仪表(1)基础知识.ppt

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1、仪表培训(1）基础知识讲解：晁澄chaoqihan_前言前言 自动化仪表经历了从气动、液动、电动仪表、自动化仪表经历了从气动、液动、电动仪表、电子式模拟仪表、数字智能仪表，到计算机集散控电子式模拟仪表、数字智能仪表，到计算机集散控制系统等发展阶段，为各行各业的现代化大规模生制系统等发展阶段，为各行各业的现代化大规模生 产提供了大的支持。近年来，随着网络通信等相关产提供了大的支持。近年来，随着网络通信等相关技术的快速发展，自动化仪表正处于一场意义重大技术的快速发展，自动化仪表正处于一场意义重大的变革中，以仪表的全数字化、开放化、网络化为的变革中，以仪表的全数字化、开放化、网络化为特征的现场总线控

2、制系统正在迅猛发展。现场总线特征的现场总线控制系统正在迅猛发展。现场总线把从检测端到执行端的所有自动化仪表通过数字通把从检测端到执行端的所有自动化仪表通过数字通信方式互相连接起来，从而使控制系统网络化，十信方式互相连接起来，从而使控制系统网络化，十分有利于工业企业实现高层次的自动化。分有利于工业企业实现高层次的自动化。第一章第一章 基础知识基础知识第第一节一节 化工生产的特点化工生产的特点第第二节二节 测量误差知识测量误差知识第第三节三节 仪表的主要性能指标仪表的主要性能指标第第四节四节 仪表防爆的基本知识仪表防爆的基本知识第第五节五节 仪表分类仪表分类第六节第六节 仪表故障查找法仪表故障查找

3、法第一节第一节 化工生产的特点化工生产的特点 化化工生产具有易燃、易爆、易中毒、高温、工生产具有易燃、易爆、易中毒、高温、高压、低温、有腐蚀等特点。因而，较其他高压、低温、有腐蚀等特点。因而，较其他工业部门有更大的危险性。工业部门有更大的危险性。1.化工生产使用的原料、半成品和成品种类化工生产使用的原料、半成品和成品种类繁多，绝大部分是易燃、易爆、有毒害、有繁多，绝大部分是易燃、易爆、有毒害、有腐蚀的危险化学品。腐蚀的危险化学品。2.化工生产要求的工艺条件苛刻。有些化学化工生产要求的工艺条件苛刻。有些化学反应在高温、高压下进行，有的要在低温、反应在高温、高压下进行，有的要在低温、高真空度下进行

4、。高真空度下进行。3.生产规模大型化。近生产规模大型化。近20多年来，国际上化多年来，国际上化工生产采用大型生产装置是一个明显的趋势。工生产采用大型生产装置是一个明显的趋势。4.生产方式的高度自动化与连续化。生产方式的高度自动化与连续化。第二节第二节 测量误差知识测量误差知识一、测量误差的基本概念 生产装置上的各种测量仪表在实际测量过程中，往往由于测量仪表本身性能、安装使用环境、测量方法以及操作人员疏忽等主客观因素的影响，使所获得的测量结果与真实值之间存在着一定的差别，这一差别就是测量误差。二、测量仪表的误差二、测量仪表的误差 误差存在于一切测量中，而且贯穿测量过误差存在于一切测量中，而且贯穿

5、测量过程的始终。因此，只有通过正确的误差分析，程的始终。因此，只有通过正确的误差分析，知道测量中哪些量对测量结果影响大，哪些知道测量中哪些量对测量结果影响大，哪些量对测量结果小，从而努力测准那些对结果量对测量结果小，从而努力测准那些对结果影响大的关键量，而不必花大功夫在那些不影响大的关键量，而不必花大功夫在那些不太准而且对结果影响很小的量上。太准而且对结果影响很小的量上。1.按误差出现的规律来分按误差出现的规律来分 1）系统误差。指测量仪表本身或其他原因）系统误差。指测量仪表本身或其他原因(如零点没有调整好、测量方法不当等如零点没有调整好、测量方法不当等)引起的引起的有规律的误差。有规律的误差

6、。可以修正。可以修正。2）随机误差。指在测量时，在相同条件下）随机误差。指在测量时，在相同条件下进行多次重复测量同一测量值时，发现各测进行多次重复测量同一测量值时，发现各测量值之间也有差异，由此而产生的误差量值之间也有差异，由此而产生的误差(即各即各测量值与真值之间的差异测量值与真值之间的差异)的绝对值与符号是的绝对值与符号是不确定的，又叫偶然误差。难以修正。不确定的，又叫偶然误差。难以修正。3）疏忽误差。指由于仪表产生故障、操作者疏忽大意或重大外界干扰而引起的显著偏离实际值的误差。这种误差对测量结果影响很大，应该尽量避免出现。2.按误差的数值表示来分类按误差的数值表示来分类1）真实值的确定）

7、真实值的确定 a.约定真值是一个接近真值的值，实际约定真值是一个接近真值的值，实际测量中，以在没有系统误差的情况下，足够测量中，以在没有系统误差的情况下，足够多次的测量值之平均值作为约定真值。多次的测量值之平均值作为约定真值。b.相对真值是当高一级标准器的误差仅相对真值是当高一级标准器的误差仅为低一级的为低一级的1/31/20时可认为高一级的标准时可认为高一级的标准器或仪表的示值为低一级的的相对真值。器或仪表的示值为低一级的的相对真值。2）绝对误差）绝对误差。指仪表的测量值与被测变量。指仪表的测量值与被测变量真实值之差，即真实值之差，即 绝对误差绝对误差=测量值测量值真值真值3）相对误差。指测

8、量的绝对误差与被测量值）相对误差。指测量的绝对误差与被测量值之比，以百分数表示之比，以百分数表示,即即 相对误差相对误差=（绝对误差（绝对误差/被测量值）被测量值）100%4）引用误差。指测量的绝对误差与测量仪表）引用误差。指测量的绝对误差与测量仪表的量程之比，以百分数表示，的量程之比，以百分数表示，即即 引用误差引用误差=(绝对误差绝对误差/仪表的量程仪表的量程)100%工业仪表通常用最大引用误差来表示仪工业仪表通常用最大引用误差来表示仪表的准确程度。表的准确程度。第三节第三节 仪表的主要性能指标仪表的主要性能指标一、精度一、精度 1）表示方法。根据仪表的使用要求，规定在）表示方法。根据仪表

9、的使用要求，规定在正常使用条件下允许的最大误差，称为允许正常使用条件下允许的最大误差，称为允许误差。允许误差一般用引用误差来表示误差。允许误差一般用引用误差来表示。2）仪表的精度等级为）仪表的精度等级为 0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0 等。等。例题例题1：某台测温仪表的测温范围为：某台测温仪表的测温范围为 0500，校验该表得到的最大绝对误差为，校验该表得到的最大绝对误差为3，试确定该仪表的精度等级。，试确定该仪表的精度等级。解：该仪表的允许误差为解：该仪表的允许误差为 （3500）100%=0.6%如果将仪表的允许误差去掉正负号

10、和百如果将仪表的允许误差去掉正负号和百分符号，其数值为分符号，其数值为 0.6。由于国家规定的精度。由于国家规定的精度等级中没有等级中没有 0.6 级仪表，同时，该仪表的允级仪表，同时，该仪表的允许误差超过了许误差超过了0.5 级级(0.5%)。所以该台仪表。所以该台仪表的精度等级为的精度等级为 1.0 级级 例题例题2：某台测温仪表的测温范围为某台测温仪表的测温范围为 2001200，根据工艺要求，温度指示值的最大，根据工艺要求，温度指示值的最大绝对误差不得超过绝对误差不得超过7。试问怎样选择仪表。试问怎样选择仪表的精度等级才能满足以上要求？的精度等级才能满足以上要求？解：该表的允许误差为解

11、：该表的允许误差为0.7%根据工艺根据工艺要求，仪表的允许误差为将仪表的允许误差要求，仪表的允许误差为将仪表的允许误差去掉正负号及百分符号，其数值为去掉正负号及百分符号，其数值为 0.7。此数。此数值介于值介于 0.51.0 之间。如果选择精度等级为之间。如果选择精度等级为 1.0 级的仪表，其允许误差为级的仪表，其允许误差为1.0%，超过了，超过了工艺上允许的数值，故应选择工艺上允许的数值，故应选择 0.5 级仪表才级仪表才能满足工艺要求。能满足工艺要求。二、非线性误差二、非线性误差 理论上具有线性刻度的测量仪表，往往理论上具有线性刻度的测量仪表，往往由于各种因素的影响，使得仪表的实际特性由

12、于各种因素的影响，使得仪表的实际特性偏离其理论上的线性特性。用实际值与理论偏离其理论上的线性特性。用实际值与理论值之间的绝对误差最大值和仪表量程之比的值之间的绝对误差最大值和仪表量程之比的百分数表示。仪表的非线性误差如下图百分数表示。仪表的非线性误差如下图。三、变差三、变差 在相同条件下，用同一仪表对某一工艺在相同条件下，用同一仪表对某一工艺参数进行正反行程参数进行正反行程(即逐渐由小变大和逐渐由即逐渐由小变大和逐渐由大变小大变小)测量时，发现相同的被测量值正反行测量时，发现相同的被测量值正反行程所得到的测量结果不一定相同，二者之差程所得到的测量结果不一定相同，二者之差即为变差。即为变差。四、

13、灵敏度四、灵敏度 灵敏度是测量仪表对被测参数变化的灵敏灵敏度是测量仪表对被测参数变化的灵敏程度，取仪表的输出信号程度，取仪表的输出信号y 与引起此输出信与引起此输出信号的被测参数变化量号的被测参数变化量x 之比表示，即之比表示，即 灵敏度=(y x)100%仪表的灵敏限则是指引起表示值发生可见仪表的灵敏限则是指引起表示值发生可见变化的被测参数的最小变化量。一般仪表的变化的被测参数的最小变化量。一般仪表的灵敏限的数值应不大于仪表允许误差绝对值灵敏限的数值应不大于仪表允许误差绝对值的一半的一半。上述指标仅适用于指针式仪表。在上述指标仅适用于指针式仪表。在数字式仪表中，往往用分辨力来表示仪表灵数字式

14、仪表中，往往用分辨力来表示仪表灵敏度敏度(或灵敏限或灵敏限)的大小。的大小。五、分辨力五、分辨力 数字式仪表的分辨力常指引起仪表的最数字式仪表的分辨力常指引起仪表的最末一位改变一个数值的被测参数的变化量。末一位改变一个数值的被测参数的变化量。因此，同一仪表不同量程的分辨力是不同的，因此，同一仪表不同量程的分辨力是不同的，量程越小，分辨力越高，相应于最低量程的量程越小，分辨力越高，相应于最低量程的分辨力称为该表的灵敏度。分辨力称为该表的灵敏度。六、可靠性六、可靠性 表征仪表可靠性的尺度有多种，最基本的是可表征仪表可靠性的尺度有多种，最基本的是可靠度。是衡量仪表能够正常工作并发挥其功能的程靠度。是

15、衡量仪表能够正常工作并发挥其功能的程度。度。可靠度的应用亦可体现在仪表正常工作和出现可靠度的应用亦可体现在仪表正常工作和出现故障两个方面。在正常工作方面的体现是仪表平均故障两个方面。在正常工作方面的体现是仪表平均无故障工作时间（无故障工作时间（MTBF）。因为仪表存在故障修）。因为仪表存在故障修复，因而以相邻两次故障时间间隔的平均值为指标，复，因而以相邻两次故障时间间隔的平均值为指标，可很好表示平均无故障工作时间。在出现故障方面可很好表示平均无故障工作时间。在出现故障方面的体现是平均故障修复时间（的体现是平均故障修复时间（MTTR），它表示的），它表示的是仪表修复所用的平均时间，由此可从反面衡

16、量仪是仪表修复所用的平均时间，由此可从反面衡量仪表的可靠度。表的可靠度。第四节第四节 仪表防爆的基本知识仪表防爆的基本知识 在某些生产现场存在着各种易燃易爆气在某些生产现场存在着各种易燃易爆气体、蒸汽或粉尘，它们与空气混合即称为具体、蒸汽或粉尘，它们与空气混合即称为具有爆炸危险的混合物，而其周围空间成为具有爆炸危险的混合物，而其周围空间成为具有不同程度爆炸危险的场所。安装在这种危有不同程度爆炸危险的场所。安装在这种危险场所的仪表如果产生火花，就容易引起爆险场所的仪表如果产生火花，就容易引起爆炸，因此用于这种危险场所的仪表必须具有炸，因此用于这种危险场所的仪表必须具有防爆性能。防爆性能。一、防爆

17、仪表的分类一、防爆仪表的分类根据国家标准根据国家标准 GB 3836.12000 规定，爆炸规定，爆炸性气体环境用电设备分为两大类：性气体环境用电设备分为两大类：类为煤类为煤矿井下用电气设备，矿井下用电气设备，类为工厂用电气设备。类为工厂用电气设备。工厂用电气设备又分为八种类型，即隔爆型工厂用电气设备又分为八种类型，即隔爆型(d)、本质安全型、本质安全型(i)、油浸型、油浸型(o)、无火花型、无火花型(n)、增安型、增安型(e)、正压外壳型、正压外壳型(p)、充砂型、充砂型(q)和特殊型和特殊型(s)。电动仪表主要有隔爆型电动仪表主要有隔爆型(d)和本质安全型和本质安全型(i)两两种，本质安全

18、型又分为两个等级种，本质安全型又分为两个等级 ia 和和 ib。二、防爆仪表的分级与分组二、防爆仪表的分级与分组 1.气体组别气体组别注注:中国中国 GB3836 标准规定标准规定C 级最小点燃能量为级最小点燃能量为 19 微焦耳微焦耳,A 级最小点燃能量为级最小点燃能量为 200 微焦耳微焦耳 2.温度组别 3.名词解释名词解释1）隔爆型电气设备（）隔爆型电气设备（d）：是指把能点燃爆）：是指把能点燃爆炸性混合物的部件封闭在一个外壳内，该外炸性混合物的部件封闭在一个外壳内，该外壳能承受内部爆炸性混合物的爆炸压力并阻壳能承受内部爆炸性混合物的爆炸压力并阻止和周围的爆炸性混合物传爆的电气设备。止

19、和周围的爆炸性混合物传爆的电气设备。2）增安型电气设备（）增安型电气设备（e）：正常运行条件下，）：正常运行条件下，不会产生点燃爆炸性混合物的火花或危险温不会产生点燃爆炸性混合物的火花或危险温度，并在结构上度，并在结构上 采取措施，提高其安全程度，采取措施，提高其安全程度，以避免在正常和规定过载条件下出现点燃现以避免在正常和规定过载条件下出现点燃现象的电气设备。象的电气设备。3）正压型电气设备（）正压型电气设备（p）:通过保持内部保护通过保持内部保护气体的压力高于周围以免气体的压力高于周围以免 爆炸性混合物进入爆炸性混合物进入外壳或足量的保护气体通外壳或足量的保护气体通 过外壳，使内部的过外壳

20、，使内部的爆炸性混合物的浓度降至爆炸性混合物的浓度降至 爆炸极限以下。爆炸极限以下。4）本质安全型电气设备（）本质安全型电气设备（i）：在正常运行）：在正常运行或在标准试验条件下所产生的火花或热效应或在标准试验条件下所产生的火花或热效应均不能点燃爆炸性混合物的电气设备均不能点燃爆炸性混合物的电气设备。5）0区：爆炸性环境中的爆炸性混合物以气区：爆炸性环境中的爆炸性混合物以气体，蒸汽或薄雾形式连续出现或长时间存在体，蒸汽或薄雾形式连续出现或长时间存在的场所。的场所。6）1区：在正常运行时，爆炸性环境中可能区：在正常运行时，爆炸性环境中可能会出现气体，蒸汽或薄雾形式的爆炸性混合会出现气体，蒸汽或薄

21、雾形式的爆炸性混合物的场所。是防爆物的场所。是防爆 电气设备的典型应用场所。电气设备的典型应用场所。7）2区：在正常运行时，爆炸性环境中不太区：在正常运行时，爆炸性环境中不太可能出现气体，蒸汽或薄雾形式的爆炸性混可能出现气体，蒸汽或薄雾形式的爆炸性混合物，如果出现也只是合物，如果出现也只是 偶尔发生并且短时间偶尔发生并且短时间存在的场所。存在的场所。4.气体爆炸危险场所电气设备防爆类型选型气体爆炸危险场所电气设备防爆类型选型例题例题1：ExdCT4 Ex防爆总标志的含义为符合中国国家标防爆总标志的含义为符合中国国家标准；采用准；采用d隔爆型；可允许涉及隔爆型；可允许涉及C类爆炸性类爆炸性气体；

22、仪表表面温度不超过气体；仪表表面温度不超过135。例题例题2：ExibCT46 该仪表符合中国国家标准，采用了该仪表符合中国国家标准，采用了ib级本级本质安全防爆法，可允许涉及质安全防爆法，可允许涉及C类气体，且表类气体，且表面温度不超过面温度不超过85135。如某种电磁流量变。如某种电磁流量变送器采用隔爆供送器采用隔爆供电、增安接线盒，而信号为电、增安接线盒，而信号为ib级本安。使用环境范围高限为级本安。使用环境范围高限为4080时，时，仪表表面温度不超过仪表表面温度不超过85135。第五节第五节 仪表分类仪表分类一、自动化仪表分类一、自动化仪表分类1.按仪表所使用的能源分，可以分为气动仪按

23、仪表所使用的能源分，可以分为气动仪表、电动仪表。表、电动仪表。2.按仪表组合形式，可以分为基地式仪表、按仪表组合形式，可以分为基地式仪表、单元组合仪表和综合控制装置。单元组合仪表和综合控制装置。3.按仪表信号的形式，可分为模似仪表和数按仪表信号的形式，可分为模似仪表和数字仪表字仪表 4.按仪表是否引入微处理机（器），可分为按仪表是否引入微处理机（器），可分为智能仪表与非智能仪表。智能仪表与非智能仪表。二、显示仪表分类二、显示仪表分类 显示仪表根据记录和指示、模拟与数字显示仪表根据记录和指示、模拟与数字等功能，又可分为记录仪表和指示仪表、模等功能，又可分为记录仪表和指示仪表、模拟仪表和数显仪表拟

24、仪表和数显仪表 三、调节仪表分类三、调节仪表分类 调节仪表可是以分为基地式调节仪表和调节仪表可是以分为基地式调节仪表和单元组合式调节仪表。由于微处理机引入，单元组合式调节仪表。由于微处理机引入，又有可编程调节器与固定程序调节器之分。又有可编程调节器与固定程序调节器之分。四、执行机构和调节机构的分类四、执行机构和调节机构的分类 执行机构和调节机构两部分组成执行器。执行机构和调节机构两部分组成执行器。1.执行机构按能源划分有气动、电动和液动。执行机构按能源划分有气动、电动和液动。2.按结构形式可以分为薄膜式、活塞式（气按结构形式可以分为薄膜式、活塞式（气缸式）和长行程执行机构。缸式）和长行程执行机

25、构。3.调节机构根据其结构特征和流量特性不同调节机构根据其结构特征和流量特性不同进行分类，按结构特点分通常有直通单座、进行分类，按结构特点分通常有直通单座、直通双座、三通、角形、隔膜、蝶形、球阀、直通双座、三通、角形、隔膜、蝶形、球阀、偏心旋转、套筒（笼式）、阀体分离等偏心旋转、套筒（笼式）、阀体分离等。4.按流量特性分为直线、对数（等百分比）、按流量特性分为直线、对数（等百分比）、抛物线、快开等。抛物线、快开等。第六节第六节 仪表故障查找法仪表故障查找法 1眼鼻耳直观法：凭直观找出故障部位。断线、短接、虚接、元器件过热、有焦糊昧或烧糊痕迹、机械部件磨损或间隙过大出现异响等。2参数测量法：用万用表测量电路的输入输出电压、电流，与正常值比较来确定故障部位。3新机替换法：对怀疑的插件、部件，可用同参数的相同件替换其工作，目的主要是缩小故障查找范围，有故障的部分可在替换中发现。4检测仪器检查法：使用专用压力、温度等高等级标准检测仪器对仪表整机或部件进行检测，常能有效的查出障，并能提高修理质量。5分段排查法：在自动化程度高的现代工艺中，远传的仪表由就地仪表、现场接线端子箱、线缆、中控接线端子箱、安全栅、转换器、控制器组成控制仪表。对于仪表显示故障可由现场发信号、接线端子发信号或由中控接线端子箱发信号等多种方法分段判断出现故障的节点。