仓物位高度的开关。

射频导纳物位计：

射频导纳物位计是一种从电容式物位控制技术发展起来的，防挂料、更可靠、更准确、

适用性更广的物位控制技术，“射频导纳”中“导纳”的含义为电学中阻抗的倒数，它由阻性成分、容性成分、感性成分综合而成，而“射频”即高频，所以射频导纳技术可以理解为用高频测量导纳。高频正弦振荡器输出一个稳定的测量信号源，利用电桥原理，以精确测量安装在待测容器中的传感器上的导纳，在直接作用模式下，仪表的输出随物位的升高而增加。

射频导纳技术与传统电容技术的区别在于测量参量的多样性、驱动三端屏蔽技术和增加的两个重要的电路，这些是根据在实践中的宝贵经验改进而成的。上述技术不但解决了连接电缆屏蔽和温漂问题，也解决了垂直安装的传感器根部挂料问题。所增加的两个电路是高精度振荡器驱动器和交流鉴相采样器。

对一个强导电性物料的容器，由于物料是导电的，接地点可以被认为在探头绝缘层的表面，对变送器探头来说仅表现为一个纯电容，随着容器排料，探杆上产生挂料，而挂料是具有阻抗的。这样以前的纯电容现在变成了由电容和电阻组成的复阻抗。

射频导纳技术由于引入了除电容以外的测量参量，尤其是电阻参量，使得仪表测量信号信噪比上升，大幅度地提高了仪表的分辨力、准确性和可靠性;测量参量的多样性也有力地拓展了仪表的可靠应用领域。

第一个问题是物料本身对探头相当于一个电容，它不消耗变送器的能量，(纯电容不耗能)，但挂料对探头等效电路中含有电阻，则挂料的阻抗会消耗能量，从而将振荡器电压拉下来，导致桥路输出改变，产生测量误差。我们在振荡器与电桥之间增加了一个驱动器，使消耗的能量得到补充，因而会稳定加在探头的振荡电压。

第二个问题是对于导电物料，探头绝缘层表面的接地点覆盖了整个物料及挂料区，使有效测量电容扩展到挂料的顶端，这样便产生挂料误差，且导电性越强误差越大。但任何物料都不完全导电的。从电学角度来看，挂料层相当于一个电阻，传感元件被挂料覆盖的部分相当于一条由无数个无穷小的电容和电阻元件组成的传输线。

根据数学理论，如果挂料足够长，则挂料的电容和电阻部的阻抗和容抗数值相等，因此用交流鉴相采样器可以分别测量电容和电阻。测得的总电容相当于C物位+C挂料，再减去与C挂料相等的电阻R，就可以获得物位真实值，从而排除挂料的影响。即C测量＝C物位＋C挂料C物位＝C测量-C挂料＝C测量-R

这些多参量的测量，是测量的基础，交流鉴相采样器是实现的手段。由于使用了上述三项技术，使得射频导纳技术在现场应用中展现出非凡的生命力。是目前世界上顶尖的料液位测量仪表

第四节、流量检测：

1.流量：

单位时间内流过管道截面的流体数量，称为（流量）；流量分为（瞬时流量）和（累积流量）又可分为（体积流量）和（质量流量）。

2.节流式流量计:

由（节流装置）、（压差信号管道）、（差压计）组成。节流装置是仪表的（检测元件），其作用是将流体流量信号转变为相应的（压差信号），（压差信号管道）是信号的传输部件，（差压计）是仪表的显示部分。

3.标准节流装置：

：

有三种，分别是孔板、喷嘴、文丘里管。

4.孔板流量计的测量原理：

当被测流体（气体或液体）充满管道并流经节流装置时，流束将在节流处形成局部收缩，从而使流体的动能和势能相互转换，使流速增加，静压力降低，于是在节流件前后产生压差，假设管道内的流体是连续且不可压缩的，通过测量节流装置前后的压差为△P,便可求出流经管道的体积流量和质量流量。

电磁流量计：

电磁流量计是根据法拉第电磁感应原理制成的一种流量计，当被测导电液体流过管道时，切割磁力线，于是在和磁场及流动方向垂直的方向上产生感应电势，其值和被测流体的流速成比例。因此测量感应电势就可以测出被测导电液体的流量。

第五节、成分分析：

第六节、机械量：

第三章、控制

第一节、执行机构

1．执行器按能源不同，可分为（气动）、（电动）、和（液动）三种；执行器应（顺着）介质的流动方向安装，检查的方法是看阀体上的（箭头）是否与介质的流向一致。

*.什么是调节阀的流通能力,确定流通能力的目的是什么？

流通能力C表示调节阀的容量，其定义为：调节阀全开，阀前后压差为、流体重度为1g/cm3，每小时通过阀门的流体流量m3或kg。流通能力C表示了调节阀的结构参数，根据调节阀C值，查出公称直径和阀门直径。

第二节、控制系统组成

1、控制方式一般分为(手动)和（自动）两大类，如果纠正系统的偏差是由人直接操作，这种回路称为（手动控制系统）；如果系统具有反馈通道组成的闭环回路并能自动纠正偏差，这种系统称为（自动控制系统）。

2.

第三节、DCS控制系统

1、PLC有哪几部分组成

PLC的基本组成部分有：电源模块、CPU模块、I/O模块、编程器、编程软件工具包等，根据不同类型的系统，一般还会有安装机架（底板）、通讯模块、智能模块、接口模板等。

2、简述什么是DCS系统

DCS是分散控制系统的简称，国内一般习惯称为集散控制系统。它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机、通讯、显示（CRT）和控制等4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便。3、DCS系统包括哪三大部分

DCS系统包括三大部分：带I/O部件的控制器、通讯网络和人机接口。人机接口包括操作站、工程师站和历史站。控制器I/O部件和生产过程相联接，操作站和人相联系，通讯网络把这两部分联成系统。所以操作站是DCS的重要组成部分，工程师站给控制器和操作站组态，历史站记录生产过程的历史数据。

*.屏蔽分为（磁场屏蔽）和（电场屏蔽）两种。

*为什么屏蔽线的屏蔽层不允许多点接地？

不同的接地点的电位总是不一样的，各点之间存在电位差。如多点接地，在屏蔽层形成电流感应到信号线上形成干扰，不但起不到屏蔽作用，反而引进干扰，尤其在变频器用的多的场合，干扰中含有各种高次谐波分量，造成影响更大，所以要特别注意。

*..三相电动势或电流的幅值出现的次序为相序，相序为A-B-C，通常称为（正序或顺序）；相序为C-B-A，通常称为（负序或逆序）；

*.电路一般由电源、负载、导线、开关。若电路中的某两点间电阻为零，则这两点叫做短路。若电路中的某两点间电阻为无穷大，则这两点就叫做开路。各种电气设备运行在额定状态下，叫做满载；超过额定值工作时，则叫做过载。

*.仪表的校验一般都采用被校表与标准表的示值直接比较的方法，称为（直接比较法），标准表的测量上限不应超过被校表上限的25%；量程调整应包括下限调整和上限调整两个方面。

*.仪表的灵敏度是指其输出信号的变化值与对应的输入信号的变化值的比值。被测量分别按增加和减少两个方向缓慢变化，使仪表指示同一示值的两个输入量之差称为该仪表在该点的回差。分辨率反映仪表对输入量微小变化的反应能力。

*.补偿导线与热电偶配套使用时，应注意那些问题？

（1）补偿导线必须与热电偶配套，不同型号的热电偶应选用不同的补偿导线。

（2）补偿导线与热电偶连接时应正极接正极，负极接负极。

（3）补偿导线与热电偶连接的两个接点必须同温。

*.我们常用的补偿导线有几种类型,当补偿导线类型分不清时,如何进行判别?

铜--镍铜、铜--康铜、镍铬--考铜；当补偿导线类型分不清时，用颜色可以进行判别。

*外界干扰（交流漏电、电磁场感应等）

*.一支测温电阻体，分度号已看不清，你如何用简单方法鉴别出电阻体的分度号？

用万用表R×1档或R×10档测量电阻体阻值，测出电阻为Rt，再估计一下周围环境温度为t。C，最后查对电阻-温度对照表，即可很快鉴别出电阻体的分度号。

*.什么是两线制？

是指现场变送器与控制室仪表联系仅用两根导线，这两根导线既是电源线，又是信号线。

15.什么是安全火花？什么是安全火花型防爆仪表？

安全火花是指该火花的能量不足以引燃周围可燃性物质。安全火花型防爆仪表是指在正常状态和事故状态下产生的火花均为安全火花仪表。

*.利用差压变送器测量水蒸汽流量，在排污后为什么要等一段时间后才能启动差压变送器对于测量蒸汽的差压变送器，排污时会将导压管内冷凝液放掉，投运前应等导压管内充满冷凝液，并使正负压导管中的冷凝面有相等的高度和保持恒定。这样，当差压急剧变化时，才不会产生测量误差。

*.皮带秤速度传感器的作用？

速度传感器把滚轮的转速（正比于皮带传送速度）转换成频率信号f。

*.用于测量流量的导压管线、阀门组回路中，当正压阀阀门或导压管泄漏时，仪表指示什么状态？当负压阀阀门或导压管泄漏时，仪表指示什么状态？当平衡阀门泄漏时，仪表指示什么状态？正压侧导压管全部堵死，负压侧畅通时，仪表指示什么状态？

当正压阀阀门或导压管泄漏时，仪表指示偏低；当负压阀阀门或导压管泄漏时，仪表指示偏高；当平衡阀门泄漏时，仪表指示偏低；正压侧导压管全部堵死，负压侧畅通时，仪表指示跑零下。

*.怎样操作仪表三阀组？

打开的顺序为：打开正压阀、关闭平衡阀、打开负压阀。

停运的顺序为：关闭负压阀、打开平衡阀、关闭正压阀。

*.我们现场常用的抗干扰措施有那几种？

浮空、屏蔽、接地、滤波。

*.我们现场常用的保温、伴热措施有哪些？

保温箱保温、蒸汽伴热、电伴热。