常见测控仪器仪表系统介绍与运行

常见测控仪器仪表系统介绍与运行

作者：李守军

来源：《电子技术与软件工程》2017年第22期

温度、压力、流量和液位是工业生产过程中四种常见的物理量，本文从工作实际出发，在总结工业设备维护及维修经验的基础上，介绍了工业设备中常见自动测量控制系统的原理与组成，分析了测控仪器仪表系统常见的故障现象、排除方法及引起故障的主要因素。在论述故障原因及解决办法的同时，更加强调了仪器仪表维护维修过程中的相关注意事项，为同行业技术人员提供了一定的交流和参考。

【关键词】测控仪器仪表系统维护

人类社会文明从农业社会步入工业社会，生产活动经历了从手工化到机械化、电力化、自控化的转变。目前，工业设备已经代替了人类大多数的体力劳动和部分脑力劳动，测控仪器仪表就如同人之五官与四肢，其工作的稳定可靠性直接影响到生产设备的性能与产品的质量。为此，时刻使测控仪器仪表处于一个信息精准、可控的模式，是做好一切生产活动的基础与前提。

1 测量控制系统的原理组成

各种自动测量与控制系统一般由以下四部分组成：测量元件（敏感元件）、转换元件（调理电路、变送器）、处理元件（控制器、控制仪表）、执行元件（继电器、控制阀）。其系统组成方块图如图1所示。

2 测控仪器仪表的基本性能与指标

2.1 测量范围、上下限及量程

测量范围就是指仪表按规定的精度进行的测量被测对象的范围值。测量范围的最大值称为测量上限，测量范围的最小值称为测量下限，量程就是上下限值的代数差。

2.2 线性度

又称非线性误差，是表征仪表输出-输入校准曲线与所选定的拟合直线之间的吻合程度的指标。

2.3 精度

精度又称为精确度或准确度，是指测量结果和实际值一致的程度。我们可以通俗理解为仪表显示值小数点后位数越多，就说明该仪表的测量精度等级越高。

2.4 回差

回差是反映仪器仪表对某一参数在整个测量范围内，进行正反行程的测量，所得到在同一被测值下正反行程的最大绝对值差。

2.5 灵敏度

仪器仪表的灵敏度就是被测量变化时，仪表输出的变化量与引起此变化的输入变化量的比值。

2.6 分辨力

是仪器仪表在规定测量范围内所能检测出的被测输入量的最小变化值。有时用该值相对满量程输入值之百分数表示，则称为分辨率。

2.7 零点迁移和量程迁移

在实际使用中，由于测量要求或测量条件的变化，需要改变仪表的零点或量程，可以对仪表的零点和量程进行调整。我们将零点的改变称为零点迁移，量程的改变称为量程迁移。零点迁移仪表灵敏度不变化，而量程迁移会引起灵敏度的改变。

3 测控仪表常见故障类型

从仪器仪表故障产生的原因及导致的结果来看，可以将仪器仪表故障分为三种：暂时性硬故障，永久性硬故障，软故障。

（1）暂时性硬故障主要指因工艺条件变化波动较大，造成仪器仪表出现偏差，无法复位，经过手动调整可以排除故障的情况。

（2）永久性硬故障是指因各种条件导致仪器仪表损坏，无法修复性的故障，只有更换使用。

（3）软故障是指仪器仪表在正常检测过程中，因被测量异常，导致仪器仪表异常，待被测量正常后，无需手动调整，仪器仪表自行恢复正常。

4 温度控制系统仪器仪表常见故障诊断

4.1 常见工业用温度测量仪器仪表

4.1.1 热电偶测温元件

热电偶测温的基本工作原理是基于热电效应，将温度变化量转换成电势的变化量进行测温的。

热电效应：又称赛贝克效应，将两种不同的导体或半导体（A，B）连接在一起构成一个闭合回路，当两接点处温度不同时，回路中将产生电动势，从而产生回路电流。

4.1.2 热电阻测温元件

物体的电阻率随温度变化而变化的特性称为热电阻效应，利用热电阻效应制成的检测原件称为热电阻。一般把金属热电阻称为热电阻，把半导体热电阻称为热敏电阻。电阻率随温度升高而升高的称为材料具有正温度系数，随温度升高而降低的称为材料具有负温度系数。热电阻一般拥有正的温度系数，热敏电阻有正温度系数有（PTC），负温度系数（NTC），临界温度系数（CTR）三种，日常使用NTC型的较多。

常见的热电阻有PT100，PT1000，Cu50等。100，1000，50是温度为0℃时该材料的电阻值。

4.1.3 温度变送器

温度变送器是温度测控系统中的转换元件，它将测量元件的非电量或非标准电量转换成标准的电信号送入控制器，以便控制器识别、处理。

4.2 温控系统仪器仪表常见故障原因分析与排除

（1）故障出现以前显示仪表和记录曲线一直表现正常，出现波动后曲线变得毫无规律或系统难以控制，此时故障可能是：1.PID参数整定不良造成的；2.记录显示仪本身内部故障。

（2）如果系统显示仪表正常，打印曲线为一条直线，故障很可能出现在打印系统，这时可人为改变一下工艺参数，如无变化，则肯定出现在打印系统。

（3）显示仪表显示为系统设定或默认的最高或最低点，一般为转换元件损坏，或连接线路断开。

（4）温度显示值缓慢变化：1.工艺操作造成，这种情况如实反映内部情况，需要检查操作环境与工艺；2.测温元件不稳定，产生温度漂移，更换敏感元件。

（5）仪表显示值与实际值有偏差：一般为测温元件产生漂移，线路接头腐蚀、干扰等情况，需要逐一再检查。

（6）仪表显示屏显示字符出现闪烁现象，一般为仪表供电电压不稳或较低、电磁干扰等原因造成。

5 压力控制系统常见仪器仪表故障诊断

5.1 常见压力检测仪表

5.1.1 液柱式压力计

液柱式压力计一般采用水银或水为工作液，利用被测介质两端压力差原理，用U型管或单管或斜管进行压力测量，常用于低压、负压或压力差的检测。

5.1.2 弹性式压力计

弹性式压力检测是用弹性元件作为压力敏感元件把压力转换成弹性元件位移的一种检测方法。使用较多的弹性元件有弹性膜片、波纹管和弹簧管等。

5.1.3 活塞式压力计

活塞式压力计是一种精度很高的标准仪器，常用做校验标准压力表及普通压力表使用。

5.1.4 压力传感器

能够检测压力并能提供远传信号的装置统称为压力传感器，它是压力测量控制系统的重要组成部分。压力传感器结构形式多种多样，常见的形式有应变式、压阻式、压电式和电容式。

5.2 压力检测与控制系统仪器仪表常见故障的分析与排除

（1）压力控制系统仪表指示出现快速振动时，首先检查工艺操作有无变化，这种变化多半是工艺操作和调节器PID参数整定不好所造成。

（2）压力控制仪表出现死线，工艺操作变化，但压力指示不变化，一般故障出现在压力测量系统中，首先检查测量引压导管系统是否有堵塞现象，若不堵，检查压力变送器输出系统有无变化，如有变化，故障出在控制器测量指示系统，如不变化，压力变送器故障。

（3）压力指示仪表出现最高或最低值，先可人为改变被测量，如有变化，一般跟工艺操作或环境有关，如无变化，一般为压力变送器内部弹性膜片卡住不能复位，可以通过略高于测量上限的气流吹开。如无法修复则更换压力变送器。

6 流量控制仪表系统常见故障诊断

6.1 常见流量检测仪表

6.1.1 容积式流量计