仪表基础知识培训讲义

原
ρ1：工作状态下的流体密度
理
技
术
一般情况下，标准孔板只测量口径50mm以上，300mm以下的
讲 管道流量。
义
工作原理部分
孔板取压要求：
电
测量仪表基础知识 液执行机构液压控制
气体：一般要求变送器安装位置高于取压点
液体：一般要求变送器安装位置低于取压点
差压变送器的检测元件采用膜盒组件，在使用的差压即使差压 超过范围时，即单向过载，膜盒不容易损坏。膜盒内充满硅油，除 用于传递压力之外，还有阻尼作用，使仪表输出平稳。范围内，具 有很好的灵敏度和线性，测量范围广，静压误差小。
2、3 适用缺点
原 理 技
采用电磁流量计，要求测量介质温度不能太高，一般不超过 120℃，压力不超过1.6MPa，流速不得低于0.3m/s；被测介质必须
术 是导电介质，不能用于气体、蒸汽、石油制品等非导电性流体。被
讲 测介质不能含气泡。
义
工作原理部分
3、质量流量计
电
测量仪表基础知识 液执行机构液压控制
变送器是基于电磁感应定律工作的。
N
原
理 技
Ex v
B
术
讲
S
义
工作原理部分
电
如上图，被测介质垂直与磁励线方向流动，因而在介质流动
测量仪表基础知识 液执行机构液压控制
和磁力线都垂直的方向产生一感应电势Ex。
Ex=Bdv*10⁻⁴ B：磁感应强度 d：两电极间距离 v：被测介质平均流速
原 理
被测介质流量Q与d、v有关
3.2 质量流量计优点
电
测量仪表基础知识 液执行机构液压控制
①、能够直接测量质量流量，不受温度、压力、粘度、密度等因 素影响，测量精度高。
②、没有可动部件，虽然检测管有振动，但振幅很小，不会对测 量产生影响
③、管道内无障碍物，便于清洗。
原
④、除一般介质外，还可测量高粘度的流体、浆液，并可测气
理体
技
术
电
测量仪表基础知识 液执行机构液压控制
仪表基础知识讲座
原
理
技
术
讲
义
电
测量仪表基础知识 液执行机构液压控制
各种测量仪表的工作原理 仪表控制原理及复杂回路介绍
原
理
技
术
讲
义
工作原理部分
电
测量仪表基础知识 液执行机构液压控制
各种测量仪表的工作原理
一、压力测量仪表的工作原理 二、流量测量仪表的工作原理
原
三、物位测量仪表的工作原理
原
理
技
差压变送器的正、负压室膜盒可能存在有效面积不相等或长期
术 使用出现变形，在同样的压力下，会产生一个附加的测量力，造成
讲 义
零位偏移。
工作原理部分
2、电磁流量计
电
测量仪表基础知识 液执行机构液压控制
2、1 工作原理
电磁流量计由变送器和转换器两部分组成，两者之间用连接 线（励磁线、信号线）相互连接。
4.2 探头安装方式
原
理
超声波流量计传感器可以安装在管道外侧，可以不与介质
技 术
接触；也可以安装在管道内。前者安装时不需将管道截断，不
讲
需开孔，比较方便，但由于管道的不确定性，测量精度较差。
义
工作原理部分
5、流量仪表选型需要考虑因素
电
测量仪表基础知识 液执行机构液压控制
（1） 被测流体的种类（气体、液体、粉尘）、操作条件（压力、 温度）、流动工况（层流、脉动流）、物理性质（密度、粘度、腐 蚀性）；
组成热电偶的两根导体或半导体称作热电极。把热电偶的热端插 入需要测温的生产设备中，冷端置于生产设备的外面，如果两端所 处的温度不同(譬如，热端温度为t，冷瑞温度为to)，则在热电偶
原 回路中便会产生热电势E。该热电势E与热电偶两端的温度t和to均E
理 有关。 技
术
讲
义
工作原理部分
2、热电阻
电
测量仪表基础知识 液执行机构液压控制 原 理
原 器称为“正作用”调节器；反之，调节器的输出信号随偏差的
理 增加而减小的称为“反作用”调节器。
技
术
调节阀的正反作用：阀的正反作用由它的气开、气关形式来
讲 确定。气开阀为“正作用”，气关阀为“反作用”。
义
仪表控制原理
一般而言，选择调节器的正、反作用目的是使调节器、调节阀、
电 对象三个环节组合起来，能在控制系统中起负反馈作用。首先由
原
理
技
术
讲
义
仪表控制原理
一、控制原理
电
测量仪表基础知识 液执行机构液压控制
1、简单控制系统。 简单控制系统是指单闭环控制，是指控制器与被控对象之间既有 顺向控制又有反向联系的自动控制。
蒸汽 TC
TT
冷物料
热物料
原
理
上图就是一个单回路控制。图中控制器接受检测元件及变送器来
技 术
的测量信号，并与设定值相比较得到偏差信号，再根据偏差的大小
原
测量流体压力用的压力表上的读数叫表压，它是流体绝对压力与
理 该处大气压力的差值。 技
术
如果被测流体的绝对压力地狱大气压，则压力表所测得的压力为
讲 义
负压，其值称为真空度。
工作原理部分
2、绝压、大气压、表压、真空度之间的相互关系
P2绝压 P2表压
P1负压 (真空度) P1绝压
电 测量仪表基础知识 液执行机构液压控制
扰动2
副对象 主对象
副测量变送
如下图：
P P2
1
大气压
原
理
P1
技
术
讲
义
0
绝对零压
工作原理部分
电
3、压力变送器工作原理
测量仪表基础知识 液执行机构液压控制
压力变送器是以电为能源，它利用变送器膜盒上的应变片 作为转换元件，将被测压力转换成应变片电阻值的变化，然后经 过桥式电路得到毫伏级的电量输出，供显示仪表显示被测压力或
经放大电路转换成统一标准信号后，再传送到DCS等显示。
理
技 术
超声波液位计缺点是不耐高温，声速受介质温度和压力的影响。
讲 另外，相对造价比较高
义
工作原理部分
四、温度仪表
电 测量仪表基础知识 液执行机构液压控制
1、热电偶
热电偶是由两根不同的导体或半导体材料焊接或绞接而成。焊接 的一端称为热电偶的热端(测量端或工作端)，和导线连接的一端称 为热电偶的冷端 (自由端)。
3.1 工作原理
质量流量计一般分三个部分：①传感器；②变送器；③显示器
质量流量计是通过激励线圈使管子产生振动，流动的液体在振 动管子内产生科氏力，由于测量管进出测所受的力方向相反，所以 管子会产生扭曲，在通过电磁检测器或光电检测器，将测量管的扭
原 理
曲转变成电信号，以进入变送器进一步处理。
技
术
讲
义
工作原理部分
原
浮球液位计实际上是一种杠杆系统，杠杆的一端连浮球，另一
理 技 术
端连平衡锤；随着液位的高低，浮球所受的浮力是不变的，只是它 的位置随液位的变化而变化。如果介质密度有变化，浮球没入介质
讲
中部分体积会有变化，体现在液位上也会有一定的偏差。
义
工作原理部分
3、超声波液位计
电
测量仪表基础知识 液执行机构液压控制 原
原
理
技
术
讲
义
工作原理部分
二、流量测量仪表工作原理
电
测量仪表基础知识 液执行机构液压控制
流量是指单位时间内流过管道某一截面的流体数量
1、孔板+差变
孔板是标准节流装置中最为简单的一种，也最便宜，制作加工 好后无须标定就可投入使用。但在相同的差压下，其压损也最大。
若是测量腐蚀性或磨蚀性流体，由于入口边缘的变形，流量系数
微分调节依据“偏差变化速度”来动作，它的输出与输入偏差 变化的速度成比例，其效果是阻止被控变量的一切变化，有超前 调节的作用，对滞后大的对象有很好的效果。它使调节过程偏差
原 减少，时间缩短，余差也减小（但不能消除）。它用Td来表示其
理 作用的强弱，Td愈大，作用愈强，但Td太大，也会引起振荡。
技
术
讲
超声波液位计是应用回声测距法的原理制成的一种仪表。声波 从发射至接收到反射回波的时间间隔与物位高度成正比。
超声波液位计无可动部件，结构简单；它不受光线、粉尘、湿 度、粘度的影响，与介电常数、电导率等参数无关；可以液体、粉 尘、固体等，范围比较广。由于为不接触测量仪表，适用于腐蚀性、 有毒等介质测量。
技
Q=Π/4d*d*v
术
则Q=Ex/K
讲
K：为一常数
义
工作原理部分
电
2、2 选型优点
测量仪表基础知识 液执行机构液压控制
电磁流量计是一段光滑的管道，无活动及阻流部件，基本上无 压力损失；流量计输出与流量成线性关系，可测量2.5mm的管道；合 理选材可以测量腐蚀性的介质；安装要求比较低（前5D，后3D）； 精度高。
（2）仪表功能；
（3）流量范围；
（4）流体的测量精度要求；
原 理 （5）现场安装和使用条件；
技 术
（6）经济性。
讲
义
工作原理部分
电 三、物位测量仪表
测量仪表基础知识 液执行机构液压控制
1、浮筒式液位计
浮筒随着液位高低，浮力出现相应变化，影响扭力管所受的力 矩，通过电子元器件反映出来。
2、浮球式液位计
原 理
会发生变化，体现在孔板上比较明显。
技
术
流体通过孔板内孔后，会产生前后差压。差压变送器就是通过
讲 义
这个前后差压的变化来计算出流量的变化。
工作原理部分
电
基本的流量计算方程式为：
测量仪表基础知识 液执行机构液压控制
Q=0.01252aℇd*d SQRT（∆P/ρ1）
Q：工作状态下的体积流量 a：流量系数 ℇ：流体膨胀系数 d：工作状态下的节流孔直径
⑤、安装时不需要前后直管段
讲
义
⑥、还可以获得介质密度信号
工作原理部分
4、超声波流量计
电
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4.1 工作原理
超声波在流体中的传播速度，顺流方向和逆流方向是不一 样的，其传播的时间差和流体的流速成正比。所以只要测出了 超声波在两个方向上传播的时间差，便可以知道流体的流速， 再乘上管道截面积，便可得流体流量。
义
仪表控制原理
2、串级控制
电
2.1 串级控制简述
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串级控制系统是由其结构上的特征而得名。它是由主、副两个
调节器串接工作的。主调节器的输出作为副调节器的给定值，副调
节器的输出去操纵调节阀，以实现对主变量的定值控制 。典型方块
图如下：
给定值 主调节器
副调节器
拭行器
扰动1
状态监测系统一般由固定安装在转轴附近的传感器（探头）、 前置器和状态监视仪三部分组成。
原
状态监测中采用的传感器分为接触式和非接触式传感器两种。
理 技
目前使用比较广泛的是非接触式传感器，主要是采用电涡流式趋近
术 传感器。
讲来自百度文库
义
仪表控制原理
电
测量仪表基础知识 液执行机构液压控制
仪表控制原理及复杂回路举例
电阻温度计是借金属丝的电阻随温度的变化而变化的原理制成。 热电阻温度计广泛用来测量中、低温 (一般为500℃以下)。它的特 点是准确度高，在测量中、低温时，它的输出信号比热电偶要大得 多，灵敏度高，同样可实现远传、自动记录和多点测量。
在单支温度显示时，热偶或热阻指示值的准确性基本无法直观确 认，基本上可以通过相连或相关的温度进行参考，或者根据操作经 验值进行判断。仪表人员一般在进行准确性判断时，最简单有效的
技
示其作用的强弱， δ越小，放大倍数Kc愈强，调节作用愈强。
术
比例作用太强时，会引起振荡。
讲
义
仪表控制原理
积分调节依据“偏差是否存在”来动作，它的输出与偏差对时
电 间的积分成比例，只有当余差消失时，积分作用才会停止。其作
测量仪表基础知识 液执行机构液压控制
用是消除余差。但积分作用使最大动偏差增大，延长了调节时间。 它用T来表示其作用的强弱，T愈小，积分作用愈强，但积分作用 太强时，也会引起振荡。
讲 和方向，调整蒸汽阀门的开度，改变蒸汽流量，使热物料出口温度
义 回到设定值上。
仪表控制原理
电
控制系统方块图如下：
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Tsp
控制器
1、1 正反作用
拭行器 测量变送
扰动
换热器
T
调节器的正反作用：如果将调节器的输入偏差信号定义为测 量值减去给定值，那么，当偏差增加时，其输出也增加的调节
理
技
四、温度测量仪表的工作原理
术
讲
义
工作原理部分
一、压力测量仪表的工作原理
电
测量仪表基础知识 液执行机构液压控制
1、压力、绝对压力、大气压、表压和真空度
压力是垂直均匀地作用在单位面积上的力，法定计量单位是帕斯 卡（Pa）。
1 Pa=1 N/m2=1 Kg/m*S2
绝对真空下的压力称为绝对零压，以绝对零压为基准来表示的压 力为绝对压力。
测量仪表基础知识 液执行机构液压控制 原
操纵变量对被控变量的影响来确定对象的作用方向，然后由工艺 安全角度来确定调节阀的气开、气关形式，最后由对象、调节阀、 调节器三个环节组合后为负来确定调节器的正、反作用。
1、2 P I D调节
比例调节依据“偏差”大小来动作，它的输出与输入偏差的大
理
小成比例。比例调节及时、有力，但有余差。它用比例度δ来表
技 方法是拿同类型的热偶或热阻在同一测温点进行比对。
术
讲
义
工作原理部分
五、旋转机械状态检测系统
电
测量仪表基础知识 液执行机构液压控制
所谓旋转机械状态检测，是指用各种仪器或仪表，对反映旋转 机械运行状态的参数进行测量和监视，从而了解其运行状态。目前 长期监测的状态参数主要有：轴的径向振动值，轴向位移值、转速 等。