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1、计控车间 尚永亮 二零一二年七月 仪表知识培训 新能能源有限公司 目 录 仪表专业的基本概念 常见仪表的工作原理 现场问题的分析判断 实际操作的注意事项 控制系统的基础知识 新能能源有限公司 自动化仪表作为一类专门的仪表，最早出现于20世纪40年 代初。用以满足石油、化工、电力等工业对自动化的需要。 较早出现气动仪表，价格便宜，结构简单，具有本安防爆性能 ，曾长期处于优势地位。 从60年代后，由于电动仪表的技术进步，出现了本安仪表，由 于电信号传输处理方便，特别是容易和工业控制计算机配合使 用，实现生产过程的全盘自动化。因此，基本替代了气动仪表 。 仪表专业的基本概念 自动化仪表概述 新能能源
2、有限公司 目前我们所有仪表都采用国际统一的420mA DC标 准信号，供电大都是24V DC。 优点： 安全防爆、减少损耗、节省能量； 有利于识别仪表断电、断线等故障； 为现场变送器实现两线制提供了可能。 两线制：仪表的供电和信号传输共用，两根导线既 用于仪表供电，又用于信号传输。 本安仪表：限制仪表工作中产生的能量，即使出现 故障也不会引爆爆炸性环境中的爆炸性物质。 仪表专业的基本概念 自动化仪表信号标准 新能能源有限公司 根据能源分：气动、电动、液动、核能等 根据组合：基地式、单元式、综合控制 根据安装：现场、盘装、架装 根据是否可引入计算机：智能、非智能 根据仪表信号形式：模拟仪表、数字
3、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： 检测仪表、显示仪表、调节仪表、执行器 仪表专业的基本概念 自动化仪表分类 新能能源有限公司 按功能按被测变量按工作原理或结构形式按能源其它 检测仪表 压力 液柱式、弹性式、电气式 电、气 温度 电偶、电阻、辐射、 流量 节流、转子、靶式、涡 电、气 物位 浮力、静压、声波、光学、辐射 电、气 成分 PH值、色谱、氧分析、红外 电、核 显示 模拟和数字 电、气 指示和记录 调节仪表 自力式 电、气 组装式 可编程式电 执行器 执行机构 薄膜工、活塞、长行程、其它电、气、液 阀直通、套筒、蝶阀、偏心旋转、三通 直线、对数、抛 物线、快
4、开 仪表分类表 仪表专业的基本概念 新能能源有限公司 检测环节: 是检出元件或传感器，直接感受被测变量，并 将它变换成适于测量的信号形式。 转换放大环节:对信号进行转换、放大等处理，并传送 给显示部分进行 指示或记录。 显示部分: 就地指示型仪表、单元组合型仪表、数字式显示仪表 检测仪表组成： 仪表专业的基本概念 新能能源有限公司 检测过程及误差 检测过程：被测参数经过能量形式的转换，得到便于测量的 信号形式，然后与相应的测量单位进行比较，由指针位 移或数字形式显示出来。 检测误差：测量值和真实值之间的差值 误差产生的原因：选用的仪表精确度有限，实验手段不够完 善、环境中存在各种干扰因素，以及
5、检测技术水平的限 制等原因. 仪表专业的基本概念 新能能源有限公司 根据误差的性质及产生的原因，误差分为三根据误差的性质及产生的原因，误差分为三类类 仪表专业的基本概念 误差 分类 定义特点产生原因 系统误 差 相同条件下多次重复测量 同一量时，误差的大小和 符号保持不变或按一定规 律变化 有一定规律，可以 确定规律后加以校 正或补偿，便可以 消除或减小 检测仪表本身不完善、使用仪表 的方法不正确、测量者固有的不 良习惯。 随机误 差 相同条件下多次重复测量 同一量时，误差的大小、 符号均为无规律变化，又 称偶然误差 变化难以预测，无 法修正 测量过程中某种尚未认识的或无 法控制的各种随机因素
6、（如空气 扰动、噪声、电磁场等）所引起 的综合结果 疏忽误 差 明显地歪曲测量结果的误 差，又称粗差 无任何规律可循 操作者的粗心（如读错、算错等 ）、不正确操作、实验条件的突 变或实验状况未达到要求而测试 。 新能能源有限公司 检测仪表的基本技术性能指标 仪表的性能指标，主要有： 精度 灵敏度与灵敏限 回差 1精度 检测仪表的精度反映测量值接近真实值的准确程 度，一般用一系列误差来衡量。 由于真值无法得到，一般将精度较高的标准表的 示值作为真值，称为约定真值。 仪表专业的基本概念 新能能源有限公司 检测仪表的基本技术性能指标 引用误差(相对百分误差) 引用误差 仪表量程 仪表专业的基本概念
7、新能能源有限公司 检测仪表的基本技术性能指标 精度等级 按仪表工业规定，去掉最大引用误差的“”号和“%” 号，称为仪表的精度等级，目前已系列化。 1.5 1.5 0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5， 1.0，1.5，2.5，4.0 精度等级符号 仪表专业的基本概念 新能能源有限公司 例1 有两台测温仪表，它们的测温范围分别为0100和100300， 校验表时得到它们的最大绝对误差均为2，试确定这两台仪表的精 度等级。 解 这两台仪表的最大引用误差分别为 一台仪表的精度等级为2.5级，而另一台仪表的精度等级为1级。 仪表专业的基本概念 新能能源有限公司 例2 某台测温
8、仪表的工作范围为0500，工艺要求测温时测量误差不 超过4，试问如何选择仪表的精度等级才能满足要求？ 解 根据工艺要求，仪表的最大引用误差为 应选择0.5级的仪表才能满足要求 仪表专业的基本概念 新能能源有限公司 灵敏度与灵敏限 灵敏度 表示仪表对被测参数变化反应的能力，是指仪表达到稳态 后输出增量与输入增量之比，即 S仪表的灵敏度 y仪表输出变量的增量 x仪表输入变量的增量 数字式仪表常用分辨力来表示灵敏度。 分辨力是指数字仪表在最低量程上最末位数字改变一个字时所对应的物理量 数值，它反映了数字仪表能够检测到的被测参数中最小变化的能力。 灵敏限 指引起仪表指针发生可见变化的被测参数的最小变化
9、量。 仪表专业的基本概念 新能能源有限公司 回差 在外界条件不变的情况下，当被测参数从小到大（正行程）和从大到小（反 行程）时，同一输入的两个相应输出值常常不相等。两者绝对值之差的最大 值和仪表量程之比的百分数称为回差，也称变差。 反行程 正行程 被测参数 仪表示值 仪表专业的基本概念 新能能源有限公司 目 录 仪表专业的基本概念 常见仪表的工作原理 现场问题的分析判断 实际操作的注意事项 控制系统的基础知识 新能能源有限公司 温度检测的基本知识 温度：反映了物体冷热的程度，与自然界中的各种物理和化学过 程相联系。 温度测量：温度不能直接测量，只能利用物质的某些特性与温度 之间的关系，实现间接
10、测量。温度测量建立在热平衡基础上。 温度最本质的性质：当两个冷热程度不同的物体接触后就会产生 导热换热，换热结束后两物体处于热平衡状态，则它们具 有相同的温度。 测量方法：接触式测温和非接触式测温 常见仪表的工作原理 新能能源有限公司 接触式测温 温度敏感元件与被测对象接触，经过换热后两者温度相等。 (1) 膨胀式温度计 (2) 热电阻温度计 (3)热电偶温度计 (4)其他原理的温度计 直观、可靠，测量仪表也比较简单特点 非接触测温 温度敏感元件不与被测对象接触，而是通过辐射能量进行热交换，由辐射 能的大小来推算被测物体的温度。 (1) 辐射式温度计 (2) 光纤式温度计： 特点 不与被测物体
11、接触，不破坏原有的温度场。精度一般不高。 常见仪表的工作原理 新能能源有限公司 应用热膨胀原理测温 测量原理物体受热时产生膨胀 液体膨胀式温度计 固体膨胀式温度计 玻璃管温度计 双金属温度计 常见仪表的工作原理 新能能源有限公司 应用热电效应测温 测量原理 两种不同的金属A和B构成闭合回路 当两个接触端 T T0时，回路中会产生热电势 热电势由两种材料的接触电势和单一材料的温差电势决定 热电极 常见仪表的工作原理 新能能源有限公司 闭合回路总电势 A B 常见仪表的工作原理 新能能源有限公司 分 度 表 如果能使冷端温度t0 固定，则总电势就只与温度t成单值函数关系 分度表-热电势与热端温度之
12、间 关系列成表格 注：热电势与热端温度之间 关系是非线性 常见仪表的工作原理 新能能源有限公司 补偿导线 问题引出 解决方法 热电偶冷端暴露于空间，受环境温度影响 热电极长度有限，冷端受到被测温度变化的影响 把热电偶的冷端延伸到远离被测对象且温度比较稳定的地方造成浪费 选用一种具有和所连接的热电偶相同的热电性能，其材料又是廉价金属导线 补偿导线 其一实现了冷端迁移； 其二是降低了成本。 功 能 常见仪表的工作原理 新能能源有限公司 不同型号的热电偶所配用的补偿导线不同 连接补偿导线时要注意区分正负极，使其分别与热电偶的 正负极一一对应 补偿导线连接端的工作温度不能超出（0100），否则 会给测
13、量带来误差。 使用补偿导线注意问题 常见仪表的工作原理 新能能源有限公司 问题引出 冷端温度补偿 热电偶的分度表所表征的是冷端温度为0时的 热电势-温度关系，与热电偶配套使用的显示仪 表就是根据这一关系进行刻度的。 解决方法0恒温法 冷端温度修正法 仪表机械零点调整法 补偿电桥法 常见仪表的工作原理 新能能源有限公司 0恒温法 适用于实验室中的精确测量和检定热电偶时使用 常见仪表的工作原理 新能能源有限公司 冷端温度修正法 设：冷端温度恒为t0（t00）被测温度为 t 修正公式 冷端 t0的热电势 测量得出的热电势 被测温度 t 的热电势 仪表机械零点调整法 将显示仪表的机械零点调至t0处，相
14、当于在输入热电偶热电势之前就 给显示仪表输入了电势E(t0, 0) 常见仪表的工作原理 新能能源有限公司 由分度表查得 E (20,0 ) = 0.113 mv 则 E (t, 0) = E (t, t0)+E (t0, 0) = 7.32 + 0.113 = 7.434 mv 再查分度表得其对应的被测温度t = 808 例 用S型热电偶测温，热电偶的冷端温度t0=20，测得热电势 为7.32 mv，求被测对象的实际温度t 。 解 常见仪表的工作原理 新能能源有限公司 使用补偿电桥注意问题 根据各类热电偶的型号选择配套的补偿电桥 注意补偿温度的起点 在20平衡，须把显示仪表的机械零点预先调整到
15、20 在0平衡，须把显示仪表的机械零点预先调整到0 补偿是相对的，有一定误差 常见仪表的工作原理 新能能源有限公司 为保证热电偶的正常工作，热电偶的两极之间以及与保护套管之 间都需要良好的电绝缘，而且耐高温、耐腐蚀和冲击的外保护套 管也是必不可少的。 1. 普通型装配式结构 2. 柔性安装型铠装结构 热电偶结构热电偶结构 常见仪表的工作原理 新能能源有限公司 应用热电阻原理测温 导体或半导体的电阻值随温度变化 测量原理 在0630.74范围内，金属铂的电阻值与温度的关系为 T R 热电阻 在-50180范围内，金属铜的电阻值与温度的关系为 温度0时的电阻 值 温度t时的电阻值 常见仪表的工作原
16、理 新能能源有限公司 热电阻温度计 应用于-200600范围内的温度测量 热电阻电阻体（最主要部分）绝缘套管接线盒 热电阻的材料要求： 电阻温度系数要大；电阻率尽可能大，热容量要小，在测 量范围内，应具有稳定的物理和化学性能；电阻与温度的关系最好 接近于线性；应有良好的可加工性，且价格便宜。 常见仪表的工作原理 新能能源有限公司 常用热电阻常用热电阻 铂电阻 电阻率较大，电阻-温度关系呈非线性，但测温范围广，精 度高，且材料易提纯，复现性好 工业用铂电阻分度号为Pt100和Pt10 铜电阻 电阻值与温度的关系几乎呈线性，电阻温度系数也较大，而且 其材料易提纯，价格比较便宜，但缺点是在100以上易被氧化 工业用铜热电阻的分度号为Cu50和Cu100 热敏电阻（负温度系数热敏电阻 NTC ） 电阻温度系数约为铂电阻的49倍，且本身电阻值较高。半导体 热敏电阻的电阻-温度特性呈非线性，并且
