仪表基础知识.docx
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仪表基础知识
仪表基础知识
仪表基础知识培训
流程自动化含义：
作用于生产过程，收集相关生产过程信息进行显示。
输出控制信号至执行机构达到干预生产过程的目的。
一：
仪表的分类：
仪表的功能与分类
控制仪表
温度
热电偶、热电阻、膨胀、光学辐射
压力
液柱、弹性、活塞
流量
电磁、漩涡、转子、容积、节流孔板
物位
直读、静压、浮子、超声波
分析
电导率、浓度仪、化验仪表
显示仪表
模拟、数字
指示、记录
调节仪表
自力式
组装式
可编程
执行器
执行机构
电动、气动、
自力式
气动、液动
阀
电动
球阀、蝶阀、三通、闸阀
气动
二：
仪表的主要性能：
1：
精确度：
仪表的准确程度。
2：
变差：
在外界条件不变的情况下，被测参数有小变大（正向特性）或由大变小（反向特性）的不一致程度。
3：
灵敏度：
仪表的反应速度。
4：
稳定性：
在规定工况下仪表长期保持的性能及程度。
5：
可靠性：
以上参数的综合。
三：
化工计量单位：
1：
时间：
秒（S）分（min）小时（h）
2：
长度：
米（m）毫米（mm）
3：
面积：
平方米（㎡）
4:
体积（容积）：
立方米（m3）升（L）
5：
质量：
吨（t）公斤（Kg）
6：
温度：
度（℃）
7：
压力：
帕（pa）千帕（Kpa）兆帕（Mpa）
1Kg/cm2=9806.65pa
1mmhg（1毫米汞柱）＝133.322pa
1mmH2O=9.80665pa
四：
常用仪表标识字母：
字母
第一位
后继字母
被测或引发变量
修饰词
读出功能
输出功能
修饰词
A
分析
报警
B
烧嘴、火焰
C
电导率
控制
D
密度
差
E
电压（电动势）
检测元件
F
流量
比（分数）
G
视镜观察
H
手动
高
I
电流
指示
L
物位
灯
低
P
压力
连接测试点
T
温度
传送
W
重力、力
套管
五：
常用量名称：
1：
AI
模拟量输入（4-20mA、0-5V、0-10V）
2：
AO
模拟量输出（4-20mA、0-5V、0-10V）
3：
DI
开关量输入
（干点）
4：
DO
开关量输出
5：
RTD
热电阻输入（欧母）
6：
TC
热电偶输入（mV）
温度检测与仪表
一：
温度：
表明物体的冷热程度。
1：
华氏：
在标准大气压下，冰的熔点32℉，水的沸点212℉。
2：
摄氏：
在标准大气压下，冰的熔点0℃，水的沸点100℃。
1：
热电阻测温原理及类型
热电阻是利用电阻随温度变化的特性制成的传感器。
阻值的大小与温度成正比
PT100含义:
其阻值在0℃是为100欧母。
2：
常见故障
故障现象
可能原因
解决办法
显示表显示满量程
测量线路短路
用万用表测量“+”与“-”之间阻值。
若短路则分别查是热电阻短路还是线路短路。
显示表显示0
测量线路开路
检查接线端子牢固情况。
否则用万用表测量“+”与“-”之间阻值。
若开路则分别查是热电阻开路还是线路开路。
显示值跳动
接线不牢固
检查接线端子牢固情况
线路偶有碰地
仔细检查测量线路破损情况
存在干扰源
检查周围是否存在大电流干扰源
3：
热电偶测温基本原理：
将两种导体或半导体焊接起来，构成一个闭合回路，由于热电效应，在回路中有电流动，电流的大小与温度成正比。
4.仪表的分类：
非
接
触
式
辐射式：
测温范围400-2000℃
红外线：
测温范围0-3500℃
接
触
式
膨胀式
液体：
测温范围-50-100℃，易碎，范围有限
双金属：
测温范围-80-600℃，利用两种金属膨胀系数不同。
热电偶：
测温范围0-1600℃。
分：
K、B、S
热电阻：
测温范围-200-500℃。
分：
pt100、cu50、cu100
5：
常见故障
故障现象
可能原因
处理方法
热电势（温度显示）比实际值小
（显示仪表指示值偏低）
热电极短路
找出短路原因
补偿导线间短路
加强绝缘或更换补偿导线
补偿导线极性接反
更换极性接线
安装位置不当或深度不够
按规定安装
补偿导线与热电偶不配套
更换合适的补偿导线
有直流干扰信号进入
排除直流干扰
接线不良
拧紧接点螺丝
热电势（温度显示）比实际值大
（显示仪表指示值偏高）
测量线路绝缘破损，引起断续短路或接地
找出故障点，修复绝缘
安装不牢或震动
加固或消震
电极将断未断
修复或更换热电偶
热电势输出不稳定
外界干扰（交流漏电或电磁场感应）
找出干扰源，采取屏蔽措施
压力的检测与仪表
一：
压力：
作用在单位面积上的压强。
1、大气压：
空气所产生的平均压力,地球表面上的空气柱因重力而产生的压力。
它和所处的海拔高度、纬度及气象状况有关。
2、差压（压差）：
两个压力之间的相对差值。
3、绝对压力：
介质（液体、气体或蒸汽）所处空间的所有压力。
绝对压力是相对零压力而言的压力。
4、表压力（相对压力）：
如果绝对压力和大气压的差值是一个正值，那么这个正值就是表压力，即表压力=绝对压力-大气压＞0。
5、负压（真空表压力）：
也叫真空度，和“表压力“相对应，如果绝对压力和大气压的差值是一个负值，那么这个负值就是负压力，即负压力=绝对压力-大气压＜0。
6、静态压力：
一般理解为“不随时间变化的压力，或者是随时间变化较缓慢的压力，即在流体中不受流速影响而测得的表压力值”。
7、动态压力：
和“静态压力”相对应，“随时间快速变化的压力，即动压是指单位体积的流体所具有的动能大小。
”通常用1/2ρν2计算。
式中ρ—流体密度；v—流体运动速度。
”
二：
压力测量与压力测量仪表的选择：
1：
就地测量：
直读仪表。
2：
远距离测量：
压力变送器。
三：
正确选用压力检测元件应考虑几点：
1：
量程2：
精度
3：
被测介质与工作环境
4：
外形
四：
常用压力变送器：
1：
电容式
2：
扩散硅
3：
单晶硅
五.变送器的维护工作
1）巡回检查：
仪表指示情况，仪表示值有无异常；
气动变送器气源压力是否正常；
电动变送器电源电压是否正常；
环境温度、湿度、清洁状况；仪表和工艺接口、导压管和阀门之间有无泄漏、腐蚀。
2）定期维护：
定期检查零点，定期进行校验；
定期进行排污、排凝、放空；
定期对易堵介质的导压管进行吹扫，定期灌隔离液。
3）设备大检查：
检查仪表使用质量，达到准确、灵敏，指示误差、静压误差符合要求，零位正确；
仪表零部件完整无缺，无严重锈垢、损坏，铭牌清晰无误，紧固件不得松动，接插件接触良好，端子接线牢固；技术资料齐全、准确、符合管理要求。
流量的检测与仪表
一：
流量：
单位时间内流经某一截面流体的数量。
二：
安装要求
1、液体应始终充满管道（在此条件下可水平、垂直或成角度安装，但对于有颗粒或浆液的流体应垂直安装，流向由下向上，防止产生沉淀）；
2、无气泡（安装在阀的上游，防止管道中压力降低，从而产生气泡）；
3、水平安装时，电极所在平面应与地面平行（防止上有气泡，下有沉淀）；
4、接地时，基准电位必须与被测液体相同，液体电位应与地电位相同；
5、被测液体的流向不必与流量计箭头标记一致；
6、被测流体必须为导电溶液。
三、常用参数见下表
名称
参数代码
参数设置及说明
体积单位设置
04
00：
km3，01：
m3，02：
L，03：
cm3
时间单位设置
05
01：
小时
流向方向设置
14
00：
从左到右（面向仪表），01从右到左
×：
常见故障显示及原因
故障代码显示
故障说明
故障可能原因
Err-02
微处理器失灵
Err-03
EEPROM异常
Err-06
输入信号溢出
Err-07
检测器线圈断开
Err-08
超过11m/s的流速
Err-09
低于0.05m/s的流速
Err-19
设定G024-20mA下限大于G034-20mA
Err-20
管道未充满或检测电极附有绝缘物
Err-21
多量程故障
物位的检测与仪表
一：
物位测量目的：
通过检测容器中原料、半成品、成品数量，是否在规定范围内，以便生产过程正常进行。
二：
磁浮子主要技术指标
1、测量范围：
0-0.5~0-6M（4M以上选用静压式为宜）；
2、变送精度：
±1.5%（H≥1.0M时），±2.5%（H≥0.5M时）；
3、测量介质温度：
-20~125℃；
4、测量介质压力：
0~600KPa；
5、使用环境：
-10~55℃,湿度≤95%；
（四）、常见故障
故障现象
可能的原因
解决方法
显示值为0
浮球被浆体沾在底部
轻微晃动或提升，并观察浮球是否浮起
浮球进水不能浮起
拆线、清洗后更换浮球
显示值为满量程
测量导管进水
烘干，重新安装并做好密封工作
执行器
一：
概念
将控制系统发出的控制信号，改变调节参数，把被调参数控制在所要求的范围内，从而达到生产过程自动化。
二：
常用执行器：
1：
气动式
2：
电动式
3：
自力式
三：
调节阀共有九个基本功能，它们是：
◆调节功能——这是最基本的功能
◆切断功能
◆克服压差反映调节阀的内在质量
◆防堵功能
◆耐蚀功能——涉及阀的寿命
◆耐压功能——涉及阀的安全
◆耐温功能——满足阀的工作条件
◆重量——利于起吊、运输、安装…
◆外观——仪表化、轻型化、小型化、美观
其调节功能表现为五个方面：
第一.流量特性：
即开度与流量的关系
第二.可调范围：
即最大流量与最小流量之比
第三.调节速度：
即阀芯的运动速度
第四.流量系数：
即通过流量的能力
第五.小开度工作性能：
即小开度工作时的调节性能
仪表自控控制方式
一：
仪表基础保障：
接地；
1：
防雷接地
2：
工作地
3：
保护地4：
屏蔽地
5：
本安接地6：
浮地
工作地：
以抑制干扰，保障设备正常运行为目的的接地我们称为工作接地。
保护地：
以保障人身和设备安全为目的的接地我们称为保护接地。
屏蔽地：
以消除设备线路干扰为目的的接地我们称为屏蔽接地。
二：
开环控制：
三：
闭环控制：
四：
DCS系统结构示意图：
五：
控制回路图：
闭环控制PID调整
一：
PID控制一般规律：
在进行PID各参数修正过程中，应记住以下几条规则：
1：
增大比例系数P会增加系统响应，减小偏差，但超调量增大，稳定性变差。
2：
增大积分时间，减弱了积分作用，减小超调量系统稳定性更好，但消除偏差时间长。
3：
增大积分时间D，增强了微分作用，超调量将减小，稳定性更好，但对扰动和干扰敏感。
二：
整定方法
经验法是简单调节系统应用最广泛的整定方法，是一种试凑法。
它通过参数预先设置和反复试凑来实现。
参数的预置值要根据对象的特性和仪表的量程决定。
仪表量程大的PID参数要适当加强作用。
四类被调参数的一般范围如下：
被调参数
比例度%
积分时间min
微分时间min
流量
100~300
0.1~1
不可为0
温度
100~200
3~30
0.5~3
压力
100~300
0.4~3
不可为0
液位
80~200
不可为0
不可为0
实际情况可能超出此范围。
仪表基础问答
1、什么是测量？
答：
测量就是将已知的标准量和未知的被测物理量进行比较的过程。
2、测量如何分类？
答：
按形式可分为直接测量、间接测量和组合测量
3、什么是测量误差？
答：
在进行任何测量过程中，由于测量方法的不完善，测量设备、测量环境以及人的观察力等都不可避免的出现一定的误差，而使测量结果受到歪曲，使测量结果与被测真值之间存在一定差值，这个差值即是测量误差。
4、仪表的检定方法有哪些？
答：
1、示值比较法2标准物质法
5、热的三种传递方式是哪些？
答：
传导、对流、辐射
6、三极管的输出特性区分为哪三个区域？
答：
截止区、放大区、饱和区
7、执行器是由哪几部分组成的？
答：
执行器由执行机构和调节阀组成。
8、什么叫PID调节？
答：
PID调节就是指调节仪表具有比例（P）、积分（I）、微分（D）作用的功能。
9、动圈式温度仪表由哪几部分组成？
答：
指示调节型包括三部分：
动圈测量机构、测量电路和电子调节电路。
指示型只有两部分：
动圈测量机构和测量电路。
10、什么叫灵敏度？
答：
灵敏度是仪表对被测量物体的反应能力，它反映仪表对被测参数的变化的灵敏程度。
11、电偶的电动势大小与哪些因素有关？
答：
热电偶的材料和两接点的温度差。
12、热电偶产生电动势的条件是什么？
答：
两电极的材料不同和两接点的温度不同
13、压力式温度计的测量范围是多少？
答：
0~300℃
14、为什么测量二极管好坏时，不能使用万用表的*1档？
答：
电流过大，容易损坏二极管。
15、差压变送器导压管漏会有什么结果？
答：
正压侧漏会使仪表指示值偏低，负压侧漏指示值偏高。
二、控制理论部分
1、什么叫闭环控制？
答：
闭环控制系统是根据被控量与给定值的偏差进行控制的系统。
2、闭环控制中，常用什么参数来衡量控制质量？
答：
分析一个闭环控制系统的性能时，常用上升时间和过度过程时间来衡量系统的快速性，超调量和衰减度来代表系统的稳定性，静差大小来表示系统的准确性。
3、什么叫顺序控制？
答：
根据生产工艺的要求，对开关量实现有规律的控制，称之为顺序控制。
4、变送器的作用是什么？
答：
变送器的作用是将测量元件测出的被控量变换成控制器所需要的信号类型。
5、比例调节器作用的优点是什么？
答：
比例调节器作用的优点是反应速度快，调节作用能立即见效，即当有偏差信号输入时，调节器的输出立即与偏差成比例的变化，较快的克服干扰所引起的被调参数的波动。
输出的偏差信号越大，输出的调节作用越强，这是比例调节器的一个显著特点。
6、在电动PID调节中，偏差检测电路的作用是什么？
答：
偏差检测电路的作用是将输入信号与给定信号进行比较，并将比较后的偏差信号送到调制式放大器的输入端
7、简述PID调节系统的过度过程。
答：
当干扰出现时，微分调节立即动作，同时，比例调节也起克服作用，使偏差的幅度减小，接着积分开始起作用，该系统较比例积分系统具有更强的克服偏差的能力。
PID调节写只经过短暂的衰减震荡后，偏差即被消除，进入新的稳定状态。
8、简述三冲量给水调节系统的信号来源
答：
在三冲量给水调节系统中，调节器接受三个输入信号：
主信号汽包水位H，前馈信号蒸汽流量D，和反馈信号给水流量W。
其中，蒸汽流量和给水流量是引起汽包水位变化的主要原因，当引起汽包水位变化的扰动一经发生，调节系统立即动作，能即使有效的控制水位的变化。
9、级控制系统的调节器选择的一般原则是什么？
答：
（1）副回路应包围强扰动引入处
（2）副回路要尽可能将大时间常数的对象部分包围。
（3）主副调节器要选择不同调节规律的调节器。
10、为什么不能单独使用微分调节？
答：
单纯的微分调节器的输出只能反映偏差信号的速度，不能反应偏差大小，调节的结果不能消除静差，因此不能单独的使用微分调节器，而总要和比例或积分规律结合起来使用。
11、我厂的给水控制采用的是什么控制方式？
答：
串级三冲量控制
12、在给水控制中，哪个是主信号，哪个是副信号，哪个要反接？
答：
汽包液位是主信号，给水流量和蒸汽流量是副信号，蒸汽流量要反接。
13、什么叫负反馈？
答：
指输出端送回的反馈信号与输入信号相位相反，信号相互抵消，对输入信号起减弱作用。
14、自动系统中，实现无扰切换应满足什么条件？
答：
调节器的输出等于给定。
三、测量元件部分
1、我厂现场使用的主要测温元件有哪些？
答：
有热电偶和热电阻
2、热电偶是利用什么原理工作的？
答：
热电偶是利用热电偶的热电效应工作的。
3、热电阻的测量范围是多少？
答：
-200℃～500℃
4、工业普通热电偶由哪几部分组成？
答：
工业普通热电偶由热电极、绝缘管、保护管和接线盒四部分组成。
5、我厂使用的流量计量仪表是什么？
答：
电磁流量计
6、差压式流量计包括哪几部分？
答：
节流元件、引压导管、差压计
7、标准节流元件有哪些？
答：
喷嘴，孔板和文丘里管
8、补偿导线的作用是什么？
答：
补偿导线的作用是把热电偶的冷端离热源较远及环境温度较稳定的地方。
11、自动平衡电桥的主要作用是什么？
答：
与热电阻配合，用于显示和记录温度。
14、对于气体流量的测量应引入哪些量做补偿？
答：
温度和压力
15、给水流量的测量应引入哪些量做补偿？
答：
温度
16、标准孔板的优点和缺点是什么？
答：
优点是加工方便，省料，造价低；缺点是压力损失较大。
17、节流装置的工作原理是什么？
答：
在管道内部安装有截面变化的孔板或喷嘴等节流装置，当液体流经节流件时，由于流收缩，则在节流件的前后产生静压差，利用压差与流速的关系可进一步测量出流量。
18、温度变送器的作用是什么？
答：
与热电偶或热电阻配合使用，把温度或者温差转换为电流信号。
19、为什么热电阻要采用三线制连接？
答：
为了克服连接导线对电阻的影响。
20、为什么热电偶输入回路要具有冷端温度补偿的作用？
答：
因为当使用热电偶时，总是希望冷端温度是恒定不变的，然而，这在工业生产中是难以得到的，因此，要使用冷端温度补偿器，当热电偶的输出随着冷端温度的变化而变化时，桥路的输出也应随着变化，并且两者的变化大小相等，方向相反，这样，就可以补偿因热电偶冷端温度变化所引起的测量误差了。
21、什么叫静压误差？
答：
向变送器的正、负压室同时输入相同的压力，变送器输出零位随着静压的变化而改变，这种由静压而产生的误差，叫做静压误差。
22、何谓非线性？
产生的原因是什么？
答：
变送器的输入压力与输出压力不呈直线关系的现象称之为非线性。
原因是测量元件的转换误差。
23、工业上常用的压力表精度等级有哪些？
答：
0.5、1、1.5、2、2.5、4
24、差压变送器测量元件的作用是什么？
答：
将差压信号转换为集中力信号
25、U型管压力计包括哪几部分？
答：
玻璃管、标尺、液柱
26、压力式液位计的工作原理是什么?
答：
各种液体的介电常数不同，当液位变化时，置于容器液体中的电容或容器本身的电容就会发生变化，可通过测量其变化来测量液位的变化量。
27、超声波液位计有什么优点和缺点？
答：
超声波液位计可以定点和连续的测量，很方便的提供遥测和遥控信号，又有很大的适应性，对介质的状态无苛求，且不需要运动不见，其传播速度并不直接与媒介的介电常数、电导率，热导率有关，且经济耐用，使用与安装方便。
缺点是不能测量有气泡及悬浮物的液位，在液面有较大的波动时于测量不利，使测量带来误差。
28、电子自动平衡电桥是应用什么原理制成的？
答：
电桥平衡原理
29、稳压电源的关键部件是什么？
答：
稳压管
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