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1、第第3 3章检测仪表及传感器第章检测仪表及传感器第1 1节节化工仪表及自动化化工仪表及自动控制Chemical Industry Instrument and Automation control第三章 检测仪表及传感器3.1化工检测仪表基础知识化工检测仪表基础知识 化工仪表及自动化内容提要n 化工检测仪表的分类化工检测仪表的分类n 测量过程及误差测量过程及误差n 测量仪表的品质指标测量仪表的品质指标n精度的计算精度的计算n变差变差n灵敏度与分辨力灵敏度与分辨力n线性度线性度n反应时间反应时间化工仪表及自动化p用来检测这些参数的仪表统称为化工检测仪表。用来检测这些参数的仪表统称为化工检测仪表。
2、p检测仪表由检测元件、变换放大、显示装置三检测仪表由检测元件、变换放大、显示装置三个部分组成。个部分组成。3.1化工检测仪表基础知识 化工仪表及自动化一、化工检测仪表的分类（1 1）依据）依据所测参数所测参数的不同的不同, ,可分成可分成压力压力 ( (包括差压、负压包括差压、负压) )检测仪表、流量检测仪表、物位检测仪表、流量检测仪表、物位 ( (液位液位) )检测仪表、温度检测仪检测仪表、温度检测仪表及组分分析仪表表及组分分析仪表等。等。（2 2）按照）按照使用的能源使用的能源不同，可以分为不同，可以分为气动仪表、电动仪表气动仪表、电动仪表和液动仪表和液动仪表。（3 3）按）按表达示数表达
3、示数的方式不同的方式不同, ,可以分为可以分为指示型、记录型、指示型、记录型、信号型、累积型及远传指示型信号型、累积型及远传指示型等。等。（4 4）按）按精密等级及适用场所精密等级及适用场所的不同的不同, ,可以分为可以分为实用仪表、实用仪表、范型仪表及标准仪表范型仪表及标准仪表，分别适用于工业生产、实验室和标定室。，分别适用于工业生产、实验室和标定室。化工仪表及自动化一、化工检测仪表的分类（5）按照）按照不同，可以分为基地式仪表及单元不同，可以分为基地式仪表及单元组合仪表。组合仪表。u基地式仪表基地式仪表 这类仪表的特点是将测量、显示、控制等各部这类仪表的特点是将测量、显示、控制等各部分集中
4、组装在一个表壳里，形成一个整体。这种仪表比较适用分集中组装在一个表壳里，形成一个整体。这种仪表比较适用于在现场就地检测和控制于在现场就地检测和控制u单元组合仪表单元组合仪表 将对参数的测量及变送、显示、控制等各部将对参数的测量及变送、显示、控制等各部分，分别制成能独立工作的单元仪表（简称单元，例如变送单分，分别制成能独立工作的单元仪表（简称单元，例如变送单元、显示单元、控制单元等）。元、显示单元、控制单元等）。化工仪表及自动化二、测量过程及误差检测过程检测过程即测量过程就是将被测参数经过一次或多次的信即测量过程就是将被测参数经过一次或多次的信号转换，最终获得一种便于测量的信号形式，并通过指针号
5、转换，最终获得一种便于测量的信号形式，并通过指针位移或数字形式显示出来。位移或数字形式显示出来。测量误差：测量误差：由仪表读得的被测值由仪表读得的被测值 ( (测量值测量值) )与被测参数的与被测参数的真实值之间的差距。真实值之间的差距。 绝对误差 相对误差引用误差（相对百分误差）测量误差按测量误差按不同方法不同方法来表示：来表示：化工仪表及自动化二、测量过程及误差绝对误差绝对误差0 xx由于真值无法得到由于真值无法得到 x：被校表的读数值，：被校表的读数值，x0 ：标准表的读数值：标准表的读数值 xi：仪表指示值，：仪表指示值， xt：被测真实值：被测真实值tixx 仪表在其标尺范围内各点读
6、数的绝对误差是不同的，仪表在其标尺范围内各点读数的绝对误差是不同的，通常所说的通常所说的“绝对误差绝对误差”是指是指绝对误差中数值最大的值绝对误差中数值最大的值，即为最大绝对误差即为最大绝对误差max。化工仪表及自动化二、测量过程及误差引用误差引用误差相对误差相对误差%100000 xxxxy 两大影响因素两大影响因素绝对误差和仪表的测量范围绝对误差和仪表的测量范围仪表的精确度仪表的精确度仪表的测量范围仪表的测量范围通常指在允许的误差范围内，仪表能够准通常指在允许的误差范围内，仪表能够准确测量的被测参数的最大值和最小值之间的范围，也称作确测量的被测参数的最大值和最小值之间的范围，也称作该该仪表
7、的量程仪表的量程M。化工仪表及自动化二、测量过程及误差引用误差引用误差经常将绝对误差折合成仪表量程的百分数表示，称为相经常将绝对误差折合成仪表量程的百分数表示，称为相对百分误差对百分误差，即某一点的绝对误差与测量仪表的量程之比，即某一点的绝对误差与测量仪表的量程之比，表示为表示为%100max量程%100max下上xx或或化工仪表及自动化三、检测仪表的品质指标1.测量仪表的准确度（精确度）测量仪表的准确度（精确度）l精确度精确度简称精度，是精密度与准确度的总称。简称精度，是精密度与准确度的总称。l工业上，根据仪表的设计、使用要求，规定一个在正常工业上，根据仪表的设计、使用要求，规定一个在正常情
8、况下允许的最大误差，把它叫做情况下允许的最大误差，把它叫做允许误差允许误差。l允许误差一般用允许误差一般用相对百分误差相对百分误差来表示，即在规定的正常来表示，即在规定的正常情况下允许的相对百分误差的最大值，即情况下允许的相对百分误差的最大值，即%100标尺下限值标尺上限值差值仪表允许的最大绝对误允化工仪表及自动化 仪表的仪表的允允越大，表示它的精确度越低；反之，仪表越大，表示它的精确度越低；反之，仪表的的允允越小，表示仪表的精确度越高。将仪表的允许相对百越小，表示仪表的精确度越高。将仪表的允许相对百分误差去掉分误差去掉“”号及号及“”号，便可以用来确定仪表的号，便可以用来确定仪表的精确度等级
9、。目前常用的精确度等级有精确度等级。目前常用的精确度等级有0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等。等。小结小结三、检测仪表的品质指标化工仪表及自动化例例3-1 某台测温仪表的测温范围为某台测温仪表的测温范围为400900，该表的最，该表的最大绝对误差为大绝对误差为+3，试确定该仪表的精度等级。，试确定该仪表的精度等级。解：该仪表的相对百分误差为解：该仪表的相对百分误差为去掉去掉“”号及号及“%”号，其数值为号，其数值为0.6。由于国家规定。由于国家规定的精度等级中没有的精度等级中没有0.6级仪表，而且该仪表的允许误差超级仪表，而且该仪表
10、的允许误差超过了过了0.5级仪表允许的最大误差，所以这台仪表的精度等级仪表允许的最大误差，所以这台仪表的精度等级为级为1.0级。级。1.测量仪表的准确度（精确度）%6 . 0%100400-9003化工仪表及自动化例例3-2 某台测温仪表的测温范围为某台测温仪表的测温范围为0500。根据工艺要求，。根据工艺要求，温度指示值的误差不能超过温度指示值的误差不能超过3，试问应选择什么，试问应选择什么精度等级的仪表才能满足要求精度等级的仪表才能满足要求?解：根据工艺要求，仪表的相对允许误差为解：根据工艺要求，仪表的相对允许误差为去掉去掉“”号和号和“%”号，得到的数值为号，得到的数值为0.6。其数值介
11、于。其数值介于0.51.0之间，选择精度等级为之间，选择精度等级为1.0级的仪表时，其允许的级的仪表时，其允许的误差为误差为5，超过了工艺允许的数值，所以应该选择，超过了工艺允许的数值，所以应该选择0.5级仪表才能满足要求。级仪表才能满足要求。1.测量仪表的准确度（精确度）%6 . 0%10005003允化工仪表及自动化根据校验数据来确定仪表精度等级和根据工艺要求来根据校验数据来确定仪表精度等级和根据工艺要求来选择仪表精度等级的情况是有区别的。选择仪表精度等级的情况是有区别的。p 根据校验数据来确定仪表精度等级时，仪表的允许误差根据校验数据来确定仪表精度等级时，仪表的允许误差应该大于（或等于）
12、仪表校验所得的相对百分误差；应该大于（或等于）仪表校验所得的相对百分误差；p 根据工艺要求来选择仪表精度等级时，仪表的允许误差根据工艺要求来选择仪表精度等级时，仪表的允许误差应该小于（或等于）工艺所允许的最大相对百分误差。应该小于（或等于）工艺所允许的最大相对百分误差。 1.测量仪表的准确度（精确度）结论结论化工仪表及自动化仪表的准确度等级仪表的准确度等级是衡量仪表质量优劣的重要指标之一。是衡量仪表质量优劣的重要指标之一。 仪表的精确度等级是衡量仪表品质好坏的重要指标之一。仪表的精确度等级是衡量仪表品质好坏的重要指标之一。精度等级数值越小，该仪表的精确度等级越高。工业生产中精度等级数值越小，该
13、仪表的精确度等级越高。工业生产中使用测量仪表的精度大多是使用测量仪表的精度大多是0.5级以下，而精度级以下，而精度0.05级以上的级以上的仪表，一般用作标准仪表。仪表，一般用作标准仪表。 1.测量仪表的准确度（精确度）化工仪表及自动化%100标尺下限值标尺上限值最大绝对差值变差2.变差（回差） 在外界条件不变的情况下，用同一仪表在仪表量程范围内在外界条件不变的情况下，用同一仪表在仪表量程范围内对被测变量进行正反行程（逐渐由小到大和逐渐由大到小）对被测变量进行正反行程（逐渐由小到大和逐渐由大到小）测量过程中，被测量值正行和反行所得测量值之间的最大测量过程中，被测量值正行和反行所得测量值之间的最大
14、偏差来表示偏差来表示变差。变差。 变差的大小，变差的大小，通常用正反行程测量值的通常用正反行程测量值的最大绝对差值与量程比值的百分数来表最大绝对差值与量程比值的百分数来表示，即示，即图图3-1变差示意图变差示意图化工仪表及自动化2.变差（回差）变差（回差） 变差产生原因：变差产生原因：由于传动机构的间隙、运动件的摩擦、由于传动机构的间隙、运动件的摩擦、弹性元件的弹性滞后等。弹性元件的弹性滞后等。 变差越小，仪表的重复性和稳定性越好。变差越小，仪表的重复性和稳定性越好。 应当注意，仪表的变差不能超过仪表允许误差，否则应应当注意，仪表的变差不能超过仪表允许误差，否则应及时检修。及时检修。化工仪表及
15、自动化3.灵敏度与分辨力xS注意：注意：灵敏度与分辨力都是表征仪表对检测被测参数变灵敏度与分辨力都是表征仪表对检测被测参数变化灵敏程度的指标。化灵敏程度的指标。不同的是灵敏度适用于指针式仪表，不同的是灵敏度适用于指针式仪表，分辨力适用于数字式仪表。分辨力适用于数字式仪表。 仪表的灵敏度仪表的灵敏度定义为仪表指针的线位移或角位移与被测定义为仪表指针的线位移或角位移与被测参数变化量的比值，参数变化量的比值，即即S为指针式仪表的灵敏度；为指针式仪表的灵敏度；为指针的线位移或角位移；为指针的线位移或角位移；x为被测参数变化量。为被测参数变化量。化工仪表及自动化 仪表的灵敏限也可以仪表的灵敏限也可以用来
16、表征仪表的灵敏程度，它是指用来表征仪表的灵敏程度，它是指能引起仪表指针移动被测参数的最小变化量。一般来说，能引起仪表指针移动被测参数的最小变化量。一般来说，仪表灵敏限的数值应不大于仪表允许绝对误差的一半。仪表灵敏限的数值应不大于仪表允许绝对误差的一半。 3.灵敏度与分辨力分辨力分辨力是指数字显示器的最末位数字间隔所代表的被测是指数字显示器的最末位数字间隔所代表的被测参数变化量。参数变化量。例如，某电压表的最低量程是例如，某电压表的最低量程是01.000V，四位数字显示，四位数字显示，末位个数字的等效电压为末位个数字的等效电压为0.1mV，该表的分辨力为，该表的分辨力为0.1mV。化工仪表及自动
17、化4.线性度21%100max仪表量程ff 线性度也称为非线性误差，用来说明输出变量与输入变线性度也称为非线性误差，用来说明输出变量与输入变量的实际关系曲线与理论直线的偏离程度。用实际得到的输量的实际关系曲线与理论直线的偏离程度。用实际得到的输入入-输出特性曲线与理论直线之间的最大偏差与测量仪表量输出特性曲线与理论直线之间的最大偏差与测量仪表量程比值的百分数表示，即程比值的百分数表示，即f为线性度（又称非线性误差）；为线性度（又称非线性误差）；fmax为实测曲线与理论直线的为实测曲线与理论直线的最大偏差。最大偏差。 图图3-2线性度示意图线性度示意图化工仪表及自动化5.反应时间 反应时间反应时
18、间就是用来衡量仪表能否尽快反映出参数变化的就是用来衡量仪表能否尽快反映出参数变化的品质指标。反应时间长，说明仪表需要较长时间才能准确品质指标。反应时间长，说明仪表需要较长时间才能准确显示测量值，这类仪表就不能用来测量频繁变化的参数。显示测量值，这类仪表就不能用来测量频繁变化的参数。 仪表反应时间的长短，实际上反映了仪表动态特性的好坏。仪表反应时间的长短，实际上反映了仪表动态特性的好坏。 仪表的仪表的反应时反应时间有不间有不同的表同的表示方法示方法 当输入信号突然变化一个数值后，输出当输入信号突然变化一个数值后，输出信号将由原始值逐渐变化到新的稳态值。信号将由原始值逐渐变化到新的稳态值。 仪表的输出信号由开始变化到新稳态仪表的输出信号由开始变化到新稳态值的值的63.2（95）所用的时间，可用来表）所用的时间，可用来表示反应时间。示反应时间。化工仪表及自动化