自动化仪表设备工作原理汇总
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• 玻璃温度计 • 压力式温度计 • 双金属温度计
1、玻璃液体温度计
• 是膨胀式温度计之一种,利用液体受热膨胀 的性质制成, 常用的液体有水银和酒精。广 泛用于测量-200-500摄氏度范围内的温度。
• （1）优点和缺点
– 玻璃液体温度计是最常用,也是最简单,最便宜 的温度计。
– 这种温度计主要优点是构造简单,使用方便,精 度高和价格低廉。缺点是惰性大,能见度低, 不 能自动记录及远距离传送。
• 系统误差大、随即误差小 • 随机误差大、系统误差小 • 随机误差小、系统误差小，有疏忽误差
随机误差的特性及处理
• 当系统误差消除后，对一被测量进行无数次 测量时，同一方法、同一仪表，测量次数无 穷多时，总的算术平均就是被测参数的真值
最佳值（最优概值）：工程中n（测量次数）
的数值不可能无穷大，所得的结果只是真值
间接测量：直接测量的量与被测量之间有已 知函数关系，而得到的被测量的值。
二、测量系统
• 测量系统：为完成测量任务而组合在一 起的总体
测量设备：测量中使用的一切设备
传感器：测量系统与测量对象发生直接关 系的部分
准确性和稳定性 灵敏性 负载小 经济性和耐腐蚀性
• 中间变换器：将传感器的输出信号进行远 距离的发送、放大、线性化和转换成统一 信号的装置
• 单峰性：绝对值小的误差出现的次数比绝 对值大的出现次数多
• 可以舍去出现概论为0的误差值
四、测量仪表的特性
• 仪表特性：包括静态特性和动态特性
• 静态特性：被测量在不随时间变换或变化 极慢的情况下，用一组与时间无关的参数 来描述测量仪表的特性
• 动态特性：被测量在随时间变化的情况下， 用微分方程来描述测量仪表的输入、输出 的动态关系
0.2
0.0
标准偏差
来自百度文库12
2 2
n
2n lim n
n
i2
i1
n
n
• 作为单次测得值不可靠性的评定标准
– 越大，分散范围大 – 在一定条件下，测量列中随机误差的概率分
布情况
• 对称性：绝对值相等的正负误差，在多次 测量中出现的概率大致相等，
– 以＝0对称
– 在实际测量条件下，对同一量进行多次测量， 其误差的算术平均值随着测量次数n的无限增 大而趋于0
– 准确地传输、放大、和转换信号，信号损失小，
•显示装置（测量终端）：向观察者显示被 测参数的数值和量值的装置
三、测量误差
• 测量误差：测量结果与被测量的真值之 差 绝对误差： ＝xi X0
xXi：0：测真量值结果
相对误差： ＝ X0
真值无法测定，测量结果、误差
• 系统误差：在偏离规定条件时或由于测量方法所 引入的因素，按某确定规律所引起的误差
测量方法
• 按测量和被测量的差值大小
– 非零法：弹簧压力表 – 零位法：天平 – 微差法：测量压力的U形管
静态和动态
静态：被测对象处于稳定状态下的测量 动态：被测对象处于不稳定状态下的测量
• 点测量和场测量
– 点参数测量：测量某点的被测量 – 场参数测量：测量多点的被测量
直接测量和间接测量
直接测量：无需对被测量与其它实测的量进 行函数关系的辅助计算而直接得到的被测量的 值
的近似。
X x1 x2 x3 n
n
xn
xi
i 1
n
测量结果的正态分布
•
概率y 密度 为1：
2
exp
2
2 2
分布函数为：
1
2
exp
2
2 2
d
正态分布概率密度图
• 测量值均匀地分布在真值的两边，差别越 大的点，出现的可能性越低
• 每个曲线下的面积为100%
0.4
热工仪表工作原理
（塔里木输油气分公司） 刘鹍
热工仪表工作原理
主要内容
•测量与误差 •温度测量和仪表 •压力测量和仪表 •流量测量和仪表
§1测量与误差
一、测量的基本概念与测量方法
• 测量：从客观事物中提取有关信息的 认识过程，经整理后成为数据。
• 三要素：比值、单位、误差
X 0 ax aX：0：测被量测单量位的真值 x：二者的比值
动态特性
• 动态特性：仪表对随时间变化的被测参数 的响应特性
– 输出量随时间的变化曲线与被测参数随同一时 间变化的曲线一致或比较接近
– 阶跃响应：仪表在输入阶跃信号时，输出信号 能否立即跟随输入信号变化的能力
– 频率相应：由仪表的固有频率决定，固有频率 高，频率特性好
五、热工仪表的质量指标
• 仪表的准确度 • 仪表的非线性误差 • 变差 • 重复性 • 不灵敏区 • 漂移
§2温度测量及仪表
一、温度测量的基本概念 • 温度的定义：表征分子热运动的程度的物
理量 • 温标：衡量温度大小的标尺
– 摄氏：℃ – 热力学：K – 华氏：℉
温度计的分类和形式
• 膨胀式温度计
– 玻璃温度计 – 压力式温度计 – 双金属温度计
• 热电偶温度计 • 热电阻温度计 • 辐射式温度计
二、膨胀式温度计
玻璃管温度计
（2）注意事项
• (1)温度计不宜平放和平装,保存与安装时都 应使玻璃温度计直立, 而且测温泡在下部。 如果倾斜安装也应使测温泡在下部。
• (2)使用时应检查液柱是否脱离,测温泡内是 否含有气泡, 如果液柱脱离可以缓慢加热或 微振动起来消除。
• (3)对于全浸式温度计,安装深度应满足要求, 对于工业用玻璃管温度计,则应将尾部全部 插入被测介质中。
注意事项
• (4)被测介质具有一定压力时,应在测温处焊 上(或用螺丝旋紧)测温套管为减少热阻,测温 套管壁不宜太厚(一般为1-2mm)。
• (5)测量流体温度时,温度计不能顺向安置,应 逆向安放,或与流向垂直或有一定倾斜角,而 且测温套管的插入深度要超过中心线。使测 温泡刚好位于中心线上。
– 在同一条件下，多次测量同一被测量时，误差的绝对 值和符号或者保持不变，或者在条件变化时按某种确 定规律变化的误差
– 测量实际值＝测量读数＋修正值
•随– 修机正误值差＝：标在准测表读量书条值件－下仪，表多读数次测量同一量时， 误差的绝对值和符号可以不可预定的方式变化的 误差
•疏忽误差：
系统误差、随机误差、疏忽误差
• 负载效应：被测量受到仪表干扰而产生的 偏离
静态特性：
• 测量范围：
– 在允许的误差限内，测量仪表的被测量值的范 围，上限、下限之差为量程
• 准确度等级
– 根据测量仪表准确度大小所划分的等级和范围 – 引用误差 – 基本误差 – 允许误差
• 稳定度 • 灵敏度和灵敏阈 • 线性度和变差 • 温度误差
1、玻璃液体温度计
• 是膨胀式温度计之一种,利用液体受热膨胀 的性质制成, 常用的液体有水银和酒精。广 泛用于测量-200-500摄氏度范围内的温度。
• （1）优点和缺点
– 玻璃液体温度计是最常用,也是最简单,最便宜 的温度计。
– 这种温度计主要优点是构造简单,使用方便,精 度高和价格低廉。缺点是惰性大,能见度低, 不 能自动记录及远距离传送。
• 系统误差大、随即误差小 • 随机误差大、系统误差小 • 随机误差小、系统误差小，有疏忽误差
随机误差的特性及处理
• 当系统误差消除后，对一被测量进行无数次 测量时，同一方法、同一仪表，测量次数无 穷多时，总的算术平均就是被测参数的真值
最佳值（最优概值）：工程中n（测量次数）
的数值不可能无穷大，所得的结果只是真值
间接测量：直接测量的量与被测量之间有已 知函数关系，而得到的被测量的值。
二、测量系统
• 测量系统：为完成测量任务而组合在一 起的总体
测量设备：测量中使用的一切设备
传感器：测量系统与测量对象发生直接关 系的部分
准确性和稳定性 灵敏性 负载小 经济性和耐腐蚀性
• 中间变换器：将传感器的输出信号进行远 距离的发送、放大、线性化和转换成统一 信号的装置
• 单峰性：绝对值小的误差出现的次数比绝 对值大的出现次数多
• 可以舍去出现概论为0的误差值
四、测量仪表的特性
• 仪表特性：包括静态特性和动态特性
• 静态特性：被测量在不随时间变换或变化 极慢的情况下，用一组与时间无关的参数 来描述测量仪表的特性
• 动态特性：被测量在随时间变化的情况下， 用微分方程来描述测量仪表的输入、输出 的动态关系
0.2
0.0
标准偏差
来自百度文库12
2 2
n
2n lim n
n
i2
i1
n
n
• 作为单次测得值不可靠性的评定标准
– 越大，分散范围大 – 在一定条件下，测量列中随机误差的概率分
布情况
• 对称性：绝对值相等的正负误差，在多次 测量中出现的概率大致相等，
– 以＝0对称
– 在实际测量条件下，对同一量进行多次测量， 其误差的算术平均值随着测量次数n的无限增 大而趋于0
– 准确地传输、放大、和转换信号，信号损失小，
•显示装置（测量终端）：向观察者显示被 测参数的数值和量值的装置
三、测量误差
• 测量误差：测量结果与被测量的真值之 差 绝对误差： ＝xi X0
xXi：0：测真量值结果
相对误差： ＝ X0
真值无法测定，测量结果、误差
• 系统误差：在偏离规定条件时或由于测量方法所 引入的因素，按某确定规律所引起的误差
测量方法
• 按测量和被测量的差值大小
– 非零法：弹簧压力表 – 零位法：天平 – 微差法：测量压力的U形管
静态和动态
静态：被测对象处于稳定状态下的测量 动态：被测对象处于不稳定状态下的测量
• 点测量和场测量
– 点参数测量：测量某点的被测量 – 场参数测量：测量多点的被测量
直接测量和间接测量
直接测量：无需对被测量与其它实测的量进 行函数关系的辅助计算而直接得到的被测量的 值
的近似。
X x1 x2 x3 n
n
xn
xi
i 1
n
测量结果的正态分布
•
概率y 密度 为1：
2
exp
2
2 2
分布函数为：
1
2
exp
2
2 2
d
正态分布概率密度图
• 测量值均匀地分布在真值的两边，差别越 大的点，出现的可能性越低
• 每个曲线下的面积为100%
0.4
热工仪表工作原理
（塔里木输油气分公司） 刘鹍
热工仪表工作原理
主要内容
•测量与误差 •温度测量和仪表 •压力测量和仪表 •流量测量和仪表
§1测量与误差
一、测量的基本概念与测量方法
• 测量：从客观事物中提取有关信息的 认识过程，经整理后成为数据。
• 三要素：比值、单位、误差
X 0 ax aX：0：测被量测单量位的真值 x：二者的比值
动态特性
• 动态特性：仪表对随时间变化的被测参数 的响应特性
– 输出量随时间的变化曲线与被测参数随同一时 间变化的曲线一致或比较接近
– 阶跃响应：仪表在输入阶跃信号时，输出信号 能否立即跟随输入信号变化的能力
– 频率相应：由仪表的固有频率决定，固有频率 高，频率特性好
五、热工仪表的质量指标
• 仪表的准确度 • 仪表的非线性误差 • 变差 • 重复性 • 不灵敏区 • 漂移
§2温度测量及仪表
一、温度测量的基本概念 • 温度的定义：表征分子热运动的程度的物
理量 • 温标：衡量温度大小的标尺
– 摄氏：℃ – 热力学：K – 华氏：℉
温度计的分类和形式
• 膨胀式温度计
– 玻璃温度计 – 压力式温度计 – 双金属温度计
• 热电偶温度计 • 热电阻温度计 • 辐射式温度计
二、膨胀式温度计
玻璃管温度计
（2）注意事项
• (1)温度计不宜平放和平装,保存与安装时都 应使玻璃温度计直立, 而且测温泡在下部。 如果倾斜安装也应使测温泡在下部。
• (2)使用时应检查液柱是否脱离,测温泡内是 否含有气泡, 如果液柱脱离可以缓慢加热或 微振动起来消除。
• (3)对于全浸式温度计,安装深度应满足要求, 对于工业用玻璃管温度计,则应将尾部全部 插入被测介质中。
注意事项
• (4)被测介质具有一定压力时,应在测温处焊 上(或用螺丝旋紧)测温套管为减少热阻,测温 套管壁不宜太厚(一般为1-2mm)。
• (5)测量流体温度时,温度计不能顺向安置,应 逆向安放,或与流向垂直或有一定倾斜角,而 且测温套管的插入深度要超过中心线。使测 温泡刚好位于中心线上。
– 在同一条件下，多次测量同一被测量时，误差的绝对 值和符号或者保持不变，或者在条件变化时按某种确 定规律变化的误差
– 测量实际值＝测量读数＋修正值
•随– 修机正误值差＝：标在准测表读量书条值件－下仪，表多读数次测量同一量时， 误差的绝对值和符号可以不可预定的方式变化的 误差
•疏忽误差：
系统误差、随机误差、疏忽误差
• 负载效应：被测量受到仪表干扰而产生的 偏离
静态特性：
• 测量范围：
– 在允许的误差限内，测量仪表的被测量值的范 围，上限、下限之差为量程
• 准确度等级
– 根据测量仪表准确度大小所划分的等级和范围 – 引用误差 – 基本误差 – 允许误差
• 稳定度 • 灵敏度和灵敏阈 • 线性度和变差 • 温度误差