工业检测及自动化仪表显示
自动检测技术及仪表 第1章 检测技术及仪表概述
五、检测技术及仪表的研究内容
（1）研究传感原理方法及相应器件设备。 （2）研究信息处理（如信号放大、滤波等）与变换的方法。
【克服干扰；从间接信号中恢复目标信息。】 （3）研究检测问题中信息传输、接收、存储、显示的方法与技术。 （4）研究抗干扰技术和故障检测、诊断的功能。 （5）研究检测方法、检测仪表及检测系统的理论分析方法、参数及结 构的最优化设计技术。 （6）研究智能仪表的设计与集成方法。
2023年8月14日
EXIT
第1章第7页
二、检测技术及仪表的应用
工业生产 医疗卫生 日常生活 军工武器 ……
2023年8月14日
EXIT
第1章第8页
三、检测技术及仪表的地位和作用
人类正在走出机械化的过程，进入以物质手段扩展人的感官神经系统
及脑力智力的时代，而这种物质手段的首要方面正是检测技术及仪器仪表。
测。
2023年8月14日
EXIT
第1章第17页
二、直接检测、间接检测与联立检测
联立测量（也称组合测量）
其中： x1, x2, …, xm：被测量 y1，y2，…， yn：直接测得值
20第18页
二、直接检测、间接检测与联立检测
检测刻线0、1、2、3间的距离，要求每个刻线间隔测 量3次：
自动检测技术：能够自动地完成整
个检测过程的技术，以信息的获取、 转换、显示和处理的自动化为主要研 究内容。
研究新的检测方法
仪表技术 利用新的检测技术
开发现代化的检测系统
自动检测技术 检测技术
检测仪表技术
获取分辨率、准 确度、稳定性和 可靠性都很高的 对象信息
2023年8月14日
EXIT
第1章第12页
工业自动化仪表的种类
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、模拟仪表和数显仪表，其中记录仪表又可分为单点记录和多点记录（指示亦可以有单点和多点），其中又有在纸记录或无纸记录，若是有纸记录又分笔录和打印记录。
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，又有可编程调节器与固定程序调节器之分。
执行器由执行机构和调节阀两部分组成。
执行机构按能源划分有气动执行器、电动执行器和液动执行器，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。
调节阀根据其结构特噗和流量特性不同进行分类，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、偏心旋转、套筒（笼式）、阀体分离等，按流量特性分为直线、对数（等面分比）、抛物线、快开等。
这类分类方法相对比较合理，仪表覆盖面也比较广，但任何一种分类方法均不能将所有仪表分门别类地划分得井井有序，它们中间互有渗透，彼此沟通。
例如变送器具有多种功能，温度变送器可以划归温度检测仪表，差压变送器可以划归流量检测仪表，压力变送器可以划归压检测仪表，若用兀压法测液位可以划归物位检测仪表，很难确切划归哪一类，中外单元组合仪表中的计算和辅助单元也很难归并。
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工业自动化仪表及控制装置设备的分类标准及基础知识
工业自动化仪表及控制装置设备的分类标准及基础知识！随着生产规模的不断扩大和生产技术的发展，对生产过程自动化水平提出了越来越高的要求。
因此，工业仪表也经历了一个从无到有、由简单到复杂，由单一功能向多功能的发展过程。
从最初的只能在现场测量并显示温度(如玻璃温度计)、压力(如U形管压力计）、流量（如玻璃转子流量计）、液位(如玻璃管液位计）的就地检测仪表和只能进行简单控制的就地调节器，逐步向远传集中显示、远程控制的方向发展。
除检测各种参数的检测元件和检测仪表愈加齐全外，过程控制仪表的发展更是日新月异，经历了由气动单元组合仪表、电动单元组合仪表、电子式综合控制装置到工业计算机控制系统的飞跃。
工业自动化仪表品种繁多,从信息的获得、传递、反映和处理的过程把工业自动化仪表分为五大类；(1）检测仪表；（2)显示仪表；（3）控制仪表；(4）执行器;（5)集中监测与控制装置。
检测仪表生产过程中，介质在设备、管道不同部位的温度、压力、流量、物位以及其他物理量瞬息万变，始终处于变化之中。
检测仪表就是用以检测上述物理量在每个瞬间的量值。
按照所测量工艺参数的不同，检测仪表可分为如下几种: 1．温度仪表：常用的温度测量仪表有玻璃温度计、双金属温度计、压力式（温包）温度计、温度开关、热电偶、热电阻，还有辐射高温计及光学高温计、光电比色高温计等辐射式温度计.2．压力仪表：压力测量仪表用于检测压力、真空和压差。
根据其工作原理可分为：弹性式压力计（按其弹性元件又分为弹簧管压力计、膜片压力计、膜盒压力计、压力开关等）；传感式压力计（如电阻式、电容式、电感式、霍尔式压力计等）；液柱式压力计(如U形管、直管、倾斜管压力计)；还有精度较高通常用于校验标准压力表的活塞式压力计.3．流量仪表：流量测量仪表品种繁多，目前应用最为广泛的是由节流装置和与其配套的差压流量变送器.常用的节流装置有孔板、喷嘴和文丘里管。
其他常用的流量仪表还有水表、转子流量计、椭圆齿轮流量计、靶式流量计、电磁流量计、旋涡流量计、阿钮巴流量计、质量流量计等。
检测技术与自动化仪表课程设计指导书
《传感器与检测技术》课程设计一．课程设计目的课程设计的目的是使学生能够将《传感器与检测技术》课程的内容有机的联系起来，形成系统的概念，培养学生综合应用知识的能力，掌握智能检测（或仪表）系统设计的基本思想和方法。
二．设计方法（一）智能化测量控制仪表的总体设计在设计一台智能化测量控制仪表时，首先要进行仪表的总体设计。
在课程设计中要考虑以下两点。
1．从整体到局部(自顶向下)的设计原则开始时，根据仪表功能和设计要求提出仪表设计的总任务，分别并绘制硬件和软件总框图，然后将总任务分解成一批可以独立表征的子任务，这些子任务再向下分，直到每个低级的子任务足够的简单，可以直接而且容易实现为止。
这些低级子任务可用模块化的方法来实现，有些子任务可以采用某些通用化的模块（模件）实现。
2．经济性要求为了获得较高的性能价格比，设计仪表时不应盲目地追求复杂高级的方案。
在满足性能指标的前提下，应尽可能采用简单的方案，因为方案简单意味着元器件少，可靠性高，从而也比较经济。
在进行实际的产品设计时，还应考虑仪表的可靠性要求、操作和维护的要求等。
（二）智能化测量控制仪表的硬件电路设计1．单片机芯片的选择课题中指定在MCS-51系列单片机中选择机种。
选择时，应考虑单片机的时钟频率、内部程序存储器和数据存储器容量、片内功能部件，以及相关的技术支持等因素。
2．存储器设计如果仪表中所涉及的程序或者数据量使单片机内部存储器难以满足要求时，应设计片外存储器。
3．输入/输出接口的设计单片机从测量环节或者说前向通道（包括A/D转换器和输入电路）输入测量信息、从键盘输入仪表需要的各种数据和信息（如功能选择，量程范围、阈值等）以及向显示器输出测量结果、仪表的工作状态（如报警信息）都需要通过接口电路实现，因此要设计相应的接口电路。
4．测量部分的设计测量部分通常由两大部分组成，即模拟测量部分和A/D转换器。
模拟测量部分如传感器、传感器测量电路、信号放大电路、滤波电路以及其它的信号调理电路都是一些独立的模块或组件，如果已有相应的模块芯片出售，设计时只要选用合适（符合技术要求）的芯片即可；如果没有相应的模块供应，则在设计时要根据仪表的技术指标，自行设计这些组件。
工业自动化仪表验收规范(GB50093-2002) (1)
1 总则1.0.1 为了提高自动化仪表(以下简称仪表)工程施工技术和管理水平，确保工程质量，制订本规范。
1.0.2 本规范适用于工业和民用仪表工程的施工及验收。
本规范不适用于制造、贮存、使用爆炸物质的场所以及交通工具、矿井井下、气象等仪表安装工程。
1.0.3 仪表工程施工应符合设计文件及本规范的规定，并应符合产品安装使用说明书的要求。
对设计的修改必须有原设计单位的文件确认。
1.0.4 对直接安装在设备和管道上的仪表和仪表取源部件，应按设计文件对专业分界的规定施工。
1.0.5 仪表工程所采用的设备及材料应符合国家现行的有关强制性标准的规定。
1.0.6 仪表工程中的焊接工作，应符合现行国家标准《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》GB 50236—98中的有关规定。
1.0.7 仪表工程的施工除应按本规范执行外，尚应符合国家现行的有关强制性标准的规定。
2 术语2.0.1 自动化仪表 automation instrumentation对被测变量和被控变量进行测量和控制的仪表装置和仪表系统的总称。
2.0.2 测量 measurement以确定量值为目的的一组操作。
2.0.3 控制 control为达到规定的目标，在系统上或系统内的有目的的活动。
2.0.4 现场 site工程项目施工的场所。
2.0.5 就地仪表 local instrument安装在现场控制室外的仪表，一般在被测对象和被控对象附近。
2.0.6 检测仪表 detecting and measuring instrument用以确定被测变量的量值或量的特征、状态的仪表。
2.0.7 传感器 transducer接受输入变量的信息，并按一定规律将其转换为同种或别种性质输出变量的装置。
2.0.8 转换器 converter接受一种形式的信号并按一定规律转换为另一种信号形式输出的装置。
2.0.9 变送器 transmitter输出为标准化信号的传感器。
工业自动化控制四大仪表是什么？四大仪表出现故障原因及解决办法
工业自动化控制四大仪表是什么？四大仪表出现故障原因及解决办法为实现工业生产的自动化，需要对生产过程中温度、压力、流量、物位等数据进行全面监控，这些功能通过相应的检测仪表来实现，仪表一旦发生故障，将对工业生产的正常进行造成严重影响。
因此，工控人员必须熟练掌握四大仪表的物理构造、测量原理以及性能指标等，能够准确地对仪表故障进行诊断和处理，从而保证工业生产的正常进行。
一、工业自动化控制四大仪表
1温度仪表
石油化工生产中所进行的化学反应及变化需要在特定的温度及压力环境下才能顺利进行，为实时监测温度变化、精密掌控温度范围，必须在生产中布设一定数量的温度仪表。
目前对于生产温度主要采取接触测量，通过热电偶、热电阻等测温元件来测量温度数据，并借助现场总线技术来达到自动化温控效果。
热电偶与热电阻的识别
工业用热电偶和热电阻保护套管的外形几乎是一样的，有的测温元件外形很小，如铠装型的，两者外形又基本相同。
1、在有铭牌，知道型号的情况下，可采通过铭牌识别。
热电偶：原理为热电效应，其分度号为S、B、E、K、R、J、T七种标准化型号。
热电阻：原理为电阻的热效应（导体或半导体的电阻值随温度变化而变化这一特性），其分度号为Pt10、Pt100、Pt1000、Cu50和Cu100。
其中Pt100和Cu50的应用最为广泛。
2、在没有铭牌，又不知道型号的情况下，可采用以下方法识别。
（1）看测温元件的引出线，通常热电偶只有两根引出线，如果有三根引出线就是热电阻了。
但对于有四根引出线的，需要测量电阻值来判断是双支热电偶，还是四线制的热电阻。
先。
化工仪表及自动化之温度检测及仪表
测温 方式
接 触 式 测 温 仪 表
温度计 种类
玻璃液体 温度计 双金属温 度计
压力式温 度计
电阻温度 计
热电偶温 度计
优点
缺点
结构简单、使用方便、测量 容易破损、读数麻烦、一般只
准确、价格低廉
能现场指示 ,不能记录与远传
结构简单、机械强度大、价 精度低、不能离开测量点测量
格低、能记录、报警与自控 ,量程与使用范围均有限
优点：准确度高，稳定性好，测温温区和使用寿命 长，物理化学性能良好，在高温下抗氧化性能好， 适用于氧化和惰性气氛中。
缺点：热电率较小，灵敏度低，高温下机械强度下 降，对污染敏感，贵金属材料昂贵，因此一次性投 资较大。
3、镍铬-镍硅热电偶（K型）
使用量最大的廉金属热电偶，用量为其他热电偶的 总和 正极（KP）的名义化学成分为：Ni:Cr=90:10， 负极（KN）的名义化学化学成分为Ni:Si=97:3。 其使用温度为-50～1000℃。
所产生的热电势数值并无影响。不过必须保证引入线两 端的温度相同。
二、热电偶温度计
3.常用热电偶的种类
工业 上对 热电 极材 料的 要求
在测温范围内其热电性质要稳定,不随时间变化;
在测温范围内要有足够物理、化学稳定性,不易 被氧化或腐蚀;
电阻温度系数要小,电导率要高,组成热电偶后产 生的热电势要大,其值与温度成线性关系或有简单 的函数关系;
汤姆逊电势大小为：
T
eA (T ,T0 )
dT
T0
δ —— 汤姆逊系数，它表示温度为1℃时所产生 的电动势值，它与材料的性质有关。
（3） 热电偶回路的总热电势
EAB ( T ,T0 ) e AB ( T ) eA( T ,T0 ) eAB ( T0 ) eB ( T ,T0 )
化工仪表及自动化--第四章 显示仪表
电气测控工程系
化工仪表及自动化
第四章 显示仪表
内容提要
概述
自动化学院 电气测控工程系
模拟式显示仪表
自动电子电位差计 自动电子平衡电桥
数字式显示仪表(自学)
数字式显示仪表的特点及分类 数字式显示仪表的基本组成
新型显示仪表(自学)
无笔、无纸记录仪 虚拟显示仪表
图4-2 电子电位差计原理图
4
第一节 模拟式显示仪表
3.自动电子电位差计的测量桥路
自动化学院 电气测控工程系
图4-3 电位差计测量桥路原理图
图4-2 电子电位差计原理图
（1）冷端温度补偿问题
举例
用镍铬-镍硅热电偶测量温度，其热端温度不变， 而冷端温度从０℃升高到 25℃，这时热电势将降 低１mV，仪表指针会指示偏低。
6
第一节 模拟式显示仪表
（2）量程匹配问题
自动化学院 电气测控工程系
①R2铜电阻 装在仪表后接线板上以 使其和热电偶冷端处于同一温度。 ②下支路限流电阻 R3 它与 R2 配合， 保证了下支路回路的工作电流为 2mA。
③上支路限流电阻R4 把上支路的工 作电流限定在4mA。
④滑线电阻 RP 仪表的示值误差、 记录误差、变差、灵敏度以及仪 图4-4 XW系列电位差计测量桥路原理图 表运行的平滑性等都和滑线电阻 的优劣有关。 R2—冷端补偿铜电阻；RM—量程 电阻；RB—工艺电阻；RP—滑线 ⑤量程电阻RM 决定仪表量程大小的 电阻；R4—终端电阻（限流电 电阻。 阻）；R3—限流电阻；RG—始端 电阻；E—稳压电源1V；I1—上 ⑥始端（下限）电阻RG 大小取决于 支路电流4mA；I2—下支路电流 测量下限的高低。 7 2mA
常用仪表符号及仪表演示幻灯片
2020/4/13
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仪表原理
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温度仪表
接触式 非接触式
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接触式温度计:
结构简单 测温精度较高 价格便宜 测温较滞后 根据被测介质条件选择测温保护套管
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非接触式温度计:
测温较快 测温范围宽 但受外界因素测量误差较大 结构复杂 价格昂贵 主要用于热电偶无法测量超高温场合
NEC
美国国家电气规程
DIN
德国国家标准
JIS
日本国家标准
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常用英文缩写
CPU DCS ESD FAT P&ID PLC SIS UPS DI/DO A/M CCR E/P FC FO
中央微处理器 分散控制系统 紧急停车系统 工厂验收测试 工艺管道及仪表流程图 可编程序控制器 安全仪表系统 不间断电源 数字输入 / 数字输出 自动 / 手动 中央控制室 电/气 故障关 故障开
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铂电阻技术性能
主要使用在测量精度高、响应速度快、温度 -200~400℃场合
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热电偶:
将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接 起来，构成一个闭合回路。当导体A和B的两 个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便 产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电 流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用 这一效应来工作的。温度较高的一端为工作 端，温度较低的一端为自由端，自由端通常 处于某个恒定的温度下
32
弹簧管压力表
敏感元件是截面积为椭圆形的弹性C管，在C形管 承受压力p时C形管自由端带动指针来指示压力 主要测量不结晶、不凝固、对钢没有腐蚀作用的 液体 气体 蒸汽
浅谈自动化仪表的检测与维护
浅谈自动化仪表的检测与维护自动化仪表是现代工业中不可缺少的控制设备，具有精度高、稳定性好、响应速度快等优点，广泛应用于化工、石油、电力、冶金、机械、航天等行业中。
然而，自动化仪表设备也需要经常进行检测与维护，以确保其正常的工作和使用寿命。
一、仪表检测1. 视觉检测：通常采用目视检验法和放大镜检验法来检测仪表面板上开关、指示灯等部件的损坏、脱落、接触不好、污垢、划痕等情况，以及仪表箱内部的松动、腐蚀、短路等情况。
2. 功能检测：仪表应具有稳定、准确、敏感的性能。
因此，测试仪表的测量范围、精度、灵敏度和线性度等指标是必要的，可以通过数字万用表、信号发生器和信号分析器等工具来进行测量。
3. 物理参数检测：涵盖仪表的质量、尺寸、重量、颜色、外观等物理参数的检测，该参数需要按照国家相关标准规范进行检测，以确保仪表的质量能够符合标准要求。
4. 环境适应性测试：仪表的工作环境和使用频率或频谱范围、波形、脉冲等因素有关，对其适应性和可靠性进行评估就很重要。
该测试可以通过在不同的温度、湿度和振动条件下，测试仪表的性能和稳定性来完成。
二、仪表维护仪表维护包括：日常保养维护、运行保养和临时维修等。
常规的保养措施有：1. 定期检视：每年或每两年检查一遍仪表接线端子，包括接线端子插座、接线板、连接器等。
检查连接器处是否有氧化物、松动、使用寿命是否已经过长等情况。
防止短路、误接、断路等情况的出现。
2. 定期更换：每5年或10年应更换从仪表到设施主体中的所有安全电气溶胶或粘合剂，以保证准确的测量和可靠的控制。
3. 定期清洁：如仪表表盘上的灰尘，可以使用弱酸性或弱碱性清洗剂来清洗。
清洗时进行轻柔擦拭，并使用软刷将尘土清扫干净，不能用有机溶剂来擦拭。
4. 定期加注润滑剂：仪表传动机构和刻度盘变压器等处要定期加注润滑剂，以减少仪表的磨损，确保稳定性。
5. 移动和运输保护：在移动和运输前一定要切断仪表的电源并关闭仪表。
避免电路器件松动、断裂等损坏，保证运输过程中仪表的完好无损。
工业自动化仪表(工业生产用仪表)
“针对客户的需求，大家都在打不同的大大小小的包，但实际上这只是中国市场现阶段的特点。”图尔克中 国运营总监李泓说，“在德国和美国市场，图尔克能够以专业的元件供应商身份活得很好。”
种类
工业仪表虽然种类繁多，但都基于平衡原理，包括力平衡、力矩平衡和电平衡等。仪表的感受部分—传感器 将被测参数(如温度、压力、流量等)，经变送器转换成容易放大的测量量(如电压量、电流量和机械量等)，再经 过放大。放大后的量值，一部分传入显示部件，一部分经反馈部件与测量量进行比较，以达到平衡的目的。
与此同时，相关技术的发展为自动化产业的升级提供了技术保证。业内巨头们则早已依靠其技术和产业优势， 推出了各具特色的平台理念。西门子自动化与驱动集团推出的全集成自动化（TIA）理念，是近年来西门子A&D在 自动化领域的一个核心理念和主要特色。在TIA为核心的解决方案中，西门子目前所提供的8万多种产品涵盖了整 个过程自动化领域、制造自动化领域，输配电、智能楼宇领域，TIA集高度的集成统一性和前所未有的开放性于 一身，标准化的网络体系结构，统一的编程组态环境和高度一致的数据集成，成功地实现了整个自动化系统在生 产过程的水平和垂直方向上的集成。
到了30年代末和40年代初，出现了气动仪表，并使用了统一的压力信号，遂有了带远程发送器的仪器。它能 在远距离外的二次仪表上重现读数，从而能集中在中心控制室进行检测、记录和控制。50年代又出现电动式的动 圈式毫伏计、电子电位差计电气机械式调节器和整套的电子管调节仪表。
80年代出现的组装式电子综合控制装置，将仪表和生产自动控制系统有机地结合在了一起。工业仪表的发展 促进工业生产的自动化，已成为工业生产中不可缺少的自动化工具。
《化工仪表及其自动化》显示仪表
RP—工艺电阻：由于R是手工 绕制的滑线电阻，阻值难以精确 控制，故需要并联一个碳膜电阻， 并使RP// R =90Ω，整体考虑，统 一生产。
RM—量程电阻：通过改变RM 阻值，达到改变三个电阻并联等 效后的结果阻值。
二、自动电子电位差计
附滑线电阻R’同R（材料、阻值、规格） 同种材料，接触电势相抵消（引出导线的用途） 闭合回路内处处等电位，甩掉小辫子； 平行布置，用滚子作触点时，可以形成轨道。
小选择。
动圈表实质是电流表，仪表指针的偏转角
R串
RB
度所限定的电流值，电流一定时，对应于 不同热电偶的不同测温范围所产生的热电
R动 RT
势，只要成比例改变回路电阻R，就能适应
不同量程范围，R串--- 量程调整电阻。
R调
3、动圈是用铜导线绕制而成的，当环境温度升高时，电阻就 增大，在相同毫伏信号输入的情况下，回路内电流将会减少， 仪表的指示值就偏低。因此，也需要进行温度补偿RT//RB。
二、自动电子电位差计
二、自动电子电位差计
为了弥补仪表工作环境温度（T1>0）,而使热电偶少反映出的热 电势（E(T1,0)）。在下支路设置电阻R2（铜电阻）。
R2-温度补偿电阻 ； R3 -限流电阻
二、自动电子电位差计
暂时把R//RP// RM看作一个电阻。为了能使滑线电阻R的滑动全 范围时，对应热电势的变化全范围，需要在上支路设置两个电阻
同时，它的可动部分容易损坏，怕震动，阻尼时间较长，且 不便于实现自动记录。
利用自动电子电位差计来测量电势，就可以克服以上的缺点， 提高测量精度（“电压平衡原理”）。
为了更好地掌握它的结构和工作原理等问题，下面先从手动 电位差计讲起。
自动化仪表基础知识
显示仪表
生产过程
检测仪表
执行器
调节仪表
如图G： 检测仪表： 测量某些工艺参数如压力、温度、电压、频率、振动等。 显示仪表：指针式、数字式记录仪、工业电视、图象显示器 集中控制装置：包括巡回调节仪、程序控制仪、可编程序调节器、可编程序控制器 调节仪表根据需要对信号进行运算如放大、积分、微分等，也包括各种气动、电动调节器及用来代替调节器的微处理机。 执行器：接受调节系统的来的信号或直接来自操作人员的指令，对生产过程进行操作和控制。包括各种电、液、气动执行机构和调节阀、开关等。
怎样选择压力表的测量上限 压力表低于1/3量程部分，精度较低，不宜使用。 选择压力表的测量上限时，一般应大于最高使用压力的1/3，目的是为了保证压力表安全可靠地工作，维护其使用寿命。 选择使用范围时，最高不得超过刻度盘满刻度的3/4。选用标尺全量程的1/3-2/3之间为宜，因为这一使用范围，准确程度较高，又适合平稳、波动两种负荷下兼可使用。
四、温度仪表安装注意事项
1、温度一次点的安装位置应选在介质温度变化灵敏且具有代表性的地方，不宜选在阀门、焊缝等阻力部件的附近和介质流束呈死角处。 就地指示温度计要安装在便于观察的地方。 热电偶安装地点应远离磁场。 温度一次部件若安装在管道的拐弯处或倾斜安装，应逆着流向。 双金属温度计在≤DN50管道或热电阻、热电偶在≤DN70的管道上安装时，要加装扩大管。扩大管要按标准图制作。 压力式温度计的温包必须全部浸入被测介质中。
常用温度计的种类
0-3500 200-2000
光学探测 热电探测
红外线
400-2000 700-3000 900-1700
辐射式 光学式 比色式
辐射式
非接触式 测温仪表
工业自动化中的自动化仪表与计量技术
是指对各种物理量进行测量、记录、分析和管理的技术，在工业自动化中，计 量技术是实现精确控制和高效生产的重要手段。
工业自动化的发展历程
01
萌芽阶段
工业自动化最早可以追溯到蒸汽机的发明和应用，但真正的工业自动化
萌芽是在20世纪初，随着电气技术和控制理论的发展，人们开始尝试将
各种自动化元件应用到工业生产中。
集成化和微型化
为了满足现代工业生产 的需求，计量技术将趋 向于集成化和微型化， 实现多参数、多功能的 综合测量，同时减小设 备体积和重量，降低成
本和能耗。
无线化和远程化
无线通信技术和物联网 技术的不断发展，使得 计量技术趋向于无线化 和远程化，实现远程数 据采集、传输和处理， 提高了测量的灵活性和
可靠性。
工业自动化中的自动 化仪表与计量技术
目 录
• 工业自动化概述 • 自动化仪表的种类与功能 • 计量技术在工业自动化中的应用 • 自动化仪表与计量技术的发展趋势与展望
01
工业自动化概述
工业自动化的定义与特点
自动化仪表
是指在工业自动化中使用的各种仪表，如压力仪表、温度仪表、流量仪表、物 位仪表等，用于检测和控制系统中的各种参数，保证生产过程的稳定和安全。
04
自动化仪表与计量技术 的发展趋势与展望
自动化仪表的发展趋势
智能化
集成化
随着人工智能和物联网技术的不断发展， 自动化仪表将更加智能化，能够自主完成 更复杂的操作和控制任务。
为了提高生产效率和降低成本，自动化仪 表将趋向于集成化，实现多功能的综合控 制。
无线化
高精度和高可靠性
无线通信技术的广泛应用使得自动化仪表 趋向于无线化，降低了布线成本和难度， 提高了系统的灵活性和可靠性。
工业自动化仪表与系统手册
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内容简介
《工业自动化仪表与系统手册(上册)》可供工业自动化仪表与系统行业的科研、设计、制造、应用方面的工 程技术人员参考使用，也可供大专院校有关师生参考。
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序 编辑说明 总论 第1篇工业自动化仪表与系统常用术语和资料 第1章工业自动化仪表与系统常用术语 1通用术语 1.1基础通用术语 1.2数据和信号术语 1.3静态和动态特性术语 2功能术语 2.1功能通用术语
序言
工业自动化仪表与系统是实现生产过程信息的获取、传递、转换、处理的自动化技术工具，广泛用于冶金、 电力、石油化工、化学、机械、医药、轻工、纺织、建材等工业企业中，在农业生产、科学技术、国防建设以及 人民日常生活中都有应用。
在现代化建设中，工业自动化仪表与系统产业是带动国民经济各部门技术进步、新老企业技术改造、提高劳 动生产率、改善经济效益、开发和节约能源与材料、发展科学技术的先导性产业。工业自动化仪表与系统的装备 水平在很大程度上反映出一个国家的生产力发展和观代化科学技术水平。
工业自动化仪表与系统手册
图书
01 内容简介
03 序言 05 目录
目录
02 图书目录 04 推荐
《工业自动化仪表与系统手册(上册)》主要由基础和产品两部分构成，基础部分由总论和七篇组成，重点介 绍了工业自动化仪表与系统的共性技术和常用资料，产品部分由十六篇组成，涵盖检测、显示、控制、执行等各 类仪表与系统。
本手册包括基础理论和产品两大部分。基础理论部分由总论和1～7篇组成，重点介绍工业自动化仪表与系统 的共性技术和常用资料。产品部分有16篇，涵盖各种检测(热工量、机械量、成分量)、显示、控制、执行仪表与 系统。
工业自动化仪表的应用
工业自动化仪表的应用工业自动化仪表是机电一体化和信息化技术的重要组成部分，广泛应用于各个工业领域。
它是研究工业自动化、工业制造和工业信息化的基础设施，对提高生产效率、优化工艺流程、保障产品质量和安全生产起到了重要的作用。
本文将从工业自动化仪表的定义、特点及其在工业生产中的应用等方面进行介绍。
工业自动化仪表是用来测量、监控和控制工业过程中各种参数和信号的设备和系统。
它通过感应器、检测器、传感器等各种检测元件获取过程中的数据，然后经过信号调理、放大处理、转换等一系列操作，再将处理后的信号传输给控制系统或显示设备，实现对工业过程的测量、监控和控制。
工业自动化仪表具有以下特点：1. 高精度：工业自动化仪表可以实现对工业过程中各种参数的高精度测量，如温度、压力、液位、流量等，可以满足工艺过程对精度和稳定性的要求。
2. 多功能：工业自动化仪表可以同时实现多种功能，如测量、控制、显示、报警等，可以满足不同工业过程的需求。
3. 实时性强：工业自动化仪表具有快速响应的特点，可以实时监测并控制工业过程的参数，及时采取相应的措施确保工业过程的安全和稳定。
4. 强抗干扰能力：工业自动化仪表可以通过各种技术手段来提高其抗干扰能力，如滤波、屏蔽等，能够减少外部干扰对测量结果的影响，保证测量的准确性和可靠性。
工业自动化仪表在工业生产中有着广泛的应用，具体包括以下几个方面：2. 质量控制：工业自动化仪表可以对产品质量参数进行实时监测和控制，如产品尺寸、重量、颜色等，通过对质量参数的监测和控制，可以及时发现和纠正生产过程中的问题，保证产品质量的稳定性和一致性。
3. 安全监测：工业自动化仪表可以实时监测和控制工业过程中的安全参数，如气体浓度、火焰、压力等，通过对安全参数的监测和控制，可以及时发现和处理安全隐患，避免事故的发生，保障生产和工作环境的安全。
5. 数据采集和分析：工业自动化仪表可以实现对工业过程中的数据进行采集和分析，通过对数据的分析，可以优化工艺流程，提高生产效率，为决策提供科学依据，实现工业生产的智能化和信息化。
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例2 某支铂铑10-铂热电偶在工作时，自由端温度t0= 30℃,测得热电势E(t,t0) =14.195mV，求被测介质的实际温度。
解:由附表可以查得
E(30,0)=0.173(mV)
代入式(5-3)变换得
E(t,0)=E(t,30)+E(30,0)=0.173+14.195=14.368(mV)
再由附表可以查得14.368mV对应的温度t为1400℃。
例 3 用铂铑10-铂热电偶进行温度检测,热电偶的冷端温度t0=30℃，显示仪表的温度读数(假定此仪表是不带冷端温度自动补偿且是以温度刻度的)为985℃，试求被测温度的实际值。
解：由分度号为S的铂铑10-铂热电偶分度表查出985℃时的热电势值为9.412mV。
也就是E(t,t0)=9.412mV,又从分度表中查得E(t0 ,0) = E(30 ,0) = 0.173mV。
将此两个数值代入式(5-14),得
E(t,0)=9.412mV+0.173mV=9.585(mV)
再查分度表可知,对应于9.585mV的温度t=1000℃,这就是该支铂铑10-铂热电偶所测得的温度实际值。
常用的铂热电阻有R0＝100Ω，分度号为Pt100；
常用的铜热电阻有R0＝50Ω，分度号为Cu50。
铜热电阻有R0＝50Ω和R0＝100Ω两种，分度号分别为Cu50和Cu100。
作为热电阻的材料一般要求是：
电阻温度系数、电阻率要大；
在整个测温范围内，应具有稳定的物理、化学性质和良好的复制性；
电阻值随温度的变化关系，最好呈线性。
使用最广泛的热电阻材料是铂和铜。
4.热电阻的信号连接方式
热电阻是把温度变化转换为电阻值变化的一次元件，
把电阻信号通过引线传递到二次仪表或计算机控制装置上。
常用的引线方式有三种： 二线制、三线制、四线制。
5.2 常用压力检测仪表
5.2.1 弹性压力计 5.2.2 力平衡式压力计 5.2.3 压力传感器
单位；
在压力测量中，常有表压、绝对压力、负压或真空度之分。
霍尔电场对电子的作用力F E 与洛仑兹力F L 方向相反，将阻止电子继续偏转，最后形成动态平衡。
此时在半导体薄片电荷积聚的两边将产生一个与控制电流I 和磁感应强度B 乘积成正比的电势U H ，这一现象称为霍尔效应，该电势称为霍尔电势。
压力传感器：㈠应变式传感器 ㈡压阻式传感器 ㈢电容式传感器 ㈣压电式传感器 金属导体或半导体在受到外力作用时，会产生相应的应变， 其电阻也将随之发生变化，这种物理现象称为“应变效应”。
压阻元件：
压阻元件是指在半导体材料的基片上用集成电路工艺制成的扩散电阻。
它是基于压阻效应工作的，即当它受压时，其电阻值随电阻率的改变而变化。
常用的压阻元件有单晶硅膜片以及在N 型单晶硅膜片上扩散P 型杂质的扩散硅等，也是依附于弹性元件而工作。
测压仪表的使用及压力检测系统选用＋安装
被测参数的正常值一般要求工作在仪表量程1/3~2/3为宜
2
11m
N Pa
压力检测系统包括：测压点、导压管、测压仪表
累积 流量
⎰
=
t
v dt
q V 0
⎰
=
t
m dt
q m 0
累积体积流量 累积质量流量
流量系数 主要与节流装置的型式、取压方式、流体的流动状态（如雷诺数）和管道条件等因素有关。
标准节流装置
只要按照规定进行设计、安装和使用，不必进行标定，就能准确地得到其精确的流量系数和膨胀系数，从而进行准确的流量测量。
标准节流装置规定了它所适应的要求：
①流体种类、②流体参数、③流体流动条件、④管道条件、⑤安装条件。
根据节流装置取压口位置可将取压方式分为五种：
⒈理论取压⒉角接取压⒊法兰取压⒋径距取压⒌损失取压
国家规定标准的取压方式有角接取压、法兰取压和D-D/2取压。
目前广泛采用的是角接取压法，其次是法兰取压法。
角接取压法比较简便，容易实现环室取压，测量精度较高。
法兰取压法结构简单，容易装配，计算也方便，但精度较低。
节流式流量计在现场实际应用时，往往具有比较大的测量误差，有的甚至高达10％～20％。
误差产生的原因
被测流体工作状态的变动
节流装置安装不正确
孔板入口边缘的磨损
导压管安装不正确，或有堵塞、渗漏现象
差压计安装或使用不正确
7.在生产过程中常通过检测储物在容器中的积存高度来实现固体(块料、粉料或颗粒)、液体
的储量测量，储物的堆积高度就叫做物位。
液位指设备和容器中液体介质表面的高低。
料位指设备和容器中所储存的块状、颗粒或粉末状固体物料的堆积高度。
界位指相界面位置。
9.1.1 成分分析方法及分类
⑴电化学式：电导式、电量式、电位式等；⑵热学式：热导式、热化学式、热谱式等⑶磁学式：磁性氧量分析仪，核磁共振波谱仪等；⑷光学式：吸收式光学分析仪，发射式光学分析仪；⑸射线式：X射线分析仪，射线分析仪，同位素分析仪等；⑹色谱式：气相色谱仪等；⑺电子光学式和离子光学式：电子探针、质谱仪、离子探针等⑻物性测量仪器：水分计、粘度计、湿度计、密度计、电导率测量仪等。
⑼其他：晶体
振荡式分析仪、半导体气敏传感器等。
1.所谓（过程）自动化是在工艺设备上配备一些自动化装置，用它们来代替操作人员的部分直接劳动，使生产在不同程度上按照规定的要求自动地进行，即：用自动化装置来管理设备(生产过程)，使之正常运行。
所谓（过程）自动化是使工艺参数保持在需要的值或状态，或者使生产过程按照一定的程序或步骤运行，保证生产过程运行在最佳状态。
（2）仪表的变差（回差）
注意仪表的变差不能超出仪表的允许误差，否则，应
及时检修。
（3）仪表的灵敏度 式中 S —— 仪表的灵敏度；
%
100⨯-=
标尺下限值
标尺上限值
最大绝对差值变差x
S ∆∆=
α
—— 指针的线位移或角位移；
—— 引起所需的被测参数变化量
例如一台测量范围为0～100℃的测温仪表，其标尺长度为20mm ，则其灵敏度S 为0.2mm/℃，即温度每变化1℃，指针移动了0.2mm 。
例一：某台测温仪表的测温范围为200～1000℃，工艺上要求测温误差不能大于±5℃，试确定应选仪表的精度等级。
解：工艺上允许的相对百分误差为：
所选的仪表的相对百分误差不能大于工艺上的，才能保证测温误差不大于±5℃，所以所选仪表的精度等级应为0.5级。
当然仪表的精度等级越高，能使测温误差越小，但为了不增加投资费用，不宜选过高精度的仪表。
例二：某台测温仪表的测温范围为200～700℃，校验该表时得到的最大绝对误差为±4℃，试确定该仪表的相对百分误差与准确度等级。
解：该仪表的相对百分误差为
如果将该仪表的δ去掉“±”号与“％”号，其数值为0.8。
由于国家规定的精度等级中没有0.8
级仪表，同时，该仪表的误差超过了0.5级仪表所允许的最大误差，所以，这台测温仪表的精度等级为1.0级。
例三：某台具有线性关系的温度变送器，其测温范围为0～200℃，变送器的输出为4～20mA 。
对这台温度变送器进行校验，得到下列数据：
试根据以上校验数据确定该仪表的变差、精度等级与线性度。
解：该题的解题步骤分为五步，如下。
（1）根据仪表的输出范围确定在各温度测试点的输出 标准值。
任一温度值的标准输出信号（mA ）为：
例题温度为50℃时，对应的输出应为： 其余类推，结果列于下表。
（2）算出各测试点正、反行程时的绝对误差 与，并算出正、反行程之差 。
%625.0%100200
10005=⨯-±=允δ%8.0%100200
7004±=⨯-±=δ4
)(+--输入下限值
输入上限值
输出下限值输出上限值
温度值)
(840
200)
420(50mA =+--
3）计算最大的相对百分误差
去掉正、负号及%号后，其数值为0.624，该数值在0.5至1.0之间，由于该表的 已超过0.5级表所允许的 ，故该表的精度等级为1.0级。
（4）计算变差
在1.0级表允许的误差范围内，故不影响表的精度等级。
（5）计算非线性误差
应注意到，在具体校验仪表时，为了可靠起见，应适当增加测试点与实验次数。
%624.0%1004
2010.0m ax =⨯-=δ%625.0%100420m ax =⨯-∆
=变变
δ%625.0%1004
201.0%100m ax =⨯-=⨯∆=仪表量程f f δ。