自动化仪表安装基础知识整理

压力仪表
一、压力检测元件
压力检测的方法很多，按敏感元件和转换原理的特性不同，一般分为四类：
（1）液柱压力计。

它是根据流体静力学原理，把被测压力或差压转换成液体高度（差），压力计一般采用充有水或水银的玻璃U形管或单管。

（2）弹性式压力仪表。

它是根据弹性元件受力变形的原理，将被测压力转换成弹性元件的位移，并通过机械传动机构直接带动指针。

常见的弹性式压力计有弹簧管压力仪表、膜盒压力仪表、波纹管压力仪表等。

（3）电远传式压力仪表。

这类仪表的敏感元件一般也是弹性元件，通过进一步应用转换元件（或装置）和转换电路将与被测压力成正比的弹性元件的位移转换成电信号输出，实现信号的远距离输送。

常见的有力平衡式压力变送器、电容式压力变送器、霍尔式压力传感器等。

（4）物性型压力传感器。

它是基于在压力作用下，敏感元件的某些物理特性发生变化的原理。

常见的物性型压力传感器有应变式压力传感器、压阻式压力传感器、压电式压力传感器等。

二、压力表
1. 压力表的原理与构造
1.1原理：压力表通过表内的敏感元件（波登管、膜盒、波纹管）的弹性形变，再由表内机芯的转换机构将压力形变传导至指针，引起指针转动来显示压力。

1.2 构造：
溢流孔：
若发生波登管爆裂的紧急情况的时候，内部压力将通过溢流孔向外界释放，防止玻璃面板的爆裂。

注：为了保持溢流孔的正常性能，请在表后面留出至少10mm的空间，不要改造或塞住溢流孔。

指针：
除标准指针外，其他指针也是可选的。

（零调指针最大值指针或设定指针）请在选型表中列出。

玻璃面板：
除标准玻璃外，其他特殊材质玻璃，如强化玻璃，无反射玻璃也是可选的。

性能分类：
普通型（标准）、蒸汽用普通型（M）、耐热型（H）、耐振型（V）、蒸汽用耐振型（MV）耐热耐振型（HV）。

处理方式：
禁油/禁水处理…在制造时除去残留在接液部的水或油。

弹性敏感元件：波登管、波纹管、隔膜
波登管压力表
波登管敏感元件是弯成圆形，截面积显椭圆形的弹性C形管。

测量介质的压力作用在波动管的内侧，这样波登管椭圆截面会趋于圆形截面。

由于波登管微小变形，形成一定的环应力。

此环应力会使波登管向外延伸。

由于弹性波登管头部没有固定，其就会产生小小变形，其变形
的大小取决于测量介质的压力大小。

波登管的变形通过机芯间接地由指针显示测量介质的压力。

膜盒压力表
膜盒敏感元件由两块连接在一起的显圆形波浪的膜片组成。

测量介质的压力作用在膜盒腔内侧，由此所产生的变形可用来间接测量介质的压力。

压力值的大小由指针显示。

膜盒压力表一般用来测量气体的压力，并能测量微压、过压保护在一定程度上也是可以的。

当几个膜盒敏感元件叠在一起后会产生较大的传递力来测量极微小的压力。

径向型、轴向型
径向型：指压力表的连接口径与表盘成I型
轴向型：指压力表的连接口径与表盘T型
2. 压力表的种类
2.1 室内型压力表：A□□□
2.2 室外型压力表：B□□□
3.3 高压表：GH□□ 700MPa
3.4 差压表：DG□□
3.5 双指针压力表：GD1□
3.6 耐震型压力表：GV□□
3.7 带接点压力表：JM□□ JC□□ CD□□（耐压防爆）
三、压力变送器
1、普通压力变送器
普通压力变送器是由传感器、变送电路、壳体、接液口、接线口等部分组成的。

目前传感器有扩散硅、压电陶瓷、电容膜盒。

他们的测量原理无一例外的都是在有激励的惠斯登电桥失去平衡时有电流或者电压输出。

变送电路是将这种输出信号进行转换，使之与被测的物理量成一一对应的线性关系。

接液口直接与过程介质接触，有多种联接方式。

如：1 /2NPT、G3/4、M20*1.5等。

接线口是电线入口，如M20*1.5。

要求要有一定的防护等级。

测量高压力时，介质最大工作压力一般不宜超过仪表量程的3/5。

2、法兰变送器
法兰变送器是在普通变送器基础增加了一个远传密封装置而构成的。

所以也叫远传式变送器或者隔膜变送器。

远传密封装置由法兰、膜盒、毛细管和毛细管内的填充液等构成的。

过程介质压力由隔膜、填充液最后传递到压力变送器的敏感元件即传感器上。

法兰变送器膜盒、毛细管内的填充液一般是硅油和氟油。

特点是热温度系数小，低温时不冻凝，高温时不挥发，不汽化。

粘度不随温度有大的变化。

高温硅油最高可达315℃，低温硅油最低可达-40℃，氟油在-40℃和315℃之间。

3.法兰变送器和普通变送器相比有什么优缺点？
可以测量较高温度的介质。

不会堵塞，可以应该在粘稠的介质上。

可以应用在容易凝冻或者汽化的介质上。

成本稍高、结构复杂、有时有时间延迟、精度稍低。

4.压力变送器的有哪些主要技术参数？
传感器类型：扩散硅，陶瓷电容，差压电容膜盒
电源：一般是24VDC。

输出信号：一般是4~20mA。

精度等级：如0.1、0.25、0.5。

重复性：0.1、0.25、0.5。

时间漂移：
温度漂移：
使用温度范围：
最高耐压：
最低压力：
过程联接方式：
电缆入口：
安装方式：
压力变送器问题（讨论）
四、压力取压口的位置选择
1）避免处于管路弯曲、分叉及流束形成涡流的区域，也就是说要选择在流速稳定的地方。

（2）当管路中有突出物体（如测温组件）时，取压口应取在其前面。

（3）当必须在调节阀门附近取压时，若取压口在其前，则与阀门距离应不小于2倍管径；若取压口在其后，则与阀门距离应不小于3倍管径。

（4）对于宽广容器，取压口应处于流体流动平稳和无涡流的区域。

（5）取源部件在施焊时要注意端部不能超出工艺设备或工艺管道的内壁。

总之，在工艺流程上确定的取压口位置应能保证测得所要选取的工艺参数。

五、连接导管的铺设
1、连接导管的水平段应有一定的斜度，以利于排除冷凝液体或气体。

2、当被测介质为气体时，导管应向取压口方向低倾；当被测介质为液体时，导管则应向测压仪表方向倾斜；
3、当被测参数为较小的差压值时，倾斜度可再稍大一点。

4、导压管应尽可能地短，并且弯头尽可能少，
六、测压仪表的安装及使用注意事项
1）仪表应垂直于水平面安装；
2）仪表安装处与测定点之间的距离应尽量短，以免指示迟缓；
3）保证密封性，不应有泄漏现象出现，尤其是易燃易爆气体介质和有毒有害介质。

温度仪表
一、温度测量的基本概念
温度是表征物体冷热程度的物理量。

温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量。

二、温度测量仪表的分类
温度测量仪表按测温方式可分为接触式和非接触式两大类。

通常来说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换，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。

非接触式仪表测温是通过热辐射原理来测量温度的，测温元件不需与被测介质接触，测温范围广，不受测温上限的限制，也不会破坏被测物体的温度场，反应速度一般也比较快；但受到物体的发射率、测量距离、烟尘和水气等外界因素的影响，其测量误差较大。

表1 常用测温仪表种类及优缺点
三、双金属温度计
概述
工业双金属温度计是一种适合测量中、低温的现场检测仪表，可用来直接测量气体、液体和蒸汽的温度。

特点
1、无汞害，易读数，坚固耐震。

2、保护管材为1Gr18Ni9Ti不锈钢和钼二钛，承压、防腐能力强。

3、抽芯式温度计可不停机短时间维护或更换机芯。

4、轴向型、径向型、135º型、万向型等品种齐全，适应于各种现场安装的需要。

分类：
1、WSS系列双金属温度计
2、WSSX电接点双金属温度计
3、WTJ系列双金属温度计
4、BT系列温度计保护套
结构特征与工作原理:
双金属温度计是用绕成螺纹旋形的热双金属片作感温元件，并将它装在保护套内，一端固定（固定端），另一端（自由端）连接在一根细轴上，轴端装有指针。

当温度发生变化时，感温元件的自由端随即转动，从而细轴带动指针产生角位移，在标度盘上指示出温度的变化；直型表则通过转向传动机构带动指针。

由于感温元件与温度变化呈线性关系，所以指针所指示的位置即是被测温度值。

表壳材料有钢板、铸合金、不锈钢板；检测元件还具有抽芯式结构；可调角型温度计的表头部分借助于波纹管，转角机构等零件，可以由角型到直型或从直型到角型任意角度转变。

电接点双金属温度计则在结构上增添了电接触组、调节装置和出线盒等部件。

在温度变化时，当与预先设定的控温定触点（上限与下限）相接触或断开的瞬间，使控制线路中的继电器或接触器动作，从而实现自动控温或报警的功能。

主要技术参数
1、精确度等级：1.5 基本误差限为量程的±1.5%
2、时间常数：检测元件直径d< 6mm，< 30S
d=8.10mm，< 40S
3、护套的公称压力：6.4MPa
4、护套材料：1Cr18Ni9Ti
型号规格
温度计型号及各字符的含义
型式型号
标度
盘公
称直
径mm
测量
范围
C°
分格
值
C°
插入
长度
mm
检测
元件
直径
mm
安装螺纹
mm
壳
体
材
料角型
WSS-301
WSS-302
60
-80~4
-40~8
2
75
100
150
200
6
可动外螺
纹
M16×1.5
钢
板
四、热电偶
热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。

其优点是：
①测量精度高。

因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。

②测量范围广。

常用的热电偶从-50~+1600℃均可边续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269℃（如金铁镍铬），最高可达+2800℃（如钨-铼）。

③构造简单，使用方便。

热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。

1．热电偶测温基本原理
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。

2．热电偶的种类及结构形成
（1）热电偶的种类
常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。

所调用标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶，它有与其配套的显示仪表可供选用。

非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量。

标准化热电偶我国从1988年1月1日起，热电偶和热电阻全部按IEC 国际标准生产，并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。

(2)热电偶的结构形式为了保证热电偶可靠、稳定地工作，对它的结构要求如下：
① 组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固；
② 两个热电极彼此之间应很好地绝缘，以防短路；
③ 补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠；
④ 保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。

3．热电偶冷端的温度补偿
由于热电偶的材料一般都比较贵重（特别是采用贵金属时），而测温点到仪表的距离都很远，为了节省热电偶材料，降低成本，通常采用补偿导线把热电偶的冷端（自由端）延伸到温度比较稳定的控制室内，连接到仪表端子上。

必须指出，热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极，使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上，它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响，不起补偿作用。

因此，还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t0≠0℃时对测温的影响。

在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配，极性不能接错，补偿导线与热电偶连接端的温度不能超过100℃。

五、热电阻
热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。

它的主要特点是测量精度高，性能稳定。

其中铂热是阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。

1．热电阻测温原理及材料
热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。

热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用甸、镍、锰和铑等材料制造热电阻。

2．热电阻的结构
（1）精通型热电阻工业常用热电阻感温元件（电阻体）的结构及特点。

从热电阻的测温原理可知，被测温度的变化是直接通过热电阻阻值的变化来测量的，因此，热电阻体的引出线等各种导线电阻的变化
会给温度测量带来影响。

为消除引线电阻的影响同般采用三线制或四线制.
（2）铠装热电阻铠装热电阻是由感温元件（电阻体）、引线、绝缘材料、不锈钢套管组合而成的坚实体，它的外径一般为φ2~φ8mm。

与普通型热电阻相比，它有下列优点：①体积小，内部无空气隙，热惯性上，测量滞后小；②机械性能好、耐振，抗冲击；③能弯曲，便于安装④使用寿命长。

（3）端面热电阻端面热电阻感温元件由特殊处理的电阻丝材绕制，紧贴在温度计端面。

它与一般轴向热电阻相比，能更正确和快速地反映被测端面的实际温度，适用于测量轴瓦和其他机件的端面温度。

（4）隔爆型热电阻隔爆型热电阻通过特殊结构的接线盒，把其外壳内部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等影响而发生的爆炸局限在接线盒内，生产现场不会引超爆炸。

隔爆型热电阻可用于Bla~B3c级区内具有爆炸危险场所的温度测量。

3．热电阻测温系统的组成
热电阻测温系统一般由热电阻、连接导线和显示仪表等组成。

必须注意以下两点：
①热电阻和显示仪表的分度号必须一致
②为了消除连接导线电阻变化的影响，必须采用三线制接法。

六、一体化温度变送器
一体化温度变送器一般由测温探头（热电偶或热电阻传感器）和两线制固体电子单元组成。

采用固体模块形式将测温探头直接安装在接线盒内，从而形成一体化的变送器。

一体化温度变送器一般分为热电阻
和热电偶型两种类型。

热电阻温度变送器是由基准单元、R/V转换单元、线性电路、反接保护、限流保护、V/I转换单元等组成。

测温热电阻信号转换放大后，再由线性电路对温度与电阻的非线性关系进行补偿，经V/I转换电路后输出一个与被测温度成线性关系的4～20mA的恒流信号。

热电偶温度变送器一般由基准源、冷端补偿、放大单元、线性化处理、V/I转换、断偶处理、反接保护、限流保护等电路单元组成。

它是将热电偶产生的热电势经冷端补偿放大后，再由线性电路消除热电势与温度的非线性误差，最后放大转换为4～20mA电流输出信号。

为防止热电偶测量中由于电偶断丝而使控温失效造成事故，变送器中还设有断电保护电路。

当热电偶断丝或接解不良时，变送器会输出最大值（28mA）以使仪表切断电源。

一体化温度变送器具有结构简单、节省引线、输出信号大、抗干扰能力强、线性好、显示仪表简单、固体模块抗震防潮、有反接保护和限流保护、工作可靠等优点。

一体化温度变送器的输出为统一的4～20mA信号；可与微机系统或其它常规仪表匹配使用。

也可用户要求做成防爆型或防火型测量仪表。

七、温度取源部件的安装要求
1、温度取源部件的安装位置应选在介质温度变化灵敏、具有代表性和便于观察的的地方，不宜选在阀门等阻力部件的附近和介质流束呈死角处以及振动较大的地方。

2、热电偶取源部件的安装位置应远离强磁场。

3、温度取源部件在工艺管道上的安装应符合下列规定：
3.1与工艺管道垂直安装时，取源部件轴线应与工艺管道轴线垂直相交；
3.2在工艺管道的拐弯处安装时，宜逆着介质流向，取源部件轴线应与工艺管道轴线相重合；
3.3与工艺管道倾斜安装时，宜逆着介质流向，取源部件轴线应与工艺管道轴线相交。

4、设计文件规定取源部件需要安装在扩大管上时，扩大管的安装应符合设计文件的规定。

八、温度仪表安装的规范要求
1、接触式温度检测仪表（热电偶、热电阻、双金属温度计、压力式温度计、水银温度计等）的测温元件应安装在能准确反映被测介质温度的位置。

2、双金属温度计安装时，刻度盘面应便于观察，直型水银温度计不应水平安装。

3、表面温度计的感温面应与被测对象表面紧密接触，固定牢固。

4、压力式温度计安装时，应使温包全部浸入被测介质中。

5、安装在含固体颗粒介质中的测温元件，应有防磨损的保护措施。

6、测温元件用连接头的螺纹应与测温元件螺纹相匹配。

7、水平安装的测温元件，若插入深度较长或安装在高温设备中时，应有防弯曲措施。

8、温度二次仪表的安装，要区别分度号，不得误用。

热电偶必须用相应分度号的补偿导线。

流量仪表
一、流量仪表分类
测量流体流量的仪表统称为流量计或流量仪表．流量计是工业测量中重要的仪表之一．随着工业生产的发展，对流量测量的准确度和范围的要求越来越高，流量测量技术日新月异．为了适应各种用途，各种类型的流量计相继问世。

目前已投入使用的流量计已超过100种。

从不同的角度出发，流量计有不同的分类方法。

A、按原理分类：容积、节流、差压、转子、涡轮、电磁、超声、
涡街、旋进、射流、激光、热式、哥氏力、相关…
B、按功能分类：计量表、传感器、变送器、流量开关…
C、按结构形式分类：满管式、插入式、一体式、分体式、便携式、外卡式…
D、按环境适用性分类：防爆型、潜水型…
最基本、最重要的分类是按原理分类，分类方法有两种，一是按流量计的结构原理进行分类，二是按流量计采用的测量原理进行归纳分类：
（一）按结构原理对流量计分类
按当前流量计产品的实际情况，根据流量计的结构原理，大致上可归纳为以下几种类型：
1．容积式流量计
容积式流量计相当于一个标准容积的容器，它接连不断地对流动介质进行度量。

流量越大，度量的次数越多，输出的频率越高。

容积式流量计的原理比较简单，适于测量高粘度、低雷诺数的流体。

根据回
转体形状不同，目前生产的产品分：适于测量液体流量的椭圆齿轮流量计、腰轮流量计(罗茨流量计)、旋转活塞和刮板式流量计；适于测量气体流量的伺服式容积流量计、皮膜式和转简流量计等．
2．叶轮式流量计
叶轮式流量计的工作原理是将叶轮置于被测流体中，受流体流动的冲击而旋转，以叶轮旋转的快慢来反映流量的大小。

典型的叶轮式流量计是水表和涡轮流量计，其结构可以是机械传动输出式或电脉冲输出式。

3．差压式流量计(变压降式流量计)
差压式流量计由一次装置和二次装置组成．一次装置称流量测量元件，它安装在被测流体的管道中，产生与流量(流速)成比例的压力差，供二次装置进行流量显示。

二次装置称显示仪表。

它接收测量元件产生的差压信号，并将其转换为相应的流量进行显示。

4．变面积式流量计(等压降式流量计)
放在上大下小的锥形流道中的浮子受到自下而上流动的流体的作用力而移动。

当此作用力与浮子的"显示重量"(浮子本身的重量减去它所受流体的浮力)相平衡时，俘子即静止。

浮子静止的高度可作为流量大小的量度。

由于流量计的通流截面积随浮子高度不同而异，而浮子稳定不动时上下部分的压力差相等，因此该型流量计称变面积式流量计或等压降式流量计。

该式流量计的典型仪表是转子(浮子)流量计。

利用测量流体的动量来反映流量大小的流量计称动量式流量计．这种流量计的典型仪表是靶式和转动翼板式流量计。

6．冲量式流量计
利用冲量定理测量流量的流量计称冲量式流量计，多用于测量颗粒状固体介质的流量，还用来测泥浆、结晶型液体和研磨料等的流量。

典型的仪表是水平分力式冲量流量计。

7．电磁流量计
电磁流量计是应用导电体在磁场中运动产生感应电动势，而感应电动势又和流量大小成正比，通过测电动势来反映管道流量的原理而制成的。

8．超声波流量计
超声波流量计是基于超声波在流动介质中传播的速度等于被测介质的平均流速和声波本身速度的几何和的原理而设计的。

9．流体振荡式流量计
流体振荡式流量计是利用流体在特定流道条件下流动时将产生振荡，且振荡的频率与流速成比例这一原理设计的．目前典型的产品有涡街流量计、旋进旋涡流量计。

质量流量计分直接式和间接式两种。

直接式质量流量计利用与质量流量直接有关的原理进行测量，目前常用的有量热式、角动量式、振动陀螺式、马格努斯效应式和科里奥利力式等质量流量计。

间接式质量流量计是用密度计与容积流量直接相乘求得质量流量的。

（二）按测量原理对流量仪表进行分类
(1)力学原理：
属于此类原理的仪表有利用伯努利定理的差压式、转子式；利用动量定理的冲量式、可动管式；利用牛顿第二定律的直接质量式；利用流体动量原理的靶式；利用角动量定理的涡轮式；利用流体振荡原理的旋涡式、涡街式；利用总静压力差的皮托管式以及容积式和堰、槽式等等。

(2)电学原理：
用于此类原理的仪表有电磁式、差动电容式、电感式、应变电阻式等。

(3)声学原理：
利用声学原理进行流量测量的有超声波式．声学式(冲击波式)等。

(4)热学原理：
利用热学原理测量流量的有热量式、直接量热式、间接量热式等。

(5)光学原理：
激光式、光电式等是属于此类原理的仪表。

(6)原于物理原理：
核磁共振式、核幅射式等是属于此类原理的仪表．
二、主要流量仪表性能及适应条件
下面就目前市场上的主要流量仪表主要性能及适应条件做个简要介绍：
1 差压流量计
差压流量计的精度在很大程度上决定于现场的使用条件。

整套流量计的精度还决定于差压变送器和流量显示仪的精度。

因此，差压流量计是一种从设计、制造到安装使用要求很严格的仪表，在任何的环节失误都会产生很大的误差。

另外，差压流量计输出信号与流量为平方关系，是非线性仪表，范围度较窄。

压力失大也是它的弱点之一。

在安装条件方面，和其它推理式流量一样，要求有较长的直管段。

2 容积式流量计
容积式流量计是利用机械测量文件把液体连续不断地分割成单个已知的体积部分，根据计量室多次，重复地充满和排放该体积部分与流体的次数不测量液体体积总量。

在流量仪表中是精度最高的一类。

容积式流量计其优点如下：。