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1、 第第2 2章章 过程参数检测与变送过程参数检测与变送参数检测本章要点本章要点1 1）检测仪表的基本术语及其作用）检测仪表的基本术语及其作用2 2）温度参数的测量与变送）温度参数的测量与变送3 3）压力（压差）的检测与变送）压力（压差）的检测与变送4 4）流量、液位的检测）流量、液位的检测5 5）智能式变送器的特点及硬件构成；）智能式变送器的特点及硬件构成；参数检测2.1 2.1 2.1 2.1 参数检测与变送参数检测与变送概述概述概述概述 检测仪表功能及组成：检测仪表功能及组成： n功能：确定被测参数的量值n组成：传感器（含敏感元件）：检测仪表中的首要部件，它直接与被测对象发生联系（但不一定
2、直接接触）。感受被测参数的变化，并发出与之相适应的信号（压力变化、电阻变化等）。 变送器：能输出标准信号的传感器。参数检测气动、电动仪表信号标准气动、电动仪表信号标准 n电动仪表： 4-20mA，DC（远距离）； 1-5V，DC（柜内传输） n气动仪表：20-100Kpa 参数检测对传感器的三个要求 n高准确性，传感器的输出信号与被测参数成严格的单值函数关系。 n高稳定性，不受时间或环境温度变化等因素的影响。 n高灵敏度，被测参数微小变化时，输出量变化明显。 参数检测测量误差与真值测量误差与真值 n测量误差：测量值与真实值之间存在的差别n真值：一个变量本身所具有的真实值，它是一个理想的概念，一
3、般是无法得到的。n在计算误差时，一般用约定真值或相对真值来代替。 参数检测约定真值与相对真值约定真值与相对真值 n约定真值：一个接近真值的值，它与真值之差可忽略不计。实际测量中以在没有系统误差的情况下，足够多次的测量值之平均值作为约定真值。n相对真值：指当高一级标准器的误差仅为低一级的1/3以下时，可认为高一级的标准器或仪表示值为低一级的相对真值。 参数检测仪表读数误差仪表读数误差 n读数误差的实质，是仪表读数与被测参数真实值之差。n仪表的读数误差只能是读数与约定真值或相对真值之差。 =M-A 读数绝对误差； M仪表读数； A约定真值或相对真值。 参数检测(1). 绝对误差绝对误差 检测仪表的
4、指示值检测仪表的指示值M与被测量真值与被测量真值A之间存在之间存在的差值称为绝对误差的差值称为绝对误差。表示为：。表示为： = MA 仪表在其标尺范围内各点读数的绝对误差中最仪表在其标尺范围内各点读数的绝对误差中最大的绝对误差称为最大绝对误差大的绝对误差称为最大绝对误差max。2.1.2 检测误差检测误差参数检测 （2 2）相对误差）相对误差）相对误差）相对误差（或标称相对误差（或标称相对误差（或标称相对误差（或标称相对误差 ）（3 3）引用误差）引用误差）引用误差）引用误差：绝对误差与仪表量程的百分比 仪表量程表量程 = = 测量上限量上限测量下限量下限量程的定义：与仪表规定的输出范围相对应
5、的被测物理量的范围。参数检测仪表基本误差仪表基本误差 n这是指在仪表制造厂保证的条件下仪表的相对误差值，即规定使用条件下的相对误差。n规定使用条件：包括温度、相对湿度、电源电压、安装方式等 。 参数检测仪表的附加误差仪表的附加误差 n附加误差是仪表在非规定的参比工作条件下使用时另外产生的误差。n如电源波动附加误差，温度附加误差等。 参数检测1.1.仪表的固有特性及性能指标仪表的固有特性及性能指标（1 1）精确度及其等级精确度及其等级2.1.3 检测仪表的基本特性检测仪表的基本特性 衡量检测仪表测量误差大小程度的指标，一般说，测量误衡量检测仪表测量误差大小程度的指标，一般说，测量误差越小，则精度
6、越高，反之亦然。具体说，它是以最大引用误差差越小，则精度越高，反之亦然。具体说，它是以最大引用误差（百分数）的分子来表示的。（百分数）的分子来表示的。例如：则精度为5级则精度为1级参数检测例例1 某台某台测温温仪表的表的测温范温范围为 100700，校校验该表表时测得全量程内最大得全量程内最大绝对误差差为5，试确定确定该仪表的精度等表的精度等级。解：解： 该仪表的基本表的基本误差差为： 将将该表的表的去掉去掉“十十”号与号与“”号，其数号，其数值为0.625。由于国家。由于国家规定的精度等定的精度等级中没有中没有0.625级仪表，而表，而该仪表的表的误差超差超过了了0.5级仪表所允表所允许的最
7、的最大大绝对误差。差。 故：故：这台台测温温仪表的精度等表的精度等级为1.0级。参数检测例例2 某台某台测压仪表的表的测压范范围为 08MPa。根据工。根据工艺要求，要求，测压示示值的的误差不允差不允许超超过0.05 MPa，问应如何如何选择仪表的精度等表的精度等级才能才能满足以上要求？足以上要求？ 解：解： 根据工根据工艺要求，要求，仪表的允表的允许基本基本误差差为： 去掉去掉“”和和“”号后，号后，0.625介于介于0.51.0之之间。若若选精度精度为1.0级的的仪表，其允表，其允许的最大的最大绝对误差差为0.08 MPa 。超。超过了工了工艺允允许的数的数值。 故：故： 应选择0.5级的
8、表。的表。参数检测目前，我国生产的仪表常用的精确度等级有目前，我国生产的仪表常用的精确度等级有0.001, 0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5, 4.0等。等。精度等级数值越小，就表征该仪表的精确度等级越高，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。也说明该仪表的精确度越高。科学实验用的仪表精度等级在科学实验用的仪表精度等级在0.05级以上级以上,常用来作常用来作为标准表；工业检测用仪表多在为标准表；工业检测用仪表多在0.14.0级，其中校验用级，其中校验用的标准表多为的标准表多为0.1或或0.2级，现场用多为
9、级，现场用多为0.54.0级。级。 仪表的精度等级一般用符号标志在仪表面板上。如仪表的精度等级一般用符号标志在仪表面板上。如 参数检测仪表的灵敏度仪表的灵敏度 n仪表的灵敏度是表达仪表对被测参数变化的灵敏程度。n它是指仪表在达到稳定状态以后，仪表输出信号变化y与引起此输出信号变化的被测参数（输入信号）变化量x之比，用S表示灵敏度 参数检测仪表的灵敏限仪表的灵敏限 n指能够引起仪表指示值（输出信号）发出变化（动作）的被测参数（输入信号）的最小（极限）变化量。n与灵敏度是不同的概念。 又称分辨力. 数字显示仪表变化一个二进制最低有效位时输入的最小变化量参数检测非线性误差非线性误差变差：正、反行程测
10、量时的最大差变差：正、反行程测量时的最大差值与量程之比的百分数值与量程之比的百分数 漂移漂移 时漂与温漂时漂与温漂动态误差，原因。参数。动态误差，原因。参数。参数检测测量变送中的几个主要问题测量变送中的几个主要问题 n纯滞后问题 由于测量元件安装位置不当及测量仪表本身特性等容易引入纯滞后。 n测量滞后问题 主要由测量元件本身的特性造成。在系统设计中可选用快速测量元件。n信号传送滞后问题 主要是指QDZ仪表气压信号在管路传送过程中所造成的滞后。 参数检测测量信号的处理测量信号的处理 n测量信号的校正 n测量信号噪声（干扰）的滤波 低通高通带通n对测量信号进行线性化处理 参数检测例题1n某压力表刻
11、度0100kPa，在50kPa处测量值为49.5kPa，求在50kPa处仪表示值的绝对误差、示值相对误差和示值引用误差？ 参数检测解答：n仪表示值的绝对误差： n仪表示值的相对误差：n仪 表 示 值 的 引 用 误 差 ： 参数检测例题2n下图是乙烯裂解气温度控制系统。采用液态丙烯，使其汽化吸收热量以冷却乙烯裂解气。调节气态丙烯流量使温度控制在（151.5）。参数检测例题2n指出系统中被控对象、被控变量和操纵变量各是什么？ n试画出该控制系统的组成方块图。 n试比较示意图和方块图，说明操纵变量的信号流向与物料的实际流动方向不同。 参数检测解答n被控对象为丙烯冷却器；被控变量为乙烯裂解气的出口温
12、度；操纵变量为气态丙烯的流量。n在示意图中，气态丙烯的流向是由丙烯冷却器流出。而在方块图中，气态丙烯作为操纵变量，其信号的流向是指向丙烯冷却器的 。 参数检测例题3n某换热器的温度控制系统方块图如下图。系统的被控变量为出口物料温度，要求保持在（20020），操纵变量为加热蒸汽的流量。 参数检测例题3n说明图中R、E、Q、C、F所代表的专业术语内容。 n说明Z、I、P的信号范围。 n气动执行器的输入、输出各是什么物理量？ 参数检测解答：nR为给定值，E为偏差（E=R-Z），Q为操纵变量，C为被控变量，F为干扰变量。 nZ的信号范围为420mA DC，I的信号范围亦为420mA DC，P的信号范围
13、为20100kPa。 n气动执行器的输入信号为20100kPa的气压信号，输出信号为加热蒸汽的流量。 参数检测适应参数测量和系统运行的需要具有的输入适应参数测量和系统运行的需要具有的输入/ /输出特性输出特性（1 1）理想工作特性：理想工作特性：2.检测仪表的工作特性检测仪表的工作特性参数检测（2）量程调整与上限调整 当下限为零或确定不变时，上限调整就是量程调整。n 什么是上限调整：使变送器输出信号的上限值ymax与测量范围的上限值xmax相对应。n 见图，由特性1到特性2为上限（量程）增大调整；反之为上限（量程）减小调整。n 量程调整的特点：改变特性线的斜率。量程是指与检测仪表规定的输量程是
14、指与检测仪表规定的输出范围相对应的输入范围出范围相对应的输入范围参数检测3、零点调整和零点迁移（下限调整） n将测量下限迁移到某一数值（正值或负值）的调整称为零点迁移。n若将测量下限由零迁移到某一正值时，称为正迁移，反之称为负迁移。n或使变送器输出信号的下限值ymin与测量范围的下限值xmin相对应的操作称为零点调整或零点迁移。（零点调整指数字调整范围较小，或在0附近的调整。）(a) 未迁移 (b) 正迁移 (c)负迁移零点迁移的特点： 特性线的斜率不变。 xmin0 为零点负迁移，简称“负迁”。参数检测实例实例1某测温仪表的量程为某测温仪表的量程为0500，输出信号为输出信号为420mA ，
15、现欲测量现欲测量2001000应如何调整？应如何调整？参数检测例2：n某DDZ-型温度变送器测量范围是300-700,当温度由400变化到600时,变送器的输出从8mA 变到到( )。(A)10mA(B)12mA(C)16mA(D)20mA 参数检测1.1.模拟式变送器的构成（图模拟式变送器的构成（图2 29 9）1 1）原理说明原理说明2)2) 输入输入/ /输出关系输出关系理想线性特性理想线性特性2.1.4 变送器的构成原理变送器的构成原理参数检测系统程序：硬件管理系统程序：硬件管理: : 模模/ /数转换、数据通讯、自检；数转换、数据通讯、自检；功能模块：组态功能。功能模块：组态功能。2.数字式变送器的构成原理数字式变送器的构成原理参数检测主要内容主要内容 n检测仪表功能检测仪表功能n检测仪表的原理性组成检测仪表的原理性组成n气动、电动仪表信号标准气动、电动仪表信号标准n测量误差测量误差n真值、约定真值、相对真值真值、约定真值、相对真值n仪表读数误差、绝对误差、相对误差、基本误差、仪表读数误差、绝对误差、相对误差、基本误差、附加误差附加误差n测量精度等级测量精度等级n仪表灵敏度、仪表灵敏限仪表灵敏度、仪表灵敏限n测量变送中的几个主要问题测量变送中的几个主要问题n测量信号的处理测量信号的处理 n仪表的工作特性仪表的工作特性n变送器结构变送器结构参数检测
