《化工自动化仪表》课程教学资源（PPT课件讲稿）第一篇 化工测量仪表 第01章 测量仪表基本知识、第02章 压力测量

第一篇化工测量仪表 在化工生产过程中,为了有效地进行生产操作和自动控制,需要对工艺 生产中的一些主要参数进行自动测量。用来测量这些参数的仪表称为化工 测量仪表。本篇将在介绍有关测量和测量仪表的基本知识的基础上,介绍 有关压力、流量、液位、温度等参数的测量方法及其相应的测量仪表。 本篇实际上是研究如何获取化工生产过程中的“信息”的

第一篇 化工测量仪表 在化工生产过程中，为了有效地进行生产操作和自动控制，需要对工艺 生产中的一些主要参数进行自动测量。用来测量这些参数的仪表称为化工 测量仪表。本篇将在介绍有关测量和测量仪表的基本知识的基础上，介绍 有关压力、流量、液位、温度等参数的测量方法及其相应的测量仪表。 本篇实际上是研究如何获取化工生产过程中的“信息”的

第1章测量仪表基本知识 、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。 被测 被测对象「变量 传感器 变送器 显示装置 参数检测的基本过程 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、Ω、Hz、位移、力等等。 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0~10mA、4 20mA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。 有些时候,传感器可以不经过变送环节,直接通过显示装置把被测量 显示出来

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。 被测 变量 传感器 参数检测的基本过程 被测对象 变送器 显示装置 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、Ω、Hz、位移、力等等。 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0～10mA、4～ 20mA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。 有些时候，传感器可以不经过变送环节，直接通过显示装置把被测量 显示出来。 第1章 测量仪表基本知识

2、测量误差 测量误差仪表测得的测量值x1与被测真值x,之差△=x-x 由于真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 △=x1-xx标准表读数 测量误差的种表示形式:绝对误差A=x-x 实际相对误差4 ×100% x 标称相对误差4 100% △ 相对百分误,mm 100%

2、测量误差 测量误差——仪表测得的测量值 xi 与被测真值 xt 之差 i t  = − x x 由于真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： i 0  = − x x x0——标准表读数 测量误差的几种表示形式： 绝对误差 i 0  = − x x 实际相对误差 1 100% t x   =  标称相对误差 2 0 100% x   =  相对百分误差 3 max min 100% x x   =  −

二、测量仪表的品质指标 1、测量仪表的准确度(精确度) 一台测量范围0~1000kPa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0~400kPa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: 最大绝对误差△ ×100% 量程 xX max min 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

二、测量仪表的品质指标 1、测量仪表的准确度（精确度） 一台测量范围0～1000kPa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0～400kPa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: max max min 100% x x   =  − 最大绝对误差 ＝ 量程 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

文仪表的精确度等级水水 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“士”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: 1.0 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

☆☆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 1.0 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

大大仪表的精确度等级大 例:某压力变送器测量范围为0~400kPa,在校验该变送器时测得的最大绝对误 差为—5kPa,请确定该仪表的精度等级。 解:先求最大相对百分误差δ *100%=-1.25% 400-0 去掉±和%为125,因此该变送器精度等级为1.5级 例:根据工艺要求选择一测量范围为040m3/h的流量计,要求测量误差不超过 ±0.5m3/h,请确定该仪表的精度等级。 解:同样,先求最大相对百分误差d±05.*100%0=±1.25 40-0 因此该流量计必须选择1.0级的流量计 结论: 工艺要求的允许误差≥仪表的允许误差≥校验所得到的相对百分误差

☆☆仪表的精确度等级☆☆ 例：某压力变送器测量范围为0～400kPa，在校验该变送器时测得的最大绝对误 差为—5kPa，请确定该仪表的精度等级。 解：先求最大相对百分误差 5 *100% 1.25% 400 0  − = = − − 去掉和%为1.25，因此该变送器精度等级为1.5级 例：根据工艺要求选择一测量范围为0~40m3 /h的流量计，要求测量误差不超过 0.5 m3 /h，请确定该仪表的精度等级。 解：同样，先求最大相对百分误差 0.5 *100% 1.25% 40 0   = =  − 因此该流量计必须选择1.0级的流量计 结论： 工艺要求的允许误差 ≥ 仪表的允许误差 ≥ 校验所得到的相对百分误差

2、非线性误差 在通常情况下,总是希望测量仪表的输出量和输入量之间呈线性对应 关系。测量仪表的非线性误差就是用来表征仪表的输出量和输入量的 实际对应关系与理论直线的吻合程度 通常非线性误差用实际测得的输入-输出特性曲线(也称为校准曲线)与理论直 线的之间的最大偏差和测量仪表量程之比的百分数来表示: ×100 测量范围上限一测量范围下限 理论 被测变量

2、非线性误差 在通常情况下，总是希望测量仪表的输出量和输入量之间呈线性对应 关系。测量仪表的非线性误差就是用来表征仪表的输出量和输入量的 实际对应关系与理论直线的吻合程度。 通常非线性误差用实际测得的输入－输出特性曲线（也称为校准曲线）与理论直 线的之间的最大偏差和测量仪表量程之比的百分数来表示： 被测变量 仪 表 输 出 理论 实际 max  max 100 f   =  测量范围上限－测量范围下限 ％

3、变差 在外界条件不变的情况下,使用同一仪表对被测变量在全量程范围内 进行正反行程(即逐渐由小到大和逐渐由大到小)测量时,对应于同 一被测值的仪表输出可能不等,二者之差的绝对值即为变差。 变差的大小,根据在同一被测值下正反特性间仪表输出的最大绝对误 差和测量仪表量程之比的百分数来表示 仪表 变差 1009 出下行程 测量范围上限一测量范围下限 上行程 被测变量

3、变 差 在外界条件不变的情况下，使用同一仪表对被测变量在全量程范围内 进行正反行程（即逐渐由小到大和逐渐由大到小）测量时，对应于同 一被测值的仪表输出可能不等，二者之差的绝对值即为变差。 变差的大小，根据在同一被测值下正反特性间仪表输出的最大绝对误 差和测量仪表量程之比的百分数来表示 ： 被测变量 仪 表 输 出 下行程 上行程 max  max 100  = 测量范围上限－测量范围下限 变差 ％

4、灵敏度和分辨力 灵敏度是表征检测仪表对被测量变化的灵敏程度,它是指仪表 输出变化量和输入变化量之比,即 灵敏度=△y/x 分辨力又称为灵敏限,是仪表输出能响应和分辨的最小输入变化量,它也是灵 敏度的一种反映。对数字式仪表来说,分辨力就是数字显示仪表变化一个LSB(二 进制最低有效位)时输入的最小变化量

4、灵敏度和分辨力 灵敏度是表征检测仪表对被测量变化的灵敏程度，它是指仪表 输出变化量和输入变化量之比，即 灵敏度＝Δy/Δx 分辨力又称为灵敏限，是仪表输出能响应和分辨的最小输入变化量，它也是灵 敏度的一种反映。对数字式仪表来说，分辨力就是数字显示仪表变化一个LSB（二 进制最低有效位）时输入的最小变化量

5、动杰误差 相对百分误差、非线性误差、变差都是稳态(静态)误差 动态误差是指检测系统受外扰动作用后,被测变量处于变动状态下仪表示值 与参数实际值之间的差异。 引起该误差的原因是由于检测元件和检测系统中各种运动惯性以及能量形式 转换需要时间所造成的。 衡量各种运动惯性的大小,以及能量传递的快慢常采用时间常数T和传递滞后 时间(纯滞后时间)τ两个参数表示(这两个参数的含义与上一章中对象数 学模型中的时间常数T和纯滞后时间τ的数学含义是一致的) 它们的存在会降低检测过程的动态性能,其中纯滞后时间τ的不利影响会远 远超过时间常数T的影响

5、动态误差 相对百分误差、非线性误差、变差都是稳态（静态）误差。 动态误差是指检测系统受外扰动作用后，被测变量处于变动状态下仪表示值 与参数实际值之间的差异。 引起该误差的原因是由于检测元件和检测系统中各种运动惯性以及能量形式 转换需要时间所造成的。 衡量各种运动惯性的大小，以及能量传递的快慢常采用时间常数T和传递滞后 时间（纯滞后时间）τ两个参数表示（这两个参数的含义与上一章中对象数 学模型中的时间常数T和纯滞后时间τ的数学含义是一致的） 它们的存在会降低检测过程的动态性能，其中纯滞后时间τ的不利影响会远 远超过时间常数T的影响