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1、 第一篇第一篇化工检测仪表化工检测仪表检测仪表基本知识检测仪表基本知识主要内容 概概 述述压力检测方法及仪表压力检测方法及仪表流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表物位检测方法及仪表物位检测方法及仪表 第二章第二章检测仪表基本知识检测仪表基本知识第一节第一节 概概 述述n检测仪表组成检测仪表组成：概概 述述检测环节检测环节:是检出元件或传感器，直接感受被测变量，并是检出元件或传感器，直接感受被测变量，并将它变换成适于测量的信号形式将它变换成适于测量的信号形式。转换放大环节转换放大环节:对信号进行转换、放大等处理，并传送给显对信号进行转换、放大等处理，并传送给显
2、示部分进行示部分进行 指示或记录指示或记录。显示部分显示部分:就地指示型仪表、单元组合型仪表、就地指示型仪表、单元组合型仪表、数字式显示仪表数字式显示仪表 在过程自动化中要通过检测元件获取在过程自动化中要通过检测元件获取生产工艺变量，最常见变量是生产工艺变量，最常见变量是温度、压温度、压力、流量、物位（四大参数）力、流量、物位（四大参数）。检测元件又称为敏感元件、传感器，检测元件又称为敏感元件、传感器，它直接响应工艺变量，并转化成一个与它直接响应工艺变量，并转化成一个与之成对应关系的输出信号。这些输出信之成对应关系的输出信号。这些输出信号包括号包括位移、电压、电流、电阻、频率、位移、电压、电流
3、、电阻、频率、气压气压等。等。检测变送的重要性检测变送的重要性 由于检测元件的输出信号种类繁多，且由于检测元件的输出信号种类繁多，且信号较弱不易察觉，一般都需要将其经过变信号较弱不易察觉，一般都需要将其经过变送器处理，送器处理，转换成标准统一的电气信号（如转换成标准统一的电气信号（如4 420mA 20mA 或或 0 010mA10mA直流电流信号直流电流信号 ,20,20100KPa100KPa气压信号）送往显示仪表，指示或记气压信号）送往显示仪表，指示或记录工艺变量，或同时送往控制器对被控变量录工艺变量，或同时送往控制器对被控变量进行控制。进行控制。有时将检测元件、变送器及显示有时将检测元
4、件、变送器及显示装置统称为检测仪表装置统称为检测仪表,或者将检测元件称为或者将检测元件称为一次仪表，将变送器和显示装置称为二次仪一次仪表，将变送器和显示装置称为二次仪表。表。检测检测实施正确控制的第一步实施正确控制的第一步变送变送将检测元件输出的各种信号、微弱信号转化将检测元件输出的各种信号、微弱信号转化成成统一统一(标准标准)的电气信号的电气信号。静态：静态：正确正确y(t)正确反映正确反映c(t)的值的值 可靠可靠长期工作长期工作动态：动态：迅速迅速y(t)迅速反映迅速反映c(t)的变化的变化过程控制对检测仪表要求过程控制对检测仪表要求：一、测量过程一、测量过程n测量：测量：以确定量程为目
5、的，用试验方法将被测以确定量程为目的，用试验方法将被测参数的量值（被测量）与标准量的量值作比较，参数的量值（被测量）与标准量的量值作比较，确定出被测量的大小。确定出被测量的大小。n测量方法：测量方法：按测量方式分：按测量方式分：按接触方式分：按接触方式分：二、测量误差二、测量误差n误差：误差：测量值与真值之间的差值测量值与真值之间的差值 n误差产生的原因误差产生的原因：选用的仪表精确度有限，实验手段不够完善、环境中存在各种干扰因素，以及检测技术水平的限制等原因.n真值：真值：三、误差的表示方法三、误差的表示方法n绝对误差绝对误差 绝对误差指仪表指示值与被测参数真值之间的差值，即 仪表指示值 t
6、 被测量的真值 0约定真值相对误差相对误差 概概 述述误差的表示方法误差的表示方法n引用误差引用误差(相对百分误差相对百分误差)概概 述述 引用误差 SP仪表量程 允许误差允许误差(满度误差满度误差)附加误差附加误差由于外界环境条件变化以及仪表波动等外由于外界环境条件变化以及仪表波动等外界因素引起的误差。界因素引起的误差。n系统误差系统误差-在同一测量条件下，对同一被测参数在同一测量条件下，对同一被测参数进行多次重复测量时，误差的大小和符号保持不进行多次重复测量时，误差的大小和符号保持不变或按一定规律变化变或按一定规律变化特点特点：有一定规律的，一般可通过实验或分析的：有一定规律的，一般可通过
7、实验或分析的 方法找出其规律和影响因素，引入相应的方法找出其规律和影响因素，引入相应的 校正补偿措施，便可以消除或大大减小。校正补偿措施，便可以消除或大大减小。误差产生的原因误差产生的原因：系统误差主要是由于检测仪表：系统误差主要是由于检测仪表 本身的不完善、检测中使用仪表的方法不本身的不完善、检测中使用仪表的方法不 正确以及测量者固有的不良习惯等引起的。正确以及测量者固有的不良习惯等引起的。概概 述述四、按照误差产生的原因分类四、按照误差产生的原因分类n疏忽误差疏忽误差 明显地歪曲测量结果的误差，又称粗大误差，明显地歪曲测量结果的误差，又称粗大误差，特点特点：无任何规律可循。：无任何规律可循
8、。误差产生的原因误差产生的原因：引起的原因主要是由于操作者的粗心：引起的原因主要是由于操作者的粗心（如读错、算错数据等）、不正确操作、实验条件的（如读错、算错数据等）、不正确操作、实验条件的突变或实验状况尚未达到预想的要求而匆忙测试等原突变或实验状况尚未达到预想的要求而匆忙测试等原因所造成的。这时含有粗差的测量值称为异常值或坏因所造成的。这时含有粗差的测量值称为异常值或坏值，一般均应从测量结果中剔除。值，一般均应从测量结果中剔除。概概 述述n随机误差随机误差 -在相同条件下多次重复测量同一量时，在相同条件下多次重复测量同一量时，误差的大小、符号均为无规律变化，又称偶然误误差的大小、符号均为无规
9、律变化，又称偶然误差。差。特点特点：变化难以预测，无法修正：变化难以预测，无法修正 误差产生的原因误差产生的原因：随机误差主要是由于测量过程中：随机误差主要是由于测量过程中某种尚未认识的或无法控制的各种随机因素（如某种尚未认识的或无法控制的各种随机因素（如空气扰动、噪声扰动、电磁场等）所引起的综合空气扰动、噪声扰动、电磁场等）所引起的综合结果。结果。概概 述述n缓变误差缓变误差 特点特点：变化难以预测，且随时间发生变化：变化难以预测，且随时间发生变化 误差产生的原因误差产生的原因：由仪表内部的元器件老化过程引：由仪表内部的元器件老化过程引起的起的 处理方法处理方法：可更换元器件、零部件或通过不
10、断校正：可更换元器件、零部件或通过不断校正加以克服和消除。加以克服和消除。概概 述述五、五、检测仪表的性能指标检测仪表的性能指标1、精确度（精度）、精确度（精度）表示仪表测量结果的可靠程度。表示仪表测量结果的可靠程度。仪表的仪表的精度等级精度等级是按国家统一规定的允许误差大是按国家统一规定的允许误差大小来划分成若干等级的。小来划分成若干等级的。仪表精度等级数值越小，仪表精度等级数值越小，说明仪表测量准确度越高。说明仪表测量准确度越高。精度等级：精度等级：允许误差去掉允许误差去掉“”号及号及“%”后，后，系列化圆整后系列化圆整后的数值。的数值。仪仪表表的的精精度度等等级级以以一一定定的的符符号号
11、形形式式表表示示在在仪仪表表标标尺尺板板上上，如如1.01.0外外加加一一个个圆圆圈圈或或三三角角形形。精精度度等等级级1.01.0，说说明明该该仪仪表表允允许许误误差为差为1.0%1.0%。目前我国生产的仪表的精度等级有：目前我国生产的仪表的精度等级有：0.005,0.02,0.05,0.1,0.2,0.005,0.02,0.05,0.1,0.2,0.40.4,0.5,1.0,0.5,1.0,1.5,2.5,4.01.5,2.5,4.0等等1.01.0 例例1 1 某台测温仪表的量程是某台测温仪表的量程是600600-11001100，其最，其最大绝对误差为大绝对误差为4，试确定该仪表的精度
12、等级。，试确定该仪表的精度等级。由于国家规定的精度等级中没有由于国家规定的精度等级中没有0.80.8级仪表，级仪表，而该仪表的最大引用误差超过了而该仪表的最大引用误差超过了0.50.5级仪表的允许级仪表的允许误差，所以这台仪表的精度等级应定为误差，所以这台仪表的精度等级应定为1.01.0级。级。解解 仪表的最大允许误差为仪表的最大允许误差为 例例2 2 某台测温仪表的量程是某台测温仪表的量程是600600-11001100，工艺要工艺要求求该仪表指示值的误差不得超过该仪表指示值的误差不得超过4，应选，应选精度等精度等级为多少的仪表才能满足工艺要求。级为多少的仪表才能满足工艺要求。0.8%介介于
13、于允允许许误误差差0.5%与与1.0%之之间间，如如果果选选择择允允许许误误差差为为1.0%,则则其其精精度度等等级级应应为为1.0级级。量量程程为为6001100，精精确确度度为为1.0级级的的仪仪表表，可可能能产产生生的的最最大大绝绝对对误误差差为为5，超超过过了了工工艺艺的的要要求求。所所以以只只能能选选择择一一台台允允许许误误差差为为0.5%，即即精精确确度度等等级级为为0.5级级的的仪仪表，才能满足工艺要求。表，才能满足工艺要求。解解 根据工艺要求，仪表的最大允许误差为根据工艺要求，仪表的最大允许误差为结论：结论：校表：校表：选表：选表：仪表精度与量程有关，量程是根据所要测量的工仪表
14、精度与量程有关，量程是根据所要测量的工艺变量来确定的。在仪表精度等级一定的前提下适当艺变量来确定的。在仪表精度等级一定的前提下适当缩小量程，可以减小测量误差，提高测量准确性。缩小量程，可以减小测量误差，提高测量准确性。2 2、变差、变差 在外界条件不变的在外界条件不变的情况下，使用同一台仪表对情况下，使用同一台仪表对某一变量进行某一变量进行正反行程测量正反行程测量时对应于同一测量值所得的时对应于同一测量值所得的仪表读数之间的差异仪表读数之间的差异称为回称为回差，也称变差。差，也称变差。反行程正行程被测参数仪表示值注意：注意：仪表的变差不能超出仪表允许误差，否则仪表应及时检修。仪表的变差不能超出
15、仪表允许误差，否则仪表应及时检修。形成原因：传动机构的间隙、运动部件的摩擦、弹性元件形成原因：传动机构的间隙、运动部件的摩擦、弹性元件 弹性滞后的影响弹性滞后的影响 3 3、灵敏度和分辨率、灵敏度和分辨率灵敏度：灵敏度：仪表的输出变化量与引起此变化的输入变仪表的输出变化量与引起此变化的输入变化量的比值，即化量的比值，即 灵敏度灵敏度=Y/X对于模拟式仪表而言，对于模拟式仪表而言，Y是仪表指针的角位移或线是仪表指针的角位移或线位移。灵敏度反映了仪表对被测量变化的灵敏程度。位移。灵敏度反映了仪表对被测量变化的灵敏程度。分辨率分辨率（仪表灵敏限）：仪表输出能分辨和响应的（仪表灵敏限）：仪表输出能分辨
16、和响应的最小输入变化量。最小输入变化量。分辨率是灵敏度的一种反映。对于数字式仪表而言，分辨率是灵敏度的一种反映。对于数字式仪表而言，分辨率就是数字显示器最末位数字间隔代表被测量分辨率就是数字显示器最末位数字间隔代表被测量的变化与量程的比值。的变化与量程的比值。通常数字仪表的分辨率就是仪表最低量程上最末通常数字仪表的分辨率就是仪表最低量程上最末一位改变一个数所表示的被测参数变化量，而模拟一位改变一个数所表示的被测参数变化量，而模拟仪表一般用最小分隔值的一半表示仪表一般用最小分隔值的一半表示4 4、线性度、线性度 衡量仪表实际特性偏离线性程度的指标。衡量仪表实际特性偏离线性程度的指标。线性度差就要
17、降低仪表精度。线性度差就要降低仪表精度。图图1.2 线性度线性度5 5、反应时间与动态误差、反应时间与动态误差 反应时间反应时间 用来衡量仪表能不能尽快反应出参数用来衡量仪表能不能尽快反应出参数变化的品质指标。若反应时间过长，则不宜用来测变化的品质指标。若反应时间过长，则不宜用来测量变化频繁的参数。量变化频繁的参数。动态误差动态误差 由于仪表动作的惯性延迟和测量传递滞后，当由于仪表动作的惯性延迟和测量传递滞后，当被测量突然变化后必须经过一段时间才能准确显示被测量突然变化后必须经过一段时间才能准确显示出来，这样造成的误差。出来，这样造成的误差。注：注：在工业生产中被测量变化较快是不能忽略动态在工
18、业生产中被测量变化较快是不能忽略动态误差。误差。n练习练习 有两台测温仪表，它们的测温范围分别为有两台测温仪表，它们的测温范围分别为01000100和和100300100300，校验表时得到它们的最，校验表时得到它们的最大绝对误差均为大绝对误差均为22，试确定这两台仪表的精度，试确定这两台仪表的精度等级。等级。概概 述述解解 这两台仪表的最大引用误差分别为这两台仪表的最大引用误差分别为一台仪表的精度等级为一台仪表的精度等级为2.52.5级，而另一台仪表的精度等级为级，而另一台仪表的精度等级为1 1级。级。n练习练习 某台测温仪表的工作范围为某台测温仪表的工作范围为05000500，工艺要求，工
19、艺要求测温时测量误差不超过测温时测量误差不超过33，试问如何选择仪表的，试问如何选择仪表的精度等级才能满足要求？精度等级才能满足要求？解解 根据工艺要求，仪表的最大引用误差为根据工艺要求，仪表的最大引用误差为 应选择应选择0.50.5级的仪表才能满足要求级的仪表才能满足要求 概概 述述n小结：小结：在确定一个仪表的精度等级时，在确定一个仪表的精度等级时，要求仪表的允许误差应该大于或等于仪要求仪表的允许误差应该大于或等于仪表校验时所得到的最大引用误差；而根表校验时所得到的最大引用误差；而根据工艺要求来选择仪表的精度等级时，据工艺要求来选择仪表的精度等级时，仪表的允许误差应该小于或等于工艺上仪表的
20、允许误差应该小于或等于工艺上所允许的最大引用误差。所允许的最大引用误差。概概 述述六、六、检测系统中信号的传递形式检测系统中信号的传递形式1、模拟信号、模拟信号2、数字信号、数字信号3、开关信号、开关信号 七、七、检测仪表的分类检测仪表的分类1、根据所测变量不同：、根据所测变量不同：P、T、F、L、成分、物性、成分、物性2、根据表达示数的方式不同：、根据表达示数的方式不同：指示、记录、信号、远传指示、累积指示、记录、信号、远传指示、累积3、按照精度等级及使用场合、按照精度等级及使用场合 实用仪表实用仪表 现场现场 范型仪表范型仪表-实验室实验室 标准仪表标准仪表-标定室标定室 六、六、检测系统
21、中信号的传递形式检测系统中信号的传递形式1、模拟信号、模拟信号2、数字信号、数字信号3、开关信号、开关信号 例例1 1 用一只标准压力表校验一只待校压力表，待用一只标准压力表校验一只待校压力表，待校压力表的测量范围为校压力表的测量范围为0 0100KPa100KPa，校验结果如下表，校验结果如下表所示。试计算各点的绝对误差、变差。并确定待校压所示。试计算各点的绝对误差、变差。并确定待校压力表的精确度等级。力表的精确度等级。待校压力表读数/KPa0255075100标准压力表读数/KPa正行程024.949.674.399.6反行程025.149.874.899.9绝对误差/KPa正行程反行程变
22、差/KPa 精确度等级 例例2 2 某台测温仪表的测量范围是某台测温仪表的测量范围是200200-10001000，工工艺要求艺要求该仪表测温误差不能大于该仪表测温误差不能大于5，试确定应选，试确定应选仪仪表的准确度等级。表的准确度等级。0.625%介介于于允允许许误误差差0.5%与与1.0%之之间间，如如果果选选择择允允许许误误差差为为1.0%,则则其其精精度度等等级级应应为为1.0级级。量量程程为为2001000，精精确确度度为为1.0级级的的仪仪表表，可可能能产产生生的的最最大大绝绝对对误误差差为为8，超超过过了了工工艺艺的的要要求求。所所以以只只能能选选择择一一台台允允许许误误差差为为
23、0.5%，即即精精确确度度等等级级为为0.5级级的的仪表，才能满足工艺要求。仪表，才能满足工艺要求。解解 根据工艺要求，仪表的最大允许误差为根据工艺要求，仪表的最大允许误差为 例例3 3 某台测温仪表的量程是某台测温仪表的量程是200200-10001000，准确度准确度等级为等级为0.50.5级，试问此温度表的允许最大绝对误差是级，试问此温度表的允许最大绝对误差是多少？在校验点为多少？在校验点为500500时，温度表的指示值为时，温度表的指示值为504504，试问该温度表在这一点上的准确度等级是否符合，试问该温度表在这一点上的准确度等级是否符合1.01.0级，为什么？级，为什么？作业：作业：3535页页 3 3、6 6、7 7