檢測(cè)儀表基本知識(shí).ppt

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化工儀表及自動(dòng)化 第一篇化工檢測(cè)儀表 檢測(cè)儀表用來檢測(cè)生產(chǎn)過程中有關(guān)技術(shù)參數(shù)的技術(shù)工具 第一章檢測(cè)儀表基本知識(shí) 內(nèi)容提要測(cè)量過程與測(cè)量誤差測(cè)量儀表的品質(zhì)指標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)中的常見信號(hào)類型檢測(cè)系統(tǒng)中信號(hào)的傳遞形式檢測(cè)儀表與測(cè)量方法的分類 化工檢測(cè)的發(fā)展趨勢(shì) 測(cè)量過程與測(cè)量誤差 測(cè)量是用實(shí)驗(yàn)的方法 求出某個(gè)量的大小 測(cè)量實(shí)質(zhì)是將被測(cè)參數(shù)與其相應(yīng)的測(cè)量單位進(jìn)行比較的過程 測(cè)量過程有三要素 測(cè)量單位 測(cè)量方法 測(cè)量儀表 測(cè)量單位 單位 基準(zhǔn) 米基準(zhǔn) 光在真空中1 299 792 458S時(shí)間間隔內(nèi)所經(jīng)路徑的長度 秒基準(zhǔn) 以銫原子 133 的原子基態(tài)兩個(gè)超精細(xì)能級(jí)間躍遷輻射9 192 631 770周所持續(xù)的時(shí)間 千克基準(zhǔn) 以鉑銥合金制成 底面直徑為39毫米 高為39毫米的國際千克原器 圓柱體 的質(zhì)量 檢測(cè)儀表 檢測(cè)儀表用來檢測(cè)生產(chǎn)過程中的各個(gè)有關(guān)參數(shù)的技術(shù)工具 檢測(cè)過程參數(shù)檢測(cè)就是用專門的技術(shù)工具 依靠能量的變換 實(shí)驗(yàn)和計(jì)算找到被測(cè)量的值 測(cè)量過程與測(cè)量誤差 測(cè)量誤差 由儀表讀得的被測(cè)值 測(cè)量值 與被測(cè)參數(shù)的真實(shí)值之間的差距 測(cè)量誤差按其產(chǎn)生原因的不同 可以分為三類 1 系統(tǒng)誤差誤差大小和方向均不隨測(cè)量過程而改變 2 疏忽誤差測(cè)量者在測(cè)量過程中的疏忽大意所致 3 偶然誤差在同樣條件下反復(fù)多次測(cè)量結(jié)果都不重復(fù)的誤差 測(cè)量過程與測(cè)量誤差 絕對(duì)誤差xI 儀表指示值 xt 被測(cè)量的真值 由于真值無法得到x 被校表的讀數(shù)值 x0 標(biāo)準(zhǔn)表的讀數(shù)值 相對(duì)誤差 測(cè)量誤差按表示方法的不同 分為絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差 檢測(cè)儀表的品質(zhì)指標(biāo) 1 檢測(cè)儀表的準(zhǔn)確度 或精確度 與允許誤差2 檢測(cè)儀表的恒定度與變差3 靈敏度與靈敏限 或分辨率 4 反應(yīng)時(shí)間5 線性度 f 6 重復(fù)性 重復(fù)性誤差 檢測(cè)儀表的品質(zhì)指標(biāo) 1 測(cè)量儀表的準(zhǔn)確度 精確度 絕對(duì)誤差 說明 儀表的測(cè)量誤差可以用絕對(duì)誤差 來表示 但是 儀表的絕對(duì)誤差在測(cè)量范圍內(nèi)的各點(diǎn)不相同 因此 常說的 絕對(duì)誤差 指的是絕對(duì)誤差中的最大值 max 檢測(cè)儀表的品質(zhì)指標(biāo) 一臺(tái)0 1000kPa的壓變 其最大絕對(duì)誤差10kPa 在整個(gè)量程范圍內(nèi) 另一臺(tái)0 400kPa的壓變 其最大絕對(duì)誤差5kPa哪臺(tái)精度更高 1 測(cè)量儀表的準(zhǔn)確度 精確度 檢測(cè)儀表的品質(zhì)指標(biāo) 1 測(cè)量儀表的準(zhǔn)確度 精確度 兩大影響因素絕對(duì)誤差和儀表的標(biāo)尺范圍 量程 絕對(duì)誤差 說明 儀表的測(cè)量誤差可以用絕對(duì)誤差 來表示 但是 儀表的絕對(duì)誤差在測(cè)量范圍內(nèi)的各點(diǎn)不相同 因此 常說的 絕對(duì)誤差 指的是絕對(duì)誤差中的最大值 max 檢測(cè)儀表的品質(zhì)指標(biāo) 測(cè)量范圍 ymim ymax量程 yF S ymax ymim 1 測(cè)量儀表的準(zhǔn)確度 精確度 儀表精度與量程有關(guān) 在儀表精度等級(jí)一定的前提下適當(dāng)縮小量程 可以減小測(cè)量誤差 提高測(cè)量準(zhǔn)確性 儀表量程的上限Ymax 4 3 3 2倍 被測(cè)變量 波動(dòng)較大時(shí) 3 2 2倍 被測(cè)變量 下限Ymin 一般地 被測(cè)變量的值不低于全量程的1 3 檢測(cè)儀表的品質(zhì)指標(biāo) 相對(duì)百分誤差 允許誤差 允 檢測(cè)儀表的品質(zhì)指標(biāo) 儀表的允許相對(duì)百分誤差去掉 號(hào)及 號(hào) 精確度等級(jí) 儀表的 允越大 表示它的精確度越低 反之 儀表的 允越小 表示儀表的精確度越高 目前常用的精確度等級(jí)有0 005 0 02 0 05 0 1 0 2 0 4 0 5 1 0 1 5 2 5 4 0等 檢測(cè)儀表的品質(zhì)指標(biāo) 例1某臺(tái)測(cè)溫儀表的測(cè)溫范圍為200 700 校驗(yàn)該表時(shí)得到的最大絕對(duì)誤差為 4 試確定該儀表的相對(duì)百分誤差與準(zhǔn)確度等級(jí) 解 該儀表的相對(duì)百分誤差為 如果將該儀表的去掉 號(hào)與 號(hào) 其數(shù)值為0 8 由于國家規(guī)定的精度等級(jí)中沒有0 8級(jí)儀表 同時(shí) 該儀表的誤差超過了0 5級(jí)儀表所允許的最大誤差 所以 這臺(tái)測(cè)溫儀表的精度等級(jí)為1 0級(jí) 例2某臺(tái)測(cè)溫儀表的量程是200 700 工藝要求該儀表指示值的誤差不得超過 4 應(yīng)選精度等級(jí)為多少的儀表才能滿足工藝要求 0 8 介于允許誤差 0 5 與 1 0 之間 如果選擇允許誤差為 1 0 則其精度等級(jí)應(yīng)為1 0級(jí) 量程為200 700 精確度為1 0級(jí)的儀表 可能產(chǎn)生的最大絕對(duì)誤差為 5 超過了工藝的要求 所以只能選擇一臺(tái)允許誤差為 0 5 即精確度等級(jí)為0 5級(jí)的儀表 才能滿足工藝要求 解根據(jù)工藝要求 該儀表的最大允許誤差為 根據(jù)儀表校驗(yàn)數(shù)據(jù)來確定儀表精度等級(jí)和根據(jù)工藝要求選擇儀表精度等級(jí)是不同的 根據(jù)儀表校驗(yàn)數(shù)據(jù)來確定儀表精度等級(jí)時(shí) 儀表的允許誤差應(yīng)該儀表校驗(yàn)得到的相對(duì)百分誤差 根據(jù)工藝要求選擇儀表精度等級(jí)時(shí) 儀表的允許誤差應(yīng)該工藝允許的最大相對(duì)百分誤差 例3某被測(cè)溫度信號(hào)在70 80 范圍內(nèi)變化 工藝要求測(cè)量誤差不得超過 1 現(xiàn)有兩臺(tái)測(cè)溫儀表 精度等級(jí)均為0 5級(jí) 其中一臺(tái)儀表的測(cè)量范圍是0 100 另一臺(tái)儀表的測(cè)量范圍是0 200 試問這兩臺(tái)儀表能否滿足上述測(cè)量要求 檢測(cè)儀表的品質(zhì)指標(biāo) 儀表的準(zhǔn)確度等級(jí)是衡量儀表質(zhì)量優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一 儀表的精度等級(jí)一般可用不同的符號(hào)形式標(biāo)志在儀表面板上 例如 1 5 1 0 在工業(yè)上應(yīng)用時(shí) 對(duì)檢測(cè)儀表準(zhǔn)確度的要求 應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)操作的實(shí)際情況和該參數(shù)對(duì)整個(gè)工藝過程的影響程度所提供的誤差允許范圍來確定 這樣才能保證生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性和合理性 注意 檢測(cè)儀表的品質(zhì)指標(biāo) 2 檢測(cè)儀表的恒定度 變差是指在外界條件不變的情況下 用同一儀表對(duì)被測(cè)量在儀表全部測(cè)量范圍內(nèi)進(jìn)行正反行程 即被測(cè)參數(shù)逐漸由小到大和逐漸由大到小 測(cè)量時(shí) 被測(cè)量值正行和反行所得到的兩條特性曲線之間的差值 儀表的變差不能超出儀表的允許誤差 否則應(yīng)及時(shí)檢修 用一只標(biāo)準(zhǔn)壓力表校驗(yàn)一只待校壓力表 待校壓力表的測(cè)量范圍為0 100kPa 校驗(yàn)結(jié)果如下表所示 試計(jì)算各點(diǎn)的絕對(duì)誤差 變差 并確定待校壓力表的準(zhǔn)確度等級(jí) 0 0 1 0 1 0 0 4 0 2 0 2 0 1 0 4 0 7 0 0 2 0 2 0 5 0 3 確定準(zhǔn)確度等級(jí) max 0 7kPa max N 100 0 7 100 100 0 7 去掉 的 和 后 其數(shù)值在0 5 1之間 由于該表的 max已經(jīng)超過了0 5級(jí)表允許的 max 故該表的準(zhǔn)確度等級(jí)為1 0級(jí) 計(jì)算變差 變差 變max N 100 0 5 100 100 0 5 由于該變差數(shù)值在1 0級(jí)表允許的誤差范圍內(nèi) 故不影響表的準(zhǔn)確度等級(jí) 注意 若變差數(shù)值 變max超過了絕對(duì)誤差 max 則應(yīng)以 變max來確定儀表的準(zhǔn)確度等級(jí) 檢測(cè)儀表的品質(zhì)指標(biāo) 3 靈敏度和靈敏限 指針式儀表中儀表的靈敏度是指儀表指針的線位移或角位移 與引起這個(gè)位移的被測(cè)參數(shù)變化量的比值 即 式中 S為儀表的靈敏度 為指針的線位移或角位移 x為引起 所需的被測(cè)參數(shù)變化量 儀表的靈敏限是指能引起儀表指針發(fā)生動(dòng)作的被測(cè)參數(shù)的最小變化量 通常儀表靈敏限的數(shù)值應(yīng)不大于儀表允許絕對(duì)誤差的一半 檢測(cè)儀表的品質(zhì)指標(biāo) 3 靈敏度和靈敏限 數(shù)字式儀表中用分辨率表示靈敏度 儀表分辨率是儀表輸出能響應(yīng)和分辨的最小輸入量 分辨率就是在儀表的最低量程上最末一位改變一個(gè)數(shù)所表示的被測(cè)參數(shù)變化量 例如 七位數(shù)字電壓表 最低量程為1V 檢測(cè)儀表的品質(zhì)指標(biāo) 4 反應(yīng)時(shí)間 反應(yīng)時(shí)間就是用來衡量儀表能不能盡快反映出參數(shù)變化的品質(zhì)指標(biāo) 反應(yīng)時(shí)間長 說明儀表需要較長時(shí)間才能給出準(zhǔn)確的指示值 那就不宜用來測(cè)量變化頻率的參數(shù) 儀表反應(yīng)時(shí)間的長短 實(shí)際上反映了儀表動(dòng)態(tài)特性的好壞 儀表的反應(yīng)時(shí)間有不同的表示方法 當(dāng)輸入信號(hào)突然變化一個(gè)數(shù)值后 輸出信號(hào)將由原始值逐漸變化到新的穩(wěn)定態(tài) 儀表的輸出信號(hào)由開始變化到新穩(wěn)態(tài)值的63 2 95 所用的時(shí)間 可用來表示反應(yīng)時(shí)間 檢測(cè)儀表的品質(zhì)指標(biāo) 5 線性度 線性度是表征線性刻度儀表的輸出量與輸入量的實(shí)際校準(zhǔn)曲線與理論直線的吻合程度 通?？偸窍Ｍ麥y(cè)量儀表的輸出與輸入之間呈線性關(guān)系 式中 f為線性度 又稱非線性誤差 fmax為校準(zhǔn)曲線對(duì)于理論直線的最大偏差 以儀表示值的單位計(jì)算 檢測(cè)儀表的品質(zhì)指標(biāo) 6 重復(fù)性 重復(fù)性是表示檢測(cè)儀表在被測(cè)參數(shù)按同一方向作全量程連續(xù)多次變動(dòng)時(shí)所得標(biāo)定特性曲線不一致的程度 若標(biāo)定的特性曲線一致 重復(fù)性就好 重復(fù)性誤差就小 檢測(cè)系統(tǒng)中的常見信號(hào)類型 作用于檢測(cè)裝置輸入端的被測(cè)信號(hào) 通常要轉(zhuǎn)換成以下幾種便于傳輸和顯示的信號(hào)類型位移信號(hào)壓力信號(hào)電氣信號(hào)光信號(hào) 檢測(cè)系統(tǒng)中信號(hào)的傳遞形式 模擬信號(hào)在時(shí)間上是連續(xù)變化的 即在任何瞬時(shí)都可以確定其數(shù)值的信號(hào) 數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)是一種以離散形式出現(xiàn)的不連續(xù)信號(hào) 通常用二進(jìn)制數(shù) 0 和 1 組合的代碼序列來表示 開關(guān)信號(hào)用兩種狀態(tài)或用兩個(gè)數(shù)值范圍表示的不連續(xù)信號(hào) 檢測(cè)儀表與測(cè)量方法的分類 1 檢測(cè)儀表的分類 根據(jù)儀表使用的能源的不同 可分為氣動(dòng)儀表 電動(dòng)儀表和液動(dòng)儀表 按信息傳遞的作用不同 可分成檢測(cè)儀表 顯示儀表 控制儀表 執(zhí)行器 按儀表組成形式的不同 可分為基地式儀表和單元組合儀表 檢測(cè)儀表與測(cè)量方法的分類 1 檢測(cè)儀表的分類 根據(jù)所測(cè)參數(shù)的不同 可分為壓力 包括差壓 負(fù)壓 檢測(cè)儀表 流量檢測(cè)儀表 物位 液位 檢測(cè)儀表 溫度檢測(cè)儀表 物質(zhì)成分分析儀表及物性檢測(cè)儀表等 按表達(dá)示數(shù)的的方式不同 可分成指示型 記錄型 訊號(hào)型 遠(yuǎn)傳指示型 累積型 按精度等級(jí)及使用場(chǎng)合的不同 可分為實(shí)用儀表 范型儀表和標(biāo)準(zhǔn)儀表 分別使用在現(xiàn)場(chǎng) 實(shí)驗(yàn)室和標(biāo)定室 壓力檢測(cè)儀表 流量檢測(cè)儀表 溫度檢測(cè)儀表 液位檢測(cè)儀表 指示型 記錄型 訊號(hào)型 遠(yuǎn)傳指示型 累積型等 XSR50彩色無紙記錄儀 XRS30單色無紙記錄儀 智能壓力校驗(yàn)儀 壓力儀表校驗(yàn)裝置 熱電偶校驗(yàn)仿真儀 隔膜壓力表 實(shí)用儀表 范型儀表和標(biāo)準(zhǔn)儀表 分別使用在現(xiàn)場(chǎng) 實(shí)驗(yàn)室和標(biāo)定室 檢測(cè)儀表與測(cè)量方法的分類 2 測(cè)量方法的分類 直接測(cè)量 間接測(cè)量 按照測(cè)量結(jié)果的獲得過程 測(cè)量方法的分類 按測(cè)量結(jié)果的獲得過程分類 直接測(cè)量法間接測(cè)量法 直接測(cè)量 用事先分度或標(biāo)定好的測(cè)量儀表 直接讀取被測(cè)量測(cè)量結(jié)果的方法 直接將被測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較 如 測(cè)量結(jié)果 20 1mm 特點(diǎn) 簡單 直觀 明了 精確度較高 1 偏差法 2 零值法 3 微差法 測(cè)量方法的分類 間接測(cè)量 通過直接測(cè)量于被測(cè)量有確定函數(shù)關(guān)系的其他各個(gè)變量 然后將所得的數(shù)值代入函數(shù)進(jìn)行計(jì)算 從而求得被測(cè)量值的方法稱為間接測(cè)量 y f x S a b a b 測(cè)量方法的分類 接觸測(cè)量 按測(cè)量儀表的特點(diǎn)分類 接觸測(cè)量法非接觸測(cè)量法 化工檢測(cè)的發(fā)展趨勢(shì) 檢測(cè)技術(shù)的現(xiàn)代化檢測(cè)儀表的集成化 數(shù)字化 智能化軟測(cè)量技術(shù)和虛擬儀器 例題分析 1 某臺(tái)具有線性關(guān)系的溫度變送器 其測(cè)溫范圍為0 200 變送器的輸出為4 20mA 對(duì)這臺(tái)溫度變送器進(jìn)行校驗(yàn) 得到下列數(shù)據(jù) 試根據(jù)以上校驗(yàn)數(shù)據(jù)確定該儀表的變差 準(zhǔn)確度等級(jí)與線性度 解 該題的解題步驟如下 1 根據(jù)儀表的輸出范圍確定在各溫度測(cè)試點(diǎn)的輸出標(biāo)準(zhǔn)值x標(biāo) 任一溫度值的標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào) mA 為例如 當(dāng)溫度為50 時(shí) 對(duì)應(yīng)的輸出應(yīng)為其余類推 2 算出各測(cè)試點(diǎn)正 反行程時(shí)的絕對(duì)誤差 正與 反 并算出正 反行程之差 變 分別填入下表內(nèi) 計(jì)算 變時(shí)可不考慮符號(hào) 取正值 3 由上表找出最大的絕對(duì)誤差 max 并計(jì)算最大的相對(duì)百分誤差 max 由上表可知 去掉 max的 號(hào)及 號(hào)后 其數(shù)值為0 625 數(shù)值在0 5 1 0之間 由于該表的 max已超過0 5級(jí)表所允許的 允 故該表的準(zhǔn)確度等級(jí)為1 0級(jí) 4 計(jì)算變差 由于該變差數(shù)值在1 0級(jí)表允許的誤差范圍內(nèi) 故不影響表的準(zhǔn)確度等級(jí) 注意若變差數(shù)值 變max超過了絕對(duì)誤差 max 則應(yīng)以 變max來確定儀表的準(zhǔn)確度等級(jí) 5 由計(jì)算結(jié)果可知 非線性誤差的最大值 fmax 0 10 故線性度 f為 2 某臺(tái)測(cè)溫儀表的測(cè)溫范圍為200 1000 工藝上要求測(cè)溫誤差不能大于 5 試確定應(yīng)選儀表的準(zhǔn)確度等級(jí) 解 工藝上允許的相對(duì)百分誤差為 要求所選的儀表的相對(duì)百分誤差不能大于工藝上的 允 才能保證測(cè)溫誤差不大于 5 所以所選儀表的準(zhǔn)確度等級(jí)應(yīng)為0 5級(jí) 當(dāng)然儀表的準(zhǔn)確度等級(jí)越高 能使測(cè)溫誤差越小 但為了不增加投資費(fèi)用 不宜選過高準(zhǔn)確度的儀表 例題分析 1 某一標(biāo)尺為0 1000 的溫度計(jì)出廠前經(jīng)校驗(yàn) 其刻度標(biāo)尺上的各點(diǎn)測(cè)量結(jié)果分別為 求出該溫度計(jì)的最大絕對(duì)誤差值 確定該溫度計(jì)的精度等級(jí) 課堂練習(xí) 2 某壓力表的測(cè)壓范圍為0 1MPa 精度等級(jí)為1級(jí) 試問此壓力表允許的最大絕對(duì)誤差是多少 若用標(biāo)準(zhǔn)壓力計(jì)來校驗(yàn)該壓力表 在校驗(yàn)點(diǎn)為0 5MPa時(shí) 標(biāo)準(zhǔn)壓力計(jì)上讀數(shù)為0 508MPa 試問被校壓力表在這一點(diǎn)是否符合1級(jí)精度 為什么 課堂練習(xí) 3 如果有一臺(tái)壓力表 其測(cè)壓范圍為0 10MPa 經(jīng)校驗(yàn)得出下列數(shù)據(jù) 求出該壓力表的變差問該壓力表是否符合1 0級(jí)精確度 課堂練習(xí) 解 1 首先求出各點(diǎn)正 反行程標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)的差值 找出其中的最大差值 指絕對(duì)值 本題的最大絕對(duì)差值發(fā)生在6MPa處 其值為6 06 5 94 0 12 MPa 2 由于該表的變差已超過1 0級(jí)表的允許誤差 故不符合1 0級(jí)精度 小結(jié) 本章基本要求了解儀表的品質(zhì)指標(biāo) 檢測(cè)系統(tǒng)中的常見信號(hào)類型 信號(hào)的傳遞形式 掌握儀表準(zhǔn)確度的意義與測(cè)量誤差的關(guān)系重點(diǎn)計(jì)算掌握允許誤差 變差的計(jì)算及儀表精度等級(jí)的確定 選擇 作業(yè) P13習(xí)題與思考題2 3 6 7