第3章檢測儀表及傳感器第1節(jié)教學課件

1、化工儀表及自動化化工儀表及自動控制Chemical Industry Instrument and Automation control第三章 檢測儀表及傳感器3.1化工檢測儀表基礎(chǔ)知識化工檢測儀表基礎(chǔ)知識 化工儀表及自動化內(nèi)容提要n 化工檢測儀表的分類化工檢測儀表的分類n 測量過程及誤差測量過程及誤差n 測量儀表的品質(zhì)指標測量儀表的品質(zhì)指標n精度的計算精度的計算n變差變差n靈敏度與分辨力靈敏度與分辨力n線性度線性度n反應(yīng)時間反應(yīng)時間化工儀表及自動化p用來檢測這些參數(shù)的儀表統(tǒng)稱為化工檢測儀表。用來檢測這些參數(shù)的儀表統(tǒng)稱為化工檢測儀表。p檢測儀表由檢測元件、變換放大、顯示裝置三檢測儀表由檢測元件

2、、變換放大、顯示裝置三個部分組成。個部分組成。3.1化工檢測儀表基礎(chǔ)知識 化工儀表及自動化一、化工檢測儀表的分類（1 1）依據(jù)）依據(jù)所測參數(shù)所測參數(shù)的不同的不同, ,可分成可分成壓力壓力 ( (包括差壓、負壓包括差壓、負壓) )檢測儀表、流量檢測儀表、物位檢測儀表、流量檢測儀表、物位 ( (液位液位) )檢測儀表、溫度檢測儀檢測儀表、溫度檢測儀表及組分分析儀表表及組分分析儀表等。等。（2 2）按照）按照使用的能源使用的能源不同，可以分為不同，可以分為氣動儀表、電動儀表氣動儀表、電動儀表和液動儀表和液動儀表。（3 3）按）按表達示數(shù)表達示數(shù)的方式不同的方式不同, ,可以分為可以分為指示型、記錄型

3、、指示型、記錄型、信號型、累積型及遠傳指示型信號型、累積型及遠傳指示型等。等。（4 4）按）按精密等級及適用場所精密等級及適用場所的不同的不同, ,可以分為可以分為實用儀表、實用儀表、范型儀表及標準儀表范型儀表及標準儀表，分別適用于工業(yè)生產(chǎn)、實驗室和標定室。，分別適用于工業(yè)生產(chǎn)、實驗室和標定室。化工儀表及自動化一、化工檢測儀表的分類（5）按照）按照不同，可以分為基地式儀表及單元不同，可以分為基地式儀表及單元組合儀表。組合儀表。u基地式儀表基地式儀表 這類儀表的特點是將測量、顯示、控制等各部這類儀表的特點是將測量、顯示、控制等各部分集中組裝在一個表殼里，形成一個整體。這種儀表比較適用分集中組裝在

4、一個表殼里，形成一個整體。這種儀表比較適用于在現(xiàn)場就地檢測和控制于在現(xiàn)場就地檢測和控制u單元組合儀表單元組合儀表 將對參數(shù)的測量及變送、顯示、控制等各部將對參數(shù)的測量及變送、顯示、控制等各部分，分別制成能獨立工作的單元儀表（簡稱單元，例如變送單分，分別制成能獨立工作的單元儀表（簡稱單元，例如變送單元、顯示單元、控制單元等）。元、顯示單元、控制單元等）?；x表及自動化二、測量過程及誤差檢測過程檢測過程即測量過程就是將被測參數(shù)經(jīng)過一次或多次的信即測量過程就是將被測參數(shù)經(jīng)過一次或多次的信號轉(zhuǎn)換，最終獲得一種便于測量的信號形式，并通過指針號轉(zhuǎn)換，最終獲得一種便于測量的信號形式，并通過指針位移或數(shù)字形

5、式顯示出來。位移或數(shù)字形式顯示出來。測量誤差：測量誤差：由儀表讀得的被測值由儀表讀得的被測值 ( (測量值測量值) )與被測參數(shù)的與被測參數(shù)的真實值之間的差距。真實值之間的差距。 絕對誤差 相對誤差引用誤差（相對百分誤差）測量誤差按測量誤差按不同方法不同方法來表示：來表示：化工儀表及自動化二、測量過程及誤差絕對誤差絕對誤差0 xx由于真值無法得到由于真值無法得到 x：被校表的讀數(shù)值，：被校表的讀數(shù)值，x0 ：標準表的讀數(shù)值：標準表的讀數(shù)值 xi：儀表指示值，：儀表指示值， xt：被測真實值：被測真實值tixx 儀表在其標尺范圍內(nèi)各點讀數(shù)的絕對誤差是不同的，儀表在其標尺范圍內(nèi)各點讀數(shù)的絕對誤差是

6、不同的，通常所說的通常所說的“絕對誤差絕對誤差”是指是指絕對誤差中數(shù)值最大的值絕對誤差中數(shù)值最大的值，即為最大絕對誤差即為最大絕對誤差max。化工儀表及自動化二、測量過程及誤差引用誤差引用誤差相對誤差相對誤差%100000 xxxxy 兩大影響因素兩大影響因素絕對誤差和儀表的測量范圍絕對誤差和儀表的測量范圍儀表的精確度儀表的精確度儀表的測量范圍儀表的測量范圍通常指在允許的誤差范圍內(nèi)，儀表能夠準通常指在允許的誤差范圍內(nèi)，儀表能夠準確測量的被測參數(shù)的最大值和最小值之間的范圍，也稱作確測量的被測參數(shù)的最大值和最小值之間的范圍，也稱作該該儀表的量程儀表的量程M?；x表及自動化二、測量過程及誤差引用誤

7、差引用誤差經(jīng)常將絕對誤差折合成儀表量程的百分數(shù)表示，稱為相經(jīng)常將絕對誤差折合成儀表量程的百分數(shù)表示，稱為相對百分誤差對百分誤差，即某一點的絕對誤差與測量儀表的量程之比，即某一點的絕對誤差與測量儀表的量程之比，表示為表示為%100max量程%100max下上xx或或化工儀表及自動化三、檢測儀表的品質(zhì)指標1.測量儀表的準確度（精確度）測量儀表的準確度（精確度）l精確度精確度簡稱精度，是精密度與準確度的總稱。簡稱精度，是精密度與準確度的總稱。l工業(yè)上，根據(jù)儀表的設(shè)計、使用要求，規(guī)定一個在正常工業(yè)上，根據(jù)儀表的設(shè)計、使用要求，規(guī)定一個在正常情況下允許的最大誤差，把它叫做情況下允許的最大誤差，把它叫做允

8、許誤差允許誤差。l允許誤差一般用允許誤差一般用相對百分誤差相對百分誤差來表示，即在規(guī)定的正常來表示，即在規(guī)定的正常情況下允許的相對百分誤差的最大值，即情況下允許的相對百分誤差的最大值，即%100標尺下限值標尺上限值差值儀表允許的最大絕對誤允化工儀表及自動化 儀表的儀表的允允越大，表示它的精確度越低；反之，儀表越大，表示它的精確度越低；反之，儀表的的允允越小，表示儀表的精確度越高。將儀表的允許相對百越小，表示儀表的精確度越高。將儀表的允許相對百分誤差去掉分誤差去掉“”號及號及“”號，便可以用來確定儀表的號，便可以用來確定儀表的精確度等級。目前常用的精確度等級有精確度等級。目前常用的精確度等級有0

9、.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等。等。小結(jié)小結(jié)三、檢測儀表的品質(zhì)指標化工儀表及自動化例例3-1 某臺測溫儀表的測溫范圍為某臺測溫儀表的測溫范圍為400900，該表的最，該表的最大絕對誤差為大絕對誤差為+3，試確定該儀表的精度等級。，試確定該儀表的精度等級。解：該儀表的相對百分誤差為解：該儀表的相對百分誤差為去掉去掉“”號及號及“%”號，其數(shù)值為號，其數(shù)值為0.6。由于國家規(guī)定。由于國家規(guī)定的精度等級中沒有的精度等級中沒有0.6級儀表，而且該儀表的允許誤差超級儀表，而且該儀表的允許誤差超過了過了0.5級儀表允許的最大誤差，所以這臺儀表

10、的精度等級儀表允許的最大誤差，所以這臺儀表的精度等級為級為1.0級。級。1.測量儀表的準確度（精確度）%6 . 0%100400-9003化工儀表及自動化例例3-2 某臺測溫儀表的測溫范圍為某臺測溫儀表的測溫范圍為0500。根據(jù)工藝要求，。根據(jù)工藝要求，溫度指示值的誤差不能超過溫度指示值的誤差不能超過3，試問應(yīng)選擇什么，試問應(yīng)選擇什么精度等級的儀表才能滿足要求精度等級的儀表才能滿足要求?解：根據(jù)工藝要求，儀表的相對允許誤差為解：根據(jù)工藝要求，儀表的相對允許誤差為去掉去掉“”號和號和“%”號，得到的數(shù)值為號，得到的數(shù)值為0.6。其數(shù)值介于。其數(shù)值介于0.51.0之間，選擇精度等級為之間，選擇精度

11、等級為1.0級的儀表時，其允許的級的儀表時，其允許的誤差為誤差為5，超過了工藝允許的數(shù)值，所以應(yīng)該選擇，超過了工藝允許的數(shù)值，所以應(yīng)該選擇0.5級儀表才能滿足要求。級儀表才能滿足要求。1.測量儀表的準確度（精確度）%6 . 0%10005003允化工儀表及自動化根據(jù)校驗數(shù)據(jù)來確定儀表精度等級和根據(jù)工藝要求來根據(jù)校驗數(shù)據(jù)來確定儀表精度等級和根據(jù)工藝要求來選擇儀表精度等級的情況是有區(qū)別的。選擇儀表精度等級的情況是有區(qū)別的。p 根據(jù)校驗數(shù)據(jù)來確定儀表精度等級時，儀表的允許誤差根據(jù)校驗數(shù)據(jù)來確定儀表精度等級時，儀表的允許誤差應(yīng)該大于（或等于）儀表校驗所得的相對百分誤差；應(yīng)該大于（或等于）儀表校驗所得的

12、相對百分誤差；p 根據(jù)工藝要求來選擇儀表精度等級時，儀表的允許誤差根據(jù)工藝要求來選擇儀表精度等級時，儀表的允許誤差應(yīng)該小于（或等于）工藝所允許的最大相對百分誤差。應(yīng)該小于（或等于）工藝所允許的最大相對百分誤差。 1.測量儀表的準確度（精確度）結(jié)論結(jié)論化工儀表及自動化儀表的準確度等級儀表的準確度等級是衡量儀表質(zhì)量優(yōu)劣的重要指標之一。是衡量儀表質(zhì)量優(yōu)劣的重要指標之一。 儀表的精確度等級是衡量儀表品質(zhì)好壞的重要指標之一。儀表的精確度等級是衡量儀表品質(zhì)好壞的重要指標之一。精度等級數(shù)值越小，該儀表的精確度等級越高。工業(yè)生產(chǎn)中精度等級數(shù)值越小，該儀表的精確度等級越高。工業(yè)生產(chǎn)中使用測量儀表的精度大多是使用

13、測量儀表的精度大多是0.5級以下，而精度級以下，而精度0.05級以上的級以上的儀表，一般用作標準儀表。儀表，一般用作標準儀表。 1.測量儀表的準確度（精確度）化工儀表及自動化%100標尺下限值標尺上限值最大絕對差值變差2.變差（回差） 在外界條件不變的情況下，用同一儀表在儀表量程范圍內(nèi)在外界條件不變的情況下，用同一儀表在儀表量程范圍內(nèi)對被測變量進行正反行程（逐漸由小到大和逐漸由大到?。Ρ粶y變量進行正反行程（逐漸由小到大和逐漸由大到?。y量過程中，被測量值正行和反行所得測量值之間的最大測量過程中，被測量值正行和反行所得測量值之間的最大偏差來表示偏差來表示變差。變差。 變差的大小，變差的大小，通

14、常用正反行程測量值的通常用正反行程測量值的最大絕對差值與量程比值的百分數(shù)來表最大絕對差值與量程比值的百分數(shù)來表示，即示，即圖圖3-1變差示意圖變差示意圖化工儀表及自動化2.變差（回差）變差（回差） 變差產(chǎn)生原因：變差產(chǎn)生原因：由于傳動機構(gòu)的間隙、運動件的摩擦、由于傳動機構(gòu)的間隙、運動件的摩擦、彈性元件的彈性滯后等。彈性元件的彈性滯后等。 變差越小，儀表的重復(fù)性和穩(wěn)定性越好。變差越小，儀表的重復(fù)性和穩(wěn)定性越好。 應(yīng)當注意，儀表的變差不能超過儀表允許誤差，否則應(yīng)應(yīng)當注意，儀表的變差不能超過儀表允許誤差，否則應(yīng)及時檢修。及時檢修?；x表及自動化3.靈敏度與分辨力xS注意：注意：靈敏度與分辨力都是表

15、征儀表對檢測被測參數(shù)變靈敏度與分辨力都是表征儀表對檢測被測參數(shù)變化靈敏程度的指標。化靈敏程度的指標。不同的是靈敏度適用于指針式儀表，不同的是靈敏度適用于指針式儀表，分辨力適用于數(shù)字式儀表。分辨力適用于數(shù)字式儀表。 儀表的靈敏度儀表的靈敏度定義為儀表指針的線位移或角位移與被測定義為儀表指針的線位移或角位移與被測參數(shù)變化量的比值，參數(shù)變化量的比值，即即S為指針式儀表的靈敏度；為指針式儀表的靈敏度；為指針的線位移或角位移；為指針的線位移或角位移；x為被測參數(shù)變化量。為被測參數(shù)變化量?；x表及自動化 儀表的靈敏限也可以儀表的靈敏限也可以用來表征儀表的靈敏程度，它是指用來表征儀表的靈敏程度，它是指能引

16、起儀表指針移動被測參數(shù)的最小變化量。一般來說，能引起儀表指針移動被測參數(shù)的最小變化量。一般來說，儀表靈敏限的數(shù)值應(yīng)不大于儀表允許絕對誤差的一半。儀表靈敏限的數(shù)值應(yīng)不大于儀表允許絕對誤差的一半。 3.靈敏度與分辨力分辨力分辨力是指數(shù)字顯示器的最末位數(shù)字間隔所代表的被測是指數(shù)字顯示器的最末位數(shù)字間隔所代表的被測參數(shù)變化量。參數(shù)變化量。例如，某電壓表的最低量程是例如，某電壓表的最低量程是01.000V，四位數(shù)字顯示，四位數(shù)字顯示，末位個數(shù)字的等效電壓為末位個數(shù)字的等效電壓為0.1mV，該表的分辨力為，該表的分辨力為0.1mV。化工儀表及自動化4.線性度20%100max儀表量程ff 線性度也稱為非線

17、性誤差，用來說明輸出變量與輸入變線性度也稱為非線性誤差，用來說明輸出變量與輸入變量的實際關(guān)系曲線與理論直線的偏離程度。用實際得到的輸量的實際關(guān)系曲線與理論直線的偏離程度。用實際得到的輸入入-輸出特性曲線與理論直線之間的最大偏差與測量儀表量輸出特性曲線與理論直線之間的最大偏差與測量儀表量程比值的百分數(shù)表示，即程比值的百分數(shù)表示，即f為線性度（又稱非線性誤差）；為線性度（又稱非線性誤差）；fmax為實測曲線與理論直線的為實測曲線與理論直線的最大偏差。最大偏差。 圖圖3-2線性度示意圖線性度示意圖化工儀表及自動化5.反應(yīng)時間 反應(yīng)時間反應(yīng)時間就是用來衡量儀表能否盡快反映出參數(shù)變化的就是用來衡量儀表能否盡快反映出參數(shù)變化的品質(zhì)指標。反應(yīng)時間長，說明儀表需要較長時間才能準確品質(zhì)指標。反應(yīng)時間長，說明儀表需要較長時間才能準確顯示測量值，這類儀表就不能用來測量頻繁