自动化仪表2（PPT92页)

第二章检测仪表2物位检测仪表第二章检测仪表温度检测仪表流量检测仪表检测仪表的性能指标压力检测仪表成份检测仪表3第一节仪表的性能指标一、测量误差1、误差的概念：误差是某一量值的给定值与客观真实值之差。测量的目的是希望能正确地反映被测参数的真实值。2、误差分类系统误差（系统误差决定测量结果的准确性）随机误差（随机误差决定测量结果的精密度）疏忽误差（特别需要避免）4第一节检测仪表的性能指标二、测量仪表的性能指标仪表的性能指标是评价仪表性能好坏、质量优劣的主要依据。仪表的性能指标：技术经济使用方面注：仪表性能指标指的是对仪表规定的正常工作条件下而言的。5第一节检测仪表的性能指标1、绝对误差和相对误差绝对误差：相对误差：注：事实上仪表的准确度不仅与绝对误差有关，而且还与仪表的测量范围有关。所以工业上一般采用引用误差来衡量仪表的准确度。%10000xxx0xx6第一节检测仪表的性能指标%100%1000下上LLxxLaq2、引用误差：这是仪表基本误差的主要形式，可以比较确切地反映仪表的测量精度，又称为仪表的基本误差最大引用误差：%100maxmaxLaq7第一节检测仪表的性能指标3、精确度及其等级仪表精确度俗称精度，又称准确度。精确度和误差可以说是孪生兄弟，因为有误差的存在，才有精确度这个概念。仪表精确度简言之就是仪表测量值接近真值的准确程度，一般用允许引用误差作为确定精度的尺寸。允许引用误差q允允许误差去掉“±”与“%”maxqq允8精度等级精确度常用精确度等级来表示，这是按国家统一规定的允许误差大小而划分的，某一级仪表的允许误差划指在正常情况下，国家规定这类仪表所允许具有的最大引用误差。例如0.1级、0.2级、0.5级、1.0级、1.5级等。0.1级表示该仪表在测量范围内各点处的引用误差均不允许超过±0.1%范围。精确度等级数小，说明仪表的系统误差和随机误差都小，也就是这种仪表精密。第一节检测仪表的性能指标9精确度反应仪表（传感元件）测量结果与真值的接近程度。它与误差的大小相对应，误差小则精度高，反之则低。精度又分为精密度、正确度和准确度。精密度表示多次重复测量中，传感器测得的值彼此之间的重复性或分散性大小的程度。它反映随机误差的大小，随机误差越小，测得的值就越密集，重复性越好，精密度越高。正确度表示多次重复测量中，传感器测得值的算术平均值与真值的接近程度。它反映系统误差的大小，系统误差愈小，测得值的算术平均值就愈接近真值，正确度愈高。准确度表示多次重复测量中，传感器测得值与真值的一致的程度。它反映随机误差和系统误差的综合大小，只有当随机误差和系统误差都小时，准确度才高。准确度也简称精度。第一节检测仪表的性能指标10第一节检测仪表的性能指标注意：对于具体的仪表（传感元件），精密度高时，正确度不一定高，而正确度高时，精密度也不一定高，但准确度高时，则精密度和正确度都高，在消除系统误差情况下，精密度与准确度才是一致的。下面我们就以打靶结果来说明仪表（传感元件）精度的高低。11第一节检测仪表的性能指标abca表示系统误差大而随机误差小，即精密度高而正确度低；b表示系统误差小而随机误差大，即精密度低而正确度高；c表示系统误差和随机误差都小，精密度合正确度都高，这是我们最希望得到的结果。12第一节检测仪表的性能指标4、回差（又称变差）%100maxL）x（xh反正造成回差的原因：传动机构的间隙运动部件的磨擦弹性元件的弹性滞后的影响13第一节检测仪表的性能指标0xyYFS△Rmax注：回差的大小反映了仪表的精密度，因此要求仪表的回差不能超出仪表精度等级所限定的允许误差。14第一节检测仪表的性能指标5、灵敏度、灵敏限及分辩率灵敏度规定：仪表标尺刻度上的最小分格值不能小于仪表允许的绝对误差值。%100xs灵敏限：规定仪表的灵敏限不得大于仪表允许绝对误差的一半。分辩率数字仪表能稳定显示的位数越多，则分辩率就越高。15第一节检测仪表的性能指标6、反应时间反应时间是指仪表输入一个阶跃量时，其输出由初始值第一次到达最终稳定值的时间间隔，可用仪表的输出由开始变化到达到新稳定值的95%时所用的时间来表示反应时间。注：仪表反应时间长短，反映了仪表动态特性的好坏。16第一节检测仪表的性能指标7、可靠性仪表可靠性是工业自动化仪表所追求的另一重要性能指标。可靠性和仪表维护量是相辅相成的，仪表可靠性高说明仪表维护量小，反之仪表可靠性差，仪表维护量就大。随着仪表更新换代，特别是微电子技术引入仪表制造行业，使仪表可靠性大大提高。仪表生产厂商对这个性能指标也越来越重视，通常用有效率来描述仪表的可靠性。%100平均修复时间平均无故障工作时间平均无故障工作时间有效率17第一节检测仪表的性能指标8、稳定性在规定工作条件内，仪表某些性能随时间保持不变的能力称为稳定性。仪表稳定性是自动化仪表十分关心的一个性能指标。由于工业使用仪表的环境相对比较恶劣，被测量的介质温度、压力变化也相对比较大，在这种环境中投入仪表使用，仪表的某些部件随时间保持不变的能力会降低，仪表的稳定性会下降。18第一节检测仪表的性能指标补：滞环和死区0xyYFS△Rmax19第一节检测仪表的性能指标补：滞环和死区校验得上升曲线和下降曲线常不重合，是因为有滞环和死区的存在。滞环：有能量吸收死区：有传动摩擦间隙，晶体管起始偏置不当，输入变化小到一定程度便没有输出变化了。20第一节检测仪表的性能指标补：重复性同一工作条件下，对同一输入值，按同一方向多次测量的输出值之间的一致程度，称为“重复性”。补：再现性再现性是在不同测量条件下，如不同的方法，不同的观测者，在不同的检测环境对同一被检测的量进行重复检测时，其测量结果一致的程度。测量再现性也是仪表的重要性能指标之一。注：重复性、再现性的优良是保证精确的先决条件。21第一节检测仪表的性能指标重复性：不包括滞环、死区代表仪表不受随机影响的能力。再现性：包括滞环、死区。0xyYFS△Rmax22第一节检测仪表的性能指标补：零点迁移如果测量范围改变的结果是输入输出之间特性曲线有平移而斜率不变，则称为零点迁移。补：量程迁移如果测量范围改变的结果是输入输出间的特性曲线斜率发生变化时，其起点并不改变，这就是量程迁移。注：零点迁移和量程迁移可以使仪表扩大通用性，但迁移的条件及范围要视具体结构和电路而定。23第一节检测仪表的性能指标例：某仪表厂生产测温仪表，测温范围200-700℃，检验某表所得到的最大绝对误差为±4℃，确定此仪表的精度等级。解：最大引用误差为：%8.0%1002007004%100maxmaxLaq去掉“±”，去掉“%”，数值为0.8，国家规定等级中没有0.8。但其qmax0.5级仪表的允许误差为±0.5%。∴其精度等级为1.0级，其允许误差为±1%。24第一节检测仪表的性能指标说明：根据仪表校验数据来确定仪表精度等级和根据工艺要求来选择仪表精度等级、要求是不同的。根据仪表校验数据来确定仪表精度等级时，仪表的允许误差应大于或至少等于仪表检验结果所得的最大引用误差；根据工艺要求来选择仪表精度等级时，仪表的允许误差应小于或至多等于工艺上所允许的最大引用误差。25第一节检测仪表的性能指标课堂练习1、有一块精度为2.5，测量范围为0—1000KPa的压力表，它的刻度标尺最多可分为多少格？2、某压力表的测量范围为0—1MPa，精度为1.0级，试问，此压力仪表允许的最大绝对误差是多少？若用标准压力计来校验压力表，在校验点为0.5MPa时，压力表的指示上行程为0.497MPa，下行程为0.508MPa，试问该压力表是否符合1.0级的精度要求，为什么？3、有一测量范围0—10MPa，精度为0.5级的压力表，它在1MPa、5MPa、10MPA三点处的最大允许绝对误差和相对误差各应是多少？26第二节压力的检测与变送压力仪表压力表、差压变送器、胎压计、气压/液压自动调节控制仪器等。27第二节压力的检测与变送一、概述压力是工业生产中的重要参数，在生产过程中，对液体、蒸汽、和气体压力的检测是保证工艺要求、设备和人身安全并使设备经济运行的必要条件。1、所谓压力，就是指均匀而垂直作用于单位面积上的力。27AFP28第二节压力的检测与变送2、压力表示方法：在压力测量中，通常有绝对压力，表压力、负压（真空度）等名词。绝对压力是指介质所受的实际压力。表压是指高于大气压的绝对压力与大气压之差，即：P表=P绝-P大负压与真空度是指大气压力与低于大气压力的绝对压力之差，即：P真=P大-P绝绝对压力、表压力、大气压力、负压力（真空度）之间的关系如下图所示。2829第二节压力的检测与变送29P表压P负压P绝压P绝压大气压力线表压、绝压、真空之间的关系图绝压零线注意：因为各种工艺设备和测量仪表都处于大气中，所以工程上都用表压力或真空度来表示压力的大小。我们用压力表来测量压力的数值，实际上也都是表压或真空度（绝对压力表的指示值除外）。因此，在工程上无特别说明时，所提的压力均指表压力或真空度。30第二节压力的检测与变送二、测压仪表的分类及其基本原理30液柱式压力计弹性式压力计电气式压力计活塞式压力计样（常用于校验其它压力计）U型管压力计单管压力计斜管压力计弹簧管压力计波纹管压力计薄膜式压力计电容式压力计电感式压力计应变片式压力计霍尔片式压力计31第二节压力的检测与变送目前，石油化工生产中应用中广泛的一种压力测量仪表是弹性元件。根据测压范围不同，常用的测压元件有单圈弹簧管、多圈弹簧管、膜片、膜盒、波纹管等。在被测介质压力的作用下，弹性元件发生弹性变型，而产生相应的位移，能过转换位置，可将位移转换成相应的电信号或气信号，以远传显示，报警或调节用。3132第二节压力的检测与变送弹簧管压力表弹簧管压力表是压力仪表的主要组成部份之一，它有着极为广泛的应用价值，它具有结构简单，品种规格齐全、测量范围广、便于制造和维修和价格低廉等特点。弹簧管压力表是单圈弹簧压力表的简称。它主要由弹簧管、齿轮传动机构（包括拉杆、扇形齿轮、中心齿轮）、示数装置（指针和分度盘）以及外壳等几部份组成，如下图所示。弹簧管是一端封闭并弯成270度圆孤形的空心管子。32332、压力的检测与变送33弹簧管压力表1、弹簧管2拉杆3、扇型齿轮3、中心齿轮5、指针6、面板7、游丝8、调整螺钉9接头ab34第二节压力的检测与变送它的截面呈扁圆形或椭圆形，椭圆的长轴2a与图面垂直的弹簧管的中心轴O相平行。管子封闭的一端B为自由端，即位移输出端；而另一端A则是固定的，作为被测压力的输入端。当由它的固定端A通入被测压力P后，由于呈椭圆形截面的管子在压力P的作用下，将趋于圆形，弯成圆弧形的弹簧管随之产生向外挺直的扩张变形，使自由端B发生位移。此时弹簧管的中心角γ要随即减小Δγ，也就是自由端将由B移到B，处，如图2-3(b)上虚线所示。此位移量就相应于某一压力值。自由端B的弹性变形位移通过拉杆使扇形齿轮作逆时针偏转，使固定在中心齿轮轴上的指针也作顺时针偏转，从而在面板的刻度标尺上显示出被测压力的数值。由于弹簧管自由端位移而引起弹簧管中心角相对变化值Δγ/γ与被测压力P之间具有比例关系，因此弹簧管压力表的刻度标尺是均匀的。3435第二节压力的检测与变送由上述可如，弹簧管自由端将随压力的增大而向外伸张。反之若管内压力小于管外压力，则自由端将随负压的增大而向内弯曲。所以，利用弹簧管不仅可以制成压力表，而且还可制成真空表或压力真空表。弹簧管压力表除普通型外，还有一些是具有特殊用途的，例如耐腐蚀的氨用压力表、禁油的氧用压力表等。为了能表明具体适用何种特殊介质的压力测量，常在其表壳、衬圈或表盘上涂以规定的色标，并注有特殊介质的名称，使用时应予以注意。3536第二节压力的检测与变送应变式压力变送器应变式变送器以是以电为能源，它利用应变片作为转换元件，将被测压力转换成应变片电阻值的变化，然后经过桥式电路得到毫伏级的电量输出，供显示仪表显示被测压力或经放大电路转换成统一标准信号后，再传送到记录仪和调节器等仪表。应变片有