《过程参数检测概述综述》由会员分享，可在线阅读，更多相关《过程参数检测概述综述（34页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、过程控制基础及应用过程控制基础及应用 浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系 1 第3章 过程参数的检测 qq概述概述 qq压力检测压力检测 qq温度检测温度检测 qq流量检测流量检测 qq物位检测物位检测 qq成分和物性参数的检测成分和物性参数的检测 qq软测量技术简介软测量技术简介 过程控制基础及应用过程控制基础及应用 浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系 2 3.1 3.1 概述概述 检测过程与测量误差检测过程与测量误差 过程参数的一般检测原理过程参数的一般检测原理 变送器的基本特性和构成原理变送器的基本特性和构成原理 变送器的若干共性问题变送器的若干共性问题 过程控制基础
2、及应用过程控制基础及应用 浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系 3 3.1.1 3.1.1 检测过程与测量误差检测过程与测量误差 检测过程检测过程参数检测就是用专门的技术工具，依靠能量的变换、实验和计算找到被测量的值。参数检测就是用专门的技术工具，依靠能量的变换、实验和计算找到被测量的值。 被测 变量 传感器 参数检测的基本过程 被测对象 变送器 显示装置 传感器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
3、号，如mVmV、V V 、mAmA、HzHz、位移、力等等。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经过变送环节的进一步处理，把传感器的输出转换成如0 010mA10mA、4 4 20mA20mA等标准统一的模拟量信号或者满足特定标准的数字量信号，这种检等标准统一的模拟量信号或者满足特定标准的数字量信号，这种检 测仪表称为测仪表称为变送器变送器。 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有些时候，传感器可以不经过变送环节，直接通过
4、显示装置把被测量 显示出来。显示出来。 过程控制基础及应用过程控制基础及应用 浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系 4 测量误差测量误差 测量误差测量误差仪表测得的仪表测得的测量值测量值 与与被测真值被测真值 之差之差 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 测量所得到的测量所得到的2 2个读数之差。个读数之差。 即：即： x x0 0 标准表读数标准表读数 测量误差的几种表示
5、形式：测量误差的几种表示形式：绝对误差绝对误差 实际相对误差实际相对误差 标称相对误差标称相对误差 相对百分误差相对百分误差 过程控制基础及应用过程控制基础及应用 浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系 5 检测仪表的主要性能指标检测仪表的主要性能指标 仪表的精确度仪表的精确度 一台测量范围一台测量范围0 01000kPa1000kPa的压力测量仪表，其最大绝对误差的压力测量仪表，其最大绝对误差10kPa(10kPa(在整个在整个 量程范围内量程范围内) )，另一台测量范围，另一台测量范围0 0400kPa400kPa的压力测量仪表，其最大绝对误的压力测量仪表，其最大绝对误 差差5kPa
6、5kPa， 请问哪一台压力检测仪表的精度更高？请问哪一台压力检测仪表的精度更高？ 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。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。 在自动化仪表中，通常是以最大相对百分误差来衡量仪表的精确度，定义仪表的精度等级。在自动化仪表中，通常是以最大相对百分误差来衡量仪表的精确度，定义仪表的精度等级。 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中的最大
7、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: : 仪表的仪表的精度等级精度等级（精确度等级精确度等级）是指仪表在规定的工）是指仪表在规定的工 作条件下允许的最大相对百分误差。作条件下允许的最大相对百分误差。 过程控制基础及应用过程控制基础及应用 浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系 6 检测仪表的主要性能指标检测仪表的主要性能指标 仪表的精确度等级仪表的精确度等级 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。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把仪表允
8、许的最大相对百分误差去掉“”号和号和“”号，便可以用来确定仪表的精度等级号，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：目前，按照国家统一规定所划分的仪表精度等级有： 0.0050.005，0.020.02，0.050.05，0.10.1，0.20.2，0.40.4，0.50.5，1.01.0，1.51.5，2.52.5，4.04.0等。等。 所谓的所谓的0.50.5级仪表，表示该仪表允许的最大相对百分误差为级仪表，表示该仪表允许的最大相对百分误差为0.50.5，以此类推。，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：精度等级一般用一定的符号形
9、式表示在仪表面板上： 1.5 1.0 仪表的精度等级是衡量仪表质量优劣的重要指标之一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。精度等级数值越小，表示仪表的精确度越高。 精度等级数值小于等于精度等级数值小于等于0.050.05的仪表通常用来作为标准表，而工业用表的精度等级的仪表通常用来作为标准表，而工业用表的精度等级 数值一般大于等于数值一般大于等于0.50.5。 过程控制基础及应用过程控制基础及应用 浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系 7 检测仪表的主要性能指标检测仪表的主要性能指标仪表的精确度等级仪表的精确度等级 例例1 1：某压力变
10、送器测量范围为：某压力变送器测量范围为0 0400kPa400kPa，在校验该变送器时测得的最大绝对误在校验该变送器时测得的最大绝对误 差为差为5kPa5kPa，请确定该仪表的精度等级。请确定该仪表的精度等级。 解：先求最大相对百分误差解：先求最大相对百分误差 去掉去掉 和和%为为1.251.25，因此该变送器精度等级为，因此该变送器精度等级为1.51.5级级 例例2 2：根据工艺要求选择一测量范围为根据工艺要求选择一测量范围为040m040m 3 3 /h/h的流量计，要求测量误差不超过的流量计，要求测量误差不超过 0.5 m0.5 m 3 3 /h/h，请确定该仪表的精度等级。请确定该仪表
11、的精度等级。 解：同样，先求最大相对百分误差解：同样，先求最大相对百分误差 因此该流量计必须选择因此该流量计必须选择1.01.0级的流量计级的流量计 结论：结论： 工艺要求得允许误差工艺要求得允许误差 仪表的允许误差仪表的允许误差 校验所得到的相对百分误差校验所得到的相对百分误差 过程控制基础及应用过程控制基础及应用 浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系 8 检测仪表的主要性能指标检测仪表的主要性能指标仪表的精确度等级仪表的精确度等级 例例3 3：某被测温度信号在：某被测温度信号在70708080范围内变化，工艺要求测量误差不超过范围内变化，工艺要求测量误差不超过11， 现有两台温度测
12、量仪表，精度等级均为现有两台温度测量仪表，精度等级均为0.50.5级，其中一台仪表的测量范围是级，其中一台仪表的测量范围是0 0 100100，另一台仪表的测量范围是，另一台仪表的测量范围是0 0200200，试问这两台仪表能否满足上，试问这两台仪表能否满足上 述测量要求。述测量要求。 解：解：由题意可知，被测温度的允许最大绝对误差为：由题意可知，被测温度的允许最大绝对误差为：| |max max| | 70701 10.7 0.7 测量范围为测量范围为0 0100100的仪表的最大允许绝对误差为：的仪表的最大允许绝对误差为：| |max max | | 1 1 1001000.50.50.5
13、0.5 测量范围为测量范围为0 0200200的仪表的最大允许绝对误差为：的仪表的最大允许绝对误差为：| |max max | | 2 2 2002000.50.51.01.0 根据上述计算，虽然两台仪表的精度等级均为根据上述计算，虽然两台仪表的精度等级均为0.50.5级，但只有测量范围是级，但只有测量范围是0 0100100 的温度测量仪表才满足本题的测量要求。的温度测量仪表才满足本题的测量要求。 过程控制基础及应用过程控制基础及应用 浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系 9 检测仪表的主要性能指标检测仪表的主要性能指标 非线性误差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
14、入量之间呈线性对应 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。实际对应关系与理论直线的吻合程度。 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：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： 被测变量 仪 表 输 出 理论 实际 过程控制基础及应用过程控制基础及应用 浙江大
15、学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系 10 检测仪表的主要性能指标检测仪表的主要性能指标 变变 差差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 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。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。 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差和测量仪表量程之比的百分数来表示 ： 被测变量 仪 表 输 出 下行程 上行程 过程控制基础及应用过程控制基础及应用 浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系 11 检测仪表的主要性能指标检测仪表的主要性能指标 灵敏度和分辨力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 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，即出变化量和输入变化量之比，即 灵敏度灵敏度y/xy/x 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，它也是灵分辨力又称为灵敏限，是仪表输出能响应和分辨的最小
