第2章_热工仪表概述

1、第2章 热工仪表概述主要内容主要内容 v一、热工仪表的组成一、热工仪表的组成及分类及分类v二、热工仪表的质量指标二、热工仪表的质量指标v三三、仪表的使用、仪表的使用 本章主要介绍热工仪表的组成、分类、质量指标及仪表使用等知识。1. 热工测量：热工测量： 热力状态参数热力状态参数;热力生产过程相关参数的测量。热力生产过程相关参数的测量。（压力、温度等；流量、液位、振动、位移、转速、（压力、温度等；流量、液位、振动、位移、转速、 烟气成分）烟气成分） 2.热工测量的作用：热工测量的作用：反映设备运行；为自动化装置反映设备运行；为自动化装置提供信号，为机组经济计算提供数据。提供信号，为机组经济计算提

2、供数据。 随现代化电厂测点的增多，使用数据采集和屏幕随现代化电厂测点的增多，使用数据采集和屏幕显示来显示处理数据。显示来显示处理数据。测量过程的三要素：测量过程的三要素：测量方法；测量单位；测量方法；测量单位； 测量工具测量工具一、组成一、组成三个基本部分组成：感受件、中间件、显示件1 1、感受件、感受件 1) 1) 定义：直接感受被测量并将其转化成相应的输出信定义：直接感受被测量并将其转化成相应的输出信号。也称：敏感元件、一次元件、传感器、发送器。号。也称：敏感元件、一次元件、传感器、发送器。如热电偶。如热电偶。 2) 2) 要求要求： a a、输出信号必须、只能随被测量变化；、输出信号必须

3、、只能随被测量变化； b b、输出与被测量之间必须是单值函数，最好是线性；、输出与被测量之间必须是单值函数，最好是线性； c c、应有较高的灵敏度、反应快延迟小。、应有较高的灵敏度、反应快延迟小。2.1 2.1 热工仪表的组成及分类热工仪表的组成及分类 3) 分类：分类：v 温度感受件，压力感受件（按被测参数）温度感受件，压力感受件（按被测参数）v 能量转换型能量转换型(热电偶热电偶);能量控制型能量控制型(热电阻热电阻)（输（输出信号能量的主要来源）出信号能量的主要来源）v 模拟式和准数字式（输出信号的形式）模拟式和准数字式（输出信号的形式）1-被测对象；2-传感器；3-变换器；4-显示装置

4、；5-传送通道弹性弹性敏感元件（弹簧管）敏感元件（弹簧管） 敏感元件在传感器中直接感受被测量，敏感元件在传感器中直接感受被测量，并转换成与被测量有确定关系、更易于转换并转换成与被测量有确定关系、更易于转换的非电量。的非电量。弹簧管放大图弹簧管放大图 当被测压力当被测压力p增大时，弹簧管撑直，通过齿增大时，弹簧管撑直，通过齿条带动齿轮转动，从而带动电位器的电刷产生条带动齿轮转动，从而带动电位器的电刷产生角位移。角位移。 2. 2. 传送件（中间件）：传送件（中间件）：1) 定义：接收感受件的输出信号并将感受件输出的信号按显示件的要求传输给显示件。2）具有功能： 1）单纯传输； 2）感受件输出信号

5、放大； 3）把信号变送成统一标准信号（变送器)。3. 显示件：1) 定义：接受中间件送来的信号，向观察者显示被测量的数值、量值的装置。2）分类： 显示仪表显示被测量的瞬时值 记录仪表记录被测量随时间变化 积算仪表显示被测量对时间的积分 信号式仪表反映被测量是否超过允许的 限值 调节式显示仪表根据被测量与规定值的偏差情况，发出对被测对象进行调节的信号显示方式:模拟、数字、屏幕显示。二、热工仪表的分类n按被测参数不同；n按用途不同；n按显示特点不同；n按工作原理不同；n按装置地点不同；n按使用方式不同；n按使用能源不同。 质量指标包括：计量性能、操作性能、可质量指标包括：计量性能、操作性能、可靠性

6、、经济性等。靠性、经济性等。2.2 热工仪表的质量指标热工仪表的质量指标1. 可靠性指标：可靠性是反映检测系统在规定的可靠性是反映检测系统在规定的条件下，在规定的时间内是否耐用的一种综合性的质量指条件下，在规定的时间内是否耐用的一种综合性的质量指标。（标。（MTBF、MTTR、故障率）、故障率） 浴盆曲线浴盆曲线磨合期又称磨合期又称早期失效期早期失效期稳定期又称稳定期又称偶然失效期偶然失效期失效期又称失效期又称衰老失效期衰老失效期期期有效性 平均无故障时间（MTBF） 平均无故障工作时间平均修复时间2. 计量性能指标：基本误差基本误差 、准确度等级准确度等级1) 准确度:仪表指示值接近测量真值

7、程度 仪表的示值误差:表征指示值的准确程度 绝对误差： 相对误差：x指示值指示值真值真值100%xr相对误差更能说明示值的准确程度相对误差更能说明示值的准确程度 示值误差有正负示值误差有正负仪表的基本误差 (1) 仪表的基本误差：量程范围内各示值误差中的绝对值最大者 仪表量程A：仪表测量上限与下限之差 (2)仪表的引用误差： (3) 最大引用误差：maxjA 100%yrAmaxmax100%AyrA仪表的准确度等级：允许误差：基本误差不能超过的限值 ，q仪表的准确度等级：仪表的最大引用误差 去掉百分号后余下的数字q国家标准系列：0.1 0.2 0.5 1.0 1.5 2.5 5.0（电工仪表

8、七个准确度等级）q工业仪表：1.0 1.5 2.5 4.0 5.0q一级仪表：0.005 0.01 0.02 0.04 0.05q二级仪表：0.1 0.2 0.5yuryu(2) (2) 线性度线性度: : ( non-linearity )( non-linearity )检测系统输入输出曲线与理想直线的偏离程度检测系统输入输出曲线与理想直线的偏离程度相对误差相对误差%100.maxSFLyLemaxL.SFy输出值与理想直线的最大偏差值输出值与理想直线的最大偏差值理论满量程输出值理论满量程输出值理想直线：理想直线：亦称非线性误差亦称非线性误差定义定义:表达表达:xy拟合直线拟合直线一般不存

9、在或很难获得准确结果一般不存在或很难获得准确结果利用测量数据，通过计算获得利用测量数据，通过计算获得获取拟合直线方法：获取拟合直线方法：(c) 最小二乘法最小二乘法：计算：有计算：有n n个测量数据个测量数据: : ( (x x1 1, ,y y1 1), (), (x x2 2, ,y y2 2), ), , ( , (x xn n, ,y yn n) )， (n2)(n2)残差：残差： i i = = y yi i ( (a a + + b b x xi i) ) 残差平方和最小：残差平方和最小：2 2i i=min=min22)(iiiiiixxnyxyxnb222)(iiiiiiixx

10、nyxxyxa使得正负行程的非线性偏差相等且最小使得正负行程的非线性偏差相等且最小. .(a) (a) 端点连线法：端点连线法：检测系统输入输出曲线的两端点连线检测系统输入输出曲线的两端点连线. .xy简单、方便，偏差大，与测量值有关简单、方便，偏差大，与测量值有关(b) (b) 最佳直线法：最佳直线法：精度最高，计算法（迭代、逐次逼近）精度最高，计算法（迭代、逐次逼近）xy简单实用，三点作图法（两高一低简单实用，三点作图法（两高一低/ /两低一高）两低一高）3)3)回差（变差、迟滞）回差（变差、迟滞） 同一输入量上升和下降时，对应的两输出量平均值之间的最大差值与量程之比的百分数.(仪表运动系

11、统的摩擦、间隙、弹性滞后等原因引起）%100.maxSFHyHe迟滞会引起重复性、分辨力变差，或造成测量盲区，一般迟滞会引起重复性、分辨力变差，或造成测量盲区，一般希望迟滞越小越好。希望迟滞越小越好。4)4)重复性和重复性误差重复性和重复性误差重复性：同条件下，输入信号多次按同一方向全量程变化，仪表输出值的一致程度.重复性误差：在同一工作条件下从同方向对同一输入值进行多次连续测量所获得的输出两极限值之间的代数差或均方根误差，通常以量程的百分数表示.定义定义：分辨力是指检测仪表能够精确检测出被测量的分辨力是指检测仪表能够精确检测出被测量的最小变化的能力。输入量从某个任意值最小变化的能力。输入量从

12、某个任意值( (非零值非零值) )缓慢缓慢增加，直到可以测量到输出的变化为止，此时的输入增加，直到可以测量到输出的变化为止，此时的输入量就是分辨率。量就是分辨率。 它可以用绝对值，也可以用量程的百分数来表示。它可以用绝对值，也可以用量程的百分数来表示。它说明了检测仪表响应与分辨输入量微小变化的能力。它说明了检测仪表响应与分辨输入量微小变化的能力。灵敏度愈高，分辨率愈好灵敏度愈高，分辨率愈好。 一般模拟式仪表的分辨率规定为最小刻度分格值一般模拟式仪表的分辨率规定为最小刻度分格值的一半。数字式仪表的分辨率是最后一位的一个字。的一半。数字式仪表的分辨率是最后一位的一个字。 (5) (5) 分辨力（率

13、）分辨力（率）: :1 1、能够检测出的被测量的最小变化量、能够检测出的被测量的最小变化量 2 2、分辨率、分辨率 一般是相对数值：一般是相对数值：表征测量系统读数的精密程度指标表征测量系统读数的精密程度指标能检测的最小被测量的变换能检测的最小被测量的变换量相对于满量程的百分数，量相对于满量程的百分数，如：如： 0.1%, 0.02%0.1%, 0.02%3 3、阀值、阀值 - - 在系统输入零点附近的分辨力在系统输入零点附近的分辨力说明说明：(5)(5)分辨率分辨率: : ( resolution )( resolution )(6) (6) 灵敏度灵敏度测量系统在稳态下输出量的增量与输入量

14、测量系统在稳态下输出量的增量与输入量的增量之比。的增量之比。斜率：斜率：xyK/a. a. 线性检测系统：灵敏度为常数；线性检测系统：灵敏度为常数；例：间隙式平板电容传感器例：间隙式平板电容传感器定义：定义：b. b. 非线性非线性检测检测系统：灵敏度为变数系统：灵敏度为变数说明：说明：bxaybK )(xfy ( (灵敏度系数灵敏度系数) )( sensitivity )( sensitivity )灵敏度灵敏度dSC2dSdCK双曲线、非线性双曲线、非线性dxxdfK)(7 7）漂移（稳定性指标）漂移（稳定性指标）定义：工作条件和输入信号不变,经规定时间后输出的变化,称为漂移。n以仪表量程

15、各点上输出的最大变化量与量程之比的百分数表示。 稳定性包括时间稳定度和环境影响量。稳定性包括时间稳定度和环境影响量。 一般以仪表的示值变化量与时间的长短之比来表示稳定一般以仪表的示值变化量与时间的长短之比来表示稳定度。例如，某仪表输出电压值在度。例如，某仪表输出电压值在8h内的最大变化量为内的最大变化量为1.2mV，则表示为则表示为1.2mV/(8h)。 环境影响量仅指由外界环境变化而引起的示值变化量。环境影响量仅指由外界环境变化而引起的示值变化量。示值的变化由两个因素构成。一是示值的变化由两个因素构成。一是零漂零漂，二是，二是灵敏度漂移灵敏度漂移。 造成环境影响量的因素有温度、湿度、气压、电

16、源电压、造成环境影响量的因素有温度、湿度、气压、电源电压、电源频率等。电源频率等。2.3 仪表的使用仪表的使用仪表的选用：（1）量程选择：一般测量仪表的经常工作点应出现在仪表量程的2/3-3/4处，而不易出现在量程的1/3以下。压力表常出现在量程的1/2-2/3处。（2）仪表安装注意事项。校验:根据规定的指标,评定仪表的性能,以确定仪表是否合格标准：国家计量检定规程n校验方法:定点法和示值法q定点法:被检测表检测某种标准值,从而确定仪表的示值误差.q示值比较法:被检仪表与标准仪表同时去测量同一被测量,比较两者的指示值,确定仪表的质量指标仪表的校验仪表的校验小结1、了解仪表的三大组成部件2、掌握仪表的误差、等级、线性度、灵敏度等性能指标练习题n1、在选购线性仪表时，必须在同一系列的仪表中选择适当的量程。这时必须考虑到应尽量使选购的仪表量程