仪表工基本常识

仪表工基本常识1

在测量时往往会用到许多计算。

例如：用差压法测量液位时，知道了差压，还需要乘上介质密度和重力加速度，才能获得液位；

又如：在测量流量时，知道了流速，还要乘上管道截面才能获得体积流量。再通过换算获得标准流量。进一步乘上介质密度得到质量流量。再进一步乘上重力加速度得到重量流量；

…………

问题：这些计算是在哪里用什么方法进行的？

常识：任何数学计算，它的结果都是一个客观存在而且确定的东西，而我们只需通过某种方法来找到它。

比如，将两根不同刻度的标尺重合在一起，可以构成一个如下图1所示的简单计算尺。由于两根标尺刻度的关系，可以从上方标尺上的任意一点和下面标尺重合处下方的读数，得到上方标尺该点度数除以 2 的结果；通过同样的方法可以得到下方标尺上的任意一点乘以2 的结果。

在测量仪表中，我们有一根叫做测量范围的标尺，还有一根叫做指示范围的尺……。

推论：刻度可以是一种计算方法：

在１米长的直杆上做刻度的话，可以是3市尺或30寸，也可以是100厘米或1000毫米，当这根直杆用来测量底面积为1平米的柱形容器水位时，你可以直接以0～1000kg 或者0～1000L 来刻度，然后用来测量容器中水的重量或容量；

同样，如果把一台4-20mA 的电流表或者1-5V 的电压表的刻度画成其它各种范围和单位表达的时候，可以直接读出变送器输出所代表的温度，压力，流量，液位。其实这种电流表有一个专门的名称━━指示仪。

仪表工基本常识（2）——烧东西要在火焰上方

对于同一种流体，由于通常温度越高密度越小（有例外，如低于4℃的水。这里不讨论）。所以容器中的流体，即使处于静置状态，其内部也会因为受热部分上升，冷却部分下降而形成对流。并且通过这种对流来传递热量。在条件适合的情况下传递距离可以很远。

如果容器中的流体本身就处于下面冷上面热的状态，这种对流将会被极大的减弱。所以烧水要水在上火在下，冰镇要水在下冰在上。倒过来效率会很低很低。

根据以上道理。在仪表测量中，只要在引压管的走向上，在某个局部管段形成管内介质下面冷上面热的状态，就可以有效阻断介质温度向仪表传递的过程。从而测量温度远超仪表工作范围的介质。

例如：一截下降管段可以阻止介质的高温传到变送器处；一截上升管段可以阻止介质的低温影响到变送器。

在引压管很短的情况下，一些仪表附件（如下图所示）可以同时形成所需要的上升管段和下降管段。你能说出几种？

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热电偶的温度补偿

上面这个图，是热电偶简单（典型）的应用方式。

图中：T1 －测量端温度

T2 －接线盒温度

T3 －控制室温度（物理上的冷端温度）

T0 －冷端补偿电路的补偿温度点（理论上的冷端温度）

从这个图可以知道，测量所需的热电偶温差电势E(T1,T0)，实际上是由三个电势叠加构成的：

E(T1,T2) －热电偶测温元件产生的电势

E(T2,T3) －补偿导线产生的电势

E(T3,T0) －冷端补偿电路产生的电势

这样一理顺，就可以轻松理解关于冷端补偿的几个常见问题：

１、补偿导线补偿的是测温元件接线处温度与控制室温度之差；

２、补偿电路补偿的是控制室温度与需要固定的理论上的冷端温度之差；

３、热电偶及补偿导线用反了的后果。例如：

当热电偶与补偿导线连接处的温度高于控制室温度时，补偿导线的补偿电势为正，应该是热电偶产生的热电势加上补偿导线产生的补偿电势，接反了相当于加上了一个负值会使指示偏低；

当热电偶与补偿导线连接处的温度低于控制室温度时，补偿导线的补偿电势为负，应该是热电偶产生的热电势减去补偿导线产生的补偿电势，接反了相当于减去了一个负值会使指示偏高；

当热电偶与补偿导线连接处的温度等于控制室温度时，补偿导线的补偿电势为零，对测量不产生影响。

基本常识：热电偶的参考端（冷端）温度，不一定是0℃。

热电偶温度变送器或卡件，都有温度补偿电路。其作用是根据热电偶中间温度定律－“热电偶回路两接点（温度为T、T0）间的热电势，等于热电偶在温度为T、Tn时的热电势与在温度为Tn、T0时的热电势的代数和。Tn称中间温度”。在热电偶冷端温度产生一个温度为Tn、T0时的热电势。来对热电偶冷端温度的不确定进行补偿。它实质上，就是能产生一个随参考端环境温度变化而变化的直流毫伏信号。把它串接在热电偶测量回路中测温时，就可以使参考端温度得到自动补偿。

采用热电偶冷端补偿电路的根本原因，在于冷端温度的不确定。虽然热电偶的分度标准是以零度为基准的；虽然通常以冷端为零度作为基准来解释温度补偿原理。但在实际上，如果冷端温度可以固定下来，则只需计算出T(T,To)和T(T,Tn)之间的差值，在指示过程中人为制造一个相反的误差，来抵消冷端温度不为零会带来误差。就可以得到正确的测量值。

所以冷端补偿电路在温度补偿中，不一定非要以零度作为基准。同时，热电偶的冷端补偿电路往往有一个适应范围，超出这个范围就无法满足补偿的要求。从适应环境，降低成本，简化线路，减小体积等多方面因素出发，选择一个适合的，不为零的温度点作为冷端补偿电路的补偿基准，就成为一种常见的做法。这个冷端补偿电路的补偿基准，称为补偿电路的补偿温度。每台有冷端补偿功能的仪表或卡件，都有这个指标。（如果没有标出则默认为0℃，常见于带冷端补偿的温度指示仪和温度变送器）

补偿温度的意义在于：热电偶的温差电势E(T,Tn)与补偿电路的补偿电势E(TN,Tn）之和，等于热电偶工作端与补偿温度之间的电势Ｅ(T,TN)。

当补偿电路的补偿温度点TN≠0℃时，会产生一个补偿温度点TN＝冷端基准温度T0=0℃时极少遇到的问题。即环境Tn（热电偶冷端）温度低于补偿温度点TN。

对于测量需要的热电势，有：

E(T,T0)＝E(T,Tn)＋E(TN,Tn)＋E(TN,T0)

式中：E(T,T0)以0℃为基准的测量热电势

E(T,Tn)热电偶工作端与室温（冷端）之间的温差电势

E(TN,Tn) 补偿电路针对补偿温度和室温（冷端）之间的温差产生的补偿电势

E(TN,T0) 补偿温度和基准温度（0℃）之间的温差电势（实际应用中有时不必以电势的形式出现。例如，可以将后续电路或指示仪表的零点设置为TN。）

当TN=T0 时，E(TN,T0)＝0；E(TN,Tn)＝E(Tn,T0)

这时E(T,T0)＝E(T,Tn)＋E(TN,Tn)＋E(TN,T0)

＝E(T,Tn)＋E(Tn,T0)

当TN≠T0，TN≤Tn 时，E(Tn,TN)＋E(TN,T0)＝E(Tn,T0)

这时E(T,T0)＝E(T,Tn)＋E(TN,Tn)＋E(TN,T0)

＝E(T,Tn)＋E(Tn,T0)