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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 1 1检测仪表的根本术语及其作用检测仪表的根本术语及其作用 2 2温度参数的丈量与变送温度参数的丈量与变送 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； n功能：确定被测参数的量值 n组成： n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络但 不一定直接接触。感受被测参数的变化， 并发出与之相顺应的信号压力变化、电 阻变化等。 n变送器：能输出规范信号的传感器。 气动、电动仪表信号规范气动、电动仪表信号规范 n

2、电动仪表： 4-20mA，DC远间隔； n 1-5V，DC柜内传输 n气动仪表：20-100Kpa 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 成严厉的单值函数关系。 n高稳定性，不受时间或环境温度变化等要 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。 丈量误差与真值丈量误差与真值 n丈量误差：丈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，普通是无法得到的。 n在计算误差时，普通用商定真值或相对真 值来替代。 商定真值与相对真值商定真值与相对真值 n商定真值：一个接近真值的值，它与真值 之差可忽略不计。 n实践丈量中

3、以在没有系统误差的情况下， 足够多次的丈量值之平均值作为商定真值。 n相对真值：指当高一级规范器的误差仅为 低一级的1/3以下时，可以为高一级的规范 器或仪表示值为低一级的相对真值。 仪表读数误差仪表读数误差 n读数误差的本质，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商定真值或 相对真值之差。 n=M-A n读数绝对误差； n M仪表读数； n A商定真值或相对真值。 (1). 绝对误差绝对误差 检测仪表的指示值检测仪表的指示值M与被丈量真值与被丈量真值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

4、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。 100% (100% ) AM 100% m X 仪表量程 = 丈量上限丈量下限 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。 仪表根本误差仪表根本误差 n这是指在仪表制造厂保证的条件下仪表的 相对误差值，即规定运用条件下的相对误 差。 n规定运用条件：包括温度、相对湿度、电 源电压、安装方式等 。 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任务条件 下运用时另外产生的误差。 n如电源动摇附加误差，温度附加误差等。 1.1.仪表的固有特性及性能

5、目的仪表的固有特性及性能目的 1 1准确度及其等级准确度及其等级 2.1.3 检测仪表的根本特性检测仪表的根本特性 0 0 5 ( )100%5% 100 bo C rx C 衡量检测仪表丈量误差大小程度的目的，普通说衡量检测仪表丈量误差大小程度的目的，普通说 ，丈量误差越。敲淳仍礁，反之亦然。详细说，丈量误差越。敲淳仍礁，反之亦然。详细说 ，它是以最大援用误差百分数的分子来表示的。，它是以最大援用误差百分数的分子来表示的。 例如： 那么精度为5级 那么精度为1级 0 0 5 ( )100%1% 500 bo C rx C 例例1 某台测温仪表的测温范围为某台测温仪表的测温范围为

6、100700， 校验该表时测得全量程内最大绝对误差为校验该表时测得全量程内最大绝对误差为5， 试确定该仪表的精度等级。试确定该仪表的精度等级。 解：解： 该仪表的根本误差为：该仪表的根本误差为： 将该表的去掉“十号与“号，其数值为0.625。由于国家规定的精度等级中没有0.625级仪表，而该仪表的误差超越了0.5级 仪表所允许的最大绝对误差。 故：这台测温仪表的精度等级为1.0级。 5 100%0 625% 700 100 例例2 某台测压仪表的测压范围为某台测压仪表的测压范围为 08MPa。根据工。根据工 艺要求，测压示值的误差不允许超越艺要求，测压示值的误差不允许超越0.05 MPa， 问

7、应如何选择仪表的精度等级才干满足以上要求？问应如何选择仪表的精度等级才干满足以上要求？ 解：解： 根据工艺要求，仪表的允许根本误差为：根据工艺要求，仪表的允许根本误差为： 去掉“和“号后，0.625介于0.51.0之间。假设选精度为1.0级的仪表，其允许的最大绝对误差为0.08 MPa 。超越了工艺 允许的数值。 故： 应选择0.5级的表。 0 05MPa 100%0 625% 8MPa 目前，我国消费的仪表常用的准确度等级有目前，我国消费的仪表常用的准确度等级有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

8、越。捅碚鞲靡潜淼淖既范鹊燃对骄鹊燃妒翟叫。捅碚鞲靡潜淼淖既范鹊燃对 高，也阐明该仪表的准确度越高。高，也阐明该仪表的准确度越高。 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 为规范表；工业检测用仪表多在为规范表；工业检测用仪表多在0.14.0级，其中校验用级，其中校验用 的规范表多为的规范表多为0.1或或0.2级，现场用多为级，现场用多为0.54.0级。级。 仪表的精度等级普通用符号标志在仪外表板上。如仪表的精度等级普通用符号标志在仪外表板上。如 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

9、表在到达稳定形状以后，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 y S x d y S d x 仪表的灵敏限仪表的灵敏限 n指可以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。 n 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 %100 minmax max xx f f %100 minmax max xx b b 非线性误差非线性误差 变差：正、反行程丈量时的最大差变差：正、反行程丈量时的最大差 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

10、温漂 动态误差，缘由。参数。动态误差，缘由。参数。 丈量变送中的几个主要问题丈量变送中的几个主要问题 n纯滞后问题 n由于丈量元件安装位置不当及丈量仪表本身特性 等容易引入纯滞后。 n丈量滞后问题 n主要由丈量元件本身的特性呵斥。在系统设计中 可选用快速丈量元件。 n信号传送滞后问题 n主要是指QDZ仪表气压信号在管路传送过程中所呵 斥的滞后。 丈量信号的处置丈量信号的处置 n丈量信号的校正 n丈量信号噪声干扰的滤波 n低通 n高通 n带通 n对丈量信号进展线性化处置 例题1 n某压力表刻度0100kPa，在50kPa处丈量 值为49.5kPa，求在50kPa处仪表示值的绝 对误差、示值相对误

11、差和示值援用误差？ 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 ： kpa5 . 05 .4950 %1%100 50 5 .0 %5 . 0%100 100 5 . 0 m 例题2 n以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。 调理气态丙烯流量使温度控制在151.5。 TTTC 乙烯裂解气 丙烯冷却器 气态丙烯 液态丙烯 例题2 n指出系统中被控对象、被控变量和支配变 量各是什么？ n试画出该控制系统的组成方块图。 n试比较表示图和方块图，阐明支配变量的 信号流向与物料的实践流动方向不同。 解答 n被控

12、对象为丙烯冷却器；被控变量为乙烯裂解气的出口 温度；支配变量为气态丙烯的流量。 n在表示图中，气态丙烯的流向是由丙烯冷却器流出。而 在方块图中，气态丙烯作为支配变量，其信号的流向是 指向丙烯冷却器的 。 控制器执行器丙烯冷却器 扰动 sp 测量变送 例题3 n某换热器的温度控制系统方块图如以下图。系统 的被控变量为出口物料温度，要求坚持在 20020，支配变量为加热蒸汽的流量。 电动 控制器 电-气 转换器 换热器 RIQEPC F 测量、变送 - Z 气动 执行器 例题3 n阐明图中R、E、Q、C、F所代表的专业术语 内容。 n阐明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

13、量？ 解答： nR为给定值，E为偏向E=R-Z，Q为支配 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的信号范围为20 100kPa。 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。 顺应参数丈量和系统运转的需求具有的输入顺应参数丈量和系统运转的需求具有的输入/ /输出特性输出特性 1 1理想任务特性：理想任务特性： maxmin minmin maxmin () yy yxxy xx 2.检测仪表的任务特性检测仪表的任务特性 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。

14、 什么是上限调整：使变送器 输出信号的上限值ymax与丈 量范围的上限值xmax相对应。 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。 量程调整的特点：改动特性线 的斜率。 量程是指与检测仪表规定的输量程是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 3、零点调整和零点迁移下限调整 n将丈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假设将丈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与丈量范围的下限值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 。蛟0附近

15、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。 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 ， 现欲丈量现欲丈量2001000应如何调整？应如何调整？ 例2： n某DDZ-型温度变送器丈量范围是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 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 测 量 部 分 i K 零 点 迁 移 x 放 大 器 K

16、 反 馈 回 路 f K y 0 z i z f z 0 11 z KK K x KK KK y ff i 1 1原理阐明原理阐明 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 0 1 1, i f ff K KKyxz KK 2.1.4 变送器的构成原理变送器的构成原理 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 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 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、电动仪表信号规范气动、电动仪表信号规范 n丈量误差丈量误差 n真值、商定真值、相对真值真值、商定真值、相对真值 n仪表读数误差、绝对误差、相对误差、根本误差、仪表读数误差、绝对误差、相对误差、根本误差、 附加误差附加误差 n丈量精度等级丈量精度等级 n仪表灵敏度、仪表灵敏限仪表灵敏度、仪表灵敏限 n丈量变送中的几个主要问题丈量变送中的几个主要问题 n丈量信号的处置丈量信号的处置 n仪表的任务特性仪表的任务特性 n变送器构造变送器构造