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流量计是工业生产的眼睛，与国民经济、国防建设、科学研究有着密切的关系，在国民经济中占据重要地位与作用，可用于气体、液体、蒸汽等介质流量的测量。为了更好的展示流量计测量原理，采用动画演示的方法来给大家介绍流量计的工作原理！

1. 孔板流量计

孔板流量计

工作原理： 流体充满管道，流经管道内的节流装置时，流束会出现局部收缩，从而使流速增加，静压力低，于是在节流件前后便产生了压力降，即压差，介质流动的流量越大，在节流件前后产生的压差就越大，所以孔板流量计可以通过测量压差来衡量流体流量的大小。这种测量方法是以能量守衡定律和流动连续性定律为基准的。

工作特点： ①节流装置结构简单、牢固，性能稳定可靠，使用期限长，价格低廉；②应用范围广，全部单相流皆可测量，部分混相流亦可应用；③标准型节流装置无须实流校准，即可投用；④ 一体型孔板安装更简单，无须引压管，可直接接差压变送器和压力变送器。

2. 电磁流量计

电磁流量计

工作原理： 基于法拉第电磁感应定律。在电磁流量计中，测量管内的导电介质相当于法拉第试验中的导电金属杆，上下两端的两个电磁线圈产生恒定磁常当有导电介质流过时，则会产生感应电压。管道内部的两个电极测量产生的感应电压。测量管道通过不导电的内衬（橡胶，特氟隆等）实现与流体和测量电极的电磁隔离。

工作特点： ①具有双向测量系统；② 传感器所需的直管段较短，长度为5倍的管道直径。③ 压力损失小④测量不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化的影响⑤主要应用于污水处理方面。

3. 涡轮流量计

涡轮流量计

工作原理： 在一定的流量范围内，涡轮的转速与流体的流速成正比。流体流动带动涡轮转动，涡轮的转速转换成电脉冲，用二次表显示出数据，反应流体流速。

工作特点： ①抗杂质能力强；②抗电磁干扰和抗振能力强；③其结构与原理简单，便于维修；④几乎无压力损失，节省动力消耗。

4. 文丘里流量计

工作原理： 当流体流经文丘里流量计管道内的节流件时，流速在文丘里节流件出形成局部搜索，导致流速增加，静压差下降，文丘里流量计前后便产生了静压差，流体流量越大，静压差就越大，根据压差来衡量流量。

工作特点： 无磨蚀与积污的问题，同时可以有一定的整流的作用，测量精度和稳定性高。

5. 容积式流量计

容积式流量计

工作原理： 流体通过流量计，就会在流量计进出口之间产生一定的压力差．流量计的转动部件（简称转子）在这个压力差作用下特产生旋转，并将流体由入口排向出口．在这个过程中，流体一次次地充满流量计的“计量空间”，然后又不断地被送往出口．在给定流量计条件下，该计量空间的体积是确定的，只要测得转子的转动次数．就可以得到通过流量计的流体体积的累积值。

工作特点： ①计量精度高；②安装管道条件对计量精度没有影响；③可用于高粘度液体的测量；④范围度宽；⑤直读式仪表无需外部能源可直接获得累计，总量，清晰明了，操作简便；⑥结构复杂，体积庞大⑦不适用于高、低温场合；⑧大部分仪表只适用于洁净单相流体；⑨噪声和振动较大。

6. 椭圆齿轮流量计

工作原理： 当被测液体经管道进入流量计时，由于进出口处产生的压力差推动一对齿轮连续旋转，不断地把经初月形空腔计量后的液体输送到出口处，椭圆齿轮的转数与每次排量四倍的乘积即为被测液体流量的总量

工作特点： 流量测量与流体的流动状态无关；粘度愈大的介质，从齿轮和计量空间隙中泄漏出去的泄漏量愈小，因此核测介质的粘皮愈大，泄漏误差愈小，对测量愈有利；椭圆齿轮流量计计量精度高，适用于高粘度介质流量的测量，但不适用于含有固体颗粒的流体(固体颗粒会将齿轮卡死，以致无法测量流量)。如果被测液体介质中夹杂有气体时，也会引起测量误差。

7. 转子流量计

转子流量计

工作原理： 当测量流体的流量时，被测流体从锥形管下端流入，流体的流动冲击着转子，并对它产生一个作用力，当流量足够大时，产生的作用力将转子托起。同时，被测流体流经转子与锥形管壁间的环形断面，这时作用在转子上的力有三个:流体对转子的动压力、转子在流体中的浮力和转子自身的重力。流量计垂直安装时，转子重心与锥管管轴会相重合，作用在转子上的三个力都沿平行于管轴的方向。当这三个力达到平衡时，转子就平稳地浮在锥管内某一位置上。对于给定的转子流量计，转子大小和形状己经确定，因此它在流体中的浮力和自身重力都是已知是常量，唯有流体对浮子的动压力是随来流流速的大小而变化的。因此当来流流速变大或变小时，转子将作向上或向下的移动，相应位置的流动截面积也发生变化，直到流速变成平衡时对应的速度，转子就在新的位置上稳定。对于一台给定的转子流量计，转子在锥管中的位置与流体流经锥管的流量的大小成一一对应关系。

工作特点： 它具有结构简单、直观、压力损失小、维修方便等特点；转子流量计适用于测量通过管道直 径D<150mm的小流量，也可以测量腐蚀性介质的流量；使用时流量计必须安装在垂直走向的管段上，流体介质自下而上地通过转子流量计。

8. 涡轮流量计

涡轮流量计

工作原理： 流体流经传感器壳体，由于叶轮的叶片与流向有一定的角度，流体的冲力使叶片具有转动力矩，克服摩擦力矩和流体阻力之后叶片旋转，在力矩平衡后转速稳定，在一定的条件下，转速与流速成正比，由于叶片有导磁性，它处于信号检测器（由永久磁钢和线圈组成）的磁场中，旋转的叶片切割磁力线，周期性的改变着线圈的磁通量，从而使线圈两端感应出电脉冲信号，此信号经过放大器的放大整形，形成有一定幅度的连续的矩形脉冲波，可远传至显示仪表，显示出流体的瞬时流量和累计量。在一定的流量范围内，脉冲频率f与流经传感器的流体的瞬时流量Q成正比。

工作特点： 它具有精度高，重复性好，结构简单，运动部件少，耐高压，测量范围宽，体积小，重量轻，压力损失小，维修方便等优点，用于封闭管道中测量低粘度气体。

9. 涡街流量计

涡街流量计

工作原理： 根据流体振荡原理来测量流量的，流体在管道中经过涡街流量变送器时，在三角柱的旋涡发生体后上下交替产生正比于流速的两列旋涡，旋涡的释放频率与流过旋涡发生体的流体平均速度及旋涡发生体特征宽度有关，根据这种关系，旋涡频率就可以计算出流过旋涡发生体的流体平均速度，再乘以横截面积得到流量。

工作特点： ①结构简单而牢固，无可动部件，可靠性高，长期运行十分可靠；②安装简单，维护十分方便；③检测传感器不直接接触被测介质，性能稳定，寿命长；④输出是与流量成正比的脉冲信号，无零点漂移，精度高；⑤测量范围宽，量程比可达1：10；⑥压力损失较小，运行费用低，更具节能意义。

10. 腰轮流量计

腰轮流量计

工作原理： 当有流体通过流量计时，在流量计进出口流体差压的作用下.两腰轮将按正方向旋转。计量室内液体不断流进流出，只需要知道计量室体积和腰轮转动次数就可以计算出流体流量。

工作特点： 适合各种清洁液体的流量测量，尤其适用于油品计量，也可制成测量气体的流量计。它的计最准确度高，可达0.1-0.5级，压力损失小，量程范围大。

11. 双转子流量计

双转子流量计

工作原理： 进、出口处较小的压差推动转子旋转，同一时刻，每一个转子在同一横截面上受到流体的旋转力矩虽然不一样，但两个转子分别在所有横截面上受到旋转力矩的合力矩是相等的。因此两个转子各自作等速、等转矩旋转，排量均衡无脉动。螺旋转子每转一周可输出 8 倍空腔的容积，因此，转子的转数与流体的累积流量成正比，转子的转速与流体的瞬时流量成正比。转子的转数通过磁性联轴器传到表头计数器，显示出流过流量计（流过管道）的流量。

工作特点： ① 适用于稀油、轻质油、稠油、含砂量大、含水量大的原油，被测量液体的粘度范围大；② 流量计通过的液体流量大；③使用寿命长，准确度高，可靠性强；④压内损失极小；⑤可直接与计算机联网。

12. 靶式流量计

工作原理： 当流体流动，对靶板产生一个作用力，使靶板产生微量的位移，位移大小与流速有关，根据位移与流速的关系计算出流量。

工作特点： ①整台仪表结构坚固无可动部件，插入式结构,拆卸方便；②可选用多种防腐及耐高低温材质（如哈氏合金，钛等）；③整机可做成全密封无死角（焊接形式），无任何泄漏点，可耐42MPa 高压；④仪表内设自检程序，故障现象一目了然；⑤传感器不与被测介质接触,不存在零部件磨损,使用安全可靠；⑥能准确测量各种常温、高温500 度、低温-200 度工况下的气体、液体流量等。

13. 超声波流量计

超声波流量计

工作原理： 超声波流量计通过检测流体流动对超声波产生的影响来对液体流量进行测量，其利用的是“时差法”。首先，使用探头1发射信号，信号穿过管壁1、流体、管壁2后被另一侧的探头2接收到;在探头1发射信号的同时探头2也发出同样的信号，经过管壁2、流体、管壁1后被探头1接收到;由于流速的存在使得两时间不等，存在时间差，因此根据时间差便可求得流速，进而得到流量值。

工作特点： 可以测量常规管道流量，还可以测量不易观察、不易接触的管道的流量;其不仅可以测量常规流体流量，还可对具有强腐蚀性、放射性、易燃、易爆等特点的流体进行流量的测量。但是超声波流量计对所测流体的温度范围有所限制，目前我国的超声波流量计仅可用于200℃以下流体的测量;而且，超声波流量计的测量线路相当复杂，对测量线路要求较高。

14. 喷嘴流量计

喷嘴流量计

工作原理：喷嘴的测量原理是依据流体力学的节流原理，充满管道的流体，当它们流经管道内的喷嘴时，流速将在喷嘴形成局部收缩，从而使流速加快，静压力降低，于是在喷嘴前后便产生了压力降或叫压差，介质流动的流量愈大，在喷嘴前后产生的压差也就愈大，所以可通过测量压差来测量流体流量的大小。

工作特点：①结构简单,安装方便；② 喷嘴比孔板的压力损失小，要求直管段长度也短；③无需实流校验，性能稳定；④可耐高温高压、耐冲击；⑤耐腐蚀性能比孔板好，寿命长；⑥精度高、重复性好、流出系数稳定；⑦圆弧形结构设计可测量各种液体、气体、蒸汽以及各种脏污介质；⑧ 整体锻造加工技术，造价较高。

15. 科里奥利质量流量计

科里奥利质量流量计

工作原理： 当一个位于旋转系内的质点作朝向或者离开旋转中心的运动时，将产生一惯性力，通过直接或者间接地测量出在旋转管道中流动的流体作用于管道上的科里奥利力，就可以测得流体通过管道的质量流量。

工作特点： 科里奥利质量流量计直接测量质量流量，有很高的测量精确度。可测量流体范围广泛，包括高粘度液的各种液体、含有固形物的浆液、含有微量气体的液体、有足够密度的中高压气体。测量管的振动幅小，可视作非活动件，测量管路内无阻碍件和活动件。对外界振动干扰较为敏感，为防止管道振动影响，大部分型号科里奥利质量流量计的流量传感器安装固定要求较高等。

一、温度仪表

1.薄膜热电偶的结构

2.固体膨胀式温度计

3.热电偶补偿导线的外形图

4.热电偶温度计

5.热电阻的结构

二、压力仪表原理

1.弹簧管式压力仪表

2.电接点式压力仪表

3.电容式压力传感器

4.膜盒式压力传感器

5.压力式温度计

6.应变式压力传感器

三、流量仪表原理

1.靶式流量计

2.孔板流量计

3.立式腰轮流量计

4.喷嘴流量

5.容积式流量计

6.椭圆齿轮流量计

7.文丘里流量计

8.涡轮流量计

9.转子式流量计

四、液位仪表原理

1.差压式液位计A

2.差压式液位计B

3.差压式液位计C

4.超声波测量液位原理

5.电容式液位计

五、阀门原理

1.薄膜执行机构

2.带阀门定位器的活塞式执行机构

3.碟阀

4.隔膜阀

5.活塞执行机构

6.角型阀

7.气动薄膜调节阀

8.气动活塞式执行机构

9.三通阀

10.凸轮挠曲阀

11.直通单座阀

12.直通双座阀

控制原理

1.串级均匀控制

2.氮封分程控制

3.锅炉控制

4.加热炉串级

5.加热炉温度测量

6.简单均匀控制

7.均匀控制

8.物料传送

9.液位控制

10.用侵入式热电偶测量熔融金属的原理

仪表在工业生产过程中，起着对工艺参数进行检测、显示、记录或控制的重要作用。工艺生产过程的检测是了解和控制工业生产的基本手段，只有在任何时刻都能准确地了解工艺过程的全貌，并进行控制，才能保证生产过程顺利，并以高的生产率、小的消耗生产出合格的产品。所以，别看仪表不起眼，却是最不可缺少的！本文为大家介绍自动化仪表、温度仪表 、压力仪表 、流量仪表 、物位仪表的选型，内容非常全面！

一

自动化仪表选型的一般原则

检测仪表（元件）及控制阀选型的一般原则如下：

1.工艺过程的条件

工艺过程的温度、压力、流量、粘度、腐蚀性、毒性、脉动等因素是决定仪表选型的主要条件，它关系到仪表选用的合理性、仪表的使用寿命及车间的防火、防爆、保安等问题。

2.操作上的重要性

各检测点的参数在操作上的重要性是仪表的指示、记录、积算、报警、控制、遥控等功能选定依据。一般来说，对工艺过程影响不大，但需经常监视的变量，可选指示型；对需要经常了解变化趋势的重要变量，应选记录式；而一些对工艺过程影响较大的，又需随时监控的变量，应设控制；对关系到物料衡算和动力消耗而要求计量或经济核算的变量，宜设积算；一些可能影响生产或安全的变量，宜设报警。

3.经济性和统一性

仪表的选型也决定于投资的规模，应在满足工艺和自控的要求前提下，进行必要的经济核算，取得适宜的性能／价格比。

为便于仪表的维修和管理，在选型时也要注意到仪表的统一性。尽量选用同一系列、同一规格型号及同一生产厂家的产品。

4.仪表的使用和供应情况

选用的仪表应是较为成熟的产品，经现场使用证明性能可靠的；同时要注意到选用的仪表应当是货源供应充沛，不会影响工程的施工进度。

二

温度仪表的选型

<一>一般原则

1单位及标度（刻度）

温度仪表的标度（刻度）单位，统一采用摄氏温度（℃）。

2检出（测）元件插入长度

<二>就地温度仪表的选型

1精确度等级

2测量范围

3双金属温度计

4压力式温度计

适用于－80℃以下低温、无法近距离观察、有振动及精确度要求不高的就地或就地盘显示。

5玻璃温度计

仅用于测量精确度较高、振动较小、无机械损伤、观察方便的特殊场合。但是，由于汞害，不宜使用玻璃水银温度计。

6基地式仪表

就地或就地盘装测量、控制（调节）仪表，宜选用基地式温度仪表。

7温度开关

适用于温度测量需要接点讯号输出的场合。

<三>集中温度仪表的选型

1检出（测）元件

（1）根据温度测量范围，选用相应分度号的热电偶、热电阻或热敏电阻。

（2）热电偶适用于一般场合。热电阻适用于无振动场合。热敏电阻适用于要求测量反应速度快的场合。

（3）根据测量对象对响应速度的要求，可选用下列时间常数的检出（测）元件：

（4）根据使用环境条件，按下列原则选用接线盒：

（5）一般情况可选用螺纹连接方式，对下列场合应选用法兰连接方式：

（6）在特殊场合下使用的热电偶、热电阻：

2变送器

3显示仪表

（1）单点显示选用一般指示仪，多点显示宜选用数字式指示仪，要求查阅历史数据的，宜选用一般记录仪。

（2）信号报警系统，宜选用带接点讯号输出的指示仪或记录仪。

（3）多点记录宜选用中型记录仪（如30点记录仪）。

4附属设备的选型

（1）当多点共用一台显示仪表时，应选用质量可靠的切换开关。

（2）采用热电偶测量1600℃以下的温度，当冷端温度变化使测量系统不能满足精确度要求，而配套显示仪表又无冷端温度自动补偿功能时，应选用冷端温度自动补偿器。

（3）补偿导线

a.根据热电偶的支数、分度号和使用环境条件，应选用符合要求的补偿导线或补偿电缆。

b.按使用环境温度选用不同级别补偿导线或补偿电缆：

c.有间断电加热或强电、磁场的场所，应选用屏蔽补偿导线或屏蔽补偿电缆。

d.补偿导线的截面积，应按其敷设长度的往复电阻值，以及配套显示仪表、变送器或计算机接口允许输入外部电阻来确定。

三

压力仪表的选型

<一>压力表的选择

1按照使用环境和测量介质的性质选择

（1）在大气腐蚀性较强、粉尘较多和易喷淋液体等环境恶劣的场合，宜选用密闭式全塑压力表。

（2）稀硝酸、醋酸、氨类及其它一般腐蚀性介质，应选用耐酸压力表、氨压力表或不锈钢膜片压力表。

（3）稀盐酸、盐酸气、重油类及其类似的具有强腐蚀性、含固体颗粒、粘稠液等介质，应选用膜片压力表或隔膜压力表。其膜片或隔膜的材质，必须根据测量介质的特性选择。

（4）结晶、结疤及高粘度等介质，应选用膜片压力表。

（5）在机械振动较强的场合，应选用耐震压力表或船用压力表。

（6）在易燃、易爆的场合，如需电接点讯号时，应选用防爆电接点压力表。

（7）下列测量介质应选用专用压力表：

2精确度等级的选择

（1）一般测量用的压力表、膜盒压力表和膜片压力表，应选用1.5级或2.5级。

（2）精密测量和校验用压力表，应选用0.4级、0.25级或0.16级。

3外型尺寸的选择

（1）在管道和设备上安装的压力表，公称直径为φ100mm或φ150mm。

（2）在仪表气动管路及其辅助设备上安装的压力表，公称直径为φ60mm。

（3）安装在照度较低、位置较高以及示值不易观测场合的压力表，公称直径为φ200mm或φ250mm。

4测量范围的选择

（1）测量稳定的压力时，正常操作压力值应在仪表测量范围上限值的2／3～1／3。

（2）测量脉动压力（如：泵、压缩机和风机等出口处压力）时，正常操作压力值应在仪表测量范围上限值的1／2～1／3。

（3）测量高、中压力（大于4MPa）时，正常操作压力值不应超过仪表测量范围上限值的1／2。

5单位及标度（刻度）

（1）压力仪表一律使用法定计量单位。即：帕（Pa）、千帕（kPa）和兆帕（MPa）。

（2）对于涉外设计项目和引进仪表，可以采用国际通用标准或相应的国家标准。

<二>变送器、传感器的选择

（1）以标准信号（4～20mA）传输时，应选用变送器。

（2）易燃、易爆场合，应选用气动变送器或防爆型电动变送器。

（3）结晶、结疤、堵塞、粘稠及腐蚀性介质，应选用法兰式变送器。与介质直接接触的材质，必须根据介质的特性选择。

（4）使用环境较好、测量精确度和可靠性要求不高的场合，可以选用电阻式、电感式远传压力表或霍尔压力变送器。

（5）测量微小压力（小于500Pa）时，可选用微差压变送器。

<三>安装附件的选择

（1）测量水蒸汽和温度大于60℃的介质时，应选用螺旋型或U型弯管。

（2）测量易液化的气体时，若取压点高于仪表，应选用分离器。

（3）测量含粉尘的气体时，应选用除尘器。

（4）测量脉动压力时，应选用阻尼器或缓冲器。

（5）在使用环境温度接近或低于测量介质的冰点或凝固点时，应采取绝热或伴热措施。

（6）下列场合应选用仪表保护（温）箱。

四

流量仪表的选型

<一>一般原则

1刻度选择

仪表刻度宜符合仪表刻度模数的要求，当刻度读数不是整数时，为读数换算方便，也可按整数选用。

（1）方根刻度范围

（2）线性刻度范围

2仪表精确度

用作能源计量的流量计，应符合《企业能源计量器具配备和管理通则（试行）》的规定。

（1）用于燃料进出厂结算的计量，±0.1％；

（2）用于车间班组、工艺过程的技术经济分析的计量，±0.5％～2％；

（3）用于工业及民用水的计量，±2.5％；

（4）用于包括过热蒸汽和饱和蒸汽的蒸汽计量，±2.5％；

（5）用于天然气、瓦斯及家用煤气的计量，±2.0％；

（6）用于重点用能设备及工艺过程控制的油的计量，±1.5％；

（7）用于工艺过程控制的其它含能工质（如压缩空气、氧、氮、氢、水等）的计量，±2％。

3流量单位

<二>一般流体、液体、蒸汽流量测量仪表的选型

1差压式流量计

（1）节流装置

①标准节流装置

一般流体的流量测量，应选用标准节流装置（标准孔板、标准喷咀）。标准节流装置的选用，必须符合GB2624-8l的规定或国际标准ISO 5167-1980。如有新的国家标准规定，应执行新规定。

②非标准节流装置

符合下列条件者，可选用文丘里管：

符合下列条件者，可选用双重孔板：

符合下列条件者，可选1／4圆喷嘴；

符合下列条件者，可选圆缺孔板：

③取压方式的选择

应考虑整个工程尽量采用统一的取压方式。

（2）差压变送器差压范围的选择

差压范围的选择应根据计算确定，一般情况下根据流体工作压力高低不同宜选：

（3）提高测量精确度的措施

（4）特殊型差压流量计

①蒸汽流量计

饱和蒸汽的流量，当要求的精确度不高于2.5级，并为就地或远传积算时，可采用蒸汽流量计。

②内藏孔板式流量计

无悬浮物的洁净液体、蒸汽、气体的微小流量测量，当量程比不大于3∶l，测量精度要求不高，管道通径DN＜50mm时，可选用内藏孔板流量计。测蒸汽时，蒸汽温度不大于120℃。

2面积式流量计

当要求精度不高于1.5级，量程比不大于10∶1时，可选用转子流量计。

（1）玻璃转子流量计

中小流量、微小流量，压力小于1MPa，温度低于100℃的洁净透明、无毒、无燃烧和爆炸危险且对玻璃无腐蚀无粘附的流体流量的就地指示，可采用玻璃转子流量计。

（2）金属管转子流量计

①普通型金属管转子流量计

对易汽化、易凝结、有毒、易燃、易爆不含磁性物质、纤维和磨损物质，以及对不锈钢（1Crl8Ni9Ti）无腐蚀性的流体中小流量测量，当需就地指示或远传信号时，可选用普通型金属管转子流量计。

②特殊型金属管转子流量计

（3）转子流量计

要求垂直安装，倾斜度不大于5°。流体应自下而上，安装位置应振动较小，易于观察和维护，应设上、下游切断阀和旁路阀。对脏污介质，必须在流量计的进口处加装过滤器。

3速度式流量计

（1）靶式流量计

粘度较高，含少量固体颗粒的液体流量测量，当要求精确度不高于1.5级，量程比不大于3∶1时，可采用靶式流量计。

靶式流量计一般安装在水平管道上。前直管段长度为15～40D，后直管段长度为5D。

（2）涡轮流量计

洁净的气体及运动粘度不大于5×10-6m2／s的洁净液体的流量测量，当要求较精确计量，量程比不大于10∶1时，可采用涡轮流量计。

涡轮流量计应安装在水平管道上，使液体充满整个管道，并设上、下游截止阀和旁路阀，以及在上游设过滤器，下游设排放阀。

直管段长度：上游不少于20D，下游不少于5D。

（3）旋涡流量计（卡门涡街流量计或涡街流量计）

洁净气体、蒸汽和液体的大中流量测量，可选用旋涡流量计。低速流体及粘度大于20×10-3pa·s液体的测量，不宜选用旋涡流量计。选用时应对管道流速进行验算。

该流量计具有压力损失较小、安装方便的特点。

对直管段要求：上游为15～40D（视配管情况而定）；上游加整流器时，上游不小于10D；下游至少为5D。

（4）水表

就地累积水的流量，当量程比要求小于30∶1时，可采用水表。

水表安装于水平管道上，并要求直管段长度为：上游不少于8D，下游不少于5D。

<三>腐蚀、导电或带固体微粒流量测量仪表的选型

1电磁流量计

用于电导率大于10μS／cm的液体或均匀的液固两相介质流量测量。具有良好的耐腐蚀性和耐磨性，无压力损失。可测量各种强酸、强碱、盐、氨水、泥浆、矿浆、纸浆等介质。

安装方向可以垂直、水平，也可倾斜，垂直安装时，液体必须自下而上。对液固两相介质，最好是垂直安装。

当安装在水平管道上时，应使液体充满管段，并应使变送器的电极处于同一水平面上；直管段长度，上游不少于5～10D，下游不小于3～5D或无要求（厂家不同，要求不同）。

变送器不应设置在磁场强度大于398A／m的场所。

2非标准节流装置

见前述

<四>高粘度流体流量测量仪表的选型

1容积式流量计

（1）椭圆齿轮流量计

（2）腰轮流量计

（3）刮板流量计

2靶式流量计

粘度较高，含少量固体颗粒的液体流量测量，当要求精确度不高于1.5级，量程比不大于3∶1时，可采用靶式流量计。

靶式流量计一般安装在水平管道上。前直管段长度为15～40D，后直管段长度为5D。

<五>大管径流量测量仪表的选型

当管径大时，压损对能耗有显着影响。常规流量计价格贵，当压损大时，可根据情况选用笛形均速管、插入式涡街、插入式涡轮、电磁流量计、文丘里管、超声波流量计。

1笛形均速管流量计

洁净气体、蒸汽、粘度小于0.3Pa·s的洁净液体的流量测量，当要求压力损失较小时，可选用笛形均速管流量计。

笛形均速管安装在水平管道上，直管段长度：上游不少于6～24D，下游不少于3～4D。

2插入式涡轮流量计、插入式旋涡流量计、电磁流量计、文丘里管

见前述。

<六>新型流量测量仪表的选型

1超声波流量计

凡能导声的流体均可选用超声波流量计，除一般介质外，对强腐蚀性、非导电、易燃易爆、放射性等恶劣条件下工作的介质，当无法采用接触式测量时，可采用超声波流量计。

2质量流量计

需直接精确测量液体、高密度气体和浆体的质量流量时，可选用质量流量计。

质量流量计可以不受流体温度、压力、密度或粘度变化的影响而提供精确可靠的质量流量数据。

质量流量计可在任何方向安装，不需直管段。

<七>粉粒及块状固体流量测量仪表的选型

1冲量式流量计

自由落下的粉粒及块状固体流量测量，当要求封闭传送物料时，宜选用冲量式流量计；冲量流量计适用于任意粒度的各种散料，且在尘埃极多的情况下也能准确计量，但散料的料重不得大于预定冲料板重量的5％。

冲量式流量计的安装，要求物料必须保证自由落下，不得有外加力作用于被测物体上。冲板安装角度、进料口与冲板间角度及高度有一定要求，并与量程选择有一定关系，选用前应进行计算。

2电子皮带称

用于皮带输送的固体流量测量，安装在符合标准性能的皮带输送机上。其称框安装要求严格，称框在皮带上的位置与落料口的距离对测量精度都有影响，应选择好安装位置。

3轨道衡

铁路货车的连续自动称量宜选择动态轨道衡。

五

物位仪表的选型

<一>一般原则

（1）应深入了解工艺条件、被测介质的性质、测量控制系统要求，以便对仪表的技术性能和经济效果做出充分评价，使其在保证生产稳定、提高产品质量、增加经济效益等方面起到应有的作用。

（2）液面和界面测量应选用差压式仪表、浮筒式仪表和浮子式仪表。当不满足要求时，可选用电容式、电阻式（电接触式）、声波式等仪表。

料面测量应根据物料的粒度、物料的安息角、物料的导电性能、料仓的结构形式及测量要求进行选择。

（3）仪表的结构形式和材质，应根据被测介质的特性来选择。主要考虑的因素为压力、温度、腐蚀性、导电性；是否存在聚合、粘稠、沉淀、结晶、结膜、气化、起泡等现象；密度和密度变化；液体中含悬浮物的多少；液面扰动的程度以及固体物料的粒度。

（4）仪表的显示方式和功能，应根据工艺操作及系统组成的要求确定。当要求信号传输时，可选择具有模拟信号输出功能或数字信号输出功能的仪表。

（5）仪表量程应根据工艺对象的实际需要显示的范围或实际变化范围确定。除供容积计量用的物位仪表外，一般应使正常物位处于仪表量程的50％左右。

（6）仪表精度应根据工艺要求选择，但供容积计量用的物位仪表，其精度等级应在0.5级以上。

（7）用于可燃性气体、蒸汽及可燃性粉尘等爆炸危险场所的电子式物位仪表。应根据所确定的危险场所类别以及被测介质的危险程度，选择合适的防爆结构型式或采取其他的防护措施。

（8）用于腐蚀性气体及有害粉尘等场所的电子式物位仪表，应根据使用环境条件，选择合适的外壳防护型式。

<二>液面和界面测量仪表的选型

1差压式测量仪表

（1）对于液面连续测量，宜选用差压式仪表。

对于界面测量，可选用差压式仪表，但要求总液面应始终高于上部取压口。

（2）对于测量精度要求高，测量系统需要较为复杂的精确运算，而一般模拟仪表难以达到时，可选用差压式智能变送仪表，其精度为0.2级以上。

（3）对于在正常工况下液体密度有明显变化时，不宜选用差压式仪表。

（4）腐蚀性液体、结晶性液体、粘稠性液体、易汽化液体、含悬浮物液体宜选用平法兰式差压仪表。

高结晶的液体、高粘度的液体、结胶性的液体、沉淀性的液体宜选用插入式法兰差压仪表。

以上被测介质的液面，如果气相有大量冷凝物、沉淀物析出，或需要将高温液体与变送器隔离，或更换被测介质时，需要严格净化测量头的，可选用双法兰式差压仪表。

（5）腐蚀性液体、粘稠性液体、结晶性液体、熔融性液体、沉淀性液体的液面在难于使用法兰式差压仪表测量时，可采用吹气或冲液的方法，配合普通压力表、压力变送仪表或差压变送仪表进行测量。

（6）对于在环境温度下，气相可能冷凝、液相可能汽化，或气相有液体分离的对象，在难以使用法兰式差压仪表而用普通差压仪表进行测量时，应视具体情况分别设置隔离器、分离器、汽化器、平衡容器等部件，或对测量管线保温、伴热。

（7）用差压式仪表测量锅炉汽包液面时，应采用温度补偿型双室平衡容器。

（8）差压式仪表的正、负迁移量应在选择仪表量程时加以考虑。

2浮筒式测量仪表

（1）对于测量范围在2000mm以内，比密度为0.5～1.5的液体液面连续测量，以及测量范围在1200mm以内，比密度差为0.1～0.5的液体界面连续测量，宜选用浮筒式仪表。

（2）选用浮筒式仪表，当精度要求较高，信号要求远传时，宜选用力平衡型；当精度要求不高，就地指示或调节时，可选用位移平衡型。

（3）对于开口储槽、敞口储液池的液面测量，宜选用内浮筒；对于在操作温度下不结晶、不粘稠、但在环境温度下可能结晶或粘稠的液体对象，也宜选用内浮筒。对于不允许停车的工艺设备，不应选用内浮筒，而应选用外浮筒。对于高粘稠、结晶或高温的液体对象，不应选用外浮简。

（4）内浮筒仪表在容器内液体扰动较大时，应加装防扰动影响的平稳套管。

（5）电动浮筒仪表用于被测液位波动频繁的场合，其输出信号应加阻尼器。

3浮子式测量仪表

（1）对于大型储槽清洁液体液面的连续测量和容积计量，以及各类储槽清洁液体液面和界面的位式测量，应选用浮子式仪表。

（2）脏污的液体，以及环境温度下结冻的液体，不宜采用浮子式仪表。粘性液体的连续测量和多点位式测量，也不宜采用浮子式仪表。

（3）浮子式测量仪表用于界面测量时，两种液体的比密度应恒定，且比密度差不应小于0.2。

（4）内浮子式液位仪表用于大型储槽液面测量时，为防止浮子的飘移，应备有导向设施；为防止浮子受液面扰动的影响，应加装平稳套管。

（5）大型储槽液体的液位或容积连续计量，对测量精度要求较高的单储槽或多储槽，宜选用光导式液面计；对测量精度要求一般的单储槽可选用钢带浮子式液面计。对要求高精度连续计量液位、界面、容积和质量的单储槽或多储槽，应选用储罐测量系统。

（6）开口储槽、敞口储液池的液面多点位式测量，以及有腐蚀性、毒性等危险液体的多点位式测量，宜选用磁性浮子式液面计。

（7）粘性液体的位式测量，宜选用杠杆式浮子液位控制器。

4电容式测量仪表

（1）对于腐蚀性液体、沉淀性流体以及其他化工工艺介质的液面连续测量和位式测量，宜选用电容式液面计。

用于界面测量时，两种液体的电气性能必须符合产品的技术要求。

（2）电容液面计的具体型号、电极结构型式、电极材料，应根据被测介质的电气性能、容器的材质等因素确定。

（3）对于不粘滞非导电性液体，可采用轴套筒式的电极；对于不粘滞导电性液体，可采用套管式的电极；对于易粘滞非导电性液体，可采用裸电极，电极表面应选择具有与被测液体亲和力小的材料或采用自动清洗的措施。

（4）电容液面计不能用于易粘滞的导电性液体液面的连续测量。

（5）电容式测量仪表易受电磁干扰的影响，应选用屏蔽电缆，或采取其他抗电磁干扰的措施。

（6）用于位式测量的电容液面计，宜采用水平安装型；用于连续测量的电容液面计，宜采用垂直安装型。

5电阻式（电接触式）测量仪表

（1）对于腐蚀性导电液体液面的位式测量，以及导电液体与非导电液体的界面位式测量，可选用电阻式（电接触式）仪表。

（2）对于容易使电极结垢的导电液体，以及工艺介质在电极间发生电解现象时，一般不宜选用电阻式（电接触式）仪表。对于非导电、易粘附电极的液体，不得选用电阻式（电接触式）仪表。

6静压式测量仪表

（1）对于深度为5m～100m的供水池、水井、水库的液面连续测量，应选用静压式仪表。

对于无压容器内的液面连续测量，可选用静压式仪表。

（2）在正常工况下，液体密度有明显变化时，不宜选用静压式仪表。

7声波式测量仪表

（1）对于普通物位仪表难以测量的腐蚀性液体、高粘性液体、有毒性液体等液面的连续测量和位式测量，宜选用声波式测量仪表。

（2）声波式仪表的具体型号、结构型式，应根据被测介质的特性等因素确定。

（3）声波式仪表必须用于可反射和传播声波的容器液面测量，不得用于真空容器。不宜用于含气泡的液体和含固体颗粒物的液体。

（4）对于内部有影响声波传播的障碍物的容器，不宜采用声波式仪表。

（5）对于连续测量液面的声波式仪表，如果被测液体温度、成份变化比较显着，应考虑对声波传播速度的变化进行补偿，以提高测量的精度。

（6）检测器和转换器之间的电缆，应采用屏蔽电缆，或考虑采用防电磁干扰的措施。

8微波式测量仪表

（1）对于普通液位仪表难以高精度测量的大型固定顶罐、浮顶罐内腐蚀性液体、高粘度液体、有毒液体的液位连续测量，应选用微波式测量仪表。

微波式测量仪表测量方法采用特定频率范围内的微波连续扫描，液位和天线之间的距离变化时，传感信号与反射信号之间产生频率差，频率差与液位和天线之间的距离成正比，因此测定频率差可转换得出液位。

（2）天线的结构形式及材质，应根据被测介质的特性、储罐内压力等因素确定。

（3）对于内部有影响微波传播的障碍物的储罐，不宜采用微波式仪表。

（4）对于罐内水蒸汽和烃类蒸汽的密度在正常工况下有显着变化时，应考虑对微波传播速度的变化进行补偿；对于沸腾的或扰动的液面，应考虑采取变径喇叭筒的静止管道及其它补偿措施，以提高测量精度。

9核辐射式测量仪表

（1）对于高温、高压、高粘度、强腐蚀、易爆、有毒介质液面的非接触式连续测量和位式测量，在使用其他液位仪表难以满足测量要求时，可选用核辐射式仪表。

（2）辐射源的强度应根据测量要求进行选择，同时应使射线通过被测对象后，在工作现场的射线剂量应尽量小，安全剂量标准应符合现行的《辐射防护规定》（GB8703-88），否则，应充分考虑隔离屏蔽等防护措施。

（3）辐射源的种类应根据测量要求和被测对象的特点，如被测介质的密度、容器的几何形状、材质及壁厚等因素进行选择。当射源强度要求较小时，可选用镭（Re）；当射源强度要求较大时，可选用铯137（Csl37）；用于厚壁容器要求穿透能力强时，可选用钴60（Co60）。

（4）为避免由于辐射源衰变而引起的测量误差，提高运行的稳定性和减少校验次数，测量仪表应能对衰变进行补偿。

10激光式测量仪表

（1）对于结构复杂或有机械障碍的容器，以及按常规的方法难以安装的容器的液面连续测量，应选用激光式测量仪表。

（2）对于无反射的完全透明液体，不能采用激光式测量仪表。

<三>料面测量仪表的选型

1电容式测量仪表

（1）对于颗粒状物料和粉粒状物料，如：煤、塑料单体、肥料、砂子等料面连续测量和位式测量，宜选用电容式测量仪表。

（2）检测器的延伸电缆应采用屏蔽电缆，或考虑采用防电磁干扰的措施。

2声波式测量仪表

（1）对于无振动或振动小的料仓、料斗内粒度为10mm以下的颗粒物状料面的位式测量，可选用音叉料位计。

（2）对于粒度为5mm以下的粉粒状物料的料面位式测量，应选用声阻断式超声料位计。

（3）对于微粉状物料的料面连续测量和位式测量，宜选用反射式超声料位计。反射式超声料位计不宜用于有粉尘弥漫的料仓、料斗的料面测量，也不宜用于表面不平整的料位测量。

3电阻式（电接触式）测量仪表

（1）对于导电性能良好或导电性能差，但含有水份的颗粒状和粉粒状物料，如：煤、焦炭等料面的位式测量，可选用电阻式测量仪表。

（2）必须满足产品规定的电极对地电阻的数值，以保证测量的可靠性和灵敏度。

4微波式测量仪表

（1）对于高温、粘附性大、腐蚀性大、毒性大的块状、颗粒状物料的料面位式测量和连续测量，宜选用微波式测量仪表。

（2）不宜用于表面不平整的料位测量。

5核辐射式测量仪表

（1）对于高温、高压、粘附性大、腐蚀性大、毒性大的块状、颗粒状、粉粒状物料的料面位式测量和连续测量，可选用核辐射式测量仪表。

（2）其它要求应符合前述的规定。

6激光式测量仪表

（1）对于结构复杂或有机械障碍的容器，以及按常规的方法难以安装的容器的料面连续测量，应选用激光式测量仪表。

（2）对于无反射的完全透明物料，不能采用激光式测量仪表。

7阻旋式测量仪表

（1）对于承压较小、无脉动压力的料仓、料斗，物料比密度为0.2以上颗粒状和粉粒状物料料面的位式测量，可选用阻旋式测量仪表。

（2）旋翼的尺寸应根据物料的比密度选取。

（3）为避免物料撞击旋翼造成仪表误动作，应在旋翼上方设置保护板。

8隔膜式测量仪表

（1）对于料仓、料斗内颗粒状或粉粒状物料料面的位式测量，可选用隔膜式测量仪表。

（2）由于隔膜的动作易受粉粒附着的影响和粉粒流动压力的影响，不能用于精度要求较高的场合。

9重锤式测量仪表

（1）对于料位高度大，变化范围宽的大型料仓、散装仓库以及敞开或密闭无压容器内的块状、颗粒状和附着性不大的粉粒状物料的料面定时连续测量，应选用重锤式测量仪表。

（2）重锤的形式应根据物料的粒度、干湿度等因素选取。

（3）对于有粉尘弥漫严重的料仓、容器的料位测量，应使用带吹气装置的重锤式测量仪表。

AI智能体(Agent)能力定义与分级：L0-L5，揭秘AI智能体的进化之路

AI智能体被定义为感知环境、做出决策和采取行动的人工实体。受到SAE（汽车工程师协会）定义的6个自动驾驶级别的启发，我们将AI智能体能力分为：L0-没有人工智能；L1-规则符号智能；L2-推理决策智能；L3-记忆反思智能；L4-自主学习智能；L5-个性群体智能。后续会给出分级具体定义。

作者：张长旺，图源：旺知识

1 - 引言

任何能够感知其环境并执行行动的实体都可以被视为智能体。智能体可以分为五种类型：简单反射智能体、基于模型的反射智能体、基于目标的智能体、基于效用的智能体和学习智能体[1]。随着AI的发展，“智能体”一词被用来描述表现出智能行为并具有自主性、反应性、主动性和社交互动等能力的实体。在20世纪50年代，艾伦·图灵提出了著名的图灵测试[2]。它是AI的基石，旨在探索机器是否能够展示与人类相当或更好的智能行为。这些AI实体通常被称为“智能体”，构成了AI系统的基本构建块。基础模型[3]在NLP领域最为突出。从技术层面上，基础模型是通过迁移学习和规模实现的。迁移学习的思想是将从一项任务中学到的“知识”应用到另一项任务中。基础模型通常遵循这样一个范式：一个模型在代理任务上预训练，然后通过微调适应感兴趣的下游任务。最近出现的大多数大型语言模型（LLMs）[4]都是基于或建立在基础模型之上的。由于最近展示的卓越能力，LLMs被视为AI向人工通用智能（AGI）渗透的潜在力量，为构建通用AI智能体提供了希望。

AI智能体通常指的是能够使用传感器感知周围环境、做出决策和使用执行器采取行动的人工实体[5]。根据世界范围（WS）[6]的概念，它通过包含从NLP到通用AI的5个级别（即语料库、互联网、感知、具体化和社会）来审计NLP的进展，纯基于LLM的智能体仅建立在从书面互联网世界的第二级。除此之外，LLMs在知识获取、指令解释、泛化、规划和推理方面证明了卓越的能力，同时展示了与人类的自然语言互动。从这个状态出发，LLM辅助的智能体具有扩大的感知空间和行动空间，有潜力达到世界范围的第三和第四级别，即感知AI和具体化AI。此外，这些基于LLM的智能体可以通过协作或游戏处理更困难的任务，并且可以发现社会现象，实现世界范围的第五级别，即社会世界。 第2节中，简要回顾了LLMs；第3节详细阐述了各种AI智能体；第4节分析并定义了AI智能体的级别；最后给出结论。

2 - 大语言模型(LLMs)

LLMs[4]是基于Transformer的语言模型类别，其特点是拥有大量的参数，通常数以千亿计甚至更多。这些模型在庞大的文本数据集上进行训练，使它们能够理解自然语言并执行广泛的复杂任务，主要通过文本生成和理解。一些知名的LLMs示例包括GPT3/4、PaLM、OPT和LLaMA1/2。

广泛的研究表明，规模可以大大提高LLMs的模型容量。因此，建立一个定量方法来描述规模效应是有用的。有两种代表性的Transformer语言模型的规模定律：一种来自OpenAI[7]，另一种来自Google DeepMind[8]。"预训练+微调"的过程被另一种称为"预训练+提示+预测"的过程所取代[9]。在这个范式中，不是通过目标工程将预训练的语言模型（LM）适应到下游任务，而是将下游任务重新构建，使其看起来更像是在原始LM训练期间通过文本提示解决的问题。 通过选择适当的提示，可以操纵模型行为，以便预训练的LM本身可以用来预测所需的输出，有时甚至不需要任何额外的任务特定训练。

提示工程[10]的工作原理是找到最合适的提示，以允许语言模型解决手头的任务。LLMs的新兴能力是区分它们与较小语言模型的最重要特征之一。具体来说，上下文学习（ICL）[11]、指令跟随[12]和思维链（CoT）推理[13]是LLMs的三种典型新兴能力。 参数高效微调（PEFT）[14]是一种关键技术，用于将预训练的语言模型（LLMs）适应到专门的下游应用中。PEFT可以细分为基于添加的、基于选择/规范的或基于重新参数化的。它只需要微调一小部分参数，使其方便用于边缘设备，并且可以有效缓解灾难性遗忘问题。由于LLMs被训练以捕获预训练语料库（包括高质量和低质量数据）的数据特征，它们可能会为人类生成有毒的、有偏见的甚至有害的内容。有必要使LLMs与人类价值观保持一致，例如，有帮助、诚实和无害。从人类反馈中进行强化学习（RLHF）[15]已成为微调LLM系统以更紧密地与人类偏好对齐的关键策略。

受到LLMs潜力的激励，提出了许多多模态LLMs（MLLMs）[16]，以将LLMs扩展到多模态领域，即感知图像/视频输入，并在多轮对话中与用户交流。在大量图像/视频-文本对上预训练，上述模型只能处理图像级任务，如图像字幕和问题回答。在强大的预训练LLM权重的基础上，多模态LLMs旨在处理除文本之外的多种类型的输入。多模态LLMs已广泛应用于各种任务，如图像理解、视频理解、医学诊断和具体化AI等。人们认为LLMs配备了类似人类的智能和常识，保留了使我们更接近人工通用智能（AGI）领域的潜力。LLMs的出现可能是知识驱动智能体的里程碑，它们感知环境并积累知识[17-27]。

3 - AI智能体

AI智能体能够根据其训练和输入数据进行理解、预测和响应。在这些能力得到发展和改进的同时，了解它们的局限性以及它们所训练的基础数据的影响是很重要的。AI智能体系统有一些能力：1）感知和预测建模。2）规划和决策制定。3）自我学习和持续改进；4）执行和互动；5）个性化和协作。具体化智能/AI的目标是构建智能体，例如机器人，它们通过智能体与环境之间的交互学习解决任务。

对于AI智能体来说，学习行动的有效方法，如RL，是通过与环境的交互进行试错体验。在物理环境中进行训练通常是不可行的，因此使用模拟器来学习策略是一种常见方法。

符号AI[17-18]应用逻辑规则和符号表示来封装知识和促进推理过程，在其中关键问题是转导和表示/推理。 一个经典的例子是知识型专家系统。符号智能体在不确定性和大规模问题上面临限制。它们主要依赖于固定的算法或规则集，在它们构建的任务中表现良好。然而，它们通常很难在面对OOD（分布外）任务时进行泛化和推理。

基于RL的智能体[19-24]通过与环境的交互进行累积奖励学习，以处理更困难的任务。 一个例子是使用Q学习的AlphaGo。尽管如此，RL的问题是长时间的训练、低样本效率和稳定性问题，特别是在现实世界环境中。

知识智能体可以隐式或显式地利用知识。 隐性知识通常是LLMs封装的，显性知识是结构化的，被查询以生成响应。隐性和显性知识的结合使AI智能体能够像人类智能一样在上下文中应用知识。基于LLM的智能体[25-35]将LLMs作为大脑或控制器的主要组成部分，并通过多模态感知和工具利用等策略扩展它们的感知和行动空间。它们可以通过思维链（CoT）和任务分割等技术启用推理和规划能力。

LLMs的出现对AI智能体设计产生了重大变化。这些LLM智能体不仅精通理解和生成自然语言，而且擅长泛化。这种能力使它们能够轻松地与各种工具集成，增强了它们的多功能性。另一方面，LLMs的新兴能力在推理方面显示了优势。具有预训练知识的LLM智能体即使没有特定任务的训练，也倾向于决策策略。另一方面，RL智能体通常需要在看不见的情况下从头开始训练，使用交互来学习。

基于LLM的智能体可以相互交互，导致社会现象的出现。在基于LLM的多智能体系统（MAS）中，智能体参与协作、竞争或层次平台来执行任务。 这些任务可以从搜索和优化、决策制定和资源分配到协作控制开始。智能体之间的关系决定了它们之间的互动和合作状态。情感推理和移情是许多人工智能-机器交互中智能体的重要技能。

4 - AI智能体级别

基于能力的范围（普遍性）和深度（性能），一种分类AGI的矩阵方法在[28]中给出，如下表1所示。其中性能(Performance)指标估计AGI与人类在给定任务上的性能水平的比较；普遍性(Generality)指标衡量AI达到目标性能阈值的任务范围。性能和/或普遍性级别的进展速率可能是非线性的。

个人LLM智能体[35]所需的理想特性需要不同种类的能力。个人LLM智能体的智能级别被分为5个级别，从L1到L5。每个级别的关键特征和代表性用例列在下面的表2中。

在本文中，我们根据技术和能力来定义和划分AI智能体的级别如下：

4.1 工具（感知+行动）

各种外部工具支持智能体更丰富的行动能力，包括API、知识库、视觉编码模型和语言模型，使智能体能够适应环境变化，提供交互和反馈，甚至影响环境。工具执行可以反映智能体的复杂要求，并增强其决策的可信度。行动模块的目标是将智能体的决策转化为具体结果。它与环境互动并获取反馈，决定智能体实现任务的有效性。人类反馈与环境的有效性可以使智能体验证其行动结果。行动可以具有感知模块、低级运动规划器和控制器，特别是在机器人和自动驾驶中。特别是，感知模块，像人类的感觉系统，即眼睛和耳朵，感知环境的变化，然后将多模态信息转换为智能体的统一表示。如果智能体配备了记忆模块，记忆回忆可以是行动策略，使智能体能够根据存储在记忆模块中的经验做出决策。智能体可以利用多轮来确定适当的响应作为行动，特别是对于对话目的的聊天智能体。行动的后果可能包括环境的变化、智能体内部状态的变化、新行动的启动以及在人工智能交互场景中对人类感知的影响。

4.2 推理与决策制定

推理对人类智能至关重要，是解决问题、决策制定或规划以及关键分析的基础。演绎、归纳和溯因是推理的主要形式。传统的推理主要依赖于符号方法或模仿/强化学习基础的方法。但观察到这些方法有几个缺点。符号方法需要将自然语言描述的问题转换为规则，这可能需要手动帮助。大多数情况下，这种方法对错误敏感。模仿学习（IL）和强化学习（RL）方法通常与深度神经模型结合使用，作为策略网络、价值函数或奖励模型。虽然RL方法需要大量的样本（与环境的交互），但IL算法很难处理看不见的场景。对于基于LLM的智能体，像人类一样，推理对于解决复杂任务至关重要。它们可能在预训练或微调期间拥有推理能力，或者在达到一定规模后出现。思维链（CoT）是LLMs中推理的代表性方法，它通过提示中的少量语言示例逐步解决复杂的推理问题。通过将复杂任务分解为可执行的子任务，LLMs制定计划和决策的能力显著提高。CoT的扩展包括思维树（ToT）和思维图（GoT），假设人类倾向于以树状或图状的方式思考。多路径思维进一步增强了智能体解决更复杂规划任务的能力。推理通过规划或决策制定进行。规划模块使基于LLM的智能体具有推理和规划任务的能力，无论是否有反馈。与传统智能体调用规划方法如Dijkstra和POMDP以获得最佳行动和计划不同，基于RL的智能体需要学习策略。基于LLM的智能体从LLM实现其规划能力。此外，LLMs在意图理解和其他方面显示出显著的潜力。

基于LLM的智能体可能无法通过提示达到正确的知识，甚至面临幻觉问题。专门的工具使LLMs能够增强其专业知识并适应领域知识。基于LLM的智能体的决策过程缺乏透明度，在高风险领域不太可靠。此外，LLMs对对抗性攻击不容忍。量身定制预训练模型的力量，只需少量数据进行微调，LLMs就可以在下游任务中表现出更强的性能。与仅作为固定知识库的功能不同，基于LLM的智能体表现出适应新任务的强大学习能力。指令调整的LLMs展示了无需微调的零样本泛化。LLMs可以通过遵循指令，在训练阶段未出现的新任务中实现。通过将原始输入与几个示例作为提示结合起来，少量上下文学习（ICL）提高了LLMs的预测性能，以增强上下文。为了模仿人类在反馈经验方面的能力，可以设计规划模块以从环境、人类和模型接收反馈，提高基于LLM的智能体的规划能力。外部反馈作为规划成功或失败的直接评估，构建闭环规划。

4.3 记忆+反思

记忆模块在AI智能体中起着关键作用。它存储从环境感知中提取的信息，并将存储的记忆应用于促进未来的行动。记忆模块可以帮助智能体收集经验、自我学习和以更合理和有效的方式行动。短期记忆保持并以符号形式保留相关信息，确保其在决策过程中的可访问性。长期记忆从早期决策过程中积累经验，包括历史事件流、用户与智能体或其他形成智能体经验的交互信息。反思模块旨在使智能体能够压缩和推导出更高级的信息，或自主验证和验证其行动。它帮助智能体解释属性、偏好、目标和连接，从而监督它们的行为。它以多种形式出现：（1）自我总结。（2）自我验证。（3）自我纠正。（4）移情。通过LLMs辅助的智能体，利用内部反馈机制，通常会产生来自预先存在的模型的见解，以改进和增强规划方法。它们可能从真实或虚拟环境中获得反馈，例如任务完成或行动响应的提示，帮助它们修订和完善策略。

4.4 泛化与自主学习

少量上下文学习（ICL）通过将原始输入与几个示例作为提示连接起来，以增强上下文，从而提高LLMs的预测能力，其关键思想类似于人类的学习过程。指令调整的LLMs展示了无需特定任务微调的零样本泛化。提示对于合理的预测至关重要，直接对提示进行训练可以增强模型对看不见任务的鲁棒性。通过扩大模型规模和训练指令的多样性，可以进一步提高泛化水平。智能体需要将用户在上下文中学到的工具使用技能泛化到新情况下，例如在Yahoo搜索上训练的模型转移到Google搜索上。

如果给出指令和演示，基于LLM的智能体还具有通过生成可执行程序构建工具的能力，将当前工具整合为更强的工具，或者它们可以学习执行自我调试。PaLM-E展示了对新对象或现有对象组合的零样本或单样本泛化能力。Voyager利用技能库组件不断收集新的自我验证技能，这支持AI智能体的终身学习能力。基于LLM的智能体利用LLMs的规划能力，通过持续学习，例如课程学习，来应对更复杂的挑战，以应对灾难性遗忘的挑战。

4.5 个性（情感+性格）和协作行为（多智能体）

正如人类个性是通过社会化形成的，智能体也通过与他人和环境的互动展示一种个性。个性的定义指的是三个特征：认知、情感和性格。认知能力通常被定义为获取知识的心理过程，如决策制定、规划和解决问题。情感包括主观情绪，如愤怒或快乐。基于LLM的智能体包括对情感的详细理解。更狭窄的个性概念属于性格模式。LLM的提示工程涉及性格模式或其他属性的浓缩摘要。通过接触丰富的人格数据集，基于LLM的智能体配备了人格描绘。在社会环境中，AI智能体应该与其他智能体甚至人类合作或竞争，以激发更好的表现。AI智能体可能被赋予需要共同工作或互动环境的复杂任务。集体智能是一个将意见集中到决策的过程中。它来自智能体之间的协作和竞争，出现在基于共识的决策模式中。通过利用智能体社会内的通信，可以模仿人类社会的演变并获得见解。

5 结论

在本文中，AI智能体的级别是基于效用和强度进行分类的，类似于SAE对自动驾驶的自动化级别。对于每个级别，前一个级别的额外模块可以提供更强的AI能力和智能体效用。从级别0到级别3，AI核心已经从无AI发展到基于规则的AI、基于IL/RL的AI到基于LLM的AI。

作者：张长旺，图源：旺知识

参考资料

文章：Levels of AI Agents: from Rules to Large Language Models

作者：Yu Huang, Roboraction.AI

链接：https://arxiv.org/pdf/2405.06643

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