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行業(yè)新聞
工業(yè)設(shè)備中常見自動(dòng)測(cè)量控制儀表運(yùn)行介紹及故障現(xiàn)象
發(fā)布日期：2017-12-25 09:37:53 來源： 作者： 瀏覽次數(shù)：
【導(dǎo)讀】：本文從工作實(shí)際出發(fā)，在總結(jié)工業(yè)設(shè)備維護(hù)及維修經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，介紹了工業(yè)設(shè)備中常見自動(dòng)測(cè)量控制系統(tǒng)的原理與組成，分析了測(cè)控儀器儀表系統(tǒng)常見的故障現(xiàn)象、排除方法及引起故障的主要因素。......
溫度、壓力、流量和液位是工業(yè)生產(chǎn)過程中四種常見的物理量，本文從工作實(shí)際出發(fā)，在總結(jié)工業(yè)設(shè)備維護(hù)及維修經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，介紹了工業(yè)設(shè)備中常見自動(dòng)測(cè)量控制系統(tǒng)的原理與組成，分析了測(cè)控儀器儀表系統(tǒng)常見的故障現(xiàn)象、排除方法及引起故障的主要因素。在論述故障原因及解決辦法的同時(shí)，更加強(qiáng)調(diào)了儀器儀表維護(hù)維修過程中的相關(guān)注意事項(xiàng)，為同行業(yè)技術(shù)人員提供了一定的交流和參考。
人類社會(huì)文明從農(nóng)業(yè)社會(huì)步入工業(yè)社會(huì)，生產(chǎn)活動(dòng)經(jīng)歷了從手工化到機(jī)械化、電力化、自控化的轉(zhuǎn)變。目前，工業(yè)設(shè)備已經(jīng)代替了人類大多數(shù)的體力勞動(dòng)和部分腦力勞動(dòng)，測(cè)控儀器儀表就如同人之五官與四肢，其工作的穩(wěn)定可靠性直接影響到生產(chǎn)設(shè)備的性能與產(chǎn)品的質(zhì)量。為此，時(shí)刻使測(cè)控儀器儀表處于一個(gè)信息精準(zhǔn)、可控的模式，是做好一切生產(chǎn)活動(dòng)的基礎(chǔ)與前提。
1 測(cè)量控制系統(tǒng)的原理組成
各種自動(dòng)測(cè)量與控制系統(tǒng)一般由以下四部分組成：測(cè)量元件（敏感元件）、轉(zhuǎn)換元件（調(diào)理電路、變送器）、處理元件（控制器、控制儀表）、執(zhí)行元件（繼電器、控制閥）。其系統(tǒng)組成方塊圖如圖 1 所示。
2 測(cè)控儀器儀表的基本性能與指標(biāo)
2.1 測(cè)量范圍、上下限及量程
測(cè)量范圍就是指儀表按規(guī)定的精度進(jìn)行的測(cè)量被測(cè)對(duì)象的范圍值。測(cè)量范圍的非常大值稱為測(cè)量上限，測(cè)量范圍的非常小值稱為測(cè)量下限，量程就是上下限值的代數(shù)差。
2.2 線性度
又稱非線性誤差，是表征儀表輸出 - 輸入校準(zhǔn)曲線與所選定的擬合直線之間的吻合程度的指標(biāo)。
2.3 精度
精度又稱為精確度或準(zhǔn)確度，是指測(cè)量結(jié)果和實(shí)際值一致的程度。我們可以通俗理解為儀表顯示值小數(shù)點(diǎn)后位數(shù)越多，就說明該儀表的測(cè)量精度等級(jí)越高。
2.4 回差
回差是反映儀器儀表對(duì)某一參數(shù)在整個(gè)測(cè)量范圍內(nèi)，進(jìn)行正反行程的測(cè)量，所得到在同一被測(cè)值下正反行程的非常大絕對(duì)值差。
2.5 靈敏度
儀器儀表的靈敏度就是被測(cè)量變化時(shí)，儀表輸出的變化量與引起此變化的輸入變化量的比值。
2.6 分辨力
是儀器儀表在規(guī)定測(cè)量范圍內(nèi)所能檢測(cè)出的被測(cè)輸入量的非常小變化值。有時(shí)用該值相對(duì)滿量程輸入值之百分?jǐn)?shù)表示，則稱為分辨率。
2.7 零點(diǎn)遷移和量程遷移
在實(shí)際使用中，由于測(cè)量要求或測(cè)量條件的變化，需要改變儀表的零點(diǎn)或量程，可以對(duì)儀表的零點(diǎn)和量程進(jìn)行調(diào)整。我們將零點(diǎn)的改變稱為零點(diǎn)遷移，量程的改變稱為量程遷移。零點(diǎn)遷移儀表靈敏度不變化，而量程遷移會(huì)引起靈敏度的改變。
3 測(cè)控儀表常見故障類型
從儀器儀表故障產(chǎn)生的原因及導(dǎo)致的結(jié)果來看，可以將儀器儀表故障分為三種：暫時(shí)性硬故障，yongjiu性硬故障，軟故障。
（1）暫時(shí)性硬故障主要指因工藝條件變化波動(dòng)較大，造成儀器儀表出現(xiàn)偏差，無法復(fù)位，經(jīng)過手動(dòng)調(diào)整可以排除故障的情況。
（2）yongjiu性硬故障是指因各種條件導(dǎo)致儀器儀表損壞，無法修復(fù)性的故障，只有更換使用。
（3）軟故障是指儀器儀表在正常檢測(cè)過程中，因被測(cè)量異常，導(dǎo)致儀器儀表異常，待被測(cè)量正常后，無需手動(dòng)調(diào)整，儀器儀表自行恢復(fù)正常。
4 溫度控制系統(tǒng)儀器儀表常見故障診斷
4.1 常見工業(yè)用溫度測(cè)量?jī)x器儀表
4.1.1 熱電偶測(cè)溫元件
熱電偶測(cè)溫的基本工作原理是基于熱電效應(yīng)，將溫度變化量轉(zhuǎn)換成電勢(shì)的變化量進(jìn)行測(cè)溫的。
熱電效應(yīng)：又稱賽貝克效應(yīng)，將兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體（A,B）連接在一起構(gòu)成一個(gè)閉合回路，當(dāng)兩接點(diǎn)處溫度不同時(shí)，回路中將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，從而產(chǎn)生回路電流。
4.1.2 熱電阻測(cè)溫元件
物體的電阻率隨溫度變化而變化的特性稱為熱電阻效應(yīng)，利用熱電阻效應(yīng)制成的檢測(cè)原件稱為熱電阻。一般把金屬熱電阻稱為熱電阻，把半導(dǎo)體熱電阻稱為熱敏電阻。電阻率隨溫度升高而升高的稱為材料具有正溫度系數(shù)，隨溫度升高而降低的稱為材料具有負(fù)溫度系數(shù)。熱電阻一般擁有正的溫度系數(shù)，熱敏電阻有正溫度系數(shù)有（PTC），負(fù)溫度系數(shù)（NTC），臨界溫度系數(shù)（CTR）三種，日常使用 NTC型的較多。常見的熱電阻有PT100，PT1000，Cu50等。100,1000,50 是溫度為 0℃時(shí)該材料的電阻值。
4.1.3 溫度變送器
溫度變送器是溫度測(cè)控系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)換元件，它將測(cè)量元件的非電量或非標(biāo)準(zhǔn)電量轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)送入控制器，以便控制器識(shí)別、處理。
4.2 溫控系統(tǒng)儀器儀表常見故障原因分析與排除
（1）故障出現(xiàn)以前顯示儀表和記錄曲線一直表現(xiàn)正常，出現(xiàn)波動(dòng)后曲線變得毫無規(guī)律或系統(tǒng)難以控制，此時(shí)故障可能是：1.PID 參數(shù)整定不良造成的；2. 記錄顯示儀本身內(nèi)部故障。
（2）如果系統(tǒng)顯示儀表正常，打印曲線為一條直線，故障很可能出現(xiàn)在打印系統(tǒng)，這時(shí)可人為改變一下工藝參數(shù)，如無變化，則肯定出現(xiàn)在打印系統(tǒng)。
（3）顯示儀表顯示為系統(tǒng)設(shè)定或默認(rèn)的非常高或非常低點(diǎn)，一般為轉(zhuǎn)換元件損壞，或連接線路斷開。
（4）溫度顯示值緩慢變化：1. 工藝操作造成，這種情況如實(shí)反映內(nèi)部情況，需要檢查操作環(huán)境與工藝；2. 測(cè)溫元件不穩(wěn)定，產(chǎn)生溫度漂移，更換敏感元件。
（5）儀表顯示值與實(shí)際值有偏差：一般為測(cè)溫元件產(chǎn)生漂移，線路接頭腐蝕、干擾等情況，需要逐一再檢查。
（6）儀表顯示屏顯示字符出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象，一般為儀表供電電壓不穩(wěn)或較低、電磁干擾等原因造成。
5 壓力控制系統(tǒng)常見儀器儀表故障診斷
5.1 常見壓力檢測(cè)儀表
5.1.1 液柱式壓力計(jì)
液柱式壓力計(jì)一般采用水銀或水為工作液，利用被測(cè)介質(zhì)兩端壓力差原理，用 U 型管或單管或斜管進(jìn)行壓力測(cè)量，常用于低壓、負(fù)壓或壓力差的檢測(cè)。
5.1.2 彈性式壓力計(jì)
彈性式壓力檢測(cè)是用彈性元件作為壓力敏感元件把壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件位移的一種檢測(cè)方法。使用較多的彈性元件有彈性膜片、波紋管和彈簧管等。
5.1.3 活塞式壓力計(jì)
活塞式壓力計(jì)是一種精度很高的標(biāo)準(zhǔn)儀器，常用做校驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)壓力表及普通壓力表使用。
5.1.4 壓力傳感器
能夠檢測(cè)壓力并能提供遠(yuǎn)傳信號(hào)的裝置統(tǒng)稱為壓力傳感器，它是壓力測(cè)量控制系統(tǒng)的重要組成部分。壓力傳感器結(jié)構(gòu)形式多種多樣，常見的形式有應(yīng)變式、壓阻式、壓電式和電容式。
5.2 壓力檢測(cè)與控制系統(tǒng)儀器儀表常見故障的分析與排除
（1）壓力控制系統(tǒng)儀表指示出現(xiàn)快速振動(dòng)時(shí)，首先檢查工藝操作有無變化，這種變化多半是工藝操作和調(diào)節(jié)器 PID 參數(shù)整定不好所造成。
（2）壓力控制儀表出現(xiàn)死線，工藝操作變化，但壓力指示不變化，一般故障出現(xiàn)在壓力測(cè)量系統(tǒng)中，首先檢查測(cè)量引壓導(dǎo)管系統(tǒng)是否有堵塞現(xiàn)象，若不堵，檢查壓力變送器輸出系統(tǒng)有無變化，如有變化，故障出在控制器測(cè)量指示系統(tǒng)，如不變化，壓力變送器故障。
（3）壓力指示儀表出現(xiàn)非常高或非常低值，先可人為改變被測(cè)量，如有變化，一般跟工藝操作或環(huán)境有關(guān)，如無變化，一般為壓力變送器內(nèi)部彈性膜片卡住不能復(fù)位，可以通過略高于測(cè)量上限的氣流吹開。如無法修復(fù)則更換壓力變送器。
6 流量控制儀表系統(tǒng)常見故障診斷
6.1 常見流量檢測(cè)儀表
6.1.1 容積式流量計(jì)
容積式流量計(jì)又稱正排量流量計(jì)，是直接根據(jù)排出的體積進(jìn)行流量累計(jì)的儀表，它利用運(yùn)動(dòng)元件的往復(fù)次數(shù)或轉(zhuǎn)速與流體的連續(xù)排出量成比例對(duì)被測(cè)物體進(jìn)行連續(xù)的檢測(cè)。
6.1.2 差壓式流量計(jì)
差壓式流量計(jì)基于在流通管道上設(shè)置流動(dòng)阻力件，流體流過阻力件時(shí)將產(chǎn)生壓力差，此壓力差與流體流量之間有確定的數(shù)值關(guān)系，通過測(cè)量差壓值可以求得流體流量。
6.1.3 速度式流量計(jì)
速度式流量計(jì)的測(cè)量原理都是基于與流體流速有關(guān)的各種物理現(xiàn)象，儀表的輸出與流速有確定的關(guān)系，即可知流體的體積流量。
6.2 流量檢測(cè)儀器儀表常見故障的分析與排除
（1）流量控制儀表系統(tǒng)指示值達(dá)到非常小時(shí)，首先檢查現(xiàn)場(chǎng)流量計(jì)，如果正常，則故障在顯示儀表。當(dāng)流量計(jì)指示也非常小，則檢查調(diào)節(jié)閥開度：若開度為零，則常為調(diào)節(jié)閥到調(diào)節(jié)器之間的故障；若調(diào)節(jié)閥開度正常，故障原因很可能是系統(tǒng)壓力不夠、系統(tǒng)進(jìn)出口管路堵塞、泵不上量等原因造成。
（2）如果流量控制儀表系統(tǒng)指示值波動(dòng)頻繁，可將控制改到手動(dòng)，如果波動(dòng)仍然頻繁，則是儀表方面的原因或儀表控制參數(shù) PID 設(shè)定不合適；如果波動(dòng)減小，則是工藝方面的原因所造成。
7 液位控制儀表系統(tǒng)故障診斷
7.1 常見液位檢測(cè)儀表
7.1.1 靜壓式液位計(jì)
靜壓式液位計(jì)是利用計(jì)算液體壓強(qiáng)的公式P=ρHg 推出 H=p/ρg, 當(dāng)我們測(cè)得壓力 p 時(shí)即可計(jì)算出液體的位置高度 H.
7.1.2 浮子式液位計(jì)
浮子式液位計(jì)是用浮球作為檢測(cè)元件，浮球隨液位變化而上下移動(dòng)，自始至終其所受浮力大小不變，那么通過浮球所反映出來位置的變化我們可以測(cè)得液位的高低。
7.1.3 超聲波液位計(jì)
超聲波在穿過兩種不同介質(zhì)的分界面時(shí)會(huì)產(chǎn)生折射和反射，對(duì)于聲阻抗 ① 差別較大的相界面，幾乎為全反射，從發(fā)射超聲波至收到反射波回的時(shí)間可以計(jì)算出分界面的距離，利用這一原理可以制成超聲波液位計(jì)。
7.2 液位檢測(cè)及控制系統(tǒng)常見故障原因分析與排除
（1）液位控制儀表系統(tǒng)指示值變化到非常大或非常小時(shí)，可以先檢查檢測(cè)儀表是否正常，如指示正常，將液位控制改為手動(dòng)控制液位，查看液位變化情況。如果液位可以穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)，則故障在液位控制系統(tǒng)；如果穩(wěn)不住液位，一般為工藝系統(tǒng)造成的故障，要從工藝方面查找原因。
（2）差壓式液位控制儀表指示和現(xiàn)場(chǎng)直讀儀表對(duì)不上時(shí)。首先檢查現(xiàn)場(chǎng)直讀式儀表是否正常，如指示正常，檢查差壓式液位儀表的負(fù)壓導(dǎo)壓管封液是否有滲漏：若有滲漏，重新灌封也調(diào)零點(diǎn)；若無滲漏，可能是儀表的負(fù)遷移量不對(duì)了，重新調(diào)整遷移量使儀表顯示正常。
（3）液位控制儀表系統(tǒng)指示值變化波動(dòng)頻繁時(shí)，首先要分析液位控制對(duì)象容量的大小，來分析故障的原因，容量大一般是儀表故障造成；容量小則首先要分析工藝操作情況是否有變化，如有變化很可能是工藝操作造成的原因，如果沒有變化，可能是儀表故障造成。
8 造成儀器儀表故障的若干因素
儀器儀表的常見故障，按其成因一般分為環(huán)境因素、人為因素、儀表自身因素三大類。環(huán)境因素又分為密封、振動(dòng)、腐蝕、電磁干擾、高溫潮濕等；人為因素可分為使用不當(dāng)、安裝
不當(dāng)、人為損壞、維護(hù)不當(dāng)?shù)�；自身因素就是儀表質(zhì)量問題。
8.1 環(huán)境因素
8.1.1 密封不良
密封不良產(chǎn)生的故障情況有：
（1）使用較低防護(hù)等級(jí)的儀表安裝于露天、潮濕的場(chǎng)所，有可能導(dǎo)致雨水或其它液體、粉塵、潮濕氣體進(jìn)入儀表內(nèi)部，導(dǎo)致儀表接觸不良或電路部分出現(xiàn)故障、機(jī)械部分生銹腐蝕；
（2）現(xiàn)場(chǎng)儀表電纜進(jìn)線密封不良造成的。這大致分為兩種情況：一種情況為電纜沒有安裝密封接頭，另一種則是儀表電纜接口與密封接頭不匹配造成的。
（3）儀表蓋密封不良如密封墊未安裝到位、未安裝或密封墊老化引起的密封不良。密封不良產(chǎn)生的故障是現(xiàn)場(chǎng)儀表故障率較高的故障之一。
8.1.2 振動(dòng)損壞
現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表因設(shè)備或環(huán)境的振動(dòng)而出現(xiàn)故障也占有一定比例。常見有儀表固定固定螺絲或卡套松動(dòng)、接線頭接觸不良，焊點(diǎn)開裂等。
8.1.3 腐蝕損壞
腐蝕性較強(qiáng)的酸堿對(duì)儀表腐蝕，環(huán)境中的潮濕氣體或雜質(zhì)對(duì)儀器儀表及線路的銹蝕作用。
8.1.4 電波干擾
一般毫伏級(jí)或頻率信號(hào)受電磁干擾，諧波干擾較為嚴(yán)重。采取的辦法是盡量避開干擾源，或采用屏蔽殼、屏蔽接地、安裝時(shí)設(shè)備或儀器儀表使用屏蔽電纜線。
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