儀表基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)講義

關(guān)于儀表基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)講義第一頁，共三十六頁，2022年，8月28日各種測量儀表的工作原理儀表控制原理及復(fù)雜回路介紹第二頁，共三十六頁，2022年，8月28日各種測量儀表的工作原理工作原理部分四、溫度測量儀表的工作原理一、壓力測量儀表的工作原理二、流量測量儀表的工作原理三、物位測量儀表的工作原理第三頁，共三十六頁，2022年，8月28日一、壓力測量儀表的工作原理

工作原理部分

壓力是垂直均勻地作用在單位面積上的力，法定計(jì)量單位是帕斯卡（Pa）。

1Pa=1N/m2=1Kg/m*S21、壓力、絕對壓力、大氣壓、表壓和真空度

如果被測流體的絕對壓力地獄大氣壓，則壓力表所測得的壓力為負(fù)壓，其值稱為真空度。

絕對真空下的壓力稱為絕對零壓，以絕對零壓為基準(zhǔn)來表示的壓力為絕對壓力。

測量流體壓力用的壓力表上的讀數(shù)叫表壓，它是流體絕對壓力與該處大氣壓力的差值。第四頁，共三十六頁，2022年，8月28日工作原理部分2、絕壓、大氣壓、表壓、真空度之間的相互關(guān)系如下圖：0絕對零壓P11P2P2絕壓P2表壓P1負(fù)壓(真空度)P1絕壓大氣壓P第五頁，共三十六頁，2022年，8月28日工作原理部分3、壓力變送器工作原理

壓力變送器是以電為能源，它利用變送器膜盒上的應(yīng)變片作為轉(zhuǎn)換元件，將被測壓力轉(zhuǎn)換成應(yīng)變片電阻值的變化，然后經(jīng)過橋式電路得到毫伏級(jí)的電量輸出，供顯示儀表顯示被測壓力或經(jīng)放大電路轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)后，再傳送到DCS等顯示。

第六頁，共三十六頁，2022年，8月28日

孔板是標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置中最為簡單的一種，也最便宜，制作加工好后無須標(biāo)定就可投入使用。但在相同的差壓下，其壓損也最大。若是測量腐蝕性或磨蝕性流體，由于入口邊緣的變形，流量系數(shù)會(huì)發(fā)生變化，體現(xiàn)在孔板上比較明顯。工作原理部分二、流量測量儀表工作原理1、孔板+差變流量是指單位時(shí)間內(nèi)流過管道某一截面的流體數(shù)量

流體通過孔板內(nèi)孔后，會(huì)產(chǎn)生前后差壓。差壓變送器就是通過這個(gè)前后差壓的變化來計(jì)算出流量的變化。第七頁，共三十六頁，2022年，8月28日工作原理部分

基本的流量計(jì)算方程式為：Q=0.01252a?d*dSQRT（?P/ρ1）

Q：工作狀態(tài)下的體積流量

a：流量系數(shù)

?：流體膨脹系數(shù)

d：工作狀態(tài)下的節(jié)流孔直徑

ρ1：工作狀態(tài)下的流體密度

一般情況下，標(biāo)準(zhǔn)孔板只測量口徑50mm以上，300mm以下的管道流量。第八頁，共三十六頁，2022年，8月28日工作原理部分

孔板取壓要求：

氣體：一般要求變送器安裝位置高于取壓點(diǎn)

液體：一般要求變送器安裝位置低于取壓點(diǎn)

差壓變送器的檢測元件采用膜盒組件，在使用的差壓即使差壓超過范圍時(shí)，即單向過載，膜盒不容易損壞。膜盒內(nèi)充滿硅油，除用于傳遞壓力之外，還有阻尼作用，使儀表輸出平穩(wěn)。范圍內(nèi)，具有很好的靈敏度和線性，測量范圍廣，靜壓誤差小。

差壓變送器的正、負(fù)壓室膜盒可能存在有效面積不相等或長期使用出現(xiàn)變形，在同樣的壓力下，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)附加的測量力，造成零位偏移。第九頁，共三十六頁，2022年，8月28日工作原理部分2、1工作原理

電磁流量計(jì)由變送器和轉(zhuǎn)換器兩部分組成，兩者之間用連接線（勵(lì)磁線、信號(hào)線）相互連接。變送器是基于電磁感應(yīng)定律工作的。NSvBEx2、電磁流量計(jì)第十頁，共三十六頁，2022年，8月28日工作原理部分Ex=Bdv*10??B：磁感應(yīng)強(qiáng)度

d：兩電極間距離

v：被測介質(zhì)平均流速

被測介質(zhì)流量Q與d、v有關(guān)

Q=Π/4d*d*v

則Q=Ex/KK：為一常數(shù)

如上圖，被測介質(zhì)垂直與磁勵(lì)線方向流動(dòng)，因而在介質(zhì)流動(dòng)和磁力線都垂直的方向產(chǎn)生一感應(yīng)電勢Ex。第十一頁，共三十六頁，2022年，8月28日工作原理部分

采用電磁流量計(jì)，要求測量介質(zhì)溫度不能太高，一般不超過120℃，壓力不超過1.6MPa，流速不得低于0.3m/s；被測介質(zhì)必須是導(dǎo)電介質(zhì)，不能用于氣體、蒸汽、石油制品等非導(dǎo)電性流體。被測介質(zhì)不能含氣泡。

電磁流量計(jì)是一段光滑的管道，無活動(dòng)及阻流部件，基本上無壓力損失；流量計(jì)輸出與流量成線性關(guān)系，可測量2.5mm的管道；合理選材可以測量腐蝕性的介質(zhì)；安裝要求比較低（前5D，后3D）；精度高。2、2選型優(yōu)點(diǎn)2、3適用缺點(diǎn)第十二頁，共三十六頁，2022年，8月28日工作原理部分3、質(zhì)量流量計(jì)

質(zhì)量流量計(jì)是通過激勵(lì)線圈使管子產(chǎn)生振動(dòng)，流動(dòng)的液體在振動(dòng)管子內(nèi)產(chǎn)生科氏力，由于測量管進(jìn)出測所受的力方向相反，所以管子會(huì)產(chǎn)生扭曲，在通過電磁檢測器或光電檢測器，將測量管的扭曲轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，以進(jìn)入變送器進(jìn)一步處理。

質(zhì)量流量計(jì)一般分三個(gè)部分：①傳感器；②變送器；③顯示器3.1工作原理第十三頁，共三十六頁，2022年，8月28日工作原理部分3.2質(zhì)量流量計(jì)優(yōu)點(diǎn)①、能夠直接測量質(zhì)量流量，不受溫度、壓力、粘度、密度等因素影響，測量精度高。②、沒有可動(dòng)部件，雖然檢測管有振動(dòng)，但振幅很小，不會(huì)對測量產(chǎn)生影響③、管道內(nèi)無障礙物，便于清洗。④、除一般介質(zhì)外，還可測量高粘度的流體、漿液，并可測氣體⑤、安裝時(shí)不需要前后直管段⑥、還可以獲得介質(zhì)密度信號(hào)第十四頁，共三十六頁，2022年，8月28日工作原理部分4、超聲波流量計(jì)4.2探頭安裝方式

超聲波在流體中的傳播速度，順流方向和逆流方向是不一樣的，其傳播的時(shí)間差和流體的流速成正比。所以只要測出了超聲波在兩個(gè)方向上傳播的時(shí)間差，便可以知道流體的流速，再乘上管道截面積，便可得流體流量。

超聲波流量計(jì)傳感器可以安裝在管道外側(cè)，可以不與介質(zhì)接觸；也可以安裝在管道內(nèi)。前者安裝時(shí)不需將管道截?cái)啵恍栝_孔，比較方便，但由于管道的不確定性，測量精度較差。4.1工作原理第十五頁，共三十六頁，2022年，8月28日（6）經(jīng)濟(jì)性。工作原理部分5、流量儀表選型需要考慮因素（1）被測流體的種類（氣體、液體、粉塵）、操作條件（壓力、溫度）、流動(dòng)工況（層流、脈動(dòng)流）、物理性質(zhì)（密度、粘度、腐蝕性）；（2）儀表功能；（3）流量范圍；（4）流體的測量精度要求；（5）現(xiàn)場安裝和使用條件；第十六頁，共三十六頁，2022年，8月28日三、物位測量儀表

工作原理部分1、浮筒式液位計(jì)

浮筒隨著液位高低，浮力出現(xiàn)相應(yīng)變化，影響扭力管所受的力矩，通過電子元器件反映出來。2、浮球式液位計(jì)

浮球液位計(jì)實(shí)際上是一種杠桿系統(tǒng)，杠桿的一端連浮球，另一端連平衡錘；隨著液位的高低，浮球所受的浮力是不變的，只是它的位置隨液位的變化而變化。如果介質(zhì)密度有變化，浮球沒入介質(zhì)中部分體積會(huì)有變化，體現(xiàn)在液位上也會(huì)有一定的偏差。第十七頁，共三十六頁，2022年，8月28日3、超聲波液位計(jì)工作原理部分

超聲波液位計(jì)是應(yīng)用回聲測距法的原理制成的一種儀表。聲波從發(fā)射至接收到反射回波的時(shí)間間隔與物位高度成正比。

超聲波液位計(jì)無可動(dòng)部件，結(jié)構(gòu)簡單；它不受光線、粉塵、濕度、粘度的影響，與介電常數(shù)、電導(dǎo)率等參數(shù)無關(guān)；可以液體、粉塵、固體等，范圍比較廣。由于為不接觸測量儀表，適用于腐蝕性、有毒等介質(zhì)測量。

超聲波液位計(jì)缺點(diǎn)是不耐高溫，聲速受介質(zhì)溫度和壓力的影響。另外，相對造價(jià)比較高第十八頁，共三十六頁，2022年，8月28日四、溫度儀表工作原理部分1、熱電偶熱電偶是由兩根不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料焊接或絞接而成。焊接的一端稱為熱電偶的熱端(測量端或工作端)，和導(dǎo)線連接的一端稱為熱電偶的冷端(自由端)。組成熱電偶的兩根導(dǎo)體或半導(dǎo)體稱作熱電極。把熱電偶的熱端插入需要測溫的生產(chǎn)設(shè)備中，冷端置于生產(chǎn)設(shè)備的外面，如果兩端所處的溫度不同(譬如，熱端溫度為t，冷瑞溫度為to)，則在熱電偶回路中便會(huì)產(chǎn)生熱電勢E。該熱電勢E與熱電偶兩端的溫度t和to均E有關(guān)。第十九頁，共三十六頁，2022年，8月28日工作原理部分在單支溫度顯示時(shí)，熱偶或熱阻指示值的準(zhǔn)確性基本無法直觀確認(rèn)，基本上可以通過相連或相關(guān)的溫度進(jìn)行參考，或者根據(jù)操作經(jīng)驗(yàn)值進(jìn)行判斷。儀表人員一般在進(jìn)行準(zhǔn)確性判斷時(shí)，最簡單有效的方法是拿同類型的熱偶或熱阻在同一測溫點(diǎn)進(jìn)行比對。2、熱電阻電阻溫度計(jì)是借金屬絲的電阻隨溫度的變化而變化的原理制成。熱電阻溫度計(jì)廣泛用來測量中、低溫(一般為500℃以下)。它的特點(diǎn)是準(zhǔn)確度高，在測量中、低溫時(shí)，它的輸出信號(hào)比熱電偶要大得多，靈敏度高，同樣可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)傳、自動(dòng)記錄和多點(diǎn)測量。第二十頁，共三十六頁，2022年，8月28日工作原理部分

狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)一般由固定安裝在轉(zhuǎn)軸附近的傳感器（探頭）、前置器和狀態(tài)監(jiān)視儀三部分組成。五、旋轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)檢測系統(tǒng)

所謂旋轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)檢測，是指用各種儀器或儀表，對反映旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)的參數(shù)進(jìn)行測量和監(jiān)視，從而了解其運(yùn)行狀態(tài)。目前長期監(jiān)測的狀態(tài)參數(shù)主要有：軸的徑向振動(dòng)值，軸向位移值、轉(zhuǎn)速等。

狀態(tài)監(jiān)測中采用的傳感器分為接觸式和非接觸式傳感器兩種。目前使用比較廣泛的是非接觸式傳感器，主要是采用電渦流式趨近傳感器。第二十一頁，共三十六頁，2022年，8月28日儀表控制原理及復(fù)雜回路舉例儀表控制原理第二十二頁，共三十六頁，2022年，8月28日一、控制原理

儀表控制原理1、簡單控制系統(tǒng)。

簡單控制系統(tǒng)是指單閉環(huán)控制，是指控制器與被控對象之間既有順向控制又有反向聯(lián)系的自動(dòng)控制。冷物料熱物料蒸汽TCTT上圖就是一個(gè)單回路控制。圖中控制器接受檢測元件及變送器來的測量信號(hào)，并與設(shè)定值相比較得到偏差信號(hào)，再根據(jù)偏差的大小和方向，調(diào)整蒸汽閥門的開度，改變蒸汽流量，使熱物料出口溫度回到設(shè)定值上。

第二十三頁，共三十六頁，2022年，8月28日儀表控制原理控制系統(tǒng)方塊圖如下：

控制器

拭行器

換熱器

測量變送TspT擾動(dòng)

調(diào)節(jié)器的正反作用：如果將調(diào)節(jié)器的輸入偏差信號(hào)定義為測量值減去給定值，那么，當(dāng)偏差增加時(shí)，其輸出也增加的調(diào)節(jié)器稱為“正作用”調(diào)節(jié)器；反之，調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)隨偏差的增加而減小的稱為“反作用”調(diào)節(jié)器。

調(diào)節(jié)閥的正反作用：閥的正反作用由它的氣開、氣關(guān)形式來確定。氣開閥為“正作用”，氣關(guān)閥為“反作用”。1、1正反作用第二十四頁，共三十六頁，2022年，8月28日儀表控制原理一般而言，選擇調(diào)節(jié)器的正、反作用目的是使調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥、對象三個(gè)環(huán)節(jié)組合起來，能在控制系統(tǒng)中起負(fù)反饋?zhàn)饔?。首先由操縱變量對被控變量的影響來確定對象的作用方向，然后由工藝安全角度來確定調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式，最后由對象、調(diào)節(jié)閥、調(diào)節(jié)器三個(gè)環(huán)節(jié)組合后為負(fù)來確定調(diào)節(jié)器的正、反作用。比例調(diào)節(jié)依據(jù)“偏差”大小來動(dòng)作，它的輸出與輸入偏差的大小成比例。比例調(diào)節(jié)及時(shí)、有力，但有余差。它用比例度δ來表示其作用的強(qiáng)弱，δ越小，放大倍數(shù)Kc愈強(qiáng)，調(diào)節(jié)作用愈強(qiáng)。比例作用太強(qiáng)時(shí)，會(huì)引起振蕩。1、2PID調(diào)節(jié)第二十五頁，共三十六頁，2022年，8月28日儀表控制原理積分調(diào)節(jié)依據(jù)“偏差是否存在”來動(dòng)作，它的輸出與偏差對時(shí)間的積分成比例，只有當(dāng)余差消失時(shí)，積分作用才會(huì)停止。其作用是消除余差。但積分作用使最大動(dòng)偏差增大，延長了調(diào)節(jié)時(shí)間。它用T來表示其作用的強(qiáng)弱，T愈小，積分作用愈強(qiáng)，但積分作用太強(qiáng)時(shí)，也會(huì)引起振蕩。微分調(diào)節(jié)依據(jù)“偏差變化速度”來動(dòng)作，它的輸出與輸入偏差變化的速度成比例，其效果是阻止被控變量的一切變化，有超前調(diào)節(jié)的作用，對滯后大的對象有很好的效果。它使調(diào)節(jié)過程偏差減少，時(shí)間縮短，余差也減?。ǖ荒芟?。它用Td來表示其作用的強(qiáng)弱，Td愈大，作用愈強(qiáng)，但Td太大，也會(huì)引起振蕩。第二十六頁，共三十六頁，2022年，8月28日儀表控制原理2、串級(jí)控制

串級(jí)控制系統(tǒng)是由其結(jié)構(gòu)上的特征而得名。它是由主、副兩個(gè)調(diào)節(jié)器串接工作的。主調(diào)節(jié)器的輸出作為副調(diào)節(jié)器的給定值，副調(diào)節(jié)器的輸出去操縱調(diào)節(jié)閥，以實(shí)現(xiàn)對主變量的定值控制

。典型方塊圖如下：主調(diào)節(jié)器拭行器副對象副測量變送給定值擾動(dòng)1副調(diào)節(jié)器主對象主測量變送擾動(dòng)2

串級(jí)控制系統(tǒng)的目的是為了高精度地穩(wěn)定主變量，對主變量要求比較高，一般不允許有余差，所以主調(diào)節(jié)器一般選擇比例積分控制規(guī)律，當(dāng)對象滯后比較大時(shí)，也可以引入適當(dāng)?shù)奈⒎肿饔谩?.1串級(jí)控制簡述第二十七頁，共三十六頁，2022年，8月28日儀表控制部分

串級(jí)控制系統(tǒng)對副變量的要求不嚴(yán)。在控制過程中，副變量不斷跟隨主調(diào)節(jié)器的輸出變化而變化，所以，副調(diào)節(jié)器一般采用比例控制規(guī)律就行了，必要時(shí)引入適當(dāng)?shù)姆e分作用，而微分作用一般是不需要的。2.2串級(jí)控制系統(tǒng)中主副調(diào)節(jié)器正、反作用的確定

副調(diào)節(jié)器的作用方向與副對象特性、調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式有關(guān)，其選擇方法與簡單控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器正、反作用的選擇方法相同。

主調(diào)節(jié)器的作用方向的選擇可按下述方法進(jìn)行：當(dāng)主、副變量增加（或減少）時(shí)，如果要求調(diào)節(jié)閥的動(dòng)作方向是一致的，則主調(diào)節(jié)器應(yīng)選“反”作用；反之，則應(yīng)選“正”作用。第二十八頁，共三十六頁，2022年，8月28日儀表控制部分2.3例子進(jìn)料T2CT1C出料冷卻水

根據(jù)工藝安全性，可以判斷調(diào)節(jié)閥為氣關(guān)型，副調(diào)節(jié)器的正、反作用可以通過單回路來進(jìn)行判斷。由于T2C溫度升高時(shí)要求補(bǔ)充冷卻水，即加大閥門開度，而閥門為氣關(guān)型，如果輸入閥門的信號(hào)增加，閥門反而關(guān)小，因此要求輸出閥門的信號(hào)是變小；這樣就可以判斷T2C調(diào)節(jié)器為反作用。

而主調(diào)節(jié)器T1C指示增加時(shí)也是要求閥門打開多補(bǔ)充冷水進(jìn)行降溫，因此也可以判斷是反作用。第二十九頁，共三十六頁，2022年，8月28日儀表控制部分3、分程控制

分程控制系統(tǒng)就是一個(gè)調(diào)節(jié)器同時(shí)控制兩個(gè)或兩個(gè)以上的調(diào)節(jié)閥，每一個(gè)調(diào)節(jié)閥根據(jù)工藝的要求在調(diào)節(jié)器輸出的信號(hào)范圍內(nèi)動(dòng)作。設(shè)置分程控制可以改善調(diào)節(jié)閥的工作條件，滿足開停車時(shí)小流量和正常生產(chǎn)時(shí)的大流量要求，使之都能有較好的調(diào)節(jié)質(zhì)量以及滿足正常生產(chǎn)和事故狀態(tài)下的穩(wěn)定性和安全性。

例如，一加熱爐，要求用瓦斯與燃料油加熱，使原油出口保持恒定。為節(jié)省燃料，盡量采用瓦斯供熱，只有在瓦斯氣量不足時(shí)才用燃料油。瓦斯燃料油第三十頁，共三十六頁，2022年，8月28日儀表控制部分

這樣的情況可以考慮用分程控制方式，利用爐溫來同時(shí)控制兩個(gè)閥門，可以設(shè)定爐溫低時(shí)兩個(gè)閥門都打開，當(dāng)爐溫較高時(shí)逐漸關(guān)小燃料油閥，直至全關(guān)；若溫度還高，逐漸關(guān)小瓦斯閥，直到溫度達(dá)到要求為止。1001000A閥B閥閥開度%調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)%50兩閥的工作信號(hào)段可以進(jìn)行下列劃分：第三十一頁，共三十六頁，2022年，8月28日儀表控制部分二、重要控制回路分析

1.壓縮機(jī)（C302A/B）的壓力遞推控制

為保證壓縮機(jī)入口壓力穩(wěn)定，采用壓力遞推控制方案如下：V302V3011V30350-100%

0-50%

PY302B

50-100%

0-50%

PY316B

50-100%

0-50%

PY302E

PY302C

PY316D

PY316C

PY317C

PY317BPV302C

PV302B

PV317

PV316A/B

PIC302

PIC316

PIC317

LS

第三十二頁，共三十六頁，2022年，8月28日儀表控制部分正常操作時(shí)，PV302C關(guān)閉，當(dāng)V301壓力繼續(xù)上升時(shí)，則PV302C打開，維持V301壓力恒定，當(dāng)V302壓力較低時(shí)，則PIC316輸出下降，經(jīng)過反向放大器PY316D后變?yōu)榇笾?，輸入到低值選擇器PY302B，因此低值選擇器只能選上PIC302，壓縮機(jī)一級(jí)出口返回入口量由壓力調(diào)節(jié)器PIC302控制，當(dāng)V302壓力較高時(shí)，PIC316輸出高，經(jīng)反向放大器PY316D變?yōu)樾≈担斎氲瓦xPY302B后被選上