自动化仪表电气基本知识

石化企业自动化仪表基本知识

1. 催化装置的主要测量参数有哪些？

主要测量参数有：

温度、压力、流量、液位、密度、藏量。

2. 催化装置有哪些自动化系统？

生产自动化过程是由调节对象和自动化装置组成。

自动化装置是实现自动化检测、控制的基本工具。自动化装置包括如下几个系统：

⑴自动检测系统它的作用是利用各种检测仪表，对主要工艺参数进行连续测量、指示或记录的系统，这些仪表称一次表。它们是组成自动控制过程的必要条件。

⑵自动信号联锁保护系统在生产过程中，由于某些偶然的原因，导致工艺参数越出允许变化范围，可能发生事故。为此，常对某些重要参数设置自动信号联锁装置，在事故发生前，信号系统发出声、光信号，并采取紧急措施，打开安全阀或切断某些通路，保护生产设备和人身安全。

⑶自动调节系统生产过程中各种操作条件随时可能发生变化，并导致其他参数随之波动，偏离正常工艺条件，为此需要一些自动调节装置系统，对生产中某些关键参数进行自动调节，使偏离给定值的参数自动回到规定的范围内，它们是自动化生产的核心部分。它们多装在控制室内，控制室内的调节、显示、记录仪表统称为二次仪表。

⑷自动操纵系统利用自动操纵装置可以自动地使设备启动、停运或进行交替动作，也可根据预先规定的程序自动地对生产设备进行某种周期性的程序操作。

3. 什么叫测量误差？

在测量过程中，由于所使用的测量工具本身不够准确，观测者主观性和周围环境的影响等等，使得测量的结果不可能绝对准确。由仪表读得的测量值与真实值之间总是存在一定的差距，这种差距称为测量误差。

4．测量误差分哪几类？

按产生的原因不同，可将测量误差分为三大类。

（1）系统误差这种误差是由于仪表使用不当或测量时外界条件变化等原因所引起的一种测量误差。它是一种有规律的误差。当找出产生误差的原因后，便可通过对测量结果引入适当的修正值而加以消除。

（2）疏忽误差由于测量者在测量过程中疏忽大意所造成的测量误差称为疏忽误差。这类误差的数值是很难估计的，带有这种误差的测量结果是毫无意义的。所以，必须加强工作的责任感，避免发生这类误差。

（3）偶然误差在对某一参数进行多次重复测量时，即使消除了上述两种误差，每次的测量结果也不会完全相等。即每一个测量值与被测量参数真实值之间，仍然会或多或少地存在着一定的差值。这个差值称为偶然误差。

5. 简述仪表的精度？

在工业生产上，经常用仪表的精度级来表示仪表的准确度。所谓仪表的准确度，就是仪表测量结果的准确程度。仪表的准确度不仅与绝对误差有关，而且还与仪表的标尺范围有关系。工业仪表的误差经常将绝对误差折合成仪表标尺范围的百分数表示，称为相对百分误差。

δ标尺下限标尺上限--=

X X ×100% 式中：

δ——相对百分误差

X ——被测参数的测量值

X 0——被测参数的真实值

有时还提到仪表的允许误差。某台仪表的允许误差，是指该台仪表在规定的正常情况下的相对百分误差的最大值，以公式表示为：

仪表的允许误差=仪表的测量范围

仪表的最大绝对误差±×100% 仪表的准确度是分等级的，而等级是按国家统一规定的允许误差大小来划分的。至于仪表的精度级，则是将仪表的允许误差的“±”及“%”号去掉后的值。例如 某台压力表的允许误差是±2.5%，则该台仪表的精度级就是2.5级，或称2.5级表。仪表的精度级以规定的符号形式标志在仪表的标尺上。

6. 压力表示方式有哪几种？

压力的表示方式有三种：绝对压力；表压；负压或真空度。

绝对压力是指介质实际承受的压力。

表压是指高于大气压的绝对压力与大气压力之差。

真空度是指大气压力与低于大气压力的绝对压力之差，真空度也叫负压。

7. 简述弹簧式压力表的工作原理？

弹簧式压力表主要由测量元件和放大指示机构组成。

测量元件--弹簧管，是一根弯成270°的圆弧椭圆形截面的空心管。管子的自由端封死，管子的另一端固定在接头上。通入被测压力，由于椭圆形截面在压力的作用下将趋向外，从而使弹簧自由端产生变形。此位移一般较小，必须通过放大机构才能指示出来。弹簧管做成扁圆形的目的是其两个面的面积不一样大。外表面面积大，所以受力大，向外挺。

8. 压力表的选用原则是什么？

压力表的选用首先考虑它的量程范围，准确度和灵敏度；其次要考虑压力表的外形尺寸，安装环境和被测介质的性质以及规程的有关规定。压力表的量程应选容器最高工作压力的

1.5--3倍，最好是两倍。弹簧管式压力表的“精度”，此值是表示其允许误差为表刻度极限的百分数。如：1.5级，允许误差为其刻度极限的1.5％。

9. 压力计安装应注意哪些事项？

压力计安装应注意如下事项：

(1) 压力计的取压点必须选在能正确反映被测压力实际大小的地方。

(2) 压力计的位置与被测压力的取压点不在同一个平面时，应该考虑静压对压力指示值的影响。

(3) 安装地点应便于观察、检修，避免振动和高温的影响。

(4) 测量蒸汽压力时，应加装凝液管，以防止高温蒸汽与测压元件直接接触。对有腐蚀性的介质，应加装有中性介质的隔离罐。

(5) 取压口到压力计之间应装有切断阀，以备检修压力计使用。

(6) 需要进行现场校验和经常冲洗引压管的情况下切断阀可改用三通阀。

10. 压力表有哪些缺陷时停止使用？

压力表在使用中压力表指示失灵、刻度不清、表盘玻璃破裂、泄压后指针不回零位、铅封损坏等情况，均应停止使用。

11. 节流装置为什么前后需要有直管段？

进入节流装置的流体必须呈层流状态。如果直管段不够，会破坏流体的层流状态，产生部分偏流或旋流，影响到测压点压力的大小，因此安装条件规定节流装置前后应有一段直管。

12. 差压变送器的作用是什么？

差压变送器分气动差压变送器和电动差压变送器两种，它们分别属于气动单元组合仪表和电动单元组合仪表中的变送单元，用来连续测量检验装置所感受的差压，并将该差压转换成与其成比例的气（或电）信号，输送到气动（电动）显示仪表、调节器，作为指示记录或调节信号。差压变送器由测量感受部分和气（电）动转换部分所组成。测量感受部分主要由金属膜盒组件和机体所组成。它的作用是将差压转换成力的形式，作用在转换部分的杠杆上，使杠杆以密封片为支点转动。这部分实际上是个差压-力转换元件。气动转换部分主要由杠杆机构、反馈波纹管和放大器组成。它将测量元件所产生的杠杆转角转换成挡板位移，经放大器功率放大后，转换成成比例的气动压力信号，这压力信号一方面作为变送器的输出，与此同时引入反馈波纹管进行反馈。

13. 简述气动差压变送器的工作原理？

差压变送器是基于力矩平衡原理进行工作的，它没有大的机械位移和可动部分的摩擦，因此具有较高的灵敏度和精度。差压变送器的平衡原理如同杠杆平衡一样，当变送器输出压力稳定时，检测装置（金属膜盒）所感受的差压（△P=P1-P2）作用在杠杆上，对支点（即密封片）产生一个顺时针方向的力矩M测。与此同时，变送器输出也进入反馈波纹管内，产生一个反馈力，使主杠杆对支点产生一个逆时针方向力矩M反。主杠杆上作用的这两个力矩M测和M反达到平衡输出的压力P出与差压信号相对应。简单地说，差压变送器在稳定状态下，其测量力矩与反馈力矩是相平衡的，这就是差压变送器的工作原理。气动差压变送器有许多不同的结构型式。从转换部分不同来分，可分单杠式和双杠式两种。单杠式差压变送器，结构简单，灵敏度高，但量程小。双杠杆差压变送器具有较宽的量程调节范围。在量程调节范围相同的情况下，双杠杆式结构尺寸比较小巧紧凑。因为它是借助于压缩空气为能源来工作的，所以利于防爆，很适合化工厂中使用，特别是对改善操作工人的劳动条件，实现集中控制提供了条件。目前在化工生产中被广泛地用来进行流量、液位等的测量变送，以达到控制生产的目的。

14. 简述电动差压变送器的工作原理？

电动差压变送器与气动差压变送器一样，都是用来连续测量差压、液位、分界面等工艺参数的。它与节流装置配合，还可以连续测量液体、蒸汽和气体的流量。与气动差压变送器相比，电动差压变送器具有反应速度快，传送距离远等优点。电动差压变送器是以电为能源，将被测差压△P的变化转换成4-20mA的直流标准信号。送到显示仪表或调节器进行指示、记录或调节。

（1）基本结构电动差压变送器的机械结构与气动差压变送器基本相同，由四部分组成。

测量部分包括高、低压测量室；测量元件；轴封膜片和引出杠杆等。作用是将差压转换成作用力（作用于主杠杆上）。

机械力转换部分由主杠杆、副杠杆、主副杠杆连接簧片、十字簧片等部分组成。其作

用是完成力-位移的转换，即将膜盒对主杠杆的力转换成相应的检测片的位移，同时也起测量力矩和反馈力矩的平衡作用。

位移检测器和电子放大器将测量信号转换成4-20mA的直流信号输出。

电磁反馈机构将变送器输出的电流转换为相应的负反馈力，作用于副杠杆，形成负反馈力矩，与测量力矩相平衡。

（2）工作原理电动差压变送器也是根据力矩平衡原理工作的。其动作过程如下：当被测压差引入后，作用在测量元件膜盒上，转换成作用于主杠杆的力F测。在F测的作用下主杠杆绕轴封膜片支点产生偏转，并通过连接簧片使副杠杆以十字簧片为支点产生偏转，从而使固定在副杠杆上的位移检测片移动一定距离，位移检测线圈能够将此微小位移转换成相应的电量，再通过电子放大器变为4-20mA的直流电流输出。此输出电流通过固定在副杠杆上而又处于永久磁钢中的反馈线圈。由于通电线圈在磁场中受到电磁力的作用，因此当输出电流通过反馈线圈时产生一个与测量力相平衡的反馈力，作用于副杠杆，使杠杆系统回到平衡状态。此时的电流即为变送器的输出电流，它与被测差压成正比，通过移动主、副杠杆的连接簧片改变量程。

15．简述法兰式差压变送器的结构？

当测量具有腐蚀或含有结晶颗粒，以及粘度大、易凝固等液体液位时，为了解决引压管线腐蚀或堵塞的问题，可采用法兰式差压变送器，作为敏感元件的金属膜盒经毛细管与变送器的测量室相连通，在膜盒、毛细管和测量室所组成的封闭系统内充有硅油，作为传压介质。毛细管外套以金属蛇皮管保护。法兰式差压变送器的测量部分及气动转换部分的动作的原理与差压变送器基本相同。在测量密闭容器液位时，同样需要进行迁移。

16. 差压变送器的三个切断阀的作用是什么？

差压变送器有三个切断阀，一个为低压管线切断阀，一个为高压管线切断阀，一个为平衡阀。

当差压变送器投入运行时，操作步骤如下：

(1) 打开平衡阀；

(2) 逐渐打开两切断阀；

(3) 当两切断阀全开后，再关毕平衡阀。

当差压变送器停止使用时，操作步骤如下：

(1) 逐渐打开平衡阀；

(2) 当平衡阀全开后，先关高压切断阀，后关低压切断阀。

17. 简述靶式流量变送器的测量原理？

在流体管道的中间，迎着流体的方向安装一钢片，称为“靶”。

流体流速发生变化时，靶的受力也发生变化，流量与靶上受力的平方根成正比。只要将作用在靶上的力测量出来，就可以知道流量大小。靶上所受的推动力可以用变送器转化成0.02—0.1MPa或4—20mA的标准信号，传给二次表，以得到被测流量的大小。

18. 简述转子流量计的测量原理？

转子流量计主要有两部分组成，一是由下往上逐渐扩大的锥形管；二是放在管中的可自由运动的转子。工作时，被测流体由管子下部进入，沿着管子向上运动，流过转子与锥形管之间的空隙，再从锥形管上部流出。此时转子受到一个向上的冲力，使转子浮起。当这个力正好等于转子的重量时，则作用在转子上的两个力达到平衡，转子就浮在一定的高度上。如

果在锥形管外沿其高度做上对应的流量值，那么就可以直接读出流量的大小。

19. 简述椭圆齿轮流量计的测量原理？

椭圆齿轮流量计是属于容积式流量计的一种。

它是由两个相互啮合的椭圆形齿轮及外壳组成。流体流过时，由于入口压力大于出口压力，齿轮得到一推动力，但两齿轮所受的力不同，产生了一个为主动轮，一个为从动轮，主动轮带动从动轮进行转动。它两交替的为主从动轮，将液体排出。因为其容积是一定的，所以只要测出齿轮的转数就可知道这时的体积流量。

20. 简述涡轮流量计的测量原理？

涡轮流量计是一种速度式流量测量仪表。当流体通过涡轮时，涡轮开始转动，流体的流速越高，涡轮转速越快。再经磁-电转换装置，把涡轮的转速转换为相应频率的电脉冲，送入显示仪表进行计数和显示。根据单位时间内的脉冲数和累计脉冲数，即可求出瞬时流量和累计流量。

21. 常见的温度计有哪几种？

常见的温度计主要有：膨胀式温度计、压力式温度计、电阻温度计、热电偶温度计、辐射式高温计。

22. 简述热电阻的测温原理？

热电阻温度计是基于导体（或半导体）的电阻值随温度变化而变化的特性，来进行温度测量的。将温度的变化转化为电阻值的变化，只要测出导体的电阻值，就可以达到温度测量的目的。

23. 简述热电偶的测温原理？

当两种不同的导体或半导体连接成闭合回路时，若两个接触点温度不同，回路中就要出现热电动势，并产生电流。当两种不同的导体A、B接触时，由于两边自由电子的密度不同，在交界面上产生电子自由扩散。若A中的自由电子密度大于B中的自由电子密度，那么在开始接触的瞬间从A到B扩散的电子数目将比从B到A扩散的多。因而使A失去较多的电子而带正电，B带负电，致使在A、B接触处产生电场，以阻止电子在B中的进一步积累，最后达到平衡。在A、B两导体间的电位差称为接触电动势，其数值决定于两种材料的种类和接触点的种类。因此，只要测出热电势的大小，就能判断测温点温度的高低。

24. 调节器有哪几部分组成？

调节器主要有以下几部分组成：

(1) 比较部分它是调节器的输入信号环节，是由给定单元和测量单元等部分组成，通过比较而得到一个偏差。

(2) 放大部分是调节器偏差信号的放大环节。

(3) 比例调节部分实现输出信号和输入信号之间有一一对应关系。

(4) 积分调节部分比例调节总是有余差的。只要有偏差存在，积分环节就有输出。偏差一消失，积分就随之消失，输出也就停止变化。

(5) 微分调节部分根据信号变化速度而改变输出的大小，在调节系统中起加速调节作用或延迟调节作用。

(6) 开关部分用来切断调节器输出信号，以便无扰动地从自动切换为手动。

25. 什么叫气阻？气容？

气体通过节流元件时，受到一定的阻力，这种节流元件叫气阻。它起降压和限流的作用。