人類社會文明從農業社會步入工業社會，生產活動經歷了從手工化到機械化、電力化、自控化的轉變。目前，工業設備已經代替了人類大多數的體力勞動和部分腦力勞動，測控儀器儀表就如同人之五官與四肢，其工作的穩定可靠性直接影響到生產設備的性能與產品的質量。為此，時刻使測控儀器儀表處于一個信息精準、可控的模式，是做好一切生產活動的基礎與前提。

 

1 測量控制系統的原理組成

       各種自動測量與控制系統一般由以下四部分組成：測量元件（敏感元件）、轉換元件（調理電路、變送器）、處理元件（控制器、控制儀表）、執行元件（繼電器、控制閥）。其系統組成方塊圖如圖 1 所示。

2 測控儀器儀表的基本性能與指標

2.1 測量范圍、上下限及量程

       測量范圍就是指儀表按規定的精度進行的測量被測對象的范圍值。測量范圍的非常大值稱為測量上限，測量范圍的非常小值稱為測量下限，量程就是上下限值的代數差。

 

2.2 線性度

       又稱非線性誤差，是表征儀表輸出 - 輸入校準曲線與所選定的擬合直線之間的吻合程度的指標。

 

2.3 精度

       精度又稱為精確度或準確度，是指測量結果和實際值一致的程度。我們可以通俗理解為儀表顯示值小數點后位數越多，就說明該儀表的測量精度等級越高。

 

2.4 回差

       回差是反映儀器儀表對某一參數在整個測量范圍內，進行正反行程的測量，所得到在同一被測值下正反行程的非常大絕對值差。

2.5 靈敏度

       儀器儀表的靈敏度就是被測量變化時，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

       是儀器儀表在規定測量范圍內所能檢測出的被測輸入量的非常小變化值。有時用該值相對滿量程輸入值之百分數表示，則稱為分辨率。

 

2.7 零點遷移和量程遷移

       在實際使用中，由于測量要求或測量條件的變化，需要改變儀表的零點或量程，可以對儀表的零點和量程進行調整。我們將零點的改變稱為零點遷移，量程的改變稱為量程遷移。零點遷移儀表靈敏度不變化，而量程遷移會引起靈敏度的改變。

 

3 測控儀表常見故障類型

       從儀器儀表故障產生的原因及導致的結果來看，可以將儀器儀表故障分為三種：暫時性硬故障，yongjiu性硬故障，軟故障。

       （1）暫時性硬故障主要指因工藝條件變化波動較大，造成儀器儀表出現偏差，無法復位，經過手動調整可以排除故障的情況。

       （2）yongjiu性硬故障是指因各種條件導致儀器儀表損壞，無法修復性的故障，只有更換使用。

       （3）軟故障是指儀器儀表在正常檢測過程中，因被測量異常，導致儀器儀表異常，待被測量正常后，無需手動調整，儀器儀表自行恢復正常。

 

4 溫度控制系統儀器儀表常見故障診斷

4.1 常見工業用溫度測量儀器儀表

4.1.1 熱電偶測溫元件

       熱電偶測溫的基本工作原理是基于熱電效應，將溫度變化量轉換成電勢的變化量進行測溫的。

 

       熱電效應：又稱賽貝克效應，將兩種不同的導體或半導體（A,B）連接在一起構成一個閉合回路，當兩接點處溫度不同時，回路中將產生電動勢，從而產生回路電流。

 

4.1.2 熱電阻測溫元件

       物體的電阻率隨溫度變化而變化的特性稱為熱電阻效應，利用熱電阻效應制成的檢測原件稱為熱電阻。一般把金屬熱電阻稱為熱電阻，把半導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，隨溫度升高而降低的稱為材料具有負溫度系數。熱電阻一般擁有正的溫度系數，熱敏電阻有正溫度系數有（PTC），負溫度系數（NTC），臨界溫度系數（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℃時該材料的電阻值。

 

4.1.3 溫度變送器

       溫度變送器是溫度測控系統中的轉換元件，它將測量元件的非電量或非標準電量轉換成標準的電信號送入控制器，以便控制器識別、處理。

 

4.2 溫控系統儀器儀表常見故障原因分析與排除

       （1）故障出現以前顯示儀表和記錄曲線一直表現正常，出現波動后曲線變得毫無規律或系統難以控制，此時故障可能是：1.PID 參數整定不良造成的；2. 記錄顯示儀本身內部故障。

       （2）如果系統顯示儀表正常，打印曲線為一條直線，故障很可能出現在打印系統，這時可人為改變一下工藝參數，如無變化，則肯定出現在打印系統。

       （3）顯示儀表顯示為系統設定或默認的非常高或非常低點，一般為轉換元件損壞，或連接線路斷開。

       （4）溫度顯示值緩慢變化：1. 工藝操作造成，這種情況如實反映內部情況，需要檢查操作環境與工藝；2. 測溫元件不穩定，產生溫度漂移，更換敏感元件。

       （5）儀表顯示值與實際值有偏差：一般為測溫元件產生漂移，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閃爍現象，一般為儀表供電電壓不穩或較低、電磁干擾等原因造成。

 

5 壓力控制系統常見儀器儀表故障診斷

5.1 常見壓力檢測儀表

5.1.1 液柱式壓力計

       液柱式壓力計一般采用水銀或水為工作液，利用被測介質兩端壓力差原理，用 U 型管或單管或斜管進行壓力測量，常用于低壓、負壓或壓力差的檢測。

 

5.1.2 彈性式壓力計

       彈性式壓力檢測是用彈性元件作為壓力敏感元件把壓力轉換成彈性元件位移的一種檢測方法。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

       活塞式壓力計是一種精度很高的標準儀器，常用做校驗標準壓力表及普通壓力表使用。

 

5.1.4 壓力傳感器

       能夠檢測壓力并能提供遠傳信號的裝置統稱為壓力傳感器，它是壓力測量控制系統的重要組成部分。壓力傳感器結構形式多種多樣，常見的形式有應變式、壓阻式、壓電式和電容式。

 

5.2 壓力檢測與控制系統儀器儀表常見故障的分析與排除

       （1）壓力控制系統儀表指示出現快速振動時，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節器 PID 參數整定不好所造成。

       （2）壓力控制儀表出現死線，工藝操作變化，但壓力指示不變化，一般故障出現在壓力測量系統中，首先檢查測量引壓導管系統是否有堵塞現象，若不堵，檢查壓力變送器輸出系統有無變化，如有變化，故障出在控制器測量指示系統，如不變化，壓力變送器故障。

       （3）壓力指示儀表出現非常高或非常低值，先可人為改變被測量，如有變化，一般跟工藝操作或環境有關，如無變化，一般為壓力變送器內部彈性膜片卡住不能復位，可以通過略高于測量上限的氣流吹開。如無法修復則更換壓力變送器。

 

6 流量控制儀表系統常見故障診斷

6.1 常見流量檢測儀表

6.1.1 容積式流量計

       容積式流量計又稱正排量流量計，是直接根據排出的體積進行流量累計的儀表，它利用運動元件的往復次數或轉速與流體的連續排出量成比例對被測物體進行連續的檢測。

 

6.1.2 差壓式流量計

       差壓式流量計基于在流通管道上設置流動阻力件，流體流過阻力件時將產生壓力差，此壓力差與流體流量之間有確定的數值關系，通過測量差壓值可以求得流體流量。

 

6.1.3 速度式流量計

       速度式流量計的測量原理都是基于與流體流速有關的各種物理現象，儀表的輸出與流速有確定的關系，即可知流體的體積流量。

 

6.2 流量檢測儀器儀表常見故障的分析與排除

       （1）流量控制儀表系統指示值達到非常小時，首先檢查現場流量計，如果正常，則故障在顯示儀表。當流量計指示也非常小，則檢查調節閥開度：若開度為零，則常為調節閥到調節器之間的故障；若調節閥開度正常，故障原因很可能是系統壓力不夠、系統進出口管路堵塞、泵不上量等原因造成。

       （2）如果流量控制儀表系統指示值波動頻繁，可將控制改到手動，如果波動仍然頻繁，則是儀表方面的原因或儀表控制參數 PID 設定不合適；如果波動減小，則是工藝方面的原因所造成。

 

7 液位控制儀表系統故障診斷

7.1 常見液位檢測儀表

7.1.1 靜壓式液位計

       靜壓式液位計是利用計算液體壓強的公式P=ρHg 推出 H=p/ρg, 當我們測得壓力 p 時即可計算出液體的位置高度 H.

 

7.1.2 浮子式液位計

       浮子式液位計是用浮球作為檢測元件，浮球隨液位變化而上下移動，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得液位的高低。

 

7.1.3 超聲波液位計

       超聲波在穿過兩種不同介質的分界面時會產生折射和反射，對于聲阻抗 ① 差別較大的相界面，幾乎為全反射，從發射超聲波至收到反射波回的時間可以計算出分界面的距離，利用這一原理可以制成超聲波液位計。

 

7.2 液位檢測及控制系統常見故障原因分析與排除

       （1）液位控制儀表系統指示值變化到非常大或非常小時，可以先檢查檢測儀表是否正常，如指示正常，將液位控制改為手動控制液位，查看液位變化情況。如果液位可以穩定在一定范圍內，則故障在液位控制系統；如果穩不住液位，一般為工藝系統造成的故障，要從工藝方面查找原因。

       （2）差壓式液位控制儀表指示和現場直讀儀表對不上時。首先檢查現場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壓導壓管封液是否有滲漏：若有滲漏，重新灌封也調零點；若無滲漏，可能是儀表的負遷移量不對了，重新調整遷移量使儀表顯示正常。

       （3）液位控制儀表系統指示值變化波動頻繁時，首先要分析液位控制對象容量的大小，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境因素、人為因素、儀表自身因素三大類。環境因素又分為密封、振動、腐蝕、電磁干擾、高溫潮濕等；人為因素可分為使用不當、安裝

不當、人為損壞、維護不當等；自身因素就是儀表質量問題。

 

8.1 環境因素

8.1.1 密封不良

密封不良產生的故障情況有：

       （1）使用較低防護等級的儀表安裝于露天、潮濕的場所，有可能導致雨水或其它液體、粉塵、潮濕氣體進入儀表內部，導致儀表接觸不良或電路部分出現故障、機械部分生銹腐蝕；

       （2）現場儀表電纜進線密封不良造成的。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。密封不良產生的故障是現場儀表故障率較高的故障之一。

 

8.1.2 振動損壞

       現場儀器儀表因設備或環境的振動而出現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、接線頭接觸不良，焊點開裂等。

 

8.1.3 腐蝕損壞

       腐蝕性較強的酸堿對儀表腐蝕，環境中的潮濕氣體或雜質對儀器儀表及線路的銹蝕作用。

 

8.1.4 電波干擾

       一般毫伏級或頻率信號受電磁干擾，諧波干擾較為嚴重。采取的辦法是盡量避開干擾源，或采用屏蔽殼、屏蔽接地、安裝時設備或儀器儀表使用屏蔽電纜線。