施工员培训单体调试.docx
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施工员培训单体调试
单体调试
第一章仪表基础知识
一、测量误差
1.测量误差的定义:
测量误差是指测量值与被测量的真值之差。
它有以下几种表达方式：
（1）绝对误差绝对误差△x是测量值x与其真值x0之差，即
△x=x-x0
（2）相对误差相对误差δx是测量值x的绝对误差△x与其真值x0之比，即
δx=△x/x0=（x-x0）/x0
（3）引用误差引用误差δx′是指绝对误差与测量范围的上限值或量程之比值，以百分数表示，即
δx′=△x/（xmax-xmin）×100%
式中xmax为测量范围上限值xmin为测量范围下限值。
引用误差也称相对折合误差或相对百分误差，它用来表示仪表的准确度。
2.测量误差的来源
（1）测量器具（仪器仪表）本身的结构、工艺、调整以及磨损、老化等因素引起的误差。
（2）测量方法（或理论）不十分完备，采用近似测量方法和近似计算方法所引起的误差。
（3）测量环境的各种条件，如温度、湿度、气压、电磁场与振动引起的误差。
（4）由于操作者的主观因素和实际操作，如视力、反应速度等引起的误差。
3.测量误差的分类
（1）系统误差系统误差是指在偏离测量规定条件时或由于测量方法所引入的因素，按某确定规律所引起的误差。
系统误差大小的程度，可以用“正确度”来衡量，正确度的定量指标为系统误差限。
（2）随机误差随机误差（又称偶然误差）是指在实际测量条件下，多次测量同一量时，误差的符号和绝对值以不可预定的方式变化的误差。
常用“精密度”来表示测量结果中的随机误差的大小。
（3）粗大误差粗大误差是指超出在规定条件下所预期的误差。
二、仪表主要性能指标
1.精确度：
又称精度，是仪表测量值接近真实值的准确程度，通常用引用误差（相对百分误差）表示。
精确度是仪表很重要的一个质量指标,常用精度等级来规范和表示。
精度等级就是最大引用误差去掉正负号和%。
国家统一规定划分的等级有：
0.005、0.02、0.05、，0.1、，0.2、0.35、0.5、1.0、1.5、2.5、4等。
精度等级数值越小，则仪表精确度越高。
2.变差：
又称回差，是指仪表被测变量多次从不同方向达到同一数值时，仪表指示值之间的最大差值，或者说是被测参数由小到大变化或被测参数由大到小变化不一致的程度，两者之差即为变差。
变差没有正负号。
变差产生的主要原因是仪表传动机构的间隙，运动部件的摩擦，弹性元件滞后等。
3、灵敏度：
是指仪表对被测参数变化的灵敏程度，在稳态下，输出变化增量对输入变化增量的比值，即：
s=△L/△x。
式中s---仪表灵敏度
△L---仪表输出变化增量
△x---仪表输入变化增量
4、复现性测量复现性是在不同测量条件下，如不同的方法，不同的观测者，在不同的环境中对同一被检测的量进行检测时，其结果一致的程度。
测量复现性通常用不确定度来估计。
不确定度是由于测量误差的存在而对被测量值不能肯定的程度，可采用方差或标准差（取方差的正平方根）表示。
5.稳定性在规定工作条件内,仪表某些性能随时间保持不变的能力称为稳定性（度）。
化工企业通常用仪表的零点漂移来衡量仪表的稳定性。
6．可靠性可靠性和仪表维护量是相辅相成的，可靠性高说明仪表维修量小，反之，仪表可靠性差。
通常用仪表的平均无故障时间MTBF来描述仪表的可靠性。
三、仪表分类
检测与过程控制仪表最通用的分类，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（控制）仪表、执行器4大类。
见下表：
按功能
按被测变量
按工作原理或结构形式
按组合形式
按能源
其他
检测仪表
压力
温度
流量
物位
成分
液柱式，弹性式，电气式，活塞式
膨胀式，热电偶，热电阻，光学，辐射
节流式，转子式，容积式，速度式，靶式，电磁，漩涡
直读，浮力，静压，电学，声波，辐射，光学
PH值，氧分析，色谱，红外，紫外
单元组合
单元组合
单元组合
单元组合
实验室和流程
电、气
电、气
电、气
智能，现场总线
智能，现场总线
智能，现场总线
智能，现场总线
显示仪表
模拟和数字
指示和记录
动圈，自动平衡电桥，电位差计
电、气
单点，多点，
打印，笔录
调节（控制）仪表
自力式
组装式
可编程
基地式
单元组合
气动
电动
执行器
执行机构
薄膜，活塞，长行程，其他
执行机构和阀可以进行各种组合
气、电、液
阀
直通单座，直通双座，套筒（笼式），球阀，蝶阀，隔膜阀，偏心旋转，角形，三通，阀体分离
第二章常见仪表的单体调校
第一节压力仪表的单体调校
一、概述
1.压强是垂直而均匀地作用在单位面积上的力，它的大小由受力面积和垂直作用力两个因素所决定，用数学式表示为
P=F/A
式中P—压力；
F—垂直作用力；
A—受力面积。
在国际单位制中，压力的单位为牛顿/米2，记作N/m2，称为“帕斯卡”，符号以Pa表示，简称为“帕”。
它的物理意义是1N的力垂直作用在1m2面积上所产生的压力。
2.其他过去在工程上常用的单位及换算关系：
（1）工程大气压（Kgf/cm2）这是过去工程上最常用的压力单位。
即1Kgf均匀而垂直作用在1cm2面积上所产生的压力。
（2）毫米水柱（mmH2O）、毫米汞柱（mmHg）即在1cm2的面积上由1mm水柱或1mm水银柱质量所产生的压力。
（3）标准大气压又称物理大气压它随时间和地点的不同变化很大，所以国际规定将0℃时，地理纬度45°海平面上的大气压定为标准大气压。
它等于水银密度为13.595lg/cm2重力加速度为9.80665m/S2时，高度为760mm的水银柱作用在1cm2面积上所产生大压力。
中国现在已统一采用国际单位“Pa”，现将国际单位与过去几种常用压力单位之间的换算关系列于下表，以方便查阅对照。
压力单位换算表
单位
帕/Pa（N/m2）
巴/bar
毫米水柱/mmH2O
标准大气压/atm
工程大气压/（Kgf/cm2）
毫米汞柱（mmHg）
磅力/英寸2/（1bf/m2）
帕/Pa（N/m2）
1
1×105
1.019716×10-1
0.9869236×10-5
1.019716×10-5
0.75006×10-2
1.450442×10-4
巴/bar
1×103
1
1.019716×10-4
0.9869236
1.019716
0.75006×103
1.450442×10
毫米水柱/mmH2O
0.980665×10
0.980665×10-4
1
0.9678×10-4
1×10-4
0.73556×10-1
1.4223×10-3
标准大气压/atm
1.0132510×105
1.01325
1.033227×104
1
1.0332
0.76×103
1.4696×10
工程大气压/（Kgf/cm2）
0.980665×105
0.980665
1×104
0.9678
1
0.73556×103
1.422398×10
毫米汞柱（mmHg）
1.333224×102
1.333224×10-3
1.35951×10
1.316×10-3
1.35951×10-3
1
1.934×10-2
磅力/英寸2/（1bf/m2）
0.68049×104
0.68049×10-1
0.70307×103
0.6805×10-1
0.70307×10-1
0.51715×102
1
3.大气压、绝对压力、表压和真空度的关系
二、压力测量的原理与方法
1.根据压力的定义直接测量单位面积上受力的大小。
依据这一原理测量压力的方法有U形管压力计（用液柱本身的重力去平衡被测压力，通过液柱的高低读出压力值）、活塞式压力计（靠砝码平衡被测压力，通过砝码的重量得出压力值）等。
这一方法简单、直观。
2.利用压力作用于物体后所产生的各种物理效应来实现压力测量。
依据这一原理测量压力的方法主要有应变式、霍尔式、电感式、压电式、压阻式、电容式等：
（1）压电式压力传感器这种传感器是根据“压电效应”原理把被测压力变换为电信号的。
当某些晶体沿着某一个方向受压或受拉发生机械形变（压缩或伸长）时，在其相对的两个表面上会产生异性电荷。
当外力去掉后，它又重新回到不带电的状态，此现象称为“压电效应”。
常用压电材料有压电晶体和压电陶瓷。
（2）压阻式压力传感器压阻式压力传感器是利用半导体材料（单晶硅）的电阻率随压力变化而变化的特性，即“压阻效应”制成的。
（3）应变式压力传感器应变式压力传感器是一种通过测量各种弹性元件的应变来间接测量压力的传感器。
（4）电容式压力传感器利用平行板电容电容量随极板距离改变而改变的原理制成，用测量电容的方法测出电容量，从而实现电容-压力的转换。
（5）谐振式压力传感器谐振式压力传感器是靠被测压力所形成的应力改变弹性元件的谐振频率，经过适当的电路输出频率信号进行远传。
三、压力仪表的调校
1．压力仪表可分为就地和远传两类。
就地压力仪表主要有弹簧管压力表、膜盒压力表、双波纹管差压计等，远传压力仪表主要有压力变送器（包括差压变送器、绝压变送器）、电接点压力表、压力开关等。
2．就地压力仪表的调校：
（1）就地压力仪表调校时，应注意标准表量程选用要跟被校表相“匹配”。
一般来说，测量范围小于0.1MPa的压力表，宜用仪表空气作信号源，与测量范围相适应的标准压力表进行比较。
测量范围大于0.1MPa的压力表应用活塞式压力计加压，与标准压力表或标准砝码相比较。
当使用砝码比较时，应在砝码匀速旋转的情况下读数。
（2）压力校验台用砝码作标准表时，压力计上的水平泡的气泡调至中心位置，保证校验台水平，否则会引起测量误差。
（3）氧压表（或设计规定的禁油压力表）严禁用油作工作介质，所用工具也要专用，并进行脱脂，千万不能被油脂污染。
（4）就地压力仪表调校项目主要有示值精度和回差。
其主要调校设备有压力校验台（两用）、标准压力表等。
几种常用的校验方法的校验接管图如图-1、图-2、图-3。
实际工作中可结合现场实际选用新型仪器。
图-1校验小于0.1MPa压力表接管图
1.被校压力表2.压力表底座3.标准压力表4.定值器
5.普通压力表6.过滤器减压阀7.φ6×1或φ8×1紫铜管
图-2使用活塞式压力计校验大于0.1MPa压力表接管图
1-手轮2-活塞3-针形阀4-测量活塞5-砝码6-针形阀
7-油杯8-针形阀
图-3通用带油水隔离的两用压力校验台可校禁油和普通压力表
3．远传压力仪表的调校
在我公司的施工中，远传压力仪表主要是HART协议智能变送器，下面就以HART协议智能变送器为例，介绍一下智能变送器的调校。
其他诸如BRAIN通讯协议、DE通讯协议等的智能变送器，通讯器操作参照其说明书，其余项目相同。
（1）标准仪器的选用：
A.标准表基本误差的绝对值不应超过被校仪表基本误差绝对值的1/3。
对于被校表精度为0.075%的智能变送器,现有压力校验器不能满足上述要求,依据《自动化仪表工程施工及验收规范》GB50093—2002,可以选用比被校表高一个等级的标准表,比如被校表精度为0.075%,可以选用0.05%级的压力校验器。
B.HART协议智能变送器调校所需仪器设备：
压力校验器（与被校表相适应的）、数字万用表7562（6位半）、负载电阻（250～600Ω）、275（或375）HART通讯器、24VDC稳压电源。
C．标准表量程选用要跟被校表相“匹配”。
一般来说，压力校验器选用可依据下述原则：
①量程上限值低于200KPa使用气压校准。
标准仪器使用数字压力计和真空泵。
②量程上限值在200～700KPa使用气压校准，使用压力校准仪PPC7Bar。
③量程上限值在700～1500KPa使用气压校准，使用压力校准仪PPC15Bar。
④量程上限值在1500～3500KPa使用液压校准，使用压力校准仪PPC35Bar。
⑤量程上限值在3500～7000KPa使用液压校准，使用压力校准仪PPC70Bar。
⑥量程上限值在7000～14000KPa使用液压校准，使用压力校准仪PPC140Bar。
⑦量程上限值在14000～22000KPa使用液压校准，使用压力校准仪PC6。
上述量程上限值指被校表的量程上限值。
（2）调校的项目及操作方法
A.外观检查：
①铭牌及设备的型号、规格、材质、测量范围、显示部分、使用电源等技术条件应符合设计要求。
②无变形、损伤、油漆脱落、零件丢失等缺陷；外形主要尺寸、连接尺寸符合设计要求
③端子、接头固定件等应完整；附件齐全。
④合格证及检定证书齐备。
B.参数整定
①按图-4连接好管路、线路
图-4HART智能变送器调校管、线路连接示意图
②智能变送器的工作状态为数字通讯方式或模拟通讯方式；调校时将它设定在模拟通讯方式（便于监视输出电流）。
③参照仪表规格书输入仪表的位号（TAG）、工程单位（UNIT）、量程下限（LRV）、量程上限（URV）、输出特性（Xferfnctn）、阻尼时间常数（Damp）、小信号切除（Lowcut）等参数。
C.精度调校
①按图-4连接好管路、线路
②零点调校：
将正、负压室放空，用外部调零螺钉调零或用HART智能终端选择
Devicesetup→Diag/service→Calbration→Sensor→ZeroTrim参数，按两次OK
键，仪表自动调至零点，输出显示4mA。
③量程调校：
如果输出信号误差大则进行量程校准；以量程0-25KPa为例:
用HART智能终端选择Devicesetup→Diag/service→Calbration→Sensor→Uppersonsortrim;施加测量范围25KPa的压力信号,压力稳定后，按OK（F4）；再按OK（F4）；输入25按ENTER（F4）,稍后，调整完成。
④刻度调校：
沿增大和减小方向分别施加测量范围的0%、25%、50%、75%和100%的压力信号，相应输出电流的允许误差和变差应符合精度指标要求，且各点输出稳定，零点无漂移。
（注意:
调整下行程前应先使信号压力略超过量程上限值后再进行）
D．零点迁移：
当用压力变送器测量水蒸汽或其他易冷凝的气体压力时，由于变送器安装于取压点下方，仪表投用后导压管里会存满冷凝液，这样变送器检测到的压力就包含介质压力和导压管里冷凝液液柱的压力，必须把后者抵消掉，才能准确测出介质压力。
这种情况一般用零点正迁移来解决，迁移量由取压点和变送器的高度差决定。
（3）调校注意事项
A.标准表选用要符合要求。
对于小量程的标准表和被校表，要缓慢加压，避免超程造成仪表损坏。
B.连接标准仪器侧也要用扳手卡住，防止仪器上的接头松动、脱落。
C.通电前先检查连接的正确性。
变送器回路中HART通讯器与电源间必须连接250Ω电阻（负载电阻箱）。
D.调整前要进行预热，调整后不能立即断电，等数据存储完毕方可断电。
E．变送器特别是微压变送器，调校时一定要垂直放置，以免因正负压室不在同一水平面引起测量误差。
第二节温度仪表的单体调校
一、概述
1.基本概念:
（1）.温度是表示物体冷热程度的物理量。
温度不能直接加以测量，只能借助于冷热不同的物体之间的热交换，以及物体的某些物理性质随冷热程度不同而变化的特性，来进行间接测量。
（2）.温标为了保证温度量值的统一和准确，应该建立一个用来衡量温度的标准尺度，简称为温标。
A.摄氏温标将标准大气压下水的冰点定为零度，水的沸点定为100度，在0～100之间分100等份，每一等份为一摄氏度，用符号t表示，单位记为℃。
B.华氏温标华氏温标规定在标准大气压下，纯水的冰点为32度，沸点为212度，中间划分180等份，每一等份为一华氏度，用符号t表示，单位记为OF。
摄氏温标与华氏温标的关系为：
n℃=（1.8n+32）OF
式中,n为摄氏温标的度数,℃和OF分别代表摄氏和华氏的温度值.
C.热力学温标
热力学温标又称开式温标。
它规定分子运动停止时的温度为绝对零度，或称最低理论温度，它是以热力学第二定律（开尔文所总结）为基础的，与测温物体的任何物理性质无关的一种温标。
D.国际温标
国际温标是用来复现热力学温标的，是一个国际协议性温标。
选择了一些纯物质的平衡态温度作为温标的基准点，规定了不同的温度范围内的标准仪器，如铂电阻、铂铑-铂热电偶和光学温度计等。
建立了标准仪器的示值与国际温标关系的补插公式，应用这些公式可求出任何两个相邻基准点温度之间的温度值。
根据国际温标规定，热力学温度是基本温度，用符号T表示，单位是开，记为K。
它规定水的三相点热力学温度（固态、液态、气态三相共存时的平衡温度）为273.16K，定义1K（开尔文1度）等于水的三相点热力学温度的1/273.16。
通常将比水的三相点温度低0.01K的温度值规定为摄氏0℃，它与摄氏温度之间的关系为：
t=T-273.15
式中T—热力学温度，K；
T—摄氏温度，℃。
2.温度测量仪表的分类
温度测量范围很广，种类很多。
按工作原理分，有膨胀式、热电阻、热电偶以及辐射式等，按测量方式分，有接触式和非接触式两类。
各种测温仪表的测温原理，基本特性见下表。
常用测温仪表的分类及性能
测量方式
仪表名称
测温原理
精度范围
特点
测量范围/℃
接
触
式
双金属温度计
金属热膨胀变形量随温度变化
1-2.5
结构简单，精度清楚，读数方便，精度较低，不能远传
-100～600
一般-80～600
压力式温度计
气（汽）体、液体在定容条件下，压力随温度变化
1-2.5
结构简单可靠，可较远距离传送（〈50m〉，精度较低，受环境温度影响大
0～600
一般0～300
玻璃管液体温度计
液体热膨胀体积量随温度变化
0.1-2.5
结构简单，精度高，读数不便，不能远传
-200～600
一般-100～600
热电阻
金属或半导体电阻随温度变化
0.5-3.0
精度高，便于远传；需外加电源
-258～1200
一般-200～650
热电偶
热电效应
0.5-1.0
测温范围大，精度高，便于远传，低温精度差
-269～2800
一般-200～1800
非
接
触
式
光学高温计
物体单色辐射强度及亮度随温度变化
1.0-1.5
结构简单，携带方便，不破坏对象温度场；易产生目测误差，外界反射，辐射会引起测量误差
200～3200
一般600～2400
辐射高温计
物体辐射随温度变化
1.5
结构简单，稳定性好，光路上环境介质吸收辐射，易产生测量误差
100～3200
一般700～2000
二、温度仪表的调校
1．就地温度仪表：
（1）膨胀式温度仪表：
玻璃液体温度计、双金属温度计；
压力式温度仪表：
液体压力式、气体压力式、蒸气压力式。
（2）双金属温度计、压力式温度计的校验
A．校验点选取量程的0%、50%、100%三点。
B.零点或室温检查：
有条件最好做零点检查，将温度计感温部分插入冰水混合物中，与标准温度计相比较，检查零点指示。
若无条件，也可做室温检查，方法是：
将标准温度计同被校温度计置于同一环境温度的地方（最好在室内），稳定一段时间后，与标准温度计指示值相比较，计算出误差值。
C.零点和室温校好后，将标准温度计插入到水浴或温度校验器中，分别加热到量程的50%、100%，与标准温度计指示值相比较，其基本误差及变查应符合精度要求。
D.压力式温度计校验时,0～100℃之内应选用水浴,100℃以上选用油浴。
双金属温度计0～100℃之内，应选用水浴，100℃以上选用油浴或温度校验器。
2.热电偶温度计:
（1）．热电偶测温原理基于塞贝克“热电效应”。
把两种不同的导体或者半导体材料A和B连接成闭合回路，当两个接触端温度不同时，回路就会产生热电势，如热电偶原理图2-1所示，
图2-1
（2）．热电偶分为两类：
标准化热电偶、非标准化热电偶。
A.标准化热电偶有IEC推荐的以下几种：
序号
分度号
偶丝材质
正极
负极
1
S
铂铑10
铂
2
B
铂铑90
铂铑6
3
K
镍铬
镍硅
4
J
铁
康铜
5
R
铂铑13
铂
6
E
镍铬
康铜
7
T
铜
康铜
B.非标准化热电偶：
镍铬-金铁热电偶、非金属热电偶
（3）.热电偶结构：
普通型热电偶、铠装热电偶、实体热电偶、其他热电偶。
（4）.热电偶冷端的处理:
A.补偿导线法
用补偿导线代替热电偶丝作为热电偶的延长,将热电偶的冷端移到离被测介质较远且温度比较稳定的场合，以免冷端温度受被测介质和现场周围环境的干扰。
补偿导线的热电特性在0—100℃范围内应与所连接的热电偶丝的热电特性相同或十分相似。
B.冰点法将热电偶的冷端置于保持温度为0℃的冰点槽内的方法。
一般在实验室中使用。
C.计算修正法当热电偶冷端温度不是0℃时，而是t0时，用计算的方法得出所测温度的方法。
E（t，0）=E（t，t0）+E（t0，0）
D.仪表零点校正法热电偶冷端温度比较恒定，显示表零点调整方便时可采用此方法。
如冷端温度为t0，则将仪表机械零点调至t0处，当t0变化时，应重新调整。
E.补偿电桥法采用不平蘅电桥产生的直流毫伏信号，来补偿热电偶冷端温度变化而引起的热电势变化，又称冷端补偿器。
（5）.热电偶温度计调校的项目有热电特性、导通和绝缘试验。
A.热电特性试验可以按不同分度号各抽10%检查，其中应包括装置中主要的检测点和有特殊要求的检测点。
其精度要符合SH3521-1999《石油化工仪表工程施工技术规程》3.2.5的要求。
根据《自动化仪表工程施工及验收规范》50093-2002的规定：
热电阻、热电偶热电性能主要依靠其材质来保证，可以在常温下采用普通电测仪表检测出正常或损坏状态，不进行热电性能试验。
①.热电特性试验线路连接如图2-2
6
图2-2热电偶校验接线图
1.温度校验器2.热电偶3.补偿导线4.冰水混合物5.铜线6.数字多用表
②.热电特性试验所需仪器设备
序号
仪器名称
参考仪器型号
备注
1
数字多用表
7562
精度为６位半
2
温度校验器
D602
50～600℃
3
温度校验器
1200SE
300～1200℃
4
标准水银温度计
0～100℃
精度和规格符合规范
B．用万用表检查正、负极两端的导通,要求导通良好。
C．利用兆欧表分别检查正、负极两端对壳体的绝缘性能（接地型热电偶除外），绝缘电阻应不小于5兆欧。
3．热电阻温度计
（1）热电阻温度计是基于金属导体或半导体电阻值与温度成一定函数关系的原理实现温度测量的。
其关系式为
Rt=Rt0[1+α（t-t0）]
式中Rt--温度为t时的电阻值；
Rt0--温度为t0时的电阻值；
α--电阻温度系数，即温度每升高1℃时电阻相对变化量。
（2）最常用的两种热电阻温度计：
铂热电阻、铜热电阻
A．铂热电阻工业上应用的主要有Pt100、Pt10。
Pt100、Pt10在0℃时相应的电阻值分别为R0=
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