仪表基础知识

自动化仪表基础知识•自动化仪表的重要性•自动化仪表分类•自动化仪表基础知识•典型仪表介绍•仪表检修、安装自动化仪表的重要性•自动化仪表是实现生产过程自动化必不可少的手段。•生产过程自动化是一门综合性的技术学科，它应用仪器仪表学科、自动控制学科及计算机学科的理论与技术服务于现代各类生产设备与生产过程。•随着科学技术的迅速发展，现代生产过程的自动化程度越来越高，对仪器仪表及自动化技术的依赖性越来越大，特别是对于生产过程连续性、大型化、复杂化的石油、化工、冶金、电力等行业，生产工艺、设备、控制与管理已逐渐成为一个有机的整体，仪表自动化技术显得尤为重要。现代化的生产方式对工程技术管理人员提出了更高的要求•一方面，从事生产过程控制的技术人员必须深入了解和熟悉生产工艺与设备；•另一方面，各行业工艺技术人员必须具有相应的仪表与自动控制的知识。现在，越来越多的工艺技术人员认识到：学习仪表与自动化方面的知识，对于现代自动化生产过程的设计开发、运行管理是十分重要的。•通过仪表与自动化知识的学习，能了解主要工艺参数（温度、压力、流量及物位）的基本测量方法；•掌握生产自动化过程中各类检测仪表、显示仪表、控制仪表和执行仪器的结构原理、工作特性、选用方法；•理解自动控制系统的组成原理、控制特性及各环节的作用；•能根据工艺要求，在生产过程自动化的设计或技术改造中，与自动控制设计人员密切合作，综合考虑工艺与控制两个方面，为自动控制设计人员提供正确的工艺条件与工艺数据，共同讨论和提出合理的自动控制方案；•能在生产开、停车过程中，初步掌握自动控制系统的投运及控制器参数的工程整定；•能在自动控制系统运行过程中，发现和分析出现的一些问题和现象，以便提出正确的解决办法。•对于熟悉工艺的工程技术人员，学习和掌握一些仪表与控制系统方面的知识，必能在生产、技改、管理等领域，起到事半功倍的作用。自动化仪表分类•检测与过程控制仪表（通常称自动化仪表）分类方法很多，根据不同原则可进行相应分类。•例如按仪表所使用的能源可分为气动仪表、电动仪表、液动仪表；按仪表组合方式，可分为基地式仪表、单元组合仪表和综合控制装置；按仪表安装形式，可分为现场仪表、盘装仪表、架装仪表；按是否带微处理器分为智能仪表、非智能仪表；根据仪表信号形式分为模拟仪表、数字仪表。•自动化仪表最通用的分类，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、调节仪表、执行器4类。标准仪器仪表•精密压力表、台式压力表、补偿式微压计、标准测力仪、直流电位差计、直流电阻箱、直流电桥、标准电三表、数字多用表、数字标准信号源、数字压力校验仪、手持式红外测温仪、其它工作标准器标准信号发生器衡器的设备名称选择范围•地中衡,轨道衡,电子汽车衡,电子轨道衡,配料电子秤,皮带电子秤,称重传感器,天车电子秤其它秤三、自动化仪表基础知识•1、测量•测量就是为取得未知参数而做的，包括测量的误差分析和数据处理等计算在内的全部工作。从计量学的角度讲，测量就是利用实验手段，把待测量与已知的同性质的标准量进行直接或间接的比较，将已知量作为计量单位，确定两者的比值，从而得到被测量量值的过程。其目的是获得被测对象的确定量值，关键是进行比较。•L=x/b•X——被测量，b——标准量，L——所得被测量值，•例如：米尺量身高。2、误差•按误差数值表示的方法，误差可以分为绝对误差、相对误差、引用误差。•绝对误差是指仪表的测量值与被测变量真实值之差；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＝绝对误差/实际值×100%•引用误差是指绝对误差与测量表量程的比值，以百分比表示。•引用误差＝绝对误差/量程×100%3、精度等级•仪表精确度简言之就是仪表测量值接近真值的准确程度，通常用相对百分误差来表示．我国目前规定的准确度等级有0.005、0.01、0.02、0.04、0.05、0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、4.0、5.0等级别。•例子：有两台测温仪表其测量范围分别是0～800℃和600～1100℃，已知其最大测量误差均为±6℃，试分别确定它们的精度等级。•答案：根据基本误差δm＝△Max/(AMax-AMin)×100%•可得：•δm＝6/(800－0)×100%＝0.75%•δm＝6/(1100－600)×100%＝1.2%•根据仪表的精度等级系列，测量范围是0～800℃的测温仪表应定为1级精度，测量范围是600～1100℃的测温仪表应定为1.5级精度。检定、校准•：检定是为评定计量器具的计量性能(准确度、稳定度、灵敏度等)，并确定其是否合格所进行的全部工作。•：校准是确定计量器具示值误差(必要时也包括确定其他计量性能)的全部工作。•仪表的品质指标主要包括哪些内容？•：主要包括量程、精度、非线性度、变差、灵敏度、动态特性等。•典型仪表介绍热电偶•热电偶工作原理：•两种不同成份的导体（称为热电偶丝材或热电极）两端接合成回路，当接合点的温度不同时，在回路中就会产生电动势，这种现象称为热电效应，而这种电动势称为热电势。•热电偶就是利用这种原理进行温度测量的，其中，直接用作测量介质温度的一端叫做工作端（也称为测量端），另一端叫做冷端（也称为补偿端）；冷端与显示仪表或配套仪表连接，显示仪表会指出热电偶所产生的热电势。工业热电偶的型号、分度号、测量范围•（1）铂铑10-铂热电偶，分度号Ｓ，可在0～1300℃长期工作，短时可到1600℃。•（2）铂铑30-铂铑6热电偶，分度号Ｂ，可在0～1600℃长期工作，短时可到1800℃。•（3）镍铬-镍硅(镍铬-镍铝)热电偶，分度号K，测量范围0～1300℃，分度曲线更接近线性，热电动势高。•（4）铜-康铜热电偶，分度号Ｔ，可工作在-200～400℃，特点是精度高，稳定性好，低温时灵敏度高。•（5）镍铬-铜镍热电偶，分度号为Ｅ，测量范围-200～900℃，特点是稳定性好，灵敏度高和价格低廉等。•（6）铁-铜镍热电偶，分度号J，使用温度-40～750℃。在700℃以下线性好，灵敏度高。•（7）铂铑13-铂热电偶，分度号R，使用温度0～1300℃，短时可到1600℃•补偿导线•答案：由于过程控制技术的发展，需要把热电偶的热电极延长接入控制室，但直接延长热电极很不经济，所以人们找到了在一定温度范围内热电特性与所配热电偶相同而且价格便宜的一对导线，叫做补偿导线。•热电偶测温时为什么需要进行冷端温度补偿？•答案：热电偶热电动势的大小与其两端的温度有关，其温度—热电动势关系曲线是在冷端温度为0℃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，所以测温中的冷端温度不可能保持在0℃不变，也不可能固定在某个温度不变，而热电偶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，必然会引起测温误差。为了消除这种误差必须进行冷端温度补偿。热电阻•1、原理：热电阻是利用物质在温度变化时，其电阻也随着发生变化的特征来测量温度的。当阻值变化时，工作仪表便显示出热电势所对应的温度值。•2、工业上常用的热电阻有哪两种?它们的分度号是什么?测量范围是多少?0度时标称电阻值R0是多少?答案：工业上常用的热电阻有两种，即铜热电阻和铂热电阻。•铜热电阻测温范围为负50到正150度，铂热电阻测温范围为负200度到正850度，铜热电阻的分度号是CU50和CU100，0度时的标称电阻值分别为50欧和100欧。铂热电阻分为A级和B级，它们的分度号都是PT10和PT100，其0度的标称电阻值分别为10欧和100欧•3、三线制•答案：为了减小热电阻比测量仪表之间连接导线电阻因环境温度变化所引起的测量误差，将热电阻比测量桥路用三根导线连接起来。流量•1、流量、瞬时流量、累积流量•流量即流经管道横截面介质的体积或质量数。•流体在单位时间内通过管道某一截面的数量，按计算流体数量的方法的不同流量可分为质量流量和体积流量。•工程技术上常有瞬时流量与累积流量之说。•瞬时流量是指单位时间内流过管道横截面介质的体积或质量数。•累积流量是指在一定时间间隔内流过某管道截面的介质总量。转子流量计楔形流量计.靶式流量计.气体流量测量为什么进行温度压力补偿答案：因为密度ρ是压力和温度的函数，当被测流体为气体时，其密度受压力温度的影响更大。而节流装置的设计是将密度作为定值处理的。因此，当被测气体的实际压力温度偏离设计值时，则必须要对其被测量进行补偿。电磁流量计的测量原理•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。•为什么电磁流量计不能应用在脱盐水的流量测量？•电磁流量计是基于电磁感应定律工作的流量测量仪表，它适用用于测量具有一定电导率的液体的体积流量，而脱盐水的电导率低于电磁流量计对电导率的最低限，因此不能选用电磁流量计来测量脱盐水的流量；电磁流量计特点●测量管无阻碍流动部件、无压损、直管段要求较低。●测量不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化的影响。●适用于导电率5us/cm的流体流量测量●量程比大，达1：20，满量程流速范围可0.5m/s-10m/s范围自由选定压力检测仪表•概念：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？•答案：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。压力变送器•一般意义上的压力变送器主要由测压元件传感器（也称作压力传感器）、测量电路和过程连接件三部分组成。它能将测压元件传感器感受到的气体、液体等物理压力参数转变成标准的电信号(如4~20mADC等)，以供给指示报警仪、记录仪、调节器等二次仪表或DCS进行测量、指示和过程调节。压力变送器压力表•弹簧管压力表•弹簧管压力表属于就地指示型压力表，就地显示压力的大小，不带远程传送显示、调节功能。•弹簧管压力表通过表内的敏感元件的弹性变形，再通过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。•弹簧管压力表适用测量无爆炸，不结晶，不凝固，对铜和铜合金无腐蚀作用的液体、气体或蒸汽的压力。压力表差压变送器•用于测量液体、气体和蒸汽的液位、密度和压力，然后将其转变成4-20mADC的电流信号输出•怎样检查现场运行中差压变送器使其工作正常？•由于差压变送器的故障多是零点漂移和导压管堵塞，所以在现场很少对刻度逐点校验，而是检查它的零点和变化趋势，具体方法如下：•1)零点检查：关闭正、负压截止阀。打开平衡阀，此时电动差压变送器电流应为4mA。•2)变化趋势检查：零点以后，各阀门恢复原来的开表状态，打开负压室的排污阀。这时变送器的输出应最大即电动差压变送器为20mA以上。若只打开正压室排污阀，则输出为最小，即电动差压变送器为4mA。打开排污阀时，被测介质排出很少或没有，说明导压管有堵塞现象，要设法疏通。差压变送器雷达料位计•测量原理：•雷达波是一种特殊形式的电磁波，雷达料位计利用了电磁波的特殊性能来进行料位检测。电磁波的物理特性与可见光相似，传播速度相当于光速。其频率为300MHz-3000GHz。电磁波可以穿透空间蒸汽、粉尘等干扰源，遇到障碍物易于被反射，被测介质导电性越好或介电常数越大，回波信号的反射效果越好。•雷达波的频率越高，发射角越小，单位面积上能量（磁通量或场强）越大，波的衰减越小，雷达料位计的测量效果越好。•发射－反射－接收是雷达式料位计工作的基本原理。雷达传感器的天线以波束的形式发射最小5.8GHz的雷达信号。反射回来的信号仍由天线接收，雷达脉冲信号从发射到接收的运行时间与传感器到介质表面的距离以及物位成比例。•即：h=H–vt/2•式中h为料位；H为槽高；v为雷达波速度；t为雷达波发射到接收的间隔时间数字显示仪表•答案：是直接以数字形式显示被测参数数量值大