化工仪表与自动控制1工艺参数的测量与信号转换课件.ppt
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- 化工 仪表 自动控制 工艺 参数 测量 信号 转换 课件
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1、工艺参数的测量与信工艺参数的测量与信号转换号转换基 本 内 容123化工工艺参数测量的基础知识化工工艺参数测量的基础知识 认识显示仪表认识显示仪表自动检测过程及变送器自动检测过程及变送器 检测系统中信号转换检测系统中信号转换安全防爆基本知识安全防爆基本知识1.1 1.1 化工工艺参数检测的基础知识化工工艺参数检测的基础知识1.1.1 1.1.1 测量的基本概念测量的基本概念 测量的过程:就是比较的过程。将被测参数与其测量的过程:就是比较的过程。将被测参数与其相应的测量单位进行比较的过程。实现比较的工具就相应的测量单位进行比较的过程。实现比较的工具就是测量仪表。是测量仪表。检测仪表的测量过程的实
2、质就是被测变量信号能检测仪表的测量过程的实质就是被测变量信号能量的不断量的不断变换和传递变换和传递,并与相应的测量单位进行比较,并与相应的测量单位进行比较的过程,而检测仪表就是实现这种比较的工具。的过程,而检测仪表就是实现这种比较的工具。(1 1)测量的定义)测量的定义仪表指仪表指针位移针位移炉温检测炉温检测 热电偶的热电效应热电偶的热电效应被测温度被测温度(热能)直流毫直流毫伏信号伏信号(电能)温度标尺温度标尺举例举例1.1 1.1 化工工艺参数检测的基础知识化工工艺参数检测的基础知识1.1 1.1 化工工艺参数检测的基础知识化工工艺参数检测的基础知识(2 2)测量方法及分类)测量方法及分类
3、按比较方式按比较方式间接测量间接测量直接测量直接测量间接测量是指由多个仪表(或环节)所组成的间接测量是指由多个仪表(或环节)所组成的一个测量系统。它包含了被测变量的一个测量系统。它包含了被测变量的测量、变测量、变换、传输、显示、记录、和数据处理换、传输、显示、记录、和数据处理等过程。等过程。直接测量是指用事先标定好的测量仪表对某被直接测量是指用事先标定好的测量仪表对某被测变量测变量直接进行比较直接进行比较,从而得到测量结果的过,从而得到测量结果的过程。程。1.1 1.1 化工工艺参数检测的基础知识化工工艺参数检测的基础知识(2 2)测量方法及分类)测量方法及分类按测量原理按测量原理零位法零位法
4、 偏差法偏差法 将被测量与标准量进行比较,二者的差值为零将被测量与标准量进行比较,二者的差值为零时,标准量得读数就是被测量的大小。时,标准量得读数就是被测量的大小。天平称天平称重和电子电位差计重和电子电位差计用测量仪表的指针相对于刻度初始点的位移用测量仪表的指针相对于刻度初始点的位移(偏差)来直接表示被测量得大小。(偏差)来直接表示被测量得大小。指针式仪指针式仪表表 微差法微差法 测量过程中将被测变量的大部分用标准信号去测量过程中将被测变量的大部分用标准信号去平衡,而剩余部分采用偏差法测量。平衡,而剩余部分采用偏差法测量。不平衡电不平衡电桥桥 1.1.2 1.1.2 测量误差测量误差定义定义仪
5、表测量值与被测参数的真实值之间的差距。仪表测量值与被测参数的真实值之间的差距。=-T=-T-测量值,即被测变量的仪表示值;测量值,即被测变量的仪表示值;T-T-真实值,在一定条件下,被测变量实际应有的数值。真实值,在一定条件下,被测变量实际应有的数值。(1 1)误差的概念)误差的概念真真实实值值计量学约定的真值计量学约定的真值标准仪器的相对真值标准仪器的相对真值理论真值理论真值1.1 化工工艺参数检测的基础知识化工工艺参数检测的基础知识1.1 化工工艺参数检测的基础知识化工工艺参数检测的基础知识分类分类(按照(按照误差表误差表示方法)示方法)绝对绝对误差误差相对相对误差误差引用引用误差误差仪表
6、的测量值与被测量的真值之间的差值。仪表的测量值与被测量的真值之间的差值。即即=-T=-T。相对误差相对误差是指某点的绝对误差与该点标准表的读是指某点的绝对误差与该点标准表的读数之比,一般以百分数表示。数之比,一般以百分数表示。绝对误差与仪表量程比值得百分数称为引用误差绝对误差与仪表量程比值得百分数称为引用误差。1.1.2 1.1.2 测量误差测量误差(2 2)误差的分类)误差的分类0=100%xmaxmin100%=100%XXM引1.1 化工工艺参数检测的基础知识化工工艺参数检测的基础知识分类分类(按照(按照误差出误差出现的规现的规律)律)系统系统误差误差随机随机误差误差疏忽疏忽误差误差在相
7、同条件下,对同一被测参数进行多次重复测量在相同条件下,对同一被测参数进行多次重复测量时,误差的大小和符号保持不变,或在条件改变时,时,误差的大小和符号保持不变,或在条件改变时,按一定规律变化的误差称为系统误差。按一定规律变化的误差称为系统误差。在相同条件下,对同一被测参数进行多次重复测量在相同条件下,对同一被测参数进行多次重复测量时,误差的大小和符号均以不可预定方式变化的误时,误差的大小和符号均以不可预定方式变化的误差称为随机误差。差称为随机误差。在一定的测量条件下,由于人为原因造成的、测量在一定的测量条件下,由于人为原因造成的、测量值明显偏离实际值所形成的误差称为疏忽误差。值明显偏离实际值所
8、形成的误差称为疏忽误差。1.1.2 1.1.2 测量误差测量误差(2 2)误差的分类)误差的分类1.1 化工工艺参数检测的基础知识化工工艺参数检测的基础知识1.1.3 1.1.3 检检 测测 仪仪 表表 概概 述述 检测是指利用各种物理和化学效应,将物质世界的有关信息通过检测是指利用各种物理和化学效应,将物质世界的有关信息通过测量的方法赋予定性或定量结果的过程。测量的方法赋予定性或定量结果的过程。在生产过程中,完成工艺参数检测处理的仪表,称为检测仪表。在生产过程中,完成工艺参数检测处理的仪表,称为检测仪表。用来将这些参数转换成一定的便于传送的信号(例如电信号或气用来将这些参数转换成一定的便于传
9、送的信号(例如电信号或气压信号)的仪表通常称为压信号)的仪表通常称为传感器传感器。当传感器的输出为单元组合仪表中规定的当传感器的输出为单元组合仪表中规定的标准信号标准信号时,通常称为时,通常称为变送器变送器。1.1 1.1 化工工艺参数检测的基础知识化工工艺参数检测的基础知识1.1.3 1.1.3 检检 测测 仪仪 表表 概概 述述(1 1)检测仪表的基本组成)检测仪表的基本组成被测变量检测传感部分显示部分转换传送部分图1-1 检测仪表系统的组成1.1 1.1 化工工艺参数检测的基础知识化工工艺参数检测的基础知识1.1.3 1.1.3 检检 测测 仪仪 表表 概概 述述(1 1)检测仪表的基本
10、组成)检测仪表的基本组成1)1)检测传感部分检测传感部分 一般直接与被测介质相关连,通过它感受被测变量的变化,并一般直接与被测介质相关连,通过它感受被测变量的变化,并变换成便于测量的相应的位移、电量或其他物理量。变换成便于测量的相应的位移、电量或其他物理量。2)2)转换传送部分转换传送部分 也称信号处理器,是把检测部分输出的信号进行放大、转换、也称信号处理器,是把检测部分输出的信号进行放大、转换、滤波、线性化处理,以推动后级显示器工作。滤波、线性化处理,以推动后级显示器工作。3)3)显示部分显示部分 将测量结果用指针、记录笔、数字值、文字符号(或图像)的将测量结果用指针、记录笔、数字值、文字符
11、号(或图像)的形式显示出来。形式显示出来。1.1 1.1 化工工艺参数检测的基础知识化工工艺参数检测的基础知识温度检测仪表温度检测仪表膨胀式温度计、压力式温度计、热电阻温度计、膨胀式温度计、压力式温度计、热电阻温度计、热电偶温度计、辐射高温计热电偶温度计、辐射高温计按照检测的工艺变量的不同按照检测的工艺变量的不同压力检测仪表压力检测仪表弹性式压力计、电气式压力计弹性式压力计、电气式压力计流量检测仪表流量检测仪表节流式流量计、转子流量计、漩涡流量计、涡节流式流量计、转子流量计、漩涡流量计、涡轮流量计、电磁流量计轮流量计、电磁流量计物位检测仪表物位检测仪表差压式、浮力式、电容式、超声波、雷达式差压
12、式、浮力式、电容式、超声波、雷达式物性检测仪表物性检测仪表气相色谱仪、红外分析仪、气相色谱仪、红外分析仪、pHpH计、计、ORPORP检测仪检测仪(2 2)检测仪表的分类)检测仪表的分类1.1 1.1 化工工艺参数检测的基础知识化工工艺参数检测的基础知识按照示值表达方式的不同按照示值表达方式的不同指示型指示型记录型记录型讯号型讯号型远传指示型远传指示型累积型累积型(2 2)检测仪表的分类)检测仪表的分类1.1 1.1 化工工艺参数检测的基础知识化工工艺参数检测的基础知识按照精按照精确度等级和使用的场合确度等级和使用的场合实用仪表实用仪表范型仪表范型仪表标准仪表标准仪表现场现场实验室实验室标定室
13、标定室(2 2)检测仪表的分类)检测仪表的分类1.1 1.1 化工工艺参数检测的基础知识化工工艺参数检测的基础知识1.1.41.1.4检测环节的质量指标检测环节的质量指标1.1.量量 程程定定 义义表表 达达 式式量程是指仪表能接量程是指仪表能接受的输入信号范围受的输入信号范围y ym m=y=ymaxmax y yminmin 量程量程=上限值下限值上限值下限值例例 题题测量范围为测量范围为-50+1370,下限,下限值为值为-50,上限值为,上限值为+1370。求量程。求量程。1.1 化工工艺参数检测的基础知识化工工艺参数检测的基础知识2.2.精确度精确度定定 义义表表 达达 式式仪表的精
14、确度(准确度)仪表的精确度(准确度)简称精度,反映了仪表测简称精度,反映了仪表测量值接近真值的准确程度。量值接近真值的准确程度。精度等级精度等级0.0050.005,0.020.02,0.050.05,0.10.1,0.20.2,0.350.35,0.50.5,1.01.0,1.51.5,2.52.5,4.04.0max100%my=1.1.41.1.4检测环节的质量指标检测环节的质量指标某压力测量仪表的测量范围某压力测量仪表的测量范围0 010MPa10MPa,校验该表,校验该表时得到的最大绝对误差为时得到的最大绝对误差为 0.08MPa0.08MPa,试确定该仪表,试确定该仪表的精度等级。
15、的精度等级。某台测温仪表的测量范围某台测温仪表的测量范围0 010001000,根据工艺,根据工艺要求,温度指示值的误差不允许超过要求,温度指示值的误差不允许超过 77,试问应,试问应如何选择仪表的精度等级才能满足以上要求如何选择仪表的精度等级才能满足以上要求?1.1 1.1 化工工艺参数检测的基础知识化工工艺参数检测的基础知识2.2.精确度精确度判断表的等级判断表的等级选表问题选表问题1.1 1.1 化工工艺参数检测的基础知识化工工艺参数检测的基础知识3.3.回回 差差定定 义义表表 达达 式式在相同使用条件下,同一在相同使用条件下,同一仪表对同一被测变量进行仪表对同一被测变量进行正、反行程
16、测量时(即被正、反行程测量时(即被测变量从小到大和从大到测变量从小到大和从大到小全行程范围变化),被小全行程范围变化),被测变量从不同方向到达同测变量从不同方向到达同一数值时,仪表指示值的一数值时,仪表指示值的最大差值称为该表的回差最大差值称为该表的回差或变差。或变差。maxX100%mXy 正反回差是反映仪表恒定度的指标。正常仪表的回差应小于其允许误差,回差是反映仪表恒定度的指标。正常仪表的回差应小于其允许误差,否则,应及时检修。否则,应及时检修。1.1.41.1.4检测环节的质量指标检测环节的质量指标4.4.灵敏度灵敏度定定 义义表表 达达 式式灵敏度是反映仪表对灵敏度是反映仪表对被测变量
17、变化灵敏程被测变量变化灵敏程度的指标。仪表的灵度的指标。仪表的灵敏限是指能够引起仪敏限是指能够引起仪表指针动作的被测参表指针动作的被测参数的最小变化量。数的最小变化量。100%SX1.1.41.1.4检测环节的质量指标检测环节的质量指标1.1 1.1 化工工艺参数检测的基础知识化工工艺参数检测的基础知识5.5.分辨力分辨力与分辨率与分辨率分辨力分辨力分辨率分辨率分辨力是指仪表可能检测到分辨力是指仪表可能检测到的被测信号最小变化的能力,的被测信号最小变化的能力,也就是使仪表示值产生变化也就是使仪表示值产生变化的被测量的最小改变量。通的被测量的最小改变量。通常仪表分辨力的数值应不大常仪表分辨力的数
18、值应不大于仪表允许绝对误差的一半。于仪表允许绝对误差的一半。数字式仪表的分辨力是指仪数字式仪表的分辨力是指仪表在最低量程上最末一位数表在最低量程上最末一位数字改变一个字所表示的物理字改变一个字所表示的物理量。量。分辨率是分辨力与仪表分辨率是分辨力与仪表表量程之比的百分数。表量程之比的百分数。1.1.41.1.4检测环节的质量指标检测环节的质量指标1.1 化工工艺参数检测的基础知识化工工艺参数检测的基础知识6.6.反应时间反应时间定定 义义表表 达达 方方 式式表示仪表对被测量变表示仪表对被测量变化响应的快慢程度。化响应的快慢程度。当仪表的输入信号突然当仪表的输入信号突然变化一个数值(阶跃变变化
19、一个数值(阶跃变化)后,仪表的输出信化)后,仪表的输出信号(即示值)由开始变号(即示值)由开始变化到新稳态值的化到新稳态值的63.2%63.2%所用时间。也可称为仪所用时间。也可称为仪表的时间常数表的时间常数T Tm m。1.1.41.1.4检测环节的质量指标检测环节的质量指标1.1 化工工艺参数检测的基础知识化工工艺参数检测的基础知识7.7.线性度线性度定定 义义表表 达达 式式线性度反映了检测仪线性度反映了检测仪表输出量与输入量的表输出量与输入量的实际关系曲线偏离直实际关系曲线偏离直线的程度。线的程度。maxLX100%mXy 标定理论1.1.41.1.4检测环节的质量指标检测环节的质量指
20、标1.1 化工工艺参数检测的基础知识化工工艺参数检测的基础知识1.2 1.2 认识显示仪表认识显示仪表显显 示示 仪仪 表表凡能将生产过程中各凡能将生产过程中各种参数进行指示、记种参数进行指示、记录或累积的仪表统称录或累积的仪表统称为显示仪表(或称为为显示仪表(或称为二次仪表)。二次仪表)。一般都装在控制室的仪表一般都装在控制室的仪表盘上;和各种测量元件或盘上;和各种测量元件或变送单元配套使用,连续变送单元配套使用,连续地显示或记录生产过程中地显示或记录生产过程中各参数的变化情况;又能各参数的变化情况;又能与控制单元配套使用,对与控制单元配套使用,对生产过程中的各参数进行生产过程中的各参数进行
21、自动控制和显示。自动控制和显示。1.2.1 1.2.1 显示仪表的概述显示仪表的概述显示仪表按照显示仪表按照能源类型来分能源类型来分电动电动显示仪表显示仪表气动气动显示仪表显示仪表液动液动显示仪表显示仪表1.2 1.2 认识显示仪表认识显示仪表1.2 认识显示仪表显示仪表按照显示仪表按照显示方式来分显示方式来分模拟模拟显示仪表显示仪表数字数字显示仪表显示仪表图像图像显示仪表显示仪表1.2 1.2 认识显示仪表认识显示仪表1.2.2 1.2.2 模拟式显示仪表模拟式显示仪表 在化工生产中,温度、压力、流量、物位、成分等被测工艺参在化工生产中,温度、压力、流量、物位、成分等被测工艺参数经过检测元件
22、转换成与其相对应的物理量,或再经过变送器转换数经过检测元件转换成与其相对应的物理量,或再经过变送器转换成统一标准信号,最后由显示仪表的指针与刻度标尺相比较指示出成统一标准信号,最后由显示仪表的指针与刻度标尺相比较指示出被测工艺参数的数值;或由记录笔在有一定标度的坐标记录纸上画被测工艺参数的数值;或由记录笔在有一定标度的坐标记录纸上画出连续曲线,来显示被测工艺参数的值。这种显示方式通称为模拟出连续曲线,来显示被测工艺参数的值。这种显示方式通称为模拟式显示,相应的显示仪表,则称为模拟式显示仪表。模拟式显示仪式显示,相应的显示仪表,则称为模拟式显示仪表。模拟式显示仪表是表是以仪表的指针(或记录笔)的
23、线位移或角位移配合刻度盘的方以仪表的指针(或记录笔)的线位移或角位移配合刻度盘的方法来模拟显示被测参数连续变化的仪表。法来模拟显示被测参数连续变化的仪表。1.2 1.2 认识显示仪表认识显示仪表自自动动平平衡衡式式显显示示仪仪表表图1-4 自动平衡式显示仪表 l 结构:结构:测量线路、测量线路、放大器、可逆电机、放大器、可逆电机、指示记录机构、传动结构、指示记录机构、传动结构、同步电机、稳压电源同步电机、稳压电源1.2.2 1.2.2 模拟式显示仪表模拟式显示仪表自动平衡式显示仪表自动平衡式显示仪表特点:特点:可以对微弱的可以对微弱的信号进行准确、快速信号进行准确、快速的测量,测量精度高,的测
24、量,测量精度高,可以自动记录。可以自动记录。分类分类(测量线路)(测量线路)电电子子平平衡衡电电桥桥电电子子电电位位差差计计1.2 1.2 认识显示仪表认识显示仪表1.2.2 1.2.2 模拟式显示仪表模拟式显示仪表1.2 1.2 认识显示仪表认识显示仪表1.2.2 1.2.2 模拟式显示仪表模拟式显示仪表1 1)电子电位差计)电子电位差计 电子电位差计是用来测量毫伏级电压信号的显示记录仪表。电子电位差计是用来测量毫伏级电压信号的显示记录仪表。可以和可以和热电偶热电偶配套使用测量温度,也可以测量其他能转换成电压配套使用测量温度,也可以测量其他能转换成电压信号的各种工艺参数。信号的各种工艺参数。
25、手动电位差计手动电位差计自动电子电位差计自动电子电位差计电子电位差计电子电位差计手动电位差计手动电位差计图1-5 电压补偿原理 R R 锰铜线绕电阻锰铜线绕电阻G G 检流计(灵敏度很高的电流计)检流计(灵敏度很高的电流计)Et Et 未知热电动势未知热电动势1.2.2 1.2.2 模拟式显示仪表模拟式显示仪表1.2 1.2 认识显示仪表认识显示仪表电子电位差计电子电位差计自动电子电位差计自动电子电位差计图1-6 电子电位差计原理图 1.2 1.2 认识显示仪表认识显示仪表1.2.2 1.2.2 模拟式显示仪表模拟式显示仪表1.2 1.2 认识显示仪表认识显示仪表电子电位差计电子电位差计自动电
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