2检测仪表基础

过程控制与自动化仪表主讲教师：赵跃西安理工大学自动化与信息工程学院信息与控制工程系第二章2.1参数检测与变送概述二、参数检测的基本概念与术语一、参数检测的重要意义(三)检测仪表的基本特性(四)变送器的构成原理(五)变送器的信号传输(一)检测仪表基本概念(二)仪表的误差参数检测的重要意义1、检测仪表相当于过程控制系统中的“眼睛”，是获取被控过程信息的唯一渠道。2、检测仪表从根本上决定了控制系统的控制精度，即系统的控制精度首先取决于检测仪表的精度。如果系统中的控制器是理想无静差的，则系统的静态误差将唯一的取决于检测装置的精度。3、检测方法的进步将直接促进控制系统水平的提高。1.传感器国标《GB7665-87》规定：“能感受规定的被测量并按照一定的规律将其转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。2.1.1检测仪表基本概念敏感元件敏感元件是检测仪表中的首要部件，它直接与被测对象发生联系(但不一定直接接触)。它的作用是感受被测参数的变化，并发出与之相适应的信号。传感器通常泛指具有检测、传感功能的装置。统一标准信号即各仪表之间的通信协议：0～10mA、0～2V、20～100kPa；4~20mA、1～5V；数字信号。2.1.1检测仪表基本概念2.变送器变送器是输出信号满足标准化要求的传感器转换元件敏感元件信号调理与转换电路电源被测量输入量测量电路电量输出量传感器组成框图2.1.2仪表的误差1.误差描述1）真值：被测物理量的真实值（或客观值）。由于真实值无法测量，以“认定设备”测量值作为约定真值记为：ax2）绝对误差：仪表的实际测量的指示值与真值之差，记为：axx3）相对误差：记为：%100ax2.1.2仪表的误差4）引用误差：(或相对百分比误差)，记为：%100minmaxxx5）基本误差:使用标准:220V±5％、（50±2）Hz、（20±5）℃、65％±5％6）附加误差:（温度附加、频率附加、电源电压附加）2.检测误差的规律性1）系统误差:对同一被测参数进行多次重复测量时，按一定规律出现的误差。2）随机误差或统计误差：统计计算、滤波消除3）粗大误差:（疏忽误差）：剔除2.1.3检测仪表的基本特性描述了仪表的最大可能偏差，称为仪表“精度”（最大引用误差）。它是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。xfmax1)仪表精度及其等级1.仪表的固有特性及性能指标最大引用误差%100minmaxmaxxxff2.1.3检测仪表的基本特性例如：%5%1001005)(max00CCx则精度为5级%1%1005005)(max00CCx则精度为1级度量办法：去掉最大引用误差中的“±”和“％”表示：0.001、0.005、0.02、0.05、0.1、0.2、0.4、0.5、1.0、1.5、2.5。2.1.3检测仪表的基本特性maxb上行程下行程仪表输出被测变量omaxb上行程下行程仪表输出被测变量o2）非线性误差maxf实际理论仪表输出被测变量omaxf实际理论仪表输出被测变量o3）变差：%100minmaxmaxxxbb在条件不变的情况下，使用同一仪表反复测量(正行程和反行程)，所产生的最大差值与测量范围之比。分辨力也称为灵敏限是指仪表能感受并发生动作的输入量的最小值。4）灵敏度与分辨力灵敏度是仪表输出增量与输入增量之比：odxdySxydydxodxdySxydydxxyS5）漂移时漂与温漂6）动态误差2.1.3检测仪表的基本特性2.1.3检测仪表的基本特性2.检测仪表的工作特性minminminmaxminmax)(yxxxxyyy(min)yo(max)y(min)x(max)xxy(min)yo(max)y(min)x(max)xxy1）.检测仪表的理想工作特性infyupyoxBC600C0C400C1000yBqxqxbc零点的定义：检测仪表的零点是指检测工作的起始点，即检测仪表输出下限所对应的被测物理量的最大值，记为2)仪表的零点及其迁移mA4infyqx图中绿线对应于，即无迁移或零迁移；蓝线对应于，称为正迁移，红线对应于，称为负迁移。0qxbc0qx0qxmA202)仪表的零点及其迁移在检测仪表中，零点迁移是通过改变线路或机构实现的，通常称零点迁移机构，不同的仪表有不同的实现方法，这里暂不叙述。零点迁移是指将的大小或方向加以改变qx若，将向增大的方向迁移称之为正迁移，否则称之为负迁移。0qxqx零点迁移的概念通过仪表的零点迁移和量程调整机构可以将各种输入信号转换为标准的输出信号！3)仪表的量程及其调整量程的定义：与仪表规定的输出范围相对应的被测物理量的范围。当仪表的输出范围规定为yupByyinfxupBxxinf则相应的被测物理量为其中：－仪表输出的下限；－仪表输出的上限infyupy其中：－被测物理量的下限；－被测物理量的上限infxupx则称为检测仪表的量程xBoyxmkxByBC0mA20mA4C10003)仪表的量程及其调整量程的调整：xBmkC600mAyyBupy16infCxxBupx1000infxymBBk放大系数CxxBupx600infxymBBk放大系数3)仪表的量程及其调整量程调整的概念:仪表的量程与灵敏度表示检测仪表对被测参数变化的敏感程度，常用输出的变化量与被测参数的变化量之比表示：xy灵敏度＝可见，增加仪表的放大系数可以提高仪表的灵敏度进一步可知，仪表的量程越大，灵敏度越低，反之亦然。量程调整是指在仪表的输出范围不变的情况下，改变仪表输入（即被测物理量）范围，这可以通过改变的值来实现，即仪表的放大系数越大，则仪表的量程越小。yBxBomA0mA20xBxBC1000C600C0量程调整与零点迁移的配合目标：原变送器为0－600度输入对应4－20mA输出调整为：600－1000度输入对应4－20mA输出测量部分iK零点迁移x放大器K反馈回路fKy0zizfz＋＋－zKKKxKKKKyffi111）原理说明2）输入/输出关系01,1zKxKKyKKffii＞＞2.1.4变送器的构成原理1.模拟式变送器的构成原理存储器x传感器组件A/D转换器CPU通信电路FSK信号D/A转换器1）硬件构成2）软件构成系统程序：硬件管理，其基本功能为模/数转换、数据通讯、自检；功能模块：组态功能。2.1.4变送器的构成原理2.数字式变送器的构成原理利用反馈提高放大器性能1RRKf反馈增益1、该电路的放大倍数？2、什么条件下可用虚短分析？由于运放放大倍数很大，当输出U0工作在线性放大区时，输入信号很小可以认为虚短！BAAMKKKK1结论：反馈控制系统的分析方法更能揭示问题的本质。