化工自动化及仪表电子教案过程参数的检测与仪表

第二章过程参数的检测与仪表

教学要求：掌握检测仪表的基本性能指标（精度等级、变差、灵敏度等）

掌握压力的检测方法（液柱测压法、弹性变形法、电测压法）

学会正确选用压力计

掌握应用静压原理测量液位和差压变送器测量液位时的零点迁移

差压式流量计测量原理，常用节流元件，转子流量计结构、测量原理

掌握容积式流量计（腰轮流量计）结构、工作原理、使用场合

掌握应用热电效应测温原理

掌握补偿导线的选用

掌握冷端温度补偿的四种方法；了解热电偶结构，分类

重点：弹性变形法、电测压法

压力计选用

应用差压变送器测量液位的零点迁移问题

补偿导线的选用和冷端温度补偿

难点：确定精度等级，压电式测量原理

应用差压变送器测量液位的零点迁移问题

第三导体定理

电桥补偿法

§2.1 概述

一、检测过程及误差

1．检测过程

检测过程的实质在于被测参数都要经过能量形式的一次或多次转换，最后得到便于测量的信号形式，然后与相应的测量单位进行比较，由指针位移或数字形式显示出来。

检测误差

误差-------测量值和真实值之间的差值

误差产生的原因：选用的仪表精确度有限，实验手段不够完善、环境中存在各种干扰

因素，以及检测技术水平的限制等原因，

根据误差的性质及产生的原因，误差分为三类。

（1）系统误差

------------在同一测量条件下，对同一被测参数进行多次重复测量时，误差的大小和符号保持不变或按一定规律变化

特点：有一定规律的，一般可通过实验或分析的方法找出其规律和影响因素，引入相应的校正补偿措施，便可以消除或大大减小。

误差产生的原因：系统误差主要是由于检测仪表本身的不完善、检测中使用仪表

的方法不正确以及测量者固有的不良习惯等引起的。

（2）疏忽误差

------------明显地歪曲测量结果的误差，又称粗差，

特点：无任何规律可循。

误差产生的原因：引起的原因主要是由于操作者的粗心（如读错、算错数据等）、

不正确操作、实验条件的突变或实验状况尚未达到预想的要求而匆

忙测试等原因所造成的。

（3）随机误差

----------在相同条件下多次重复测量同一量时，误差的大小、符号均为无规律变

化，又称偶然误差。

特点：变化难以预测，无法修正

误差产生的原因：随机误差主要是由于测量过程中某种尚未认识的或无法控制的各

种随机因素（如空气扰动、噪声扰动、电磁场等）所引起的综合结果。

随机误差在多次测量的总体上服从一定统计规律，可利用概率论和数理统计的方法

来估计其影响。

二、检测仪表的基本技术性能指标

1．精度

检测仪表的精度反映测量值接近真实值的准确程度，一般用一系列误差来衡量。

（1）绝对误差

绝对误差指仪表指示值与被测参数真值之间的差值，即

t x x x -=∆

实际上通常采用多次测量结果的算术平均值或用精度较高的标准表的指示值作为约定

真值。则绝对误差可用下式表示：

0x x x -=∆

（2）引用误差

把绝对误差折合成标尺范围的百分数表示，即 %100%1000⨯M

∆=⨯--=x x x 标尺下限值标尺上限值δ （3）精度等级

按仪表工业规定，去掉最大引用误差的“±”号和“%”号，称为仪表的精度等级，目

前已系列化。只能从下列数系中选取最接近的合适数值作为精度等级，即0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等。

例1 有两台测温仪表，它们的测温范围分别为0~100℃和100~300℃，校验表时得到

它们的最大绝对误差均为2℃，试确定这两台仪表的精度等级。

解 这两台仪表的最大引用误差分别为

%1%1001003002%2%1000

100221=⨯-==⨯-=

δδ 去掉最大引用误差的“%”号，其数值分别为2和1，由于国家规定的精度等级中没有

2级仪表，同时该仪表的误差超过了1级仪表所允许的最大误差，所以这台仪表的精度等级为2.5级，而另一台仪表的精度等级正好为1级。由此可见，两台测量范围不同的仪表，即使它们的绝对误差相等，它们的精度等级也不相同，测量范围大的仪表精度等级比测量范围小的高。

例2 某台测温仪表的工作范围为0~500℃，工艺要求测温时测量误差不超过±4℃，试

问如何选择仪表的精度等级才能满足要求？

解 根据工艺要求，仪表的最大引用误差为

%8.0%1000

5004m ax ±=⨯-±=δ 去掉最大引用误差的“±”号和“%”号，其数值为0.8，介于0.5~1.0之间，若选择精

度等级为1.0级的仪表，其最大绝对误差为±5℃，超过了工艺上允许的数值，故应选择0.5级的仪表才能满足要求。

小结：在确定一个仪表的精度等级时，要求仪表的允许误差应该大于或等于仪表校验

时所得到的最大引用误差；而根据工艺要求来选择仪表的精度等级时，仪表的允许误差应该小于或等于工艺上所允许的最大引用误差。这一点在实际工作中要特别注意。

2． 灵敏度与灵敏限

（1）灵敏度

灵敏度表示仪表对被测参数变化反应的能力，是指仪表达到稳态后输出增量与输入增量之比，即

x

y S ∆∆= 灵敏限

灵敏限是指引起仪表指针发生可见变化的被测参数的最小变化量。一般，仪表的灵敏限数值不大于仪表允许误差绝对值的一半。

3．回差

在外界条件不变的情况下，当被测参数从小到大（正行程）和从大到小（反行程）时，

同一输入的两个相应输出值常常不相等。两者绝对值之差的最大值 和仪表量程Μ之比的

百分数称为回差，也称变差即

%100m ax ''⨯M

∆=b δ 回差产生原因：由于传动机构的间隙、运动件的摩擦、弹性元件的弹性滞后等。回差越小，

仪表的重复性和稳定性越好。应当注意，仪表的回差不能超过仪表引用误差，

否则应当检修。

§2.2 压力检测方法及仪表

一、压力检测的基本知识

1．压力的概念及单位

2． 压力的表示方法

3．

二、压力检测方法

根据工业对象的特点，通常有三种检测压力的方法，即液柱测压法，弹性变形法和电测压力法。

1． 液柱测压法

测压原理：是以流体静力学为基础，一般用液柱产生或传递的压力来平衡被测压力的方

法进行测量的。

2． 弹性变形法

"

m ax ∆