2022/12/141儀表基礎(chǔ)知識(shí)介紹2022/12/142第一章儀表及自動(dòng)化的基本知識(shí)1·儀表及自動(dòng)化的產(chǎn)生和發(fā)展2·儀表的常用信號(hào)簡(jiǎn)介3·儀表的分類4·儀表的工作原理

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儀表發(fā)展已有悠久的歷史。據(jù)《韓非子·有度》記載，中國(guó)在戰(zhàn)國(guó)時(shí)期已有了利用天然磁鐵制成的指南儀器，稱為司南。古代的儀器在很長(zhǎng)的歷史時(shí)期中多屬用以定向、計(jì)時(shí)或供度量衡用的簡(jiǎn)單儀器。

17～18世紀(jì)，歐洲的一些物理學(xué)家開(kāi)始利用電流與磁場(chǎng)作用力的原理制成簡(jiǎn)單的檢流計(jì)；利用光學(xué)透鏡制成的望遠(yuǎn)鏡，奠定了電學(xué)和光學(xué)儀器的基礎(chǔ)。其它一些用于測(cè)量和觀察的各種儀器也遂逐漸得到了發(fā)展。

19世紀(jì)到20世紀(jì)，工業(yè)革命和現(xiàn)代化大規(guī)模生產(chǎn)促進(jìn)了新學(xué)科和新技術(shù)的發(fā)展，后來(lái)又出現(xiàn)了電子計(jì)算機(jī)和空間技術(shù)等，儀器儀表因而也得到迅速的發(fā)展。現(xiàn)代儀器儀表已成為測(cè)量、控制和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化必不可少的技術(shù)工具。

儀表的發(fā)展歷史：2022/12/144

工業(yè)自動(dòng)化儀表重點(diǎn)發(fā)展基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的主控系統(tǒng)裝置及智能化儀表、特種和專用自動(dòng)化儀表；全面擴(kuò)大服務(wù)領(lǐng)域，推進(jìn)儀器儀表系統(tǒng)的數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化，完成自動(dòng)化儀表從模擬技術(shù)向數(shù)字技術(shù)的轉(zhuǎn)變，5年內(nèi)數(shù)字儀表比例達(dá)到60%以上；

儀表發(fā)展的趨勢(shì)儀表的分類一、常規(guī)儀表二、主控室DCS及PLC2022/12/145常用儀表的信號(hào)儀表常用的電信號(hào)包括：4—20mADC信號(hào)1—5VDC信號(hào)脈沖信號(hào)RTD（熱電阻）PT100信號(hào)mV信號(hào)(熱電偶)2022/12/146最常使用的一個(gè)工具2022/12/147萬(wàn)用表萬(wàn)用表又叫多用表、復(fù)用表。萬(wàn)用表分為指針式萬(wàn)用表和數(shù)字萬(wàn)用表引。是一種多功能、多量程的測(cè)量?jī)x表，一般萬(wàn)用表可測(cè)量直流電流、直流電壓、交流電流、交流電壓、電阻等，還可以測(cè)交流電流、電容量、電感量。甚至是頻率和三極管的放大倍數(shù)。儀表里常見(jiàn)用來(lái)測(cè)量4-20mADC電流信號(hào)、交流電壓。24VDC電壓信號(hào)、回路的通斷等注意一點(diǎn)就是測(cè)量不同的條件要將表筆更換到相應(yīng)的插孔2022/12/148常規(guī)儀表的分類一、壓力儀表二、溫度儀表三、流量?jī)x表四、液位儀表五、特殊儀表（振動(dòng)、位移等）六、分析儀表2022/12/1492022/12/1410

溫度儀表

玻璃管溫度計(jì)雙金屬溫度計(jì)

壓力式溫度計(jì)

熱電阻

熱電偶

溫度變送器

溫度開(kāi)關(guān)

非接觸式溫度計(jì)

2022/12/1411玻璃管溫度計(jì)：這種溫度表非常簡(jiǎn)單、普通。目前高精度的往往使用在儀表校驗(yàn)間實(shí)驗(yàn)室內(nèi)。由于價(jià)格便宜，目前工廠內(nèi)還有應(yīng)用。2022/12/1412由于兩種金屬的熱膨脹系數(shù)不同，雙金屬片在溫度改變時(shí)，兩面的熱脹冷縮程度不同，因此在不同的溫度下，其彎曲程度發(fā)生改變。利用這一原理，制成溫度計(jì)叫雙金屬溫度計(jì)。雙金屬溫度計(jì)2022/12/1413壓力式溫度計(jì)壓力表式溫度計(jì)的測(cè)量原理

壓力表式溫度計(jì)是根據(jù)在封閉容器中的液體、氣體或低沸點(diǎn)液體和飽和蒸汽，受熱后體積膨脹或壓力變化這一原理而制作的，并用壓力來(lái)測(cè)量這種變化，從而測(cè)得溫度。壓力表式溫度計(jì)主要由以下三部分組成：1.溫包——溫包是直接與被測(cè)介質(zhì)相接觸來(lái)感受溫度變化的元件，因此要求它具有高的強(qiáng)度，小的膨脹系數(shù)，高的導(dǎo)熱率以及抗腐蝕等性質(zhì)，根據(jù)所充工作介質(zhì)和被測(cè)介質(zhì)的不同，溫包可用銅合金，鋼或不銹鋼來(lái)制造。2.毛細(xì)管——它是用銅或鋼等材料冷拉成的無(wú)縫圓管，用來(lái)傳遞壓力的變化。3.彈簧管——它就是一般壓力表用的彈性元件。2022/12/1414熱電阻熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測(cè)器。它的主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱電阻的測(cè)量精確度是最高的，它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)溫，而且被制成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀。熱電阻測(cè)溫原理：熱電阻測(cè)溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來(lái)進(jìn)行溫度測(cè)量的。熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應(yīng)用最多的是鉑和銅。

常用的普通工業(yè)型熱電阻主要有:

1.鉑熱電阻:廣泛用來(lái)測(cè)量(-200～850)℃范圍內(nèi)的溫度。在少數(shù)情況下，低溫可測(cè)至1K，高溫可測(cè)至1000℃。其物理、化學(xué)性能穩(wěn)定，復(fù)現(xiàn)性好，但價(jià)格昂貴。鉑熱電阻與溫度是近似線性關(guān)系。其分度號(hào)主要有Pt10和Pt100。

2.銅熱電阻:廣泛用來(lái)測(cè)量(-50～150)℃范圍內(nèi)的溫度。其優(yōu)點(diǎn)是高純銅絲容易獲得，價(jià)格便宜，互換性好，但易于氧化。銅熱電阻與溫度呈線性關(guān)系。其分度號(hào)主要有Cu50和Cu100。

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煤制油項(xiàng)目中采用了大量的PT100型號(hào)的鉑熱電阻體。又分為單支、雙支。PT100類型電阻體對(duì)應(yīng)0℃時(shí)阻值為100Ω。標(biāo)準(zhǔn)的熱電阻回路國(guó)內(nèi)一般采用三線制，采用三線制是為了消除連接導(dǎo)線電阻引起的測(cè)量誤差。這是因?yàn)闇y(cè)量熱電阻的電路一般是不平衡電橋。熱電阻作為電橋的一個(gè)橋臂電阻，其連接導(dǎo)線（從熱電阻到中控室）也成為橋臂電阻的一部分，這一部分電阻是未知的且隨環(huán)境溫度變化，造成測(cè)量誤差。采用三線制，將導(dǎo)線一根接到電橋的電源端，其余兩根分別接到熱電阻所在的橋臂及與其相鄰的橋臂上，這樣消除了導(dǎo)線線路電阻帶來(lái)的測(cè)量誤差。熱電阻將鉑熱電阻體的電阻信號(hào)直接轉(zhuǎn)換為4~20mADC的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)一體化儀表就是溫度變送器中比較常見(jiàn)的一種。2022/12/1416熱電阻接線方式。圖1

熱電阻的三線制圖2

熱電阻的三線制接法制2022/12/1417熱電偶熱電偶是中高溫區(qū)最常用的一種溫度檢測(cè)元件。它的主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定。它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)溫，而且被制成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀。熱電偶的工作原理

兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B焊接起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)閉合回路。當(dāng)導(dǎo)體A和B的兩個(gè)執(zhí)著點(diǎn)1和2之間存在溫差時(shí)，兩者之間便產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì),因而在回路中形成一個(gè)大小的電流,這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱電偶就是利用這一效應(yīng)來(lái)工作的。熱電偶按材料分最常用的為K型（4.096mV）K鎳鉻--鎳硅-200-+1000℃,E型(6.319mV),鎳鉻銅鎳-200-+700℃。

2022/12/1418如圖所示，兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B焊接起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)閉合回路。置于被測(cè)溫度為t的介質(zhì)中，稱為工作段，另一端為自由端，放在溫度為t0的恒定溫度下，當(dāng)工作段的被測(cè)介質(zhì)溫度發(fā)生變化時(shí)，熱電勢(shì)也隨溫度發(fā)生一定規(guī)律的變化。熱電偶產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)，其大小只與電極材料與兩端的溫差有關(guān)，而與熱電極的長(zhǎng)度和直徑的粗細(xì)無(wú)關(guān)。采用熱電偶為測(cè)量元件的變送器稱之為熱電偶溫度變送器。從外觀上看，熱電阻和熱電偶溫度變送器沒(méi)有太大的區(qū)別。2022/12/1419熱電偶產(chǎn)生熱電勢(shì)的條件是兩熱電極材料相異、兩接點(diǎn)溫度相異。2022/12/1420溫度變送器的作用:有人說(shuō)是測(cè)量溫度的，這是不對(duì)的。其作用是將檢測(cè)的熱電偶或測(cè)熱電阻等溫度信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)的儀表信號(hào)如4-20mADC,或者1-5VDC.2022/12/1421溫度開(kāi)關(guān)溫度開(kāi)關(guān)傳統(tǒng)的溫度開(kāi)關(guān)多為機(jī)械式，其分為：蒸氣壓力式溫控器、液體膨脹式溫控器、氣體吸附式溫控器、金