熱工測量儀表的選擇與精度分析

1、第21卷第3期1997年9月南京林業(yè)大學學報熱工測量儀表的選擇與精度分析梅玉春()摘,提出一些儀表選擇原則,并通過分析實例,討,同時還指出。關鍵詞熱工儀表;精度;量程中圖分類號TH81對熱工參數(shù)的準確測量是保證熱工設備安全、經(jīng)濟運行的必要條件,而正確選擇熱工測量儀表,則是確保測量準確性的保證。有些企業(yè)往往因儀表選擇不當而出現(xiàn)測量問題,甚至造成有些熱工設備不能安全、經(jīng)濟運行。熱工測量儀表的選擇一般包括:根據(jù)被測對象來選擇儀表的類型(例如,是需要選擇防腐、防爆類的,還是需要選擇具有記錄或信號遠傳類的);根據(jù)被測量值范圍和對測量精度的要求來選擇儀表的精度和量程。在測量儀表選擇上出現(xiàn)問題較多的是儀表的

2、精度和量程的選擇,通常是不能根據(jù)生產(chǎn)工藝對測量精度的要求來正確選擇儀表的精度,使實際測量達不到所希望的測量精度。究其原因,主要是混淆了測量精度和儀表精度這兩個概念,造成“生產(chǎn)工藝要求測量精度達到115級,就選擇115級的測量儀表”現(xiàn)象的發(fā)生。實際上,對儀表的選擇是不能簡單地根據(jù)測量精度來選擇儀表精度的。此外,要確保熱工參數(shù)測量的準確性,除應注意儀表的正確選擇外,還應注意測點的合理布置及儀表的正確安裝和使用,但首先是要正確選擇測量儀表,否則測點布置得再合理、儀表的安裝和使用再正確,也不能保證熱工參數(shù)測量的準確性。1儀表精度、測量精度與誤差對某一熱工參數(shù)測量所要求達到的準確性,常用測量精度來表示。

3、例如,要求測量精度達到115級,亦即要求在測量時的相對誤差不得超過±1.5%。測量精度一般是由用戶根據(jù)生產(chǎn)工藝要求來確定的。儀表的精度是按國家統(tǒng)一規(guī)定的允許誤差大小來劃分的。某級精度儀表的允許誤差,是指在規(guī)定的正常使用情況下,國家規(guī)定這類儀表所允許具有的最大儀表誤差,常折合成百分數(shù)來表示。例如,精收稿日期1997205231第一作者簡介:梅玉春,男,南京林業(yè)大學木材工業(yè)學院講師,在職碩士研究生。1986年畢業(yè)于華北電力大學生產(chǎn)過程自動化專業(yè)。55南京林業(yè)大學學報第21卷第3期度等級為110級的儀表,其允許誤差不超過±1.0%,亦即該儀表在測量時,全量程范圍內各點處指示值的相

4、對誤差均不允許超過±1.0%,否則該儀表為不合格產(chǎn)品或不是110級精度的儀表。儀表精度是由國家規(guī)定的,用戶不能自行規(guī)定儀表所具有的精度,但可以檢驗儀表是否達到所標稱的精度。在規(guī)定的正常工作條件下,儀表在測量時所具有的最大絕對誤差與量程之比,稱為基本誤差?；菊`差也是針對全量程范圍內測量而言的,且一只合格的儀表,其基本誤差應小于或等于允許誤差。正是因為這個原因,在實際測量中,可以根據(jù)所選儀表的精度和量程來估算測量中可能會出現(xiàn)的最大絕對誤差。例如,針對某一壓力的測量,所選的儀表精度是115級、量程為03MPa,則該儀表的允許誤差為±1.5%,最保守的估算是取基本誤差等于允許誤差

5、。根據(jù)基本誤差定義,測量時可能具有的最大絕對誤差為3×(±1.5%)=±0.045MPa。儀表本身所具有的誤差是由很多因素組成的,例如線性度、,儀表的不靈敏區(qū)最易被用戶所忽視。度與量程之比的百分數(shù),稱為不靈敏區(qū),亦稱死區(qū)。關系,具有相同精度等級的儀表,量程越大,應注意由其造成的測量誤差。2211儀表選擇首先要考慮的是滿足測量精度的要求。如何通過測量精度來選擇儀表精度,將在后面作詳細的討論。但是要注意的是,對儀表精度的選擇,不是選擇精度等級越高就越好。儀表精度越高,儀表的價格就越高,而且其對測量環(huán)境要求也高。所以,在滿足測量精度要求時,選擇的儀表精度越低越好,一是可

6、以減小工程的投資;二是耐用,不易損壞。一般工程上選擇較多的是115級及以上的儀表。212量程測量值的上限應和儀表的量程相適應。這主要是為了減小由儀表不靈敏區(qū)所引起的分辨誤差。因儀表不靈敏區(qū)的存在,當輸入量較小時,輸出量可能不發(fā)生變化,或變化幅度太小,不易被察覺,造成分辨誤差。量程選擇過大,由其引起的測量誤差就很大,用戶對其應引起足夠的重視。通常在儀表整個量程的前三分之一范圍內,分辨力不高,測量誤差較大;后面三分之二范圍內,分辨力較高,測量誤差相對較小。所以,測量值的上限不應落在整個量程的前三分之一范圍內。一般當被測量值波動范圍不大時,所選擇的量程應滿足測量值落在三分之二量程左右;波動較大時,應

7、落在二分之一量程左右。例如,若測較為穩(wěn)定的2MPa壓力,宜選擇03MPa量程的壓力表;如果在2MPa左右波動較大,那么宜選擇04MPa量程的壓力表。在儀表精度和量程的選擇原則中,儀表精度選擇優(yōu)先。只有使所選擇的儀表精度滿足測量精度的要求,才可以考慮儀表量程的選擇問題。否則,量程選擇的再合理,也不能達到測量精度的要求。3儀表選擇實例分析在儀表選擇中應特別注意儀表精度的選擇和對測量精度的要求。下面通過兩個實例來討論儀表選擇的一般步驟。例1某木材加工廠的烘箱需要配置一只溫控電極點溫度計?，F(xiàn)有兩只溫度計供選擇,其精度均為015級,但其量程一只為01000;另一只為0150。需要測量的溫度是100,試問

8、選哪一只溫度計為好?561997年總第73期梅玉春:熱工測量儀表的選擇與精度分析解因為對一個合格儀表,測量時的基本誤差應小于或等于其允許誤差,所以其測量時可能出現(xiàn)的最大絕對誤差為:允許誤差,得max=量程×01000量程:0.5%)=±51max=1000×(±0150量程:0.5%)=±0.752max=150×(±在全量程范圍內,上述最大絕對誤差都可能會出現(xiàn),因此假設在100處出現(xiàn),則測量時可能出現(xiàn)的最大相對誤差rmax分別是r1max=(±5)/100=±5%r2max=(±0.75)/1

9、00=±0.75%因為相對誤差更能夠說明測量的準確性,所以應選擇量程為0150的溫度計此例中并沒給出所要達到的測量精度,。因此,完全可以根據(jù)儀表選擇原則中的第二條原則,另外從計算結果可以看出,1±0.5%),那例2115118MPa范圍內,要求測量相對誤差不超過±1.5)供選擇,試選出滿足要求的壓力表。)02.002.503.0解此例既給出了儀表精度,又給出了測量精度,這就涉及到儀表的精度和量程兩個方面的選擇問題。但必須注意“精度選擇優(yōu)先”,所以必須先通過計算找出所有能滿足測量精度要求的儀表,然后再考慮量程的選擇問題。依題所給的測量精度,測量時所允許最大絕對誤差的

10、范圍為1.5%)=±(0.02250.027)MPamax=(1.51.8)×(±同時計算出,在測量時可能會造成的最大絕對誤差,得出只有量程為03.0MPa、精度為015級的壓力表能滿足測量要求,而且量程也基本符合儀表選擇的第二個原則。當然,如果還有別的量程能滿足測量要求,那么還要根據(jù)量程選擇原則來選擇所需的儀表;如果在一個量程中有兩個或兩個以上精度的儀表滿足測量要求,那么就要根據(jù)儀表選擇的第一個原則,選擇精度低的儀表。對此例,不能根據(jù)測量精度去直接選擇儀表精度,不要認為“要求測量相對誤差不超過±1.5%”,就認為題中所給的6只儀表的精度均能滿足測量精度

11、的要求,這是在儀表選擇上最容易犯的錯誤。4儀表選擇中應注意的其它問題對儀表的選擇,除應注意儀表精度和量程的正確選擇外,有時還應注意儀表其它參數(shù)的選擇,只有這樣,才能確保測量的準確性。例如,對蒸汽流量計的選擇,就應注意其壓力、溫度參數(shù)的選擇是否與被測蒸汽的實際壓力和溫度相符合。特別是所選擇的壓力參數(shù)不能太偏離實際壓力,否則就會引起較大的測量誤差。因為對流體流量測量的準確性,不僅與儀表的安裝、精度和量程有關,而且還和流體的重度有關。流量計指示值的標定是在一定的壓力、溫度,及其所對應的重度下進行的,要保證測量準確性就應使流體的實際重度與標定重度基本保持一致,否則將會引起較大的測量誤差。蒸汽是可壓縮性

12、流體,其重度易受壓力變化而變化,一旦用戶在選擇蒸汽流量計時,沒有注意這一點,就很容易造成蒸汽的實際重度偏離標定重度(因用戶往往要考慮余量,常將壓力參數(shù)選擇偏大),使其在計量上出現(xiàn)較大的誤差。這個誤差通常是負值,即流量計的指示值小于實際值,其誤差是可以近似計算出來的,但這不是本文所要討論的內容?？傊?在選擇蒸汽流量計時,除應注意流量計的量程和精度外,尤其要注意其壓力和溫度的選擇問題。57南京林業(yè)大學學報第21卷第3期參考文獻1吳永生,方可人編.熱工測量及儀表1北京:水利電力出版社,19852何適生,胡茗顯,謝積寶編1熱工測量1北京:電力工業(yè)出版社,1980SELECTIONANDPRECISIONANALYSISFORTHERMALENERGYENGINEERINGINSTRUMENTMeiYuchun(CollegeofWoodScienceandTechnology210037)AbstractTherearetheoftosurveytheparametersofthermalenergyengineering,theofselectingtheinstruments.Inthetext,theauthorcitedhowtoselecttheinstru