儀表分類、結構、原理和常見儀表故障、分析、判斷、處理
2023年12月16日星期一-2023年12月21日星期六
誤差的分類
按誤差數值表示的方法分為：絕對誤差、相對誤差、引用誤差；
按誤差出現的規律分為：系統誤差（規律誤差）、隨機誤差（偶然誤差）、疏忽誤差（粗大誤差）
檢測與過程控制儀表（通常稱自動化儀表）分類方法很多很多：
根據能源分：氣動、電動、液動、核能等
根據組合：基地式、單元式、綜合控制
根據安裝：現場、盤裝、架裝
根據是否可引入計算機：智慧型、非智慧型
根據儀表訊號形式：模擬儀表、數字儀表
最通用的分類是按儀表在測量與控制系統中的作用進行劃分：檢測儀表、顯示儀表、調節儀表、執行器
第一節溫度儀表分類
溫度引數是不能直接測量的，一般只能根據物質的某些特性值與溫度之間的函式關係，實現間接測量，溫度測量的基本原理是與這些特性值的選擇密切相關的。
工業上測溫的基本原理有：
應用熱膨脹原理測溫
應用壓力隨溫度變化的原理測溫
應用熱阻效應測溫
應用熱電效應測溫
應用熱輻射原理測溫
按工作原理分：有膨脹式、熱電阻、熱電偶以及輻射等。
按測量方式分：有接觸式和非接觸式兩類。
第二節熱電偶
1、原理
熱電偶溫度計是基於熱電效應這一原理測量溫度的；它的測溫範圍很廣，可測量-200~160o℃範圍內在在特殊情況下，可測至2800 ℃的高溫。
將兩種不同的導體或半導體連線成如圖所示的閉合迴路，如果兩個接點的溫度不同（t>t0),則在迴路內會產生熱電動勢，這種現象稱為賽貝克熱電效應。圖中閉合迴路稱之為熱電偶。導體a和b稱之為熱電偶的熱電絲或熱偶絲。
熱電偶兩個接點中，置於溫度為t的被測物件中的接點稱為測量端，又稱工作端，溫度為參考溫度t0的另一端稱之為參考端，又稱自由端或冷端。
2、特點
測量精度高，測量範圍廣，構造簡單，使用方便，不受大小和形狀的限制，外有保護套管，用起來方便。
3、熱電偶的類形
8種標準化熱電偶：
s ：鉑銠10-鉑 –20～1300℃
b ：鉑銠90-鉑銠6 300～1600 ℃
k ：鎳鉻-鎳矽 -50～1000 ℃
j ：鐵-康銅 -40～750 ℃
r ：鉑銠13-鉑 -0～1600 ℃
e ：鎳鉻-康銅 -40 ～1000 ℃
t ：銅-康銅 -40 ～350 ℃
4、各種熱電偶的分度表均是在參考端即溫度t0為0 ℃的條件下得到的熱電勢與溫度之間的關係，因此，熱電偶測溫時，冷端溫度必須為0 ℃，否則將產生測量誤差。而在工業上使用時，要使冷端溫度保持在0 ℃是比較困難的，所以，必須根據不同的使用條件和要求的測量精度，對熱電偶冷端溫度採用一些不同的處理辦法，常用的方法有如下幾種：
補償導線延伸法
冰點法計算修正法
儀表零點校正法
補償電橋法
5、補償導線延伸法
熱電偶做得很長，使冷端延長到溫度比較穩定的地方。由於熱電偶本身不便於敷設，對於***熱電偶也很不經濟，因此，採用一種專用導線將熱電偶的冷端延伸出來，而這種導線也是由兩種不同金屬材料製成，在一定溫度範圍內（100 ℃以下）與所連線的熱電偶具有相同或十分相近的熱電特性，其材料也是廉價金屬，將這種導線稱為補償導線。
注意：無論是補償型還是延伸型，補償導線本身並不能補償熱電偶冷端溫度的變化，只是起到熱電偶冷端延伸作用，改變冷位置。在規定的範圍內，由於補償導線熱電特性不可能與熱電偶完全相同，因而仍存在一定的誤差。
6、計算修正法
當熱電偶冷溫度不是0 ℃而是t0時，測得的熱電偶迴路中的熱電勢為e(t, t0)。可採用正式進行修正：
e(t, 0)= e(t, t0)+ e(t0, 0)
只適用於實驗室或臨時性測溫的情況，而對於現場的連續測量顯然是不實用的
7、常見故障原因及處理
第三節熱電阻
熱電阻是中低溫區最常用的一種溫度檢測器。它的主要特點是測量精度高，效能穩定。其中鉑電阻的測量精度是最高的，可作為基準儀器。
1、測溫原理：
熱電阻溫度計是基於金屬導體或半導體電阻值與溫度成一定函式關係的原理實現溫度測量的。
2、熱電阻材料
目前，使用的金屬熱電阻材料有銅、鉑、鎳、鐵等，其中因鐵、鎳提純比較困難，其電阻與溫度的關係線性較差，純鉑絲的各種效能最好，純銅絲在低溫下效能也好，所以實際應用最廣的是銅、鉑兩種材料，並已列入了標準化生產。
鉑電阻（pt100） -200~850℃
銅電阻（cu50、cu100） -50~150℃
鎳電阻（ni100） -60~180℃
3、常見故障原因及處理
第四節壓力測量
1、基本概念
在物理概念中，壓力是垂直作用在單位面積上的力。是工業生產中的重要引數之一，在壓力測量中，常有絕對壓力、表壓力、負壓力和真空度之分。所謂絕對壓力是指被測介質作用在容器單位面積上的全部壓力，用符號pj表示。
地面上的空氣柱所產生的平均壓力稱為大氣壓力，用pq來表示。絕對壓力與大氣壓力之差，稱為表壓力，有pb來表示。即pb=pj-pq。
當絕對壓力值小於大氣壓力值時，表壓力為負值（即負壓力），此負壓力值的絕對值，稱為真空度，用pz來表示。
2、壓力測量原理
按測量原理分為兩種：
根據壓力的定義直接測量單位面積上受力的大小。
例：液柱式、彈性式
應用壓力作用於物體後所產生的各種物理效應來實現壓力。
例：電阻式：它是由金屬導體或半導體製成的電阻體，其阻值隨壓力的變化而變化。
壓電效應：當晶體受壓力作用發生機械變形時，在其相對的兩個側面上產生異性電荷的現象。
3、壓力測量儀表的分類
壓力測量原理可分為液柱式、彈性式、電阻式、電容式、電感式和振頻式等。
彈性式壓力計
將被測壓力轉換成彈性元件變形的位移。
型別：彈簧管壓力計、波紋管壓力計及膜式壓力計等。
特點：結構簡單、使用可靠、讀數清晰、**低廉，在工業上廣泛應用。
電氣式壓力計
通過機械和電氣元件將被測壓力轉換成電量（如電壓、電流、頻率等）。
結構分類：各種壓力感測器和壓力變送器。
例：電容式壓力變送器
它是由檢測和變送兩個環節組成。檢測環節感受被測壓力的變化轉換成電容量的變化 。變送環節則將電容變化量轉換成標準電流訊號4~20ma dc輸出。
測壓點的選擇
被測介質直管段
測量流動介質：取壓點與流動方向垂直。
測液體壓力：取壓點在管道下部
測氣體壓力：取壓點在管道上部
4、常見故障原因及處理
第五節流量儀表
1、基本概念
流量是單位時間內流經某一截面的流體數量。流量可用體積流量和質量流量來表示。
體積流量：流體量以體積表示時稱為體積流量。 qv=ua
質量流量：流體量以質量表示時稱為質量流量。 qm=ρqv=ρua
2、分類
工業上常用的流量儀表可分為兩大類
（1）速度式流量計：以測量流體在管道中的流速作為測量依據來計算的儀表。
（2）容積式流量計：它以單位時間內所排出的流體固定容積的數目作為測量依據。
流量測量儀表還可以有以下的分類
節流式流量計
轉子流量計
電磁流量計
容積式流量計
流體振動式流量計
超聲波流量計
質量流量計
差壓式流量計
節流裝置與差壓變送器配套測量流體的流量，是目前使用最廣的一種流量測量儀表。在管道中流動的流體具有動能和位能，在一定條件下這兩種能量可以相互轉換，但參加轉換的能量總和是不變的。節流元件測量流量就是利用這個原理來實現的。
在節流裝置中，應用最多的是孔板、噴嘴、文丘利管等。
根據能量守恆定律及流體連續原理，節流裝置的流量公式可以寫成：
q=k√△p
轉子流量計
轉子流量計又稱面積式流量計或恆壓降式流量計，也是以液體流動時的節流原理為基礎的一種流量測量儀表。其特點是可以測量多種介質的流量，壓力損失小而且穩定，反應靈敏，量程較寬，結構簡單，**便宜，使用維護方便。但轉子流量計的精度受測量介質的溫度、密度和粘度的影響，而且儀表必須垂直安裝。
原理：轉子流量計是由一段向上擴大的圓錐形管子和密度大於被測介質密度，且能隨被測介質流量大小上下浮動的轉子組成的。當液體自下而上流過時，轉子因受到液體衝擊而向上運動。
隨著轉子的上移，轉子與錐形管之間的環形流通面積增大，液體流速減低，衝擊作用減弱，直到液體作用在轉子上向上的推力與轉子在流體中的重力相平衡。此時，轉子停留在錐管中某一高度上。如果液體流量再增大，則平衡時轉子所處的位置更高；反之則相反。
因此，根據轉子懸浮的高低就可測知液體流量的大小。
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