(完整版)常见热工仪表基础知识

仪表基础知识
1、测量误差概念
1.1、误差的分类
按误差数值表示的方法分为：绝对误差、相对误差、引用误差；
按误差出现的规律分为：系统误差（规律误差）、随机误差（偶然误差）、疏忽误差（粗大误差）
1.2、真值与约定真值（近似真值）、相对真值（标准表示值）
1.3、仪表的精度等级是指基本误差（仪表在规定参比工作条件下，即标准工作条件下的最大误差）的
最大允许值，精度=（最大误差/测量范围）*100%
2、化工过程仪表的分类
2.1、按读取测量值的位置可分为：就地测量仪表（如就地压力表、温度计、液位计、流量计等）和远传信号测量仪表（各类变送器、位置开关等）
2.2、按测量参数性质可分为：分析、流量、物位（液位）、压力、温度、电量、机械量等
3、分析仪表
3.1、按分析目的分为：安全检测报警分析仪（可燃、有毒气体检测）、成分分析仪表
3.2、成分分析仪的分类：离线分析仪（分析室仪器）、在线分析仪（COD分析仪、PH计、F离子分析仪等）
4、流量测量
4.1、流量的概念：是指单位时间内流过管道某一截面的流体数量。

分为体积流量和质量流量，质量流量M=体积流量Q *流体密度ρ。

质量流量的常用单位有：kg/h、t/h等，体积流量的常用单位有：l/h、m3/h 等。

4.2、流体流动状态的分类：A、层流（雷诺数Re〈2300） B、过渡流（2300〈Re〈4000） C、紊（湍）流（雷诺数Re〉4000）。

雷诺数是指流体惯性力与粘性力的比值。

4.3、与流体有关的物理参数：温度、压力、密度、粘度、速度、流量等。

4.4、流体的密度与温度、压力的关系：气体的密度随温度的升高而减小、随压力的增大而增大，液体的密度主要随温度升高而减小、而与压力关系不大。

4.5、流量测量仪表种类有：涡街流量计、金属管转子流量计、孔板节流装置流量计、锥形管流量计、威力巴流量计、楔式流量计、质量流量计、电磁流量计等。

4.6、流量计的分类
流量测量方法和仪表的种类繁多,分类方法也很多。

至今为止,可供工业用的流量仪表种类达60种之多。

品种如此之多的原因就在于至今还没找到一种对任何流体、任何量程、任何流动状态以及任何使用条件都适用的流量仪表。

按测量原理分有力学原理、热学原理、声学原理、电学原理、光学原理、原子物理学原理等。

按照目前最流行、最广泛的分类法,即分为: 容积式流量计、差压式流量计、浮子流量计、涡轮流量计、电磁流量计、流体振荡流量计（包括涡街流量计、质量流量计 ) 、插入式流量计。

4.7、质量流量计的使用常识
质量流量计的使用场合：因质量流量计测量的是流体的质量流量，不受流体温度、压力、密度等参数变化的影响，且测量精度很高（可达0.1%），无直管段要求，固在一些要求进行精确测量和严格控制进料的场合以及用于贸易结算进行计量的时候，常常使用质量流量计进行流量测量，但因其价格昂贵使用面不是太广。

质量流量计的组成：包括传感器、变送器和显示单元三部分，传感器的敏感元件为测量管，安装在管道上，变送器和显示单元（简易型不带显示单元）单独安装在传感器旁便于观察和维护的地方，二者之间
有专用的多芯屏蔽电缆进行电气连接。

科氏力质量流量计的结构分类：按照测量管的形状可分为直管式和弯管式，按照测量管的数量可分为单管式和双管式（常用双管式）。

质量流量计的安装要求：A、安装地点不能有大的振动源，并应采取加固措施来稳定仪表附近的管道；
B、不能安装在大型变压器、电动机、机泵等产生较大磁场的设备附近，以免受到强磁场的干扰；
C、传感器与管道连接时不应有应力存在；
D、直管式质量流量计最好垂直安装，若要水平安装则需使两根测量管处于同一水平面。

E、弯管式质量流量计在测量液体时，弯管部分应朝下，在测量气体时弯管部分应朝上。

质量流量计的投用与停用方法：A、质量流量计投用前，应检查其安装是否符合要求、管道是否吹洗干净、压力试验是否已完成； B、通电预热30分钟后启动流体运行，直到传感器温度等于流体的操作温度，切断下游阀并确保无泄露和保证满管时，对流量计进行调0； C、打开上、下游阀门，关闭旁路阀，将流量计投入使用； D、流量计停用时，对于易结垢的介质应打开排污阀将流量计中的介质排净，对于易凝固的介质应排净并用低压蒸汽或工厂风进行扫线，保证测量管内不残留介质。

4.8、涡街流量计的使用常识
涡街流量计的使用场合：涡街流量计是利用流体自然振荡的原理制成的一种旋涡分离型流量计，涡街频率和流体的流速成正比，常用的旋涡发生体为三角柱形，输出频率较低。

用涡街流量计进行测量时要求流体的雷诺数在20000~7000000之间，且流速必须在规定范围内，不同的口径有不同的流速要求，对液相、气相、蒸汽的流速要求各不相同；仪表有直管段要求，一般用于清洁低粘度介质测量，测量精度为1%。

涡街流量计的安装要求：A、安装在流速分布稳定的直管上，上游侧直管段长度应大于20D，下游侧直管段应大于5D； B、防止传感器产生机械振动； C、防止外部电磁场干扰； D、流量计最好安装在调节阀、温度测点、压力测点的上游侧； E、流量计的尺寸应与管道内径相一致； F、流量计的中心线应和管道的中心线保持同心，并应防止垫片插入管道内部； G涡街流量计前后尽量不用截止阀。

涡街流量计的投用与停用方法：A、涡街流量计投用前，应检查其安装是否符合要求、管道是否吹洗干净、压力试验是否已完成； B、投用后保证流量计满管运行； C、流量计停用后，应检查测量元件是否被沾污，及时对流量元件及其检测小孔进行清洗。

4.9、金属管转子流量计的使用常识
金属管转子流量计的使用场合：转子流量计使用较为广泛，一般用于测量中、小流量和微流量，测量介质一般为清洁、不易结晶和凝固、粘度不大的液体和气体、蒸汽，要求介质流速变化缓慢。

金属管转子流量计分为就地型和远传型，其测量原理为恒压降变流通截面积流量计，其量程比为10：1，精度一般为1.6%。

金属管转子流量计的安装要求：金属管转子流量计的锥管必须垂直安装，不可倾斜，安装时应用水平仪严格校准，且组装时不应受应力，垂直安装型转子流量计介质流向为自下而上，水平安装型转子流量计介质流向应与其标示方向一致。

为方便使用和拆检，一般要求安装阀组。

远传型金属管转子流量计其远传部分是靠磁性与转子耦合的，若介质中含有易被磁性物质吸附的小颗粒，则转子易被磨损和卡塞，造成测量不准或无法测量，解决的办法是在前面加装磁过滤器。

金属管转子流量计的投用与停用方法：A、流量计投用前，应检查其安装是否符合要求、管道是否吹洗干净、压力试验是否已完成； B、投用后保证流量计在其有效测量范围内平稳运行，开表时防止大流量冲击转子造成仪表损坏； C、流量计停用后，应检查测量元件是否被沾污、转子上是否吸附有铁屑，及时对流量元件及转子进行清理。

4.10、孔板节流装置流量计的使用常识
孔板节流装置流量计的使用场合：A、流体必须满管连续运行，B、流体必须是牛顿流体、在物理学上和热力学上是均匀的单相的，C、流体流经节流装置时不发生相变，D、流体流量基本不随时间变化、不适用于脉动流和临界流工况，E、流体流经节流装置前流束必须与管道轴线平行且不得有旋转流，F、流体流动工况应是紊流、雷诺数需在一定范围内且无旋涡。

孔板节流装置流量计的组成：包括孔板、取压法兰或环室、差压变送器三部分，其中孔板用于节流产
生差压，取压法兰或环室用于取出孔板前后的流体压力，差压变送器用于测量孔板前后的压差达到测量流经孔板的流体流量的目的。

孔板节流装置流量计的安装要求：A、节流装置安装要求有前10倍后5倍管道直径的直管段要求；B、节流件及其夹紧法兰前端面应与管道轴线垂直，节流件的开孔、夹紧法兰应与管道同心；C、夹紧节流件的密封垫片不得凸入管道内壁，且垫片厚度不应超过规定值；D、新装管道系统必须在吹扫合格后才能安装孔板，孔板的锐角应迎着流向；E、测量气体时，取压口应在管道上部与管道中垂线成45度的夹角范围内；测量蒸汽时，取压口应在管道上部与管道水平中心线成45度的夹角范围内；测量液体时，取压口应在管道下部与管道水平中心线成45度的夹角范围内。

F、测量气体（或液体）的水平导压管应有排除冷凝液体（或气体）的配管坡度1：10~1：100。

孔板节流装置流量计的投用与停用方法：A、流量计投用前，应检查其安装是否符合要求、管道是否吹洗干净、压力试验是否已完成； B、投用后保证流量计在其有效测量范围内平稳运行； C、流量计投用步骤为：检查二次阀和排污阀应关闭，平衡阀应打开→ 稍开一次根部阀，检查导压管系统是否泄漏，不漏则全开一次阀→ 分别打开排污阀进行排污后关闭排污阀→ 拧松差压变送器正负压室丝堵，排除空气→ 打开变送器正压阀，关闭平衡阀，打开变送器负压阀，启动差压变送器；D、仪表三阀组的操作原则：1、不能让导压管内的凝结水或隔离液流失；2、不可使变送器测量膜盒受压或受热；三阀组的启动顺序为：开正压阀→ 关平衡阀→ 开负压阀；E、流量计停用步骤为：关闭变送器负压阀，打开平衡阀，关闭变送器正压阀→关闭二次阀→ 打开排污阀进行排污后关闭排污阀；三阀组的停用顺序为：关负压阀→ 开平衡阀→ 关正压阀。

4.11、威力巴流量计的使用常识
威力巴流量计的使用场合：用于测量较大工艺管道内介质流量，其测量原理为测量管道横截面上流体的平均流速，要求被测流体在操作状态下的雷诺数大于20000，流体中无杂质和污物、不结垢，流速范围液体为0.5~6m/s、气体为10~60m/s、蒸汽为5~30m/s。

威力巴流量计的组成：包括测量取压管、差压变送器两部分，其中测量取压管用于产生差压，差压变送器用于测量动、静压差达到测量流体流量的目的。

威力巴流量计的安装要求：A、测量装置安装要求有前20倍后5倍管道直径的直管段要求；B、测量管安装应穿过管道中心并与管道中心线垂直；C、其在管道上的安装方位和引压管的敷设与孔板节流装置要求相似。

威力巴流量计的投用与停用方法：与孔板节流装置流量计相同。

4.12、锥形管流量计的使用常识
锥形管流量计的使用场合：用于测量较小工艺管道内液体、气体、蒸汽介质流量，其测量原理为管道内流动介质产生的压力与流速的平方成正比，通过V型取压装置得到介质流动产生的附加压力（P动-P静），从而得出瞬时流量。

锥形管流量计的组成：包括测量管、差压变送器两部分，其中测量取压管用于产生差压，差压变送器用于测量动、静压差达到测量流体流量的目的。

锥形管流量计的安装要求：A、测量装置安装要求有前2倍后5倍管道直径的直管段要求；B、其在管道上的安装方位：用于测量液体和蒸汽时水平取压，变送器安装在测量管下方；用于测量气体时水平取压，变送器安装在测量管上方。

锥形管流量计的投用与停用方法：与孔板节流装置流量计相同。

4.13、电磁流量计的使用常识
电磁流量计的使用场合：用于测量导电液体介质流量，介质温度不宜超过120度，压力不宜超过1.6MPa，不宜在负压状态下使用，流速不得低于0.3m/s，被测介质中不能含有较多的磁铁性物质和气泡，被测流体基本无压损，测量精度可达0.5%，量程比宽为1：20，其测量原理为法拉第电磁感应定理。

电磁流量计的组成：包括传感器、变送器和显示单元三部分，传感器安装在管道上，变送器和显示单元单独安装在传感器旁便于观察和维护的地方，二者之间有专用的多芯屏蔽电缆进行电气连接，也可二者组合为一体式。

电磁流量计的安装要求：A、安装地点不能有大的振动源，并应采取加固措施来稳定仪表附近的管道；
B、不能安装在大型变压器、电动机、机泵等产生较大磁场的设备附近，以免受到电磁场的干扰；
C、传感器与管道连接时应保证满管运行，最好垂直安装；
D、变送器外壳、屏蔽电缆、测量本体及两端的管道都要接地，接地极应单独设置，接地电阻应小于10欧姆，不能接到电气或公共接地网上；
E、要求有前5倍后3倍管道直径的直管段。

电磁流量计的投用与停用方法：A、电磁流量计投用前，应检查其安装是否符合要求、管道是否吹洗干净、压力试验是否已完成； B、打开阀门，使液体充满系统，排除残留气体后，接通仪表电源通电预热，关闭阀门使流量计充满静态液体，检查调整零点，重新打开阀门使流量达100%，检查输出是否正确和稳定；
C、打开上、下游阀门，关闭旁路阀，将流量计投入使用；
D、流量计停用时，对于易结垢的介质应打开排污阀将流量计中的介质排净，对于易凝固的介质应排净并用低压蒸汽或工厂风进行扫线，保证测量管内不结垢、不残留固体杂质。

5、压力测量
5.1、压力测量与压力单位：压力是垂直均匀地作用在单位面积上的力，它的法定计量单位是Pa，1Pa=1N/m2，压力的工程单位有：MPa、KPa、kgf/cm2、atm、mmH2O、mmHg、bar等
5.2、大气压（表压）、绝压、真空度的概念
5.3、压力表的分类：普通压力表、真空压力表、隔膜压力表、膜盒压力表、膜片压力表、特种压力表（氧气压力表、氨压力表等）、电接点压力表、电阻远传压力表、差压表等
5.4、压力变送器的种类：表压变送器、绝压变送器、差压变送器、液位压力变送器、流量差压变送器等，根据传感器原理可分为：电容式变送器、单晶硅谐振式变送器、半导体电阻式变送器等
5.4、压力表/变送器实物图片
6、液位测量
6.1、根据测量原理不同可分为：压力测量式、浮力测量式、雷达波反射式、超声波反射式、核子辐射式、电容式等
6.2、园区主要采用了基于压力测量式、浮力测量式以及雷达波反射等原理的液位计，包括：差压液位/界面变送器、静压式液位计、磁翻柱液位计、磁致伸缩液位计、雷达液位计、音叉液位开关、浮球液位开关、浮标液位计等
6.3、差压液位/界面变送器测量的公式：P=ρg h ，ΔP=(ρ1-ρ2)gh ,差压变送器的迁移量为：P=P+ - P- ，仪表的调校范围与其安装高度无关。

6.4、磁翻柱液位计、磁致伸缩液位计、浮标液位计都是根据恒浮力原理进行测量的，有顶装和侧装两种形式，顶装磁致伸缩液位计由探测杆和抱探测杆上下浮动的浮子组成。

仪表安装时要求连通管或探测杆的垂直度要好，液面变化不要太剧烈，介质内不能有固体杂质，否则容易导致浮子卡塞。

7、温度测量
7.1、常用的温度（标）单位：华氏温标、摄氏温标、热力学开氏温标和国际实用温标。

华氏温标（oF）规定：在标准大气压下，冰的熔点为32度，水的沸点为212度，中间划分180等分，每第分为报氏1度，符号为oF。

摄氏温度（℃）规定：在标准大气压下，冰的熔点为0度，水的沸点为100度，中间划分100等分，每第分为报氏1度，符号为℃。

热力学温标又称开尔文温标，或称绝对温标，它规定分子运动停止时的温度为绝对零度，记符号为K。

国际实用温标是一个国际协议性温标，它与热力学温标相接近，而且复现精度高，使用方便。

我国自1994年1月1日起全面实施ITS-90国际温标。

换算关系为：℃=5（°F-32）/9 ；℃=K-273.15
7.2、温度测量的分类：热电偶（B、S、K、E、T等分度号）、热电阻、双金属热膨胀式温度计等接触式仪表，红外线、热辐射等非接触式仪表
7.3、接触式测温仪表比较简单、可靠，测量精度较高；但因测温元件与被测介质需要进行充分的热交金刚，帮需要一定的时间才能达到热平衡，所以存在测温的延迟现象，同时受耐高温材料的限制，不能应用于很高的温度测量。

7.4、园区采用的温度测量仪表有：Pt100型热电阻、E型热电偶、一体化温变、双金属温度计
7.5、温度仪表在管道上安装时应垂直或逆流斜插安装，并保证传感器部分处于最能反映介质温度的位置
8、控制阀
8.1、控制阀的结构组成：由执行机构和阀体部件两部分组成，阀门附件包括：过滤器减压阀、电气阀门定位器、手轮机构、阀位开关、阀位变送器、气路电磁阀等。

执行机构是控制阀的推动装置，它按输出信号的大小产生相应的推力，使推杆产生相应的位移（直行程或角行程位移），从而带动控制阀的阀芯动作；阀体部件是控制阀的调节部分，它直接与介质接触，由阀芯的动作改变控制阀的节流面积达到调节的目的。

8.2、执行机构的分类和作用形式：分为气动执行机构和电动执行机构两大类（均包含直行程和角行程方式）。

气动执行机构又可分为气动薄膜执行机构、气动活塞执行机构（分单作用和双作用气缸）等。

因未采用电动执行机构暂时不做介绍。

气动薄膜执行机构可分为正、反作用两种形式，当信号压力增加时推杆向下动作的叫正作用执行机构，当信号压力增加时推杆向上动作的叫反作用执行机构。

气动薄膜执行机构通常接受的气信号为20~100kPa，也有采用80~200kPa、120~300kPa气信号的执行机构，供气压力一般分别为140kPa、300kPa、340kPa。

气动活塞执行机构通常采用400kPa的气源。

8.3、根据阀体部件的形式分类：直通单座截止式调节阀体、偏心旋转阀体（凸轮挠曲阀体）、球阀体、蝶阀体、楔式闸阀体、三通阀体。

根据阀门的原始状态可分为故障开（气关）、故障关（气开）两种形式。

8.4、表征调节阀特性的参数：A、流通能力Cv 值；B、流量特性：EQ%、LINER、快开、抛物线；C、可调比R=Qmax/Qmin；D、压力损失S；E、阀门开度；F、阀门全关时的泄漏量；G、全行程时间。

8.5、装置采用的控制阀包括：气动薄膜调节阀、偏心旋转调节阀、气动三通切断阀、气动楔式闸阀、气动切断阀、自力式调节阀、电磁阀。

8.6、气动薄膜调节阀：直通单座调节阀只有一个阀芯和阀座，应用广泛，具有泄漏量小（标准泄漏量为0.01%C）、永许使用压差小（DN100的ΔP=120KPa）、流通能力较小（DN100的C=120）的特点，气动薄膜执行机构具有结构简单、动作可靠、维修方便、价格低廉的特点，阀芯可加工成各种流量特性的形式，膜头耗气量小。

8.7、偏心旋转调节阀：用于粘度较大的场合，具有流路简单、阻力小、流通能力大、密封可靠、操作稳定、体积小重量轻的特点。

其流量特性介于线性与等百分比之间，回转行程角度为60/90度。

8.8、气动三通切断阀：一般用于流路切换，具有响应速度快、密封好的特点。

8.9、气动楔式闸阀：用作紧急切断阀，具有极高的切断性能，耗气量大。

8.10、气动切断球阀：具有流路简单、泄漏量小、压力损失最小的特点，特别适合于高粘度、悬浮液等场合，耗气量较大。

8.11、气动切断蝶阀：具有流通能力大、压损小、结构紧凑、操作转矩大、优良的切断性能和耐久性能的特点。

8.12、自力式调节阀：具有结构简单、动作可靠等特点，使用于流量变化小、调节精度要求不高或仪表气源供应困难的场合。

有内取压式和外取压式，对于调节精度要求稍高的应用场合，需要采用指挥器膜头进行调节，装置所用的均为稳定阀后的压力。

8.13、控制阀的安装要求
安装前应按规定对控制阀进行强度试验、行程试验、气密试验和泄漏量试验检查。

控制阀应垂直、正立安装在水平管道上，口径大于50mm的控制阀应设置永久性支架。

安装位置应方便操作和维修，必要时应设置平台，控制阀的上下方应留有足够的空间以便维修。

控制阀阀组包括前后切断阀、排放阀、旁路阀等，其配管应组合紧凑，便于操作、维修和排液。

前后切断阀起切断作用，可选用球阀、闸阀；旁路阀起手操作用，可选用截止阀、球阀；排放阀用于维修控制阀或停车时排空管道及阀门流体，还用于外接流体冲洗阀门内部和管道。

应远离连续振动的设备，当安装于振动场合时应有防振措施。

用于高粘度、易凝固、高温等场所时，应采取保温或伴热措施；用于低温流体时应采取保冷措施。

用于浆料、高粘度流体时应配冲洗管线。

控制阀的方向不可装反，否则将影响调节流量特性并可能损坏控制阀。

8.14、控制阀的投用与停用方法
控制阀投用前，应检查其安装是否符合要求、系统调试是否合格、管道是否吹洗干净、压力试验是否已完成。

溶剂试运时先走旁路，冲洗一定时间后将控制阀全开，投入运行一定时间后即可投入正常使用。

控制阀停用时，对于易结垢的介质应打开排污阀将介质排净，对于易凝固的介质应排净并用低压蒸汽或工厂风进行扫线，保证阀内不结垢、不残留固体杂质。

自力式调节阀的开表顺序：关闭旁路阀→ 检查阀后压力应小于阀后设定压力→ 缓慢开启自力式调节阀前截止阀→ 开启自力式调节阀后截止阀。

停表顺序：关闭自力式调节阀前、后截止阀→ 开启旁路阀。

9、控制回路
9.1、几种控制方案：单回路PID控制、串级控制、分程控制、选择控制、比值控制、自定义顺序程序控制等。

9.2、单回路PID控制回路的组成：1个参数检测仪表、1个PID控制器、1个执行机构（控制阀）各一个。

9.3、串级控制回路包括内环和外环，一般由2个参数检测仪表、2个PID控制器、1个执行机构（控制阀）组成。

9.4、选择控制回路一般由1个或2个参数检测仪表、1个或2个PID控制器、1个选择器、1个或2个执行机构（控制阀）组成。

9.5、比值控制回路一般由2个参数检测仪表、1个或2个PID控制器、1个或2个执行机构（控制阀）组成。

9.6、自定义顺序程序控制回路（SFC）一般用于配制、加料、混合，或者以时间/动作为先后顺序周而复始循环工作场合，如变压吸附等
10、联锁回路
10.1、联锁是指为了保护关联设备或工艺系统、人身安全等而设置的自动保护控制停车装置；
10.2、联锁回路的构成：联锁条件（输入AI/DI）、联锁逻辑（与/或/非等）、联锁结果（输出AO/DO）；10.3、联锁的分类：单元设备/机组局部联锁、工艺装置整体联锁、安全联锁切换；
10.4、联锁的实现：一般由接触器、继电器和自动开关的组合电路或者由可编程微处理器（如PLC/DCS/ESD 等）来实现；
10.5、对联锁元件的要求：检测控制可靠、响应灵敏快速、几乎不产生误动作。

11、DCS控制系统
DCS系统的主要结构：人机界面（操作站）、主控制器（控制站）、输入/输出接口（I/O卡件）以及数据交换通道（2层通讯网络及交换机）。

DCS的主要功能包括：现场数据采集显示、报警、运算控制，人机交互操作，数据记录、累积，趋势记录，报表功能等
11.1、DCS组态简介
系统组态是指在工程师站上为控制系统设定各项软硬件参数的过程。

由于DCS 的通用性和复杂性，系统的许多功能及匹配参数需要根据具体场合而设定。

例如：系统由多少个控制站和操作站节点（操作站节点是。