河北医科大学研究生学院-专项整治工作总结

仪表工基本常识1
在测量时往往会用到许多计算。
例如：用差压法测量液位时，知道了差压，还需要乘上介质密度和重力加速度，才能
获得液位；
又如：在测量流量时，知道了流速，还要乘上管道截面才能获得体积流量。再通过换
算获得 标准流量。进一步乘上介质密度得到质量流量。再进一步乘上重力加速度得到重量
流量；
…………

问题：这些计算是在哪里用什么方法进行的？





常识：任何数学计算，它的结果都是一个客观存在而且确定的东西，而我们只需通 过某种
方法来找到它。


比如，将两根不同刻度的标尺重合在一起， 可以构成一个如下图1所示的简单计算尺。
由于两根标尺刻度的关系，可以从上方标尺上的任意一点和下 面标尺重合处下方的读数，
得到上方标尺该点度数除以 2 的结果；通过同样的方法可以得到下方标尺上的任意一点乘
以 2 的结果。

在测量仪表中，我们有一根叫做测量范围的标尺，还有一根叫做指示范围的尺……。

推论：刻度可以是一种计算方法：
在１米长的直杆上做刻度的话，可以是 3市尺或 30寸，也可以是100厘米或1000毫
米，当这根直杆用来测量底面积为 1平米的柱形容器水位时，你可以直接以0～1000kg 或
者 0～1000L 来刻度，然后用来测量容器中水的重量或容量；
同样，如果把一台 4-20mA 的电流表 或者 1-5V 的电压表 的刻度画成其它各种范围
和单位表达的时候，可以直接读出变送器输出所代 表的温度，压力，流量，液位。其实这
种电流表有一个专门的名称


































━━ 指示仪。

仪表工基本常识（2）——烧东西要在火焰上方
对于同一种流体，由于通常温度越高密度越小 （有例外，如低于4℃的水。这里不讨论）。
所以容器中的流体，即使处于静置状态，其内部也会因为受 热部分上升，冷却部分下降而
形成对流。并且通过这种对流来传递热量。在条件适合的情况下传递距离可 以很远。
如果容器中的流体本身就处于下面冷上面热的状态，这种对流将会被极大的减弱。所以烧水要水在上火在下，冰镇要水在下冰在上。倒过来效率会很低很低。

根据以 上道理。在仪表测量中，只要在引压管的走向上，在某个局部管段形成管内介
质下面冷上面热的状态，就 可以有效阻断介质温度向仪表传递的过程。从而测量温度远超
仪表工作范围的介质。
例如 ：一截下降管段可以阻止介质的高温传到变送器处；一截上升管段可以阻止介质
的低温影响到变送器。

在引压管很短的情况下，一些仪表附件（如下图所示）可以同时形成所需要的上升管< br>段和下降管段。你能说出几种？
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仪表工基本常识（3）——热电偶的温度补偿
热电偶的温度补偿


上面这个图，是热电偶简单（典型）的应用方式。
图中：T1 － 测量端温度
T2 － 接线盒温度
T3 － 控制室温度（物理上的冷端温度）
T0 － 冷端补偿电路的补偿温度点（理论上的冷端温度）
从这个图可以知道，测量所需的热电偶温差电势 E(T1,T0)，实际上是由三个电势叠加构
成的：
E(T1,T2) － 热电偶测温元件产生的电势
E(T2,T3) － 补偿导线产生的电势
E(T3,T0) － 冷端补偿电路产生的电势

这样一理顺，就可以轻松理解关于冷端补偿的几个常见问题：
１、补偿导线补偿的是测温元件接线处温度与控制室温度之差；
２、补偿电路补偿的是控制室温度与需要固定的理论上的冷端温度之差；
３、热电偶及补偿导线用反了的后果。例如：
当热电偶与补偿导线连接处的温度高于控制室温度时， 补偿导线的补偿电势为正，应
该是热电偶产生的 热电势加上补偿导线产生的补偿电势，接反了相当于加上了一个负值会使
指示偏低；
当热电偶与补偿导线连接处的温度低于控制室温度时， 补偿导线的补偿电势为负，应
该是热电偶产生的 热电势减去补偿导线产生的补偿电势，接反了相当于减去了一个负值会使
指示偏高；
当热电偶与补偿导线连接处的温度等于控制室温度时，补偿导线的补偿电势为零，对测
量不产生影响。

仪表工基本常识（4）——热电偶的补偿温度
基本常识：热电偶的参考端（冷端）温度，不一定是0℃。

热电偶温度变送 器或卡件，都有温度补偿电路。其作用是根据热电偶中间温度定律－
“热电偶回路两接点（温度为T、T 0）间的热电势，等于热电偶在温度为T、Tn时的热电势
与在温度为Tn、T0时的热电势的代数和。 Tn称中间温度”。在热电偶冷端温度产生一个温
度为Tn、T0时的热电势。来对热电偶冷端温度的不 确定进行补偿。它实质上，就是能产生
一个随参考端环境温度变化而变化的直流毫伏信号。把它串接在热 电偶测量回路中测温时，
就可以使参考端温度得到自动补偿。

采用热电偶冷 端补偿电路的根本原因，在于冷端温度的不确定。虽然热电偶的分度标
准是以零度为基准的；虽然通常以 冷端为零度作为基准来解释温度补偿原理。但在实际上，
如果冷端温度可以固定下来，则只需计算出T( T,To)和T(T,Tn)之间的差值，在指示过程中人为
制造一个相反的误差，来抵消冷端温度不为 零会带来误差。就可以得到正确的测量值。
所以冷端补偿电路在温度补偿中，不一定非要以零度作 为基准。同时，热电偶的冷端
补偿电路往往有一个适应范围，超出这个范围就无法满足补偿的要求。从适 应环境，降低
成本，简化线路，减小体积 等多方面因素出发，选择一个适合的，不为零的温度点作为冷
端补偿电路的补偿基准，就成为一种常见的做法。这个冷端补偿电路的补偿基准，称为补
偿电路 的补偿温度。每台有冷端补偿功能的仪表或卡件，都有这个指标。（如果没有标出则
默认为0℃，常见于 带冷端补偿的温度指示仪和温度变送器）

补偿温度的意义在于：热电偶的温差电势E (T,Tn)与补偿电路的补偿电势E(TN,Tn）之和，
等于热电偶工作端与补偿温度之间的电势Ｅ (T,TN)。
当补偿电路的补偿温度点TN≠0℃时，会产生一个补偿温度点TN＝冷端基准温 度T0=0℃
时极少遇到的问题。即环境Tn（热电偶冷端）温度低于补偿温度点TN。

对于测量需要的热电势，有：
E(T,T0)＝E(T,Tn)＋E(TN,Tn)＋E(TN,T0)
式中：E(T,T0) 以0℃为基准的测量热电势
E(T,Tn) 热电偶工作端与室温（冷端）之间的温差电势
E(TN,Tn) 补偿电路针对补偿温度和室温（冷端）之间的温差产生的补偿电势
E(TN,T0) 补 偿温度和基准温度（0℃）之间的温差电势（实际应用中有时不必
以电势的形式出现。例如，可以将后续 电路或指示仪表的零点设置为TN。）

当 TN=T0 时，E(TN,T0)＝0；E(TN,Tn)＝E(Tn,T0)
这时 E(T,T0)＝E(T,Tn)＋E(TN,Tn)＋E(TN,T0)
＝E(T,Tn)＋E(Tn,T0)





当 TN≠T0，TN≤Tn 时，E(Tn,TN)＋E(TN,T0)＝E(Tn,T0)
这时 E(T,T0)＝E(T,Tn)＋E(TN,Tn)＋E(TN,T0)
＝E(T,Tn)＋E(Tn,T0)

当 TN≠T0，TN＞Tn 时，E(TN,Tn) 是一个负值
这时 E(T,T0)＝E(T,Tn)＋E(TN,Tn)＋E(TN,T0)
＝E(T,Tn)＋［－E(TN,Tn)］＋E(TN,T0)
＝E(T,Tn)－E(TN,Tn)＋E(TN,T0)
∵ E(TN,T0)－E(TN,Tn)＝Ｅ(Tn,T0)
∴ E(T,T0)＝E(T,Tn)＋E(Tn,T0)
可见，无论补偿温度是否设置为０，对于整个热电偶测量系统来说，结果是一样的。
但是 ，补偿温度是否设置为０℃，对于热电偶测量系统不同部分的应用，会有所区别。
下面是一些个人体会。 大家可以讨论补充。


★ 冷端补偿可以分为动态补偿 E(TN,Tn) 和 定值补偿 E(TN,T0) 两个部分。（这个名称是
我起的，仅为描述方便）显然，如果动态补偿和 定值补偿在同一设备中，或者虽然不在同
一设备中但可以将两项功能看做一体时，其外在表现就是补偿温 度为０℃。除了分析电路
外，在实际应用中，无论其工作过程是怎样的，都应看做补偿温度为０℃。

★ 动态补偿和定值补偿可以在不同设备或单元中实现。


★ 对于补偿单元来说，会将热电偶的电势信号从E(T,Tn）裁接成E(T,TN）。当补偿单元的
输入为0时，输出为TN。这和补偿温度没有关系。但对于习惯了补偿温度为0℃的人来说，
容 易造成困惑。

★ 对于补偿单元之后的部分（如显示仪）来说，需要产生一个相当于E(T N,T0)的信号。换
句话说，就是当显示仪输入为0时（不带补偿器），显示仪应当指示TN。对于习 惯了TN=T0=0℃
的人来说，容易产生疏忽。


★ 将补偿的温度范 围的中点设置在冷端所处环境温度变化中点，是一种提高器件性价比
的方式。所以采用补偿温度不为0℃ 的补偿单元，在设计时都会有自身的考虑。
例如把补偿温度设为常见的室内平均环境温度20℃； 再如在密集安装的热电偶输入卡
件会采用30℃的补偿温度；一些现场安装的补偿单元甚至会定为50℃ 。
需要注意的是，在一些补偿温度明显高于通常会产生的环境温度的情况下，如密集安
装 的热电偶输入卡件将补偿温度定为30℃。有很大可能热电偶冷端所处的实际位置（卡件
内部）的温度会 高于环境温度。如果拿控制室墙上的温度计当作冷端温度往往会产生偏差。
（个人经验：这时候直接拿补 偿温度作为冷端温度，偏差不会太大。）

仪表工基本常识（5）——拿U形管说事 １
对于U形管（图1）有：
P1-P2=h·g·ρ 或 P2=P1-h·g·ρ


将两个Ｕ形管串联（图２）有：
P1-P3=h1·g·ρ 或 P3=P1-h1·g·ρ
P3-P2=h2·g·ρ 或 P2=P3-h3·g·ρ
两式相互代入则有： P2=P1-(h1+h2)·g·ρ

就是说，当用管子连接压力P1时。若管子在垂直方向形成U形弯，并有液
体存在。则无论在P2还是P 3位置测到的压力都和P1有所不同。



















将上图中的Ｕ形管的两个接口，像两边拉到很远，Ｕ形管看上去会像 水平直
管，但Ｕ形管的效应仍然存在。在化工测量中，会大量用到引压管线。这些引
压管上上下 下同样会形成Ｕ形管（虽然形状不再是Ｕ形）。所以，在引压管敷
设时会有要求：

仪表工基本常识（６）——拿U形管说事 ２ ━━ 关
于连通管类液位计的误差
在一台直立放置的Ｕ形管内注入适量的密度为ρ1液体，例如水，两侧的
液面应该等高。
然后在Ｕ形管的一侧（这里设定为右侧）注入适量的密度为ρ2，ρ1＞ρ2，
且不与原有液体相容的液 体，例如油（如图所示）
这时，右侧的液面会高于左侧的液面。这是因为：
∵ Ｕ形管最低处两侧的压力相等；
∵ h12=h22 液体密度相等且等高，两相抵消；
∴ h1×ρ1＝h2×ρ2 或 ρ1ρ2＝h2h1 （这个原理可以用来测量液
体的比重或密度）
∵ ρ1＞ρ2
∴ ｈ2＞h1




这个例子说明，使用连通管的液位计，在特定的场合或对测量精度要求很
高的情况下，有时也会靠不住。

在绝大多数情况下，这种误差都是可以容忍的
。但在一些较大（高）
的， 需要靠液位计量的储罐上，这种误差就显得较为突出。例如，一台量程 1
米的直读式液位计，误差 1% 是 10mm；但量程 10米的直读式液位计，同样误
差 1%，误差就是 100mm。解决 方法是把误差分散开来（如图）。假使用10台1

米的液位计来测量10米的罐子，误差 就能控制在10mm。




这种误差产生的规律：


外测管内的介质密度有大于容器内介质密度趋 势
仪表工基本常识（2）——烧东
时，上述误差不会产生。
原因参考
西要在火焰上方

可能（容易）产生这种误差的情形：
环境温度高于容器内部；介质中部分组分容易产生相变；介质为混悬液……

仪表工基本常识（7）——拿U形管说事 ３ ━━ 单管压力计和凝液罐

往U形管一侧输入压力，一侧的液柱下降，另一侧则上升（见图1）。
因为液体是从一侧流到另一侧的，所以一侧减少的液体体积等于另一侧增
加的体积。
即S1×h1＝S2×h2，或 S1S2＝h2h1 其中S1，S2分别为两侧管子的截面
积。
由此可知：两侧液柱高度变化之比，与管道截面积之比成反比。



将Ｕ形管的一侧的截面积做得大于大于另一侧（见图2），这时输入压力
P1时左侧液柱的 变化量h1相对右侧的液柱变化量h2几乎可以忽略。这时若在
右侧的刻度上稍作补偿，就可以通过右侧 的液柱直接读出压力值，而无需计算
两个液柱之差。这种压力计称单管压力计。

从单管压力计的原理出发，发散一下思维，可以看出，当某种影响液面高
低的因素发生时， 液面的面积越大，液面高低变化受到的影响越小。在影响因
素同样大小的前提下，液面高低变化受到的影 响和液面表面积成反比。
在图３所示的管路中，若同样大小的影响因素在管道２中对液面高低会产
生明显影响时，对管路１的液面影响可以被忽略。 图３可以表达哪种仪表附
件的原理示意？

仪表工基本常识（８）——拿U形管说事 ４ ━━ 三角知识的应用

Ｕ形管及其变形单管压力计，要改变其测量范围，有两个办法。
一是改变它的长度，根据不同需要选择不同长度的Ｕ形管；
二是改变其中液体的 密度，灌水测量时需要10M高度才测量的压力，灌
水银（汞）只需1M不到高度就能解决。

靠降低工作液体的密度和细分度数的刻度，可以改变Ｕ形管的分辨率。用
汞柱无法分辨的压 力变化，用水柱则可以分辨出来。但低密度的工作液体不太
好找，刻度精细到1mm以下，读起来就比较 麻烦。那么能否进一步提高U形管
的分辨率？

直角三角形的斜边长度比其它两条边都长（这好像是小学知识）。下图中，
若ａ＝３，b=4 则c=5 ，ｃ的长度是ａ的 53 倍。同样的高度变化 △h 在 c 上
表示比在 a 上表示截取的线段可以多出 53 倍。

将U形管及其变形单管压力计斜着放，让工作 液柱沿着斜边变化，可以使
测量的灵敏度和刻度分辨率得到提高。当然你得把角度量准，Ｕ形管放稳。完
了还得计算。


下面是一种变形再变形后专门方便斜着放的Ｕ形管，可以读到 1Pa 的压力
变化。

仪表工基本常识（９）—— 关于接地１ —— 什么是接地



关于接地，在自控知识体系中所占的份额很小。可以熟练引用规范，
运用规则的 人很多，但能一下子说请道理的不多。这实际上是出于一种
思维习惯。我们在学会乘法以后很少在意乘法 和加法的关系，却不会因
此而出错，因为这个知识点早已融化到血液里了。但一些专业知识的学
习，往往缺乏高考前那种培养条件反射的练习，所以往往会记住了结论
而忽略原因。



在讨论接地时首先提一个问题。接地是什么？

我们平时说的各种接地 保护接地，屏蔽接地，工作接地，信号接
地 …………等等等等，说的都是需要通过接地来实现的功能。

泄放电磁干扰，防雷击，保护 人身安全，…………等等等等，说的都
是需要通过接地来实现的目的。



接地本身是什么？



接地的实质上是要根据需要，在电路的各个点之间建立以大地为基
准的等电位。例如：

电器漏电，可以通过接地，把漏电处的电位强制在和人体所处位置
相等，在漏电处和人体所 处位置间形成等电位，这样没有电位差就没有
电流，人就不会触电。于是就有了可以达到保护人身安全的 保护接地；

电磁场对信号的干扰，有一个电生磁，磁生电，电再生磁…… 的过
程。采用金属屏蔽可以弱化干扰的传递，但不一定能达到满意的程度。
通过接地，把干扰在 屏蔽层上形成的电，强制到信号为零的电位上，实
现等电位。没了电位差，对于信号来说干扰就可以视为 没有。于是就有
了通过接地泄放干扰的屏蔽接地；

控制信号，如果没有一个统一的基准点，就会出现 ａ仪表发出的
1-5V被b仪表认为是2-6V这类 情况，解决这个问题的方法，是为所有
的仪表提供一个共用的参考点。这就有了仪表的工作接地；

…………



我们对接地进行规划，实际上是对那些 点需要建立等电位，如何连
接对建立等电位最有利，以及对当所建立的等电位与大地基准电位产生
偏差时的对策和容忍程度 进行统筹。

仪表工基本常识（10）—— 关于接地２ —— 为什么要接“地”


前面说了，接地的实质上是要根据需要，在电路的 各个点之间建立
以大地为基准的等电位。为什么这个等电位要以大＂地＂为基准，而不
是别的什 么？

拿人体接触高压电来说。
电工穿上绝缘鞋可以避免触电。是因为和大地绝缘后人体触电时是
和电源处于等电位；
碾 过高压电网的坦克，里面的乘员不会有任何感觉。是因为坦克的
金属外壳形成一个等电位，乘员接触任何 部位的电压是相等的，没有电
位差；
把人装在金属笼子里或穿上金属编织的等电位服，然 后设法挂到百
万伏的高压线上进行带电操作，高压电不会对人造成伤害。其道理和上
面是一样的 ；
在电梯里面，如果没有专门的中继设备，手机的信号会很弱，甚至
没有。在室内打手机 如果信号不好，走到窗户或阳台上就可以得到改善。
这个现象说起来是因为电磁波会被电梯的金属壳或者 建筑中的钢筋屏
蔽。而所谓屏蔽的原理之一，就是手机信号接收元件所处的电场和环境
同步，相 对为零。
可见，所谓的接地实质上就是根据需要建立一个相对为零的等电位。

相对为零或者接近为零的等电位建立，可以是线路板上的公共点，
可以是仪器仪表的导电外壳，可以是系统的机柜机箱……。只要能够把
需要接地的所有点联系在一块儿 ，建立起等电位，就能达到“接地”的目
的。

但是，在不少情况下，依靠导线 ，机箱，金属网建立等电位有些不
现实。例如，发电机的零电位（中性线）可能在三亚或者三峡，雷电发
生在天地之间……。我们不可能为每幢建筑做一个坦克那样的外壳来防
雷，也无法用导线来使千 里之间的两点来保持电位相等……。所幸我们
所生存的地球本身就是一个导体。虽然它的表面导电性能不 怎么好，但
所拥有的导电截面足够大。通过接地，可以使相距万里的两点电位相等；
可以使不同 位置上的仪器仪表相应位置电位相等；可以（通过避雷针）
使建筑顶端的电位和周边大地的电位相等…… 。
把“大地”作为基准等电位，除了它够大，导电性够好之外，还有一
个重要原因，就是 无需标定，无论你在地球的那个位置，只要你连接到
“地”上，它的电位就是 零 。


其实在实际运用中，不以“地”为目标的“接地”系统并不少见。如：
汽 车的电气仪表以金属底盘（外壳）为地；飞机和大型船舶的“地”
是它的金属外壳；铁路上把铁轨作为接 地母排……

仪表工基本常识（11）—— 关于接地３ —— “地”在哪里
接地就是根据需要，在电路的各个点之间建立以大地为基准的等电位。
简单的，只需 在地上插根金属桩子就可以完成接地。问题是我们要求的不是
简单的接地，而是要建立以大地为标准的等 电位。而所谓的大地，是一个具有电
磁场的巨大球体，在电磁场的作用下，我们脚下的大地处处有电流， 任何两点之
间的电位都可能不同。显然，要达到大地标准电位的目的，不是随意埋根桩子就
行。
你可以认为真正可以作为基准等电位的“地”是地球中心，是地核，是一片
地面的电位平均 值……。总之无论在哪里，都不在你拿根电线就能接上的位置。
那么，哪里才是“地”？
在分析电路时，


如果上面所说的 a，b，c 分别是相隔一定距离埋入地下的金属桩，通过测
量三个桩头之间的电阻，就可以分别得到 a，b，c 三点到Ｏ点的电阻 ra，rb，
rc 。显然，由于 a，b，c 分别是相隔一定距离埋入地下的金属桩，这时候连接
a，b，c 三点的Ｏ只能是“地”。尽管这时候 还是不知道“地”的具体位置，但
是可以通过这个方法“联系”到“地”。
假设通过测量，计算，得知其中一根桩头到Ｏ点的电阻为 8Ω。那么就可以
说“地”在与桩头隔着具有 8Ω电阻的导体的另一头。而这个8Ω电阻，就是我
们通常所说的接地电阻。

从这里可以得到两个结论：
１、可以通过接地装置和接地电阻可以连接理论上的“地”；
２、无法直接连接理论上的“地”。

虽然我们平时所说的接地，就是连接到接地装置上。

仪表工基本常识（12）—— 关于接地４ —— 如何接地

电阻是导体的一种基本性质，在物理学中表示导体对电流阻碍作用的大小。
其定义式：R=UI（R电阻 ，U电阻两端电压，I流经电阻的电流） 决定式：
R=ρLS （ρ电阻系数，L导体长度 ,S导体横截面积）。
可见任何连接导线，都可以视为电阻；任何电流的改变，都会改变电阻两端
的电压。在下图中，对于图11，可以看做等同于图12。

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2014-9-19 15:01 上传

很明显，当 a，b，c 三点都存在电流时，d 点的电压会受到 a，b，c 三点

的影响。而 d 点的电压又会反过来影响 a，b，c 三点。 a，b，c 三点中的任
何一点（假设 a 点）都会受到另外两点的影响。

前面反复说过：接地就是根据需要，在电路的各个点之间建立以大地为基准
的等电位。
对于图3中的 a，b，c 三点中的任何一点来说，知道自身的电流就能知道
自身的电压距离标准（o点）有多远。
而对于图11和图21中的 a，b，c 三点中的任何一点来说，光知道自身的
电流还不行，还必须知 道其它两点的电流以及接线电阻并经过计算才能知道自身
的电压距离标准（o点）有多远。
显然，去测其它点的电流并加以计算是不现实的（实际工况可能会有成百上
千个点）。可见从建立基准等 电位的角度看，图３的接法比图11和图21要现实
得很多很多。
不过话又说回来了，实 际工况可能会有成百上千个点，把每个点都按图3
的方法接，将是一项很麻烦的工作。下面想办法解决。

从电阻分压原理来看，对于图11来说：
１、假如电阻 ra,rb,rc 小于小于rd，则 a，b，c 三点相互影响较大。但
可近似将ｄ点看做是 a，b，c 三点的等电位。如果将ｄ点电位掌控好，将ｄ点
与ｏ点之间的电位差控制在一定范围内，则 可以认为ｄ点与ｏ点之间有“基准”
关系；
２、假如电阻ra,rb,rc大于大于rd，可近似将o点看做是 a，b，c 三点
的等电位；
３、假如电阻ra,rb,rc和rd相差不大，则 a，b，c 三点相互影响较大。
这时就存在一个能不能，可不可以接受的问题。
有了这些分析，就可以像前面在《仪表工基本常识（９）—— 关于接地１
—— 什么是接地》中最后提到的那样对“当所建立的等电位与大地基准电位产
生偏差时的对策和容忍程度 进行统筹”。从而获得既经济实惠，又满足需要接
地形式

仪表工基本常识（13）—— 关于接地５ —— 接地系统构成



前面讲了不少，原本的想法是把相关知识说完，然后一次串起来构
成 系统知识，但发现需要的的体系太大了，虽然都是一些基础的小知识，
但牵涉的面太广，所以还是直接进 入系统构成，边说边解释。



下面的三张图，是国标 SHT 3081-2003《石油化工仪表接地设计
规范》中的原理示意图，这里就着图边说边解释。

接地，自然首先要有一个接地装置。这是建 立一个标准，无论在地
球的那个位置，这个标准是一样的。但是由于接地电阻的存在，接地装
置 上的电平无法确定，但大家用相同的标准接地，所获得的结果也是相
同的。

接地 的目的是要建立一个以大地为基准的等电位。既然由于接地电

阻，接地电流，大地电平的 不同，会造成不同接地点上的电平差异，那
么，把需要建立等电位的所有点，集中在一起连接到接地装置 上，这个
集中点上的电位自然就成为所需要的等电位点。

等电位在理论上只能在 一个点上实现，但“点”是既无体积也无面
积的东西。为了接线方便，可以用一块在各个方向上都具有足 够导电截
面的良好导体来近似代替这个点。理想的应该是个球体（金属银的？），
但从实际应用 的需要出发通常用有足够厚度的矩形金属板来替代。于是
这块连接到接地装置金属板就成为以大地为基准 的等电位点。也就是上
面原理示意图中的“总接地板”，习惯上也称接地母板，接地母排。（第
一层）



从总接地板在分别引出两块次一级的母板，分别命名为“工 作接地
汇总板”和“保护接地会总板”。(第二层）

为什么可以分级？参见上一节 关于接地４ —— 如何接地。

为什么要分成工作接地汇总板和保护接地会总板？参考下图。



稍微 用一点电路知识，就可以知道，Ua的变化只会影响a点，而对
b点没有影响；同样Ub的的变化只会影 响b点，而对a点没有影响。

需要指出的是，接地电阻并不是一个纯电阻，它具有感抗和 容抗。

所谓接地电阻值，是指在50Hz交流下的阻抗。所以，将不同来源，不
同频率，不同强度的接地电流，通过不同途径接地，可以大大减少相互
间的干扰。

同样由于这个原因，可以在工作接地汇总板的基础上，再引出Ｎ个
汇流排，作为不同需要的工作接地。（ 第三层）

所谓工作接地，实际上包括了控制系统中不同需要的接地。你可以
根据 需要把它们分为屏蔽接地，信号接地，安全栅（本安）接地……。



常有人问ＸＸ接地和ＸＸ接地到底有什么区别？其实就接地装置
而言，不同的接地，除了接地电阻的要求 之外，没有太大的差异，区别
只在于用在什么地方。有点类似马路上的左转，右转，直行车道一样，只是根据需要做出的规定。关键在于一旦定下来了，就必须遵守，否则
就会出乱子。



规范中把工作接地中的本安接地单独列出，是因为安全栅特别是齐
纳 安全栅对接地的特别要求，一般不与其它接地使用同一汇流排。从本
安接地汇流排到总接地板的连线，推 荐设置冗余线路。

实际工作中你可以为每一个柜子配置一个工作接地汇流排从上面
分出不同的工作接地。但实际上稍大一些的控制室，不同功能的接地是
分隔在不同柜子里的，完全可以 将接线柜的工作接地汇流排直接作为屏
蔽接地汇流排，将……。

对于ＤＣＳ，ＰＬＣ等成套设备，只需按照说明，将设备中的接地
汇流排（点）作为第二层汇流排和相应 接地连接即可。



对于保护接地会总板，如果需要接地的点不多，可以直接接到总接
地板上。

特别 要说明的是，总接地板必须要和仪表供电电源中线（Ｎ线）连
接。这个连接可能在总接地板引入控制室之 前就完成了（例如从装置网
状接地中引到控制室的总接地板）。这关系到保护接地的保护策略以及
安全栅接地策略。非常重要。

关于保护接地的策略，我在网上找了篇文章，大家可以自己看。


下一节：
仪表工基本常识（14）—— 关于接地６——本安接地


TN-S接地系统.doc (29.5 KB, 下载次数: 38)


TN-S接地系统
1、TN-S系统
TN-S为电源中性点直接接地时电器设备外 露可导电部分通过零线接地的接零保
护系统，N为工作零线，PE为专用保护接地线，即设备外壳连接到 PE上。
根据IEC 规定低压配电系统按接地方式的不同分为三类，TT 、TN 和IT 系统。
其中TN 系统节省材料、工时，在我国和其他许多国家广泛得到应用。TN 方式
供电系统中，根据其保护零线是否与工作零线分开而划分为TN-C 和TN-S 等两
种。
采用PE线的原因：
在三相四线制供电中，三相负载不平衡或因低压电网 零线过长导致阻抗过大时，
零线将有零序电流通过。过长的低压电网，由于环境恶化，导线老化、受潮等 因
素，导线的漏电电流通过零线形成闭合回路，致使零线也带一定的电位，这对安
全运行十分不 利。在零干线断线的特殊情况下，断线以后的单相设备和所有保护
接零的设备产生危险的电压，这是不允 许的。

2、系统特点
一旦设备出现外壳带电，接零保护系统能将漏电电流上升为 短路电流，这个电流

很大，是TT 系统的5.3 倍，实际上就是单相对地短路故障， 熔断器的熔丝会熔
断，低压断路器的脱扣器会立即动作而跳闸，使故障设备断电，比较安全。
TN-S 方式供电系统是把工作零线N 和专用保护线PE 严格分开的供电系统。系
统正常运行时，专用保护线上没有电流，只是工作零线上有不平衡电流。PE 线
对地没有电压，所以电气设备金属外壳接零保护是接在专用的保护线PE 上，安
全可靠。
工作零线只用作单相照明负载回路。
专用保护线PE 不许断线，也不许进入漏电开关。
干线上使用漏电保护器，工作零线不得有重复接地，而PE 线有重复接地，但是
不经过漏电保护器，所以TN-S 系统供电干线上也可以安装漏电保护器。
TN-S 方式供电系统安全可靠，适用于工业与民用建筑等低压供电系统。国家规
定在建筑工 程开工前的“三通一平”（电通、水通、路通和地平——必须采用
TN-S 方式供电系统）。

3、字母标识
第一字母表示电力系统的对地关系
T ── 一点接地
I ── 所有带电部分与地绝缘，或一点经阻抗接地

第二字母表示电气装置的外露可导电部分对地关系
T ── 外露可导电部分对地直接电气连接，与电力系统的任何接地点无关
N ── 外露可导电部分与电力系统的接地点直接电气连接（在交流系统中，接
地点通常就是中性点）

如果后面还有字母，这个字母表示中性线和保护线的组合
S ── 中性线和保护线是分开的
C ── 中性线和保护线是合一的（PEN线）

仪表工基本常识（15）—— 阻塞流１

在计算调节阀Cv值时，会遇到一个名词“阻塞流”。

所谓阻塞流是指，当 流体经过一个节流环节（例如管道、孔洞或阀
门）时，节流环节前方压力P1与后方压力P2之差ΔP逐 渐增加，会使
流过节流环节的流量逐渐增加。但当ΔP增大某一数值后，流过节流环
节的流量到 达一个最大极限值Qmax，这时再增加ΔP，通过节流环节的
流量基本不再增加了。这个流过节流环节 的最大极限值Qmax就是阻塞
流。


阻塞流的形成原因很多，和流体 的性质，流道的形状等等有关。在
不同的应用中会有不同角度的解释。这里只说几个典型条件下的成因。

（实际阻塞流的成因不止这些，这里仅选比较容易理解的介绍。现实中
形成阻塞 流的原因也往往不止一个，分析的角度和手段也不一，这里只
从个人理解的角度来介绍。仅供参考）

在图2所示直管中，忽略介质的粘度、摩擦力等等因素，Pa为上游
（高 压）侧压力，Pb为下游（低压）侧压力，为了区分前后的流体以
及运动，在这里用两个活塞将它们分开 。这时，活塞的运动代表流体流
动中管道截面上的流体流动，活塞两端的压力代表流体流动截面的前后< br>压力。

若管道中的流体不可压缩，则作用在活塞A上的压力会立即传导到
活塞B。这时，Pa=P1=P2=Pb 两个活塞同时运动。

若管道中的流体可压缩， 作用在活塞A上的压力Pa使活塞A急速
向右移动到C。这时会发生靠近活塞A的压力P1先被压缩压力 升高，
然后压力传递到P2，推动活塞B。就是说压力从P1传导到P2有一个时

间；

若活塞A移动到C的速度极快，赶上压力从P1传导到P2的时间，
这时 就会出现P1已经被压缩到压力升至Pa阻止活塞A进一步移动，而
此时P2还未被压缩仍处于等于Pb 的初始压力，活塞B不发生位移。这
时阻止活塞A进一步移动的力就是导致阻塞流发生的原因。


在图3所示孔洞中，当压力P1大于P2时流体会从孔洞流过。这时
孔洞左侧的 压力在靠近孔洞处有一个流速加快压力下降的过程；

在孔洞处流速最快，根据伯努利方程，流速越快压力P0越小；

在孔洞右侧，离开孔洞的流体速度降低，压力在P0的基础上恢复
并过渡到P2。

当流速快到一定程度，有赶上P0过度到P2的速度的趋势时，孔洞
处的压力会有低于孔洞后压力的趋势 。即孔洞后压力有反过来阻止介质
进一步通过的趋势。

当达到某个平衡时P2进一步降低也不会使流速增加，出现了阻塞

流。

在图3所示孔洞中，对于某些液体来说，发生阻塞流的原因是由于
流体在孔洞处压力P0下 降，当压力减小到小于流体的饱和蒸汽压时，
部分液体汽化形成气泡（空化）。而压力在气体中的传递速 度小于液体，
这时亦会出现图2所说的阻塞流成因。

可以看出，阻塞流的形成条 件之一是流体流速接近压力传递过程。
而影响流速的因素包括节流体前后的压差。

虽然在现实中影响压力传递速度的因素还有介质粘度、雷诺数，管
道粗糙程度等等不一而足。但我们需要 讨论阻塞流的对象，往往是类似
短管，狭缝，小孔的场合，这时粘度，摩擦等因素都很小，甚至可以忽< br>略，这时造成阻塞流的因素主要是压力在介质中传递的速度以及节流体
前后的压差。

由于不同介质压力传递的速度有所不同，所以可能导致阻塞流出现
的压差也有所不同。一般认为当 P2／P1≤0.5 时（根据不同情况，准确
判断另有判断式），就应考虑阻塞流的影响。

[原稿所述判断式有误，经 @wwjhdh
指出，现已改正］


关于阻塞流的成因，已经超出我的知识范围。之所以提出讨论，不
过是为了引出关于阻塞流 的两个知识点：一是什么是阻塞流，二是流体
在通过节流件时，造成阻塞流的条件（之一？）是流体中压 力传递的速
度以及节流件前后压差有关。



流体中压力传递的速度能有多快？


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声音是一种压力波，介质中微弱压强扰动的传播速度就是音速。

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