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自动化仪表讲义自动化仪表讲义 第一章第一章 自动化仪表在生产过程中的作用自动化仪表在生产过程中的作用 1.1 1.1自动化仪表及其应用自动化仪表及其应用 1.2 1.2自动化仪表的分类自动化仪表的分类 1.3 1.3自动化控制系统自动化控制系统 第一章第一章 自动化仪表在生产过程中的作用自动化仪表在生产过程中的作用 1.1 1.1 自动化仪表及其应用自动化仪表及其应用l自自动动化化仪仪表表，是是指指在在工工业业生生产产过过程程中中对对工工艺艺参参数数进进行检测、显示、控制的仪表。行检测、显示、控制的仪表。l自自动动化化仪仪表表大大体体可可分分为为检检测测仪仪表表、显显示示仪仪表表、控控制制仪表和执行器四大类。仪表和执行器四大类。l检检测测仪仪表表是是利利用用各各种种物物理理、化化学学效效应应，实实现现各各种种信信息参数测量的仪表。息参数测量的仪表。l显显示示仪仪表表则则用用于于对对各各种种变变量量检检测测、控控制制及及操操作作状状态态参参数数的的数数据据显显示示和和记记录录，承承担担人人机机联联系系的的任任务务。有的仪表则集检测与显示一体。有的仪表则集检测与显示一体。l控控制制仪仪表表把把来来自自检检测测仪仪表表的的信信号号值值与与所所要要求求的的信信号号值值进进行行比比较较、综综合合，按按预预定定控控制制规规律律发发出出控控制制信信号号，操纵执行器动作，使被控变量达到预期值。操纵执行器动作，使被控变量达到预期值。l执行器则是实现这种控制作用的终端控制装置。执行器则是实现这种控制作用的终端控制装置。工业自动化仪表是实现工业生产过程自动化的一工业自动化仪表是实现工业生产过程自动化的一种重要装置。应用自动化仪表和设备，构成各种种重要装置。应用自动化仪表和设备，构成各种类型的自动化系统，可以代替人的重复性劳动，类型的自动化系统，可以代替人的重复性劳动，实现工艺过程的自动检测、调节和控制。实现工艺过程的自动检测、调节和控制。在海洋石油的油气田生产中，为了正确地指导生在海洋石油的油气田生产中，为了正确地指导生产操作，保证人员和生产安全，都广泛应用自动产操作，保证人员和生产安全，都广泛应用自动化仪表和控制系统。化仪表和控制系统。1.2 1.2 自动化仪表的分类自动化仪表的分类海海洋洋石石油油平平台台使使用用的的自自动动化化仪仪表表类类型型繁繁多多，因因而而分分类类的的方方法法也也不不同同，下下面面介介绍绍几几种种常常见见的的分分类类方方法。法。按按使使用用能能源源不不同同，可可分分为为气气动动仪仪表表、电电动动仪仪表表和和液动仪表。液动仪表。按按所所测测量量参参数数不不同同，可可分分为为压压力力仪仪表表、温温度度仪仪表表、液位仪表、流量仪表。液位仪表、流量仪表。按按所所使使用用系系统统不不同同，可可分分为为生生产产系系统统检检测测仪仪表表和和安全系统检测仪表。安全系统检测仪表。1.3 1.3 自动化控制系统自动化控制系统海海洋洋石石油油平平台台要要求求生生产产和和安安全全管管理理的的自自动动化化程程度度较较高高，平平台台上上都都设设有有一一套套自自动动化化控控制制系系统统，即即中中央控制系统。央控制系统。这这套套系系统统是是整整个个平平台台的的控控制制中中心心，它它能能对对整整个个平平台台的的生生产产和和安安全全进进行行监监控控，确确保保平平台台及及人人身身安安全全，保证生产的持续性，保护原油生产系统及其设施。保证生产的持续性，保护原油生产系统及其设施。中中央央控控制制系系统统是是由由生生产产过过程程控控制制系系统统（PCSPCS）和和安安全全控控制制系系统统(SCS)(SCS)组组成成。其其中中安安全全控控制制系系统统又又分分为为紧紧急急关关断断系系统统（ESDESD）和和火火气气探探测测系系统统（F&GF&G）两两个相对独立的子系统。个相对独立的子系统。如下图所示：如下图所示：第二章第二章压力检测仪表压力检测仪表 2.1 2.1 压力的定义及单位压力的定义及单位压力的定义及单位压力的定义及单位 2.2 2.2 压力的分类压力的分类压力的分类压力的分类 2.3 2.3 压力检测方法压力检测方法压力检测方法压力检测方法 2.4 2.4 2.4 2.4 压力表压力表压力表压力表 2.5 2.5 2.5 2.5 压力变送器压力变送器压力变送器压力变送器 2.6 2.6 压力开关压力开关 2.7 2.7 2.7 2.7 压力检测仪表选择、校验和安装压力检测仪表选择、校验和安装压力检测仪表选择、校验和安装压力检测仪表选择、校验和安装 压压力力（包包含含差差压压和和真真空空度度）是是工工业业生生产产中中最最重重要要的的参参数数之之一一。它它决决定定着着生生产产过过程程能能否否正正常常进进行行，关系到设备和人身的安全等。关系到设备和人身的安全等。2.1 2.1 压力的定义及单位压力的定义及单位垂垂直直作作用用在在物物体体单单位位面面积积上上的的力力称称为为压压力力。它它的的数数值值由由两两个个因因素素决决定定，即即受受力力面面积积和和垂垂直直作作用用力力的大小。的大小。在在国国际际单单位位制制中中其其单单位位为为牛牛顿顿/米米2 2，即即：帕帕斯斯卡卡，其其表表示示的的符符号号为为：Pa Pa，简简称称“帕帕”，帕帕这这个个单单位位很很小小，约约为为0.1mm0.1mm水水柱柱所所产产生生的的压压力力。PaPa、kPakPa 、MPaMPa是是法法定定的的压压力力计计量量单单位位。在在工工程程中中常常用用单单位位还还有有工工程程大大气气压压（kgf/cmkgf/cm2 2）、物物理理大大气气压压（atmatm）、毫毫米米汞汞柱柱（mmHgmmHg）、毫毫米米水水柱柱（mmHmmH2 2O O）、磅磅/英英寸寸2 2（psipsi）、巴巴（barbar）等等，工工程程大大气气压压（kgf/cmkgf/cm2 2）、物物理理大大气气压压（atmatm）和和巴巴（barbar）压压力力等等级级基基本相同。本相同。1 1巴巴1 1公公斤斤力力100KPa14.5psi100KPa14.5psi，相相当当于于1010米米水水柱柱的的压压力力。它它们们之之间间的的常常用用换换算算见见表表2-1 2-1 各各压压力力单位间的换算。单位间的换算。2.2 2.2 压力的分类压力的分类在压力检测中，压力常分为表压、绝压、负压或在压力检测中，压力常分为表压、绝压、负压或真空度、差压或压差。绝对压力是液体、气体或真空度、差压或压差。绝对压力是液体、气体或蒸汽所处空间的全部压力和。表压和真空度是相蒸汽所处空间的全部压力和。表压和真空度是相对大气压力而言的，大气压力即地球表面空气柱对大气压力而言的，大气压力即地球表面空气柱重量所产生的压力。重量所产生的压力。工业上所用的压力指示值常为表压，表压是当绝工业上所用的压力指示值常为表压，表压是当绝对压力高于大气压力时，绝对压力和大气压力之对压力高于大气压力时，绝对压力和大气压力之差；真空度是当绝对压力小于大气压力时，大气差；真空度是当绝对压力小于大气压力时，大气压力和绝对压力之差。差压力是任意两个压力相压力和绝对压力之差。差压力是任意两个压力相比较时的差值。比较时的差值。它们之间的关系如图它们之间的关系如图2-12-1各种压力间的关系。各种压力间的关系。2.3 2.3 压力检测方法压力检测方法压压力力的的检检测测方方法法多多种种多多样样，在在海海洋洋采采油油工工艺艺主主要要采用弹性变形测压力和电测法测量压力。采用弹性变形测压力和电测法测量压力。用用弹弹性性变变形形测测压压法法测测量量压压力力时时，当当被被测测压压力力作作用用于于弹弹性性元元件件时时，弹弹性性元元件件便便产产生生相相应应的的形形变变，根根据形变的大小便可测出压力的大小。据形变的大小便可测出压力的大小。常常用用的的弹弹性性元元件件有有三三类类：薄薄膜膜式式、波波纹纹管管式式和和弹弹簧簧管管式式。弹弹簧簧管管又又分分为为单单管管式式和和多多管管式式两两种种，平平台的压力表一般都采用单管式台的压力表一般都采用单管式。2.4 2.4 压力表压力表l从从图图2-22-2中中可可以以看看出出，弹弹簧簧管管受受压压后后其其形形变变位位移移和和受受力力的的大大小小具具有有比比例例关关系系。因因此此，生生产产中中，我我们们大大多多采采用用弹弹簧簧管管作作为为弹弹性性元元件件来来测测压压，经经常常使使用用单单弹弹簧簧管管和和多多弹弹簧簧管管，以以单单弹弹簧簧管管应应用用为为最最多多。弹弹簧簧管管压压力力表表是是工工业业生生产产上上应应用用最最为为广广泛泛的的一一种种测压仪表。测压仪表。l图图2-22-2单簧管压力单簧管压力表内部结构表内部结构 2.4.12.4.1弹簧管的测压原理弹簧管的测压原理单弹簧管是弯成圆弧形的空心管子，其截面积单弹簧管是弯成圆弧形的空心管子，其截面积呈扁圆形或椭圆形，如图呈扁圆形或椭圆形，如图2-2单簧管压力表内部结单簧管压力表内部结构。被测压力由弹簧管的固定端引入，由于椭圆构。被测压力由弹簧管的固定端引入，由于椭圆形截面积在压力作用下会趋向圆形，因此弹簧管形截面积在压力作用下会趋向圆形，因此弹簧管的自由端就产生一定的位移。弹簧管就这样把压的自由端就产生一定的位移。弹簧管就这样把压力转变为位移。但是，弹簧管输出位移很小，因力转变为位移。但是，弹簧管输出位移很小，因此一般都选用各种杠杆式或齿轮式的传动放大机此一般都选用各种杠杆式或齿轮式的传动放大机构，把微小位移放大并转换成角位移传送给显示构，把微小位移放大并转换成角位移传送给显示部分的指针。部分的指针。如图如图2-3压力表测压原理。由于弹簧管自由端的压力表测压原理。由于弹簧管自由端的位移与被测压力的大小具有比例关系，因此弹簧位移与被测压力的大小具有比例关系，因此弹簧管压力表的刻度标尺是线性的。管压力表的刻度标尺是线性的。图图2-32-3压力压力表测压原理表测压原理 由由上上得得出出：它它的的原原理理是是在在压压力力作作用用下下，弹弹簧簧管管就就要要产产生生变变形形，自自由由端端产产生生位位移移，通通过过拉拉杆杆带带动动扇扇形形齿齿轮轮转转一一角角度度，经经机机芯芯带带动动指指针针偏偏转转在在刻刻度度盘盘上上指指示示出出来来，位位移移大大小小与与输输入入的的测测量量压压力力成成正正比比，此此时时指指针针在在刻刻度度盘盘上上的的位位置置就就是是被被测测出出来来压压力力的的量值量值.。2.4.22.4.2弹簧管压力表的结构弹簧管压力表的结构弹簧管压力表的结构如图弹簧管压力表的结构如图2-4弹簧管压力表所示弹簧管压力表所示。1-弹簧管弹簧管2-拉杆拉杆3-扇形齿轮扇形齿轮4-中心齿轮中心齿轮5-指针指针6-面板面板7-游丝游丝8-调整螺钉调整螺钉9-接头接头 压力表外观见图压力表外观见图2-5。被测压力由接头被测压力由接头9 9通入，通入，迫使弹簧管迫使弹簧管1 1的自由端的自由端B B向向上方扩张。自由上方扩张。自由端端B B的弹的弹性变形位移由拉杆性变形位移由拉杆2 2使扇使扇形齿轮形齿轮3 3作逆时针偏转，作逆时针偏转，于是指针于是指针5 5通过同轴的中通过同轴的中心齿轮心齿轮4 4的带动而作顺时的带动而作顺时针偏转，从而在面板针偏转，从而在面板6 6的的刻度尺上显示出被测压刻度尺上显示出被测压力力P P的数值。由于自由的数值。由于自由端的位移与被测压力之端的位移与被测压力之间具有比例关系，因此间具有比例关系，因此弹簧管压力表的刻度标尺弹簧管压力表的刻度标尺是线性的。游丝是线性的。游丝7 7是用来是用来克服因扇形齿轮和中心齿克服因扇形齿轮和中心齿轮的间隙所产生的仪表变轮的间隙所产生的仪表变差的。改变调整螺钉差的。改变调整螺钉8 8的的位置（即改变机械传动的放大系数），可以实现压力表量程的调整。位置（即改变机械传动的放大系数），可以实现压力表量程的调整。2.5压力变送器压力变送器l以以上上介介绍绍的的是是就就地地显显示示的的压压力力计计，既既压压力力表表。在在生生产产中中，我我们们还还需需要要将将压压力力转转换换成成气气动动信信号号或或电电动动信信号号进进行行控控制制和和远远传传。这这些些把把压压力力转转换换成成气气动动信号或电动信号的设备就是压力变送器。信号或电动信号的设备就是压力变送器。l压压力力变变送送器器分分为为气气动动压压力力变变送送器器和和电电动动压压力力变变送送器。器。l2.5.1气动压力变送器气动压力变送器气动压力变送器中应用最多的是力矩平衡式压气动压力变送器中应用最多的是力矩平衡式压力变送器，下面就以气动差压变送器为例对气动力变送器，下面就以气动差压变送器为例对气动力矩平衡式压力变送器的结构原理进行简单分析。力矩平衡式压力变送器的结构原理进行简单分析。如图如图2-6气动差压变送器的原理图。气动差压变送器的原理图。图图2-6 2-6 气动差压变送器原理图气动差压变送器原理图1 正压室；正压室；2-2-负压室；负压室；3-3-膜片；膜片；4-4-出轴密封膜片；出轴密封膜片；5-5-主杠杆；主杠杆；6-6-反馈支点（量程支点）；反馈支点（量程支点）；7-7-反馈波纹管；反馈波纹管；8-8-喷嘴；喷嘴；9-9-挡板；挡板；10-10-放大器；放大器；11-11-调零弹簧调零弹簧图图2-6 2-6 气动差压变送器原理图气动差压变送器原理图气动差压变送器的原理是：以膜片气动差压变送器的原理是：以膜片3 3为感测元件，与正压室为感测元件，与正压室1 1和负压室和负压室2 2组成变送器的测量部分。正压室通组成变送器的测量部分。正压室通入被测差压的高压信号入被测差压的高压信号P1P1，负压室，负压室通入低压信号通入低压信号P2P2。差压通过膜片变。差压通过膜片变成成F F测测作用在比较环节作用在比较环节杠杆杠杆5 5上。上。杠杆杠杆5 5的支点是输出的支点是输出 轴密封膜片轴密封膜片4 4。杠杆杠杆5 5受压差产生的力的作用，绕支受压差产生的力的作用，绕支点点“O O”旋转，使挡板旋转，使挡板9 9相对喷嘴移动，相对喷嘴移动，喷嘴背压变化，引起功率放大器喷嘴背压变化，引起功率放大器1010的输出压力的输出压力P P出出变化，输出压力变化，输出压力P P出出 引引入仪表的反馈环节入仪表的反馈环节波纹管波纹管7 7，转，转换成力换成力F F反反，作为负反馈信号在支点，作为负反馈信号在支点6 6处也作用到杠杆处也作用到杠杆5 5上。输入上。输入F F测测与与F F反反 通过杠杆通过杠杆5 5和支点和支点“O O”达到平衡，即：达到平衡，即：F F测测 l l测测=F=F反反 l l反反 由由F F测测=A=A测测（P P1 1 P P2 2）;F;F反反=P=P出出AA反反可知可知 P P出出=（P P1 1 P P2 2）A A测测l l测测/A/A反反l l反反 式中：式中：A A测测是膜片是膜片3 3的有效面积，的有效面积，A A反反为反馈波纹管的有效面积为反馈波纹管的有效面积 图图2-6 2-6 气动差压变送器原理图气动差压变送器原理图由于由于l l测测、l l反反、A A测测、A A反反均为均为固定值，可见差压变送器固定值，可见差压变送器将输入压差成比例的转换将输入压差成比例的转换成了气动信号成了气动信号P P出出。输出信。输出信号为号为20100Kpa20100Kpa的气压信的气压信号，可将输出信号送往调号，可将输出信号送往调节器或显示仪表进行调节器或显示仪表进行调节、指示或记录。但由节、指示或记录。但由于受远传时压力降低和于受远传时压力降低和滞后的影响，气动压力滞后的影响，气动压力变送器主要用于现场调变送器主要用于现场调节回路的组成。节回路的组成。2.5.2 2.5.2 电动压力变送器电动压力变送器电电动动压压力力变变送送器器是是将将一一定定范范围围的的压压力力信信号号转转换换成成标标准准电电流流或或电电压压信信号号的的压压力力仪仪表表。海海洋洋采采油油生生产产中中大大多多采采用用电电容容式式压压力力变变送送器器。电电容容式式压压力力变变送送器器的的工工作作原原理理简简单单的的说说就就是是将将弹弹性性测测压压元元件件的的位位移移转转换换成成电电容容的的变变化化，再再经经一一定定的的转转换换电电路路输输出出标标准准电电流流或或电电压压信信号号。海海洋洋采采油油平平台台上上常常用用到到的的电电动动压压力力变变送送器器的的输输出出标标准准信信号号一一般般为为4-20mA4-20mA电电流流信信号号，其其输输出出信信号号为为连连续续的的模模拟拟信信号号，常常用用作作远传信号。远传信号。海海洋洋平平台台上上常常用用到到电电动动压压力力变变送送器器主主要要是是：ROSEMOUNT1151ROSEMOUNT1151、20882088、30513051等等系系列列模模拟拟型型和和智智能能型型压压力力变变送送器器；FOXBORO FOXBORO I/A I/A 系系列列智智能能型型压压力力变变送送器器以以及及少少量量其其它它厂厂家家的的压压力力变变送送器器。随随着着科科学学技技术术和和海海洋洋石石油油的的发发展展，现现在在采采油油平平台台上上的的模模拟拟型型压压力力变变送送器器已已经经逐逐步步被被智智能能型型压压力力变变送送器器替替代代.。下面以下面以1151系列电动变送器为例详细叙述电动变系列电动变送器为例详细叙述电动变送器的结构及性能等。送器的结构及性能等。1 1、概述概述11511151系系列列电电容容式式压压力力变变送送器器具具有有安安装装使使用用方方便便、精精度度高高、体体积积小小、调调整整方方便便、稳稳定定性性高高、单单向向过过载能力好等特点。载能力好等特点。11511151系系列列压压力力变变送送器器是是将将相相对对真真空空的的绝绝对对压压力力或或相相对对某某标标准准的的相相对对压压力力转转换换成成为为4 420mA20mA或或101050mA50mA直直流流电电流流信信号号，电电流流信信号号与与被被测测压压力力成成线线性性关系。关系。11511151系系列列压压力力变变送送器器是是采采用用两两线线制制串串联联工工作作方方式式，如图如图2-9 11512-9 1151压力变送器控制回路接线图所示。压力变送器控制回路接线图所示。2 2、结构结构 从总体结构来说，从总体结构来说，11511151系列压系列压力变送器可以分为两部分。一力变送器可以分为两部分。一部分是敏感元件部分，它是由部分是敏感元件部分，它是由室和两个法兰组成；另一部室和两个法兰组成；另一部分是电分是电图图2-9.11512-9.1151压力变送器压力变送器 控制回路接线图控制回路接线图1-11511-1151压力变压力变 送器；送器；2-2-记录仪；记录仪；3-3-电源；电源；4-4-调节器；调节器；5-5-指示器指示器气部分，气部分，它包括接线端子、电子线路及端它包括接线端子、电子线路及端盖盖室是感受被测压力并转变成电容室是感受被测压力并转变成电容的变化，两端的法兰是固定、和保护的变化，两端的法兰是固定、和保护室的，并且传送压力到室的，并且传送压力到室。室。电子线电子线路板分为两块。一块是放大板；一块是刻度板。路板分为两块。一块是放大板；一块是刻度板。3 3、主要性能指标、主要性能指标11511151系系列列分分A A、B B、E E、G G四四种种型型号号。A A、B B为为测测量量绝绝对对压压力力，E E、G G为为测测量量相相对对压压力力A A、E E输输出出为为4 420mA20mA；B B、G G输出为输出为101050mA50mA。测测量量对对象象为为液液体体、气气体体、汽汽体体。零零点点迁迁移移与与输输出出无无关关。精精度度包包括括线线性性度度、变变差差、重重复复性性误误差差在在内内，为为刻刻度度范范围围的的+0.25%+0.25%。稳稳定定性性在在6 6个个月月内内精精度度保保证证为量程上限的为量程上限的+0.25%+0.25%。2.6 2.6 压力开关压力开关压力开关是另外一种压压力开关是另外一种压力检测仪表，如图力检测仪表，如图2-10。压力开关检测的是压力压力开关检测的是压力的变化，它利用弹性元的变化，它利用弹性元件由于受压而产生的形件由于受压而产生的形变来驱动开关动作。压变来驱动开关动作。压力开关分为高压开关和力开关分为高压开关和低压开关，高压开关是当压力升高至设定压力时，开低压开关，高压开关是当压力升高至设定压力时，开关动作；低压开关是压力降低至设定压力时，开关动作；低压开关是压力降低至设定压力时，开关动作。压力开关的输出信号是一个开关量，因关动作。压力开关的输出信号是一个开关量，因此，压力开关的输出信号常用来作为报警关停信此，压力开关的输出信号常用来作为报警关停信号。号。大多数压力开关都提供两组触点：常开点大多数压力开关都提供两组触点：常开点（NO）和常闭点（）和常闭点（NC）。在压力开关不受压）。在压力开关不受压（放空）的情况下，与公共端（放空）的情况下，与公共端（C）不相通的触点）不相通的触点是常开点（是常开点（NO），与公共端相通的触点是常闭点），与公共端相通的触点是常闭点（NC），根据生产控制的需要，可以利用不同的），根据生产控制的需要，可以利用不同的触点用于不同的需要。触点用于不同的需要。在生产现场，根据本质安全的原则，压力低开在生产现场，根据本质安全的原则，压力低开关一般使用常开触点，压力高开关一般使用常闭关一般使用常开触点，压力高开关一般使用常闭触点，这样，工艺生产正常时，开关为闭合状态，触点，这样，工艺生产正常时，开关为闭合状态，异常报警时开关为断开状态，因此在安装、维修异常报警时开关为断开状态，因此在安装、维修及校验时应特别注意高低开关的使用触点。及校验时应特别注意高低开关的使用触点。2.7 2.7 压力检测仪表的选择、校验和安装压力检测仪表的选择、校验和安装正正确确地地选选择择、校校验验和和安安装装是是保保证证压压力力检检测测仪仪表在生产过程中发挥应有作用的重要环节。表在生产过程中发挥应有作用的重要环节。2.7.1 2.7.1 压力检测仪表的选择压力检测仪表的选择 选选择择压压力力检检测测仪仪表表之之前前，我我们们先先来来了了解解一一下下检检测测仪仪表表的的几几个个重重要要的的技技术术性性能能：绝绝对对误误差差、相对误差、基本误差、精度等级和变差。相对误差、基本误差、精度等级和变差。绝绝对对误误差差（）：指指仪仪表表指指示示值值（被被测测表表读读数数些些X X）和和被被测测量量的的真真实实值值（标标准准表表的的读读数数XoXo）之之间间的的差值差值 。=X=XXoXo相相对对误误差差（）：它它是是指指绝绝对对误误差差与与标标尺尺测测量量范范围围(B)(B)的百分比。的百分比。=(X=(XXo)Xo)（标尺上限值标尺下限值）标尺上限值标尺下限值）*100%*100%基基本本误误差差：仪仪表表正正常常工工作作下下，将将仪仪表表的的示示值值与与标标准准的的示示值值相相比比较较，取取仪仪表表全全量量程程范范围围内内各各个个示示值值中相对百分误差的最大者，称为仪表的基本误差。中相对百分误差的最大者，称为仪表的基本误差。基基本本误误差差（示示值值中中最最大大绝绝对对误误差差仪仪表表的的量量程程范范围围）*100%100%l精精度度等等级级：反反映映测测量量结结果果与与真真实实值值接接近近程程度度的的量量，称称为为精精度度。它它的的误误差差大大小小相相对对应应。根根据据仪仪表表设设计计制制造造的的质质量量，出出厂厂的的仪仪表表都都保保证证基基本本误误差差不不超超过过某一规定值，此规定值称为允许误差。某一规定值，此规定值称为允许误差。l允允许许误误差差去去掉掉“和和”及及“”后后，其其数数字字便便是是仪仪表表精精度度等等级级。当当一一台台表表的的精精度度为为0.5级级时时，那那这这台台仪表的允许误差为仪表的允许误差为“0.5和和0.5”。l变变差差：使使用用同同一一仪仪表表对对某某一一参参数数进进行行正正反反行行程程测测量量时时，仪仪表表正正反反行行程程指指示示值值之之间间存存在在一一差差值值，此此差值即为指示变差。差值即为指示变差。变差（变差（X正正X反反）max仪表量程仪表量程*100%压压力力检检测测仪仪表表的的选选择择应应根根据据使使用用的的需需要要,针针对对具具体体的的情情况况作作具具体体分分析析。在在符符合合生生产产过过程程所所提提供供的的技技术术条条件件下下，应应以以节节约约为为原原则则，合合理理的的进进行行种种类类、型型号号、量量程程、精精度度等等级级的的选选择择。选选择择主主要要考考虑虑三三个方面：个方面：a.a.根根据据被被测测压压力力的的大大小小，确确定定仪仪表表量量程程。对对于于弹弹性性式式压压力力检检测测仪仪表表，为为了了保保证证弹弹性性元元件件在在弹弹性性形形变变的的安安全全范范围围内内可可靠靠的的工工作作，在在选选择择压压力力检检测测仪仪表表的的量量程程时时，必必须须考考虑虑到到留留有有充充分分的的余余地地，一一般般在在被被测测压压力力较较稳稳定定的的情情况况下下，最最大大压压力力值值应应不不超超过过满满量量程程的的3/43/4；在在被被测测压压力力波波动动较较大大的的情情况况下下，最最大大压压力力值值应应不不超超过过满满量量程程的的2/32/3。为为了了保保证证测测量量精度，被测压力值应不低于全量程的精度，被测压力值应不低于全量程的1/31/3为宜。为宜。b.b.根根据据生生产产容容许许的的最最大大测测量量误误差差确确定定仪仪表表的的精精度度，选选择择时时，应应在在满满足足生生产产要要求求的的情情况况下下尽尽可可能能选选择择精度较低、价廉耐用的压力检测仪表。精度较低、价廉耐用的压力检测仪表。c.c.选选择择压压力力检检测测仪仪表表时时还还要要考考虑虑被被测测介介质质的的性性质质。如如温温度度的的高高低低，黏黏度度大大小小，腐腐蚀蚀性性，脏脏污污程程度度，易易燃燃易易爆爆等等。还还要要考考虑虑现现场场的的环环境境条条件件，如如高高温温、腐腐蚀蚀、潮潮湿湿、振振动动等等。根根据据这这些些因因素素来来确确定定压压力力检测仪表的种类和型号。检测仪表的种类和型号。2.7.2 2.7.2 压力检测仪表的校验压力检测仪表的校验1、压力表的校验、压力表的校验压压力力表表的的校校验验就就是是将将被被校校压压力力表表和和标标准准压压力力表表通通以以相相同同的的压压力力，比比较较它它们们的的指指示示数数值值。所所选选择择的的标标准准压压力力表表的的绝绝对对误误差差一一般般应应小小于于被被校校压压力力表表绝绝对对误误差差的的1/3，所所以以它它的的误误差差可可以以忽忽略略，认认为为标标准准表表的的读读数数就就是是真真实实压压力力的的数数值值。如如果果被被校校压压力力表表对对于于标标准准压压力力表表的的误误差差不不大大于于被被校校压压力力表表的的允允许许误误差差，则则认认为为被被校校压压力力表表合合格格。被被校校压压力力表表的的允允许误差为被校压力表的精度百分数乘以量程。许误差为被校压力表的精度百分数乘以量程。l压压力力表表的的校校验验包包括括：外外观观检检查查、零零点点检检查查、刻刻度度示示值值及及量量程程校校验验。首首先先观观察察压压力力表表有有没没有有摩摩擦擦，变变差差主主要要由由摩摩擦擦产产生生的的，所所以以必必须须消消除除摩摩擦擦，然然后观察整个刻度范围内误差的规律。后观察整个刻度范围内误差的规律。压力表的刻度校验时按标有分度线的刻度进行校压力表的刻度校验时按标有分度线的刻度进行校验，一般按量程的四等分刻度进行校验，校验时验，一般按量程的四等分刻度进行校验，校验时逐渐升高压力，校验各校验点的上行值，当示值逐渐升高压力，校验各校验点的上行值，当示值达到量程时，耐压三分钟，然后逐渐降低压力，达到量程时，耐压三分钟，然后逐渐降低压力，校验各校验点的下行值，上下行误差及上、下行校验各校验点的下行值，上下行误差及上、下行绝对误差应不大于该压力表的最大允许误差；在绝对误差应不大于该压力表的最大允许误差；在每各校验点上，需要轻敲表壳，轻敲前后的示值每各校验点上，需要轻敲表壳，轻敲前后的示值与标准示值之差不应大于最大允许误差，轻敲表与标准示值之差不应大于最大允许误差，轻敲表壳引起的这种示值变动量不得超过最大允许误差壳引起的这种示值变动量不得超过最大允许误差绝对值的绝对值的1/21/2；进行刻度校验时，压力表在全分度；进行刻度校验时，压力表在全分度范围内应平稳移动，不得有跳动或卡位现象。范围内应平稳移动，不得有跳动或卡位现象。2 2、压力变送器的校验、压力变送器的校验压压力力变变送送器器的的校校验验和和压压力力表表的的校校验验相相似似，用用压压力力发发生生器器给给压压力力变变送送器器提提供供量量程程范范围围的的标标准准压压力力，观观察察压压力力变变送送器器的的输输出出值值，比比较较实实际际输输出出值值和和理理论论输出值，进行校验。输出值，进行校验。校验压力变送器时，首先要与中控室取得联系，校验压力变送器时，首先要与中控室取得联系，对相关信号进行旁通，再对压力变送器进行隔离、对相关信号进行旁通，再对压力变送器进行隔离、旁通、泻压；然后将变送器连接打压，差压变送旁通、泻压；然后将变送器连接打压，差压变送器的连接应连接于高压端，低压端放空；零点压器的连接应连接于高压端，低压端放空；零点压力时，输出信号应为力时，输出信号应为4mA,否则调节零点调节纽使否则调节零点调节纽使输出信号为输出信号为4mA，量程压力时，输出信号应为量程压力时，输出信号应为20mA,否则调节量程调节纽使输出信号为否则调节量程调节纽使输出信号为20mA，校验好零点合量程后，观察量程的校验好零点合量程后，观察量程的1/4、1/2、3/4处输出是否满足处输出是否满足8mA、12mA、16mA。目前生产现场广泛使用的智能压力变送器能自动目前生产现场广泛使用的智能压力变送器能自动调节零点和量程，另外，也可用手操器直接对智调节零点和量程，另外，也可用手操器直接对智能压力变送器进行零点和量程的调整。能压力变送器进行零点和量程的调整。2.4.12.4.1智能型压力变送器智能型压力变送器图图2-13是是用用HART通讯仪调节智能压力变送气的连通讯仪调节智能压力变送气的连接图。在车间调节变送器时，由于没有长距离的接图。在车间调节变送器时，由于没有长距离的电源和信号线，要用一个电源和信号线，要用一个250欧姆左右的电阻串连欧姆左右的电阻串连在变送器和电源之间来模拟电缆，然后在变送器和电源之间来模拟电缆，然后将将HART通讯仪并联在智能压力变送器一端，通讯仪才能通讯仪并联在智能压力变送器一端，通讯仪才能识别变送器。识别变送器。3、压力开关的校验、压力开关的校验压力开关都有设定点，校验压力开关时，压力开关都有设定点，校验压力开关时，用压力发生器给压力开关提供标准压力，改变压用压力发生器给压力开关提供标准压力，改变压力的大小，观察压力开关动作时压力发生器所提力的大小，观察压力开关动作时压力发生器所提供的标准压力是否与压力开关的设定点一致。现供的标准压力是否与压力开关的设定点一致。现场校验压力开关时，要预先通知中控室，对一些场校验压力开关时，要预先通知中控室，对一些关停信号进行旁通；校验高压开关或高高压力开关停信号进行旁通；校验高压开关或高高压力开关时，逐渐升高压力观察压力开关的动作值，如关时，逐渐升高压力观察压力开关的动作值，如果与设点不一致，需要调整调节机构，直到开关果与设点不一致，需要调整调节机构，直到开关在设点动作为止，然后降低压力，观察开关的复在设点动作为止，然后降低压力，观察开关的复位值；校验低压开关或低低压力开关时，先给开位值；校验低压开关或低低压力开关时，先给开关打压到压力开关复位，然后逐渐降低压力观察关打压到压力开关复位，然后逐渐降低压力观察压力开关的动作值。当压力开关动作后，再升高压力开关的动作值。当压力开关动作后，再升高压力，当压力开关再次动作时的标准压力就是压压力，当压力开关再次动作时的标准压力就是压力开关的复位值。力开关的复位值。思考题：思考题：1.什么叫压力？表压力、绝对压力、负压力（真空度）之 间有何关系？2.某地大气压为870 KPa，压力表指示塔顶压力为50KPa，问顶内绝对压力为多少KPa，若压力表指示塔顶压力为 真空度380mmHg，那么塔内绝对压力又是多少KPa？3.试述压力表结构及工作原理？4.试述气动压力变送器结构及工作原理？5.如何检定一块压力表？6.某压力表测量范围为0-1 Mpa，精度等级为1级，试问 此压力表允许最大的绝对误差是多少？7.如何校验压力罐顶上的压力开关？（写出校验步骤及 所需的工具）8.如何校验压力罐顶上的电动压力变送器？（写出校验 步骤及所需的工具）第三章第三章温度测量温度测量3.1 3.1 温度的概念温度的概念 3.2 3.2 膨胀式温度计膨胀式温度计 3.3 3.3 热电偶温度计热电偶温度计 3.4 3.4 热电阻温度计热电阻温度计 3.5 3.5 温度开关温度开关 3.6 3.6 温度变送器温度变送器 3.1 3.1 温度的概念温度的概念l它它是是表表示示物物体体冷冷热热程程度度的的物物理理量量。用用来来衡衡量量温温度度高高低低的的尺尺度度叫叫温温标标。温温标标是是用用数数值值表表示示的的一一种种方方法法它它规规定定了了温温度度的的读读数数零零点点和和测测量量温温度度的的基基本本单位，各种温度计的刻度分度均由温标确定。单位，各种温度计的刻度分度均由温标确定。l温温度度的的高高低低表表示示单单位位有有摄摄氏氏温温标标、华华氏氏温温标标和和国国际际温温标标。摄摄氏氏温温标标是是工工程程上上通通用用的的温温标标，华华用用氏氏温标多用于西方国家，国际温标用开尔文表示温标多用于西方国家，国际温标用开尔文表示K。它们的转换公式为：它们的转换公式为：=1.8*+32K=+273.16l在在海海上上油油田田，温温度度是是原原油油生生产产中中重重要要的的测测量量参参数数之之一一。在在原原油油处处理理工工艺艺流流程程中中,现现场场就就地地温温度度显显示示仪仪表表全全部部采采用用的的是是液液体体膨膨胀胀式式温温度度计计（双双金金属属片片）、远远传传的的信信号号采采用用铂铂电电阻阻温温度度变变送送器器、还还有有少量热电偶。少量热电偶。3.2膨胀式温度计膨胀式温度计膨膨胀胀式式温温度度计计是是利利用用物物体体受受热热体体积积膨膨胀胀的的性性质质制制成成的的温温度度计计叫叫做做膨膨胀胀式式温温度度计计。它它可可分分为为液液体体膨膨胀胀式式和和固固体体膨膨胀胀式式二二大大类类,液液体体膨膨胀胀式式又又分分为为水水银银温温度度计计和和有有机机液液体体温温度度计计,而而固固体体膨膨胀胀式式温温度度计计也分为双金属温度计和杠杠式温度计。也分为双金属温度计和杠杠式温度计。1.液液体体膨膨胀胀式式温温度度计计：用用的的最最多多的的是是玻玻璃璃液液体体温温度度计计，它它由由装装有有液液体体的的玻玻璃璃温温包包、毛毛细细管管、刻刻度度标标尺尺及及玻玻璃璃外外壳壳组组成成。通通常常使使用用水水银银和和酒酒精精作作工工作液体。作液体。2.固固体体膨膨胀胀式式温温度度计计：是是基基于于固固体体长长度度随随温温度度变变化化的的性性质质制制成成的的。由由于于所所有有固固体体材材料料的的长长度度均均会会随随温温度度变变化化，因因而而实实际际的的温温度度计计都都是是利利用用两两种种不不同材料膨胀系数的差异测量温度的。同材料膨胀系数的差异测量温度的。最最常常用用的的膨膨胀胀式式温温度度计计是是双双金金属属温温度度计计。它它是是利利用用叠叠焊焊在在一一起起的的,具具有有两两种种不不同同膨膨胀胀系系数数的的金金属属片片作作感感温温元元件件,一一般般用用的的黄黄铜铜与与殷殷钢钢作作感感温温元元件件,并并做做成成螺螺盘盘式式或或螺螺旋旋式式。当当温温度度升升高高时时,若若里里层层为为黄黄铜铜,则则螺螺旋旋体体的的自自由由端端就就会会向向外外扩扩张张,牵牵动动指指针针,指指示示出出被被测测物物体的温度。体的温度。双双金金属属温温度度计计具具有有结结构构简简单单,价价格格便便