设备、电气、仪表基础知识培训教材

第二节电器基础知识

2.2.1 变压器的工作原理、分类及结构

（1）变压器的工作原理

变压器---利用电磁感应原理，从一个电路向另一个电路传递电能或传输信号的一种电器，是电力系统中生产、输送、分配和使用电能的中的重要装置，也是电力拖动系统和自动控制系统中电能传递或作为信号传输的重要元件。

变压器外形图（图2-1）

①变压器――――静止的电磁装置

变压器可将一种电压的交流电能变换为同频率的另一种电压的交流电能，电压器的主要部件是一个铁心和套在铁心上的两个绕组。

与电源相连的线圈，接收交流电能，称为一次绕组

与负载相连的线圈，送出交流电能，称为二次绕组

变压器原理图（图2-2）

一次绕组的二次绕组的

电压相量 U1 电压相量 U2

电流相量 I1 电流相量 I2

电动势相量 E1 电动势相量 E2

匝数N1 匝数 N2

同时交链一次，二次绕组的磁通量的相量为φm ,该磁通量称为主磁通

请注意图3.1.2 各物理量的参考方向确定。

②理想变压器

不计一次、二次绕组的电阻和铁耗，其间耦合系数 K=1 的变压器称之为理想变压器。

描述理想变压器的电动势平衡方程式为

e1(t) = -N1 d φ/dt

e2(t) = -N2 d φ/dt

若一次、二次绕组的电压、电动势的瞬时值均按正弦规律变化，则有

不计铁心损失，根据能量守恒原理可得

由此得出一次、二次绕组电压和电流有效值的关系

令 K=N1/N2，称为匝比（亦称电压比），则

（2）变压器的分类

①变压器按用途一般分为电力变压器和特种变压器两大类

电力变压器可分为:升压变压器、降压变压器、配电变压器、联络变压器等。

三相变压器(图2-3)

特种变压器可分为:整流变压器、电炉变压器、高压试验变压器、控制变压器等。

(图2-4)

②变压器按相数可分为单相和三相变压器

三相变压器外观示意图(图2-5)

（3）变压器的结构简介

①铁心

铁心是变压器中主要的磁路部分。通常由含硅量较高，厚度为 0.35 或 0.5 mm，表面涂有绝缘漆的热轧或冷轧硅钢片叠装而成，铁心分为铁心柱和铁轭俩部分，铁心柱套有绕组；铁轭闭合磁路之用，铁心结构的基本形式有心式和壳式两种。

心式变压器结构示意图(图2-6)

三相整流变压器(图2-7)

②绕组

绕组是变压器的电路部分，它是用纸包的绝缘扁线或圆线绕成。

交叠式绕组(图2-8)

③其他结构部件

以典型的油侵式电力变压器为例，其他结构部件有:油箱、储油柜、散热器、高压绝缘管套以及继电保护装置等外形如下图。

图2-9

电力变压器(图2-10)

（4）变压器的额定值

①额定容量 SN

变压器视在功率的惯用数值，以 VA，KVA，MVA 表示。

②额定电压 U N

变压器各绕组在空载额定分接下端子间电压的保证值，对于三相变压器额定电压系指线电压，以 V 或 KV 表示。

③额定电流 IN

变压器的额定容量除以各绕组的额定电压所计算出来的线电流值，以A表示。

单相变压器的一次、二次绕组的额定电流为

I1N = S N/ U1N

I2N = S N/ U2N

三相变压器的一次、二次绕组的额定电流为

I1N = S N/ sqrt(3) U1N

I2N = S N/ sqrt(3) U2N

④额定频率：我国工业用电频率为 50 HZ

2.2 继电保护的作用及保护装置的基本原理

（1）继电保护的作用

由于电气设备内部绝缘的老化、损坏或工作人员的误操作、雷击、外力破坏等原因，可能使运行中的电力系统发生故障和不正常运行情况。最常见的故障是各种形式的短路，如三相短路、两相短路、两相对地短路、中心点直接接地系统中的一相对地短路、电气设备绕组层间和匝间短路等。各种短路均会产生很大的短路电流，同时使电力系统的电压水平下降，从而引发如下严重后果。

①短路电流产生的电弧将短路点的电气设备烧坏；

②短路电流通过非故障设备，由于发热和电动力的作用，很可能使非故障元件损坏或缩短其使用寿命；

③电力系统电压水平下降，影响用电单位的生产，出现次品及废品，甚至烧毁电动机；

④电力系统电压下降，可能破坏电力系统的稳定，使系统振荡而导致崩溃。

电力系统中各种设备之间都有电或磁的联系，当某一设备发生故障，在很短的时间内就会影响到整个系统的其它部分。因此，一旦电力系统出现故障，必须尽快将其切除，恢复正常运行，减少对用电单位的影响；而当出现不正常运行情况时要及时处理，以免引起故障。

继电保护装置是一种能反应电力系统电气设备发生故障或不正常工作状态而作用于开关跳闸或发出信号的自动装置。为了保证对用电单位的连续供电，故障切除以后，应尽快地使电气设备再次投入运行或由其他电源和设备替代工作。因此，电力系统中除了安装继电保护装置以外，还需装设各种自动装置，如自动重合闸、备用电源自动投入装置以及自动低周波减载装置等。

（2）继电保护的基本原理

电力系统发生故障时，会引起电流的增加和电压的降低，以及电流与电压间相位的变化，因此电力系统中所应用的各种继电保护，大多数是利用故障时物理与正常运行时物理量的差别来构成的。例如，反应电流增大的过电流保护、反应电压降低（或升高）的低电压（或过电压）保护、反应电流与电压间的相位角变化的方向保护等。继电保护原理结构的方框图，如图－1所示。由三大部分组成，分别为：测量部分，用来测量被保护设备输入的有关信号（电流、电压等），并和已给定的整定值进行比较判断是否应该启动；逻辑部分，根据测量部分各输出量的大小或性质及其组合或输出顺序，使保护按照一定的逻辑程序工作，并将信号传输给执行部分；执行部分，根据逻辑部分传输的信号，最后去完成保护装置所负担的任务，给出跳闸或信号脉冲。

图－2为线路过电流保护的基本原理此意图，用以说明继电保护的组成和基本原理。在图－2中，电流继电器KA的线圈接于被保护线路电流互感器TA的二次回路，即保护的测量回路，它监察被保护线路的运行状态，测量线路中电流的大小。在正常运行情况下，当线路中通过最大负荷电流时，继电器不动作；当被保护线路K点发生短路时，线路上的电流突然增大，电流互感器TA二次侧的电流也按变比相应增大，当通过电流继电器KA的电流大于其整定值时，继电器立即动作，触点闭合，接通逻辑电路中时间继电器KT的线圈回路，时间继电器启动并根据短路故障持续的时间，作出保护动作的逻辑判断，时间继电器KT动作，其延时触点闭合，接通执行回路中的信号继电器KS和继电器QF的跳闸线圈回路，使断路器跳闸，切除故障。

2.3.1 低压电气与工艺条件（仪表）几种联锁原理

电动机的开、停机均由装置操作工进行，根据机泵的重要性，采用电气于工艺（仪表）自动开、停机联锁。（工艺条件有：温度、压力、流量、液位、润滑等影响）、高压电机与低压盘车电机联锁、高压电机与低压润滑油泵联锁及高压电机与自身电加热器联锁等多种类型，现介绍如下。

（1）低压电气与工艺（仪表）联锁：

①手动开机、自动停机

工艺条件满足后才能人工开机，一旦工艺出现异常情况立即自动停机。

②自动开机、手动停机

现场装有“自动/手动”选择开关，当置于“手动”位置时，开、停机与工艺条件无关。当置于“自动”位置时，一旦工艺条件满足后，就会自动开机，开机后工艺条件就不再满足了，但也不会引起停机，停机仍要人工操作。

③自动开停机

现场“自动/手动”选择开关，当置于“手动”位置时，开、停机与工艺条件无关。当置于“自动”位置时，电机的开、停机就由工艺条件自动控制，不需要人工操作，（紧急情况时操作现场开闭器S1也能强行停机）

④具有二组工艺条件的手动或自动开停机

a 现场装有“手动/自动”选择开关，工艺条件有二组。当第一组工艺条件满足时，才能在“手动”位置时操作S1手动开机。当第一组与第二组工艺条件同时满足时，能在“自动”位置时自动开机。

当第一组工艺条件不满足时，无论“手动”或“自动”状态下运转的电机都会停机。当第一组工艺条件满足时，不管“手动”或“自动”状态下运转的电机操作开闭器都会停机。但第二组工艺条件若不满足对上述两种状态下运转的电机都不会引起停机。因电源通过S1开闭器接点至K1自保，K1线圈始终励磁，所以第二组工艺条件只能自动开机，不能自动停机

b 现场装有“手动/自动”选择开关，有二组工艺条件。当第一组工艺条件满足时，才能在“手动”位置时操作S1手动开机。当第一组与第二组工艺条件同时满足时，能在“自动”位置时自动开机。

当第一组工艺条件不满足时，无论“手动”或“自动”状态下运转的电机都会停机。当第二组工艺条件不满足时，“自动”状态下运转的电机会立即停机。对“手动”状态下运转的电机无影响。当第一组工艺条件满足时，不论“手动/自动”选择开关放“手动”或“自动”位置，都可操作开闭器S1停机。

ET电加热器等设备现场即无操作开闭器，也无“手动/自动”开关，设备的开、停完全受工艺条件控制来达到工艺的要求。

（2）低压电气与高压电机的联锁：

①高压电机与低压盘车电机联锁

由于受工艺、设备条件限制，高压电机要靠先起动盘车电机待主轴盘转到一定的方向角度才能起动运转。盘车电机动作原理如下：

合上Q1开关，控制电源→F2→F6→Q1→K1线圈吸,K3接点闭合→P1→6HS→B2/12(GB-302-M)联锁→A1/6现场开闭器合上→A2/S0限位开关→K1线圈吸,H1灯亮,K1接点自保,电机启动开始盘车.K1、K3接点闭合—高压柜联锁，当盘车到一定预定位置时，限位开关打开，盘车电机停转，高压电机就可以起动了。

②高压电机与本身电加热联锁

电机停机后易受潮降低绝缘，为此在绝大部分电机内部都有电加热器，作绝缘干燥处理。电加热主要由6个电热丝组成，有二个串联而成的温度控制元件来调节加热温度，温度时间长短根据需要来整定，电加热器的工作电源受高压电机停转后来接通。

合上Q1开关，控制电源→F1→Q1→K3线圈,K3吸,控制电源经K3接点→相对应的高压开关柜分闸联锁接点→K1线圈，K1吸，H1红灯亮，主回路K1接通，电加热器开始加热。当高压电机起动后，高压开关联锁接点断开，切断电加热器控制电源，电加器停止加热。H3黄灯亮，表示有故障。

（3）油泵联锁电气工作原理说明

①油泵再启动装置

把现场开闭器S1放到启动位置，油泵主接触器K1励磁并自保，电动机运转。同时再闭合（ARR）继电器内部K11、K12动作，电源分别经ARR/#10端子→K11的瞬动闭合接点→K12的延时闭合接点(设定0”秒)和ARR/#8端子构成自保回路,为再启动作好准备。一旦电源失电，在30”秒内恢复正常，由于K11的瞬时闭合、延返回接点还未断开（最长时间可设定36”秒）,现场开闭器S1仍处在中间位置,所以控制电源马上经开闭器S1的自保线→K3的瞬动闭合接点→ARR/#10端子→K11的延时返回接点→T变压器初级线圈→ARR/#5端子构成闭合回路。K11、K12重新动作并自保。自动再启动控制电源经→ARR/#10端子→K11的瞬动接点→K12的延时接点(设定0”秒) →ARR/#8端子→K1线圈构成闭合回路。K1励磁油泵自启动。在技术上确保了因电网停电引起油系统波动的处理速度。

②联锁停车及信号装置

a 元器件分布状况：

联锁装置集中装于P1-LV-07盘内，为了保证联锁的可靠性，其控制电源采用无停电电源DC/110V,

P1-LV-CP-07盘面方向性发信二种。

b 联锁停车工作原理：

如运行中油泵因故停机，油压下降。而仪表备用电机自启动切换装置失控。造成2台油泵均处于停机状态。此时二台油泵主接触器（K1）都已释放，联锁回路经二台油泵的K1的辅助接点被沟通，时间继电器SJ动作，瞬时接点21/24闭合,本柜发信。同时中间继电器ZJ动作，瞬时接点11/14闭合自保,21/22断开,经P1-AP-02柜耦合,MD报警。3”秒后SJ延时接点15/16断开,经P1-6HB-CP-01/X3(1、2)端子耦合，切断所属高压电机控制继电器K12的励磁回路，迫使主机停车，来保证设备的安全。

第四节仪表自控基本知识

校对、审核于世恒

2.4.1 概述

(1) 自动化仪表的发展趋势

工业自动化控制仪表主要包括变送器、调节器、调节阀等设备，控制仪表从基地式调节器(变送、指示、调节一体化的仪表)开始，经历了气动、电动单元组合仪表到计算机直接控制系统(DDC)，直到今日的分散控制系统DCS和现场总线控制系统FCS,经历了漫长的发展过程。在这过程中计算机技术的发展是一大关键，最初计算机只用于生产数据的处理和巡回检测（如我部２＃芳烃FOX1系统），到２０世纪５０年代末期才用于实现闭环控制。如今控制系统以DCS和PLC为主流，而现场总线控制系统将是发展的必然趋势。

DCS经历了初创(1975－1980年)、成熟(1980－1985年)、扩展(1985年以后)几个发展时期，在控制功能完善、信息处理能力、速度及组态软件等软件等方面取得令人瞩目的成就，以其高度的可靠性、方便的组态软件、丰富的控制算法、开放的联网能力等优点，得到迅速的发展，成为计算机控制系统的主流。当今几乎每个发达国家都生产自己的DCS，生产厂家100多家，已销售几万台(套)。主要生产厂家集中在美国、日本、德国等多家公司。我国主要有浙大中控和北京的和利时两公司。PLC以其结构紧凑、功能简单、速度快、可靠性高、价格低等优点，获得广泛应用，已成为与DCS 并驾齐驱的另一种主流工业控制系统。

现场总线技术是20世纪90年代迅速发展起来的一种用于各种现场自动化设备与其控制系统的网络通信技术，是一种用于各种现场仪表(包括变送器、执行器、记录仪、单回路调节器、可编程序控制器、流程分析器等) 与基于计算机的控制系统之间进行的数据通信系统。现场总线的使用具有许多优点：①增加了仪表系统的功能。现场总线可实现就地闭环控制，使控制彻底分散，从而提高了控制系统的可靠性;现场总线使用智能仪表，便于仪表在线维护、调校以及在线设备管理;提高

及抗干扰能力，使精度从±0.5%提高到±0.1%，增加了信号传输距离及信息量。③节约了仪表系统的建设投资。大量减少了电缆与铺设电缆用的桥架，可以减少一半到三分之二的隔离器、端子柜、I/O终端、I/O卡件、I/O机柜。但是现场总线技术还未达到绝对安全和十分成熟的阶段。有人预测，随着科学技术，特别是计算机技术、通讯技术的发展，基于现场总线FCS(Fieldbus Control System)将取代DCS 成为控制系统的主角，在FCS基础上，随着Internet和Intranet技术发展，计算机自动化系统可渗透到企业从生产到管理，直到经营的方方面面。

(2) 石油化工仪表特点

自控仪表随着控制对象不同所具备不同特点，在石油化工生产、加工、输送和储存中常常伴随易燃易爆、高温高压、深冷、有毒有害和腐蚀等危险因素，由于高温高压、深冷能提高生产效率，减低能耗，取得更好的经济效益，石油化工的生产工艺日益向高深发展，泄漏、火灾、爆炸的风险也随着加大。这些工艺特点决定了石油化工仪表必须防爆、抗腐蚀、无泄漏、高可靠性、易维护等特点。同时随着科学技术发展，特别是计算机技术、通讯技术的发展，仪表的更新换代也越来越快，企业中仪表除应用于生产控制外，其仪表数据也越来越多地被应用于经营、管理等方面，这些决定了现在的仪表是一个技术更新快、涉及面较广的专业。

2.4.2 仪表主要性能指标

仪表的性能指标通常用精确度、变差、灵敏度、重复性、稳定性和可靠性来描述。

(1) 精确度

精确度又称精度，指的是仪表测量值与真值接近的准确程度，与误差相对而言，通常用相对百分误差表示。精确度是仪表的一个很重要质量指标，常用精度等级来规范和表示。精度等级就是最大相对误差去掉正负号和％，按国家统一规定划分的等级有0.005,0.02,0.05,0.1,0.2,0.25,0.35,0.5,1.0,1.5,2.5,4等。仪表精度等级一般都标志在仪表标

0.5

尺或标牌上，如等，数字越小，说明精度越高。

(2) 变差

变差指的是仪表被测变量（输入信号）多次从不同方向达到同一数值时，仪表指示值之间的最大差值，或是说仪表在外部条件保持不变情况下，被测参数由小到大变化和由大到小变化不一致的程度，两者之差即为仪表的变差。变差产生主要原因是仪表传动机构的间隙，运动部件的摩擦，弹性元件的滞后等，现在随着电子技术发展，这些原因将越来越少，特别是智能仪表中，变差作为仪表性能指标已是不重要的对象了。

(3) 重复性

重复性是指在不同测量条件下，如不同方法，不同观测者，在不同的测量环境对同一被测的量

重要性能指标。

(4) 稳定性

在规定工作条件下，仪表某些性能随时间保持不变的能力称未稳定性。仪表稳定性在我们化工仪表中是一个需重点关心的指标，由于化工企业的环境比较恶劣，压力、稳定及腐蚀性因素会使仪表部件随应用时间变长而保持稳定能力降低，仪表稳定性也会下降。

(5) 可靠性

仪表可靠性是化工企业仪表专业重点关心的另一重要性能指标，仪表可靠性和仪表维护量是成反比的，仪表可靠，则仪表维护量就小。通常用平均无故障时间（MTBF ）来描述仪表可靠性，MTBF 越大，仪表可靠性越高。 2.4.3 仪表常用图例符号

(1) 测量点

测量点是由过程设备或管道符号引到仪表的连线的起点，一般无固定图形符号。如

(2) 连接线

(3) 图形

测量点

测量点

通用一般信号线

表示信号方向 气压信号线

电信号线

导压毛细管 系统内部数据链

孔板流量计 P 吹气、冲洗装置

(4) 位号及字母含义

一般用仪表位号来表示一台仪表或是一个仪表回路，由字母代号组合和回路编号组成。仪表位号的第一位字母表示仪表对象，后续字母表示仪表功能，回路编号可由工序号和顺序号组成，一般由３－５个数字表示。

例如：２＃芳烃装置的位号PI-10301中,P 表示仪表对象为压力；I 表示为显示功能，103表示为制氢单元，01表示为第一个回路。下面表格中为常见的字母含义。

字母 第一位字母 后续字母

A 分析

B 火焰、烧嘴

C 电导率 控制

D 密度 差值 F 流量 G 振动 H 手动设备

高限 HH 高高限 I 显示 L 液位 低限 LL 低低限 M 水份、湿度 P 压力 截止阀 闸阀 球阀

切断阀

旋塞阀

气动调节阀 电磁阀

电动阀 隔膜阀

蝶阀

R 记录

S 位移、速度开关、安全

T 温度传送

V 振动、机械监视阀门

Y 输出

Z 位移按钮

对于FIC10301中字母按以上表格说明应表示为仪表测量为流量，带指示、控制功能；LIHH10301表示为液位指示且带有低低限联锁控制、报警。

2.4.4 仪表分类

自动化仪表分类方法很多，根据不同原则可进行相应分类，例如按所使用能源可分：气动仪表、电动仪表、液动仪表；按仪表信号分：模拟仪表和数字仪表；安化工生产中五大参数分：温度仪表、流量仪表、压力仪表、物位仪表和分析仪表等等，我们针对炼化部实际管理现状对仪表分为：现场仪表、控制仪表和分析仪表三部分。现场仪表主要指温度、压力、流量、液（物）位检测仪表及阀门、风门、机组等安装在现场的控制设备；控制仪表主要指安装在控制室的对现场仪表进行调节的仪表及ＤＣＳ、ＰＬＣ、ＥＳＤ等控制系统；分析仪表主要分安全仪表和质量仪表，其中安全仪表包括可燃气测爆仪、硫化氢检测仪等，质量仪表主要指在线质量分析仪，如电导率、浊度仪、色谱仪等。

(1)现场仪表

①压力仪表

压力是垂直均匀地作用在单位面积上的力，法定计量单位是帕斯卡（简称帕），符号为Pa。1P 就是１牛顿（Ｎ）的力作用在１平方米（m2）面积上所产生的压力，我们平常俗称１公斤。我们日常所用压力单位较多，他们之间关系如下：

1Mpa=1000Kpa=10.1972Kgf/cm2=10bar=145.038lb/in2=7500.62mmHg=10.1972*104mmH2O=9.869 27atm

在压力测量中，常有绝对压力、表压、负压力或真空度之分。

所谓绝对压力是指被测介质作用在容器单位面积上的全部压力，用来测量绝对压力的仪表称绝对压力表。

地面上的空气所产生的平均压力称大气压，用来测量大气压的仪表称气压表。绝对压力与大气压之差称表压力，当绝对压力小于大气压时，表压力为负值（即负压力），此负压力的绝对值称为真空度，用来测量真空度的仪表称真空表。

压力测量原理可分为液柱式、弹性式、电阻式、电容式、电感式和振频式等。压力表品种繁多，我们企业主要分为就地压力指示和远距离压力显示等。就地压力指示可根据不同的测量压力等级和介质选用膜片式、波纹管等压力表。如需远距离显示、传送一般选用气动或电动压力变送器。

压力表需由压力传感器检测压力，它由各种压力敏感元件将被测压力信号转换成容易测量的电信号，来显示压力、或用于控制、报警。压力传感器主要有应变式压力传感器、压电式传感器、电容式传感器、光导纤维压力传感器。

我们炼化部所常用压力变送器主要有罗斯蒙特的1151和3051、横河的EJA、HONEYWELL的ST3000及富士的FCX等型号。随着电子技术的发展，智能变送器已广泛应用于各家产品上，其在性能上优于早期模拟表，大大减少维护工作量，具有良好的性价比。

②流量仪表

流量是指单位时间内流经某一截面的流体数量，流量可用体积流量和质量流量来表示，其单位分别用m3/h,L/h,Kg/h等。

测量流量的仪表称流量计，能指示和记录某一瞬时流体的流量值。我们炼化部所用流量计有：速度式—以测量流体在管道中流速作为测量依据。如差压式流量计、变面积流量计、电磁流量计、漩涡流量计等；容积式―以单位时间内所排出的流体固定容积数目作为测量依据。如椭圆齿轮流量计、腰轮流量计、刮板流量计等。质量流量计―检测单位时间内流经管道的流体质量。如科氏力质量流量计。

a 节流装置

节流装置是目前炼油化工企业中应用最广的流量仪表，主要有孔板、喷嘴、文丘利管等。其原理是：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力是可以相互转换，但参加转换的能量总和是不变的。使流体流经节流装置时由于节流装置的前后截面、结构不一致，产生前后压力变化，而压力变化的平方与流量成正比，这样经过一定流量系数的计算可得出所需流量值。

节流装置在用于测量流量的同时，使流体产生压力损失，对装置生产来说是一种能量的损失。 b 转子流量计

转子流量计有金属和玻璃两种。玻璃管的一般为就地显示，金属管的则制成流量变送器。 转子流量计又称面积式流量计或是恒压降式流量计，可测多种介质的流量，特别适用于测量中小管径雷诺数较低的中小流量，压力损失小且稳定，反应灵敏，量程较宽，结构简单，维护方便，但其精度受介质的温度、密度和粘度的影响，必须垂直安装。

工作原理：转子流量计是一段向上扩大的圆椎形管子和密度大于被测介质并能随着被测介质流量大小上下移动的转子组成。当流体自下而上的流过椎管时，位于锥管中转子受流体的冲击而向上运动，随着转子的上下移动，转子与锥形管间的环形流通面积由小增大，当流体的推力与转子的重力相平衡时，转子停留在某一位置高度，根据转子悬浮的高度就可测知流量的大小。在转子受到推力和重力平衡时，其上下压降是固定的，故转子流量计又称恒压降式流量计。在转子流量计中当被测流体的雷诺数低于一定的界限时，流量系数便不等于常数，流量计的测量精度便受到影响，为了适合不同流体的雷诺数，转子被做成各种形状。

c 容积式流量计

容积式流量计主要用来测量不含固体杂质的液体，如油类、冷凝液、树脂等粘稠流体的流量，适用于高粘度介质，且容积式流量计精度高，可达正负0.2%，常用容积流量计有椭圆齿轮流量计、腰轮流量计、刮板流量计等。

Ⅰ 椭圆齿轮流量计测量部件由两个相互齿合的椭圆齿轮、轴和壳体组成，其原理如下图所示：

当流体流过齿轮流量计是，流体带动齿轮绕轴转动，椭圆齿轮每旋转一周，就有一定数量的流体流过，只要用传动及累积机构将椭圆齿轮转动数量记录下来，就能知道被测流体的流量数。

Ⅱ 腰轮流量计测量流量的基本原理与椭圆齿轮流量计相同，只是轮子的形状不同，腰轮流量计除能测液体流量外，还能测大流量的气体流量，由于两腰轮上无齿，所以对流体中杂质没有椭圆

d 漩涡流量计

漩涡流量计又称涡街流量计或卡门漩涡流量计，是六十年代末期发展起来的，它利用流体振荡原理进行测量。当流体以足够大的流速流过垂直于流体方向的物体时，若该物体的几何尺寸适当，则在物体的后面，沿两条平行直线上产生整齐排列、转向相反的涡列。涡列的个数，即为涡街的频率，和流体的速度成正比。通过测量漩涡的频率就可知道流体速度，从而测出流体的流量。它分流体强迫振荡的漩涡进动型和自然振荡的卡门漩涡型。

漩涡流量计特点是：测量精度高，可达正负１％量程比宽，达100:1，仪表内无活动部件，使用寿命长，几分不受温度、压力、密度、粘度等影响维护方便，更换检测元件时不需重新标定，但如检测元件被污物粘附后，将影响测量灵敏度。它如用于测量150mm1以下管道时，压力损失较大，并且对仪表前后都有直管段的安装要求，同时安装点应防止传感器产生振动，特别是管道的横向振动会导致流体随之振动，而使仪表产生误差。

e 电磁流量计

电磁流量计是利用电磁感应的原理制成的流量测量仪表，可用来测量导电的液体体积流量。变送器几乎无压力损失，内部无活动部件，在检测过程中不受被测介质的温度、压力、密度等影响，且没有滞后现象。电磁流量计是电磁感应定律的具体应用，当导电的被测介质垂直于磁力线方向上流动时，在于介质与磁力线都垂直的方向产生一个感应电动势，当管道直径和磁感应强度不变时，电动势与体积流量成正比。电磁流量计无压损，无机械惯性，量程比宽，可测含固体颗粒、悬浮物等介质，但其使用温度、压力不能太高，不可测非导电流体，同时要求被测介质流速一般不低于0.3m/s，为了保证精度，电磁流量计必须留有直管段。电磁流量计信号较小，满量程时仅为2.5-8mV,流量小时，只有几微伏，对外界干扰敏感，故需对它进行单独的接地、避开磁源可保证测量值准确。其安装时最好能垂直安装，并留有5-10D的直管段。

f 质量流量计

质量流量是指在单位时间内，流经封闭管道截面处流体的质量。我们所用质量流量计一般为科氏力质量流量计，它是根据科里奥利加速度理论制成的。按照里奥利效应，假如在一个旋转体系中，具有质量m和速度的物体，以角速度ω从里往外（反之亦然）运动，则物体会受到一个切线方向的力，此力称为科氏力。这种质量流量计的测量管形状较多，不同厂家有不同形状，如Rosemount公司的Ｕ形管，Ｅ＋Ｈ公司的直形管，还有S形、Ω形。科氏力流量计主要由传感器、变送器、显示仪三部分组成，传感器也就是测量管，虽形状不一致，但其原理基本一致：通过激励线圈使管子产生振动（代替旋转），流动的流体在振动管中产生科氏力，由于测量管进出侧所受方向相反，所以管子会产生扭曲，再通过电磁检测器或光电检测器，将测量管的扭曲程度转变为电信号，进入变送器

质量流量计能直接测量质量流量，不受温度、压力、粘度和密度的影响，测量精度高，正负0.2%，可测气体、液体和含颗粒的介质，并易于清洗，它对流体的流速分布不敏感，故安装是无需直管段，在测量同时可获得密度信号。但由于测量管在生产、焊接时存在差异，以及测量管的刚度、材料的内衰减等因素，造成测量管的机械振动不对称性，所以当流体的流量和粘度发生变化是，由于内部结构不平衡会造成零位漂移，故质量流量计需阶段性地进行零位检查和校正。

③ 温度仪表

温度是表征物体冷热程度的物理量，它只能通过物体随温度变化的某些特征来间接测量，用来度量物体温度数值的标尺称温标，现国际上常用温标有华氏()、摄氏(O

C)、凯氏(K)。它们关系如下：

O

C ＝5/9(O

F -32)=K-273.15.

温度测量仪表按测温方式分接触式和非接触式两大类。通常来说接触式测温仪表比较简单、可

靠，精度高；但因测温元件与被测介质需进行充分的热较换，故需一定时间才能达到热平衡，所以存在测温迟后的现象，同时受耐高温材料的限制，不能应用于很高的温度测量。非接触式仪表是通过热辐射原理了进行温度测量的，测温元件不需与被测介质接触，测温范围广，响应速度快；但易受物体的发射率、测量距离、烟尘、雾汽等外界因素的影响，测量误差较大。

接触式温度仪表有膨胀式、压力式、热电偶和热电阻；非接触式有辐射式、红外式光学温度计。 a 热电偶

热电偶是化工企业上最常用的温度检测元件之一，它是直接式测温，测量精度高；测量范围可从－50到＋1600 O

C ，某些特殊热电欧最低可测－269 O

C ，最高可测＋2800 O

C ；结构简单，使用方便。其测温基本原理：将两种不同材料的导体或半导体A 和B 焊接起来，构成一个闭合回路，如图所示，当导体Ａ、Ｂ的两个接点１和２之间存在温差时，两者之间便产生电动势，因而在回路中形成一定大小的电流，热电偶就是根据这种热电效应来进行测温的。

热电动势Et=eAB(t) - eAB(t0)

当自由端温度恒定时，热电势只与工作端温度有关。当组成热电偶的热电极材料均匀时，其热电势的大小只与热电极材料的成份和两端温度有关，因此用不同的导体或半导体材料可做成各种用途的热电偶，以满足不同温度对象测量的需要。下表为我们常用的热电偶：

工作端，安放

在被测介质中，用t 表示

自由端，安放在恒定温度环境中，用

t 0表示

A

B

序号分度号热电偶名称（材料）测量范围(O C)

1 S 铂铑10-铂0～～1600

2 B 铂铑90-铂铑6 0～～1600

3 K 镍铬-镍硅-200～～1300

4 J 铁-康铜-210～～1200

5 R 铂铑13-铂0～～1300

6 E 镍铬-康铜-200～～900

7 F 铜-康铜0～～350

由于热电偶的材料一般都比较贵重，而测温点到仪表距离都很远，为了节省热电偶的材料，降低成本，通常采用补偿导线把热电偶的冷端（自由端）延伸到温度比较稳定的控制室内，连接到仪表端子上。在这里补偿导线仅起延长热电极的作用，它对冷端温度变化而可能引起测温误差是无法消除的，因此需另用其他方法来消除冷端温度不保持０时对测温的影响。

在热电偶的补偿导线使用中，需记住不同热电偶需不同补偿导线，且极性不能接错，补偿导线与热电偶的连接端温度不能超过100 O C。

热电偶按用途不同，常制成形式有：普通型、铠装型（又称缆式）、表面式、溥膜式、快速消耗型。

b 热电阻

热电阻是中低温区最常用的一种温度仪表，它主要特点是精度高，性能稳定。

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。热电阻大多由纯金属材料做成，目前应用最多的是铂和铜。下表为我们常用热电阻：

序号分度号热电阻名称（材料）测量范围(O C) 主要特点

1 Pt10 铂电阻－200～～850 测量精度高，稳定性好，

2 Pt50 铂电阻－200～～850

可作基准仪器。

3 Pt100 铂电阻－200～～850

4 Cu50 铜电阻 -50～～150 稳定性好，价格低，但

5 Cu100 铜电阻 -50～～150

体积大，机械强度低。

6 Ni100 镍电阻 -60～～180 灵敏度高，体积小，但

7 Ni300 镍电阻 -60～～180

稳定性和复制性差。

8 Ni500 镍电阻 -60～～180

热电阻按用途不同，常用的形式有：普通型、铠装式、端面型、隔爆型。热电阻测温仪表一般由热电阻、连接导线和显示仪组成，最常见的故障是热电阻短路和断路。

c 辐射温度计

物体受热后，会发出各种波长的辐射能，辐射能的大小和受热体温度的四次方成正比，辐射温

同时物体在高温状态下会发光、发亮。温度越高，亮度越大，光学温度计就是通过测物体的亮度来测温度的。

④物位仪表

物位是对液位、料位和相界面的总称，对物位进行测量的仪表称物位检测仪表。

物位检测的主要目的：通过物位测量来确定容器中物料的数量，以确定正常生产所需的物料供给量；通过物位测量了解物料是否在正常生产要求范围内，以保证生产安全、产品质量。

物位仪表按液位、料位、界面分：

测量液位仪表：玻璃管（板）、称重式、浮力式、静压式（压力、差压）、电容式、电感式、电阻式、超声波式、放射式等。

测量界面仪表：浮力式、差压式、电极式和超声波式等。

测量料位仪表：重锤探测式、音叉式、超声波式、激光式、辐射式等。

浮力式液位计

浮力式液位计可分为恒浮力式液位计和变浮力式液位计。前者是根据浮子的位置始终跟随液位的变化而变化来进行液位测量的；后者则根据浮筒所受的浮力随液位的变化而变化来进行液位测量的。

常见恒浮力式液位计有：

浮球液位计――这种仪表结构是一种机械杠杆系统。一端连空心浮球，放于被测介质中，另一端装平衡锤，所以是力矩平衡式仪表。这类仪表变化灵敏，易适应介质的温度、压力、粘度等条件，但受机械杠杆长度的限制，测量范围较小。

浮子钢带液位计――这类液位计的浮子系在钢带上，钢带的另一端系平衡锤或钢带收放轮。当液位发生变化是浮子、钢带也随着上下移动，此仪表测量范围较大，但易受温度等条件影响，精度不高。

磁耦合浮子式液位计――这类液位计的浮子内带有永久磁铁，然后通过磁耦合传出液位的高低，如磁翻板液位计，量程较大，工作压力高，但磁性物质对温度有一定限制，在吹气高温下，易退磁。

常见的变浮力式液位计有：

浮筒液位计――它的检测元件是沉浸在液体中浮筒（又称沉筒），它随液位的变化产生上下直线位移，通过扭力管转换为角位移，再利用转换元件，将角位移变为相应电或气信号。

浮筒液位计除位移式的外，还有力平衡式沉筒液位计、带差动变送器的沉筒液位计。

恒力式液位计与变浮力式液位计主要区别：恒力式液位计的浮子始终浮在介质上面，并随液位1:1变化，沉筒液位计的沉筒则大部分沉在介质中，当液位发生变化时，其位移极小。