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仪表的基础知识

　时间: 2018-03-12 11:37　　浏览:

仪表的基础知识
    常规仪表的分类
    一、压力仪表
    二、温度仪表
    三、流量仪表
    四、液位仪表
    五、分析仪表
    按功能分类

    指示类仪表包括就地显示的压力表、温度表、液位计、流量计等。
    开关类仪表常见的有温度开关、压力开关、流量开关、温度开关、液位开关等。
    变送器类仪表包括温度变送器、压力变送器、流量变送器、液位变送器等。

  定义
    检测仪表-----将检测元件、变送器及显示装置统称为检测仪表。
    一次仪表-----一般为将被测量转换为便于计量的物理量所使用的仪表，即为检测元件。一次测量仪表是与介质直接接触，是就地安装的。
    二次仪表-----将测得的信号变送转换为可计量的标准电气信号并显示的仪表。即包括变送器和显示装置。
    变送器是将传感器的输出信号转变为可被控制器识别的信号（或将传感器输入的非电量转换成电信号，同时放大以便供远方测量和控制的信号源，一般为4--20mA电流）的转换器。
    变送器通常由两部分组成：传感器和信号转换器。传感器是接受输入量的信息，并按一定规律将其装换为同种或别种性质输出变量的装置。转换器是接受一种形式的信号并按一定规律转换为另一种形式输出的装置。
    变送器主要有温度变送器、压力变送器、流量变送器、液位变送器等。

  一、压力仪表
    压力表:通过表内的敏感元件的弹性形变，再由表内机芯的转换机构将压力形变传导至指针，引起指针转动来显示压力。


压力开关
    压力开关是一种简单的压力控制装置，当被测压力达到额定值时，压力开关可发出警报或控制信号。
    压力开关的工作原理是：当被测压力超过额定值时，弹性元件的自由端产生位移，直接或经过比较后推动开关元件，改变开关元件的通断状态，达到控制被测压力的目的。

  二、温度仪表
    温度仪表主要分为玻璃管温度计、双金属温度计、压力式温度计、热电阻、热电偶、温度变送器、温度开关、非接触式温度计等
    按工作原理分：
    分为膨胀式温度计、压力式温度计、热电偶温度计、热电阻温度计和辐射高温计五类。
    按测量方式分：
    分为接触式与非接触式两大类。前者测温元件直接与被测介质接触，这样可以使被测介质与测温元件进行充分地热交换而达到测温目的；后者测温元件与被测介质不相接触，通过辐射或对流实现热交换来达到测温的目的。
    玻璃管温度计：
    这种温度表非常简单、普通。
    目前高精度的往往使用在仪表校验间实验室内。
    由于价格便宜，目前工厂内还有应用。
    双金属温度计：利用不同金属膨胀系数不同的原理，双金属片在不同的温度会有不同的弯曲度，把这个弯曲度指示出来就能显示温度。由于热膨胀系数不同，双金属片在温度改变时，两面的热胀冷缩程度不同，因此在不同的温度下，其弯曲程度发生改变。
    压力表式温度计：压力表式温度计是根据在封闭容器中的液体、气体或低沸点液体和饱和蒸汽，受热后体积膨胀或压力变化这一原理而制作的，并用压力来测量这种变化，从而测得温度。
    压力表式温度计主要由以下三部分组成：
    温包——温包是直接与被测介质相接触来感受温度变化的元件，因此要求它具有高的强度，小的膨胀系数，高的导热率以及抗腐蚀等性质，根据所充工作介质和被测介质的不同，温包可用铜合金，钢或不锈钢来制造。
    2.毛细管——它是用铜或钢等材料冷拉成的无缝圆管，用来传递压力的变化。
    3.弹簧管——它就是一般压力表用的弹性元件。
    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确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。
    热电阻测温原理：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。热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜。
    热电偶是中高温区最常用的一种温度检测元件。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。
    热电偶的工作原理：
    热电偶温度计由三部分组成：热电偶(感温元件)；电测部分（动圈仪表或电位差计）；连接热电偶和测量仪表的导线（补偿导线）。
    热电偶是由两根不同的导体或半导体材料(如上图中的A和B)焊接或绞接而成。焊接的一端称为热电偶的热端(测量端或工作端)，和导线连接的一端称为热电偶的冷端(自由端)。组成热电偶的两根导体或半导体称作热电极。把热电偶的热端插入需要测温的生产设备中，冷端置于生产设备的外面，如果两端所处的温度不同(譬如，热端温度为t，冷瑞温度为to)，则在热电偶回路中便会产生热电势E。该热电势E与热电偶两端的温度t和to均E有关。如果保持t。不变，则热电势E只是被测温度t的函数。用电测仪表测得E的数值后，便知道被测温度t的大小。
    温度开关
    传统的温度开关多为机械式，其分为：蒸气压力式温控器、液体膨胀式温控器、气体吸附式温控器、金属膨胀式温控器。
    非接触式温度计是靠红外辐射,亮度,色差等方法感应、比较，得出被测物件温度。好处是可遥测，量程大，可测极高温物件。如红外测温计、亮度测温计等。缺点是一般精度不高。但是作为工厂辅助测温元件是不可缺少的。
    三、流量仪表
    涡轮流量计、孔板流量计（含一体化孔板流量计）、质量流量计、转子流量计、涡街流量计、超声波流量计、电磁流量计、靶式流量计
    按原理分：
    力学：差压式、浮子式、靶式、涡街等；
    声学：超声波
    电学：电磁流量计等
    差压式流量计
    差压流量计是由能将被测流量转换成差压信号的节流装置(包括节流元件和取压装置)、导压管和差压计或差压变送器及其显示仪表三部分所组成。在单元组合仪表中，由节流装置所产生的差压信号，通过差压变送器转换成相应的电信号或气信号，以供显示、调节用。
    由于差压和流量呈平方根关系，故流量显示仪表都配有开方装置，以使流量刻度线性化。
    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。
    孔板流量计：充满管道的流体，当它们流经管道内的节流装置时，流束将在节流装置的节流件处形成局部收缩，从而使流速增加，静压力低，于是在节流件前后便产生了压力降，即压差，介质流动的流量越大，在节流件前后产生的压差就越大，所以孔板流量计可以通过测量压差来衡量流体流量的大小。
    仪表里标准的三种节流元件：
    a:孔板
    b:喷嘴
    c:文丘利管
    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。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。
    涡轮流量计：当被测流体流过涡轮流量计传感器时，在流体作用下，叶轮受力旋转，其转速与管道平均流速成正比，叶轮的转动周期地改变磁电转换器的磁阻值。检测线圈中磁通随之发生周期性变化，产生周期性的感应电势，即电脉冲信号，经放大器放大后，送至显示仪表显示。
    多普勒超声波流量计为利用多普勒效应工作。如附图所示其通过对流体中颗粒与气泡的反射，使得传输频率被线性改变。其最终结果是发射器与接收器频率之间的转换，该值与流速存在直接关系。
    电磁流量计的工作原理是基于法拉第电磁感应定律。在电磁流量计中，测量管内的导电介质相当于法拉第实验中的导电金属杆，上下两端的两个电磁线圈产生恒定磁场。当有导电介质流过时，则会产生感应电压。管道内部的两个电极测量产生的感应电压。测量管道通过不导电的内衬（橡胶，特氟隆等）实现与流体和测量电极的电磁隔离。
    四、液位料位仪表
    差压液位计、浮筒式液位计、磁翻板液位计、玻璃板液位计、钢带式液位计、雷达液位计、超声波液位计、深度液位计、核辐射料位计
    浮筒式液位计的检测元件是沉浸在液体事的浮筒。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。
    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。
    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。
    玻璃板液位计：根据连通器原理，将容器内介质液体引至外部玻璃板液位计内，通过透明玻璃直接显示容器内液位实际高度。
    钢带式液位计：罐内有浮子，有导向绳。常见的有两种液位指示，一种为带磁性的摆锤带磁翻板指示。还一种是能够直接显示高度的带数字的钢带。
    五、分析仪表
    可燃气体检测仪、在线分析仪表、在线色谱分析、在线露点分析、在线CO2分析
    可燃气体检测器，是可燃气体检测仪是对单一或多种可燃气体浓度响应的探测器。可燃气体检测仪有催化型、红外光学型两种类型。
    催化型可燃气体检测器是利用难熔金属铂丝加热后的电阻变化来测定可燃气体浓度。当可燃气体进入探测器时，在铂丝表面引起氧化反应（无焰燃烧），其产生的热量使铂丝的温度升高，而铂丝的电阻率便发生变化。
    红外线气体检测器原理是：红外线被可燃气体吸收，对面的接收检测器就接收到减弱的红外线，同不被通过的参比红外线接收器比较，就可以测量实际的浓度。
来源：天津会一自动化（PLC控制柜）

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