仪表基础知识

第一章仪表基础知识

1.1仪表的分类及性能指标

1.1.1仪表的分类

检测与过程控制仪表（通常称自动化仪表）分类的方法很多，根据不同原则进行相应的

分类。例如按仪表所使用的能源分类，可以分为气动仪表、电动仪表和液动仪表（很少见）;

按仪表组合形式可以分为基地仪表、单元组合仪表和综合控制装置；按仪表安装形式，可以

分为现场仪表、盘装仪表和架装仪表；根据仪表是否引入微处理机可分为智能仪表和非智能

仪表；根据仪表信号的形式可分为模拟仪表和数字仪表等等。

检测与过程仪表最通用的分类方法是按在测量与控制系统中的作用进行划分，•般分为

检测仪表、显示仪表、调节（控制）仪表和执行器四大类，见表1-1-1.

1-1-1检测与过程控制仪表分类表

按被

按功能

测按工作原理或结构形式按组合形式按能源

变量

压力液柱式、弹性式、电气式、活塞式单元组合电、气

温度膨胀式、热电阻、热电偶、光学、辐射单元组合

流量节流式、转子式、容积式、靶式、电磁单元组合电、气

检测仪表漩涡

物位直读、浮力、静压、电学声波、辐射、光学单元组合电、气

成分PH、氧分析、色谱、紫外试验室和流

程电

模拟和数字

指示和记录

显示仪表基地

动圈，自动平衡电桥，电位差计单元组合

调节（控自力式气动

制仪表）组装式电动

可编程

执行薄膜、活塞、长行程、其它

机构

执行器

阀直通单座、直通双座、套筒球阀、蝶阀、隔

膜阀、偏心旋转、角形、三通、阀体分离

1.1.2仪表主要性能指标

在工程上仪表性能指标通常用精确度（又称精度）、变差、灵敏度来描述。仪表校验通

常也是调校精确度，变差和灵敏度三项。变差是指仪表被测变量（可理解为输入信号）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，或者说是仪表在外界条件不变的

情况下，被测参数由小到大变化（正向特性）和被测参数山大到小变化（反向特性）不一致

的程度，两者之差即为仪表变差，变差大小取最大绝对误差与仪表标尺范围之比的百分比：

△max

变差xlOO%

标尺上限值-标尺下限值

其中：A=|A1—A2|

变差产生的主要原因是仪表传动机构的间隙，运动部件的磨擦，弹性元件滞后等。随着

仪表制造技术的不断改进，特别是微电子技术的引入，许多仪表全电子化了，无可动部件，

模拟仪表改为数字仪表等等，所以变差这个指标在智能型仪表中显得不那么重要和突出了。

灵敏度是指仪表对被测参数变化的灵敏程度，或者说是对被测的量变化的反应能力，是

在稳态下，输出变化增量对输入变化增量的比值：以

式中s-仪表灵敏度；AL-仪表输出变化增量；Ax-仪表输入变化增量；

灵敏度有时也称“放大比”，也是仪表静特性曲线上各点的斜率。增加放大倍数可以提

高仪表灵敏度，单纯加大灵敏度并不改变仪表的基本性能，即仪表精度并没有提高，相反有

时会出现振荡现象，造成输出不稳定。仪表灵敏度应保持适当的量。

1、测量范围、上下限及量程

每个用于测量的仪表都有测量范围，它是该仪表按规定的精度进行测量的被测变量的范

围。测量范围的最小值和最大值分别称为测量下限和测量上限，简称下限和上限。仪表的量

程可以用来表示其测量范围的大小，是其测量上限值与下限值的代数差。

使用下限与上限可完全表示仪表的测量范围，也可确定其量程。如一个温度测量仪表的

下限值是-50℃,上限值是150℃,则其测量范围可表示为-50℃〜150℃,量程为200℃。

由此可见，给出仪表的测量范围便知其上下限及量程，反之只给出仪表的量程，却无法确

定其上下限及测量范围。

2、零点迁移和量程迁移

在实际使用中，由于测量要求或测量条件的变化，需要改变仪表的零点或量程，为此可

以对仪表进行零点和量程的调整。通常将零点的变化称为零点迁移，而量程的变化则称为量

程迁移。

零点迁移和量程迁移可以扩大仪表的通用性。但是，在何种条件下可以进行迁移能够

有多大的迁移量，还需视具体仪表的结构和性能而定。

3、灵敏度和分辨率

2

灵敏度是仪表对被测参数变化的灵敏程度，常以在被测参数改变时，经过足够时间仪

表指示值达到稳定状态后，仪表输出变化量与引起此变化的输入变化量之比表示。

4、精确度

仪表精确度简称精度，又称准确度。有误差的存在，才有精确度这个概念。仪表精确度

简言之就是仪表测量值接近真值的准确程度，通常用相对百分误差（也称相对折合误差）表

示。相对百分误差公式如下：

AY

'=标尺上限值-标尺下限值x100%

式中3-检测过程中相对百分误差；

（标尺上限值-标尺下限值）一一仪表测量范围；

Ax-绝对误差，是被测参数测量值xl与被测参数标准值xO之差。

所谓标准值是精确度比被测仪表高3~5倍的标准表测得的数值。

仪表精度不仅和绝对误差有关，而且和仪表的测量范围有关。绝对误差大，相对百分误

差就大，仪表精确度就低。如果绝对误差相同的两台仪表，其测量范围不同，那么测量范围

大的仪表相对百分误差就小，仪表精确度就高。精确度是仪表很重要的一个质量指标，常用

精度等级来规范和表示。精度等级就是最大相对百分误差去掉正负号和吼按国家统规定

划分的等级有0.005,0.02,0.05,0.1,,0.2,0.5,1.0,1.5,2.5,4.0等,仪表精度等

级一般都标志在仪表标尺或标牌上，如0.5等，数字越小，说明仪表精确度越高。

误差通常可以分为疏忽误差、缓变误差、系统误差和随机误差。

疏忽误差是指测量过程中人为造成的误差，一则可以克服，二则和仪表本身没有什么关

系。

缓变误差是由于仪表内部元器件老化过程引起的，它可以用更换元器件、零部件或通过

不断校正加以克服和消除。

系统误差是指对同一被测参数进行多次重复测量时，所出现的数值大小或符号都相同的

误差，或按••定规律变化的误差，可以通过统计方法从理论上估计其对检测结果的影响。误

差来源主要指系统误差和随机误差。在用误差表示精度时，是指随机误差和系统误差之和。

5、复现性（重复性）

测量复现性是在不同测量条件下，用不同的方法，不同的观测者，在不同的检测对同一

被检测的量进行检测时，其测量结果环境一致的程度。测量复现性必将成为仪表的重要性能

指标。

测量的精确性不仅仅是仪表的精确度，它还包括各种因素对测量参数的影响，是综合误

差。

3

3、稳定性

在规定工作条件内，仪表某些性能随时间保持不变的能力称为稳定性（度）。仪表稳定

性是化工企业仪表工十分关心的一个性能指标。由于化工企业使用仪表的环境相对比较恶

劣，被测量的介质温度、压力变化也相对比较大，在这种环境中投入仪表使用，仪表的某些

部件随时间保持不变的能力会降低，仪表的稳定性会下降。仪表投入运行一年之中零位没有

漂移，相反仪表投入运行不到3个月，仪表零位就变了，说明仪表稳定性不好。仪表稳定性

的好坏直接关系到仪表的使用范围，有时直接影响化工生产，

6、可靠性

对于化工企业检测与过程控制仪表，大部分安装在工艺管道、各类塔、釜、罐、器上，

而且化工生产的连续性，多数有毒、易燃易爆的环境，这些恶劣条件给仪表维护增加了很多

困难，-一是考虑化工生产安全，二是关系到仪表维护人员人身安全，所以化工企业使用检测

与过程控制仪表要求维护量越小越好，亦即要求仪表可靠性尽可能地高。

1.1.3误差

仪发指示装置所显示的被测值称为示值，它是被测真值的反映。严格地说，被测真值只

是一个理论值，因为无论采用何种仪表测到的值都有误差。实际中常将用适当精度的仪表测

出的或用特定的方法确定的约定真值代替真值。例如使用国家标准计量机构标定过的标准仪

表进行测量，其测量值即可作为约定真值。示值与公认的约定真值之差称为绝对误差，即:

绝对误差=示值一约定真值

绝对误差通常可简称为误差。当误差为正时表示仪表的示值偏大，反之偏小。

绝对误差与约定真值之比称为相对误差，常用百分数表示，即：

绝对误差

相对误差（％）=

约定真值

虽然用绝对误差占约定真值的百分数来衡量仪表的精度比较合理，但仪及多应用在测量

接近上限值的量，因而用量程取代卜式中的约定真值则得到引用误差如F式所示:

绝对误差

引用误差（%）=

量程

整个量程范围内的最大绝对误差与量程的比值，则获得仪表的最大引用误差为：

最大引用误差（%）=最大）曾误差

量程

最大引用误差与仪表的具体示值无关，可以更好地说明仪表测量的精确程度。它是基本

误差的主要形式，仪表的主要质量指标之一。

4

1.2常用仪表控制符号

1.2.1图形符号

1、测量点

测量点(包括检出元件)是由过程设备或管道符号引到仪表圆圈的连接引线的起点，-

般无特定的图形符号，如图1-27(a)所示。

若测量点位于设备中，当有必要标出测量点在过程设备中的位置时，可在引线的起点加

一个直径为2mm的小圆符号或加虚线，如图1-2-1(b)所示。必要时，检出元件或检出仪

表可以用表12-2所列的图形符号表示。

2、连接线图形符号

仪表圆圈与过程测量点的连接引线，通用的仪表信号线和能源线的符号是细实线。当有

必要标注能源类别时，可采用相应的缩写标注在能源线符号之上。例如AS-014为0.14MPA

的空气源，ES-24DC为24V的直流电源。

当通用的仪表信号线为细实线可能造成混淆时，通用信号线符号可在细实线上加斜短划

线(斜短划线与细实线成45度角)。

仪表连接图形符号见表1-2-1o

5

表1-2-1仪表连线符号表

序号类另图形符号备注

1仪表与工艺设备、管道上测量

点的连接线或机械连动线（细实线：下同）

2通用的仪表信号线—

连接线交叉

3

4连接线相接

5表示信号的方向------------------------------------►

6气压信号线断划线与细实

〃//〃

线成45度角，

下同

7电信号线

或////〃///〃

8导压毛细管f-X-X—

9液压信号线

———

10电磁、辐射、热、光、声波

等信号线（有导向）

11电磁、辐射、热、光、声波等

信号线（无导向）

12内部系统链（软件或数据链）----O——O—

13机械链---O---O---

14二进制电信号必/M/

或

15二进制气信号来水汉

6

3、仪表图形符号

仪表图形符号是直径为12mm(或10mm)的细实线圆圈。仪表位号的字母或阿拉伯数字

较多，圆圈内不能容纳时，可以断开。如图12-2(a)。处理两个或多个变量，或处理一个

变量但有多个功能的复式仪表，可用相切的仪表圆圈表示，如图12-2(b)所示。当两个

测量点引到一台复式仪表上而两个测量点在图纸上距离较远或不在同一图纸上，则分别用两

个相切的实线圆圈和虚线圆圈表示，见图1-2-2(c)所示。

图1-2-2仪表图形符号

分散控制系统(双称集散控制系统)仪表图形符号是直径为12mm(或10mm)的细实线

圆圈，外加与圆圈相切细实线方框，如图12-3(a)所示。作为分散控制系统的计算机功

能图形符号，是对角线长为12mm(或10mm)的细实线六边形，如图1-2-3(b)所示。分散

控制系统内部连接的可编程逻辑控制器功能图形符号如图「2-3(c)所示，外四边形边长

为12mm(或10mm)。其他仪表或功能图形符号见表『2-2。

分散控制系统仪表图形符号

4、表示仪表安装位置图形符号

表示仪表安装位置的图形符号见表12-3所示。

7

表1-2-2仪表功能图形符号

8

(17)超声流量计(18)旋涡传感器(19)靶式传感器

注：图形符号的尺寸根据使用者的需要可以改变，推荐应用表中的实际尺寸。

9

表1-2-3表示仪表安装位置的图形符号

主要位置现场安装辅助位置

操作员监视用正常情况下，操作员不监视操作员监视用

(1)(2)(3)

离散仪表O

共用显示rA

共用控制

(5)一6)

(9)

计算机功能

(8)<>

可编程序逻(11)

辑控制功能

*正常情况卜操作员不监视，或盘后安装的仪表设备或功能，仪表图形符号也可表示为:

**在需要的时仪表盘号或操作员号。

5.控制阀体图形符号，阀门图形符号

控制阀体图形符号、阀门图形符号见下表1-2-4所示。

表1-2-4控前阀体图形符号、阀门图形符号

(1)(2)(3)(4)(5)

n

-一

截止阀

球阀

1四通阀

角阀三通阀

(6)(7)(8)(9)(10)

-r^j-———X—----1X1———

蝶阀其他形式的阀

旋塞阀隔膜阀闸阀

10

6.执行机构图形符号

执行机构图形符号见表1-2-5所示。

表1-2-5执行机构图形符号

(1)(2)(3)(4)(5)

SD

TT

带弹簧的薄膜执不带弹簧的薄膜1

数字执行机构活塞执行机构单

行机构执行机构电动执行机构

作用

(6)(7)(8)(9)(10)

勺CG

ST5

T

带手轮的电动薄带电动阀门定位带电动阀门定位

活塞执行机构双电磁执行机构膜执行机构器的电动薄膜执器的气动薄膜执

作用行机构行机构

(11)(12)

HH

RY

带人工复位装置的执行机构带远程复位装置的执行机构(以电磁执行机

构为例)

7.执行机构能源中断时控制位置的图形符号

执行机构能源中断时捽制阀位置的图形符号，以带弹簧的薄膜执行机构控制阀为例，见

表1-2-6所示。

8.配管管线图例符号。

配管管线图例符号见表-2-7所示。

表1-2-6丸行机构能源中断是控制位置的图形符号

(1)(2)(3)

-m—vrT

能源中断时，直通阀开启能源中断时，直通阀关闭能源中断时，三通阀流体通向

A——C

(3)(4)(5)

XX

C-

D能源中断时，阀保持原位能源中断时，不定位

能源中断时，四通阀流体流

动方向A——C和D——B

注：上述图形符号中，若不用箭头、横线表示，也可以在控制阀体下部标注下列缩写:

F0能源中断时，开启；

FC——能源中断时，关闭；

FL——能源中断时，保持原位;

11

Fl——能源中断时，任意位置。

表1-2-7配管管线图例符号

序

内容图形符号序号内容图形符号

号

1单管向下4管束向上........../

O)/////[

2单管向上一G5管束向下分叉平

)/////£

走I

3管束向下)////刃6管束向上分叉平

、一//d

走)/////Jr1

1.2.2字母代号

1.被测变量和仪表功能

表示被测量变量和仪表功能的字母代号见表『2-8。

表1-2-8被测量变量和仪表功能的字母代号

第一位字母第二位字母

字母

被测变量或引发变量修饰词读出功能输出功能修饰词

A分析报警

B烧嘴、火焰供选用供选用供选用

C电导率控制

D密度差

E电压（电动势）检测元件

F流量比（分数）

G供选用视镜、观察

H手动高

I电流指示

J功率扫描

K时间、时间程序变化频率操作器

L物位灯低

M水分或湿度瞬动中、中间

N供选用供选用供选用供选用

0供选用节流孔

P压力、真空连接点、测试点

Q数量积算、累计

R核辐射记录

S速度、频率安全开关联锁

T温度传送

U多变量多功能多功能多功能

V振动、机械监视阀、风门、百叶窗

w重量、力套管

X未分类X轴未分类未分类未分类

Y事件、状态Y轴继动器、计算器、

转换器

Z位置Z轴驱动器、执行

12

说明：

1）“供选用”指的是在个别设计中多次使用，而表中没有规定其含义。

2）字母“X”未分类，即表中未规定其含义。适用于在设计中一次或有限几次使用。

3）后续字母确切含义，根据实际需要可以有不同的解释。

4）被测变量的任何第一位字母若与修饰字母D（差）、F（比）、M（瞬间）、K（变化频率）、

Q（积算、累计）中任何一个组合在一起，则表示另外一种含义的被测变量。例如TD1和T1

分别表示温差指示和温度指示。

5）分析变量的字母“A”，当有必要表明具体的分析项目时，在圆圈外右上方写出具体的分

析项目。例如：分析二氧化碳，圆圈内标A,圆圈外标注CO”

6）用后续字母“Y”表示继动或计算功能时，应在仪表圆圈外（一般在右上方）标注它的具

体功能。如果功能明显时，也可以不标注。

7）后续字母修饰词H（高）、M（中）、L（低）可分别写在仪表圆圈外的右上方。

8）当H（高）、L（低）用来表示阀或其他开关装置的位置时，“H”表示阀在全开式接近全

开位置，“L”表示阀在全关式接近全关位置。

9）后续字母“K”表示设置在控制回路内的自动-手动操作器。例如流量控制回路的自动-

手动操作器为“FK”，它区别于HC——手动操作器。

2.被测变量及仪表功能组合示例

被测变量及仪表功能组合示例见表12-9。

3.常用仪表图形符号如下：

类型符号类型符号类型符号

电子符号CC阀门（一般）X交送器

真空压力信号-A-角阀木一般，无需区分

监视位置及掾作时I'

油压信号

三通阀

凶位置

管道系统-M----0

㊀

蝶阀、调节同Z需要区分控制室

或携阀

孔监视位置

㊀

球阀及操作时表盘后安装

文丘里管闷

啧嘴隔膜型宁本地表盘e

隔膜型

年开关

变面积式（压力平衡型）

流量计

启电动型（M）

叶轮式流量计T+1电磁型

容积式流量计HZZCH

活塞式

电磁流量计

13

表1-2-9被测变量及仪表功能组合示例

终

控制器读出仪表开关和报警装置变送器最

行

第一位被测变量或引电磁阀继检测检测食管或视镜安全执

自力式

元

字母发变量记录指示无指示记录指小高低高低组合记录指示无指示动器计算器元件点探头观察装置件

控制器

分析ARCnuUnn

烧嘴、火焰UnuUnn

U电导率U11unuuunuII…U…unuuuU

X密度XLIxnuXUXxnXK…X…xnXXXX

电压（电动势）Ununn

11

流量11nuIInunA

流量累计••・U•.nu•.•n

流量比unuUA

供选用

手动nu11

n电流nLInnunnnnn…n…nnnnnnA

功率uAllnn

时间时间程序...u...nu…LI...U...n...n

物位LI•nu■LI-u…n

水分或湿度：U：n*n

供选用

供选用

压力、真空unuIIUnn

X压力差XuxnuXUUXxnXX…XxnXXX

数量u♦.•nu

核辐射unuUnn

速度、频率uALlUUnn

温度IInuUUnn

X温度差XLIxnuXUxuXxnXXX.xnXXX

U多变量uunuU

振动、机械监视nn

垂量、力unuUunn

X重量差、力差XuOIXUXUXxnXX.…XxnXXXX

未分类

事件、状态nuUn

位置unuULInn

X检尺、位置XLIxnuXUXUXxnXX…XxnXXXX

FIK带流量指示自动-手动操作PEI压缩比指示QQI数量积算指示

FO限流孔板TJI扫描指示WKIC失重率指示、控制

HMS手动瞬动开关TJIA扫描指示、报警

其他

KQI时间、时间程序程序指示TJR扫描记录

LCT液位控制、变送JIRA扫描记录、报警

LLH液位指示灯

14

1.3工艺知识

化工企业的特点是高温、高压，易燃、易爆，有毒、有害。根据国家防爆及卫生等级的

规定（作为设计规定）：

高温是指温度达到200℃以上的温度；高压是指压力大于6.3Mpa的压力；易燃易爆介

质是指闪点在28℃以下介质（属甲类防爆等级）及80℃以下低沸点介质，有毒介质一般是

指对人的机体能引起功能障碍、疾病、甚至死亡的介质。如苯粉、氟化物、氯气及农药。

15

第二章温度检测仪表

温度是工业过程中最常见、最基本的参数之一，物体的任何物理变化和化学变化都与温

度有关。温度一般约占全部过程参数的50%左右。因此温度检测在工业生产中占有很重要的

地位。

2.1温度与温标

2.1.1温度

温度是表征物体冷热程度的物理量。温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测

量，而用来量度物体温度数值的标尺叫温标。温标规定了温度的读数起点（零点）和测量温度

的基本单位。目前国际上用得较多的温标是经验温标和热力学温标。

2.1.2温标

温标即温度的“标尺”，就是按一定的标准划分的温度标志，就象测量物体的长度要用

长度标尺——“长标”一样，是一种人为的规定，或者叫做一种单位制。分摄氏温标、热力

学温标、华氏温标等。

1、摄氏温标

摄氏温标的规定是在标准大气压（1013.25百帕斯卡）下，冰水混合物的温度为0度，

水的沸点为100度，中间划分为100等份，每等份为1℃。用。C表示单位符号。

2、热力学温标

热力学温标又称开尔文温标,或称绝对温标,它规定分子运动停止时的温度为绝对零度,

水的三相点，即液体、固体、气体状态的水同时存在的温度，为273.15Ko水的凝固点，即

相当摄氏温标0℃,华氏温标32T,开氏温标为273.15K,热力学温标单位为开尔文，符

号为K,定义水三相点的热力学温度的1/273.15为1K。热力学温标和摄氏温标之间的关

系为：t=T-273.15。

热力学温标是以热力学第二定律为基础的•种理论温标，已被国际计量大会采纳作为国

际统一的基本温标，其特点是不与某•特定的温度计相联系，与被测物质无关，用热力学温

标表示的热力学温度被认为是最理想的温度数值。热力学温标是一种纯理论的理想温标，无

法直接实现。

3、华氏温标

华氏温标（Fahrenheit,符号为。F）规定：在标准大气压下，冰的熔点为32T,水的

沸点为212°F,中间有180等分，每等分为华氏1度。

16

2.1.3测温方法

测量温度的方法很多，按照测量体是否与被测介质接触，可分为接触式测温法和非接触

式测温法两大类。接触式测温法的特点是测温元件直接与被测对象相接触，两者