常用仪表元器件的辨识

常用仪表元器件的辨识
一、压力测量：
1、基本概念
在物理概念中，压力是垂直作用在单位面积上的力。

是工业生产中的重要参数之一，在压力测量中，常有绝对压力、表压力、负压力和真空度之分。

所谓绝对压力是指被测介质作用在容器单位面积上的全部压力，用符号Pj表示。

地面上的空气柱所产生的平均压力称为大气压力，用Pq来表示。

绝对压力与大气压力之差，称为表压力，有Pb来表示。

即Pb=Pj-Pq。

当绝对压力值小于大气压力值时，表压力为负值（即负压力），此负压力值的绝对值，称为真空度，用Pz 来表示
2、压力测量原理
按测量原理分为两种：
•根据压力的定义直接测量单位面积上受力的大小。

例：液柱式、弹性式
•应用压力作用于物体后所产生的各种物理效应来实现压力。

例：电阻式：它是由金属导体或半导体制成的电阻体，其阻值随压力的变化而变化。

压电效应：当晶体受压力作用发生机械变形时，在其相对的两个侧面上产生异性电荷的现象。

例：电容式：它是由检测和变送两个环节组成。

检测环节感受被测压力的变化转换成电容量的变化。

变送环节则将电容变化量转换成标准电流信号4~20mA DC 输出。

3、压力测量仪表的分类
液柱式压力仪表
弹性式压力仪表
电阻式压力仪表
电容式压力仪表
电容式压力仪表
电感式压力仪表
振频式压力仪表
压力测量原理可分为液柱式、弹性式、电阻式、电容式、电感式和振频式等。

将被测压力转换成弹性元件变形的位移。

类型：弹簧管压力计、波纹管压力计及膜式压力计等。

特点：结构简单、使用可靠、读数清晰、价格低廉，在工业上广泛应用。

电气式压力计
通过机械和电气元件将被测压力转换成电量（如电压、电流、频率等）。

结构分类：各种压力传感器和压力变送器。

测压点的选择：
被测介质为直管段
测量流动介质：取压点与流动方向垂直。

测液体压力：取压点在管道下部
测气体压力：取压点在管道上部
二、温度仪表分类
温度参数是不能直接测量的，一般只能根据物质的某些特性值与温度之间的函数关系，实现间接测量，温度测量的基本原理是与这些特性值的选择密切相关的。

工业上测温的基本原理有：
①、应用热膨胀原理测温;
②、应用压力随温度变化的原理测温;
③、应用热阻效应测温;
④、应用热电效应测温;
⑤、应用热辐射原理测温;
按工作原理分：
有膨胀式、热电阻、热电偶以及辐射等。

按测量方式分：
有接触式和非接触式两类。

1、热电偶
（1）、原理
热电偶温度计是基于热电效应这一原理测量温度的；它的测温范围很广，可测量-200~160O℃范围内在特殊情况下，可测至2800 ℃的高温。

将两种不同的导体或半导体连接成如图所示的闭合回路，如果两个接点的温度不同（T>T0),则在回路内会产生热电动势，这种现象称为赛贝克热电效应。

图中闭合回路称之为热电偶。

导体A和B称之为热电偶的热电丝或热偶丝。

热电偶两个接点中，置于温度为t的被测对象中的接点称为测量端，又称工作端，温度为参考温度t0的另一端称之为参考端，又称自由端或冷端。

（2）、特点
测量精度高测量范围广、构造简单、使用方便、不受大小和形状的限制，外有保护套管，用起来方便。

（3）、热电偶的类形:
8种标准化热电偶：
S ：铂铑10-铂–20～1300℃
B ：铂铑90-铂铑300～1600 ℃
K ：镍铬-镍硅 -50～1000 ℃
J ：铁-康铜 -40～750 ℃
R ：铂铑13-铂 -0～1600 ℃
E ：镍铬-康铜 -40 ～1000 ℃
T ：铜-康铜 -40 ～350 ℃
（4）、各种热电偶的分度表均是在参考端即温度t0为0 ℃的条件下得到的热电势与温度之间的关系，因此，热电偶测温时，冷端温度必须为0 ℃，否则将产生测量误差。

而在工业上使用时，要使冷端温度保持在0 ℃是比较困难的，所
以，必须根据不同的使用条件和要求的测量精度，对热电偶冷端温度采用一些不同的处理办法，常用的方法有如下几种：
①、补偿导线延伸法
②、冰点法
③、计算修正法
④、仪表零点校正法
⑤、补偿电桥法
2、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。

其中铂电阻的测量精度是最高的，可作为基准仪器。

（1）、测温原理：
热电阻温度计是基于金属导体或半导体电阻值与温度成一定函数关系的原理实现温度测量的。

（2）、热电阻材料
目前，使用的金属热电阻材料有铜、铂、镍、铁等，其中因铁、镍提纯比较困难，其电阻与温度的关系线性较差，纯铂丝的各种性能最好，纯铜丝在低温下性能也好，所以实际应用最广的是铜、铂两种材料，并已列入了标准化生产。

①、铂电阻（PT100） -200~850℃
②、铜电阻（Cu50、Cu100） -50~150℃
③、镍电阻（Ni100） -60~180℃
三、流量仪表
1、基本概念
流量是单位时间内流经某一截面的流体数量。

流量可用体积流量和质量流量来表示。

体积流量：流体量以体积表示时称为体积流量。

qv=uA
质量流量：流体量以质量表示时称为质量流量。

qm=ρqv=ρuA
2、分类
工业上常用的流量仪表可分为两大类：
（1）速度式流量计：以测量流体在管道中的流速作为测量依据来计算的仪表。

（2）容积式流量计：它以单位时间内所排出的流体固定容积的数目作为测量依据。

流量测量仪表还可以有以下的分类：
节流式流量计转子流量计
电磁流量计容积式流量计
流体振动式流量计超声波流量计
质量流量计差压式流量计
节流装置与差压变送器配套测量流体的流量，是目前使用最广的一种流量测量仪表。

在管道中流动的流体具有动能和位能，在一定条件下这两种能量可以相互转换，但参加转换的能量总和是不变的。

节流元件测量流量就是利用这个原理来实现的。

在节流装置中，应用最多的是孔板、喷嘴、文丘利管等。

根据能量守恒定律及流体连续原理，节流装置的流量公式可以写成：Q=k √△P
（3）转子流量计
转子流量计又称面积式流量计或恒压降式流量计，也是以液体流动时的节流原理为基础的一种流量测量仪表。

其特点是可以测量多种介质的流量，压力损失小而且稳定，反应灵敏、量程较宽、结构简单、价格便宜、使用维护方便。

但转子流量计的精度受测量介质的温度、密度和粘度的影响，而且仪表必须垂直安装。

原理：转子流量计是由一段向上扩大的圆锥形管子和密度大于被测介质密度，且能随时被测介质流量大小上下浮动的转子组成的。

当液体自下而上流过时，转子因受到液体冲击而向上运动。

随着转子的上移，转子与锥形管之间的环形流通面积增大，液体流速减低，冲击作用减弱，直到液体作用在转子上向上的推力与转子在流体中的重力相平衡。

此时，转子停留在锥管中某一高度上。

如果液体流量再增大，则平衡时转子所处的位置更高；反之则相反。

因此，根据转子悬浮的高低就可测知液体流量的大小。

四、物位仪表
1、概念
生产过程中罐、塔、槽等容器中存放的液体表面位置称为液位。

把料斗、堆场仓库等储存的固体块、颗粒、粉料等的堆积高度和表面位置称为料位；两种互一相溶的物质的界面位置称为界位。

液位、料位以及界位总称为物位。

用来测量物位的仪表称为物位仪表。

2、分类
物位测量仪表的种类很多，按液位、料位和界位来可分：
（1）液位仪表：浮力式（浮筒、浮球、浮标、沉筒）、静压式（压力式、差压式）、电容式、电感式、电阻式、超声波式、微波式等。

（2）界位仪表：浮力式、差压式、电极式、超声波式等。

（3）料位仪表：重锤探测式、音叉式、超声波式、激光式、放射性式等。

3、浮力式液位计
浮力式液位计有两种：一种是维持浮力不变的液位计，称为恒浮力式液位计，如浮球、浮标式液位计等。

另一种是在检测过程中浮力是发生变化的，称为变浮
力式液位计，如沉筒式液位计等。

（1）恒浮力式液位计
恒浮力式液位计是利用浮子本身的重量和所受的浮力均为定值，并使浮子始终漂浮在液面上，并随液面的变化而变化的原理来测量液位的。

（2）变浮力式液位计
变浮力式液位计的检测元件是沉浸在液体上的浮筒。

它随液位变化而产生浮力的变化，去推动气动或电动元件
，发出信号给显示仪表，以指示被测液面的值。

图示为位移平衡浮筒式液位变送原理图。

当液位发生变化时，浮筒1（又称沉筒）本身的重力与所受的浮力的不平衡力，经杠杆2传至扭力管3，而扭力管产生转角弹性变形，由心轴4传出，经推板5传到霍尔片6，转换成霍尔电势，经功率放大后转换成统一的标准电信号输出，以远传给显示仪表指示（3）差压式液位计。

差压式液位是利用容器内的液位改变时，液柱产生的静压也相应变化的原理而工作的。

图为差压式液位计测量原理图。

当差压计一端接液相，另一端接气相时，根据液体静力学原理，有：
Pb=Pa+ρgH
式中 H------液位高度
ρ------被测介质密度
g--------被测当地的重力加速度
所以有：△P=Pb-Pa=ρgH
在一般情况下，被测介质的密度和重力加速度都是已知的，因此，差压计测得的差压与液位的高度H成正比，这样就把测量液位高度的问题变成了测量差压的问题。

(4)翻板液位计
翻板液位计的翻板是由导磁的薄铁皮制成。

垂直排列，并各自能绕框架上的小轴翻转（如图）。

翻板一面涂红漆，另一面涂银灰色漆。

工作时，液位计的连通管经法兰与容器相连通，构成一连通器。

连通器中间有浮标，它随液位的变化而变化。

浮标中间有一磁钢，其位置正好与液面一致。

当液位上升时，磁钢将吸引翻板，并将它们逐个翻转，使红的一面在外边；下降时，又将它们翻过来，使银灰的一面在外边。

即以颜色表示液位高低，十分醒目。

五、执行器
1、概念
执行器常称为调节阀，它由执行机构和调节机构两部分组成。

其中执行机构是调节阀的推动部分，它按控制信号的大小产生相应的推力，通过阀杆使调节阀阀蕊产生相应的位移。

调节机构是调节阀的调节部分，它与调节介质直接接触，在执行机构的推动下，改变阀蕊与阀座间的流通面积，从而达到调节流量的目的。

2、分类
执行器按其能源形式分气动、电动、液动三大类。

薄膜式执行器
活塞式执行器
气动执行器按其执行机构形式分薄膜式、活塞式和长行程式。

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电动直行程执行器电动角行程执行器
电动和液动执行器按执行机构的运行方式分为直行程和角行程两类。

目前在石化工业中普遍采用气动执行器。

3、执行机构
气动薄膜执行机构是应用最广泛的执行机构，它接受0.02~0.1MPa气动信号。

分为正作用和反作用两种形式。

当信号压力增加时推杆向下移动的叫正作用执行机构；信号压力增加时推杆向上移动的叫反作用执行机构。

气动薄膜（有弹簧）的薄膜有效面积越大，执行机构的推力和位移也越大。

气动活塞式（无弹簧）执行机构随气缸两侧压差而移动。

因为没有反力弹簧抵消推力，所以有很大的输出推力，适用于高静压、高差压的工艺场合。

4、调节机构
调节机构又称阀。

种类很多，根据结构、用途来分，其基本形式是直通单座阀、直通双座阀、蝶阀、三通阀、偏心旋转阀、套筒阀、角形阀等。

（1）直通单座阀：阀体内只有一个阀蕊和阀座，阀杆带动阀蕊上下移动来改变阀蕊与阀座之间的相对位置，从而改变流体流量。

其主要优点是泄漏量小。

（2）直通双座阀：阀体内只有两个阀蕊和阀座，阀杆带动阀蕊上下移动来改变阀蕊与阀座之间的相对位置，从而改变流体流量。

其主要优点是适用压差比同口径单座阀大。

（3）蝶阀：又称翻板阀，由于阀板在阀体内旋转的角度不同，使阀的流通面积不同，从而调节流体流量。

其主要优点是适用于大口径、大流量和浓稠浆液及悬浮粒的场合。

（4）偏心旋转阀：又称凸轮挠曲阀，简称偏心阀。

球面阀蕊6连在柔臂7上与
轮毂8相接，轮毂与转轴4用键滑配，转轴带动球面阀蕊旋转改变流体流量。

工作时转轴的运动是由气动执行机构驱动的，推杆的运动通过曲柄传给转轴。

其主要优点是流路阻力小，可调比大，适用大压差、严密封的场合和粘度大及有颗粒介质的场合。

很多场合可以取代直单、双座阀。

（5）套筒阀：也叫笼式阀，它的阀体与一般直通单座阀相似，阀内有一个圆柱形套筒，也叫笼子。

阀蕊可在套筒中上下移动，利用套筒导向。

阀蕊在套筒中移动，改变了套筒的节流孔面积，形成了各种特性并实现流量的调节。

由于套筒阀采用了平衡阀蕊结构，阀蕊上、下受压相同，不平衡力小，并且阀蕊利用套筒侧面导向，所以它的稳定性好，不易振荡，阀蕊也不易损坏。

它的优点前后压差大和液体出现闪蒸或空化的场合，稳定性好，噪声低，可取代大部分直通单、双座阀，但它不适用于含颗粒介质的场合。

5、调节阀的气开、气关
气动执行器的气开式与气关式两种形式。

气开式：有压力信号时阀开、无压力信号时阀关；气关式反之。

气开、气关选择依据：工艺生产安全、节约能源以及从介质特性等
6、阀门定位器
阀门定位器是调节阀的主要附件，可分为气动阀门定位器和电-气阀门定位器。

动阀门定位器接受气动信号0.02~0.1MPa，输出0.02~0.1MPa。

电-气阀门定位器将4~20mA DC的电信号，转换成0.02~0.1MPa的气压，并按气动阀门定位器
的功能进行工作。

阀门定位器接受调节器输出的控制信号，去驱动调节阀动作，并利用阀杆的位移进行反馈，将位移信号直接与阀位比较，改善阀杆行程的线性度，克服阀杆的各种附加摩擦力，消除被调介质在阀上产生的不平衡力的影响，从而使阀位对应于调节器的控制信号，实现正确定位。

1、压力测量仪表的分类有哪几种？
答：压力测量原理可分为液柱式、弹性式、电阻式、电容式、电感式和振
频式等。

2、温度测量有哪几种常用元件？
答：有热电阻，热电偶，双金属温度计，膨胀式温度计。

3、简述热电偶的测温原理？
答：热电偶测温的基本原理是热电效应。

把任意两种不同的导体（或半导体）连接成闭合回路，如果两接点的温度不等，在回路中就会产生热电动势，形成电流，这就是热电效应。

4、在分度号S、K、E三种热电偶中，100℃时的电势哪种最大？哪种最小？
答：１００℃时，
（1）分度号S的热电势为0.645mV；
（2）分度号K的热电热为4.095mV；
（3）分度号E的热电势为6.317mV；
所以E热电势最大，K次之，S最小。

5、热电偶分度号B,S,K,E,T分别代表的名称是什么?
答：铂铑30-铂铑6，铂铑10-铂，镍铬-镍硅，镍铬-康铜，铜-康铜。

6、流量测量仪表的分类有哪几种？
答：1、节流式流量计 2、转子流量计3、电磁流量计4、容积式流量计
5、流体振动式流量计
6、超声波流量计
7、质量流量计
8、差压式流量计
7、物位仪表的分类有哪几种？
答：物位测量仪表的种类很多，按液位、料位和界位来可分：
（1）液位仪表：浮力式（浮筒、浮球、浮标、沉筒）、静压式（压力式、差压式）、电容式、电感式、电阻式、超声波式、微波式等。

（2）界位仪表：浮力式、差压式、电极式、超声波式等。

（3）料位仪表：重锤探测式、音叉式、超声波式、激光式、放射性式等。

8、气动薄膜执行机构有何特点？有哪两种形式？
答：气动薄膜执行机构结构简单，动作可靠，维修方便，价格低廉，是一种应用最广的执行机构，分为正，反作用两种形式。

9、电动执行器由哪几部分组成？简述其作用？
答：主要由伺服放大器和执行器两大部分组成，电动执行器是电动单元组合
仪表中的执行单元，以伺服电动机为动力的位置伺服机构。

电动执行器接受调节器来的0~10mA或4~20mA的直流信号，将其线性地转换成0~90°的机构转角或直线位置位移，用以操作风门、挡板、阀门等调节机构，以实现自动调节功能。

10、气动调节阀有哪两种执行机构？
答：气动调节阀有气动薄膜执行机构和气动活塞执行机构。