仪器仪表基础知识问答

仪器仪表基础知识
压力的解释：
1、大气压：地球表面上的空气柱因重力而产生的压力。

它和所处的海拔高度、纬度及气象状况有关。

2、差压（压差）：两个压力之间的相对差值。

3、绝对压力：介质（液体、气体或蒸汽）所处空间的所有压力。

绝对压力是相对零压力而言的压力。

4、表压力（相对压力）：如果绝对压力和大气压的差值是一个正值，那么这个正值就是表压力，即表压力=绝对压力-大气压＞0。

5、负压（真空表压力）：和“表压力“相对应，如果绝对压力和大气压的差值是一个负值，那么这个负值就是负压力，即负压力=绝对压力-大气压＜0。

6、静态压力：一般理解为“不随时间变化的压力，或者是随时间变化较缓慢的压力，即在流体中不受流速影响而测得的表压力值”。

7、动态压力：和“静态压力”相对应，“随时间快速变化的压力，即动压是指单位体积的流体所具有的动能大小。

”通常用1/2ρν2计算。

式中ρ—流体密度；v—流体运动速度。

”
HART协议和现场总线技术有哪些异同？
HART和现场总线技术都可以实现对现场设备的状态、参数等进行远程访问。

同时，两种技术都支持在一条总线上连接多台设备的联网方式。

HART和现场总线都采用设备描述，实现设备的互操作和综合运用。

所以，它们之间有一定的相似之处。

它们之间的不同有以下四点：
1）现场总线采用真正的全数字通信，而HART是以FSK方式叠加在原有的4～20mA模拟信号上的，因此可以直接联入现有的DCS系统中而不需要重新组态；
2）现场总线多采用多点连接，HART协议一般仅在做监测运用的时候才会采用多点连接方式；3）用现场总线组成的控制系统中，设备间可以直接进行通信，而不需要经过主机干预；
4）现场总线设备相对HART设备而言，可以提供更多的诊断信息。

所以现场总线设备适用于高速的网络控制系统中，而HART设备的优越性则体现在与现有模拟系统的兼容上。

智能压力/差压变送器较模拟变送器有什么优越性？
智能化仪表的优越性主要有：
对仪表制造过程——简化调校过程、补偿传感器缺陷（如线性化、环境因素补偿等）、提高仪表性能、降低制造成本、可形成多参数复合仪表。

对仪表安装调试过程——简化安装调试过程（如对线、清零）、降低安装调试成本。

对仪表运行过程——提高测量质量、有利于进行软测量、便于仪表的维护校验和资产管理（需要系统和设备管理软件的支持）。

压力/差压变送器有哪些选型原则？
在压力/差压变送器的选用上主要依据：以被测介质的性质指标为准，以节约资金、便于安装和维护为参考。

如被测介质为高黏度易结晶强腐蚀的场合，必须选用隔离型变送器。

在选型时要考虑它的介质对膜盒金属的腐蚀，一定要选好膜盒材质，变送器的膜盒材质有普通不锈钢、304不锈钢、316L不锈钢、钽膜盒材质等。

在选型时要考虑被测介质的温度，如果温度高一般为200℃～400℃，要选用高温型，否则硅油会产生汽化膨胀，使测量不准。

在选型时要考虑设备工作压力等级，变送器的压力等级必须与应用场合相符合。

从选用变送器测量范围上来说，一般变送器都具有一定的量程可调范围，最好将使用的量程范围设在它量程的1/4～3/4段，这样精度会有保证，对于微差压变送器来说更是重要。

实践中有些应用场合（液位测量）需要对变送器的测量范围迁移，根据现场安装位置计算出测量范围和迁移量，迁移有正迁移和负迁移之分。

为何变送器输出固定在20.8mA？如何解决？
变送器输出固定在20.8mA，表示当前主过程变量大于传感器的设定量程上限，仪表处于输出饱和状态。

可以进行以下几项检查：
1）检查设定的传感器量程上限或传感器极限量程是否大于或等于当前被测信号，确定所选的传感器型号和设定量程的正确性；
2）检查导压管是否存在泄漏或堵塞，如果使用引压阀，检查阀门是否完全打开；
3）确认引入的被测信号是稳定的输入量；如果被测量是液体，确认不存在残留气体；如果被测量事干燥气体，确认不存在液体；
4）检查传感器法兰测是否存在沉淀，法兰是否有被腐蚀现象；
5）如果是远传法兰型变送器，检查两个被测信号间是否存在位差，计算由位差所引起的差压是否大于传感器量程；
6）检查供电电源是否在12V～24VDC之间；
7）利用手持操作器对仪表进行自检和参数读取，检验是否智能电子部件故障或未经初始化。

变送器的维护工作主要包括以下几个方面：
1) 巡回检查：
仪表指示情况，仪表示值有无异常；气动变送器气源压力是否正常；
电动变送器电源电压是否正常；
环境温度、湿度、清洁状况；仪表和工艺接口、导压管和阀门之间有无泄漏、腐蚀。

2) 定期维护：
定期检查零点，定期进行校验；
定期进行排污、排凝、放空；
定期对易堵介质的导压管进行吹扫，定期灌隔离液。

3) 设备大检查：
检查仪表使用质量，达到准确、灵敏，指示误差、静压误差符合要求，零位正确；
仪表零部件完整无缺，无严重锈垢、损坏，铭牌清晰无误，紧固件不得松动，接插件接触良好，端子接线牢固；技术资料齐全、准确、符合管理要求。

质量流量控制器的工作压差范围是个什么概念?
质量流量控制器(MFC)中设置有一个气体流量调节阀门，阀门能使通过控制器的流量从零调节到测量的满量程，在工作的过程当中，控制器的入口和出口之间会产生一个气压降，即压差。

MFC的工作压差范围通常为0.1～0.3MPa，若压差低于最低值(0.1 MPa)，有可能控制达不到满量程值;若高于最高值(0.3MPa)，有可能关闭时流量不能小于2%F.S。

用户使用MFC 时，无论用户工作的反应室是真空还是高压，应做到使MFC进出气两端的压差保持在所要求压差范围之内，并且要求气压要相对稳定。

电磁流量计常见故障现象有：无流量信号；（2）输出晃动；（3）零点不稳；（4）流量测量值与实际值不符；（5）输山信号超满度值5类。

经常采用的检查手段或方法及其检查内容有哪些？
（1）通用常规仪器检查
（2）替代法利用转换器和传感器间以及转换器内务线路板部件间的互换性，以替代法判别故障所在位置。

（3）信号踪迹法用模拟信号器替代传感器，在液体未流动条件下提供流量信号，以测试电磁流量转换器。

检查首先从显示仪表工作是否正常开始，逆流量信号传送的方向进行。

用模拟信号器测试转换器，以判断故障发生在转换器及其后位仪表还足在转换器的上位传感器发生的。

若足转换器故障，如有条件可方便地借用转换器或转换器内线路板作替代法调试；若是传感器故障需要试调换时，因必须停止运行，关闭管道系统，因涉及面广，常不易办到。

特别是大口径流量传感器，试换工程量大，通常只有在作完其他各项检查，最后才下决心，卸下管道检查传感器测量管内部状况或调换。

使用超声波流量计应注意哪些问题？
（1）根据介质、流量及工作场地的不同，选择合适的流量计型式；
（2）根据不同型式的超声波流量计以合理的方式安装换能器；
（3）定期维护，经常检查流量计工作状态、显示器的连接；
（4）定期校准流量计。

污水排放测量用的是电磁流量计，流量计安装前经过了检定，可计量数据一直和其他流量计指示的量值不一致，原因何在？
极有可能是安装位置不对。

若流量计装于系统的最高处，管道中的气泡会严重影响计量精度；或流量计装在流体向下流动的垂直管道上，有可能产生非满管流。

建议将流量计装在系统位置较低的水平管道上或向上流动的垂直管道上，最好在系统中安装消气器或排气阀
什么是质量流量计？什么是质量流量控制器？
质量流量计，即Mass Flow Meter（缩写为MFM）, 是一种精确测量气体流量的仪表，其测量值不因温度或压力的波动而失准，不需要温度压力补偿。

质量流量控制器, 即Mass Flow Controller（缩写为MFC）, 不但具有质量流量计的功能，更重要的是，它能自动控制气体流量，即用户可根据需要进行流量设定，MFC自动地将流量恒定在设定值上，即使系统压力有波动或环境温度有变化，也不会使其偏离设定值。

简单地说,质量流量控制器就是一个稳流装置, 是一个可以手动设定或与计算机联接自动控制的气体稳流装置。

质量流量计/质量流量控制器的主要优点是什么？
(1)流量的测量和控制不因温度或压力的波动而失准。

对于多数流量测控系统而言，很难避免系统的压力波动及环境和介质的温度变化。

对于普通的流量计，压力及温度的波动将导致较大的误差；对于质量流量计/质量流量控制器，则一般可以忽略不计。

(2)测量控制的自动化
质量流量计/质量流量控制器可以将流量测量值以输出标准电信号输出。

这样很容易实现对流量的数字显示、累积流量自动计量、数据自动记录、计算机管理等。

对质量流量控制器而言，还可以实现流量的自动控制。

通常, 模拟的MFC/MFM输入输出信号为0～+5V或4～20mA, 数字式MFC/MFM还配有RS232或RS485数字串行通讯口, 能非常方便地与计算机连接, 进行自动控制。

(3)精确地定量控制流量质量流量控制器可以精确地控制气体的给定量，这对很多工艺过程的流量控制、对于不同气体的比例控制等特别有用。

(4)适用范围宽
有很宽的工作压力范围，我们的产品可以从真空直到10MPa; 可以适用于多种气体介质（包括一些腐蚀性气体，如HCL）；有很宽的流量范围，我们的产品最小流量范围可达0～5 sccm，最大流量范围可达0～200 slm。

流量显示的分辨率可达满量程的0.1%, 流量控制范围是满量程的2～100% (量程比为-- 50:1), 因此在很多领域得到广泛应用。

目前国内常用的气体传感器有哪些？
目前按照气敏特性来分，主要分为：半导体型、电化学型、固体电解质型、接触燃烧型、光化学型等气体传感器，又以前两种最为普遍。

请介绍一下半导体型气体传感器的优缺点。

自从1962年半导体金属氧化物陶瓷气体传感器问世以来，半导体气体传感器已经成为当今应用最普遍、最实用的一类气体传感器。

它具有成本低廉、制造简单、灵敏度高、响应速度快、寿命长、对湿度敏感低和电路简单等优点。

不足之处是必须在高温下工作、对气体或气味的选择性差、元件参数分散、稳定性不理想、功率高等方面。

半导体传感器为什么需要加热？
半导体传感器是利用一种金属氧化物薄膜制成的阻抗器件，其电阻随着气体含量不同而变
化。

气体分子在薄膜表面进行还原反应以引起传感器电导率的变化。

为了消除气体分子达到初始状态就必须发生一次氧化反应。

传感器内的加热器可以加速氧化过程，这也是为什么有些低端传感器总是不稳定，其原因就是没有加热或加热电压过低导致温度太低反应不充分。

电化学气体传感器是怎样工作的？
电化学气体传感器是通过检测电流来检测气体的浓度，分为不需供电的原电池式以及需要供电的可控电位电解式，目前可以检测许多有毒气体和氧气，后者还能检测血液中的氧浓度。

电化学传感器的主要优点是气体的高灵敏度以及良好的选择性。

不足之处是有寿命的限制一般为两年。

半导体传感器和电化学传感器的区别？
半导体传感器因其简单低价已经得到广泛应用，但是又因为它的选择性差和稳定性不理想目前还只是在民用级别使用。

而电化学传感器因其良好的选择性和高灵敏度被广泛应用在几乎所有工业场合。

固态电解质气体传感器是怎样的？
顾名思义，固态电解质就是以固体离子导电为电解质的化学电池。

它介于半导体和电化学之间。

选择性，灵敏度高于半导体而寿命又长于电化学，所以也得到了很多的应用，不足之处就是响应时间过长。

接触燃烧式气体传感器是怎样的？
接触燃烧式气体传感器只能测量可燃气体。

又分为直接接触燃烧式和催化接触燃烧式，原理是气敏材料在通电状态下，可燃气体在表面或者在催化剂作用下燃烧，由于燃烧使气敏材料温度升高从而电阻发生变化。

后者因为催化剂的关系具有广普特性应用更广。

光学式气体传感器是怎样的？
光学式气体传感器主要包括红外吸收型、光谱吸收型、荧光型等等，主要以红外吸收型为主。

由于不同气体对红外波吸收程度不同，通过测量红外吸收波长来检测气体。

目前因为它的结构关系一般造价颇高。

现场维护经验
目前，随着石化、钢铁、造纸、食品、医药企业自动化水平的不断提高，对现场仪表维护人员的技术水平提出了更高要求。

为缩短处理仪表故障时间，保证安全生产提高经济效益，本文发表一点仪表现场维护经验，供仪表维护人员参考。

一、现场仪表系统故障的基本分析步骤
现场仪表测量参数一般分为温度、压力、流量、液位四大参数。

现根据测量参数的不同，来分析不同的现场仪表故障所在。

1．首先，在分析现场仪表故障前，要比较透彻地了解相关仪表系统的生产过程、生产工艺情况及条件，了解仪表系统的设计方案、设计意图，仪表系统的结构、特点、性能及参数要求等。

2．在分析检查现场仪表系统故障之前，要向现场操作工人了解生产的负荷及原料的参数变化情况，查看故障仪表的记录曲线，进行综合分析，以确定仪表故障原因所在。

3．如果仪表记录曲线为一条死线(一点变化也没有的线称死线)，或记录曲线原来为波动，现在突然变成一条直线；故障很可能在仪表系统。

因为目前记录仪表大多是DCS计算机系统，灵敏度非常高，参数的变化能非常灵敏的反应出来。

此时可人为地改变一下工艺参数，看曲线变化情况。

如不变化，基本断定是仪表系统出了问题；如有正常变化，基本断定仪表系统没有大的问题。

4．变化工艺参数时，发现记录曲线发生突变或跳到最大或最小，此时的故障也常在仪表系统。

5．故障出现以前仪表记录曲线一直表现正常，出现波动后记录曲线变得毫无规律或
使系统难以控制，甚至连手动操作也不能控制，此时故障可能是工艺操作系统造成的。

6．当发现DCS显示仪表不正常时，可以到现场检查同一直观仪表的指示值，如果它们差别很大，则很可能是仪表系统出现故障。

总之，分析现场仪表故障原因时，要特别注意被测控制对象和控制阀的特性变化，这些都可能是造成现场仪表系统故障的原因。

所以，我们要从现场仪表系统和工艺操作系统两个方面综合考虑、仔细分析，检查原因所在。

二、四大测量参数仪表控制系统故障分析步骤
1．温度控制仪表系统故障分析步骤
分析温度控制仪表系统故障时，首先要注意两点：该系统仪表多采用电动仪表测量、指示、控制；该系统仪表的测量往往滞后较大。

(1)温度仪表系统的指示值突然变到最大或最小，一般为仪表系统故障。

因为温度仪表系统测量滞后较大，不会发生突然变化。

此时的故障原因多是热电偶、热电阻、补偿导线断线或变送器放大器失灵造成。

(2)温度控制仪表系统指示出现快速振荡现象，多为控制参数PID调整不当造成。

(3)温度控制仪表系统指示出现大幅缓慢的波动，很可能是由于工艺操作变化引起的，如当时工艺操作没有变化，则很可能是仪表控制系统本身的故障。

(4)温度控制系统本身的故障分析步骤：检查调节阀输入信号是否变化，输入信号不变化，调节阀动作，调节阀膜头膜片漏了；检查调节阀定位器输入信号是否变化，输入信号不变化，输出信号变化，定位器有故障；检查定位器输入信号有变化，再查调节器输出有无变化，如果调节器输入不变化，输出变化，此时是调节器本身的故障。

2．压力控制仪表系统故障分析步骤
(1)压力控制系统仪表指示出现快速振荡波动时，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参数整定不好造成。

(2)压力控制系统仪表指示出现死线，工艺操作变化了压力指示还是不变化，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的现象，不堵，检查压力变送器输出系统有无变化，有变化，故障出在控制器测量指示系统。

3．流量控制仪表系统故障分析步骤
(1)流量控制仪表系统指示值达到最小时，首先检查现场检测仪表，如果正常，则故障在显示仪表。

当现场检测仪表指示也最小，则检查调节阀开度，若调节阀开度为零，则常为调节阀到调节器之间故障。

当现场检测仪表指示最小，调节阀开度正常，故障原因很可能是系统压力不够、系统管路堵塞、泵不上量、介质结晶、操作不当等原因造成。

若是仪表方面的故障，原因有：孔板差压流量计可能是正压引压导管堵；差压变送器正压室漏；机械式流量计是齿轮卡死或过滤网堵等。

(2)流量控制仪表系统指示值达到最大时，则检测仪表也常常会指示最大。

此时可手动遥控调节阀开大或关小，如果流量能降下来则一般为工艺操作原因造成。

若流量值降不下来，则是仪表系统的原因造成，检查流量控制仪表系统的调节阀是否动作；检查仪表测量引压系统是否正常；检查仪表信号传送系统是否正常。

(3)流量控制仪表系统指示值波动较频繁，可将控制改到手动，如果波动减小，则是仪表方面的原因或是仪表控制参数PID不合适，如果波动仍频繁，则是工艺操作方面原因造成。

4．液位控制仪表系统故障分析步骤
(1)液位控制仪表系统指示值变化到最大或最小时，可以先检查检测仪表看是否正常，如指示正常，将液位控制改为手动遥控液位，看液位变化情况。

如液位可以稳定在一定的范围，则故障在液位控制系统；如稳不住液位，一般为工艺系统造成的故障，要从工艺方面查找原因。

(2)差压式液位控制仪表指示和现场直读式指示仪表指示对不上时，首先检查现场直读式指示仪表是否正常，如指示正常，检查差压式液位仪表的负压导压管封液是否有渗漏；若有渗漏，重新灌封液，调零点；无渗漏，可能是仪表的负迁移量不对了，重新调整迁移量使仪表指示正常。

(3)液位控制仪表系统指示值变化波动频繁时，首先要分析液面控制对象的容量大小，来分析故障的原因，容量大一般是仪表故障造成。

容量小的首先要分析工艺操作情况是否有变化，如有变化很可能是工艺造成的波动频繁。

如没有变化可能是仪表故障造成。

以上只是现场四大参数单独控制仪表的现场故障分析，实际现场还有一些复杂的控制回路，如串级控制、分程控制、程序控制、联锁控制等等。

这些故障的分析就更加复杂，要具体分析。