化工 仪表及自动化,第一篇 化工检测仪表,检测仪表 用来检测生产过程中 有关技术参数的技术工具。,第一章 检测仪表基本知识,内容提要 测量过程与测量误差 测量仪表的品质指标 测量系统中的常见信号类型 检测系统中信号的传递形式 检测仪表与测量方法的分类、 化工检测的发展趋势,测量过程与测量误差,测量 是用实验的方法，求出某个量的大小。测量实质 是将被测参数与其相应的测量单位进行比较的过程。,测量过程有三要素 测量单位； 测量方法； 测量仪表。,测量单位,单位基准,米基准：光在真空中1/299,792,458 S时间间隔内所经路径的长度。 秒基准：以铯原子（133）的原子基态两个超精细能级间跃迁辐射9,192,631,770周所持续的时间。 千克基准：以铂铱合金制成、底面直径为39毫米、高为39毫米的国际千克原器（圆柱体）的质量。 .,检测仪表,检测仪表 用来检测生产过程中的各个有关参数的技术工具。 检测过程 参数检测就是用专门的技术工具，依靠能量的变换、实验和计算找到被测量的值。,测量过程与测量误差,测量误差：由仪表读得的被测值（测量值）与被测参数的真实值之间的差距。 测量误差按其产生原因的不同，可以分为三类： (1) 系统误差 误差大小和方向均不随测量过程而改变 (2) 疏忽误差 测量者在测量过程中的疏忽大意所致 (3) 偶然误差 在同样条件下反复多次测量结果都不重复的误差,测量过程与测量误差,绝对误差 xI：仪表指示值， xt ：被测量的真值。 由于真值无法得到 x：被校表的读数值， x0 ：标准表的读数值。,相对误差,测量误差按表示方法的不同，分为绝对误差和相对误差,检测仪表的品质指标,1. 检测仪表的准确度（或精确度)与允许误差 2. 检测仪表的恒定度与变差 3. 灵敏度 与灵敏限（或分辨率） 4. 反应时间 5. 线性度 （ f） 6. 重复性 （重复性误差）,检测仪表的品质指标,1. 测量仪表的准确度（精确度),绝对误差,说明：仪表的测量误差可以用绝对误差来表示，但是，仪表的绝对误差在测量范围内的各点不相同。因此，常说的“绝对误差”指的是绝对误差中的最大值 max,检测仪表的品质指标,一台01000kPa的压变，其最大绝对误差10kPa（在整个量程范围内） 另一台0400kPa的压变，其最大绝对误差5kPa 哪台精度更高？,1. 测量仪表的准确度（精确度),检测仪表的品质指标,1. 测量仪表的准确度（精确度),两大影响因素 绝对误差 和 仪表的标尺范围（量程）,绝对误差,说明：仪表的测量误差可以用绝对误差来表示，但是，仪表的绝对误差在测量范围内的各点不相同。因此，常说的“绝对误差”指的是绝对误差中的最大值 max,检测仪表的品质指标,测量范围：ymimymax量程：yF.S= ymaxymim,1. 测量仪表的准确度（精确度),仪表精度与量程有关。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。,仪表量程的上限Ymax: 4/33/2倍（被测变量）波动较大时：3/22倍（被测变量） 下限Ymin: ：一般地，被测变量的值不低于全量程的1/3。,检测仪表的品质指标,相对百分误差,允许误差允,检测仪表的品质指标,仪表的允许相对百分误差去掉“”号及“”号,精确度等级,仪表的允越大，表示它的精确度越低；反之，仪表的允越小，表示仪表的精确度越高。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。,检测仪表的品质指标,例1 某台测温 仪表的测温范围为200-700，校验该表时得到的最大绝对误差为4，试确定该仪表的相对百分误差与准确度等级。,解：该仪表的相对百分误差为,如果将该仪表的去掉“”号与“”号，其数值为0.8。由于国家规定的精度等级中没有0.8级仪表，同时，该仪表的误差超过了0.5级仪表所允许的最大误差，所以，这台测温仪表的精度等级为1.0级。,例2 某台测温仪表的量程是200-700，工艺要求该仪表指示值的误差不得超过4 ，应选精度等级为多少的仪表才能满足工艺要求。,0.8%介于允许误差0.5%与1.0%之间，如果选择允许误差为1.0%,则其精度等级应为1.0级。量程为200700，精确度为1.0级的仪表，可能产生的最大绝对误差为5，超过了工艺的要求。所以只能选择一台允许误差为0.5%，即精确度等级为0.5级的仪表，才能满足工艺要求。,解 根据工艺要求，该仪表的最大允许误差为,根据仪表校验数据来确定仪表精度等级和根据工艺要求选择仪表精度等级是不同的。 根据仪表校验数据来确定仪表精度等级时，仪表的允许误差应该 仪表校验得到的相对百分误差。 根据工艺要求选择仪表精度等级时，仪表的允许误差应该 工艺允许的最大相对百分误差。,例3 某被测温度信号在70-80范围内变化，工艺要求测量误差不得超过1%，现有两台测温仪表，精度等级均为0.5级，其中一台仪表的测量范围是0-100，另一台仪表的测量范围是0-200，试问这两台仪表能否满足上述测量要求。,检测仪表的品质指标,仪表的准确度等级是衡量仪表质量优劣的重要指标之一。 仪表的精度等级一般可用不同的符号形式标志在 仪表面板上。 例如：,1.5,1.0,在工业上应用时，对检测仪表准确度的要求，应根据生产操作的实际情况和该参数对整个工艺过程的影响程度所提供的误差允许范围来确定，这样才能保证生产的经济性和合理性。,注意,检测仪表的品质指标,2. 检测仪表的恒定度,变差是指在外界条件不变的情况下，用同一仪表对被测量在仪表全部测量范围内进行正反行程（即被测参数逐渐由小到大和逐渐由大到小）测量时，被测量值正行和反行所得到的两条特性曲线之间的差值。,仪表的变差不能超出仪表的允许误差，否则应及时检修。,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0100kPa。校验结果如下表所示。试计算各点的绝对误差、变差，并确定待校压力表的准确度等级。,0,-0.1,0.1,0,-0.4,-0.2,-0.2,-0.1,-0.4,-0.7,0,0.2,0.2,0.5,0.3,确定准确度等级： max=-0.7kPa =（max/N）100%=（-0.7/100）100%=-0.7% 去掉的和%后，其数值在0.51之间，由于该表的max已经超过了0.5级表允许的max，故该表的准确度等级为1.0级。 计算变差： 变差=（变max/N）100%=（0.5/100）100%=0.5% 由于该变差数值在1.0级表允许的误差范围内，故不影响表的准确度等级。 注意：若变差数值变max超过了绝对误差max，则应以变max来确定仪表的准确度等级。,检测仪表的品质指标,3. 灵敏度和灵敏限,指针式仪表中 仪表的灵敏度是指仪表指针的线位移或角位移，与引起这个位移的被测参数变化量的比值。即,式中，S为仪表的灵敏度； 为指针的线位移或角位移； x为引起所需的被测参数变化量。,仪表的灵敏限是指能引起仪表指针发生动作的被测参数的最小变化量。通常仪表灵敏限的数值应不大于 仪表允许绝对误差的一半。,检测仪表的品质指标,3. 灵敏度和灵敏限,数字式仪表中 用分辨率表示灵敏度。 仪表分辨率是仪表输出能响应和分辨的最小输入量. 分辨率就是在仪表的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。,例如：七位数字电压表，最低量程为1V,检测仪表的品质指标,4. 反应时间,反应时间就是用来衡量仪表能不能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 较长时间才能给出准确的指示值，那就不宜用来测量变化频率的参数。,仪表反应时间的长短，实际上反映了仪表动态特性的好坏。,仪表的反应时间有不同的表示方法,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定态。仪表的输出信号由开始变化到新稳态值的63.2%（95%）所用的时间，可用来表示反应时间。,检测仪表的品质指标,5. 线性度,线性度是表征线性刻度仪表的输出量与输入量的实际校准曲线与理论直线的吻合程度。通常总是希望测量仪表的输出与输入之间呈线性关系。,式中， f 为线性度（又称非线性误差）； fmax为校准曲线对于理论直线的最大偏差（以仪表示值的单位计算）。,检测仪表的品质指标,6. 重复性,重复性是表示检测仪表在被测参数按同一方向作全量程连续多次变动时所得标定特性曲线不一致的程度。若标定的特性曲线一致，重复性就好，重复性误差就小。,检测系统中的常见信号类型,作用于检测装置输入端的被测信号，通常要转换成以下几种便于传输和显示的信号类型 位移信号 压力信号 电气信号 光信号,检测系统中信号的传递形式,模拟信号 在时间上是连续变化的，即在任何瞬时都可以确定其数值的信号。 数字信号 数字信号是一种以离散形式出现的不连续信号，通常用二进制数“0”和“1”组合的代码序列来表示。 开关信号 用两种状态或用两个数值范围表示的不连续信号。,检测仪表与测量方法的分类,1、检测仪表的分类 根据仪表使用的能源的不同，可分为气动仪表、电动仪表和液动仪表。 按信息传递的作用不同，可分成检测仪表、显示仪表、控制仪表、执行器。 按仪表组成形式的不同，可分为基地式仪表和单元组合仪表。,检测仪表与测量方法的分类,1、检测仪表的分类 根据所测参数的不同，可分为压力（包括差压、负压）检测仪表、流量检测仪表、物位（液位）检测仪表、温度检测仪表、物质成分分析仪表及物性检测仪表等。 按表达示数的的方式不同，可分成指示型、记录型、讯号型、远传指示型、累积型。 按精度等级及使用场合的不同，可分为实用仪表、范型仪表和标准仪表，分别使用在现场、实验室和标定室。,压力检测仪表,流量检测仪表,温度检测仪表,液位检测仪表,指示型、记录型、讯号型、远传指示型、累积型等,XSR50 彩色无纸记录仪,XRS30 单色无纸记录仪,智能压力校验仪,压力仪表校验装置,热电偶校验仿真仪,隔膜压力表,实用仪表、范型仪表和标准仪表，分别使用在现场、实验室和标定室,检测仪表与测量方法的分类,2、测量方法的分类,直接测量,间接测量,按照测量结果的获得过程,测量方法的分类,按测量结果的获得过程分类：,直接测量法 间接测量法,直接测量：用事先分度或标定好的测量仪表，直接读取被测量测量结果的方法。直接将被测量与标准量进行比较。,如：,测量结果：20.1 mm,特点：简单、直观、明了、精确度较高,（1）偏差法 （2）零值法 （3）微差法,测量方法的分类,间接测量：通过直接测量于被测量有确定函数关系的其他各个变量，然后将所得的数值代入函数进行计算，从而求得被测量值的方法称为间接测量。 y = f (x）,S = a b,a,b,测量方法的分类,接触测量,按测量仪表的特点分类：,接触测量法 非接触测量法,化工检测的发展趋势,检测技术的现代化 检测仪表的集成化、数字化、智能化 软测量技术和虚拟仪器,例题分析,1. 某台具有线性关系的温度变送器，其测温范围为 0200，变送器的输出为 420mA。对这台温度变送器进行校验，得到下列数据：,试根据以上校验数据确定该仪表的变差、准确度等级与线性度。,解:该题的解题步骤如下。(1)根据仪表的输出范围确定在各温度测试点的输出标准值x标。任一温度值的标准输出信号(mA)为例如,当温度为50时,对应的输出应为其余类推。,(2)算出各测试点正、反行程时的绝对误差正与反 ,并算出正、反行程之差变 ,分别填入下表内(计算变时可不考虑符号,取正值)。,(3)由上表找出最大的绝对误差max ,并计算最大的相对百分误差max。由上表可知,去掉max的“”号及“%”号后,其数值为0.625 ,数值在0.51.0之间,由于该表的max已超过0.5级表所允许的允,故该表的准确度等级为1.0级。,