過程檢測與控制技術(shù)應(yīng)用項目一(1)儀表基本知識

項目一過程檢測與控制技術(shù)基礎(chǔ)知識

任務(wù)一儀表基礎(chǔ)知識

1.1儀表分類檢測與過程控制儀表最通用的分類，是按儀表在測量與控制系統(tǒng)中的作用進行劃分，一般分為檢測儀表、顯示儀表、調(diào)節(jié)(控制)儀表和執(zhí)行器4大類

檢測儀表根據(jù)其被測變量不同，根據(jù)流程行業(yè)生產(chǎn)5大參量又可分為溫度檢測儀表、流量檢測儀表、壓力檢測儀表、物位檢測儀表和分析儀表(器)

按功能按被測變量按工作原理或結(jié)構(gòu)形式按組合形式按能源其他檢測儀表壓力溫度流量物位成分液柱式，彈性式，電氣式，活塞式、膨脹式，熱電偶，熱電阻，光學(xué)，輻射節(jié)流式，轉(zhuǎn)子式，容積式，速度式，靶式，電磁，旋渦直讀，浮力，靜壓，電學(xué)，聲波，輻射，光學(xué)pH值，氧分析，色譜，紅外，紫外單元組合單元組合單元組合單元組合實驗室和流程電、氣電、氣電、氣智能智能智能智能顯示儀表模擬和數(shù)字指示和記錄動圈，自動平衡電橋，電位差計電、氣單點，多點，打印，筆錄調(diào)節(jié)(控制)儀表自力式組裝式可編程基地式單元組合氣動電動執(zhí)行器執(zhí)行機構(gòu)薄膜，活塞，長行程，其他執(zhí)行機構(gòu)和閥可以進行各種組合氣、電、液閥直通單座，直通雙座，套筒(籠式)球閥，蝶閥，隔膜閥，偏心旋轉(zhuǎn)，角形，三通，閥體分離直線，對數(shù)，拋物線，快開檢測與過程儀表分類表顯示儀表根據(jù)記錄和指示、模擬與數(shù)字等功能，又可以分為記錄儀表和指示儀表、模擬儀表和數(shù)顯儀表，其中記錄儀表又可分為單點記錄和多點記錄(指示亦可以有單點和多點)，其中又有有紙記錄或無紙記錄，若是有紙紀(jì)錄又分筆錄和打印記錄。

調(diào)節(jié)儀表可以分為基地式調(diào)節(jié)儀表和單元組合式調(diào)節(jié)儀表。由于微處理機引入，又有可編程調(diào)節(jié)器與固定程序調(diào)節(jié)器之分。執(zhí)行器由執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)閥兩部分組成。執(zhí)行機構(gòu)按能源劃分有氣動執(zhí)行器、電動執(zhí)行器和液動執(zhí)行器，按結(jié)構(gòu)形式可以分為薄膜式、活塞式(氣缸式)和長行程執(zhí)行機構(gòu)。調(diào)節(jié)閥根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點和流量特性不同進行分類，按結(jié)構(gòu)特點分通常有直通單座、直通雙座、三通、角形、隔膜、蝶形、球閥、偏心旋轉(zhuǎn)、套筒(籠式)、閥體分離等，按流量特性分有直線、對數(shù)（等百分比）、拋物線、快開等。1.2檢測儀表概述

檢測元件又稱為敏感元件、傳感器，它直接響應(yīng)工藝變量，并轉(zhuǎn)化成一個與之成對應(yīng)關(guān)系的輸出信號。這些輸出信號包括位移、電壓、電流、電阻、頻率等對于檢測儀表來說，檢測、變送與顯示可以是三個獨立部分，也可以只用到其中兩個部分。例如熱電偶測溫所得毫伏信號可以不通過變送器，直接送到電子電位差計顯示。當(dāng)然檢測、變送與顯示可以有機地結(jié)合在一起成為一體，例如單圈彈簧管壓力表。

過程控制對檢測儀表有以下三條基本的要求。

①測量值y(t)要正確反映被控變量x(t)的值，誤差不超過規(guī)定的范圍；

②在環(huán)境條件下能長期工作，保證測量值y(t)的可靠性；

③測量值y(t)必須迅速反映被控變量x(t)的變化，即動態(tài)響應(yīng)比較迅速。測量一個完整的檢測過程應(yīng)包括：

①信息的獲取——用傳感器完成；

②信號的放大、轉(zhuǎn)換與傳輸——用中間轉(zhuǎn)換裝置完成；

③信號的顯示與記錄——用顯示器、指示器或記錄儀完成；

④信號的處理與分析——用計算機、分析儀等完成。變送器被測變量中間量標(biāo)準(zhǔn)信號顯示裝置被測對象傳感器傳感器的輸出信號種類很多，而且信號往往很微弱，一般都需要經(jīng)過變送環(huán)節(jié)的進一步處理，把傳感器的輸出信號轉(zhuǎn)換成如0～10mA、4～20mA等標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的模擬量信號或者滿足特定標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字量信號，這種檢測儀表稱為變送器。有時傳感器、變送器和顯示裝置可統(tǒng)稱為檢測儀表，或者將傳感器稱為一次儀表，將變送器和顯示裝置稱為二次儀表。

測量誤差絕對誤差絕對誤差△在理論上是指測量值x與被測量的真值xi之間的差值，即

△=x-xi

=x-x0

；x0

為標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)相對誤差實際相對誤差

實=

/xi×100％標(biāo)稱相對誤差

標(biāo)=

/x0×100％儀表的基本技術(shù)性能和術(shù)語

(1)測量儀表的誤差

①測量儀表的示值誤差“測量儀表的示值與對應(yīng)輸入量的真值之差”，它實際是儀表某一次測量的誤差。

②測量儀表的最大允許誤差定義是“對給定的測量儀表，規(guī)范、規(guī)程等所允許的誤差極限值”。有時也稱為測量儀表的允許誤差限，或簡稱允許誤差(

允)。

③測量儀表的固有誤差常稱為測量儀表的基本誤差。定義是“在參考條件下確定的測量儀表的誤差”。此參考條件也稱標(biāo)準(zhǔn)條件，是指為測量儀表的性能試驗或為測量結(jié)果的相互比較而規(guī)定的使用條件，一般包括作用于測量儀表的各影響量的參考值或參考范圍。④附加誤差附加誤差是指測量儀表在非標(biāo)準(zhǔn)條件時所增加的誤差，它是由于影響量存在和變化而引起的，如溫度附加誤差、壓力附加誤差等。測量范圍和量程

測量范圍是指“測量儀器的誤差處在規(guī)定極限內(nèi)的一組被測量的值”，也就是被測量可按規(guī)定的準(zhǔn)確度進行測量的范圍。量程是指測量范圍的上限值和下限值的代數(shù)差。例如：測量范圍為0～100℃時，量程為100℃；測量范圍為20～100℃時，量程為80℃；測量范圍為一20～100℃時，量程為120℃。精確度(簡稱精度)

①引用誤差引用誤差是用測量儀表的示值的絕對誤差△與儀表的量程之比的百分?jǐn)?shù)來表示引用誤差(或相對百分誤差)

引=

/儀表量程×100％②儀表誤差儀表的準(zhǔn)確度用儀表的最大引用誤差

max(即儀表的最大允許誤差

允)來表示，即

max=△max/量程×100％

△max為儀表在測量范圍內(nèi)的最大絕對誤差；量程一儀表測量上限一儀表測量下限。儀表誤差是對儀表在其測量范圍內(nèi)測量好壞的整體評價儀表精度等級儀表精度等級是按國家統(tǒng)一規(guī)定的允許誤差大小(去掉儀表誤差的“±”號和“％”)來劃分成若干等級的。儀表的精度等級數(shù)越小，儀表的測量準(zhǔn)確度越高。目前中國生產(chǎn)的儀表的精度等級有

α=0.005,0.02,0.05,Ⅰ級標(biāo)準(zhǔn)表

0.1,0.2,(0.4),0.5,Ⅱ級標(biāo)準(zhǔn)表

1.0,1.5,2.5,(4.0),…工業(yè)用表儀表的基本誤差

△max=儀表量程×α％稱為儀表在測量范圍內(nèi)的基本誤差。儀表變差

升降變差(又稱回程誤差或示值變差)，是指在相同條件下，使用同一儀表對某一參數(shù)進行正、反行程測量時，對應(yīng)于同一測量值所得的儀表示值不等，正、反行程示值之差的絕對值稱為升降變差，即（升降）變差=|正行程示值-反行程示值|

儀表變差也用最大引用誤差表示，即變差=|正行程測量值-反行程測量值|max/量程×100％必須注意，儀表的變差不能超出儀表的允許誤差(或基本誤差)。

圖1—2測量儀表的變差反行程儀表示值被測參數(shù)正行程例1-1某壓力測量儀表的測量范圍為0～10MPa，校驗該表時得到的最大絕對誤差為

±0.08MPa，試確定該儀表的精度等級。解：該儀表的精度為

max=△max/量程×100％=±0.08/(10-0)×100％=±0.8％由于國家規(guī)定的精度等級中沒有0.8級儀表，而該儀表的精度又超過了0.5級儀表的允許誤差，所以，這臺儀表的精度等級應(yīng)定為1.0級。例1-2某臺測溫儀表的測量范圍為0～1000℃，根據(jù)工藝要求，溫度指示值的誤差不允許超過±7℃，試問應(yīng)如何選擇儀表的精度等級才能滿足以上要求?

解：根據(jù)工藝要求，儀表精度應(yīng)滿足為

max=△max/量程×100％=±7/(1000-0)×100％=×100％=±0.7％此精度介于0.5級和1.0級之間，若選擇精度等級為1．0級的儀表，其允許最大絕對誤差為±10℃，這就超過了工藝要求的允許誤差，故應(yīng)選擇0.5級的精度才能滿足工藝要求。靈敏度

s=△

/△x式中，S為儀表的靈敏度；△

為儀表指針的線位移或角位移；△x為引起△

的被測參數(shù)變化量分辨力與分辨率分辨力是指儀表可能檢測到的被測信號最小變化的能力，也就是使儀表示值產(chǎn)生變化的被測量的最小改變量，分辨率是分辨力與儀表量程之比的百分?jǐn)?shù)線性度：

L=△max/儀表量程×100％反應(yīng)時間：變化到新穩(wěn)態(tài)值的63.2％所用時間，也可稱為儀表的時間常數(shù)Tm。被測變量儀表示值

max壓力表的校驗數(shù)據(jù)及其數(shù)據(jù)處理結(jié)果

例1-3壓力表的校驗測量范圍0～1.6MPa，精度等級為1.5級的普通彈簧管壓力表，校驗結(jié)果如上表判斷該表是否合格。校驗數(shù)據(jù)處理如上表所示，儀表的最大引用誤差(從絕對誤差和升降變差中選取絕對值最大者作為△max，來求儀表的最大引用誤差)

max=±△m/PF.Ｓ×100％=±0.020/1.6×100％=±1.25％所以，這臺儀表為1．5級的精度等級，合格。式中，PF.Ｓ為壓力表量程。被校表讀數(shù)／MPa

0.0

0.4

O.8

1.2

1.6最大誤差標(biāo)準(zhǔn)表上行程讀數(shù)／MPa

0.000

0.385

0.790

1.210

1.595標(biāo)準(zhǔn)表下行程讀數(shù)／MPa

0.000

0.405

0.8101.215