工业自动化的活化石｜单元组合仪表（2）

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单元组合仪表-往期回顾

工业自动化的活化石｜单元组合仪表（1）

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分类

单元组合仪表按能源分成两类：

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气动单元组合仪表

气动单元组合仪表以压缩空气为能源，信号为0.02~0.1MPa（或3~15psi）的气压信号，主要用于石油、化工等易燃易爆场所。

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电动单元组合仪表

电动单元组合仪表以电为能源，信号制为0~10mA、4~20mA直流电流信号，应用广泛。

气动仪表有较长的发展历史，19世纪末就出现了气动薄膜调节阀。20世纪初有了指示、纪录型的基地式调节器，当时多采用大型圆图记录型，可实现两位调节或比例调节，20世纪30年代又增加了积分、微分调节作用成为完整的PID调节器。在原有气动基地式调节器的基础上发展了气动单元组合仪表，这类仪表以0.14MPa的压缩空气为动力源，采用压力在0.02~0.1MPa范围内的压缩空气作为统一信号。由于气动仪表的工作能源和信号传输都依赖压缩空气，因此在石油和化工生产中，这类仪表具有天然的防爆性能。然而，其缺点是气动信号的传输距离通常限制在150m以内，过远的传输距离可能导致严重的信号滞后，从而影响显示和调节的灵敏度。

当时我们在做设计时，因为选用了气动单元组合仪表，除了作常规的自控设计外，还得设计气源站，统计所有气动仪表的耗气量，据此选择气源站的规模，一台空压机肯定不行，要一开一备（备用）或多开多备。空压机产出的压缩空气不能直接送出，得先在气源净化装置上除水除油。按要求，还得设置多处储气罐，以保证工厂断电时，气动单元组合仪表还能工作15分钟或30分钟。反正烦心的事多着呢，你一点点去做吧！幸好后来空压机厂家提供气源站成套设备，这才感到负担轻了一点。

随着电子技术的发展，电动单元组合仪表也逐渐进入人们的视野，因为气动单元组合仪表需要建单独的仪表气源站，远不如使用电源方便，使用电子器件比使用气动元件实现变送、计算、调节功能更便捷、更精确。且在电动单元组合仪表发展过程中，又采用了24VDC低压集中供电、安全栅限制现场设备供电能量等措施，使其达到本质安全防爆要求，可以像气动单元组合仪表一样，用于危险区域。此消彼长，气动单元组合仪表就没有什么优势了。很快就被电动单元组合仪表完全取代了。我们也挺开心的，不必再去干什么气源站、除油除水净化装置、储气罐之类我们不懂又非要去做的事了。

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单元组合仪表的发展

在1958年国家科委仪器组组织领导下的工业仪表标准化工作会议上，上海工业自动化仪表研究所副所长兼总工程师王良楣等人率先提出了工业仪表贯彻标准化、通用化、系列化和单元组合化的重要建议，还积极组织工业仪表产品系列化设计和开发单元组合仪表。随后他指定研究所技术人员在做好技术准备的条件下，带领专业仪表制造厂开展工业自动化仪表系列产品及主要部件的统一命名编号、设计规范、联合设计等项工作，得到了专业仪表制造厂和用户的积极支持和配合，这其中就包括气动单元组合仪表（QDZ系列，见图3）、电动单元组合仪表（DDZ系列，见图4）等10类仪表的统一设计。QDZ是汉语拼音气动QI、单元DUAN、组合ZUHE的首字母集合而成，DDZ是汉语拼音电动DIAN、单元DUAN、组合ZUHE的首字母集合而成。

图3   气动单元组合仪表( QDZ-III型)

图4   电动单元组合仪表（DDZ-II）

说到单元组合仪表，一定要介绍王良楣这位专家。

王良楣

●  王良楣，河北保定人。1914年9月出生，1936年清华大学电机系毕业。1945年春天，他参加重庆国民党政府的考试，以全优的成绩获得去美国考察学习机会。在美期间，他不愿到大学读书，却非常愿意到仪表工厂实践，掌握并积累实用技术知识。他潜心钻研，力求深入了解，还想方设法进入不对华人开放的工厂，多方搜集资料。他先后到美国福克斯波罗（Foxboro）、霍尼韦尔（Honeywell）、泰勒（Taylor）、里诺（LdN）、贝克曼（Beckman）等今天听起来都赫赫有名的仪表公司考察实习，如饥似渴地勤奋学习美国先进的仪表设计、制造技术和专业知识，其刻苦学习的精神令许多美国同事深为感动。直到1947年底实习结束时，他已收集了满满8箱技术资料和手抄笔记。美国某仪表公司以晋升级别与待遇为条件，希望他留下，王良楣婉言谢绝了，他怀着满腔爱国热忱和发展中国仪表工业的决心回到了祖国。

● 1952年，王良楣被委任为轻工业部上海科学研究所工业仪器研究室主任，他凭着艰苦创业的精神，在短短两年内带领科技人员研制成功我国仪表工业历史上第一台光学高温计，接着又研制出温湿度自动控制仪、大型圆图自动平衡式记录仪、遥控温度计、时间程序控制器等新产品并应用于工业现场，获得用户满意的效果，为中国自动化仪表工业写下了第一页光辉篇章。1956年5月，第一机械工业部设立仪器仪表工业管理局，当时的杨天放局长在上海做上海仪表基地调研规划期间，发现了王良楣，便将他调到新成立的上海仪器仪表科学研究所（后来改名为上海工业自动化仪表研究所）任技术副所长兼总工程师。从此之后，王老成为中国自动化仪表的奠基人之一。

中国自动化仪器仪表走到今天，虽然距世界顶级水平尚有差距，但已打下门类齐全、人才众多、基本满足国内市场需求的扎实基础，并有望在十年二十年之后达到全球顶级水平，在这个时候，我们每一个仪表人，真的是应该向老一辈仪表人致敬！应该缅怀为中国自动化仪表作出杰出贡献的老前辈！

气动仪表怎么工作？怎么完成信号检测、放大等运算?这都是令当代仪表人困惑的事情。以敏感元件的位移检测为例，若要转换成电信号，那方法可多呢。比如采用差动变压器，可以将铁芯的位移转换成差动电压输出；采用平板电容，可以将极板间距的位移转换成电容值变化输出；采用滑线电阻，可以将滑线电阻触点的位移转换成电阻值变化输出。

下面以用于气动仪表信号检测的喷嘴-挡板器件为例做简单的说明（见图5）。喷嘴-挡板是将敏感元件微小的位移s变化转换成压力变化，气源压力P0流过恒节流孔进入背压室，再经过喷嘴排入大气，而背压室的压力P1为喷嘴-挡板器件的输出压力，P1压力值高低取决于挡板的位移值s。

图5    喷嘴-挡板工作原理图   

未完待续

方原柏

2026年3月

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作者简介

  方原柏：湖北黄冈人，昆明有色冶金设计研究院电气自动化分院教授级高级工程师，衡器、自动化仪表、冶金自动化、仪器仪表用户、仪器仪表与自动化等杂志编委，昆明仪器仪表学会理事长，中国衡器协会技术专家委员会顾问，主要从事仪器仪表、控制系统的应用研究，曾出版“电子皮带秤的原理及应用”（1994年，冶金工业出版社）、“电子皮带秤”（2007年，冶金工业出版社）“流程行业无线通信技术及应用”（2015年化学工业出版社）、“有色金属生产过程自动化”（2015年，人民邮电出版社），“检重秤”（中国质量标准出版社，2020年），“金属探测器”（中国化工出版社，2023年）六本专著。发表论文370篇。

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