儀表維修速查速算手冊

在儀表維修工作中常會遇到專業方面的計算和相關數據的查找，但由于儀表種類繁多，測量原理不同，因此所用到的計算公式、數據會有許多，而且資料較分散，維修中要費很多時間來查找，給維修工作帶來很多不便。為了滿足儀表維修時的快速查閱和計算，以提高維修效率，特把儀表維修中常用的計算公式、儀表故障檢查及處理圖表、儀表維修相關的數據資料匯編成本書。
本書以簡明實用為目的，以常用儀表的基礎知識為主，選取了在儀表維修工作中常用的內容，如計算公式和計算例題、故障檢查判斷和處理圖表、儀表故障代碼等?？紤]到維修的實際情況，有的計算公式選用的是經驗公式或簡易算式，便于儀表維修工在實際工作中應用。書中的很多計算問題，借助相關計算軟件就能很完美地解決，還不會出錯，但手工計算就是一個學習的過程，通過實際計算可以深刻理解計算公式中各參數的含義，以及各參數變化對計算結果的影響，以此來加深對儀表測量和控制過程的理解。書中的故障檢查判斷和處理圖表、故障代碼等內容簡潔明快，在檢查和處理儀表故障時，可起到一定的啟發和指導作用。
書中的計算公式、資料、圖解說明大多以表格形式編寫，并按儀表類型來分類，使讀者一目了然，便于查找，以達到“速查速用”的效果。
特種儀表和在線分析儀表的使用和維修需要掌握新技術，并且該類型儀表種類繁多，原理結構、安裝使用和維修都有很大的差別，想通過速查速算來解決維修中的問題并不現實，故本書不涉及該類型儀表的內容。
由于儀表維修涉及面廣，內容繁多，而編者水平有限，書中難免有遺漏或不妥之處，懇請讀者批評指正，編者不勝感激！
在此向我的家人和朋友表示衷心的感謝！感謝你們對我的鼓勵和支持。

編者

黃文鑫，大理卷煙廠(已退休)，主任 工程師，在大理氮肥廠從事儀表工作24年，曾任儀表技術員，1988年以人才引進到大理卷煙廠工作至退休，曾任儀表工程師，計算機中心主任。
在大理氮肥廠曾主持過二期擴建5000T合成氨整套儀表的自行安裝、調試、投運工作。后又進行過13套流程分析儀表的安裝、調試工作。
在大理卷煙廠曾自行設計、安裝、調試過10T, 35T鍋爐的R150控制系統及現場儀表。兩套煙葉發酵室的儀表及可編程控制系統。設計、安裝、調試過多臺變頻器應用系統。曾負責過全廠的計算機管理信息系統的建設工作。 “MC系列可編程流量檢測系統”項目曾獲：91年云南省煙草工業技術進步三等獎；“變頻調速在煙廠設備上的應用”項目曾獲：大理州95年科技進步二等獎；本人曾獲云南省煙草工業企業技術進步先進個人稱號。
曾在《煉油化工自動化》《自動化儀表》《化工自動化及儀表》《儀器儀表用戶》《工廠計量與檢測》《中國計量》《分析儀器》《世界儀表與自動化》《變頻器世界》《煙草科技》《儀器與未來》等刊物上發表過一百多篇文章。

本書收集整理了儀表維修中常用的計算公式、儀表故障檢查及處理圖表、儀表維修的相關數據資料，并按測量儀表和控制儀表分類。全書共10 章， 內容包括： 基礎知識、電氣及過程測量與控制儀表的圖形符號、溫度測量儀表、流量測量儀表、壓力及差壓測量儀表、液位測量儀表、調節閥和閥門定位器、過程控制系統、DCS 與PLC、安全和防爆。
本著簡明實用的原則，本書的計算公式及圖解說明大多以表格形式編寫，按儀表類型分類，可使讀者一目了然，便于針對性地查找，以達到“速查速用”的效果。
本書可供儀表維修工使用，也可供相關專業的師生參考。

第1章　基礎知識001
1.1　計量知識001
1.1.1　國際單位制001
1.1.2　工程記數法及國際制單位的轉換003
1.1.3　儀表誤差的相關知識004
1.1.4　儀表的質量指標及計算006
1.2　電工及電子技術基礎007
1.2.1　常用電路的定義及計算007
1.2.2　最基本的運算放大器電路012
1.2.3　儀表供電的相關計算（附儀表耗氣量） 015
1.3　儀表維修基礎017
1.3.1　儀表通用刻度換算公式及計算017
1.3.2　儀表故障檢查判斷方法019
1.3.3　儀表維修的順序與操作要點021
1.3.4　儀表自控常用英文縮略語023
參考文獻029

第2章　電氣及過程測量與控制儀表的圖形符號030
2.1　常用電氣圖形符號和文字代號030
2.2　常用過程測量與控制儀表的圖形符號及文字代號035
2.2.1　儀表回路號及儀表位號035
2.2.2　被測變量/引發變量及儀表功能標志字母組合的識讀039
2.2.3　儀表常用英文縮略語及應用示例041
2.2.4　儀表設計常用文字代號043
2.2.5　儀表設備與功能的圖形符號及應用示例046
2.2.6　儀表一次測量元件與變送器通用圖形符號046
2.2.7　測量注釋符號及含義047
2.2.8　一次測量元件圖形符號及應用示例048
2.2.9　就地儀表的圖形符號050
2.2.10　輔助儀表設備和附屬儀表設備的圖形符號051
2.2.11　儀表與工藝過程的連接線圖形符號052
2.2.12　儀表與儀表的連接線圖形符號052
2.2.13　執行機構與閥體（最終控制元件） 的圖形符號054
2.2.14　信號處理功能圖形符號056
2.2.15　二進制邏輯圖形符號058
2.3　儀表圖形符號應用示例063
參考文獻065

第3章　溫度測量儀表066
3.1　溫標的換算066
3.2　熱電偶066
3.2.1　常用熱電偶的基本特性066
3.2.2　熱電偶參比端溫度的補償及補償導線069
3.2.3　校準熱電偶的誤差計算公式及計算實例071
3.2.4　熱電偶常見故障及處理074
3.3　熱電阻076
3.3.1　常用熱電阻的特性076
3.3.2　熱電阻的電阻-溫度關系077
3.3.3　熱電阻的引線方式、測量電路及連接電纜敷設參數077
3.3.4　校準熱電阻的誤差計算公式及計算實例079
3.3.5　熱電阻常見故障及處理081
3.4　溫度傳感器保護管及插入深度的估算082
3.5　溫度變送器083
3.5.1　校準溫度變送器測量誤差的計算公式083
3.5.2　溫度變送器的接線084
3.5.3　溫度變送器的維護及故障處理087
參考文獻089

第4章　流量測量儀表090
4.1　流量測量常用單位換算表090
4.2　流量測量常用物性參數計算公式093
4.2.1　流體密度計算式093
4.2.2　流體黏度計算式096
4.2.3　氣體等熵指數計算式097
4.3　管道及管道流的相關計算097
4.3.1　部分流體、節流件及管道常用材料的線脹系數097
4.3.2　管道流體力學知識099
4.3.3　雷諾數、流速的相關表格及計算式099
4.4　流量儀表的特性及測量值的換算101
4.5　差壓式流量計103
4.5.1　差壓式流量計部分參數103
4.5.2　差壓變送器、流量變送器的信號轉換計算104
4.5.3　差壓式流量計的安裝及技術要求107
4.5.4　節流裝置的計算及計算實例112
4.5.5　節流裝置壓力損失及能耗的計算117
4.5.6　差壓式流量計顯示值的修正計算118
4.6　浮子（轉子）流量計120
4.6.1　浮子流量計的刻度、量程換算及計算實例121
4.6.2　浮子流量計常見故障及處理125
4.7　電磁流量計125
4.7.1　電磁流量計安裝要點125
4.7.2　電磁流量計常見故障的檢查及處理126
4.8　質量流量計129
4.8.1　質量流量計安裝要點129
4.8.2　熱式質量流量計的相關計算129
4.8.3　質量流量計常見故障及處理130
4.9　渦街流量計134
4.9.1　渦街流量計安裝要點134
4.9.2　渦街流量計的測量范圍、相關計算及計算實例135
4.9.3　渦街流量計的儀表系數修正計算136
4.9.4　渦街流量計的故障檢查及處理137
4.10　渦輪流量計138
4.10.1　渦輪流量計對上、下游直管段的要求138
4.10.2　渦輪流量計的相關計算及計算實例138
4.10.3　渦輪流量計常見故障及處理141
4.11　超聲流量計141
4.11.1　超聲流量計安裝要點141
4.11.2　超聲流量計的常見故障及處理142
4.12　容積式流量計144
4.12.1　容積式流量計的計算公式144
4.12.2　容積式流量計常見故障及處理144
4.13　其他流量計的計算公式145
參考文獻146

第5章　壓力及差壓測量儀表147
5.1　壓力和壓力表的相關圖表及計算147
5.1.1　壓力的定義及其關系和壓力單位換算147
5.1.2　壓力表的允許誤差及計算149
5.1.3　彈簧管壓力表的環境溫度影響及計算150
5.1.4　壓力儀表維修常用資料152
5.2　帶開關信號輸出的壓力儀表154
5.2.1　用萬用表調校電接點壓力表154
5.2.2　電接點壓力表設定點偏差和切換差的允許誤差及調校155
5.2.3　壓力控制器設定點偏差和重復誤差的允許值及調校156
5.2.4　壓力控制器常見故障及處理157
5.3　壓力變送器工程量與輸出信號的轉換計算158
5.4　壓力及差壓變送器的量程范圍、量程、量程比及允許誤差159
5.4.1　壓力及差壓變送器的量程范圍、量程及量程比159
5.4.2　壓力及差壓變送器的允許誤差及計算159
5.5　壓力及差壓變送器的使用及安裝162
5.5.1　壓力及差壓變送器常用材質耐腐蝕性參考表162
5.5.2　壓力及差壓變送器供電電源與負載電阻的關系165
5.5.3　變送器信號回路電阻與電纜長度的估算166
5.6　壓力及差壓變送器的常見故障及處理167
5.6.1　差壓變送器的故障檢查及處理167
5.6.2　3051 變送器的部分故障信息169
5.6.3　EJA/EJX 系列變送器的部分故障信息170
5.6.4　HART 手操器通信故障及處理方法172
參考文獻172

第6章　液位測量儀表174
6.1　壓力式液位計174
6.1.1　常用壓力式液位計的計算公式174
6.1.2　差壓變送器的零點遷移175
6.1.3　液位變送器的零點遷移計算175
6.1.4　差壓變送器測量界面177
6.1.5　雙法蘭差壓變送器測量液位的計算178
6.1.6　雙法蘭差壓變送器常見故障及處理180
6.1.7　差壓變送器測量工業鍋爐水位的計算180
6.2　浮筒液位計181
6.2.1　水校法的計算公式及計算、調校步驟182
6.2.2　掛重法的計算公式及計算、調校步驟184
6.2.3　浮筒液位計常見故障及處理187
6.2.4　FST-3000 浮筒液位計故障代碼及處理188
6.3　浮球液位計189
6.3.1　浮球液位計量程與球桿長度的關系189
6.3.2　浮球液位計常見故障及處理190
6.4　磁翻板液位計常見故障檢查及處理191
6.5　磁致伸縮液位計常見故障檢查及處理192
6.6　雷達液位計常見故障檢查及處理193
參考文獻195

第7章　調節閥和閥門定位器196
7.1　調節閥的計算及選擇196
7.1.1　調節閥的流量系數196
7.1.2　國家標準調節閥流量系數計算公式及計算實例196
7.1.3　膨脹系數法計算調節閥流量系數公式及計算實例204
7.1.4　經驗公式法計算調節閥流量系數的公式及計算實例206
7.1.5　平均重度法計算調節閥流量系數公式及計算實例207
7.1.6　調節閥的流量特性及選擇209
7.1.7　調節閥的口徑選擇及計算實例212
7.1.8　調節閥的選擇215
7.1.9　調節閥的泄漏量及計算218
7.2　氣動調節閥219
7.2.1　氣動執行機構的相關參數及部分調節閥的不平衡力（矩） 計算公式219
7.2.2　調節閥氣開、氣關形式的選擇221
7.2.3　閥門流向對工作性能的影響及選擇222
7.2.4　氣動調節閥的故障檢查及處理223
7.3　閥門定位器226
7.3.1　SVP 系列閥門定位器故障代碼及處理226
7.3.2　SIPART PS2 閥門定位器常見故障及處理227
7.3.3　TZID-C 閥門定位器的調試、故障代碼及處理228
7.3.4　3730-3 閥門定位器出錯代碼及處理230
7.3.5　HVP12 閥門定位器的自動檢測及故障代碼232
7.3.6　DVC6200 閥門定位器故障及處理233
7.3.7　SVI Ⅱ閥門定位器的自整定及故障處理234
7.3.8　YT-2000/3000 系列閥門定位器錯誤和警告代碼及處理235
7.3.9　電氣閥門定位器絕緣電阻的測試235
7.4　電動調節閥236
7.4.1　電動執行機構的現場檢查及調試236
7.4.2　電動調節閥常見故障及處理237
7.4.3　Rotork IQ3 電動執行機構報警和診斷狀態顯示241
7.4.4　川儀M8000 系列電動執行器報警和故障代碼242
7.4.5　DREHMO -i matic 智能一體化電動執行器報警和故障代碼243
7.5　電磁閥247
7.5.1　電磁閥的圖形符號及主氣口和控制機構的標識247
7.5.2　電磁閥24V 供電線路導線最大長度的計算249
7.5.3　電磁閥與控制閥的組合250
7.5.4　電磁閥在不同聯鎖控制要求下的應用示例250
7.5.5　雙電磁閥冗余的配置251
參考文獻253

第8章　過程控制系統254
8.1　PID 控制知識254
8.1.1　PID 控制原理框圖及算法表達式254
8.1.2　比例度、積分時間、微分時間的定義及計算254
8.1.3　控制過程的質量指標259
8.2　五類常見控制系統的特點及控制參數的選擇260
8.2.1　五類常見控制系統的特點260
8.2.2　常見控制系統的參數選擇范圍261
8.2.3　單回路控制系統中控制器正反作用的選擇261
8.3　PID 控制器的參數整定262
8.3.1　控制器參數整定基礎262
8.3.2　經驗整定法264
8.3.3　臨界比例度法（穩定邊界法） 265
8.3.4　衰減曲線法（衰減振蕩法） 266
8.3.5　反應曲線法（開環響應曲線法，動態特性參數法，Z-N 法） 268
8.3.6　PID 參數的自整定271
8.3.7　簡單控制系統故障檢查判斷及處理271
8.4　復雜控制系統272
8.4.1　串級控制系統控制規律及作用方式272
8.4.2　串級控制系統控制器的參數整定274
8.4.3　均勻控制系統控制器的參數整定275
8.4.4　比值控制系統的結構及比值計算276
8.4.5　分程控制系統的分程組合及計算279
8.4.6　選擇性控制系統及參數整定280
8.4.7　多沖量控制系統及參數整定281
8.4.8　部分控制系統的比較283
參考文獻283

第9章　集散控制系統（DCS）和可編程控制器（PLC） 284
9.1　數制與編碼及計算284
9.2　PLC 模擬量模塊的數值表示285
9.3　線性工程量、模擬量、數字量的轉換計算287
9.4　DCS、PLC 安裝及維護中需要用到的一些數據289
9.5　DCS 組態常用計算公式291
9.5.1　模擬量三取二平均值的計算291
9.5.2　DCS 常用流量測量的溫度壓力補償模塊及校正公式293
9.5.3　ECS 系統流量測量用溫度壓力補償模塊及計算公式294
9.5.4　MACS 系統流量測量用溫度壓力補償模塊、計算公式及組態實例296
9.5.5　TPS 系統流量測量用溫度壓力補償模塊及計算公式298
9.5.6　CS3000 系統流量測量用溫度壓力補償模塊、計算公式及組態實例299
9.6　DCS 的調試、維護及故障處理300
9.6.1　DCS 控制器的 PID 相關參數300
9.6.2　DCS 的調試維護及故障檢查判斷方法301
9.6.3　CS3000 系統FCS 指示燈的狀態指示306
9.6.4　JX-300XP 系統控制站相關卡件狀態指示燈及含義307
9.6.5　MACS 系統AI/AO 卡、DI/DO 卡、主控單元狀態指示說明307
9.6.6　TPS 系統相關卡件的狀態指示說明308
9.6.7　PKS 系統相關卡件的狀態指示說明311
9.6.8　PKS 系統常見故障的檢查和處理313
9.6.9　Delta V 系統硬件、軟件的診斷及故障處理314
9.7　PLC 的調試及故障檢查判斷方法321
9.7.1　PLC 的現場調試步驟及故障判斷方法321
9.7.2　S7-300 系列PLC 上LED 燈的狀態判斷故障325
9.7.3　S7-400 系列PLC 上LED 燈的狀態判斷故障327
9.7.4　歐姆龍PLC 的CPU 單元LED 指示燈狀態說明329
參考文獻331

第10章　安全和防爆332
10.1　基本邏輯運算332
10.2　正邏輯與負邏輯333
10.3　邏輯表達符號334
10.4　安全儀表相關資料336
10.4.1　安全等級及聯鎖系統性能要求336
10.4.2　安全儀表的設置336
10.4.3　各種冗余方式及結構失效狀態判斷338
10.4.4　安全儀表常用英文縮略語339
10.5　安全儀表功能測試340
10.6　防爆相關資料341
10.6.1　目前國際上普遍采用的防爆型式及其標準體系341
10.6.2　使用環境溫度和表面溫度342
10.6.3　電氣設備防爆型式及防爆標志342
10.6.4　本安儀表和安全柵的配用344
10.6.5　儀表控制電纜、本安電纜最大敷設長度的計算346
參考文獻348