第二章过程检测仪表.
过程参数检测及仪表第2章 误差分析及处理
按误差出现的规律，将下列误差进行分类
1、用一只电流表测量某电流，在相同条件下每隔一定时间重复 测量n次，测量数值间有一定的偏差。 2、用万用表测量电阻时，由于零点没有调整，测得的阻值始终 偏大。 3、由于仪表放置的位置问题，使观测人员只能从一个非正常角 度对指针式仪表读数，由此产生的读数误差。 4、由于仪表刻度（数值）不清楚，使用人员读错数据造成的误 差。 5、用热电偶测量温度，由于导线电阻引起的测量误差。 6、要求垂直安装的仪表，没有按照规定安装造成的测量误差。
b a c e d
t
曲线a是恒定系统误差 曲线b是线性变化系统误差 曲线c是非线性变化系统误差 曲线d是周期性变化系统误差 曲线e是复杂规律变化系统误差
再现性 --- 偏差（Deviation） 理论分析/实验验证 --- 原因和规律 --- 减少/消除
系统误差是有规律性的，因此可以 通过实验的方法或引入修正值的方 法计算修正，也可以重新调整测量 仪表的有关部件予以消除。
改变测量条件（如方向）--- 两次测量结果的误差符号相反 --- 平均值消除带有间隙特性的定值系统误差 例：千分尺 --- 空行程（刻度变化，量杆不动）--- 系统误差 正反两个方向对准标志线——不含系统误差－a， 空程引起误差－ε 顺时针 ---
d = a+ε
逆时针 --- d ' = a − ε 正确值 --- a = ( d + d ' ) / 2
第二章 测量误差的分析与处理
第一节 测量误差的概念
实验结果 --- 实验数据 --- 与其理论期望值不完全相同
1、测量误差的产生原因 （1）检测系统误差 （2）环境误差 （3）方法误差 （4）人员误差
2、测量误差的分类
计算规则-自控仪表
第十册自动化控制仪表安装工程第一章过程检测仪表一、检测仪表安装及单体调试按图纸设计均以“支”或“台（块）”为计量单位计算。
二、钢带液位计、贮罐液位称重仪、重锤探测料位计、浮标液位计现场安装以“台”为计量单位计算。
第二章过程控制仪表一、控制仪表安装及单体调试以“台”为计量单位计算。
二、组装式综合控制仪表安装及单体调试按图纸设计以“件”为计量单位计算。
三、回路系统调试以“套”为计量单位计算，并区分检测系统、调节系统和手动调节系统。
第三章集中检测装置及仪表一、集中检测装置及仪表是成套装置，安装调试以“套”为计量单位计算。
二、气象环保检测仪表以“套”为计量单位计算。
三、分析小屋及分析柜安装以“台”为计量单位计算。
四、称重装置与皮带打滑、跑偏检测以“台”为计量单位计算。
五、电子皮带秤标定以“次/套”为计量单位计算。
第四章集中监视与控制装置一、集中监视与控制装置及仪表是成套装置，安装调试以“套”为计量单位计算。
二、顺序控制装置的继电联锁保护系统应按事故接点数以“套”为计量单位计算，插件式逻辑监控装置和矩阵编程逻辑控制器按容量I/O点以“套”为计量单位计算。
三、信号报警装置中的闪光报警器按台件数计算工程量，智能闪光报警装置按组合或扩展的“报警回路”或“报警点”计算工程量；继电器箱另计安装工程量，包括检查接线。
四、数据采集和巡回报警按采集的过程输入点，以“套”为计量单位计算。
五、远动装置按过程点I/O点的数量以“套”为计量单位计算。
六、燃烧安全保护装置、火焰监视装置、漏油装置、高阻检漏装置及自动点火装置，包括现场安装和成套调试，以“套”为计量单位计算。
七、工业电视按图纸设计以“台”为计量单位计算。
第五章工业计算机安装与调试一、计算机硬件设备安装按图纸设计以“台”为计量单位计算。
二、非标准机柜按半周长以延长米为计量单位计算。
三、通用计算机安装以“套”为计量单位计算。
四、管理计算机调试按所带终端数计算调试工程量，以“台”或“套”为计量单位计算。
化工自动化及仪表电子教案过程参数的检测与仪表
第二章过程参数的检测与仪表教学要求：掌握检测仪表的基本性能指标（精度等级、变差、灵敏度等）掌握压力的检测方法（液柱测压法、弹性变形法、电测压法）学会正确选用压力计掌握应用静压原理测量液位和差压变送器测量液位时的零点迁移差压式流量计测量原理，常用节流元件，转子流量计结构、测量原理掌握容积式流量计（腰轮流量计）结构、工作原理、使用场合掌握应用热电效应测温原理掌握补偿导线的选用掌握冷端温度补偿的四种方法；了解热电偶结构，分类重点：弹性变形法、电测压法压力计选用应用差压变送器测量液位的零点迁移问题补偿导线的选用和冷端温度补偿难点：确定精度等级，压电式测量原理应用差压变送器测量液位的零点迁移问题第三导体定理电桥补偿法§2.1 概述一、检测过程及误差1．检测过程检测过程的实质在于被测参数都要经过能量形式的一次或多次转换，最后得到便于测量的信号形式，然后与相应的测量单位进行比较，由指针位移或数字形式显示出来。
检测误差误差-------测量值和真实值之间的差值误差产生的原因：选用的仪表精确度有限，实验手段不够完善、环境中存在各种干扰因素，以及检测技术水平的限制等原因，根据误差的性质及产生的原因，误差分为三类。
（1）系统误差------------在同一测量条件下，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按一定规律变化特点：有一定规律的，一般可通过实验或分析的方法找出其规律和影响因素，引入相应的校正补偿措施，便可以消除或大大减小。
误差产生的原因：系统误差主要是由于检测仪表本身的不完善、检测中使用仪表的方法不正确以及测量者固有的不良习惯等引起的。
（2）疏忽误差------------明显地歪曲测量结果的误差，又称粗差，特点：无任何规律可循。
误差产生的原因：引起的原因主要是由于操作者的粗心（如读错、算错数据等）、不正确操作、实验条件的突变或实验状况尚未达到预想的要求而匆忙测试等原因所造成的。
化工自动化及仪表内容辅导课件
LT Fd C
省煤器 给水
图1-2 开环液位控制系统
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3、自动控制系统组成及方框图
研究控制系统时，为了更清楚地表示控 制系统各环节的组成、特性和相互间的信号 联系，一般都采用方框图。每个方框表示组 成系统的一个环节，两个方框间用带箭头的 线段表示信号联系，进入方框表示信号为输 入，离开表示信号为输出，输入引起输出变 化，而输出不会引起输入变化，即环节具有 单向特性。
1、自动控制系统
图1-1 加热炉温度自动控制系统
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➢目标：控制加热炉火的出口温度 ➢实现方式（过程）： （1）测量该温度 （2）将该温度与期望值（设定值）比较 （3）根据偏差调节燃料流量，目的是使得偏
差为0 ➢ 特点：
负反馈系统（设定值与测量值相减） 根据偏差调节 闭环控制
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过程特性：指当被控过程的输入变量（操纵 变量或扰动）发生变化时，其输出变量（被 控变量）随时间变化规律。 控制通道：操纵变量q(t)对被控变量c(t)的作 用途径， 干扰通道：扰动f(t)对被控变量得作用途径 研究过程特性时，两个通道都要考虑
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h(t)
h(t)
h(0) t
自衡的非振荡过程
q(t) 执行机构
扰动
f (t)
被控变量 c(t) 过程
y(t) 测量值
检测元件 变送器
图1-3 控制系统方框图
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4、分析控制系统时重要概念
➢信息概念 图1－3中的各个符号变量都是实际的物
理量，然而他们是作为信息来转换和使用的。 每个环节都有信息流入和流出。信息的流入 和流出与实际对象中物料的流入和流出不同。 从整个系统看，设定值和扰动是系统输入， 而被控变量和其他测量值是输出。
自动化控制仪表安装工程培训资料
4. 流量计校验装置旳准备、流量发生装置旳配置、设施及水源准备。
5．明渠流量计只包括仪表自身安装, 不包括堰、槽开挖, 为测量听用旳挡板、静水井、安装用支架、保护（接线）箱（盒）等安装。
工程量计算规则
一、本章仪表以“支”、“台（块）”计算工程量, 但与仪表成套旳元件、部件是仪表旳一部分, 如放大器、过滤器等不能分开另计工程量或反复计算工程量。
三、执行机构安装, 不包括所配置风门、挡板或阀旳安装。
四、所列阀门旳检查接线项目合用于蝶阀、开关阀、0型切断阀、偏心旋转阀、多通电磁阀等。
五、在工业管道上安装调整阀执行第八册《工业管道工程》对应项目, 仪表配合安装。气路控制电磁阀安装执行本册定额。仪表使用方法兰旳焊接和安装执行第八册《工业管道工程》对应项目。
二、本册定额编制旳重要技术根据有:
1. 《石油化工仪表接地设计规范》SHT3081-2023；
2. 《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》GB50493-2023；
3. 《自控安装图册》HG/T21581-2023；
4. 《自动化仪表工程施工及质量验收规范》GB50093-2023；
5. 《建设工程工程量清单计价规范》GB50500-2023；
(3)重锤探测料位计: 执行器、传感器、磁力启动器、滑轮及滑轮支架安装, 重锤、钢丝绳支持件等安装。
(4)可编程雷达液位计分为带导波管和不带导波管两种形式。整套包括导波管、天线、罐底压力传感器、温度传感器安装, 以及温压赔偿系统安装、检查、接线。
(5)钢带液位计: 变送器、平衡锤、保护罩、浮子、钢带、导向管、保护套管等安装、调整, 试漏。
2．管道上安装流量计、调整阀、电磁阀、节流装置、取源部件等, 及在管道上开孔焊接部件, 管道切断、法兰焊接、短管加拆等执行第八册《工业管道工程》对应项目。
第二章过程参数的检测方法与仪表_PPT课件
允测量 仪范 表围 允上 许 测限 的 量值 最 范 差 大 围绝 下 1对 限 0% 0误 值
第一节 概述（续）
第节 物位检测方法及仪表
一、物位检测的主要方法及分类 1. 直读式物位仪表 采用侧壁开窗口或旁通管方式， 直接显示容器中物位的高度。方法可靠、准确，但是 只能就地指示。主要用于液位检测和压力较低的场合。 2. 静压式物位仪表 基于流体静力学原理，适用于液 位检测。容器内的液面高度与液柱重量所形成的静压 力成比例关系，当被测介质密度不变时，通过测量参 考点的压力可测知液位。这类仪表有压力式、吹气式 和差压式等型式。
第三节 物位检测方法及仪表（续）
5. 核辐射式物位仪表 利用核辐射透过物料时，其强 度随物质层的厚度而变化的原理而工作的，目前应用 较多的是 射线。 6. 声波式物位仪表 由于物位的变化引起声阻抗的变 化、声波的遮断和声波反射距离的不同，测出这些变 化就可测知物位。 7. 光学式物位仪表 利用物位对光波的遮断和反射原 理工作，它利用的光源可以有普通白炽灯光或激光等。
4. 电气式压力计：电气式压力计是一种能将压力转换成 电信号进行传输及显示的仪表。
第二节 压力检测方法及仪表（续）
四、压力计的选用 1.仪表类型的选用 仪表类型的选用必须满足工艺生 产的要求。 2. 仪表测量范围的确定 仪表的测量范围是指该仪表 可按规定的精确度对被测量进行测量的范围，它是 根据操作中需要测量的参数的大小来确定。 3. 仪表精度级的选取 仪表精度是根据工艺生产上所 允许的最大测量误差来确定的。
过程检测技术及仪表智慧树知到答案章节测试2023年东北电力大学
第一章测试1.测量有多种分类方法，按照测量示指产生的状态可以分为（）。
A:等精度测量和不等精度测量B:一般测量、工业测量和精密测量C:静态测量和动态测量D:偏位法测量、平衡法测量和微差法测量答案:D2.按照误差性质不同，误差可分为（）。
A:相对误差和绝对误差B:基本误差和附件误差C:系统误差、随机误差和粗大误差D:静态误差和动态误差答案:C3.测量中，仪表零位或量程为调整好就会引起（）误差。
A:系统误差B:粗大误差C:附加误差D:随机误差答案:A4.仪表的死区是指使仪表产生可察觉相应时的最小激励值（下限处）。
（）A:错B:对答案:B5.重复性是指在不同的测量条件下测量值映在一定的准确度内的一致性。
（）A:错B:对答案:A6.仪表合格的条件是其基本误差不超过仪表的允许误差。
（）A:错B:对答案:B7.什么是测量？答案:8.绝对误差和相对误差相比，那个更能确切地反映测量的精确程度？答案:9.如何了解误差的存在是必然的？答案:10.说出仪表的基本组成？答案:11.作为用户关心的仪表性能指标有哪些？答案:12.何谓仪表的防爆性能？答案:13.仪表的防爆性能和防护性能有何不同？答案:第二章测试1.热电偶补偿导线与热电偶连接点的温度，对热电偶热电势无影响，其依据是（）。
A:标准电极定律B:均质导体定律C:中间温度定律D:中间导体定律答案:C2.用补偿导线把热电偶电势引入测温仪表，补偿导线的长度对测量影响是（）。
A:补偿导线越长，测量误差越大B:补偿导线的长短对测量误差无影响C:补偿导线越长，测量误差越小D:补偿导线越短，测量误差越大答案:B3.为使热电偶的热电势与被测温度间成单值函数关系，热电偶的冷端必须（）A:恒定B:随所测温场而变化C:随热端温度上升D:随热端温度下降答案:A4.热电偶的热端温度不变，而冷端温度升高时，热电偶的输出电势将增大。
（）A:错B:对答案:A5.在热电偶回路中插入第三、四种导体，只要插入导体的两端温度相等，且插入导体是匀质的，无论插入导体的温度分布如何，都不会影响原来热电偶热电势的大小。
第二讲机理分析法建模
运动系统的类单容过程
已知运动系统如图所示，其中F和v分别为系统 的输入与输出量，试写出动态方程。 解：由牛顿定律得 拉氏变换
dv F kv m dt
kV ( s ) msV ( s ) F ( s )
写成传递函数的形式
1 v(s) k F (s) 1 m s k
11
自衡过程与非自衡过程
自衡过程
过程在阶跃输入量作用下，平衡状态被 破坏后，无须人或仪器的干扰，依靠过 程自身能力，逐渐恢复达到另一新的平 衡状态
非自衡过程
被控过程在阶跃输入量作用下，其平衡 状态被破坏后，没有人或仪器的干预， 依靠过程自身能力，最后不能恢复其平 衡状态
12
思考：电路中 是否有类似例 子 单容过程
9
建立过程数学模型的基本方法
机理分析法：根据过程的工艺机理和已知定律，获得被 控对象的动态数学模型
概念清晰，结果可靠，无需试验 可在当生产设备还处于设计阶段就能建立其数学模型，对新设 备的研究和设计具有重要意义 对于不允许进行试验的场合，该方法是唯一可取的 通常此法只能用于简单过程的建模，对于复杂过程有局限性
前馈控制、最优控制、多变量解耦控制等更需 要有精确的过程数学模型
3
一、基本概念
被控过程：被控的生产工艺设备，如各种加热 炉、锅炉、热处理炉、贮罐、精馏塔、化学反 应器等等。 过程的数学模型：描述被控过程在输入（控制 输入，扰动输入）作用下，其状态和输出（被 控参数）变化的数学表达式。
4
（一）自衡过程建模
丹尼尔·伯努利在1726年 提出了“伯努利原理”
q2 k 流体运动方程（伯努利）： 小信号模型： 物料平衡方程：C
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100%
0.8%
由于国家规定的精度等级中没有0.8级仪表，而该仪表 的最大引用误差超过了0.5级仪表的允许误差，所以这台 仪表的精度等级应定为1.0级。
[例2] 某台测温仪表的量程是600--1100℃，工 艺要求该仪表指示值的误差不得超过±4 ℃，应 选精度等级为多少的仪表才能满足工艺要求。
参比端、冷 端、固定端
A
B
EAB ( ,0 ) f ( ) C允许误差为
max
4 1100 600
100%
0.8%
±0.8%介于允许误差±0.5%与±1.0%之间，如果选择允许
误差为±1.0%,则其精度等级应为1.0级。量程为600～1100℃，
精确度为1.0级的仪表，可能产生的最大绝对误差为±5℃，超
过了工艺的要求。所以只能选择一台允许误差为±0.5%，即
分成若干等级的。仪表精度等级数值越小，说明仪表测量 准确度越高。
精度等级：允许误差去掉“±”号及“%”后，系列化 圆整后的数值。
目 前 我 国 生 产 的 仪 表 的 精 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
被测参数
传感器
中间件
测量值
变送器
2.1.1 测量误差
测量误差：检测仪表获得的被测值与实际被测变量真 实值之间的差。
(1) 绝对误差 仪表的指示值与被测量的真值之间的差值。
理论上： X X测量 X真值 实际上： X X测量 X标准
(2) 相对误差（仪表引用误差）
绝对误差与仪表的量程之比。
精确度等级为0.5级的仪表，才能满足工艺要求。
结论：校表：
系列化
max 计算
选表：
系列化
max 计算
仪表精度与量程有关，量程是根据所要测量的工艺变 量来确定的。在仪表精度等级一定的前提下适当缩小量 程，可以减小测量误差，提高测量准确性。
仪表量程的选择： 量程的上限： 4/3~3/2倍（被测变量）， 波动较大时：
由于检测元件的输出信号种类繁多，且信号较弱不
易察觉，一般都需要将其经过变送器处理，转换成标 准统一的电气信号（如4～20mADC 或 0～ 10mADC电流信号 ,20～100KPa气压信号）送往显 示仪表，指示或记录工艺变量，或同时送往控制器对 被控变量进行控制。有时将检测元件、变送器及显示 装置统称为检测仪表, 或者将检测元件称为一次仪表， 将变送器和显示装置称为二次仪表。
3/2~2倍（被测变量） 量程的下限：一般地，被测变量的值不低于全量程
的1/3。
(2) 变差 在外界条件不变的情况下，使用同一台仪表对某
一变量进行正反行程测量时对应于同一测量值所得 的仪表读数之间的差异。
注意：仪表的变差不能超出仪表的允许误差。
(3) 线性度
t仪表示值
衡量仪表实际特性偏 离线性程度的指标。
过程控制及仪表
潘维加
长沙理工大学电气与信息工程学院
2 过程检测仪表
2.1 概述 2.2 温度检测 2.3 压力检测 2.4 流量检测 2.5 物位检测
2.1 概 述
在过程自动化中要通过检测元件获取生产工 艺变量，最常见变量是温度、压力、流量、物 位。
检测元件又称为敏感元件、传感器，它直接 响应工艺变量，并转化成一个与之成对应关系 的输出信号。这些输出信号包括位移、电压、 电流、电阻、频率、气压等。
分辨率是灵敏度的一种反映。对于数字式仪表而言， 分辨率就是数字显示器最末位数字间隔，代表被测量的变 化与量程的比值。
2.2 温度检测
2.2.1 温度检测方法 按测温元件是否与被测对象接触分为 接触式和非
接触式。 （1）接触式
测温元件与被测对象接触，依靠传热和对流进行热交换。 优点：结构简单、可靠，测温精度较高。 缺点：由于测温元件与被测对象必须经过充分的热交换且 达到平衡后才能测量，这样容易破坏被测对象的温度场， 同时带来测温过程的延迟现象，不适于测量热容量小的对 象、极高温的对象、处于运动中的对象。不适于直接对腐 蚀性介质测量。
（2）非接触式 测温元件不与被测对象接触，而是通过热辐射
进行热交换，或测温元件接收被测对象的部分热辐 射能，由热辐射能大小推出被测对象的温度。 优点：从原理上讲测量范围从超低温到极高温，不 破坏被测对象温度场。非接触式测温响应快，对被 测对象干扰小，可用于测量运动的被测对象和有强 电磁干扰、强腐蚀的场合。 缺点：容易受到外界因素的干扰，测量误差较大， 且结构复杂，价格比较昂贵。
仪表的精度等级以一定的符号形式表示在仪表标尺板 上，如:1.0外加一个圆圈或三角形。精度等级1.0，说明 该仪表允许误差为1.0%。
1.0
1.0
[例1] 某台测温仪表的量程是600--1100℃，其最大 绝对误差为±4 ℃，试确定该仪表的精度等级。
解 仪表的最大允许误差为
max
4 1100 600
线性度差就要降低仪 表精度。
理论直线 实际曲线
线性度
被测变量
(4) 灵敏度和分辨率 灵敏度：仪表的输出变化量与引起此变化的输入变化量 的比值，即
灵敏度=△Y/△X
对于模拟式仪表而言，ΔY是仪表指针的角位移或线位 移。灵敏度反映了仪表对被测量变化的灵敏程度。
分辨率（仪表灵敏限）：仪表输出能分辨和响应的最小输 入变化量。
X 100%, Y
Y Ymax Ymin
(3) 允许误差 (4) 附加误差
max
X max Y
100%,
Y Ymax Ymin
由于外界环境条件变化以及仪表波动等外界 因素引起的误差。
2.1.2 仪表性能指标
(1)精确度（精度） 表示仪表测量结果的可靠程度。 仪表的精度等级是按国家统一规定的允许误差大小来划
2.2.2 热电偶
(1) 测温原理（热电效应）
将两种不同材料的导体或半导体A和B连在一起组成一
个闭合回路，当两个接点的温度不相同时，则回路内将有
电流产生，电流大小正比于接点温度θ和θ0的函数之差， 其极性则取决于A和B的材料。
EAB ( ,0 ) EAB ( ) EAB (0 )
EAB(θ 0)