热工测量仪表的选择与精度分析

1、第21卷第3期1997年9月南京林业大学学报JournalofNanjingForestryUniversityVol.21No.3Sep.1997热工测量仪表的选择与精度分析梅玉春()摘,提出一些仪表选择原则,并通过分析实例,讨,同时还指出。关键词热工仪表;精度;量程中图分类号TH81对热工参数的准确测量是保证热工设备安全、经济运行的必要条件,而正确选择热工测量仪表,则是确保测量准确性的保证。有些企业往往因仪表选择不当而出现测量问题,甚至造成有些热工设备不能安全、经济运行。热工测量仪表的选择一般包括:根据被测对象来选择仪表的类型(例如,是需要选择防腐、防爆类的,还是需要选择具有记录或信号远传

2、类的);根据被测量值范围和对测量精度的要求来选择仪表的精度和量程。在测量仪表选择上出现问题较多的是仪表的精度和量程的选择,通常是不能根据生产工艺对测量精度的要求来正确选择仪表的精度,使实际测量达不到所希望的测量精度。究其原因,主要是混淆了测量精度和仪表精度这两个概念,造成“生产工艺要求测量精度达到115级,就选择115级的测量仪表”现象的发生。实际上,对仪表的选择是不能简单地根据测量精度来选择仪表精度的。此外,要确保热工参数测量的准确性,除应注意仪表的正确选择外,还应注意测点的合理布置及仪表的正确安装和使用,但首先是要正确选择测量仪表,否则测点布置得再合理、仪表的安装和使用再正确,也不能保证热

3、工参数测量的准确性。1仪表精度、测量精度与误差对某一热工参数测量所要求达到的准确性,常用测量精度来表示。例如,要求测量精度达到115级,亦即要求在测量时的相对误差不得超过1.5%。测量精度一般是由用户根据生产工艺要求来确定的。仪表的精度是按国家统一规定的允许误差大小来划分的。某级精度仪表的允许误差,是指在规定的正常使用情况下,国家规定这类仪表所允许具有的最大仪表误差,常折合成百分数来表示。例如,精收稿日期1997205231第一作者简介:梅玉春,男,南京林业大学木材工业学院讲师,在职硕士研究生。1986年毕业于华北电力大学生产过程自动化专业。55南京林业大学学报第21卷第3期度等级为110级的

4、仪表,其允许误差不超过1.0%,亦即该仪表在测量时,全量程范围内各点处指示值的相对误差均不允许超过1.0%,否则该仪表为不合格产品或不是110级精度的仪表。仪表精度是由国家规定的,用户不能自行规定仪表所具有的精度,但可以检验仪表是否达到所标称的精度。在规定的正常工作条件下,仪表在测量时所具有的最大绝对误差与量程之比,称为基本误差。基本误差也是针对全量程范围内测量而言的,且一只合格的仪表,其基本误差应小于或等于允许误差。正是因为这个原因,在实际测量中,可以根据所选仪表的精度和量程来估算测量中可能会出现的最大绝对误差。例如,针对某一压力的测量,所选的仪表精度是115级、量程为03MPa,则该仪表的

5、允许误差为1.5%,最保守的估算是取基本误差等于允许误差。根据基本误差定义,测量时可能具有的最大绝对误差为3(1.5%)=0.045MPa。仪表本身所具有的误差是由很多因素组成的,例如线性度、,仪表的不灵敏区最易被用户所忽视。度与量程之比的百分数,称为不灵敏区,亦称死区。关系,具有相同精度等级的仪表,量程越大,应注意由其造成的测量误差。2211仪表选择首先要考虑的是满足测量精度的要求。如何通过测量精度来选择仪表精度,将在后面作详细的讨论。但是要注意的是,对仪表精度的选择,不是选择精度等级越高就越好。仪表精度越高,仪表的价格就越高,而且其对测量环境要求也高。所以,在满足测量精度要求时,选择的仪表

6、精度越低越好,一是可以减小工程的投资;二是耐用,不易损坏。一般工程上选择较多的是115级及以上的仪表。212量程测量值的上限应和仪表的量程相适应。这主要是为了减小由仪表不灵敏区所引起的分辨误差。因仪表不灵敏区的存在,当输入量较小时,输出量可能不发生变化,或变化幅度太小,不易被察觉,造成分辨误差。量程选择过大,由其引起的测量误差就很大,用户对其应引起足够的重视。通常在仪表整个量程的前三分之一范围内,分辨力不高,测量误差较大;后面三分之二范围内,分辨力较高,测量误差相对较小。所以,测量值的上限不应落在整个量程的前三分之一范围内。一般当被测量值波动范围不大时,所选择的量程应满足测量值落在三分之二量程

7、左右;波动较大时,应落在二分之一量程左右。例如,若测较为稳定的2MPa压力,宜选择03MPa量程的压力表;如果在2MPa左右波动较大,那么宜选择04MPa量程的压力表。在仪表精度和量程的选择原则中,仪表精度选择优先。只有使所选择的仪表精度满足测量精度的要求,才可以考虑仪表量程的选择问题。否则,量程选择的再合理,也不能达到测量精度的要求。3仪表选择实例分析在仪表选择中应特别注意仪表精度的选择和对测量精度的要求。下面通过两个实例来讨论仪表选择的一般步骤。例1某木材加工厂的烘箱需要配置一只温控电极点温度计。现有两只温度计供选择,其精度均为015级,但其量程一只为01000;另一只为0150。需要测量

8、的温度是100,试问选哪一只温度计为好?561997年总第73期梅玉春:热工测量仪表的选择与精度分析解因为对一个合格仪表,测量时的基本误差应小于或等于其允许误差,所以其测量时可能出现的最大绝对误差为:允许误差,得max=量程01000量程:0.5%)=51max=1000(0150量程:0.5%)=0.752max=150(在全量程范围内,上述最大绝对误差都可能会出现,因此假设在100处出现,则测量时可能出现的最大相对误差rmax分别是r1max=(5)/100=5%r2max=(0.75)/100=0.75%因为相对误差更能够说明测量的准确性,所以应选择量程为0150的温度计此例中并没给出所

9、要达到的测量精度,。因此,完全可以根据仪表选择原则中的第二条原则,另外从计算结果可以看出,10.5%),那例2115118MPa范围内,要求测量相对误差不超过1.5)供选择,试选出满足要求的压力表。)02.002.503.01.5,2.01.0,1.50.5,1.0解此例既给出了仪表精度,又给出了测量精度,这就涉及到仪表的精度和量程两个方面的选择问题。但必须注意“精度选择优先”,所以必须先通过计算找出所有能满足测量精度要求的仪表,然后再考虑量程的选择问题。依题所给的测量精度,测量时所允许最大绝对误差的范围为1.5%)=(0.02250.027)MPamax=(1.51.8)(同时计算出,在测量

10、时可能会造成的最大绝对误差,得出只有量程为03.0MPa、精度为015级的压力表能满足测量要求,而且量程也基本符合仪表选择的第二个原则。当然,如果还有别的量程能满足测量要求,那么还要根据量程选择原则来选择所需的仪表;如果在一个量程中有两个或两个以上精度的仪表满足测量要求,那么就要根据仪表选择的第一个原则,选择精度低的仪表。对此例,不能根据测量精度去直接选择仪表精度,不要认为“要求测量相对误差不超过1.5%”,就认为题中所给的6只仪表的精度均能满足测量精度的要求,这是在仪表选择上最容易犯的错误。4仪表选择中应注意的其它问题对仪表的选择,除应注意仪表精度和量程的正确选择外,有时还应注意仪表其它参数

11、的选择,只有这样,才能确保测量的准确性。例如,对蒸汽流量计的选择,就应注意其压力、温度参数的选择是否与被测蒸汽的实际压力和温度相符合。特别是所选择的压力参数不能太偏离实际压力,否则就会引起较大的测量误差。因为对流体流量测量的准确性,不仅与仪表的安装、精度和量程有关,而且还和流体的重度有关。流量计指示值的标定是在一定的压力、温度,及其所对应的重度下进行的,要保证测量准确性就应使流体的实际重度与标定重度基本保持一致,否则将会引起较大的测量误差。蒸汽是可压缩性流体,其重度易受压力变化而变化,一旦用户在选择蒸汽流量计时,没有注意这一点,就很容易造成蒸汽的实际重度偏离标定重度(因用户往往要考虑余量,常将

12、压力参数选择偏大),使其在计量上出现较大的误差。这个误差通常是负值,即流量计的指示值小于实际值,其误差是可以近似计算出来的,但这不是本文所要讨论的内容。总之,在选择蒸汽流量计时,除应注意流量计的量程和精度外,尤其要注意其压力和温度的选择问题。57南京林业大学学报第21卷第3期参考文献1吴永生,方可人编.热工测量及仪表1北京:水利电力出版社,19852何适生,胡茗显,谢积宝编1热工测量1北京:电力工业出版社,1980SELECTIONANDPRECISIONANALYSISFORTHERMALENERGYENGINEERINGINSTRUMENTMeiYuchun(CollegeofWoodScienceandTechnology210037)AbstractTherearetheoftosurveytheparametersofthermalenergyengineering,theofselectingtheinstruments.Inthetext,theauthorcitedhowtoselecttheinstrument