《操作工仪表知识培训》由会员分享，可在线阅读，更多相关《操作工仪表知识培训（197页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、计控车间 尚永亮 二零一二年七月,仪表知识培训,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,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,目前我们所有仪表都采用国际统一的420mA DC标准信
2、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,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
3、仪表、执行器,仪表专业的基本概念,自动化仪表分类,仪表分类表,仪表专业的基本概念,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,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
4、及检测技术水平的限制等原因.,仪表专业的基本概念,根据误差的性质及产生的原因，误差分为三类,仪表专业的基本概念,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,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,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
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,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,例2 某台测温仪表的工作范围为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,灵敏度
6、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量。,仪表专业的基本概念,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。,仪表专业
7、的基本概念,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,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,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)
8、 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,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,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
9、和单一材料的温差电势决定,热电极,常见仪表的工作原理,闭合回路总电势,A,B,常见仪表的工作原理,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,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
10、,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），否则会给测量带来误差。,使用补偿导线注意问题,常见仪表的工作原理,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,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,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
11、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,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,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
12、,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,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,常见仪表的工作原理,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,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,常见仪表的工作原理
13、,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,常用热电阻,常见仪表的工作原理,热电阻结构,常见仪表的工作原理,测温元件安装注意事项,插入深度要求 测量端应有足够的插入深度，应使保护套管的测量端超过管道中心线510mm。,插入方向要求 保证测温元件与流体充分接触，最好是迎着被测介质流向插入，正交90也可，但切勿与被测介质形成顺流。,常见仪表的工作原理,压
14、力检测方法,液柱测压法 弹性变形法 电测压力法,压力检测仪表,弹簧管压力表 霍尔式压力表 差压（压力）变送器,力平衡式压力变送器 微位移式变送器 智能差压（压力）变送器,主要内容,常见仪表的工作原理,压力的基本概念,垂直而均匀地作用在单位面积上的力,式中 压力（Pa） 均匀垂直作用力（N） 受力面积（m2）,1Pa = 1*10-3KPa = 1*10-6MPa,单位: 牛顿/米2（N/m2），简称“帕”，用符号“Pa”,常见仪表的工作原理,压力的几种表示形式,被测压力通常可表示为绝对压力、表压、负压（或真空度）,常见仪表的工作原理,压力检测方法及仪表,根据流体静力学原理，将被测压力转换成液柱
15、高度进行测量,常用的压力表有U形管压力表、单管压力表、斜管压力表和活塞式压力表等。,测量原理,液柱测压法,常见仪表的工作原理,压力检测方法及仪表,将被测压力转换成弹性元件变形的位移,测量原理,弹性变形法,常见仪表的工作原理,弹性元件结构和特点,常见仪表的工作原理,弹簧管压力表,压力检测方法及仪表,常见仪表的工作原理,利用转换元件（如某些机械和电气元件）直接把被测压力变换为电信号来进行测量的。,测量原理,1. 弹性元件附加一些变换装置，使弹性元件自由端的位移量转换成相应的电信号，如电阻式、电感式、电容式、霍尔片式、应变式、振弦式等；,2. 非弹性元件组成的快速测压元件，主要利用某些物体的某一物理
16、性质与压力有关，如压电式、压阻式、压磁式等。,电测压力法,常见仪表的工作原理,压力检测方法及仪表,电容式测压原理,采用变电容原理，利用弹性元件受压变形来改变可变电容器的电容量，然后通过测量电容量C便可以知道被测压力的大小，从而实现压力-电容转换的。,定极板,弹性元件,动极板,被测压力,测量原理,常见仪表的工作原理,压力检测方法及仪表,压电式测压原理,根据“压电效应”把被测压力变换为电信号。,（a）单晶体,（b）剖面图,（c）X截割的石英片,受力面积,作用在受力面积上的压力,压电常数,电荷数,常见仪表的工作原理,应变片式测压原理,压力检测方法及仪表,1敏感栅 2基片 3粘合剂 4引线 5覆盖片,敏感栅 直径为0.025mm左右的合金电阻丝 基 底 绝缘 覆盖层 保护,组成,常见仪表的工作原理
