自动检测仪表第一章概要课件

1、自动控制系测控技术与仪器教研室主讲人：卢艳军检测技术及自动化仪表10/15/20221测控教研室自动控制系检测技术及自动化仪表10/11/20221测控教研课程说明及课程要求：教材：张毅、张宝芬等编著自动检测技术及仪表控制系统化学工业出版社 2005.3该课程为学科基础课，考核方式：闭卷考试。学时分配：理论教学48学时，同时设置单列实验8学时。考勤缺席三分之一者或作业不完成超过三分之一者取消参加期末考试资格。成绩评定：平时成绩10%，期末考试成绩90%。10/15/20222测控教研室课程说明及课程要求：教材：张毅、张宝芬等编著自动检测技术及本课程的主要内容 本课程是关于过程参数检测和自动化仪

2、表系统的基础理论和应用技术的知识。共分为三个部分： 1、基础知识引论 2、过程参数检测技术 3、仪表系统分析 10/15/20223测控教研室本课程的主要内容 本课程是关于过程参数检测和自动化仪第一篇 基础知识引论1.绪 论 检测（Detection)是利用各种物理、化学效应，选择合适的方法与装置，将生产、科研和生活等各方面的有关信息通过检查与测量的方法赋予定性或定量结果的过程。检测单元完成对各种过程参数的测量，并实现必要的数据处理；仪表单元则是实现各种控制作用的手段和条件，它将检测得到的数据进行运算处理，并通过相应的单元实现对被控变量的调节；测量 （Measurement)是借助专门的技术和

3、仪表设备，采用一定的方法取得某一客观事物定量数据资料的实践过程。10/15/20224测控教研室第一篇 基础知识引论1.绪 论 10/11/2022本章主要内容典型的检测仪表控制系统及工业检测仪表控制系统的一般结构检测和仪表中常用的基本性能指标测量范围、上下限、量程；零点迁移和量程迁移；灵敏度和分辨率；误差；精确度；滞环、死区和回差检测仪表技术发展趋势10/15/20225测控教研室本章主要内容典型的检测仪表控制系统及工业检测仪表控制系统的一1.1检测仪表控制系统下面以天然气脱硫的过程为例，来了解一下典型检测仪表控制系统。在这个系统中需要控制的参数分别为压力、液位和流量，这将构成PC、LC、F

4、C三个单参数调节系统。1.1.1 典型的检测仪表控制系统10/15/20226测控教研室1.1检测仪表控制系统下面以天然气脱硫的过程为例，来了解 其中PC的作用是实现对天然气压力的调节，对于实现压力调节的单参数控制子系统PC，结构框图如图1-2所示：压力参数检测，实现检测信号转换和传输实现被控量控制实现调节规律计算10/15/20227测控教研室 其中PC的作用是实现对天然气压力的调节，对于 同理，流量调节控制子系统FC的结构框图 如图1-3所示：图1-3 脱硫塔流量控制系统结构框图实现安全火花防爆检测流量并对检测信号进行转换和传输10/15/20228测控教研室 同理，流量调节控制子系统FC

5、的结构框图图1-3 脱硫塔流 可见：在无特殊条件要求下，常规工业检测仪表控制系统的构成基本相同，而与具体采用的仪表类型无关。 由此可见：无论是压力还是流量调节控制，都需要进行参数检测及信号转换和传输的单元变送单元；需要实现调节控制规律的单元调节单元；需要实现被控变量控制作用的单元执行单元；这样才能完成一个参数调节的全过程。 10/15/20229测控教研室 可见：在无特殊条件要求下，常规工业检测仪表控闭环回路控制系统1.1.2 检测仪表控制系统结构分析被控（被测）对象是控制系统的核心，它可以是单输入单输出对象，也可以是多输入多输出。检测单元是控制系统实现控制调节作用的基础，它完成对所有被测变量

6、的直接或间接测量。变送单元完成对被测变量信号的转换和传输。调节单元完成调节控制规律的运算。执行单元是实现控制的执行机构，接收控制信号驱动执行机构调节被控变量显示单元是控制系统的附属单元。 10/15/202210测控教研室闭环回路控制系统1.1.2 检测仪表控制系统结构分析被控（被1.2.1 测量范围、上下限、量程测量范围：是仪表按规定的精度进行测量的被测变量的范围。测量范围的最小值和最大值分别称为测量下限和测量上限； 测量范围表示法：下限值上限值。仪表的量程：是测量上限与下限值的代数差，即：量程=测量上限值-测量下限值记为：1.2 基本概念10/15/202211测控教研室1.2.1 测量范

7、围、上下限、量程测量范围：是仪表按规定的精 例如，一个温度测量仪表的下限值是 -50 ，上限值是150 ，则其测量范围可表示为-50150 ，量程为200 。由此可见，给出仪表的测量范围便知其上下限及量程，反之，如果只给出仪表的量程，却无法确定其上下限及测量范围。又例如：某秤测量范围为：0100公斤，则量程为100公斤，秤的上下限分别为：100公斤、0公斤10/15/202212测控教研室 例如，一个温度测量仪表的下限值是 -50 ，上限值是1.2.2 零点迁移和量程迁移仪表的零点：指测量下限。仪表测量范围的另一种常用的表示方法：是给出仪表的零点和量程。 零点迁移：通常将零点的变化称为零点迁移

8、；量程迁移：量程的变化称为量程迁移。 例如，一把直尺的测量范围为010cm。（此时零点为0cm）；如果把2cm处作为测量的起点，这时，测量范围变为-28cm。（此时零点为-2cm）10/15/202213测控教研室1.2.2 零点迁移和量程迁移仪表的零点：指测量下限。10/上图为典型的单纯零点迁移情况。线段1为原来直尺的测量特性曲线。线段2为零点迁移后的测量特性。二者斜率相同。可见，零点迁移至-2cm，而量程不变。010cm10被测量真实长度直尺显示长度cm-28212被测量真实值仪表显示值迁移前迁移后上图为单纯量程迁移的示意图。量程迁移前与迁移后线段的斜率有所变化。零点迁移与量程迁移并存的情

9、况较多，可扩大仪表的通用性。10/15/202214测控教研室上图为典型的单纯零点迁移情况。线段1为原来直尺的测量特性曲线1.2.3 灵敏度和分辨率灵敏度：是仪表对被测参数变化的灵敏程度。表示方法为：仪表输出变化量与引起此变化的输入变化量之比。在稳态条件下即灵敏度的特点：可见量程迁移灵敏度的改变；零点迁移则灵敏度不变。灵敏度有量纲，灵敏度具有可传递性：仪表分辨率（称仪表灵敏限、灵敏阈）。它表示引起输出值变化的最小输入量变化值。当输入有微小变化时输出就有变化，则说明分辨率高。灵敏度高，则分辨率高。思考题：灵敏度与分辨率的关系。10/15/202215测控教研室1.2.3 灵敏度和分辨率灵敏度：是

10、仪表对被测参数变化的灵敏1.2.4 误 差示值和约定真值、绝对误差和相对误差、引用误差、最大引用误差和允许误差、误差、静态误差与动态误差示值和约定真值示值：仪表指示装置所显示的被测值称为示值。约定真值：实际中，常用精度等级比较高的仪表测出的，或用特定方法确定的约定真值代替被测量的真值。绝对误差和相对误差绝对误差：绝对误差=示值-约定真值。 相对误差：常用百分数表示，即相对误差越小，精度越高10/15/202216测控教研室1.2.4 误 差示值和约定真值、绝对误差和相对误差、引用例如：测量L1=10mm的尺寸，误差1=8m T2=80的温度， 误差2=0.005比较两次测量精度的高低。（不可用

11、绝对误差表示）解：测温试验的精度高。相对误差可用来比较测量不同的被测量的精度高低。10/15/202217测控教研室例如：测量L1=10mm的尺寸，误差1=8m测温试验引用误差 引用误差：用量程取代相对误差公式中的约定真值得引用误差，即 例如：量程为-10V10V的电压表，在测5.02V的电压时，示值为5V，则此时，该电压表的引用误差为： (5-5.02)/20=-0.1%最大引用误差允许误差：仪表在出厂时要规定引用误差的允许值，简称允许误差。10/15/202218测控教研室引用误差 引用误差：用量程取代相对误差公式中的约定真值得引误 差 误差=基本误差+附加误差基本误差：仪表在使用时按照严

12、格规定的环境条件进行测量，而产生的误差。附加误差：仪表在超出规定的工作条件工作时，所产生的额外的误差。静态误差与动态误差静态误差：指仪表静止状态时的误差，或被测量变化十分缓慢时所呈现的误差。即仪表的稳态误差。仪表静态误差应用更普遍。动态误差：指仪表因惯性延迟所引起的附加误差，或变化过程中的误差。10/15/202219测控教研室误 差 误差=基本误差+附加误差基本误差：仪表在使用1.2.5 精确度仪表的精确度：允许的最大引用误差去掉百分号和号后的数字来衡量的。例如：某仪表的最大引用误差为-0.5%，则其精度等级为0.5级。精度等级：按仪表工业规定将精确度划分为若干个等级，称为精度等级。1.0级

13、的意思是在规定条件下实际测量的绝对误差不会超过量程的 1%。精度等级的数字越小，精度越高。图为精度等级的确定方法10/15/202220测控教研室1.2.5 精确度仪表的精确度：允许的最大引用误差去掉百分号例题:在正常情况下,用0.5级、量程为100温度表来测量温度时，可能产生的最大绝对误差是多少？m=(0.5%)100=0.5现有精度为0.5级的0300的和精度为1.0级的0100的两个温度计，要测量80的温度，试问采用哪一个温度计更好？某压力表精度为2.5级，量程为01.5MPa，试求（1）该表的最大引用误差是多少？（2）可能出现的最大绝对误差是多少？（3）测量结果显示为0.70MPa时，

14、其相对误差是多少？ 10/15/202221测控教研室例题:在正常情况下,用0.5级、量程为100温度表来测量温1.2.6 滞环、死区和回差滞环：元件具有储能效应造成。死区效应：也叫不灵敏区。仪表内部的某些单元具有死区效应所造成回差：亦称变差，或来回变差。10/15/202222测控教研室1.2.6 滞环、死区和回差滞环：元件具有储能效应造成。死区1.2.7 重复性和再现性重复性：在同一工作条件下，同方向连续多次对同一输入值进行测量所得的多个输出值之间相互一致的程度称为仪表的重复性。再现性：再现性包括滞环和死区，它是仪表实际上升曲线和实际下降曲线之间离散程度的表示，常取两种曲线之间离散程度最大

15、点的值来表示，如图1-10中所示。重复性是衡量仪表不受随机因素影响的能力；再现性是仪表性能稳定的一种标志。10/15/202223测控教研室1.2.7 重复性和再现性重复性：在同一工作条件下，同方向连1.2.8 可靠性可靠度：表征仪表可靠性的尺度有多种，最基本的是可靠度。它是衡量仪表能够正常工作并发挥其功能的程度。有效度：另一个表示仪表可靠性的综合指标是有效度。 平均无故障工作时间为正常工作时相邻两次故障时间间隔的平均值；平均故障修复时间指仪表修复所用的平均时间。还有一些需要考虑的因素：漂移、上升时间等漂移：保持输入信号不变时，输出信号随时间或温度的缓慢变化。分为时漂和温漂。可说明仪表工作的稳定性能，如果仪表需要长时间运行，这一性能更为重要。10/15/202224测控教研室1.2.8 可靠性可靠度：表征仪表可靠性的尺度有多种，最基本响应时间：当仪表输入阶跃变化时，输出从一个稳态值到另一个稳态值所需要的时间。由于传感器响应输入量的变化需要时间，而各环节的信号放大、传输、和变换等均需要时间，因此在进行测量时，需要一个等待时间，它一定要大于仪表的响应时间，故希望仪表的响应时间越小越好。10/15/202225测控教研室响应时间：当仪表