第三章过程检测技术误差及压力测量优秀PPT.ppt

第三章第三章 过程检测技术过程检测技术本章主要内容本章主要内容:3.1 测量及误差理论（测量及误差理论（仪表的精度与测量误差的关仪表的精度与测量误差的关 系）系）3.2 压力测量（压力测量（压力检测仪表的基本原理及压力表的选压力检测仪表的基本原理及压力表的选用方法）用方法）3.3 温度测量（温度测量（热电偶温度计及热电阻温度计的测温原热电偶温度计及热电阻温度计的测温原理）理）3.4 流量测量（流量测量（压差式流量计及转子流量计）压差式流量计及转子流量计）3.5 物位测量（物位测量（零点迁移的概念及计算方法）零点迁移的概念及计算方法）3.6 物质成分分析物质成分分析3.7 计算机协助测试系统计算机协助测试系统起先学习起先学习返回总书目返回总书目前 言检测仪表：用来检测生产过程中工艺参数的技术工具。感 传 器：将生产工艺参数转换为确定的便于传送的信号（如气信号或电信号）的仪表。变 送 器：当传感器的输出信号为单元组合仪表中规定的标准信号时，如：气压信号（0.020.1MPa或电压、电流信号（010mA或420mA），称为变送器一一 测量的基本学问测量的基本学问 测量的实质测量的实质:是一个比较的过程。即将被测参数和相是一个比较的过程。即将被测参数和相应的测量单位进行比较的过程。测量仪表则是实现比较应的测量单位进行比较的过程。测量仪表则是实现比较的工具。的工具。3.1 测量及误差理论测量及误差理论 事实上：事实上：二二 测量误差的表示方法测量误差的表示方法1 确定误差确定误差 理论上：理论上：2 相对误差：某一点的确定误相对误差：某一点的确定误差与标准表在这一点的指示值差与标准表在这一点的指示值x0之比。之比。x指指测量仪表的指示值测量仪表的指示值x真真被测量的真实值被测量的真实值x0比所运用的仪表比所运用的仪表 精度高一级精度高一级 的的 仪表的读数（标准表的指仪表的读数（标准表的指 示示 值）值）3 引用误差：将确定误差折合成仪表测量范围（量程范围）的百分引用误差：将确定误差折合成仪表测量范围（量程范围）的百分数数 x上上 仪表的测量上限仪表的测量上限 x下下仪表的测量下限仪表的测量下限N仪表的量程（仪表的量程（x上上x下下）例题例题1：若被测介质的实际温度为：若被测介质的实际温度为500，仪表的指示值为，仪表的指示值为495，仪表的量程为，仪表的量程为01000，试确定确定误差、相对，试确定确定误差、相对误差、折合误差和对仪表的读数的修正值。误差、折合误差和对仪表的读数的修正值。解解:绝绝 对对 误误 差差:=X指指 X0=495500=5，仪表读数的修正值仪表读数的修正值:C=X0 X指指=5 相相 对对 误误 差差:y=/X0=5/500100%=1%引用引用 误误 差差:=max/（x上上 x 下下）=0.5%三仪表的性能指标三仪表的性能指标1.精确度精确度:是衡量仪表精确程度的一个品质指标。数值上等于在规是衡量仪表精确程度的一个品质指标。数值上等于在规 定的正常状况下，仪表所允许的引用误差。定的正常状况下，仪表所允许的引用误差。精确等级：将仪表允许的引用误差精确等级：将仪表允许的引用误差号及号及%号去掉，和国家规号去掉，和国家规 定的精定的精度等级比较后，确定仪表的精度等级度等级比较后，确定仪表的精度等级国家规定的精确度等级有：国家规定的精确度等级有：高高 精度等级精度等级 低低0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0。标准用表标准用表 精确测量用精确测量用 表表 工业上用表工业上用表1.52.5在实践中常遇到以下两类问题在实践中常遇到以下两类问题：（1）如何给仪表定精度等级：）如何给仪表定精度等级：即已知仪表的量程即已知仪表的量程N和与精度等级高一级的标准表校验时的最和与精度等级高一级的标准表校验时的最大确定误差。求出：大确定误差。求出：（1）如何给仪表定精度等级？）如何给仪表定精度等级？（2）如何依据工艺要求？选择合适精度等级的仪表或推断现有的）如何依据工艺要求？选择合适精度等级的仪表或推断现有的仪表精度等级是否满足工艺要求：仪表精度等级是否满足工艺要求：例例2：某台测温仪表的测温范围为：某台测温仪表的测温范围为200700。校验该表。校验该表 时得到的最时得到的最大确定误差为大确定误差为4，试确定该仪表，试确定该仪表 的精度等级。的精度等级。解：该仪表的允许的引用误差为：解：该仪表的允许的引用误差为：所以，该测温仪表的精度等级为所以，该测温仪表的精度等级为1.0级。级。去掉去掉、%和国家精度等级比，和国家精度等级比，取相等或低档相等或低档的精度等级。0.50.81.0（2）如何依据工艺要求：）如何依据工艺要求：选择合适精度等级的仪表选择合适精度等级的仪表 依据依据 工艺条件确定仪表的量程工艺条件确定仪表的量程N （X上上=（1.52.0）X工艺工艺)和和工艺允许的最大确定误差工艺允许的最大确定误差max。求出：。求出：去掉去掉%和和并与国家精度等级相比，取相等或高档的精度等级。并与国家精度等级相比，取相等或高档的精度等级。例例3：或推断现有的仪表精度等级是否满足工艺要求：或推断现有的仪表精度等级是否满足工艺要求：即仪表的量程即仪表的量程N和精度等级都已知，推断仪表是否满足工艺要求。和精度等级都已知，推断仪表是否满足工艺要求。先算出仪表的：先算出仪表的：允允max=N%再测出仪表的：再测出仪表的：测测max=X指指X0 再再 比比 较：较：测测max 允允max 合格合格 测测max 允允max 不合格不合格例例4：例例3：某反应器内的最高温度：某反应器内的最高温度500。依据工艺要。依据工艺要求，最大允许误差不超过求，最大允许误差不超过+7，试问应如何选择，试问应如何选择仪表的精度等级才能满足以上要求？仪表的精度等级才能满足以上要求？解：依据工艺要求：解：依据工艺要求：仪表的量程上限：仪表的量程上限：X上上=2 X Max=1000仪表的允许引用误差为：仪表的允许引用误差为：去掉去掉、%，0.50.71.0，所以选精度等级，所以选精度等级0.5的仪表才的仪表才能满足工艺要求。精度等级能满足工艺要求。精度等级1.0的仪表，其允许引用误差的仪表，其允许引用误差为为1.0%，超过了工艺上允许的数值，超过了工艺上允许的数值例例4：一台精度等级为：一台精度等级为0.5，量程范为，量程范为6001200的电子电位差计，校验时，其中的某一点最大确定的电子电位差计，校验时，其中的某一点最大确定误差是误差是 4，问此表是否合格？，问此表是否合格？解：依据工艺上的要求，仪表的允许误差为：解：依据工艺上的要求，仪表的允许误差为：允允max=N%=（1200600）0.5%=3 而而测测max=4 3 ，所以此表不合格，需重所以此表不合格，需重新进行校验。新进行校验。2.变差（迟滞误差）：指在外界条件不变的状况下，用同变差（迟滞误差）：指在外界条件不变的状况下，用同一仪表对被测量在仪表全部测量范围内进行正反行程测量一仪表对被测量在仪表全部测量范围内进行正反行程测量时，被测量值正行和反行所得到的两条特性曲线之间的最时，被测量值正行和反行所得到的两条特性曲线之间的最大偏差。大偏差。3.灵敏度与灵敏限灵敏度与灵敏限灵敏度灵敏度K：是表达仪表对被测参数变更的灵敏程度。：是表达仪表对被测参数变更的灵敏程度。它是指仪表在达到稳定状态以后，仪表输出信号变更它是指仪表在达到稳定状态以后，仪表输出信号变更y与引起此输出信号变更的被测参数（输入信号）变更量与引起此输出信号变更的被测参数（输入信号）变更量x之比。之比。最大绝对误差最大绝对误差被测变量被测变量正行程正行程反行程反行程仪仪表表的的指指示示值值灵敏限灵敏限X max：引起仪表输出信号发生变更（动作）的被测参数：引起仪表输出信号发生变更（动作）的被测参数（输入信号）的最小变更量。（输入信号）的最小变更量。X max 1/24.线性度：线性度：表征线性刻度仪表的输出量与输入量表征线性刻度仪表的输出量与输入量的实际校准曲线与理论直线的吻合程度。的实际校准曲线与理论直线的吻合程度。被测变量仪表指示值f max5.反应时间反应时间T：用来衡量仪表能不能尽快反映参数：用来衡量仪表能不能尽快反映参数变更的品质指标。反应时间长，说明仪表须要较长变更的品质指标。反应时间长，说明仪表须要较长的时间才能给出精确的指示值，那不宜用来测量变的时间才能给出精确的指示值，那不宜用来测量变更常见的参数。更常见的参数。63.2%A()；95%A()。6 漂移：指输入量不变时，经过确定的时间后输出漂移：指输入量不变时，经过确定的时间后输出量产生变更的现象，是衡量仪表稳定性的重要指标。量产生变更的现象，是衡量仪表稳定性的重要指标。温漂、零漂温漂、零漂。三三 工业仪表的分类工业仪表的分类1.按仪表运用的能源分类按仪表运用的能源分类 电动仪表电动仪表 气动仪表气动仪表 液动仪表液动仪表2.按信息的获得、传递、反映和处理的过程分类按信息的获得、传递、反映和处理的过程分类 检测仪表检测仪表 显示仪表显示仪表 限制仪表限制仪表 执行器执行器3.按仪表的组成形式分类按仪表的组成形式分类 基地式仪表：基地式仪表：气动单元组合仪表：气动单元组合仪表：0.020.1 M Pa 单元组合仪表单元组合仪表 （QDZ）电子管型电子管型：已淘汰：已淘汰 电动单元组合仪表电动单元组合仪表 晶体管：晶体管：将近淘汰（将近淘汰（010mA）（DDZ）集成电路：应用中（集成电路：应用中（420mA）本节学习要点本节学习要点1 测量误差的表示方法（测量误差的表示方法（确定误差、确定误差、相对误差、折合相对误差、折合误差（相对百分误差）误差（相对百分误差）2 仪表的性能指标（仪表的性能指标（精确度、变差、灵敏度与灵敏限、精确度、变差、灵敏度与灵敏限、辨别力辨别力、线性度、反应时间）、线性度、反应时间）3 如何给仪表定精度等级？如何给仪表定精度等级？4 如何依据工艺要求：如何依据工艺要求：选择合适精度等级的仪表选择合适精度等级的仪表推断现有的仪表精度等级是否满足工艺要求推断现有的仪表精度等级是否满足工艺要求本节作业：本节作业：Pg165：6、93.2 压力检测与变送压力检测与变送一一 压力概念压力概念1 压力压力(压强）：指压强）：指 匀整垂直作用在单位面积上的力。匀整垂直作用在单位面积上的力。2 压力的表示：确定压力：P绝=P真 表 压：P表=P绝P气 真 空 度：P真=P大 P绝 二二 测压仪表测压仪表（按转换原理的不同）液柱式压力计弹性式压力计电测式压力计 活塞式压力计(一般作为标准型压力计）（Pa=1N/m2)1MPa=106Pa 1Kgf/cm2=0.1MPa(一）液柱式压力计一）液柱式压力计U型管压力计单管压力计斜管压力计DhDh（二）（二）弹性式压力计弹性式压力计 弹性式压力计加上附加装置（如：记录机构、电气变换装置、限制元件等，则可实现压力的记录、远传、信号报警、自动限制等）表盘指针显示位移压力1.弹性元件：见图弹性元件：见图3-3其测压原理：其测压原理：皮托管（测速管）图3-3 弹性元件示意图 弹簧管式弹性元件（弹簧管式弹性元件（1001000 MPa）：横截面为扁圆或椭圆？）：横截面为扁圆或椭圆？薄膜式弹性元件（中、低压）：铜质的膜片（单片或双片）、膜盒薄膜式弹性元件（中、低压）：铜质的膜片（单片或双片）、膜盒 水纹管式压力元件（微压与低压）：铜质水纹管式压力元件（微压与低压）：铜质2.弹簧管压力表（弹簧管压力表（最常见的弹性式压力计）一般弹簧管压力表的结构如图3-4，具有上、下报警功能的电接点信号压力表的结构如图3-5。图图3-4 一般弹簧管压力表一般弹簧管压力表图图3-5 具有上、下报警功能的具有上、下报警功能的电接点信号压力表电接点信号压力表压力自由端的位移表盘指针显示放大机构 其测压原理：其测压原理：7 游丝游丝：克服传动间隙而产生的仪表变差8 调整螺钉：调整螺钉：调整仪表的量程（三）电气式压力计（三）电气式压力计1.霍尔片式压力传感器霍尔片式压力传感器2.应变片式压力传感器应变片式压力传感器3.压阻式压力传感器压阻式压力传感器4.力矩平衡式压力变送器力矩平衡式压力变送器5.电容式压力变送器电容式压力变送器是一种能将压力转换成电信号进行传输及显示的仪表。其测压原理：其测压原理：压力电信号远距离传输及显示其组成：是由压力传感器、测量电路和信号处理装置（一般有指其组成：是由压力传感器、测量电路和信号处理装置（一般有指示仪、记录仪、限制器、微处理机等）组成。示仪、记录仪、限制器、微处理机等）组成。压力传感器的作用是把压力信号检测出来、并转换成电信号进行压力传感器的作用是把压力信号检测出来、并转换成电信号进行传输，当输出的电信号能够被进一步转换为标准信号（传输，当输出的电信号能够被进一步转换为标准信号（420 mA、0.02 0.1 MPa)时，压力传感器又叫压力变送器。时，压力传感器又叫压力变送器。常见的压力传感器和压力变送器有常见的压力传感器和压力变送器有:1.霍尔片式压力传感器：霍尔片式压力传感器：霍尔电势Uh的大小与半导 体材料、所通过的电流、磁感应强度以及霍尔片的几何尺寸等有关。霍尔效应及霍尔效应及霍尔片式压力传感器霍尔片式压力传感器如下图所示如下图所示:图图3-9 3-9 霍尔效应霍尔效应 Z轴方向:加一磁感应强度为B的恒定磁场Y轴方向:加一外电场(接入直流稳压电源X轴方向:出现电位差图图3-10 3-10 霍尔片式压力传感器霍尔片式压力传感器 RH霍尔常数霍尔常数 依据霍尔效应制成，即利用霍尔元件(半导体如锗)将压力所引起的弹性元件的位移转换成霍尔电势，从而实现压力的测量。2 应变片式压力传感器应变片式压力传感器利用应变片的电阻应变原理构成。图图3-24 应变片式压力传感器的示意图应变片式压力传感器的示意图即压力 应变片产生应变为压缩应变时,其阻值减小 为拉伸应变时,其阻值增大由桥式电路获得相应的毫伏级不平衡电势优点优点:当直流电源当直流电源10V时时,可获得可获得5 mA的电势的电势.故被测压力故被测压力可达可达25 MPa,且动态且动态性能好性能好,适合快速变适合快速变更的压力测量更的压力测量。（金属应变片和半导体应变片）3.压阻式压力传感器压阻式压力传感器：图图3-12 压阻式压力传感器压阻式压力传感器优点：精度高、工作牢优点：精度高、工作牢靠、频率响应快、迟滞靠、频率响应快、迟滞小、尺寸小、重量轻、小、尺寸小、重量轻、结构简洁结构简洁 利用单晶硅的压阻效应构成，其工作原理如图3-12所示。当压力发生变更时，单晶硅产生应变，使干脆扩散在上面的应变电阻产生与被测压力成比例的变更，再由桥式电路获得相应的电压输出信号。4.力矩平衡式压力变送器力矩平衡式压力变送器：是一种自平衡的检测仪表，它利用负是一种自平衡的检测仪表，它利用负反馈的工作原理克服元件材料、加工工艺等不利因素的影响，使反馈的工作原理克服元件材料、加工工艺等不利因素的影响，使仪表具有较高的测量精度（一般为仪表具有较高的测量精度（一般为0.5级）。级）。图3-13 DDZ-III型电动力矩平衡式压力变送器的工作原理图（1）DDZ-III型电动力矩平衡式压力变送器的工作原理。力矩平衡式压力变送器的工作原理。（1）测量部分（水纹管）：P F（2）机械力转换部分（双杠）机械力转换部分（双杠杆）：杆）：F 检测片的位移，检测片的位移，同时也起力矩与反力矩的平衡同时也起力矩与反力矩的平衡作用。作用。（3）位移检测器与电子放大器）位移检测器与电子放大器：检测线圈的电感量，经放大转检测线圈的电感量，经放大转换为换为420mA的直流信号输出。的直流信号输出。（4）电磁反馈机构：）电磁反馈机构：将直流信将直流信号转换为作用于副杠杆上负反号转换为作用于副杠杆上负反馈力矩，和输入力矩平衡时，馈力矩，和输入力矩平衡时，输出电流与被测压力成比例。输出电流与被测压力成比例。优点：工作稳定优点：工作稳定牢靠、线性好、牢靠、线性好、不灵敏区小等一不灵敏区小等一系列优点。系列优点。2 力矩平衡式压力变送器的受力分析力矩平衡式压力变送器的受力分析图3-13 力矩平衡式压矩平衡式压力变送器的受力分析力变送器的受力分析O2O1F3FiF2FfF1l2l1l3l45.电容式压力变送器：电容式压力变送器：图图3-26 电容式差压变送器的原理图电容式差压变送器的原理图优点：结构简洁、过优点：结构简洁、过载实力强、牢靠性好、载实力强、牢靠性好、测量精度高、体积小、测量精度高、体积小、重量轻、运用便利等重量轻、运用便利等优点。优点。先将压力的变更转换为电容的变更，然后进行测量。三三 压力表的选用及安装压力表的选用及安装1 压力表的选用：依据工艺要求，全面考虑，具体分析（1）选仪表类型：依据工艺要求、介质性质、环境条件等。如：Y型一般压力表，其外壳为黑色；YA型氨用压力表，其外壳为黄色；YD型氧用压力表，其外壳为蓝色。（2）选量程：测稳压时:P上=（1.52.0)P max,P下=0(无特殊要求)测波动压力时:P上=（2.03.0)P max 为了延长仪表的运用寿命，按“化工自控设计技术规定”还要求:测稳压时：P测2/3 P上 测波动压力时：P测1/2 P上 测 高 压 时:：P测3/5 P上 被测最小压力：P min1/3 P上(3)选精度选精度:依据工艺允许的最大测量误差来确定。在满足工艺的前依据工艺允许的最大测量误差来确定。在满足工艺的前提下，一般选精度低、价廉耐用的仪表。提下，一般选精度低、价廉耐用的仪表。例例5：某台往复式压缩机的出口压力范围为：某台往复式压缩机的出口压力范围为2528MPa，测量误差不，测量误差不得大于得大于1MPa。工艺上要求就地视察，并能凹凸限报警，试正确。工艺上要求就地视察，并能凹凸限报警，试正确选用一台压力表，指出型号、精度与测量范围。选用一台压力表，指出型号、精度与测量范围。解解 由于往复式压缩机的出口压力脉动较大，所以选择仪表的上限值由于往复式压缩机的出口压力脉动较大，所以选择仪表的上限值为为:p上上=2.P max=282=56 M Pa查附录一，选用查附录一，选用YX-150型电接点压力表，测量范为型电接点压力表，测量范为060 M Pa。由于由于 25/601/3，满足被测压力的最小值不低于满量程的，满足被测压力的最小值不低于满量程的1/3。允许误差：允许误差：1/60100%=1.67%所以选精度等级为所以选精度等级为1.5级的仪表完全可以满足误差要求。级的仪表完全可以满足误差要求。选择的压力表为选择的压力表为YX-150型电接点压力表，测量范为型电接点压力表，测量范为060MPa，精度等级为精度等级为1.5级。级。2 压力表的安装压力表的安装（1）测压点的选取：选直管段与介质的流淌方向垂直测液体压力时，取压点在管道下部；测气体压力时，取压点在管道上部（2）引压导管的铺设：内径一般为610mm水平安装时要有确定的倾斜度，便于气体或液体的排放。测易结晶介质，需加伴热管线。取压口与压力计之间加截断阀。图图3-17 压力计的安装示意图压力计的安装示意图（3）压力计的安装：）压力计的安装：易观测，检修的地方易观测，检修的地方 测蒸汽压力时，加冷凝罐，测蒸汽压力时，加冷凝罐，如如3-27（a）测腐蚀介质时，加隔离罐，测腐蚀介质时，加隔离罐，如如3-27（b）避振动、高温影响；避振动、高温影响；防泄漏；防泄漏；压力计与取压口不在同一压力计与取压口不在同一水平面时，应按水平面时，应按P=Hg 进行压力修正。进行压力修正。本节学习要点本节学习要点1 驾驭各种压力检测仪表的基本原理2 压力表的选用及安装上一节上一节 返回总书目返回总书目 下一节下一节