第二章 过程参数检测仪表

第一节检测仪表组成及应用第二节测量误差及处理第三节过程参数检测第二章过程参数检测仪表返回1．检测仪表一般是由哪两部分组成的？（掌握）2．检测仪表接线方式有哪些？各接线方式有何特点？（掌握）3．传感器使用中需要注意哪些问题？（掌握）4．传感器使用中需要掌握哪些安全防爆的基本知识？（掌握）第一节检测仪表组成及应用返回（1）传感器(sensor)传感器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—定直接接触)，感受被测参数的变化，并发出与之相适应的信号(电量或非电量)。传感器在工程上也称为一次仪表。（2）变送器（transmitter）变送器将传感器送来的检测信号进行转换、放大、整形、滤波等处理后，调制成相应的标准信号，并输出给控制器采样或进行模拟、数字显示。变送器也称为二次仪表。有时将传感器和变送电路统称为变送器。（3）信号制的选择控制器、执行器以及在对现场参数测量变送过程中所使用的传输信号通常采用标准信号。电动仪表远距离传输时一般采用4—20mA的标淮直流电流信号(视带载能力、输入阻抗和线径，传输距离可达数千米)，近距离传输时可采用l~5v的标准直流电压信号。气动仪表一般采用20~100kPa的标准气压信号。1．检测仪表一般是由哪两部分组成的？（掌握）返回检测仪表接线方式有4种：电流二线制、电流四线制、电阻二线制、电阻三线制（1）电流二线制电流二线制检测仪表的接线方式如图所示，检测回路串入电源，电源一般为24VDC。特点：线路简单，节省电缆，但抗扰、防爆性能差。（2）电流四线制电流四线制检测仪表的接线方式如图所尔，电源与检测回路相互独立，仪表的工作电源可为直流，也可为交流。特点：容易实现电源隔离以及输入／输出的隔离。2．检测仪表接线方式有哪些？各接线方式有何特点？（掌握）返回（3）电阻二线制热电阻的二线制接线方式如图所示，热电阻Rt通过两根连接导线接人电桥，当电桥平衡时可得特点：由于热电阻引线电阻r'与远距离连接导线电阻r同处于电桥的一个桥臂之内，引线电阻随现场环境温度的变化以及电阻r'和r引入的阻值误差将直接影响热电阻传感器的测量精度。返回ltRRRRrr2322（4）电阻三线制电阻三线制接线方式有两种，如图（a）所示，现场热电阻Rt仅采用两根引线，用三根远程连接导线将热电阻接人电桥，其中的三根连接导线分别接到电桥相邻两个桥臂中和电源线上，当电桥平衡时有特点：可以减小远程连接导线而引入的电阻误差，但是引线电阻值以及测量现场温度变化引起的引线电阻值的变化将对电桥的测量精度产生不利影响。返回ltRrRRRrr232如图（b）所示，现场热电阻Rt采用三根引线，用三根远程连接导线将热电阻接人电桥，其中的三根连接导线分别接到电桥相邻两个桥臂中和电源线上，当电桥平衡时有特点：若电桥其中两个桥臂的电阻值R2＝R3，在电桥平衡状态下，远程连接导线引人的电阻误差和引线电阻值随温度的变化将完全不会对电桥产生影响。当然，电桥通常可能工作在不平衡状态，但该接线方式至少可以减小远程导线电阻的引入误差，使引线电阻值随温度变化对电桥的影响大致抵消，从而可以提高测量精度。返回ltRrrRRRrr23（1）信号滞后问题。传感器使用中的信号滞后又包括纯滞后、测量滞后等问题。纯滞后问题一般是由于测量元件安装位置不当或测量仪表本身特性等因素产生，实际使用时应力求避免。测量滞后问题主要由测量元件本身的特性造成，在系统设计中应尽可能选用快速测量元件。多路循环测量时，还应保证每路信号控制的实时性。（2）传输距离问题。电流信号较电压信号抗干扰能力强，传输距离远。不同电流信号的传输距离视变送器带载能力(驱动负载的能力)而定，带载能力一般在250~750Ω之间。采用通信方式时，信号衰减严重，可加转换器或中继器以延长传输距离。（3）传感器的定期维护问题。工业用仪表要定期进行校验或标定，校正零点和量程。要根据具体仪表的使用要求定期维护，特别是结构复杂、价格昂贵的关键仪表．如在线成分分析仪表等。3．传感器使用中需要注意哪些问题？（了解）返回4．传感器使用中需要掌握哪些安全防爆的基本知识？（掌握）（1）爆炸危险区的分类返回类别级别说明气体和蒸汽爆炸危险坏境0区连续地出现爆炸性气体环境，或预计会长期出现或频繁出现爆炸性气体的环境区域1区在正常操作时，预计会周期性地（或偶然地）出现爆炸性气体的环境区域，也可能是短时存在爆炸性气体的环境区域2区在正常操作时，预计不会出现爆炸性气体的环境区域，即使出现爆炸性气体，也只是短时间存在的场所。粉尘爆炸危险环境10区连续地出现爆炸性粉尘混合物，或预计会长期出现或频繁出现爆炸性粉尘混合物的环境区域。11区有时会将积留下的粉尘扬起而偶然形成爆炸性粉尘混合物的环境区域。（2）仪表使用过程引起爆炸的原因及防爆根本原则①仪表的电火花或仪表内部阅故障产生的火焰引燃可燃气体或蒸气；②仪表过高的表面温度。防爆根本原则是：避免仪表产生火花；限制仪表表面温度。（3）电气设备（包括电动仪表）根据安全防爆特点分类按其使用环境的不同可分为两大类：I类为煤矿井下用电气设备；II类为工厂用电气设备，其中IIA适用于丙烷等气体环境，IIB适用于乙烯等气体环境，IIC适用于氢气等气体环境。根据电气设备产生火花、电弧和危险温度的特点，为防止其点燃爆炸性混合物而采取的措施不同，工厂用电气设备又分为八种类型，包括：隔爆型(d)、本质安全型(i)，油浸型(o)、无火花型(n)、增安型(e)、正压外壳型(p)、充砂型(q)和特殊型(s)。根据表面最高温度，工厂用防爆仪表可分为T1~T6六种：返回组别T1T2T3T4T5T6表面最高温度（℃）45030020013510085（4）过程控制中常用仪表的防爆工作原理过程控制中常见的电动仪表主要有隔爆型(d)和本质安全型(i)两种。隔爆型(d)防爆设备是在结构上用隔离设施将电路和周围环境隔绝，把设备可能点燃爆炸性气体混合物的部件全部封闭在一个外壳内，使电路在正常工作时所产生的热量和在故障状态时形成的电火花及高温，均限制在密封的壳体之内，以防止把周围的易燃易爆气体引燃。其外壳能够承受通过外壳任何接合面或结构间隙渗透到壳内的可燃性混合物在内部爆炸而不损坏，并且不会引起外部由一种、多种气体或蒸气形成的爆炸性环境的点燃，从而达到隔爆目的。隔爆型(d)防爆设备适用于表2—l中的l区和2区。隔爆型防爆设备长期使用后，由于表壳结合面的磨损，防爆性能会逐渐降低。本质安全型(i)防爆设备内部的所有电路在标准规定条件下，产生的任何电火花或任何热效应均不能点燃规定的爆炸性气体。本质安全型防爆措施是从限制电路中的能量人手，通过可靠的控制电路参数将潜在的火花能量降低到可点燃规定的气体混合物能量以下，导线及元件表面发热温度限制在规定的气体混合物的点燃温度之下。该防爆型式只能应用于弱电设备中(控制器、传感器等)，适用于0区、1区和2区。返回安全栅控制系统的仪表，一部分安装在安全区控制室内，属非防爆型仪表；一部分安装在危险区，属安全防爆型仪表。安装在安全区(如控制室内)的非防爆型仪表，需经防爆安全栅与安装在危险区的本安仪表连接。安全栅安装在安全场所，一方面传输信号，另一方面将流入危险场所的能量控制在爆炸性气体或混合物的点火能量以下。发生故障时，安全栅能将串入到故障仪表的能量限制在安全值以内，从而确保现场设备、人员和生产的安全。常见安全栅可分为齐纳式安全栅与隔离式安全栅两种。齐纳式安全栅通道快速熔断丝和限压、限流电路实现能量限制作用。隔离式安全栅使用较多的足隔离变压器式文全栅。隔离式安全栅的优点有：隔离式安全栅的电源、信号输入、信号输出均通过变压器耦合，实现信号的输入、输出完全隔离；通用性强，可以在危险区或安全区认为合适的任何一方接地；隔离式安全栅由于信号完全浮空，大大增强信号的抗干扰能力。其它防爆措施：静电处理；防雷击处理；执行器优先选择气动执行器。返回1．关于测量仪表的基本性能指标有哪些？（掌握）2．什么是量程？（掌握）3．什么是测量误差？关于测量误差有哪些常用的概念？（掌握）4．什么是精确度？如何表示精确度？（掌握）5．什么是灵敏度与分辨率？（了解）6．什么叫变差？（掌握）7．什么叫测量仪表的重复度？（了解）8．什么叫线性度？（了解）9．什么叫测量仪表的温度误差？（了解）第二节测量误差及处理返回关于测量仪表的基本性能指标有：量程、误差、精度、灵敏度分辨率、变差、重复度、线性度、温度误差1．关于测量仪表的基本性能指标有哪些？（掌握）返回仪表能测量的最大输入与最小输入量之间的范围称为仪表的量程或测量范围注意：在选用仪表时，首先应对被测参数进行大致的估计，对被测参数的最大值必须落在所选仪表的量程范围内（最好落在仪表的2/3量程范围内）2．什么是量程？（掌握）返回（1）测量误差测量值M与真值之间存在的差值。（2）真值一个变量本身所具有的真实值，它是一个理想的概念，一般是无法得到的。在实际计算误差时，一般用约定真值或相对真值来代替。（3）约定真值（A）一个接近真值的值，它与真值之差可忽略不计。实际测量时，在没有系统误差的情况下，以足够多次的测量值的平均值作为约定真值。（4）相对真值（A）指当高一级标准器的误差仅为低一级的l／3以下时，可认为高一级的标准器或仪的示值为低一级的相对真值。3．什么是测量误差？关于测量误差有哪些常用的概念？（掌握）返回（5）绝对误差（Δ）仪表的绝对误差是指仪表读数与被测参数真值之差。真值一般是无法得到的，因此仪表的绝对误差只能是被测值的仪表读数与约定真值或相对真值之差，即（6）相对误差（δ）仪表的绝对误差与约定真值的百分比，称为仪表的相对误差，即（7）引用误差（引用相对误差δ0）绝对误差与仪表量程的百分比，称为仪表的引用误差。式中：X—仪表量程。返回MA%A100%X0100（8）基本误差指在仪表制造厂规定位用条件下的相对误差。规定使用条件也括温度、相对湿度、电源电压、安装方式等。（9）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，如电源波动附加误差、温度附加误差等。（10）最大引用误差（δm）绝对误差绝对值的最大值与仪表量程的百分比，称为仪表的最大引用误差返回max%mX100（11）系统误差（又称规律误差）因仪表本身的缺陷、观测者的习惯或偏向、单因素环境条件的变化等而产生的测量误差称为系统误差或规律误差。其特点是：大小和方向不随测量过程的进行而改变，有规律，易消除。（12）疏忽误差由于测量者在测量过程中疏忽大意所致的误差称为疏忽误差。其特点是：比较容易被发觉。（13）偶然误差就是在同样的测量条件下，由于随机的偶然原因引起的，反复多次，每次结果都不重复的误差称为偶然误差。其特点：不易被发觉和修正，偶然误差的大小反映了测量过程的精度。返回测量值与真值相符合的程度表示方法使用不精确度来表示大多数仪表采用最大引用误差δm表示是仪表表盘或说明书所必须表示的参数等级系列：0．005，0．02，0．05，0．1，0．2，0．4，0．5，1．0，1．5，2．5，4．0仪表精度等级是衡量仪表质量优劣的重要指标之一。一般数值越小，仪表准确度等级越高，仪表的准确度也越高。工业现场用的测量仪表，其准确度大多是0.5级以下的仪表。4．什么是精确度？如何表示精确度？（掌握）返回［例］某台测温仪表的测温范围为200~700℃，仪表的最大误差为±4℃，试确定该仪表的最大引用误差与精度等级。返回解：仪表的最大引用误差为max%%%.%mX4410010010008700200500由于国家规定的精度等级中没0.8级，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。灵敏度（S）仪表输出端信号