熱工儀表測量基礎(chǔ)知識(shí)（熱控培訓(xùn)教材）前言：什么是過程控制過程控制一般是指冶金、石油、化工、電力、輕工、建材等工業(yè)部門生產(chǎn)過程的自動(dòng)化，即通過采用各種自動(dòng)化儀表、計(jì)算機(jī)等自動(dòng)化技術(shù)工具，對(duì)生產(chǎn)過程中的某些物理參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)檢測、監(jiān)督和控制，以達(dá)到最優(yōu)化的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，提高經(jīng)濟(jì)效率和勞動(dòng)生產(chǎn)力，節(jié)約能源，改善勞動(dòng)條件和保護(hù)環(huán)境衛(wèi)生等目的。過程控制系統(tǒng)是指自動(dòng)控制生產(chǎn)過程中的溫度、壓力、流量、液位、成分分析等這樣的一些變量，并且使這些變量穩(wěn)定在某一范圍，或按預(yù)定的規(guī)律變化的系統(tǒng)。例如在圖一中所示的槽內(nèi)液位控制：

人工控制時(shí)如圖1－a所示：

由人的眼睛來觀察槽內(nèi)液位的高低，然后，由人的大腦來進(jìn)行判斷：是低了，還是正常。如果他覺得低了，就會(huì)用手去將進(jìn)液閥開大些；如果他覺得高了，就會(huì)用手去將進(jìn)液閥關(guān)小些。（這里只會(huì)低，不會(huì)高，為什么？）

自動(dòng)控制時(shí)如圖1－b所示：

用一套液位自動(dòng)控制系統(tǒng)來取代人的這一切工作：

用液位計(jì)來代替人的眼睛；用指示、調(diào)節(jié)儀表來代替人的大腦；用自動(dòng)控制閥來代替人的手。

這就是液位自動(dòng)控制系統(tǒng)：該系統(tǒng)由三個(gè)部分組成：檢測儀表，調(diào)節(jié)儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。這就是組成自動(dòng)控制系統(tǒng)的三要素，這是最基本的控制系統(tǒng)。也叫反饋控制系統(tǒng)、定值控制系統(tǒng)。自動(dòng)控制系統(tǒng)由三個(gè)部分組成：

第一部分：檢測儀表

檢測儀表是用來檢測工藝過程參數(shù)的儀表（也叫一次儀表），它是工人的眼睛，它能檢測工藝過程的大部分參數(shù)，這是人所做不到的。例如：物質(zhì)的成份分析（如：酸濃、SO2、O2，PH等）流量、液位、濕度、壓力、轉(zhuǎn)速、溫度、重量、位移、振動(dòng)等。

這些測量有的是直接測量出來的，但是大部分參數(shù)是不可能直接測量出來的，要用間接測量的方法才能測量出來。

這其中溫度、壓力、流量、液位等又是用的最多的。

以前冶金行業(yè)的儀表以測溫度為主，故叫“熱工儀表”；而化工行業(yè)的儀表以分析儀表較多，故叫“化工儀表”?，F(xiàn)在都統(tǒng)稱“自動(dòng)化儀表”。每一個(gè)參數(shù)的測量又有各種各樣的測量方法，根據(jù)不同的工藝采用不同的方法。

例如溫度的測量：

測低溫的有鉑電阻溫度計(jì)、測高溫的有熱電偶溫度計(jì)、測更高溫的有輻射高溫計(jì)、測冰銅溫度的有快速熱電偶、現(xiàn)場指示的有雙金屬溫度計(jì)等等。

液位的測量有：

接觸式的：吹氣泡式液位計(jì)、單法蘭液位計(jì)、雙法蘭液位計(jì)、電容式液位計(jì)、電極式液位計(jì)等。

非接觸式的：超聲波液位計(jì)、雷達(dá)液位計(jì)等。

第二部分：指示、調(diào)節(jié)儀表

指示、調(diào)節(jié)儀表是控制系統(tǒng)的核心，相當(dāng)于人的大腦，一般稱為“二次儀表”。這種儀表以前都是單體儀表，就是一臺(tái)儀表只有一個(gè)功能，如：指示儀、調(diào)節(jié)器、記錄儀、報(bào)警器等。最早是從蘇聯(lián)引進(jìn)的大型儀表，有大園圖、大長圖等；后來，我國儀表行業(yè)的科技工作者自己開發(fā)、研制了新的系列儀表，如：“DDZⅡ型”（電動(dòng)單元組合儀表）、“DDZⅢ型”（電動(dòng)單元組合儀表）、后來又開發(fā)、研制了新的數(shù)字顯示控制儀（簡稱數(shù)顯儀）；80年代初從日本引進(jìn)了“EK系列儀表”、“I系列儀表”等。

現(xiàn)在大多數(shù)用DCS系統(tǒng)（數(shù)字控制系統(tǒng)，又稱集散系統(tǒng)：分散控制、集中管理）、PLC系統(tǒng)（可編程序控制器）。一套DCS系統(tǒng)或PLC系統(tǒng)可以完成以前單體儀表所有的功能。

PLC控制系統(tǒng)的特長是用于開關(guān)控制，故現(xiàn)在很多電氣設(shè)備都隨機(jī)帶來PLC控制系統(tǒng)，最小的控制系統(tǒng)甚至只有幾個(gè)檢測點(diǎn)。但是若模擬信號(hào)太多，則用PLC系統(tǒng)就不太合適，成本太高（模擬卡較貴）。

DCS系統(tǒng)是一種綜合控制系統(tǒng)，即能進(jìn)行模擬控制，又能進(jìn)行數(shù)字控制，系統(tǒng)可大可小，大到幾萬點(diǎn)，小到幾十點(diǎn)；自從微軟公司開發(fā)出“WINDOWS”系統(tǒng)以后，組態(tài)又方便，故DCS系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用，一般新上一個(gè)項(xiàng)目都會(huì)采用DCS系統(tǒng)。另外，還有一種氣動(dòng)儀表：

儀表不是用電驅(qū)動(dòng)，而是用壓縮空氣驅(qū)動(dòng)，故叫氣動(dòng)儀表。同樣有“QDZⅡ型”“QDZⅢ型”（氣動(dòng)單元組合儀表）等，所有儀表的信號(hào)（測量值、設(shè)定值、輸出值等）都是用氣傳送的。這里對(duì)壓縮空氣的質(zhì)量要求很嚴(yán)：無水、無油、無雜質(zhì)等。第三部分：執(zhí)行機(jī)構(gòu)

執(zhí)行機(jī)構(gòu)的種類：

執(zhí)行機(jī)構(gòu)的種類有各種各樣的。除了常用的各種氣動(dòng)和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥外，很多電氣設(shè)備都可以作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)。例如風(fēng)機(jī)、泵、攪拌機(jī)、加熱器等。

作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)用的最多的還是各種各樣的調(diào)節(jié)閥。

所有的調(diào)節(jié)閥都由兩部分組成：驅(qū)動(dòng)部分和執(zhí)行部分。

驅(qū)動(dòng)部分有：氣動(dòng)簿膜、氣缸、電磁閥，還有電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

執(zhí)行部分有：單座閥、雙座閥、蝶閥、球閥、隔膜閥、三通閥等。

1基礎(chǔ)知識(shí)

1.1儀表工位號(hào)的說明

就象每一個(gè)人都有一個(gè)名子一樣，每一個(gè)儀表檢測控制系統(tǒng)都有一個(gè)名稱，我們稱之為工位號(hào)（TAG）。這個(gè)工位號(hào)在一個(gè)DCS系統(tǒng)中是唯一的，絕對(duì)不能重復(fù)。儀表工位號(hào)由幾個(gè)英文字母及阿拉伯?dāng)?shù)字組成，一般最多8位，如：PICA1301、LICA1402、TICA1503等。

第一個(gè)字母是參數(shù)符號(hào)，代表生產(chǎn)過程中的各種參數(shù)，如：溫度、壓力、流量等；后面的英文字母叫功能符號(hào)，代表該儀表系統(tǒng)的各種功能，如：記錄、調(diào)節(jié)、報(bào)警等；前面2位阿拉伯?dāng)?shù)字一般代表生產(chǎn)工序（工廠總圖布置分配的子項(xiàng)號(hào)）（祥光銅業(yè)的子項(xiàng)清單）。如：熔煉蒸汽干燥系統(tǒng)是“04”；硫酸凈化系統(tǒng)是“26”；制氧站系統(tǒng)是“37”等等。后面2位阿拉伯?dāng)?shù)字一般代表該工序該參數(shù)的序號(hào)。在要超過8位時(shí)，可以去掉某些功能符號(hào)。參數(shù)符號(hào)說明：

A：成份分析（包括所有分析儀表，如：酸濃、SO2、O2，PH等）B：燒嘴、火焰、C：電導(dǎo)率、E：電壓、F：流量、G：可燃?xì)怏w、

H：手操、I：電流、J：功率、K：時(shí)間、L：液位、M：水分、濕度、P：壓力、Pd：壓力差、R：電阻、核輻射、S：轉(zhuǎn)速、頻率、T：溫度、Td：溫差；V：振動(dòng)、閥門、W：重量、X：位移、Z：振動(dòng)等。

功能符號(hào)說明：

A：報(bào)警、C：調(diào)節(jié)、E：檢測元件、G：現(xiàn)場監(jiān)視、I：指示、Q：累積、R：記錄、S：聯(lián)鎖、T：變送器、X：任意、Y：運(yùn)算、Z：緊急、CV：自力式等。不光儀表檢測控制系統(tǒng)有工位號(hào)，設(shè)備也有工位號(hào)。設(shè)備的工位號(hào)大多用于DI、DO類型點(diǎn)（一般用該設(shè)備英文名稱的第一個(gè)字母表示）。例如：

P：泵；B：風(fēng)機(jī)；A：攪拌機(jī)；E：換熱器等。

為了圖方便，也有只用“DI”、“DO”等后邊加序號(hào)表示的，如：DI0001～DI0016、DI0017～DI0032、DI0033～DI0048等，

D00001～D00016、D00017～D00032、D00033～D00048等。

這樣編方便、簡單，但不容易記。工位號(hào)的后綴：

主要是用于設(shè)備的DI、DO。有些設(shè)備有多種工作狀態(tài)，都要在DCS系統(tǒng)里體現(xiàn)出來，而在DCS系統(tǒng)里，工位號(hào)又不能相同，故在原工位號(hào)后面加后綴，以示區(qū)別。以貴溪冶煉廠亞砷酸車間DCS系統(tǒng)的一個(gè)風(fēng)機(jī)為例：

B60302：1#還原風(fēng)機(jī)

由于該還原風(fēng)機(jī)在DCS系統(tǒng)中有多種狀態(tài)，并都要參加各種程序運(yùn)算，故要在后面加上后綴。

B60302A：1#還原風(fēng)機(jī)手動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)（DI）

B60302B：1#還原風(fēng)機(jī)手動(dòng)停止（DI）

B60302C：1#還原風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)應(yīng)答（DI）

B60302D：1#還原風(fēng)機(jī)主開關(guān)送電（DI）

B60302E：1#還原風(fēng)機(jī)故障（DI）

B60302G：1#還原風(fēng)機(jī)變頻器故障（DI）

B60302F：1#還原風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)（DO）1.2電纜號(hào)的說明

從儀表室到現(xiàn)場的電纜都有一個(gè)名稱，就是電纜號(hào)，以示區(qū)別。一般電纜號(hào)和儀表的工位號(hào)差不多，只是在后面加了一個(gè)后綴“C”。例如：貴溪冶煉廠硫酸車間凈化工序硫酸2系列一級(jí)動(dòng)力波流量控制系統(tǒng)，工位號(hào)是“FIC21301”

FE21301C：硫酸2系列一級(jí)動(dòng)力波流量計(jì)電源電纜

FT21301C：硫酸2系列一級(jí)動(dòng)力波流量計(jì)信號(hào)電纜

FV21301C：硫酸2系列一級(jí)動(dòng)力波流量計(jì)閥門電纜

1.3邏輯功能符號(hào)說明：

邏輯功能符號(hào)參見圖二：杭氧圖例說明

1.4儀表圖形符號(hào)說明

：就地安裝儀表：如：PG、TG、XE、XT、XV等。

：室內(nèi)盤裝儀表

：現(xiàn)場盤裝儀表

：DCS系統(tǒng)，PLC系統(tǒng)

：可編程序控制器及聯(lián)鎖回路1.5線條說明

直線：一般代表工藝管線

虛線：一般代表儀表的信號(hào)線

直線上加兩短斜杠：一般代表氣動(dòng)信號(hào)

1.6常用符號(hào)說明：

I/O：輸入/輸出

A/M:自動(dòng)/手動(dòng)切換；

L/R:本機(jī)/遠(yuǎn)方切換（機(jī)旁/中控室切換）

AI:模擬輸入信號(hào);AO:模擬輸出信號(hào)

DI:開關(guān)（數(shù)字）輸入信號(hào);DO：開關(guān)（數(shù)字）輸出信號(hào)

PV:儀表的測量值；SP:儀表的設(shè)定值；OP:儀表的輸出值

LSP:本機(jī)設(shè)定值（平時(shí)只寫SP）；RSP：遠(yuǎn)方設(shè)定值DA:正作用；RA:反作用（調(diào)節(jié)器和閥門都適用）

PO:氣開式；PC：氣關(guān)式（閥門）FC：故障關(guān)；FO：故障開（閥門）

H：上限；HH：上上限；HHH：上上上限

L：下限；LL：下下限；LLL：下下下限

P：氣源（電源）

E：電信號(hào)；P：氣信號(hào)

E/P（I/P）：電/氣轉(zhuǎn)換器；P/E（P/I）：氣/電轉(zhuǎn)換器

P：盤面安裝；PB：盤后安裝；L：現(xiàn)場安裝；LB：現(xiàn)場盤安裝

P：比例調(diào)節(jié)；PI：比例積分調(diào)節(jié)；PID：比例積分微分調(diào)節(jié)1.8儀表的質(zhì)量指標(biāo)

1.8.1儀表的誤差

絕對(duì)誤差：絕對(duì)誤差＝M－μ儀表的指示值與其真值之差。

相對(duì)誤差：相對(duì)誤差＝（M－μ）/μ×100%

通常用相對(duì)誤差表示其測量誤差的大小，有正負(fù)誤差之分。

例如：設(shè)測得某處溫度為1645℃，而此處的真實(shí)溫度為1650℃，則其絕對(duì)誤差為－5℃（偏低5℃），而相對(duì)誤差為－0.3%；設(shè)測得其溫度為1655℃，則其絕對(duì)誤差為5℃（偏高5℃），而相對(duì)誤差為0.3%，這都在允許誤差范圍之內(nèi)。若測得其溫度為1660℃，則其絕對(duì)誤差為10℃（偏高10℃），而相對(duì)誤差為0.6%，則這次測量超過允許誤差范圍（工業(yè)測量時(shí)通常允許誤差為0.5%）。

一般被測物的真實(shí)值是不知道的，都用標(biāo)準(zhǔn)儀表測得的值代替這個(gè)值，標(biāo)準(zhǔn)儀表的精度都很高，要遠(yuǎn)高于一般檢測儀表。

一般檢測儀表要定期用標(biāo)準(zhǔn)儀表來校正（各單位內(nèi)）（每年要大修一次），而這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)儀表幾年之后又要到上級(jí)去，用更高精度的標(biāo)準(zhǔn)儀表去校正。1.8.2儀表的精度（準(zhǔn)確度）

以儀表量程范圍的百分值表示的儀表誤差稱為儀表誤差的折合值。（也就是儀表的精度）

儀表誤差的折合值＝±儀表量程范圍內(nèi)指示值的最大絕對(duì)誤差/（標(biāo)尺上限值－標(biāo)尺下限值）×100%

儀表指示誤差越小，其精度則越高，一般用±%來表示。

一般工業(yè)用的儀表誤差為±0.5%（±5‰）（精度0.5級(jí)），精度太高沒有必要，成本會(huì)高。不過，現(xiàn)在一些變送器的精度都達(dá)到了0.25級(jí)，價(jià)格也沒有提高。

但是，用于商用的儀表，則精度要高，國家規(guī)定不能低于0.1級(jí)，還要每年送檢一次。例如：貴溪冶煉廠用管道輸送硫酸賣給鄰居化肥廠，其流量計(jì)就用精度為0.1級(jí)的質(zhì)量流量計(jì)，每年還要送到廠家校驗(yàn)一次。以免大家吃虧。一般分析儀表的誤差都比較大，能達(dá)到1級(jí)（誤差±1%）就不錯(cuò)了，有的甚至只有5級(jí)。