第1章-化工儀表及自動化課件

化工儀表及自動化第一章檢測儀表基本知識

化工儀表及自動化第一章檢測儀表基本知識內(nèi)容提要測量過程與測量誤差測量儀表的品質(zhì)指標測量系統(tǒng)中的常見信號類型檢測系統(tǒng)中信號的傳遞形式檢測儀表與測量方法的分類化工檢測的發(fā)展趨勢1內(nèi)容提要測量過程與測量誤差1測量過程與測量誤差測量是用實驗的方法,求出某個量的大小。舉例測一段導線的長度直接測量間接測量測量實質(zhì)：是將被測參數(shù)與其相應的測量單位進行比較的過程。2測量過程與測量誤差測量是用實驗的方法,求出某個量的大小。舉測量過程與測量誤差測量誤差：由儀表讀得的被測值(測量值)與被測參數(shù)的真實值之間的差距。測量誤差按其產(chǎn)生原因的不同,可以分為三類：系統(tǒng)誤差疏忽誤差偶然誤差3測量過程與測量誤差測量誤差：由儀表讀得的被測值(測量值)與測量過程與測量誤差絕對誤差xI：儀表指示值,xt：被測量的真值由于真值無法得到

x：被校表的讀數(shù)值，x0：標準表的讀數(shù)值

相對誤差4測量過程與測量誤差絕對誤差xI：儀表指示值,xt：被測量的檢測儀表的品質(zhì)指標51.測量儀表的準確度（精確度）說明：儀表的測量誤差可以用絕對誤差Δ來表示。但是，儀表的絕對誤差在測量范圍內(nèi)的各點不相同。因此，常說的“絕對誤差”指的是絕對誤差中的最大值Δmax。

兩大影響因素絕對誤差和儀表的標尺范圍檢測儀表的品質(zhì)指標51.測量儀表的準確度（精確度）說明：儀表檢測儀表的品質(zhì)指標相對百分誤差δ允許誤差6檢測儀表的品質(zhì)指標相對百分誤差δ允許誤差6檢測儀表的品質(zhì)指標

儀表的δ允越大，表示它的精確度越低；反之，儀表的δ允越小，表示儀表的精確度越高。將儀表的允許相對百分誤差去掉“±”號及“％”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)7檢測儀表的品質(zhì)指標儀表的δ允越大，表示檢測儀表的品質(zhì)指標8舉例例1-1某臺測溫儀表的測溫范圍為200~700℃，校驗該表時得到的最大絕對誤差為±4℃，試確定該儀表的相對百分誤差與準確度等級。解

該儀表的相對百分誤差為

如果將該儀表的δ去掉“±”號與“％”號，其數(shù)值為0.8。由于國家規(guī)定的精度等級中沒有0.8級儀表，同時，該儀表的誤差超過了0.5級儀表所允許的最大誤差，所以，這臺測溫儀表的精度等級為1.0級。檢測儀表的品質(zhì)指標8舉例例1-1某臺測溫儀表的測溫范圍為2檢測儀表的品質(zhì)指標9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。

準確度等級數(shù)值越小，就表征該儀表的準確度等級越高，儀表的準確度越高。工業(yè)現(xiàn)場用的測量儀表，其準確度大多在0.5級以下。

儀表的精度等級一般可用不同的符號形式標志在儀表面板上。舉例1.51.0如：檢測儀表的品質(zhì)指標9儀表的準確度等級是衡量儀表質(zhì)量優(yōu)劣的重要檢測儀表的品質(zhì)指標注意

在工業(yè)上應用時,對檢測儀表準確度的要求,應根據(jù)生產(chǎn)操作的實際情況和該參數(shù)對整個工藝過程的影響程度所提供的誤差允許范圍來確定,這樣才能保證生產(chǎn)的經(jīng)濟性和合理性。10檢測儀表的品質(zhì)指標注意在工業(yè)上應用時,對檢測儀表準確檢測儀表的品質(zhì)指標2.檢測儀表的恒定度

變差是指在外界條件不變的情況下，用同一儀表對被測量在儀表全部測量范圍內(nèi)進行正反行程（即被測參數(shù)逐漸由小到大和逐漸由大到?。y量時，被測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測量儀表的變差11儀表的變差不能超出儀表的允許誤差，否則應及時檢修。檢測儀表的品質(zhì)指標2.檢測儀表的恒定度變差是指在檢測儀表的品質(zhì)指標123.靈敏度與靈敏限

儀表的靈敏度是指儀表指針的線位移或角位移，與引起這個位移的被測參數(shù)變化量的比值。即

式中，S為儀表的靈敏度；Δα為指針的線位移或角位移；Δx為引起Δα所需的被測參數(shù)變化量。

儀表的靈敏限是指能引起儀表指針發(fā)生動作的被測參數(shù)的最小變化量。通常儀表靈敏限的數(shù)值應不大于儀表允許絕對誤差的一半。

注意：上述指標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。

檢測儀表的品質(zhì)指標123.靈敏度與靈敏限儀檢測儀表的品質(zhì)指標134.反應時間

反應時間就是用來衡量儀表能不能盡快反映出參數(shù)變化的品質(zhì)指標。反應時間長，說明儀表需要較長時間才能給出準確的指示值，那就不宜用來測量變化頻繁的參數(shù)。儀表反應時間的長短，實際上反映了儀表動態(tài)特性的好壞。

儀表的反應時間有不同的表示方法

當輸入信號突然變化一個數(shù)值后，輸出信號將由原始值逐漸變化到新的穩(wěn)態(tài)值。

儀表的輸出信號由開始變化到新穩(wěn)態(tài)值的63.2％（95％）所用的時間，可用來表示反應時間。檢測儀表的品質(zhì)指標134.反應時間反應時間就是用來檢測儀表的品質(zhì)指標145.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際校準曲線與理論直線的吻合程度。通常總是希望測量儀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，δf為線性度（又稱非線性誤差）；Δfmax為校準曲線對于理論直線的最大偏差（以儀表示值的單位計算）。檢測儀表的品質(zhì)指標145.線性度線性度是表征線性刻檢測儀表的品質(zhì)指標

6.重復性重復性表示檢測儀表在被測參數(shù)按同一方向作全量程連續(xù)多次變動時所得標定特性曲線不一致的程度。若標定的特性曲線一致,重復性就好,重復性誤差就小。圖1-3重復性示意圖15檢測儀表的品質(zhì)指標6.重復性重復性表示檢測儀表在被檢測系統(tǒng)中的常見信號類型作用于檢測裝置輸入端的被測信號，通常要轉(zhuǎn)換成以下幾種便于傳輸和顯示的信號類型1.位移信號2.壓力信號3.電氣信號4.光信號16檢測系統(tǒng)中的常見信號類型作用于檢測裝置輸入端的被測信號，通常檢測系統(tǒng)中信號的傳遞形式

1.模擬信號在時間上是連續(xù)變化的,即在任何瞬時都可以確定其數(shù)值的信號。2.數(shù)字信號數(shù)字信號是一種以離散形式出現(xiàn)的不連續(xù)信號,通常用二進制數(shù)“0”和“1”組合的代碼序列來表示。

3.開關(guān)信號用兩種狀態(tài)或用兩個數(shù)值范圍表示的不連續(xù)信號。17檢測系統(tǒng)中信號的傳遞形式1.模擬信號在時間上是連檢測儀表與測量方法的分類

1.檢測儀表的分類①依據(jù)所測參數(shù)的不同,可分成壓力(包括差壓、負壓)檢測儀表、流量檢測儀表、物位(液位)檢測儀表、溫度檢測儀表、物質(zhì)成分分析儀表及物性檢測儀表等。②按表達示數(shù)的方式不同,可分成指示型、記錄型、訊號型、遠傳指示型、累積型等。③按精度等級及使用場合的不同,可分為實用儀表、范型儀表和標準儀表,分別使用在現(xiàn)場、實驗室和標定室。18檢測儀表與測量方法的分類1.檢測儀表的分類①依據(jù)所測參數(shù)的檢測儀表與測量方法的分類2.測量方法的分類按照測量結(jié)果的獲得過程直接測量間接測量

19檢測儀表與測量方法的分類2.測量方法的分類按照測量結(jié)果的獲檢測儀表與測量方法的分類（1）直接測量

利用經(jīng)過標定的儀表對被測參數(shù)進行測量，直接從顯示結(jié)果獲得被測參數(shù)的具體數(shù)值的測量方法。

根據(jù)被測參數(shù)獲得方式的不同，直接測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)合起來的微差法

20檢測儀表與測量方法的分類（1）直接測量利用經(jīng)過標檢測儀表與測量方法的分類（2）間接測量

當被測量不宜直接測量時,可以通過測量與被測量有關(guān)的幾個相關(guān)量后,再經(jīng)過計算來確定被測量的大小。21檢測儀表與測量方法的分類（2）間接測量當被測量不宜化工檢測的發(fā)展趨勢1.檢測技術(shù)的現(xiàn)代化2.檢測儀表的集成化、數(shù)字化、智能化

3.軟測量技術(shù)和虛擬儀器22化工檢測的發(fā)展趨勢1.檢測技術(shù)的現(xiàn)代化2.檢測儀表的集成例題分析1.某臺具有線性關(guān)系的溫度變送器,其測溫范圍為0～200℃,變送器的輸出為4～20mA。對這臺溫度變送器進行校驗,得到下列數(shù)據(jù):輸入信號標準溫度/℃050100150200輸出信號/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)以上校驗數(shù)據(jù)確定該儀表的變差、準確度等級與線性度。23例題分析1.某臺具有線性關(guān)系的溫度變送器,其測溫范圍為0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試點的輸出標準值x標。任一溫度值的標準輸出信號(mA)為

例如,當溫度為50℃時,對應的輸出應為

其余類推。24解:該題的解題步驟如下。24(2)算出各測試點正、反行程時的絕對誤差Δ正與Δ反,并算出正、反行程之差Δ變,分別填入下表內(nèi)(計算Δ變時可不考慮符號,取正值)。輸入信號/℃050100150200輸出信號/mA正行程讀數(shù)x正反行程讀數(shù)x反標準值44.02488.10812.0112.101216.0116.09162020.0120絕對誤差/mA正行程Δ正反行程Δ反

00.0200.100.010.100.010.0900.01正反行程之差Δ變

0.020.100.090.080.0125(2)算出各測試點正、反行程時的絕對誤差Δ正與Δ反,并算出

(3)由上表找出最大的絕對誤差Δmax,并計算最大的相對百分誤差δmax。由上表可知去掉δmax的“±”號及“%”號后,其數(shù)值為0.625,數(shù)值在0.5～1.0之間,由于該表的δmax已超過0.5級表所允許的δ允,故該表的準確度等級為1.0級。26(3)由上表找出最大的絕對誤差Δmax,并計算最大的相對(4)計算變差

由于該變差數(shù)值在1.0級表允許的誤差范圍內(nèi),故不影響表的準確度等級。注意若變差數(shù)值Δ變max超過了絕對誤差Δmax,則應以Δ變max來確定儀表的準確度等級。27(4)計算變差由于該變差數(shù)值在1.0級表允許的誤差(5)由計算結(jié)果可知,非線性誤差的最大值Δfmax=0.10,故線性度δf為注意在具體校驗儀表時,為了可靠起見,應適當增加測試點與實驗次數(shù),本例題只是簡單列舉幾個數(shù)據(jù)說明問題罷了。28(5)由計算結(jié)果可知,非線性誤差的最大值Δfmax=0.2.某臺測溫儀表的測溫范圍為200～1000℃,工藝上要求測溫誤差不能大于±5℃,試確定應選儀表的準確度等級。解:工藝上允許的相對百分誤差為

要求所選的儀表的相對百分誤差不能大于工藝上的δ允,才能保證測溫誤差不大于±5℃,所以所選儀表的準確度等級應為0.5級。當然儀表的準確度等級越高,能使測溫誤差越小,但為了不增加投資費用,不宜選過高準確度的儀表。292.某臺測溫儀表的測溫范圍為200～1000℃,工藝上要求經(jīng)常不斷地學習,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量StudyConstantly,AndYouWillKnowEverything.TheMoreYouKnow,TheMorePowerfulYouWillBe寫在最后經(jīng)常不斷地學習,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量寫感謝聆聽不足之處請大家批評指導PleaseCriticizeAndGuideTheShortcomings結(jié)束語講師：XXXXXXXX年XX月XX日

感謝聆聽結(jié)束語講師：XXXXXX化工儀表及自動化第一章檢測儀表基本知識

化工儀表及自動化第一章檢測儀表基本知識內(nèi)容提要測量過程與測量誤差測量儀表的品質(zhì)指標測量系統(tǒng)中的常見信號類型檢測系統(tǒng)中信號的傳遞形式檢測儀表與測量方法的分類化工檢測的發(fā)展趨勢1內(nèi)容提要測量過程與測量誤差1測量過程與測量誤差測量是用實驗的方法,求出某個量的大小。舉例測一段導線的長度直接測量間接測量測量實質(zhì)：是將被測參數(shù)與其相應的測量單位進行比較的過程。2測量過程與測量誤差測量是用實驗的方法,求出某個量的大小。舉測量過程與測量誤差測量誤差：由儀表讀得的被測值(測量值)與被測參數(shù)的真實值之間的差距。測量誤差按其產(chǎn)生原因的不同,可以分為三類：系統(tǒng)誤差疏忽誤差偶然誤差3測量過程與測量誤差測量誤差：由儀表讀得的被測值(測量值)與測量過程與測量誤差絕對誤差xI：儀表指示值,xt：被測量的真值由于真值無法得到

x：被校表的讀數(shù)值，x0：標準表的讀數(shù)值

相對誤差4測量過程與測量誤差絕對誤差xI：儀表指示值,xt：被測量的檢測儀表的品質(zhì)指標51.測量儀表的準確度（精確度）說明：儀表的測量誤差可以用絕對誤差Δ來表示。但是，儀表的絕對誤差在測量范圍內(nèi)的各點不相同。因此，常說的“絕對誤差”指的是絕對誤差中的最大值Δmax。

兩大影響因素絕對誤差和儀表的標尺范圍檢測儀表的品質(zhì)指標51.測量儀表的準確度（精確度）說明：儀表檢測儀表的品質(zhì)指標相對百分誤差δ允許誤差6檢測儀表的品質(zhì)指標相對百分誤差δ允許誤差6檢測儀表的品質(zhì)指標

儀表的δ允越大，表示它的精確度越低；反之，儀表的δ允越小，表示儀表的精確度越高。將儀表的允許相對百分誤差去掉“±”號及“％”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)7檢測儀表的品質(zhì)指標儀表的δ允越大，表示檢測儀表的品質(zhì)指標8舉例例1-1某臺測溫儀表的測溫范圍為200~700℃，校驗該表時得到的最大絕對誤差為±4℃，試確定該儀表的相對百分誤差與準確度等級。解

該儀表的相對百分誤差為

如果將該儀表的δ去掉“±”號與“％”號，其數(shù)值為0.8。由于國家規(guī)定的精度等級中沒有0.8級儀表，同時，該儀表的誤差超過了0.5級儀表所允許的最大誤差，所以，這臺測溫儀表的精度等級為1.0級。檢測儀表的品質(zhì)指標8舉例例1-1某臺測溫儀表的測溫范圍為2檢測儀表的品質(zhì)指標9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。

準確度等級數(shù)值越小，就表征該儀表的準確度等級越高，儀表的準確度越高。工業(yè)現(xiàn)場用的測量儀表，其準確度大多在0.5級以下。

儀表的精度等級一般可用不同的符號形式標志在儀表面板上。舉例1.51.0如：檢測儀表的品質(zhì)指標9儀表的準確度等級是衡量儀表質(zhì)量優(yōu)劣的重要檢測儀表的品質(zhì)指標注意

在工業(yè)上應用時,對檢測儀表準確度的要求,應根據(jù)生產(chǎn)操作的實際情況和該參數(shù)對整個工藝過程的影響程度所提供的誤差允許范圍來確定,這樣才能保證生產(chǎn)的經(jīng)濟性和合理性。10檢測儀表的品質(zhì)指標注意在工業(yè)上應用時,對檢測儀表準確檢測儀表的品質(zhì)指標2.檢測儀表的恒定度

變差是指在外界條件不變的情況下，用同一儀表對被測量在儀表全部測量范圍內(nèi)進行正反行程（即被測參數(shù)逐漸由小到大和逐漸由大到?。y量時，被測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測量儀表的變差11儀表的變差不能超出儀表的允許誤差，否則應及時檢修。檢測儀表的品質(zhì)指標2.檢測儀表的恒定度變差是指在檢測儀表的品質(zhì)指標123.靈敏度與靈敏限

儀表的靈敏度是指儀表指針的線位移或角位移，與引起這個位移的被測參數(shù)變化量的比值。即

式中，S為儀表的靈敏度；Δα為指針的線位移或角位移；Δx為引起Δα所需的被測參數(shù)變化量。

儀表的靈敏限是指能引起儀表指針發(fā)生動作的被測參數(shù)的最小變化量。通常儀表靈敏限的數(shù)值應不大于儀表允許絕對誤差的一半。

注意：上述指標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。

檢測儀表的品質(zhì)指標123.靈敏度與靈敏限儀檢測儀表的品質(zhì)指標134.反應時間

反應時間就是用來衡量儀表能不能盡快反映出參數(shù)變化的品質(zhì)指標。反應時間長，說明儀表需要較長時間才能給出準確的指示值，那就不宜用來測量變化頻繁的參數(shù)。儀表反應時間的長短，實際上反映了儀表動態(tài)特性的好壞。

儀表的反應時間有不同的表示方法

當輸入信號突然變化一個數(shù)值后，輸出信號將由原始值逐漸變化到新的穩(wěn)態(tài)值。

儀表的輸出信號由開始變化到新穩(wěn)態(tài)值的63.2％（95％）所用的時間，可用來表示反應時間。檢測儀表的品質(zhì)指標134.反應時間反應時間就是用來檢測儀表的品質(zhì)指標145.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際校準曲線與理論直線的吻合程度。通?？偸窍Ｍ麥y量儀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，δf為線性度（又稱非線性誤差）；Δfmax為校準曲線對于理論直線的最大偏差（以儀表示值的單位計算）。檢測儀表的品質(zhì)指標145.線性度線性度是表征線性刻檢測儀表的品質(zhì)指標

6.重復性重復性表示檢測儀表在被測參數(shù)按同一方向作全量程連續(xù)多次變動時所得標定特性曲線不一致的程度。若標定的特性曲線一致,重復性就好,重復性誤差就小。圖1-3重復性示意圖15檢測儀表的品質(zhì)指標6.重復性重復性表示檢測儀表在被檢測系統(tǒng)中的常見信號類型作用于檢測裝置輸入端的被測信號，通常要轉(zhuǎn)換成以下幾種便于傳輸和顯示的信號類型1.位移信號2.壓力信號3.電氣信號4.光信號16檢測系統(tǒng)中的常見信號類型作用于檢測裝置輸入端的被測信號，通常檢測系統(tǒng)中信號的傳遞形式

1.模擬信號在時間上是連續(xù)變化的,即在任何瞬時都可以確定其數(shù)值的信號。2.數(shù)字信號數(shù)字信號是一種以離散形式出現(xiàn)的不連續(xù)信號,通常用二進制數(shù)“0”和“1”組合的代碼序列來表示。

3.開關(guān)信號用兩種狀態(tài)或用兩個數(shù)值范圍表示的不連續(xù)信號。17檢測系統(tǒng)中信號的傳遞形式1.模擬信號在時間上是連檢測儀表與測量方法的分類

1.檢測儀表的分類①依據(jù)所測參數(shù)的不同,可分成壓力(包括差壓、負壓)檢測儀表、流量檢測儀表、物位(液位)檢測儀表、溫度檢測儀表、物質(zhì)成分分析儀表及物性檢測儀表等。②按表達示數(shù)的方式不同,可分成指示型、記錄型、訊號型、遠傳指示型、累積型等。③按精度等級及使用場合的不同,可分為實用儀表、范型儀表和標準儀表,分別使用在現(xiàn)場、實驗室和標定室。18檢測儀表與測量方法的分類1.檢測儀表的分類①依據(jù)所測參數(shù)的檢測儀表與測量方法的分類2.測量方法的分類按照測量結(jié)果的獲得過程直接測量間接測量

19檢測儀表與測量方法的分類2.測量方法的分類按照測量結(jié)果的獲檢測儀表與測量方法的分類（1）直接測量

利用經(jīng)過標定的儀表對被測參數(shù)進行測量，直接從顯示結(jié)果獲得被測參數(shù)的具體數(shù)值的測量方法。

根據(jù)被測參數(shù)獲得方式的不同，直接測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)合起來的微差法

20檢測儀表與測量方法的分類（1）直接測量利用經(jīng)過標檢測儀表與測量方法的分類（2）間接測量

當被測量不宜直接測量時,可以通過測量與被測量有關(guān)的幾個相關(guān)量后,再經(jīng)過計算來確定被測量的大小。21檢測儀表與測量方法的分類（2）間接測量當被測量不宜化工檢測的發(fā)展趨勢1.檢測技術(shù)的現(xiàn)代化2.檢測儀表的集成化、數(shù)字化、智能化

3.軟測量技術(shù)和虛擬儀器22化工檢測的發(fā)展趨勢1.檢測技術(shù)的現(xiàn)代化2.檢測儀表的集成例題分析1.某臺具有線性關(guān)系的溫度變送器,其測溫范圍為0～200℃,變送器的輸出為4～20mA。對這臺溫度變送器進行校驗,得到下列數(shù)據(jù):輸入信號標準溫度/℃050100150200輸出信號/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)以上校驗數(shù)據(jù)確定該儀表的變差、準確度等級與線性度。23例題分析1.某臺具有線性關(guān)系的溫度變送器,其測溫范圍為0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試點的輸出標準值x標。任一溫度值的標準輸出信號(mA)為

例如,當溫度為50℃時,對應的輸出應為

其余類推。24解:該題的解題步驟如下。24(2)算出各測試點正、反行程時的絕對誤差Δ正與Δ反,并算出正、反行程之差Δ變,分別填入下表內(nèi)(計算Δ變時可不考慮符號,取正值)。輸入信號/℃050100150200輸出信號/mA正行程讀數(shù)x正反行程讀數(shù)x反標準值44.02488.10812.0112.101216.0116.09162020.0120絕對誤差/mA正行程Δ正反行程Δ反

00.0200.100.010.100.01