化工儀表第一章ppt

1、 主講人主講人: 周寅飛周寅飛揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院化學(xué)工程系揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院化學(xué)工程系第一章第一章 檢測(cè)儀表基本知識(shí)檢測(cè)儀表基本知識(shí) v 測(cè)量過(guò)程與測(cè)量誤差測(cè)量過(guò)程與測(cè)量誤差v 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)v 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v 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v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v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目錄：目錄：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)的方法是用實(shí)驗(yàn)的方法, ,求出某個(gè)量的大小。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

2、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。較的過(guò)程。 2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)量誤差：測(cè)量誤差：由儀表讀得的被測(cè)值由儀表讀得的被測(cè)值 ( (測(cè)量值測(cè)量值) )與被測(cè)參與被測(cè)參數(shù)的真實(shí)值之間的差距。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)誤差系統(tǒng)誤差 疏忽誤差疏忽誤差偶然誤差偶然誤差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，

3、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)誤差儀表的測(cè)量誤差可以用絕對(duì)誤差來(lái)表示。但是，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)。因此，常說(shuō)的的“絕對(duì)誤差絕對(duì)誤差”指的是絕對(duì)誤差中的最大值指的是絕對(duì)誤差中的最大值max。 兩大影響因素兩大影響因素絕對(duì)誤差和儀表的標(biāo)尺范圍絕對(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) 儀表的儀表的允

4、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(duì)越小，表示儀表的精確度越高。將儀表的允許相對(duì)百分誤差去掉百分誤差去掉“”號(hào)及號(hào)及“”號(hào)，便可以用來(lái)確定儀表號(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)有的精確度等級(jí)。目前常用的精確度等級(jí)有0.0050.005，0.020.02，0.050.05，0.10.1，0.20.2，0.40.4，0.50.5，1.01.0，1.51.5，2.52.5，4.04.0等。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)

5、測(cè)溫儀表的測(cè)溫范圍為200700，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)百分誤差為該儀表的相對(duì)百分誤差為 如果將該儀表的如果將該儀表的去掉去掉“”號(hào)與號(hào)與“”號(hào)，其數(shù)值為號(hào)，其數(shù)值為0.80.8。由于國(guó)家規(guī)定的精度等級(jí)中沒(méi)有由于國(guó)家規(guī)定的精度等級(jí)中沒(méi)有0.80.8級(jí)儀表，同時(shí)，該儀表的誤級(jí)儀表，同時(shí)，該儀表的誤差超過(guò)了差超過(guò)了0.50.5級(jí)儀表所允許的最大誤差，所以，這臺(tái)測(cè)溫儀表的級(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)為精度等級(jí)為1.01.0級(jí)。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

6、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，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)確度大多在在0.50.5級(jí)以下。級(jí)以下。 儀表的精度等級(jí)一般可用不同的符號(hào)形式標(biāo)志在儀表面儀表的精度等級(jí)一般可用不同的符號(hào)形式標(biāo)志在儀表面板上。板上。舉例舉例1.51.0如：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)在工業(yè)上應(yīng)用時(shí), ,對(duì)檢測(cè)儀表準(zhǔn)確度的要求對(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

7、數(shù)對(duì)整個(gè)工藝應(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。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

8、條特性曲線之間的差值。行所得到的兩條特性曲線之間的差值。 圖圖1-1 1-1 測(cè)量?jī)x表的變測(cè)量?jī)x表的變差差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

9、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，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(kāi)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?/p>

10、測(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)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)定的特性曲線一致標(biāo)定的特性曲線一致, ,重復(fù)性就好重復(fù)性就好, ,重復(fù)性誤差就小。重復(fù)性誤差就小。 圖圖1-3 重復(fù)性示意圖重復(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)

11、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1.1.位移信號(hào)位移信號(hào)2.2.壓力信號(hào)壓力信號(hào)3.3.電氣信號(hào)電氣信號(hào)4.4.光信號(hào)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)變化的在時(shí)間上是連續(xù)變化的, , 即在任何瞬時(shí)都可以確即在任何瞬時(shí)都可以確定其數(shù)值的信號(hào)。定其數(shù)值的信號(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)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)通常用二進(jìn)制數(shù)“0”0”和和“1”1”組合的代碼序列來(lái)表示。組合的代碼序

12、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)。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)依據(jù)的不同的不同, ,可分成壓力可分成壓力 ( (包括差壓、負(fù)壓包括差壓、負(fù)壓) )檢檢測(cè)儀表、流量檢測(cè)儀表、物位測(cè)儀表、流量檢測(cè)儀表、物位 ( (液位液位) )檢測(cè)儀表、溫度檢檢測(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。測(cè)儀表、物質(zhì)成分分析儀表及物性檢測(cè)儀表等。按按的方式不同的方式不同, ,可分成指示型、記錄型、訊號(hào)可分成指示型、記錄型、訊號(hào)型、遠(yuǎn)傳指示型、累積型等。型、遠(yuǎn)傳指示型、累積型等。按按的不同的不同, ,可分為實(shí)

13、用儀表、范型可分為實(shí)用儀表、范型儀表和標(biāo)準(zhǔn)儀表儀表和標(biāo)準(zhǔn)儀表, ,分別使用在現(xiàn)場(chǎng)、實(shí)驗(yàn)室和標(biāo)定室。分別使用在現(xiàn)場(chǎng)、實(shí)驗(yàn)室和標(biāo)定室。 18壓力檢測(cè)儀表壓力檢測(cè)儀表流量檢測(cè)儀表流量檢測(cè)儀表溫度檢測(cè)儀表溫度檢測(cè)儀表液位檢測(cè)儀表液位檢測(cè)儀表19指示型、記錄型、訊號(hào)型、遠(yuǎn)傳指示型、累積型等指示型、記錄型、訊號(hào)型、遠(yuǎn)傳指示型、累積型等 XSR50 彩色無(wú)紙記錄儀彩色無(wú)紙記錄儀 XRS30 單色無(wú)紙記錄儀單色無(wú)紙記錄儀 20智能壓力校驗(yàn)儀智能壓力校驗(yàn)儀 壓力儀表校驗(yàn)裝置壓力儀表校驗(yàn)裝置 熱電偶校驗(yàn)仿真儀熱電偶校驗(yàn)仿真儀 隔膜壓力表隔膜壓力表 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)室和實(shí)用儀表、范

14、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)定室標(biāo)定室 21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)程按照測(cè)量結(jié)果的獲得過(guò)程 直接測(cè)量直接測(cè)量 間接測(cè)量間接測(cè)量 22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 （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 23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)當(dāng)被

15、測(cè)量不宜直接測(cè)量時(shí), ,可以通過(guò)測(cè)量與被測(cè)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)量的再經(jīng)過(guò)計(jì)算來(lái)確定被測(cè)量的大小。大小。 24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25例題分析例題分析1. 1. 某臺(tái)具有線性關(guān)系的溫度變送器某臺(tái)具有線性關(guān)系的溫度變送器, ,其測(cè)溫范圍為其測(cè)溫范圍為 0 0200,200,變送器的輸出為變送器的輸出為 4 420mA20mA。對(duì)這臺(tái)溫度變送器進(jìn)行校驗(yàn)。

16、對(duì)這臺(tái)溫度變送器進(jìn)行校驗(yàn), ,得得到下列數(shù)據(jù)到下列數(shù)據(jù): : 輸入信號(hào)輸入信號(hào) 標(biāo)準(zhǔn)溫度標(biāo)準(zhǔn)溫度/0 05050100100150150200200輸出信號(hào)輸出信號(hào)/mA/mA正行程讀數(shù)正行程讀數(shù)x正正正行程讀數(shù)正行程讀數(shù)x反反4 44.024.028 88.108.1012.0112.0112.1012.1016.0116.0116.0916.09202020.0120.01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。度。264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

17、的解題步驟如下。該題的解題步驟如下。 (1)(1)根據(jù)儀表的輸出范圍確定在各溫度測(cè)試點(diǎn)的輸出標(biāo)根據(jù)儀表的輸出范圍確定在各溫度測(cè)試點(diǎn)的輸出標(biāo)準(zhǔn)值準(zhǔn)值x標(biāo)。任一溫度值的標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào)標(biāo)。任一溫度值的標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào)(mA)(mA)為為 例如例如, ,當(dāng)溫度為當(dāng)溫度為5050時(shí)時(shí), ,對(duì)應(yīng)的輸出應(yīng)為對(duì)應(yīng)的輸出應(yīng)為 其余類推。其余類推。 27(2)(2)算出各測(cè)試點(diǎn)正、反行程時(shí)的絕對(duì)誤差算出各測(cè)試點(diǎn)正、反行程時(shí)的絕對(duì)誤差正正與與反反 , ,并并算出正、反行程之差算出正、反行程之差變變 , ,分別填入下表內(nèi)分別填入下表內(nèi)( (計(jì)算計(jì)算變變時(shí)可時(shí)可不考慮符號(hào)不考慮符號(hào), ,取正值取正值) )。 輸入信號(hào)輸入信號(hào)

18、/0 05050100100150150200200輸出信號(hào)輸出信號(hào)/mA/mA正行程讀數(shù)正行程讀數(shù)x正正反行程讀數(shù)反行程讀數(shù)x反反標(biāo)準(zhǔn)值標(biāo)準(zhǔn)值4 44.024.024 48 88.108.108 812.0112.0112.1012.10121216.0116.0116.0916.091616202020.0120.012020絕對(duì)誤差絕對(duì)誤差/mA/mA正行程正行程正正反行程反行程反反 0 00.020.020 00.100.100.010.010.100.100.010.010.090.090 00.010.01正反行程之差正反行程之差變變 0.020.020.100.100.090.0

19、90.080.080.010.0128 (3)(3)由上表找出最大的絕對(duì)誤差由上表找出最大的絕對(duì)誤差maxmax , ,并計(jì)算最并計(jì)算最大的相對(duì)百分誤差大的相對(duì)百分誤差maxmax。由上表可知。由上表可知 )(10. 0maxmA%625. 0%10042010. 0max 去掉去掉maxmax的的“”號(hào)及號(hào)及“%”%”號(hào)后號(hào)后, ,其數(shù)值為其數(shù)值為0.625 ,0.625 ,數(shù)數(shù)值在值在0.50.51.01.0之間之間, ,由于該表的由于該表的maxmax已超過(guò)已超過(guò)0.50.5級(jí)表所允許的級(jí)表所允許的允允, ,故該表的準(zhǔn)確度等級(jí)為故該表的準(zhǔn)確度等級(jí)為1.01.0級(jí)。級(jí)。 29%625. 0%100420max變變(4)(4)計(jì)算變差