化工仪表及其自动化控制课件-测量仪表基本知识.ppt

1、一、测量过程和测量误差，一、测量过程、残奥仪表检测采用专业的技术工具，通过能量的转换、实验和校正计算找出测量值。 第一节测定器由于传感器的输出信号种类多，而且信号多微弱，因此一般需要经过转换阶段的进一步处理，将传感器的输出转换为例如010mA、420mA等标准统一的模拟量信号或满足特定标准的数字量信号。 2 .由测量误差和测量误差校正所测量的测量值和被测量真实值之间的差是通过同时测量检测校正(低精度)和基准校正(高精度)相同的被测量变量而获得的两个读取值之间的差，因为理论上不能真正获得真实值。 即x0标准读数、测量误差的几种表现形式：绝对误差、实际的相对误差、公称相对误差、相对百分比误差、二、

2、测量仪的质量指标、一、测量仪的精度(精度)、一台测量范围01000kPa的压力测量仪、后者的最大绝对误差小，而后者是前者在自动化校正器中，通常定义了用最大相对%的误差测量校正器的精度水平。 另外，由于修正器的绝对误差在修正预测范围内的各点上不同，所以工业上将绝对误差之中的最大值，即将最大绝对误差折回修正预测范围的百分比称为最大相对百分比误差：修正器的精度等级(精度等级)是指修正器在规定的动作条件下允许的最大相对百分比误差。 修正器的精度等级、修正器的精度等级(精度等级)是指修正器在规定的动作条件下允许的最大相对误差。 可以除了校正器允许的最大相对百分比误差为“和”之外，确定校正器的精度等级。

3、目前，根据国家统一规定划分的修正器精度等级为0.005、0.02、0.05、0.1、0.2、0.4、0.5、1.0、1.5、2.5、4.0等。 0.5级校正器指示该校正器允许的最大相对百分比误差为0.5，并类推。 精度等级一般以一定的符号形式显示在修正器面板上：1.5，修正器的精度等级是测量修正器质量优劣的重要指标之一。 精度等级的数值越小，表示修正器的精度越高。 精度等级的数值在0.05以下的修正器通常作为标准表使用，但工业用表的精度等级的数值在0.5以上。 修正器的精度等级，例如某压力变送器的测定范围为0400kPa，检查该变送器时测定的最大绝对误差为5kPa，请确定该修正器的精度等级。

4、解：首先求最大相对百分比误差，除去和%为1.25，因此该变送器的精度等级为1.5级，例如根据工艺要求选择测量范围为040m3/h的流量修正，要求测量误差不超过0.5 m3/h，确定该修正器的精度等级同样，该流量修正必须选择1.0级的流量修正，以确定最大相对百分比误差。 结论：过程要求的容许误差校正的容许误差检验得到的相对百分比误差、2、非线性误差，通常优选校正器的输出功率与输入功率之间存在线性对应关系。 测量仪器的非线性误差用于表示校正器的输出和输入的实际对应关系和理论直线的适合度。 通常，非线性误差用实际测量的输入输出特性曲线(也称为校准线)和理论直线之间的最大偏差与校正器范围之比的百分率表

5、示： 3、变差、外界条件不变的情况下，使用同一校正器在整个范围内对被测量变量进行正反行程(即从小到大和从大到小)测量的情况下劣化的大小由同一被测定值上的正反特性间的修正输出的最大绝对误差和修正装置范围之比的百分率表示： 4，灵敏度和分辨率，灵敏度是修正输出变化量和输入变化量之比，即灵敏度y/x，分辨率也被称为灵敏度极限，对于作为修正输出的数字仪表来说，分辨率动态误差、相对误差、非线性误差、劣化都是稳态(静态)误差。 动态误差是指检测系统受到干扰后，被测定变量变动状态下的校正表示值与残奥仪表实际值之差。 该误差的原因是检测元件和检测系统中的各种运动惯性和能量形式的变换需要花费时间。 测量各种运动

6、惯性的大小，能量传递的速度用时间常数t和传递延迟时间(纯延迟时间)两个残奥表来表现(这两个残奥表的意义与上一章的对象数学模型的时间常数t和纯延迟时间的数学意义一致)，它们的存在使检测过程的动态性能降低。 其中纯延迟时间的不良影响远远超过时间常数t的影响。 三、测量系统中常见的信号类型，作用于测量装置输入端的被测信号转换为易于传输和显示的信号类型： 1、位移信号：包含线性位移和角位移的机械信号。 测量力、压力、质量、振动等物理量时，将它们转换为位移量后进行处理。 2 .压力信号：包括气动信号和液压信号，在工业检查中主要应用气动信号。 3 .电信号：电压信号、电流信号、阻抗信号和频率信号等。 传输

7、快，延迟小，可远程传输，易于与计算机连接。 4 .光信号：包括光束信号、干涉条纹信号、衍射条纹信号、莫尔条纹信号等。 虽然是连续的，但也是断续的(脉冲的)式。 第一，鉴于传输信号的连续性，测量系统中的信号传输格式被分成模拟信号：在时间上连续变化的信号。 电信号，即平滑并且连续变化的电压或电流信号。 例如，连续变化的温度信号可以被转换为与热电偶成比例的连续变化的电位信号。 2 .数字信号：以离散形式出现的不连续信号，通常用组合了二进制“0”和“1”的码序列来表示。 数字信号被转换成电信号是一系列窄脉冲和高低电平交替变化的电压信号。 连续变化的工艺残奥仪表(模拟信号)可通过数字传感器直接转换为数字

8、信号。 然而，在许多情况下，残奥仪表被转换为电模拟信号，然后使用模数(A/D )转换技术将电模拟量转换为数字量。 3、开关信号：开关信号：由两个状态或两个数值范围表示的不连续信号。 例如，通过水银接点温度修正检测温度变化时，可以通过水银接点的“开”和“闭”判断温度是否达到规定值。 在自动检测技术中，可以使用单簧管或电触点式传感器等开关式传感器将模拟信号转换为开关信号。 根据测量仪器的分类、1、测量的残奥表分为压力(差压、负压)测量仪器、流量测量仪器、物位(液位)测量仪器、温度测量仪器、物质成分分析修正及物性检测修正等。 2 .根据显示数的方式，分为指示型、记录型、信号型、远程指示型、累计型等。

9、 3 .根据精度等级和使用情况，分为实用修正器、示范修正器表和标准修正器，分别在现场、实验室、标定室使用。六、化工检验的发展趋势，化工生产过程中被测介质形态多样(气体、液体、固体及混合体)具有特殊性质(强腐蚀、强辐射、高温、高压、深冷、真空、高粘度等)的检验环境比较差，许多影响和干扰，如电源电压、频率变动、温度、压力存在光照、辐射、盐雾、烟雾、粉尘等，这些情况要求化工检验修订具有稳定的工作特性、高抗干扰能力和相应的防护措施。 检测技术和校正器的发展： 1、检测技术的现代化：随着科学技术的发展，新技术、新材料、新技术不断出现，新的检测方法不断开发。 2 .修正器的集成化、数字化、智能化：传感器、

10、集成电路、电子技术、数字化技术、微机技术的应用、例题分析2，某修正器的测温范围为2001000C，工艺上的要求测温误差不得超过5C，尝试确定应选择的修正器的精度等级。 解：工艺上允许的相对百分比误差是，允许范围=5/(1000-200)100%=0.625%所选修正器的相对百分比误差要求不超过工艺上的允许范围，测温误差在5C以下，所选修正器的精度等级不是0.5级修正器的精度水平越高测温误差越小，但是为了不增加投资费用，不应该选择精度高的修正器。 第二节压力测定、压力：化工生产中，气体或液体对单位面积均匀垂直作用的力。 在化工生产中，通常会遇到压力和真空度的测量。 如果压力不能满足要求，不仅会影

11、响生产效率，降低产品质量，还会引起严重的生产事故。 在化学反应中，压力同时影响材料的平衡关系和化学反应速度。 因此，压力的测量和控制对于保证生产过程的正常进行，实现高产、优质、低消费和安全是非常重要的。 3种压力表示方法、绝对压力pa表压力p负压或真空度ph、压力单位和负载传感器、绝对压力是指物体受到的实际压力。 表压是指一般压力修正测量的压力，是比大气压高的绝对压力和大气压的差，真空度是比大气压低的绝对压力的差，有时也称为负压，除非另有说明，后述的压力是指表压。 压力检测器的分类，现在工业上常用的压力检测方法和压力检测器很多，根据传感器元件和转换原理，(1)液柱式压力检测一般采用充满水、汞等

12、液体的玻璃u形管或单管进行测量。 (2)弹性式压力检测这是根据弹性要素受到的力变形的原理，将被测量压力变换为位移进行测量。 常见的弹性元件包括弹簧管、膜片、波纹管等。 (3)电压检测这是用传感器将被测量压力直接转换成各种电量进行测量的修正器，例如电阻、电荷量等。 (4)活塞式压力检测这是根据液压机的液体输送压力的原理，将被测定压力变换为施加在活塞面积上的平衡锤的质量来进行测定。 活塞式压力修正的测量精度高，允许误差小，为0.050.02，一般用作标准仪器，压力测量仪的检定、液柱式压力测量、液柱式压力测量均基于液体静力学原理，它们一般以汞或水为工作液，用u型管测量，低压、负压或压力特点：直观、可

13、靠、精度高，但u形管只能测量低压或差压，为了方便阅读，u形管一般由玻璃制成，易破损，且只能现场指示。用u形管进行压力检测，其误差源主要是温度误差使用环境温度变化引起的测量误差。 主要有两个方面。 一个是尺度长度的温度变化(要求u字管材料的温度系数极小)。 二是工作液的密度随温度而变化。 例如，水的密度在温度从10变化到20时，其密度从999.8kg/m3减少到998.3kg/m3，相对变化量为0.15。 安装误差如果u字管的安装不垂直，将发生安装误差。 弹性式压力修正、弹性式压力检测是用弹性部件将压力变换为弹性部件的位移的检测方法。 膜片受到压力而位移，可直接移动传动机构的指示。 但是，胶片的

14、位移小，灵敏度低，指示精度不高，一个是2.5级。 膜片大多与其他转换元件组合使用，通过膜片和转换元件将压力转换为电信号，波纹管的位移相对较大，在其前端安装传动机构，可以直接读取指针。 其特点为高灵敏度(特别是低压区)，常用于检测低压(1.0106Pa )，波纹管延迟误差大，精度一般只达到1.5级，弹簧管结构简单、易于使用、廉价，使用范围广、测量范围广、负压、 根据制造要求，修正器精度最高可达0.15级。 弹簧管和弹簧管压力修正，弹簧管的横截面为非圆形(椭圆形或扁平圆形)，是圆弧状(中心角始终为270 )弯曲的中空管。 管子的一端封闭，另一端开口。 闭口端为自由端，开口端为固定端。 被测定压力介

15、质从开口端进入，充满弹簧管的内腔整体，由于弹簧管的非圆横截面，有变成圆形而延伸的倾向，因此产生力矩，其结果，弹簧管的自由端变位，并且其中心角变化。 关于位移量(中心角变化量)和加压力，式中的0是弹簧管中心角的初始角，式中的0是弹簧管中心角的初始角，式中的0是弹簧管中心角的初始角，作为受压后的中心角的变化量的r是弹簧管的弯曲圆弧的外半径，h是管壁的厚度、1弹簧管2拉杆3扇形齿轮4中心齿轮5指针6面板7游丝8调节螺钉9接头图3-18弹簧管压力修正中，弹簧管自由端b的位移量一般较小，需要由放大机构指示，为了增大弹簧管自由端的位移量，也可以采用单旋转弹簧管单圈弹簧管压力修正是工业现场最普遍的定位指示式

16、压力修正(也有电触点输出的弹簧管压力修正)，弹簧管压力修正结构简单，使用方便，价格便宜，测量范围广，可测量负压、微压、低压、中压和高压，一般工业用弹簧管压力修正的精度等级为1.5级电式压力修正和信号转换、电式压力修正实际上是将弹性要素、液柱式压力修正的微小位移和活塞式压力修正的力转换为电信号输出的一种压力修正。 电气式压力修正通常是一次修正(压力探针):将压力转换为微弱的电气残奥表二次修正器：将微弱的电气残奥表转换为标准电气信号。电气式压力校正、常用电表为电阻、电感、电容、电压等。 一般的压力变换器(压力探头)有应变式压力变换器和应变式压力变换器的压阻式压力变换器和感应式压力变换器静电电容式压力变换器和霍尔片压力变换器。 霍尔式压力校正，霍尔半导体通过垂直电流和磁场，产生侧向电压： UH=RHBI、n、s、应变片压力/差压变送器，将这种尺寸变化引起的电阻值的变化称为应变效应。应变计多以金属材料为主，一般与弹性元件一起使用。 应变筒的上端与外壳固定，下端与不锈钢密封膜片3紧贴，应变片r1和r2与应变筒的外壁用粘接剂紧贴，在筒体之间不产生相对滑动。 r1沿应变筒的轴向粘贴，作为测定片的r2