第三章检测仪表与传感器1.ppt

第三章检测仪表与传感器,本章主要内容：,3.1概述,3.2温度检测,3.3流量检测,3.4压力检测,3.5物位检测,3.8变送器,3.9现代传感器技术的发展,基本要求,1、掌握仪表精度的意义与测量仪表误差的关系2、掌握仪表的性能指标3、了解压力、流量、液位和温度的测量原理及相关测量仪表的选用及安装的注意事项,检测是实施正确控制的第一步，也是关键的一步没有准确无误的检测，就不可能有良好的控制,变送是将检测元件输出的各种信号、微弱信号转化成统一(标准)的电气信号。这是进行控制的保证，是重要的一步,静态：正确y(t)正确反映P(t)的值可靠长期工作,动态：迅速y(t)迅速反映P(t)的变化,过程控制对检测仪表要求：,检测变送的重要性,一、测量过程与测量误差,1、测量过程,参数检测就是用专门的技术工具，依靠能量的变换、实验和计算找到被测量的值。,传感器又称为检测元件或敏感元件，它直接响应被测变量，经能量转换并转化成一个与被测变量成对应关系的便于传送的输出信号，如mV、V、mA、Hz、位移、力等等。,第一节测量仪表基本知识,由于传感器的输出信号种类很多，而且信号往往很微弱，一般都需要经过变送环节的进一步处理，把传感器的输出转换成如010mA、420mA等标准统一的模拟量信号或者满足特定标准的数字量信号，这种检测仪表称为变送器。,2、测量误差,测量误差仪表测得的测量值与被测真实值之差,由于真实值在理论上是无法真正被获取的，因此，测量误差就是指检测仪表（精度较低）和标准表（精度较高）在同一时刻对同一被测变量进行测量所得到的2个读数之差。即：,x0标准表读数,测量误差的几种表示形式：,绝对误差,实际相对误差,标称相对误差,相对百分误差,二、仪表的性能指标,1、测量仪表的准确度（精确度）,一台测量范围01000kPa的压力测量仪表，其最大绝对误差10kPa(在整个量程范围内)，另一台测量范围0400kPa的压力测量仪表，其最大绝对误差5kPa，请问哪一台压力检测仪表的精度更高？,虽然后者的最大绝对误差较小，但这并不说明后者较前者精度高。在自动化仪表中，通常是以最大相对百分误差来衡量仪表的精确度，定义仪表的精度等级。,由于仪表的绝对误差在测量范围内的各点上是不相同的，因此在工业上通常将绝对误差中的最大值，即把最大绝对误差折合成测量范围的百分数表示，称为最大相对百分误差:,仪表的精度等级（精确度等级）是指仪表在规定的工作条件下允许的最大相对百分误差。,1、仪表的精确度等级,仪表的精度等级（精确度等级）是指仪表在规定的工作条件下允许的最大相对百分误差。把仪表允许的最大相对百分误差去掉“”号和“”号，便可以用来确定仪表的精度等级。目前，按照国家统一规定所划分的仪表精度等级有：0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等。所谓的0.5级仪表，表示该仪表允许的最大相对百分误差为0.5，以此类推。精度等级一般用一定的符号形式表示在仪表面板上：,1.5,仪表的精度等级是衡量仪表质量优劣的重要指标之一。精度等级数值越小，表示仪表的精确度越高。精度等级数值小于等于0.05的仪表通常用来作为标准表，而工业用表的精度等级数值一般大于等于0.5。,例1某台测温仪表的量程是600-1100，其最大绝对误差为4，试确定该仪表的精度等级。,由于国家规定的精度等级中没有0.8级仪表，而该仪表的最大引用误差超过了0.5级仪表的允许误差，所以这台仪表的精度等级应定为1.0级。,解仪表的最大允许误差为,例2某台测温仪表的量程是600-1100，工艺要求该仪表指示值的误差不得超过4，应选精度等级为多少的仪表才能满足工艺要求。,0.8%介于允许误差0.5%与1.0%之间，如果选择允许误差为1.0%,则其精度等级应为1.0级。量程为6001100，精确度为1.0级的仪表，可能产生的最大绝对误差为5=1%（1100-600），超过了工艺的要求(54)。所以只能选择一台允许误差为0.5%，即精确度等级为0.5级的仪表，才能满足工艺要求。0.5%（1100-600）=2.54,解根据工艺要求，仪表的最大允许误差为,结论：校表：选表：,上下限的选择:仪表量程的上限：Ymax:4/33/2倍（被测变量）波动较大时：3/22倍（被测变量）下限：一般地，被测变量的值不低于全量程的1/3。,仪表精度与量程有关，量程是根据所要测量的工艺变量来确定的。在仪表精度等级一定的前提下适当缩小量程，可以减小测量误差，提高测量准确性。,仪表精度等级数值越小，说明仪表测量准确度越高。,计=0.8,校表只能是1.0级,选表要选0.5级,例题分析,解由于往复式压缩机的出口压力脉动较大，所以选择仪表的上限值为根据就地观察及能进行高低限报警的要求，由本章附录，可查得选用YX-150型电接点压力表，测量范围为060MPa。,例题分析,由于，故被测压力的最小值不低于满量程的1/3，这是允许的。另外，根据测量误差的要求，可算得允许误差为所以，精度等级为1.5级的仪表完全可以满足误差要求。至此，可以确定，选择的压力表为YX-150型电接点压力表，测量范围为060MPa，精度等级为1.5级。,课堂练习,P1015,2.变差,变差是指在外界条件不变的情况下，用同一仪表对被测量在仪表全部测量范围内进行正反行程（即被测参数逐渐由小到大和逐渐由大到小）测量时，被测量值正行和反行所得到的两条特性曲线之间的差值。,图3-1测量仪表的变差,仪表的变差不能超出仪表的允许误差，否则应及时检修。,二、仪表的性能指标,产生原因:传动机构间存在间隙和摩擦力、弹性元件的弹性滞后等,3.灵敏度与灵敏限、分辨力与分辨率,仪表的灵敏度是指仪表指针的线位移或角位移，与引起这个位移的被测参数变化量的比值。即,式中，S为仪表的灵敏度；为指针的线位移或角位移；x为引起所需的被测参数变化量。,仪表的灵敏限是指能引起仪表指针发生动作的被测参数的最小变化量。通常仪表灵敏限的数值应不大于仪表允许绝对误差的一半。,二、仪表的性能指标,分辨力-对于数字式仪表而言，分辨力就是数字显示器最末位数字间隔代表被测量的变化与量程的比值。,不同量程的分辨率是不同的，相对应于最低量程的分辨力称为该表的最高分辨力，也叫灵敏度所以分辨力也是灵敏度的一种反映。,当数字仪表的灵敏度用它与量程的相对值表示时，便是分辨率。分辨率与仪表的有效数字位数有关,二、仪表的性能指标,4.反应时间,反应时间是用来衡量仪表能不能尽快反映出参数变化的品质指标。是指当仪表对被测量进行测量时，被测量突然变化以后，仪表指示值要准确显示出来所需要的时间。反应时间长，说明仪表需要较长时间才能给出准确的指示值，那就不宜用来测量变化频繁的参数。,仪表反应时间的长短，实际上反映了仪表动态特性的好坏。,二、仪表的性能指标,5.线性度（又称非线性误差）,线性度是表征线性刻度仪表的输出量与输入量的实际校准曲线与理论直线的吻合程度。通常总是希望测量仪表的输出与输入之间呈线性关系。,式中，f为线性度（又称非线性误差）；fmax为校准曲线对于理论直线的最大偏差（以仪表示值的单位计算）。,二、仪表的性能指标,6.重复性,重复性表示检测仪表在被测参数按同一方向作全量程连续多次变动时所得标定特性曲线不一致的程度。若标定的特性曲线一致,重复性就好,重复性误差就小。,重复性示意图,二、仪表的性能指标,由于仪表动作的惯性延迟和测量传递滞后，当被测量突然变化后必须经过一段时间才能准确显示出来，这样造成的误差。注：在工业生产中被测量变化较快也是不能忽略动态误差。,7.动态误差,二、仪表的性能指标,作用于测量装置输入端的被测信号，要转换成以下几种便于传输和显示的信号类型：1、位移信号：是一种机械信号，包括直线位移和角位移。在测量力、压力、质量、振动等物理量时，要先把它们转换成位移量再处理。2、压力信号：包括气压信号和液压信号，工业检测中主要应用气压信号。3、电气信号：有电压信号、电流信号、阻抗信号和频率信号等。传送快、滞后小、可远距离传递、便于和电子计算机联接。4、光信号：包括光通量信号、干涉条纹信号、衍射条纹信号、莫尔条纹信号等。可是连续得，也可是断续（脉冲）式的。,三、测量系统中的常见信号类型,1.模拟信号,在时间上是连续变化的,即在任何瞬时都可以确定其数值的信号。,2.数字信号,数字信号是一种以离散形式出现的不连续信号,通常用二进制数“0”和“1”组合的代码序列来表示。,3.开关信号,用两种状态或用两个数值范围表示的不连续信号。,17,四、检测系统中信号的传递形式,1、按仪表使用的能源分气动、电动、液动2、按信息的获得、传递、反映和处理的过程分类（1）检测仪表（2）显示仪表（3）集中控制仪表（4）控制仪表（5）执行器,五、测量仪表的分类,3、按仪表的组成形式分（1）基地式仪表将测量、显示、控制等各部分集中装在一个表壳里，形成一个整体，适用于现场就地检测和控制，但不能实现多种参数的集中显示和控制（2）单元组合仪表将测量、显示、控制等各部分分别制成能独立工作的单元仪表，以统一的标准信号互相联系，可根据需要任意组合电动单元组合（DDZ），气动单元组合（QDZ）,五、测量仪表的分类,五、测量仪表的分类,4、根据所测参数的不同，分成压力（差压、负压）测量仪表、流量测量仪表、物位（液位）测量仪表、温度测量仪表、物质成分分析仪表及物性检测仪表等。5、按表达示数的方式不同，分成指示型、记录型、讯号型、远传指示型、累积型等。6、按精度等级及使用场合的不同，分成实用仪表、范型仪表和标准仪表，分别使用在现场、实验室、标定室。,由于化工生产过程中被测介质形态多样（气态、液态、固态及混合体）；有时还具有特殊性质（强腐蚀、强辐射、高温、高压、深冷、真空、高粘度等）；检测环境比较恶劣，存在众多的影响和干扰，如电源电压、频率波动，温度、压力变化，水汽、湿度、光照、辐射、盐雾、烟雾、粉尘等，这些情况都要求化工检测仪表有稳定的工作特性、高的抗干扰能力和相应的防护措施。检测技术及仪器仪表的发展：1、检测技术的现代化：现代工业过程对控制、计节能降耗和运行可靠性等要求的提高，现代过程检测的内涵和外延均有很大的深化和拓展如软测量技术的发展（P95）就是利用易过程变量，依据这些易测的过程变量与难测以直接测量的待测变量之间的数学关系，通过计算机和估计的方法实现对待测过程变量的测量,六、化工检测