《過程控制技術(shù)》課件-第2章 檢測儀表

第2章檢測儀表

對生產(chǎn)過程參數(shù)進(jìn)行實(shí)時、準(zhǔn)確檢測是保障生產(chǎn)過程安全、產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)能減排與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的必要條件。完成各種參數(shù)檢測的工具稱為檢測儀表，包括測量指示儀表和將被測參數(shù)轉(zhuǎn)換成標(biāo)信號輸出的測量變送器。檢測儀表的性能指標(biāo)

參數(shù)檢測（測量）的本質(zhì)是將被測參數(shù)直接、或經(jīng)過轉(zhuǎn)換后與其度量單位進(jìn)行比較，獲得量化表示的數(shù)據(jù)。檢測儀表就是獲得參數(shù)量化數(shù)據(jù)并進(jìn)行顯示、標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換和遠(yuǎn)距離傳輸?shù)墓ぞ?。檢測儀表種類繁多，目的都是快速、準(zhǔn)確地檢測/測量各種物理量，因此，對檢測儀表的性能評價必須有一套通用的技術(shù)指標(biāo)。下面簡單討論這些評價指標(biāo)的含義及其使用方法。1.絕對誤差檢測儀表的指示值X與被測量真值Xz之間的差值稱為絕對誤差Δ：

Δ=X－Xz

由于真值是無法得到的理論值。在實(shí)際計算時，用精確度較高的標(biāo)準(zhǔn)表所測得的標(biāo)準(zhǔn)值X0代替真值Xz，則絕對誤差Δ可表示為：

Δ=X－X0

儀表在其標(biāo)尺范圍內(nèi)各點(diǎn)讀數(shù)的絕對誤差中絕對值最大的絕對誤差稱為最大絕對誤差Δmax。2.基本誤差

基本誤差又稱引用誤差或相對百分誤差，是一種簡化的相對誤差，定義為：

儀表的基本誤差給出了儀表在規(guī)定工作條件下測量時允許出現(xiàn)的最大誤差限。若儀表使用條件超出規(guī)定范圍，如周圍溫、濕度超限或電源質(zhì)量不滿足要求等引起的額外誤差，稱為附加誤差。

3.精度

模擬儀表的精確度用基本誤差來表示。儀表工業(yè)規(guī)定儀表的基本誤差去掉“±”號及“％”號，稱為儀表精度，它表示在規(guī)定工作條件下進(jìn)行測量時，測量結(jié)果與實(shí)際值接近的程度。

國家規(guī)定了儀表的精確度(精度)級系列：…，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，…等。精度等級數(shù)值越小，儀表的精確度等級越高。模擬儀表的精度等級一般用符號標(biāo)注在儀表面板上，如右圖所示。例1

某臺測溫儀表的測溫范圍為－100～500℃，校驗(yàn)該表時測得全量程內(nèi)最大絕對誤差為+7.8℃，試確定該儀表的精度等級。

解

該儀表的基本誤差為：

將該儀表的基本誤差β去掉“+”號與“％”號，其數(shù)值為1.3。儀表精度等級中沒有1.3級，而該儀表的誤差超過了1.0級儀表所允許的最大絕對誤差，所以這臺測溫儀表精度等級為1.5級。例2某臺測壓儀表測壓范圍為0～12MPa。工藝要求測壓示值誤差不允許超過±0.055MPa，問應(yīng)如何選擇儀表精度等級才能滿足以上要求？解

根據(jù)工藝要求，儀表的允許基本誤差為：

將儀表的允許基本誤差去掉“±”號與“％”號，其數(shù)值0.458介于0.4～0.5之間。如果選擇精度等級為0.5級的儀表，其允許的最大絕對誤差為±0.06MPa，超過了工藝允許的數(shù)值，故應(yīng)選擇精度等級為0.4級的儀表。

4.靈敏度與靈敏限

靈敏度S表示檢測儀表對被測參數(shù)變化的敏感程度。用儀表在x處輸出（儀表指示裝置的線位移或角位移）變化Δy與輸入激勵的變化量Δx的比值表示：

靈敏度是儀表輸入/輸出特性曲線在該檢測點(diǎn)的斜率，當(dāng)特性曲線為線性時，靈敏度為常數(shù)，即

當(dāng)儀表不完全線性時，k表示平均靈敏度。

靈敏限表示指針式儀表在量程起點(diǎn)處，能引起儀表指針動作的最小被測參數(shù)值。如果被測參數(shù)小于此值，則儀表指針不動作，也稱為儀表死區(qū)。5.分辨率與分辨力對于數(shù)字顯示儀表，用分辨率和分辨力表示靈敏度和靈敏限。

分辨率表示數(shù)字儀表顯示值的精細(xì)程度。如一臺儀表顯示位數(shù)為四位，其分辨率便為千分之一。數(shù)字儀表顯示位數(shù)越多，分辨率越高?！?0℃0100分辨力是指數(shù)顯儀表能夠顯示的最小被測值。如一臺溫度指示儀，最末一位數(shù)字表示的溫度值為0.1℃，即該表的分辨力為0.1℃。例如，某數(shù)字電壓表的量程是0～1.99999V，五位半顯示，最末一位數(shù)字表示的電壓值為10μV，便可稱該儀表的分辨力為10μV。6.變差在外界條件不變的情況下，用同一儀表對被測量進(jìn)行往返測量時（正行程和反行程），產(chǎn)生的最大差值與測量范圍之比（用百分比表示）為該儀表的變差：

造成變差的原因有傳動機(jī)構(gòu)的間隙、運(yùn)動部件的摩擦和彈性元件的彈性滯后影響等。儀表機(jī)械傳動部件越少，變差越小。?ymaxyxmin

xmaxOx7.響應(yīng)時間用儀表檢測被測量時，被測量突然變化以后，儀表值總是要經(jīng)過一段時間后，才能準(zhǔn)確地顯示出被測量（如下圖所示），這段時間稱為響應(yīng)時間。00

從被測量階躍變化，到檢測儀表指示值穩(wěn)定在新穩(wěn)態(tài)值95％范圍內(nèi)所用的時間。若參數(shù)變化頻繁而儀表響應(yīng)時間較長的話，測量結(jié)果就會失真。熱電偶熱電偶是基于熱電效應(yīng)的測溫元件，能將溫度信號轉(zhuǎn)換成毫伏（mV）級電勢信號。一般用于測量500～1600℃之間的溫度。

熱電偶測溫原理兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料A和B連接成閉合回路時，若兩個接點(diǎn)溫度不同，回路中會產(chǎn)生熱電勢，熱電勢由接觸電勢和溫差電勢兩部分組成。在實(shí)際應(yīng)用中，可通過實(shí)測確定觸點(diǎn)溫度與熱電勢的關(guān)系。

對于材質(zhì)確定的熱電偶，熱電勢只與熱端和冷端溫度有關(guān)。當(dāng)冷端溫度固定時，E(t，t0)是熱端溫度t的單值函數(shù)。

基于上述結(jié)論，可在冷端溫度t0=0℃的條件下，通過實(shí)測得到熱端在不同溫度t時的熱電偶電勢，作成標(biāo)準(zhǔn)表格——熱電偶分度表，方便查用。

鎳鉻—鎳硅熱電偶分度表（簡表）分度號Kt0=0℃，E/mVt/℃0010203040506070809000.0000.3970.7981.2031.6112.0222.4362.8503.2663.6811004.0954.5084.9195.3275.7336.1376.5396.9397.3387.7372008.1378.5378.9389.3419.74510.15110.56010.96911.38111.79330012.20712.63213.03913.45613.87414.29214.71215.13215.55215.97440016.39516.81817.24117.66418.08818.51318.93819.36319.78820.21450020.64021.06621.49321.91922.34622.77223.19823.62424.05024.47660024.90225.32725.75126.17626.59927.02227.44527.86728.28828.70970029.12829.54729.96530.38330.79931.21431.62932.04232.45532.86680033.27733.68634.09534.50234.90935.31435.71836.12136.52436.92590037.32537.72438.12238.51938.91539.31039.70340.09640.48840.897100041.26941.65742.04542.43242.81743.20243.58543.96844.34944.729110045.10845.48645.86346.23846.61246.98547.35647.72648.05948.462120048.82849.19249.55549.91650.27650.63350.99051.34451.69752.049130052.398中間溫度定律

熱電偶的兩個接點(diǎn)溫度為t,t0，此時回路產(chǎn)生的熱電勢等于接點(diǎn)溫度為t、t1和t1、t0時，兩支同性質(zhì)熱電偶產(chǎn)生的熱電勢代數(shù)和，即EAB(t,t0)=EAB(t,

t1)+EAB(t1,t0)

根據(jù)這一定律，可根據(jù)冷端為0℃時熱電勢關(guān)系(查分度表)，求出冷端為任意溫度時的熱電勢。EAB(t,t0)＝EAB(t,0)-EAB(t0,0)=符合分度表要求ABt0t

AB0t

AB0t0

-練