中职中专化工仪表及自动化原理课件完整版电子教案

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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。
2、 数字信号:
数字信号:是一种以离散形式出现的不连续信号,通常用二进制数“0” 和“1”组合的代码序列来表示。数字信号变换成电信号就是一连串的窄脉冲 和高低电平交替变化的电压信号。
连续变化的工艺参数(模拟信号)可以通过数字式传感器直接转换成数 字信号。然而,大多数情况是首先把这些参数变换成电形式的模拟信号,然 后再利用模拟-数字(A/D)转换技术把电模拟量转换成数字量。
解:工艺上允许的相对百分误差为:
δ允=±5/(1000-200)×100%=±0.625% 要求所选的仪表相对百分误差不能大于工艺上的δ
允,才能保证测温误差不大于±5○C,所以所选仪表的 准确度等级应为0.5级。
仪表的准确度等级越高,能使测温误差越小,但为 了不增加投资费用,不宜选用过高准确度的仪表。
(2)偶然误差(随机误差)
在相同条件下多次重复测量同一被测变量 时,测量误差的大小与符号均无规律变化,这 类误差称为随机误差。
随机误差表现测量结果的分散性,通常用精 密度表征随机误差的大小。随机误差越大,精 密度越低;反之,精密度就越高。测量的精密 度高,亦即表明测量的重复性好。
(3)疏忽误差(粗大误差)
(3)按精度等级及使用场合的不同:分成实用仪表、范型仪 表和标准仪表,分别使用在现场、质形态多样(气态、液态、 固态及混合体);有时还具有特殊性质(强腐蚀、强辐射、 高温、高压、深冷、真空、高粘度等);检测环境比较恶劣, 存在众多的影响和干扰,如电源电压、频率波动,温度、压 力变化,水汽、湿度、光照、辐射、盐雾、烟雾、粉尘等, 这些情况都要求化工检测仪表有稳定的工作特性、高的抗干 扰能力和相应的防护措施。
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。
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
1.5
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。
三、测量系统中的常见信号类型
作用于测量装置输入端的被测信号,要转换成以下几种便于传输和显示 的信号类型: •1、 位移信号: 是一种机械信号,包括直线位移和角位移。在测量力、压力、质量、振动等 物理量时,要先把它们转换成位移量再处理。 •2、 压力信号: 包括气压信号和液压信号,工业检测中主要应用气压信号。 •3、 电气信号: 有电压信号、电流信号、阻抗信号和频率信号等。 传送快、滞后小、可远距离传递、便于和电子计算机联接。 •4、 光信号: 包括光通量信号、干涉条纹信号、衍射条纹信号、莫尔条纹信号等。可是连 续得,也可是断续(脉冲)式的。
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 :


变差
m ax
100%
输 出
下行程
测量范围上限-测量范围下限
m ax
上行程
被测变量
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
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:
仪表输 出
f
max
100%
测量范围上限-测量范围下限
理论 实际
max
被测变量
3、变

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。
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?
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两个读数之差。 即:
xi x0
x0——标准表读数
测量误差的几种表示形式: 绝对误差 xi x0
标称相对误差
2
x0
100%
相对百分误差
3
xmax
xmin
第一节 测量仪表基本知识
本节知识要点:
测量过程与测量误差 测量仪表的品质指标 测量仪表的构成及分类
本节主要问题:
1. 仪表的误差如何表示?什 么叫基本误差?什么叫附加 误差?
2. 测量仪表由哪几部分组成 ?各部分作用是什么?
3.测量仪表有哪几项品质指 标?
一、 测量过程与测量误差 1、测量过程
测量就是用试验的方法求取某个量的大小。有直接 测量法与间接测量法。
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。因为测量仪表的误差与其 测量范围有关。
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= max
量程
xmax xmin
100%
100%
3.误差的分类
测量误差按产生的原因不同,可分为三类: (1)系统误差
在相同条件下,多次重复测量同一被测变量时,其测 量误差的大小和符号保持不变;或在条件改变时,误差按 某一确定的规律变化,这种测量误差称为系统误差。其误 差值恒定不变的又称为定值系统误差,其误差值变化的则 称为变值系统误差。变值系统误差又可分为累进性的、周 期性的以及按复杂规律变化的几种。
疏忽误差(粗大误差)由于工作人员在读
取或记录测量数据时,疏忽大意所造成的误 差,这类误差的数值很难估计,因此在工作 中一定要认真、仔细,避免这类误差的发生。
当系统误差远大于随机误差,此时按纯粹 系统误差处理;系统误差很小,已经校正, 则可按纯粹随机误差处理;系统误差和随机 误差不多,此时应分别按不同方法来处理。
符合要求,不仅会影响生产效率,降低产品质量,还会造成 严重生产事故。化学反应中,压力既影响物料平衡关系,也 影响化学反应速度。所以,压力的测量与控制,对保证生产 过程正常进行,达到高产、优质、低消耗和安全是十分重要 的。
一、 压力单位及测压仪表
绝对压力
pa
1.三种压力表示方法 表压力
p
负压或真空度 ph
3、 开关信号:
开关信号:用两种状态或用两个数值范围表示的不连续信 号。
例如:用水银触点温度计来检测温度的变化时,可利用水 银触点的“断开”与“闭合”来判断温度是否达到给定值。
在自动检测技术中,利用开关式传感器(如干簧管、电触 点式传感器)可以将模拟信号变换成开关信号。
五、测量仪表的构成及分类
1.构成:相应的测量仪表由三部分组成如图所示:
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。
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。
第一章 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。
本章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。
本章实际上是研究如何获取化工生产过程中“信 息”的。
pa
p ph
大气压p0 1.01325×105Pa
绝对压力是指物体所受的实际压力。
pa 绝对压力零线
表压是指一般压力表所测得的压力,它是高于大气压力的绝对压力与大气压力之差,即
p pa p0
ph p0 pa
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。
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:
检测技术及仪器仪表的发展:
•1、 检测技术的现代化: 随着科学技术的发展,新技术、新材料、新工艺不断
涌现,新的检测方法不断得到开发。
•2、 检测仪表的集成化、数字化、智能化: 传感器、集成电路、电子技术、数字化技术、微机技术
的应用
例题分析
某台测温仪表的测温范围为200~1000○C,工艺上要求 测温误差不能大于±5○C,试确定应选仪表的准确度等 级。
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
四、测量系统中信号的传递形式
从传递信号的连续性的观点来分,在检测系统中传递信号的形式 可以分为模拟信号、数字信号和开关信号:
1、 模拟信号: 模拟信号:在时间上是连续变化的,在任何瞬时都可以确定其
数值的信号。可以变换为电信号,即是平滑地、连续地变化的电压或 电流信号。
例如:连续变化的温度信号可以利用热电偶转换为与之成比例 的连续变化的电势信号。
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。
2.分类
(1)根据所测参数的不同:分成压力(差压、负压)测量仪 表、流量测量仪表、物位(液位)测量仪表、温度测量仪表、 物质成分分析仪表及物性检测仪表等。
(2)按表达示数的方式不同:分成指示型、记录型、讯号型、 远传指示型、累积型等。
不管是直接测量还是间接测量,它们的共性在于 被测变量都要经过一次或多次能量形式的转换,然 后与刻度尺进行比较。所以,测量过程的实质是被 测变量进行能量形式的转换和比较的过程。测量仪 表就是实现这种能量形式转换和比较的工具。
2.测量误差
x 测量误差——仪表测得的测量值
与被测真值
i
xt
之差 xi xt
第二节 压力测量
本节知识要点:
压力单位及测压仪表 弹性式压力计 压力计的选用和安装
本节主要问题:
1.常用的弹性元件有哪些 ?
2.弹簧管压力表的结构及 工作原理?
3. 压力表的选用原则是什 么?
压力:化工生产中,由气体或液体均匀垂直地作用于单位面 积上的力。
化工生产中,通常遇到压力和真空度的测量。若压力不
被测 被测对象
变量
传感器
变送器
显示装置
测量的基本过程
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
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