化工儀表及自動(dòng)化(厲玉鳴)(第三版)

1、化工儀表及自動(dòng)化化工儀表及自動(dòng)化第一章第一章 檢測(cè)儀表基本知識(shí)檢測(cè)儀表基本知識(shí) 內(nèi)容提要內(nèi)容提要n 測(cè)量過(guò)程與測(cè)量誤差測(cè)量過(guò)程與測(cè)量誤差n 測(cè)量?jī)x表的品質(zhì)指標(biāo)測(cè)量?jī)x表的品質(zhì)指標(biāo)n 測(cè)量系統(tǒng)中的常見(jiàn)信號(hào)類型測(cè)量系統(tǒng)中的常見(jiàn)信號(hào)類型n 檢測(cè)系統(tǒng)中信號(hào)的傳遞形式檢測(cè)系統(tǒng)中信號(hào)的傳遞形式n 檢測(cè)儀表與測(cè)量方法的分類檢測(cè)儀表與測(cè)量方法的分類n 化工檢測(cè)的發(fā)展趨勢(shì)化工檢測(cè)的發(fā)展趨勢(shì)1測(cè)量過(guò)程與測(cè)量誤差測(cè)量過(guò)程與測(cè)量誤差測(cè)量測(cè)量是用實(shí)驗(yàn)的方法,求出某個(gè)量的大小。 qVQ 舉例測(cè)一段導(dǎo)線的長(zhǎng)度直接測(cè)量直接測(cè)量間接測(cè)量間接測(cè)量測(cè)量實(shí)質(zhì)：測(cè)量實(shí)質(zhì)：是將被測(cè)參數(shù)與其相應(yīng)的測(cè)量單位進(jìn)行比較的過(guò)程。 2測(cè)量過(guò)程與測(cè)量誤

2、差測(cè)量過(guò)程與測(cè)量誤差測(cè)量誤差：測(cè)量誤差：由儀表讀得的被測(cè)值 (測(cè)量值)與被測(cè)參數(shù)的真實(shí)值之間的差距。 測(cè)量誤差按其測(cè)量誤差按其產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因的不同的不同, ,可以分為三類：可以分為三類：系統(tǒng)誤差 疏忽誤差偶然誤差3測(cè)量過(guò)程與測(cè)量誤差測(cè)量過(guò)程與測(cè)量誤差絕對(duì)誤差ttIxxxxxxx或000tIxx xI：儀表指示值, xt：被測(cè)量的真值0 xx由于真值無(wú)法得到 x：被校表的讀數(shù)值，x0 ：標(biāo)準(zhǔn)表的讀數(shù)值 相對(duì)誤差4檢測(cè)儀表的品質(zhì)指標(biāo)檢測(cè)儀表的品質(zhì)指標(biāo)5說(shuō)明：說(shuō)明：儀表的測(cè)量誤差可以用絕對(duì)誤差來(lái)表示。但是，儀表的絕對(duì)誤差在測(cè)量范圍內(nèi)的各點(diǎn)不相同。因此，常說(shuō)的“絕對(duì)誤差”指的是絕對(duì)誤差中的最大值ma

3、x。 兩大影響因素絕對(duì)誤差和儀表的標(biāo)尺范圍檢測(cè)儀表的品質(zhì)指標(biāo)檢測(cè)儀表的品質(zhì)指標(biāo)%100max標(biāo)尺下限值標(biāo)尺上限值%100標(biāo)尺下限值標(biāo)尺上限值差值儀表允許的最大絕對(duì)誤允6檢測(cè)儀表的品質(zhì)指標(biāo)檢測(cè)儀表的品質(zhì)指標(biāo) 儀表的允越大，表示它的精確度越低；反之，儀表的允越小，表示儀表的精確度越高。將儀表的允許相對(duì)百分誤差去掉“”號(hào)及“”號(hào)，便可以用來(lái)確定儀表的精確度等級(jí)。目前常用的精確度等級(jí)有0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等。小結(jié)小結(jié)7檢測(cè)儀表的品質(zhì)指標(biāo)檢測(cè)儀表的品質(zhì)指標(biāo)%8 . 0%10020070048舉例例1-1某臺(tái)測(cè)溫儀表的測(cè)溫范圍為20

4、0700，校驗(yàn)該表時(shí)得到的最大絕對(duì)誤差為4，試確定該儀表的相對(duì)百分誤差與準(zhǔn)確度等級(jí)。 解解 該儀表的相對(duì)百分誤差為 如果將該儀表的去掉“”號(hào)與“”號(hào)，其數(shù)值為0.8。由于國(guó)家規(guī)定的精度等級(jí)中沒(méi)有0.8級(jí)儀表，同時(shí)，該儀表的誤差超過(guò)了0.5級(jí)儀表所允許的最大誤差，所以，這臺(tái)測(cè)溫儀表的精度等級(jí)為1.0級(jí)。 檢測(cè)儀表的品質(zhì)指標(biāo)檢測(cè)儀表的品質(zhì)指標(biāo)9儀表的準(zhǔn)確度等級(jí)儀表的準(zhǔn)確度等級(jí)是衡量?jī)x表質(zhì)量?jī)?yōu)劣的重要指標(biāo)之一。是衡量?jī)x表質(zhì)量?jī)?yōu)劣的重要指標(biāo)之一。 準(zhǔn)確度等級(jí)數(shù)值越小，就表征該儀表的準(zhǔn)確度等級(jí)越高，儀表的準(zhǔn)確度越高。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)用的測(cè)量?jī)x表，其準(zhǔn)確度大多在0.5級(jí)以下。 儀表的精度等級(jí)一般可用不同的符號(hào)形式

5、標(biāo)志在儀表面板上。舉例舉例1.51.0如：檢測(cè)儀表的品質(zhì)指標(biāo)檢測(cè)儀表的品質(zhì)指標(biāo)注意注意 在工業(yè)上應(yīng)用時(shí),對(duì)檢測(cè)儀表準(zhǔn)確度的要求,應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)操作的實(shí)際情況和該參數(shù)對(duì)整個(gè)工藝過(guò)程的影響程度所提供的誤差允許范圍來(lái)確定,這樣才能保證生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性和合理性。 10檢測(cè)儀表的品質(zhì)指標(biāo)檢測(cè)儀表的品質(zhì)指標(biāo)%100標(biāo)尺下限值標(biāo)尺上限值最大絕對(duì)差值變差 變差變差是指在外界條件不變的情況下，用同一儀表對(duì)被測(cè)量在儀表全部測(cè)量范圍內(nèi)進(jìn)行正反行程（即被測(cè)參數(shù)逐漸由小到大和逐漸由大到?。y(cè)量時(shí)，被測(cè)量值正行和反行所得到的兩條特性曲線之間的差值。 圖1-1 測(cè)量?jī)x表的變差11檢測(cè)儀表的品質(zhì)指標(biāo)檢測(cè)儀表的品質(zhì)指標(biāo)12 儀表的靈敏

6、度儀表的靈敏度是指儀表指針的線位移或角位移，與引起這個(gè)位移的被測(cè)參數(shù)變化量的比值。即xS 式中，S為儀表的靈敏度；為指針的線位移或角位移；x為引起所需的被測(cè)參數(shù)變化量。 儀表的靈敏限儀表的靈敏限是指能引起儀表指針發(fā)生動(dòng)作的被測(cè)參數(shù)的最小變化量。通常儀表靈敏限的數(shù)值應(yīng)不大于儀表允許絕對(duì)誤差的一半。 注意：注意：上述指標(biāo)僅適用于指針式儀表。在數(shù)字式儀表中，上述指標(biāo)僅適用于指針式儀表。在數(shù)字式儀表中，往往用分辨率表示。往往用分辨率表示。 檢測(cè)儀表的品質(zhì)指標(biāo)檢測(cè)儀表的品質(zhì)指標(biāo)13 反應(yīng)時(shí)間反應(yīng)時(shí)間就是用來(lái)衡量?jī)x表能不能盡快反映出參數(shù)變化的品質(zhì)指標(biāo)。反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，說(shuō)明儀表需要較長(zhǎng)時(shí)間才能給出準(zhǔn)確的指示值，

7、那就不宜用來(lái)測(cè)量變化頻繁的參數(shù)。 儀表反應(yīng)時(shí)間的長(zhǎng)短，實(shí)際上反映了儀表動(dòng)態(tài)特性的好壞。 儀表的反應(yīng)時(shí)間有不同的表示方法 當(dāng)輸入信號(hào)突然變化一個(gè)數(shù)值后，輸出信號(hào)將由原始值逐漸變化到新的穩(wěn)態(tài)值。 儀表的輸出信號(hào)由開始變化到新穩(wěn)態(tài)值的63.2（95）所用的時(shí)間，可用來(lái)表示反應(yīng)時(shí)間。檢測(cè)儀表的品質(zhì)指標(biāo)檢測(cè)儀表的品質(zhì)指標(biāo)%100max儀表量程ff14 線性度線性度是表征線性刻度儀表的輸出量與輸入量的實(shí)際校準(zhǔn)曲線與理論直線的吻合程度。通?？偸窍Ｍ麥y(cè)量?jī)x表的輸出與輸入之間呈線性關(guān)系。 圖1-2 線性度示意圖 式中式中，f為線性度（又稱非線性誤差）；fmax為校準(zhǔn)曲線對(duì)于理論直線的最大偏差（以儀表示值的單位計(jì)

8、算）。 檢測(cè)儀表的品質(zhì)指標(biāo)檢測(cè)儀表的品質(zhì)指標(biāo) 重復(fù)性重復(fù)性表示檢測(cè)儀表在被測(cè)參數(shù)按同一方向作全量程連續(xù)多次變動(dòng)時(shí)所得標(biāo)定特性曲線不一致的程度。若標(biāo)定的特性曲線一致,重復(fù)性就好,重復(fù)性誤差就小。 圖1-3 重復(fù)性示意圖%100max儀表量程ZZ15檢測(cè)系統(tǒng)中的常見(jiàn)信號(hào)類型檢測(cè)系統(tǒng)中的常見(jiàn)信號(hào)類型作用于檢測(cè)裝置輸入端的被測(cè)信號(hào)，通常要轉(zhuǎn)換成以下幾作用于檢測(cè)裝置輸入端的被測(cè)信號(hào)，通常要轉(zhuǎn)換成以下幾種便于傳輸和顯示的信號(hào)類型種便于傳輸和顯示的信號(hào)類型1.位移信號(hào)2.壓力信號(hào)3.電氣信號(hào)4.光信號(hào)16檢測(cè)系統(tǒng)中信號(hào)的傳遞形式檢測(cè)系統(tǒng)中信號(hào)的傳遞形式 在時(shí)間上是連續(xù)變化的, 即在任何瞬時(shí)都可以確定其數(shù)值的

9、信號(hào)。 數(shù)字信號(hào)是一種以離散形式出現(xiàn)的不連續(xù)信號(hào),通常用二進(jìn)制數(shù)“0”和“1”組合的代碼序列來(lái)表示。 用兩種狀態(tài)或用兩個(gè)數(shù)值范圍表示的不連續(xù)信號(hào)。17檢測(cè)儀表與測(cè)量方法的分類檢測(cè)儀表與測(cè)量方法的分類 依據(jù)的不同,可分成壓力 (包括差壓、負(fù)壓)檢測(cè)儀表、流量檢測(cè)儀表、物位 (液位)檢測(cè)儀表、溫度檢測(cè)儀表、物質(zhì)成分分析儀表及物性檢測(cè)儀表等。按的方式不同,可分成指示型、記錄型、訊號(hào)型、遠(yuǎn)傳指示型、累積型等。按的不同,可分為實(shí)用儀表、范型儀表和標(biāo)準(zhǔn)儀表,分別使用在現(xiàn)場(chǎng)、實(shí)驗(yàn)室和標(biāo)定室。 18檢測(cè)儀表與測(cè)量方法的分類檢測(cè)儀表與測(cè)量方法的分類按照測(cè)量結(jié)果的獲得過(guò)程 直接測(cè)量 間接測(cè)量 19檢測(cè)儀表與測(cè)量方

10、法的分類檢測(cè)儀表與測(cè)量方法的分類 （1 1）直接測(cè)量）直接測(cè)量 利用經(jīng)過(guò)標(biāo)定的儀表對(duì)被測(cè)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，直接從顯示結(jié)果獲得被測(cè)參數(shù)的具體數(shù)值的測(cè)量方法。 根據(jù)被測(cè)參數(shù)獲得方式的不同，直接測(cè)量又有偏差法與平衡法（零位法）之分。 除此之外,還有一種將平衡法與偏差法結(jié)合起來(lái)的微差微差法法 20檢測(cè)儀表與測(cè)量方法的分類檢測(cè)儀表與測(cè)量方法的分類（2 2）間接測(cè)量）間接測(cè)量 當(dāng)被測(cè)量不宜直接測(cè)量時(shí),可以通過(guò)測(cè)量與被測(cè)量有關(guān)的幾個(gè)相關(guān)量后,再經(jīng)過(guò)計(jì)算來(lái)確定被測(cè)量的大小。 21化工檢測(cè)的發(fā)展趨勢(shì)化工檢測(cè)的發(fā)展趨勢(shì) 1. 1.檢測(cè)技術(shù)的現(xiàn)代化檢測(cè)技術(shù)的現(xiàn)代化 2. 2.檢測(cè)儀表的集成化、數(shù)字化、智能化檢測(cè)儀表的集

11、成化、數(shù)字化、智能化 3.3.軟測(cè)量技術(shù)和虛擬儀器軟測(cè)量技術(shù)和虛擬儀器22例題分析例題分析1. 某臺(tái)具有線性關(guān)系的溫度變送器,其測(cè)溫范圍為 0200,變送器的輸出為 420mA。對(duì)這臺(tái)溫度變送器進(jìn)行校驗(yàn),得到下列數(shù)據(jù): 輸入信號(hào) 標(biāo)準(zhǔn)溫度/050100150200輸出信號(hào)/mA正行程讀數(shù)x正正行程讀數(shù)x反44.0288.1012.0112.1016.0116.092020.01試根據(jù)以上校驗(yàn)數(shù)據(jù)確定該儀表的變差、準(zhǔn)確度等級(jí)與線性度。234輸入下限值輸入上限值輸出下限值）溫度值（輸出上限值I)(840200)420(50mAI解解: :該題的解題步驟如下。 (1)根據(jù)儀表的輸出范圍確定在各溫度測(cè)

12、試點(diǎn)的輸出標(biāo)準(zhǔn)值x標(biāo)。任一溫度值的標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào)(mA)為 例如,當(dāng)溫度為50時(shí),對(duì)應(yīng)的輸出應(yīng)為 其余類推。 24(2)算出各測(cè)試點(diǎn)正、反行程時(shí)的絕對(duì)誤差正與反 ,并算出正、反行程之差變 ,分別填入下表內(nèi)(計(jì)算變時(shí)可不考慮符號(hào),取正值)。 輸入信號(hào)/050100150200輸出信號(hào)/mA正行程讀數(shù)x正反行程讀數(shù)x反標(biāo)準(zhǔn)值44.02488.10812.0112.101216.0116.09162020.0120絕對(duì)誤差/mA正行程正反行程反 00.0200.100.010.100.010.0900.01正反行程之差變 0.020.100.090.080.0125 (3)由上表找出最大的絕對(duì)誤差ma

13、x ,并計(jì)算最大的相對(duì)百分誤差max。由上表可知 )(10. 0maxmA%625. 0%10042010. 0max 去掉max的“”號(hào)及“%”號(hào)后,其數(shù)值為0.625 ,數(shù)值在0.51.0之間,由于該表的max已超過(guò)0.5級(jí)表所允許的允,故該表的準(zhǔn)確度等級(jí)為1.0級(jí)。 26%625. 0%100420max變變(4)計(jì)算變差 由于該變差數(shù)值在1.0級(jí)表允許的誤差范圍內(nèi),故不影響表的準(zhǔn)確度等級(jí)。注意若變差數(shù)值變max超過(guò)了絕對(duì)誤差max ,則應(yīng)以變max來(lái)確定儀表的準(zhǔn)確度等級(jí)。 27(5)由計(jì)算結(jié)果可知,非線性誤差的最大值fmax = 0.10 ,故線性度f(wàn)為 %625. 0%10042010. 0%100max儀表量程ff注意注意 在具體校驗(yàn)儀表時(shí),為了可靠起見(jiàn),應(yīng)適當(dāng)增加測(cè)試點(diǎn)與實(shí)驗(yàn)次數(shù),本例題只是簡(jiǎn)單