測量儀表基礎(chǔ)知識

1、Process Control & Instrumentation Technology主要內(nèi)容主要內(nèi)容 t檢測儀表功能、原理性組成檢測儀表功能、原理性組成t氣動、電動儀表信號標(biāo)準(zhǔn)氣動、電動儀表信號標(biāo)準(zhǔn)t測量誤差、真值、精度測量誤差、真值、精度t測量變送中的幾個(gè)主要問題測量變送中的幾個(gè)主要問題t測量信號的處理測量信號的處理 t數(shù)字濾波數(shù)字濾波Process Control & Instrumentation Technology檢測儀表功能及組成檢測儀表功能及組成 t功能：確定被測參數(shù)的量值t組成：t傳感器（含敏感元件）：檢測儀表中的首要部件，它直接與被測對象發(fā)生聯(lián)系（但不一定

2、直接接觸）。感受被測參數(shù)的變化，并發(fā)出與之相適應(yīng)的信號（壓力變化、電阻變化等）。 t變送器：能輸出標(biāo)準(zhǔn)信號的傳感器。Process Control & Instrumentation Technology氣動、電動儀表信號標(biāo)準(zhǔn)氣動、電動儀表信號標(biāo)準(zhǔn) t電動儀表：4-20mA，DC（遠(yuǎn)距離）；1-5V，DC（柜內(nèi)傳輸） t氣動儀表：20-100Kpa Process Control & Instrumentation Technology對傳感器的三個(gè)要求 t高準(zhǔn)確性，傳感器的輸出信號與被測參數(shù)成嚴(yán)格的單值函數(shù)關(guān)系。 t高穩(wěn)定性，不受時(shí)間或環(huán)境溫度變化等因素的影響。 t高靈敏度，

3、被測參數(shù)微小變化時(shí)，輸出量變化明顯。 Process Control & Instrumentation Technology測量誤差與真值測量誤差與真值 t測量誤差：測量值與真實(shí)值之間存在的差別t真值：一個(gè)變量本身所具有的真實(shí)值，它是一個(gè)理想的概念，一般是無法得到的。t在計(jì)算誤差時(shí)，一般用約定真值或相對真值來代替。 Process Control & Instrumentation Technology約定真值與相對真值約定真值與相對真值 t約定真值：一個(gè)接近真值的值，它與真值之差可忽略不計(jì)。t實(shí)際測量中以在沒有系統(tǒng)誤差的情況下，足夠多次的測量值之平均值作為約定真值。t相對真

4、值：指當(dāng)高一級標(biāo)準(zhǔn)器的誤差僅為低一級的1/3以下時(shí)，可認(rèn)為高一級的標(biāo)準(zhǔn)器或儀表示值為低一級的相對真值。 Process Control & Instrumentation Technology儀表讀數(shù)誤差儀表讀數(shù)誤差 t讀數(shù)誤差的實(shí)質(zhì)，是儀表讀數(shù)與被測參數(shù)真實(shí)值之差。t儀表的讀數(shù)誤差只能是讀數(shù)與約定真值或相對真值之差。 t=M-A t讀數(shù)絕對誤差； t M儀表讀數(shù)； t A約定真值或相對真值。 Process Control & Instrumentation Technology儀表絕對誤差與相對誤差儀表絕對誤差與相對誤差 t絕對誤差：在測量范圍內(nèi)，各讀數(shù)誤差的最大值。t相對

5、誤差：儀表的絕對誤差與真值的百分比。t引用誤差：絕對誤差與儀表量程的百分比 %100XSmProcess Control & Instrumentation Technology儀表基本誤差儀表基本誤差 t這是指在儀表制造廠保證的條件下儀表的相對誤差值，即規(guī)定使用條件下的相對誤差。t規(guī)定使用條件：包括溫度、相對濕度、電源電壓、安裝方式等 。 Process Control & Instrumentation Technology儀表的附加誤差儀表的附加誤差 t附加誤差是儀表在非規(guī)定的參比工作條件下使用時(shí)另外產(chǎn)生的誤差。t如電源波動附加誤差，溫度附加誤差等。 Process Co

6、ntrol & Instrumentation Technology儀表精度等級儀表精度等級 t又稱準(zhǔn)確度級，是按國家統(tǒng)一規(guī)定的允許誤差大小劃分成的等級。t我國儀表精度等級有：0.001、0.005、0.02、0.05、0.1、0.2、0.4、0.5、1.0、1.5、2.5、4.0等。t級數(shù)越小，精度（準(zhǔn)確度）就越高。t科學(xué)實(shí)驗(yàn)用的儀表精度等級在0.05級以上；工業(yè)檢測用儀表多在0.14.0級，其中校驗(yàn)用的標(biāo)準(zhǔn)表多為0.1或0.2級，現(xiàn)場用多為0.54.0級。 Process Control & Instrumentation Technology儀表的靈敏度儀表的靈敏度 t儀

7、表的靈敏度是表達(dá)儀表對被測參數(shù)變化的靈敏程度。t它是指儀表在達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)以后，儀表輸出信號變化與引起此輸出信號變化的被測參數(shù)（輸入信號）變化量x之比，用S表示靈敏度 xSProcess Control & Instrumentation Technology儀表的靈敏限儀表的靈敏限 t指能夠引起儀表指示值（輸出信號）發(fā)出變化（動作）的被測參數(shù)（輸入信號）的最?。O限）變化量。t與靈敏度是不同的概念。Process Control & Instrumentation Technology測量變送中的幾個(gè)主要問題測量變送中的幾個(gè)主要問題 t純滯后問題 t由于測量元件安裝位置不當(dāng)及測

8、量儀表本身特性等容易引入純滯后。 t測量滯后問題 t主要由測量元件本身的特性造成。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中可選用快速測量元件。t信號傳送滯后問題 t主要是指QDZ儀表氣壓信號在管路傳送過程中所造成的滯后。 Process Control & Instrumentation Technology測量信號的處理測量信號的處理 t測量信號的校正 t測量信號噪聲（干擾）的濾波 t低通t高通t帶通t對測量信號進(jìn)行線性化處理 Process Control & Instrumentation Technology數(shù)字濾波數(shù)字濾波 t數(shù)字濾波即程序?yàn)V波，通過計(jì)算機(jī)軟件（運(yùn)算與判斷）濾去干擾信號，提高信號

9、的真實(shí)性。 t在計(jì)算機(jī)中常采用數(shù)字濾波消除低頻干擾t常用的數(shù)字濾波有如下幾種：算術(shù)平均值濾波、程序判斷濾波、中位值法濾波和一階慣性濾波等。 Process Control & Instrumentation Technology算術(shù)平均值濾波 t又稱為遞推平均濾波，對周期性等幅振蕩的干擾有較明顯的濾波效果。 niiiXnY11Process Control & Instrumentation Technology程序判斷濾波 t當(dāng) 時(shí)，則Xi為輸入計(jì)算機(jī)的采樣值。 t當(dāng) 時(shí)，應(yīng)將Xi-1采樣值作為第i次采樣值輸入計(jì)算機(jī)。tB值的選擇主要決定于對象的被測參數(shù)的變化速度 BXXii

10、 1BXXii 1Process Control & Instrumentation Technology中位值法濾波 t連續(xù)采樣三次以上的被測值，從中選擇大小居中的那個(gè)值作為有效的測量信號t適用場合：對變化速度不太快的參數(shù)，去掉其干擾脈沖。 Process Control & Instrumentation Technology一階慣性濾波 t實(shí)質(zhì)上是通過計(jì)算機(jī)的算式來實(shí)現(xiàn)動態(tài)的RC低通濾波 11)()(sTsXsYfProcess Control & Instrumentation Technology智能儀表t自動化儀表及裝置向著智能化、數(shù)字化、模塊化、高精度化和

11、小型化的方向發(fā)展，智能化是最重要的特點(diǎn)。t與常規(guī)儀表相比，智能儀表：t測量精度高t自動校準(zhǔn)t自動修正誤差t自診斷的能力t允許靈活地改變功能，實(shí)現(xiàn)高級控制。 Process Control & Instrumentation Technology例題1t某壓力表刻度0100kPa，在50kPa處測量值為49.5kPa，求在50kPa處儀表示值的絕對誤差、示值相對誤差和示值引用誤差？ Process Control & Instrumentation Technology例題1t儀表示值的絕對誤差： t儀表示值的相對誤差：t儀表示值的引用誤差： kpa5 . 05 .4950%1%

12、100505 .0%5 . 0%1001005 . 0mProcess Control & Instrumentation Technology例題2t下圖是乙烯裂解氣溫度控制系統(tǒng)。采用液態(tài)丙烯，使其汽化吸收熱量以冷卻乙烯裂解氣。調(diào)節(jié)氣態(tài)丙烯流量使溫度控制在（151.5）。TTTC乙烯裂解氣丙烯冷卻器氣態(tài)丙烯液態(tài)丙烯Process Control & Instrumentation Technology例題2t指出系統(tǒng)中被控對象、被控變量和操縱變量各是什么？ t試畫出該控制系統(tǒng)的組成方塊圖。 t試比較示意圖和方塊圖，說明操縱變量的信號流向與物料的實(shí)際流動方向不同。 Proces

13、s Control & Instrumentation Technology例題2t被控對象為丙烯冷卻器；被控變量為乙烯裂解氣的出口溫度；操縱變量為氣態(tài)丙烯的流量。t在示意圖中，氣態(tài)丙烯的流向是由丙烯冷卻器流出。而在方塊圖中，氣態(tài)丙烯作為操縱變量，其信號的流向是指向丙烯冷卻器的。 控制器執(zhí)行器丙烯冷卻器擾動sp測量變送Process Control & Instrumentation Technology例題3t某換熱器的溫度控制系統(tǒng)方塊圖如下圖。系統(tǒng)的被控變量為出口物料溫度，要求保持在（20020），操縱變量為加熱蒸汽的流量。 電動控制器電-氣轉(zhuǎn)換器換熱器RIQEPCF測量、變送-Z氣動執(zhí)行器Process Control & Instrumentation Technology例題3t說明圖中R、E、Q、C、F所代表的專業(yè)術(shù)語內(nèi)容。 t說明Z、I、P