過程檢測技術誤差及壓力測量

過程檢測技術誤差及壓力測量第一頁，共二十七頁，2022年，8月28日前言●檢測儀表：用來檢測生產過程中工藝參數的技術工具。

●感傳器：將生產工藝參數轉換為一定的便于傳送的信號（如氣信號或電信號）的儀表。

●變送器：當傳感器的輸出信號為單元組合儀表中規(guī)定的標準信號時，如：氣壓信號（0.02～0.1MPa或電壓、電流信號（0～10mA或4～20mA），稱為變送器第二頁，共二十七頁，2022年，8月28日一測量的基本知識

測量的實質:

是一個比較的過程。即將被測參數和相應的測量單位進行比較的過程。測量儀表則是實現比較的工具。

§3.1測量及誤差理論

實際上：二測量誤差的表示方法1絕對誤差

理論上：

2相對誤差：某一點的絕對誤差與標準表在這一點的指示值x0之比。x指——測量儀表的指示值x真——被測量的真實值x0——比所使用的儀表精度高一級的儀表的讀數（標準表的指示值）第三頁，共二十七頁，2022年，8月28日3引用誤差：將絕對誤差折合成儀表測量范圍（量程范圍）的百分數

x上——儀表的測量上限

x下——儀表的測量下限N——儀表的量程（x上－x下）例題1：若被測介質的實際溫度為500℃，儀表的指示值為495℃，儀表的量程為0～1000℃，試確定絕對誤差、相對誤差、折合誤差和對儀表的讀數的修正值。解:絕對誤差:

△=X指－

X0=495－500=－5℃，儀表讀數的修正值:

C=X0

－X指=5℃

相對誤差:y=△/X0=5/500×100%=1%引用誤差:δ=△max/（x上－x下）=0.5%第四頁，共二十七頁，2022年，8月28日

三儀表的性能指標1.精確度:

是衡量儀表準確程度的一個品質指標。數值上等于在規(guī)定的正常情況下，儀表所允許的引用誤差。精確等級：將儀表允許的引用誤差±號及%號去掉，和國家規(guī)定的精度等級比較后，確定儀表的精度等級國家規(guī)定的精確度等級有：高精度等級低0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0。標準用表準確測量用表工業(yè)上用表1.52.5第五頁，共二十七頁，2022年，8月28日在實踐中常遇到以下兩類問題：

▲（1）如何給儀表定精度等級：即已知儀表的量程N和與精度等級高一級的標準表校驗時的最大絕對誤差。求出：

（1）如何給儀表定精度等級？（2）如何根據工藝要求？選擇合適精度等級的儀表或判斷現有的儀表精度等級是否滿足工藝要求：例2：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℃，試確定該儀表的精度等級。解：該儀表的允許的引用誤差為：

所以，該測溫儀表的精度等級為1.0級。去掉±、%和國家精度等級比，取相等或低檔的精度等級。0.5＜0.8＜1.0第六頁，共二十七頁，2022年，8月28日▲（2）如何根據工藝要求：

①選擇合適精度等級的儀表

根據工藝條件確定儀表的量程N（X上=（1.5～2.0）X工藝)和工藝允許的最大絕對誤差△max。求出：

去掉%和±并與國家精度等級相比，取相等或高檔的精度等級。例3：②或判斷現有的儀表精度等級是否滿足工藝要求：即儀表的量程N和精度等級都已知，判斷儀表是否滿足工藝要求。先算出儀表的：△允max=N×δ%再測出儀表的：△測max=X指－X0再比較：△測max≤△允max合格

△測max

＞△允max

不合格例4：第七頁，共二十七頁，2022年，8月28日例3：某反應器內的最高溫度500℃。根據工藝要求，最大允許誤差不超過+7℃，試問應如何選擇儀表的精度等級才能滿足以上要求？

解：根據工藝要求：儀表的量程上限：X上=2XMax=1000℃儀表的允許引用誤差為：去掉±、%，0.5＜0.7＜1.0，所以選精度等級0.5的儀表才能滿足工藝要求。精度等級1.0的儀表，其允許引用誤差為±1.0%，超過了工藝上允許的數值第八頁，共二十七頁，2022年，8月28日例4

：一臺精度等級為0.5，量程范為600~1200℃的電子電位差計，校驗時，其中的某一點最大絕對誤差是4℃，問此表是否合格？

解：根據工藝上的要求，儀表的允許誤差為：△允max=N×δ%=（1200－600）×0.5%=3℃而△測max=4℃＞

3℃

，所以此表不合格，需重新進行校驗。第九頁，共二十七頁，2022年，8月28日2.變差（遲滯誤差）：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進行正反行程測量時，被測量值正行和反行所得到的兩條特性曲線之間的最大偏差。

3.靈敏度與靈敏限

靈敏度K：是表達儀表對被測參數變化的靈敏程度。它是指儀表在達到穩(wěn)定狀態(tài)以后，儀表輸出信號變化Δy與引起此輸出信號變化的被測參數（輸入信號）變化量Δx之比。

最大絕對誤差被測變量正行程反行程儀表的指示值靈敏限△Xmax：引起儀表輸出信號發(fā)生變化（動作）的被測參數（輸入信號）的最小變化量?！鱔max≤1/2△

第十頁，共二十七頁，2022年，8月28日4.線性度：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。被測變量儀表指示值fmax第十一頁，共二十七頁，2022年，8月28日5.反應時間T：用來衡量儀表能不能盡快反映參數變化的品質指標。反應時間長，說明儀表需要較長的時間才能給出準確的指示值，那不宜用來測量變化頻繁的參數。63.2%A(∞)；95%A(∞)。

6漂移：指輸入量不變時，經過一定的時間后輸出量產生變化的現象，是衡量儀表穩(wěn)定性的重要指標。溫漂、零漂。

第十二頁，共二十七頁，2022年，8月28日三工業(yè)儀表的分類

1.按儀表使用的能源分類

電動儀表

氣動儀表

液動儀表

2.按信息的獲得、傳遞、反映和處理的過程分類

檢測儀表

顯示儀表

控制儀表

執(zhí)行器

3.按儀表的組成形式分類

基地式儀表：

氣動單元組合儀表：0.02～0.1MPa

單元組合儀表（QDZ）Ⅰ電子管型：已淘汰

電動單元組合儀表Ⅱ晶體管：將近淘汰（0～10mA）

（DDZ）Ⅲ集成電路：應用中（4～20mA）第十三頁，共二十七頁，2022年，8月28日本節(jié)學習要點▲1測量誤差的表示方法（絕對誤差、相對誤差、折合誤差（相對百分誤差））

2儀表的性能指標（▲精確度、變差、靈敏度與靈敏限、分辨力、線性度、反應時間）▲3如何給儀表定精度等級？▲4如何根據工藝要求：①選擇合適精度等級的儀表②判斷現有的儀表精度等級是否滿足工藝要求

本節(jié)作業(yè)：Pg165：6、9第十四頁，共二十七頁，2022年，8月28日§3.2壓力檢測與變送

一壓力概念1壓力(壓強）：指均勻垂直作用在單位面積上的力。

2壓力的表示：絕對壓力：P絕=P真表壓：P表=P絕－P氣真空度：P真=P大－P絕

二測壓儀表（按轉換原理的不同）液柱式壓力計彈性式壓力計電測式壓力計活塞式壓力計(一般作為標準型壓力計）（Pa=1N/m2)1MPa=106Pa1Kgf/cm2=0.1MPa第十五頁，共二十七頁，2022年，8月28日(一）液柱式壓力計U型管壓力計單管壓力計斜管壓力計DhDhα（二）彈性式壓力計

彈性式壓力計加上附加裝置（如：記錄機構、電氣變換裝置、控制元件等，則可實現壓力的記錄、遠傳、信號報警、自動控制等）表盤指針顯示位移壓力1.彈性元件：見圖3-3其測壓原理：皮托管（測速管）第十六頁，共二十七頁，2022年，8月28日圖3-3彈性元件示意圖

彈簧管式彈性元件（100～1000MPa）：橫截面為扁圓或橢圓？薄膜式彈性元件（中、低壓）：銅質的膜片（單片或雙片）、膜盒波紋管式壓力元件（微壓與低壓）：銅質第十七頁，共二十七頁，2022年，8月28日2.彈簧管壓力表（最常見的彈性式壓力計）

普通彈簧管壓力表的結構如圖3-4，具有上、下報警功能的電接點信號壓力表的結構如圖3-5。圖3-4普通彈簧管壓力表圖3-5具有上、下報警功能的電接點信號壓力表壓力自由端的位移表盤指針顯示放大機構

其測壓原理：7游絲：克服傳動間隙而產生的儀表變差8調整螺釘：調整儀表的量程第十八頁，共二十七頁，2022年，8月28日

（三）電氣式壓力計1.霍爾片式壓力傳感器2.應變片式壓力傳感器3.壓阻式壓力傳感器4.力矩平衡式壓力變送器5.電容式壓力變送器——是一種能將壓力轉換成電信號進行傳輸及顯示的儀表。其測壓原理：壓力電信號遠距離傳輸及顯示其組成：是由壓力傳感器、測量電路和信號處理裝置（一般有指示儀、記錄儀、控制器、微處理機等）組成。壓力傳感器的作用是把壓力信號檢測出來、并轉換成電信號進行傳輸，當輸出的電信號能夠被進一步轉換為標準信號（4～20mA、0.02～0.1MPa)時，壓力傳感器又叫壓力變送器。常見的壓力傳感器和壓力變送器有:第十九頁，共二十七頁，2022年，8月28日1.霍爾片式壓力傳感器：

霍爾電勢Uh的大小與半導體材料、所通過的電流、磁感應強度以及霍爾片的幾何尺寸等有關?；魻栃盎魻柶綁毫鞲衅魅缦聢D所示:圖3-9霍爾效應

Z軸方向:加一磁感應強度為B的恒定磁場Y軸方向:加一外電場(接入直流穩(wěn)壓電源X軸方向:出現電位差圖3-10霍爾片式壓力傳感器

RH——霍爾常數

根據霍爾效應制成，即利用霍爾元件(半導體如鍺)將壓力所引起的彈性元件的位移轉換成霍爾電勢，從而實現壓力的測量。第二十頁，共二十七頁，2022年，8月28日2應變片式壓力傳感器

利用應變片的電阻應變原理構成。圖3-24應變片式壓力傳感器的示意圖即壓力應變片產生應變?yōu)閴嚎s應變時,其阻值減小

為拉伸應變時,其阻值增大由橋式電路獲得相應的毫伏級不平衡電勢優(yōu)點:當直流電源10V時,可獲得5mA的電勢.故被測壓力可達25MPa,且動態(tài)性能好,適合快速變化的壓力測量。（金屬應變片和半導體應變片）第二十一頁，共二十七頁，2022年，8月28日3.壓阻式壓力傳感器：圖3-12

壓阻式壓力傳感器優(yōu)點：精度高、工作可靠、頻率響應快、遲滯小、尺寸小、重量輕、結構簡單

利用單晶硅的壓阻效應構成，其工作原理如圖3-12所示。當壓力發(fā)生變化時，單晶硅產生應變，使直接擴散在上面的應變電阻產生與被測壓力成比例的變化，再由橋式電路獲得相應的電壓輸出信號。第二十二頁，共二十七頁，2022年，8月28日4.力矩平衡式壓力變送器：是一種自平衡的檢測儀表，它利用負反饋的工作原理克服元件材料、加工工藝等不利因素的影響，使儀表具有較高的測量精度（一般為0.5級）。圖3-13DDZ-III型電動力矩平衡式壓力變送器的工作原理圖（1）DDZ-III型電動力矩平衡式壓力變送器的工作原理。（1）測量部分（波紋管）：PF（2）機械力轉換部分（雙杠桿）：F檢測片的位移，同時也起力矩與反力矩的平衡作用。（3）位移檢測器與電子放大器：檢測線圈的電感量，經放大轉換為4～20mA的直流信號輸出。（4）電磁反饋機構：將直流信號轉換為作用于副杠桿上負反饋力矩，和輸入力矩平衡時，輸出電流與被測壓力成比例。優(yōu)點：工作穩(wěn)定可靠、線性好、不靈敏區(qū)小等一系列優(yōu)點。第二十三頁，共二十七頁，2022年，8月28日2力矩平衡式壓力變送器的受力分析圖3-13力矩平衡式壓力變送器的受力分析O2O1F3θFiF2FfF1l2l1l3l4第二十四頁，共二十七頁，2022年，8月28日5.電容式壓力變送器：圖3-26電容式差壓變送器的原理圖優(yōu)點：結構簡單、過載能力強、可靠性好、測量精度高、體積小、重量輕、使用方便等優(yōu)點。

先將壓力的變化轉換為電容的變化，然后進行測量。第二十五頁，共二十七頁，2022年，8月28日三壓力表的選用及安裝1壓力表的選用：根據工藝要求，全面考慮，具體分析（1）選儀表類型：根據工藝要求、介質性質、環(huán)境條件等。如：Y型普通壓力表，其外殼為黑色；YA型氨用壓力表，其外殼為黃色；YD型氧用壓力表，其外殼為藍色。（2）選量程：測