仪表工手册.docx

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仪表工手册

--关于压力等级--

我们通常所用的PN，CLass，都是压力的一种表示方法，所不同的是，它们所代表承受的压力对应参照温度不同，PN欧洲体系是指在120℃下所对应的压力，而CLass美标是指在425.5℃下所对应的压力。

所以在工程互换中不能只单纯的进行压力换算，如CLass300#单纯用压力换算应是2.1MPa，但如果考虑到使用温度的话，它所对应的压力就升高了，根据材料的温度耐压试验测定相当于5.0MPa。

相对应于国外，常用的压强单位是“psi”，单位是“1pound/inch2”,就是“磅/平方英寸”，英文全称为Poundspersquareinch。

但是更常用的是直接称呼其质量单位，即磅（LB.），实际这LB.就是前面提到的磅力。

把所有的单位换成公制单位就可以算出：

1psi=1磅/inch2≈0.068bar，1bar≈14.5psi≈0.1MPa，欧美等国家习惯使用psi作单位。

序号

ANSI标准压力级Class

MPA

BAR

KGF/CM2

1

150

2.0

20

20.4

2

300

5.0

50

51.0

3

400

6.8

8

69.4

4

600

10.0

100

102.0

5

800

13.5

1358

137.7

6

900

15.0

150

153.0

7

1500

25.0

250

255.0

8

2500

42.0

420

428.0

9

3000

50.5

505

515.0

10

3500

59.0

590

601.0

1LB=1psi（poundspersquareinch磅/平方英寸）=kgf/cm2

1磅=公斤≈0.9公斤1inch=25.4㎜

第1篇基础知识

一、仪表基础知识

仪表的主要性能指标：

精确度（又称精度）、变差、灵敏度。

⑴精确度：

仪表精确度简称精度，又称准确度，简言之就是仪表测量值接近真值的准确程度，通常用相对百分误差来表示：

§=△x/（标尺上限值-标尺下限值）或表示为§=△x/测量范围。

其中△x为绝对误差，等于被测参数测量值与被测参数标准值之差。

标准值：

精确度比被测仪表高3～5倍的标准表测得的数值。

精确度是仪表很重要的一个质量指标，常用精度等级来规范和表示，精度等级就是最大相对百分误差去掉正负号和%。

按照国家统一规定划分的等级有0.005、0.02、0.05、0.1、0.2、0.35、0.5、1.0、1.5、2.5、4等。

数字越小，说明仪表精确度越高。

⑵变差：

仪表被测变量（可理解为输入信号）多次从不同方向达到同一数值时，仪表指示值之间的最大差值。

或者说是仪表在外界条件不变的情况下，被测参数由小到大变化（正向特性）和被测参数由大到小变化（反向特性）不一致的程度，两者之差即为变差。

⑶灵敏度：

仪表对被测参数变化的灵敏程度，或者说是对被测量变化的反应能力。

二、仪表常用图例符号

1、常用图形符号

a）

测量点：

由过程设备或管道符号引到仪表圆圈的连接引线的起点。

⑵连接线：

仪表圆圈与过程测量点的连接引线。

气压信号线导压毛细管

⑶分散控制系统图形符号：

（a）分散控制系统仪表图形符号；（直径12㎜或10㎜）

（b）分散控制系统一个部件的计算机功能图形符号；（对角线长12㎜或10㎜）

（c）分散控制系统内部连接的可编程序逻辑控制器功能图形符号。

（外正方形边长12㎜或10㎜）

⑷调节阀体图形符号:

截止阀球阀蝶阀

闸阀

2、自控专业常用英文缩写

H-High高；L-Low低；

ON开；OFF关；

AC-Alternatingcurrent交流电；DC-Directcurrent直流电；

FC-Failclosed故障关；FO-Failopen故障开；

FI-Failindeterminate故障时任意位置；FL-Faillocked故障时保位；

IA-Instrumentair仪表空气；PA-Plantair工厂空气；

MAX-Maximum最大；MIN-Minimum最小；

RTD-Resistancetemperaturedetector热电阻；

DCS-Destributedcontrolsystem集散控制系统；

ESD-EmergencyShutDown紧急停车系统；

三、计量知识

1、国际单位制的基本单位

长度-米，m；质量-千克，kg;时间-秒，S;电流-安[培]，A；

2、国际单位导出单位

频率-赫兹，Hz;压力-帕，Pa；

3、可与国际单位制并用的我国法定计量单位

时间：

分（min）、小时（h）、天（d）；

平面角：

度（°）；

转速：

转每分（r/min或RPM）;

体积：

升（L）

4、企业计量标准

为了保证检测与过程控制仪表的完好，需要定期进行修理和校正，根据中华人民共和国计量法和有关法规的要求，这些仪表以及其他计量器具要定期进行检定，企业根据生产经营管理和保证产品质量的要求，有必要建立量值传递标准，也称企业计量标准。

企业计量标准通常分为两个部分，一是企业最高标准，二是次级标准，也称工业标准。

5、常用的计量器具

直流数字电压表、直流数字万用表、标准电阻箱、标准压力表、标准直流电压电流源、标准气压源。

四、电工与电子学知识

1、供电系统

⑴供电的质量指标：

电压、频率稳定性、供电可靠性。

对于检测与过程控制系统，电源质量要求以下几项指标：

1电源电压及允许偏差:

Ⅰ、交流：

220V±10%Ⅱ、直流：

24V（+10%\-3%）

2电源频率及允许偏差：

50Hz±1Hz

2、UPS

⑴UPS工作原理UPS是交流不间断电源装置（UninterruptedPowerSupplySystem）的简称，是一种高可靠性交流电源设备。

UPS通常由两套系统构成，一套用蓄电池储能，另一套直接使用交流电网，两者互为备用，通过电子开关切换，一旦电网突然停电或供电质量不符合要求，另一套能立即投入使用，时间在几毫秒之内。

⑵UPS主要部件有逆变器、电子开关器件、蓄电池。

3、熔断器

熔断器是用于过载和短路保护的电器，俗称保险，主要由绝缘管（熔管）和熔体组成。

五、工艺与安全知识

1、工艺知识

化工企业的特点是高温、高压、易燃易爆、有毒。

1高温：

指温度在200℃以上；

2高压：

指压力大于6.3MPa；

3易燃易爆介质：

指闪点在28℃以下介质（属甲类防爆等级）及80℃以下低沸点介质；

4有毒介质一般指对人的机体能引起功能障碍、疾病，甚至死亡的介质，如苯酚、氯气、硫化氢、一氧化碳。

2、隔离

隔离是防腐的一种方法。

隔离还广泛使用在测量粘度高、含固体介质的液体、有毒介质，或在常温下可能汽化、冷凝、结晶、沉淀的介质等场合。

隔离通常用隔离膜片或隔离液将被测介质与仪表传感部件或测量管线隔离，达到防腐作用。

膜片隔离常用在膜片压力表也称隔膜压力表上，我们主要介绍用隔离液进行隔离。

隔离液常用于流量、压力、液位测量系统的测量管线上，采用管内隔离和容器隔离两种形式。

隔离液在选择的时候应注意的原则：

①化学稳定性好，与被测介质不发生化学作用；②与被测介质不互溶，不发生物理作用；③与被测介质具有不同的密度，且密度差值尽可能大，分层明显；④对仪表和测量管线无腐蚀；⑤沸点高，挥发性小；⑥不结冻。

常用的隔离液有乙二醇、变压器油、硅油、四氯化碳、煤油、甘油等。

管内隔离

容器隔离

3、易燃易爆场所仪表操作注意事项

在易燃易爆场所，仪表工从事仪表维护、故障处理时要注意以下安全事项：

1首先要了解工作场所易燃易爆等级、危险性程度以及对电气设备的防爆要求；

2具体操作时，必须由两人以上作业；

3对仪表进行故障处理，需和工艺人员联系，并取得他们同意后方可进行；

4电动仪表拆装必须先断开电源；

5带联锁的仪表先解除联锁（切换手动），再进行维护、修理；

6使用工具要合适，如敲击时，应使用木锤或橡胶锤，必要时用铜锤，不能用钢锤，避免敲击出现火花；

7照明灯具必须符合防爆要求，采用安全电压，用防爆接头；

8进入化工设备、容器内进行检修，必须进行气体取样分析，分析结果表明对人体没有影响，在设备内动火符合安全防爆规范时，才能进入；

9在易燃易爆场所进行动火作业时，必须要办理动火证，经企业安全部门同意后才能进行。

动火时要派人进行监护，一旦发生火情，及时扑灭；

10不要在有压力的情况下拆卸仪表，对于法兰式差压变送器，应先卸下法兰下边两个螺栓，用改锥敲开一个缝，排气、排残液，然后再拆卸仪表；

11仪表电源、信号电缆接线要符合防爆电气对接线的要求，防止可燃性或腐蚀性气体进入仪表内部。

4、几种有毒物质的理化性质和毒性

1、一氧化碳（CO）

⑴理化性质：

气体，无色无味无刺激性，密度是0.967g/cm3，微溶于水，易溶于氨水，有剧毒。

⑵对人体的危害：

能和血液中的血红蛋白结合，妨碍其输氧功能，造成缺氧。

当空气中CO浓度为400mg/m3时，会出现头痛、恶心、虚脱等症状。

浓度达到1000mg/m3以上时，出现昏迷、痉挛以至于死亡。

100mg/m3以上时，长时间的暴露也有不良的影响，会造成神经及心血管等系统受损，并可引起“急性CO中毒神经系统后发症”。

2、硫化氢（H2S）

⑴理化性质：

是无色有臭鸡蛋气味的气体，密度是1.1906g/cm3，能溶于水、乙醇及甘油，化学性质稳定，在空气中易燃烧。

⑵对人体的危害：

为强烈神经毒物。

低浓度对呼吸道及眼睛的局部刺激作用明显，高浓度引起急性肺水肿及使呼吸与心脏骤停，严重中毒引起痉挛，昏迷，甚至死亡。

慢性中毒可引起神衰症候群，或伴发心动过速或过缓，食欲减退，恶心与呕吐等。

3、氨气（NH3）

⑴理化性质：

无色气体，有强烈刺激性臭味。

密度0.5971g/cm3，易液化成液体。

⑵对人体的危害：

刺激眼睛、呼吸道及有腐蚀作用。

引起呼吸困难、支气管炎、肺充血、肺水肿等。

浓度过高时可使神经系统兴奋性增强，引起痉挛。

4、甲醛（HCHO）

⑴理化性质：

为无色气味，有特殊刺激气味。

对空气的密度为1.067，易溶于水、醇、醚。

⑵对人体的危害：

为刺激性毒物，对黏膜有刺激作用。

能使蛋白质凝固。

当空气中浓度2.4-3.6mg/m3时，开始出现刺激症状；5-6mg/m3以上，即有不适感，可致结合膜炎、鼻炎、咽炎等；浓度高时可发生喉痉挛、声门水肿及气管炎，并能抑制汗腺分泌。

长期接触，使皮肤干燥、皱裂、手掌角化，及引起皮炎。

5、铅（Pb）

⑴理化性质：

灰白色质软的金属。

密度为11.3g/cm3。

⑵对人体的危害：

铅主要危害神经系统、造血系统、消化系统和肝、肾等器官。

铅能抑制血红蛋白的合成代谢过程，还能直接作用于成熟红细胞。

进入血液循环的铅能迅速分布到骨骼、肝、肾、脑等器官，体内大部分铅储存于骨骼中。

中毒早期常感乏力、肢体轻度酸痛，口内有金属味和流涎多。

继之表现：

①有神经衰弱症候群、周围神经炎，重症患者可出现精神障碍等中毒性脑炎；②食欲不振、恶心、呕吐、便秘、腹绞痛，有的出现中毒性肝炎、肝坏死；③引起铅中毒性贫血；④重病例对肾脏有损害，可出现蛋白尿。

六、自控专业标准体系表标准代号含义

1、国内标准代号

2、国外标准代号

第2篇仪表与控制系统

一、检测仪表

1、温度检测与仪表

⑴温度测量的基本概念：

温度是表征物体冷热程度的物理量。

⑵温度测量仪表的分类：

按照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；但因测量元件与被测介质需要进行充分的热交换，故需要一定的时间才能达到平衡，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、测温距离、烟尘和水汽等外界因素的影响，其测量误差较大。

⑶工业上常用的温度检测仪表的分类

①接触式：

热电偶、热电阻、双金属温度计；

②非接触式

红外线-测温时，不破坏被测温度场，响应快，测温范围大；易受外界干扰，标定困难。

2、热电偶

Ⅰ、热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。

优点：

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；

测量范围广，常用的热电偶从-50～1600℃均可连续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269℃（如金铁-镍铬），最高可达2800℃；

构造简单，使用方便。

Ⅱ、热电偶的测温原理

当组成热电偶的热电极的材料均匀时，其热电势的大小与热电极本身的长度和直径大小无关，只与热电极材料的成分及两端的温度有关。

因此，用各种不同的导体或半导体材料可做成各种用途的热电偶，以满足不同温度对象测量的需要。

Ⅲ、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。

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供选用。

非标准化热电偶在使用范围或数量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。

Ⅳ、按照热电偶的用途不同，常制成以下几种形式：

①普通型热电偶

②铠装热电偶铠装热电偶又称缆式热电偶，是由热电极、绝缘材料和金属保护管三者结合，经拉制而成一个坚实的整体。

铠装热电偶具有体积小、精度高、动态响应快、耐振动、耐冲击、机械强度高、可挠性好、便于安装等优点，广泛用于航空、原子能、电力、冶金和石油化工部门。

③表面热电偶表面热电偶主要用来测量圆弧形表面温度。

它的测温结构分为凸形、弓形和针形。

④薄膜式热电偶：

用真空蒸镀的方法，将热电极沉积在绝缘基板上而成的热电偶。

这种热电偶可以做得很薄，而且尺寸可做得很小。

它的特点是热容量小，响应速度快，适用于测量微小面积上的瞬变温度。

5快速消耗型热电偶这是一种专为测量钢水及熔融金属温度而设计的特殊热电偶。

热电极是由直径为0.05-0.1㎜的铂铑10-铂铑30等材料制成，且装在外径为1㎜的U型石英管内，构成测温的敏感元件。

特点：

当其插入钢水后，保护帽瞬即熔化，热电偶工作端立刻暴露于钢水中，由于石英管和热电偶的热容量都很小，因此能很快反应出钢水的温度，反应时间一般为4-6秒。

在测出温度后，热电偶和石英保护管都被烧坏，因此它只能一次性适用。

Ⅴ、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，而测量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长热电极，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，还需要采用其他修正方法来补偿冷端温度不等于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℃。

常用热电偶补偿导线的型号说明：

3、一体化热电偶温度变送器

一体化热电偶温度变送器是国内新一代超小型温度检测仪表。

它主要由热电偶和热电偶温度变送器模块组成，可用以对各种液体、气体、固体的温度进行检测，应用于温度的自动检测、控制的各个领域，也使用于各种仪器以及计算机系统的配套使用。

4、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。

其中铂热电阻的测量精度是最高的。

1、测量原理和结构

Ⅰ、热电阻的测量原理、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。

材料：

热电阻大部分是由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜。

Ⅱ、结构

铂热电阻结构图

被测温度的变化是直接通过热电阻阻值变化来测量的，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，一般采用三线制或四线制。

2、铠装式热电阻

铠装式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。

3、一体化热电阻温度变送器

一体化热电阻温度变送器与一体化热电偶温度变送器一样，将热电阻与变送器融为一体，把温度值经热电阻检测后，转换成4～20mADC的标准信号输出。

5、压力检测与仪表

1、概述

压力是工业生产中的重要参数之一，为了保证生产正常运行，必须对压力进行检测和控制。

这里所说的压力，实际上是物理概念中的压强，即垂直作用在单位面积上的力。

绝对压力-被测介质作用在容器单位面积上的全部压力；

大气压力-地面上的空气柱所产生的平均压力；

表压力-绝对压力与大气压力之差；

真空度-表压力为负值时，负压力值的绝对值；

2、压力的测量与压力计的选择

Ⅰ、压力的测量原理可分为液柱式、弹性式、电阻式、电容式、电感式、振频式。

Ⅱ、就地压力指示：

当压力在2.6KPa～69MPa时，可采用膜片式压力表、波纹管压力表、波登管压力表。

Ⅲ、远距离压力显示：

若需要进行远距离压力显示时，一般用压力变送器。

1151变送器原理结构图：

6、流量检测与变送

1、概述

流量是工业生产过程中的另一个重要参数。

流量的定义：

单位时间内流经某一截面积的流体数量。

可用体积流量或者质量流量来表示，常用的单位有：

m3/h、L/h、kg/h等。

流量计是指测量流体流量的仪表，它能指示和记录某瞬时流体的流量值。

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流量的仪表。

如差压式流量计、电磁流量计、叶轮水表等。

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数据。

如椭圆齿轮流量计、腰轮流量计、活塞式流量计等。

2、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，仍是目前炼油、化工生产中使用最广的一种流量测量仪表。

3、标准孔板

4、电磁流量计

电磁流量计是电磁感应定律的具体应用，当导体的被侧介质垂直于磁力线方向流动时，在与介质流动和磁力线都垂直的方向上产生一个感应电动势Ex。

5、超声波流量计

6、质量流量计

在工业生产过程中，有时需要测量流体的质量流量。

质量流量是指在单位时间内，流经封闭管道截面处的质量。

常用的是科氏力质量流量计。

7、物位检测仪表