化工仪表预备知识 检测仪表基本知识

化工仪表2/1/20234:49PM预备知识检测仪表基本知识

内容提要绪论测量过程与测量误差测量仪表的品质指标测量系统中常见的信号类型检测系统中信号的传递形式检测仪表与测量方法的分类化工检测的发展趋势2/1/20234:49PM1绪论化工自动化的意义和目的1、加快生产速度、降低生产成本、提高产品产量和质量。2、减轻劳动强度、改善劳动条件。3、保证生产安全，防止事故发生或扩大，延长设备使用寿命、提高设备利用率。4、根本改变劳动方式，提高工人文化技术水平，适应信息技术革命和信息产业革命的需要。2/1/20234:49PM2化工自动化的发展概况20世纪40年代——手工操作20世纪50年代至60年代——开发出大量的自动检测仪表和控制系统20世纪70年代——计算机用于控制生产过程20世纪80年代——集散控制系统（DCS）20世纪80年代末至90年代——现场总线控制系统2/1/20234:49PM3化工仪表分类：检测仪表、显示仪表、控制仪表、执行器化工自动化系统分类：1、自动检测系统2、自动信号和联锁保护系统3、自动操纵及自动开停车系统4、自动控制系统2/1/20234:49PM4概述2/1/20234:49PM

用来检测工艺生产中一些主要参数的技术工具称为检测仪表。用来将这些参数转换为一定的便于传送的信号的仪表通常称为传感器。当传感器的输出为单元组合仪表中规定的标准信号时，通常称为变送器。5测量过程与测量误差一、测量过程与测量误差2/1/20234:49PM6

测量过程在实质上都是将被测参数与其相应的测量单位进行比较的过程，而测量仪表就是实现这种比较的工具。

测量误差指由仪表读得的被测值与被测量真值之间的差距。通常有两种表示方法，即绝对误差和相对误差。测量过程与测量误差2/1/20234:49PM绝对误差xi：仪表指示值,xt：被测量的真值由于真值无法得到

x：被校表的读数值，x0：标准表的读数值

相对误差7检测仪表的品质指标二、检测仪表的品质指标2/1/20234:49PM81.精确度（简称精度）说明：仪表的测量误差可以用绝对误差Δ来表示。但是，仪表的绝对误差在测量范围内的各点不相同。因此，常说的“绝对误差”指的是绝对误差中的最大值Δmax。

两大影响因素绝对误差和仪表的测量范围相对百分误差δ允许误差检测仪表的品质指标2/1/20234:49PM

仪表的δ允越大，表示它的精确度越低；反之，仪表的δ允越小，表示仪表的精确度越高。将仪表的允许相对百分误差去掉“±”号及“％”号，便可以用来确定仪表的精确度等级。目前常用的精确度等级有0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等。小结9检测仪表的品质指标2/1/20234:49PM10举例例1某台测温仪表的测温范围为200~700℃，校验该表时得到的最大绝对误差为＋4℃，试确定该仪表的精度等级。解该仪表的相对百分误差为

如果将该仪表的δ去掉“＋”号与“％”号，其数值为0.8。由于国家规定的精度等级中没有0.8级仪表，同时，该仪表的误差超过了0.5级仪表所允许的最大误差，所以，这台测温仪表的精度等级为1.0级。检测仪表的品质指标2/1/20234:49PM例2某台测温仪表的测温范围为０～1000℃。根据工艺要求，温度指示值的误差不允许超过±７℃，试问应如何选择仪表的精度等级才能满足以上要求？解根据工艺上的要求，仪表的允许误差为

如果将仪表的允许误差去掉“±”号与“％”号，其数值介于0.5～1.0之间，如果选择精度等级为1.0级的仪表，其允许的误差为±1.0％，超过了工艺上允许的数值，故应选择0.5级仪表才能满足工艺要求。11检测仪表的品质指标2/1/20234:49PM12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，就表征该仪表的精确度等级越高，也说明该仪表的精确度越高。0.05级以上的仪表，常用来作为标准表；工业现场用的测量仪表，其精度大多在0.5以下。

仪表的精度等级一般可用不同的符号形式标志在仪表面板上。举例1.51.0如：检测仪表的品质指标2/1/20234:49PM

根据仪表校验数据来确定仪表精度等级和根据工艺要求来选择仪表精度等级，情况是不一样的。根据仪表校验数据来确定仪表精度等级时，仪表的允许误差应该大于（至少等于）仪表校验所得的相对百分误差；根据工艺要求来选择仪表精度等级时，仪表的允许误差应该小于（至多等于）工艺上所允许的最大相对百分误差。小结13检测仪表的品质指标2/1/20234:49PM2.变差

变差是指在外界条件不变的情况下，用同一仪表对被测量在仪表全部测量范围内进行正反行程（即被测参数逐渐由小到大和逐渐由大到小）测量时，被测量值正行和反行所得到的两条特性曲线之间的最大偏差。图0-1测量仪表的变差14检测仪表的品质指标2/1/20234:49PM153.灵敏度与灵敏限

仪表的灵敏度是指仪表指针的线位移或角位移，与引起这个位移的被测参数变化量的比值。即

式中，S为仪表的灵敏度；Δα为指针的线位移或角位移；Δx为引起Δα所需的被测参数变化量。

仪表的灵敏限是指能引起仪表指针发生动作的被测参数的最小变化量。通常仪表灵敏限的数值应不大于仪表允许绝对误差的一半。

注意：上述指标仅适用于指针式仪表。在数字式仪表中，往往用分辨率表示。

检测仪表的品质指标2/1/20234:49PM4.分辨率

对于数字式仪表，分辨率是指数字显示器的最末位数字间隔所代表的被测参数变化量。

不同量程的分辨率是不同的，相应于最低量程的分辨率称为该表的最高分辨率，也叫灵敏度。通常以最高分辨率作为数字电压表的分辨率指标。分辨率与仪表的有效数字位数有关。以七位数字电压表为例，在最低量程满度值为1V时，它的分辨率为0.1uV。16检测仪表的品质指标2/1/20234:49PM175.线性度

线性度是表征线性刻度仪表的输出量与输入量的实际校准曲线与理论直线的吻合程度。通常总是希望测量仪表的输出与输入之间呈线性关系。图0-2线性度示意图

式中，δf为线性度（又称非线性误差）；Δfmax为校准曲线对于理论直线的最大偏差（以仪表示值的单位计算）。检测仪表的品质指标2/1/20234:49PM186.反应时间

反应时间就是用来衡量仪表能不能尽快反映出参数变化的品质指标。反应时间长，说明仪表需要较长时间才能给出准确的指示值，那就不宜用来测量变化频繁的参数。仪表反应时间的长短，实际上反映了仪表动态特性的好坏。

仪表的反应时间有不同的表示方法

当输入信号突然变化一个数值后，输出信号将由原始值逐渐变化到新的稳态值。

仪表的输出信号由开始变化到新稳态值的63.2％（95％）所用的时间，可用来表示反应时间。测量系统中的常见信号类型位移信号：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。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。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。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。2/1/20234:49PM三、测量系统中的常见信号类型19测量系统中信号的传递形式模拟信号：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。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。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。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。2/1/20234:49PM四、测量系统中信号的传递形式20检测仪表的分类五、检测仪表的分类2/1/20234:49PM211.按仪表使用的能源分类气动仪表、电动仪表、液动仪表

以电为能源，信号之间联系比较方便，适宜于远距离传送和集中控制；便于与计算机联用；现在电动仪表可以做到防火、防爆，更有利于电动仪表的安全使用。

一般结构较复杂；易受温度、湿度、电磁场、放射性等环境影响。

优点缺点常用检测仪表的分类2/1/20234:49PM222.按信息的获得、传递、反映和处理的过程分类

检测仪表

作用是获取信息，并进行适当的转换。

显示仪表

作用是将由检测仪表获得的信息显示出来。

集中控制装置包括各种巡回检测仪、巡回控制仪等。控制仪表

可以根据需要对输入信号进行各种运算。

执行器

可以接受控制仪表的输出信号或直接来自操作员的指令，对生产过程进行操作或控制。

检测仪表的分类2/1/20234:49PM图0-3各类仪表的作用23检测仪表的分类2/1/20234:49PM243.按仪表的组成形式分类

基地式仪表特点是将测量、显示、控制等各部分集中组装在一个表壳里，形成一个整体。这种仪表比较适于在现场做就地检测和控制，但不能实现多种参数的集中显示与控制。这在一定程度上限制了基地式仪表的应用范围。分为基地式仪表和单元组合仪表

检测仪表的分类2/1/20234:49PM

化工生产中的