化工仪表及自动化教案

《化工仪表及自动化》教案

绪论

内容提要:

1.化工自动化的含义

2.化工生产过程自动化的目的

3.化工自动化的发展情况

4.化工仪表及自动化系统的分类

5.本学科的作用

★2学时★

1.化工自动化的含义

✧是化工、炼油、食品、轻工等化工类型生产过程自动化的简称。

✧在化工设备上，配备上一些自动化装置，代替操作人员的部分直接劳动，使生产在不同程度上

自动地进行，这种用自动化装置来管理化工生产过程的办法，称为化工自动化。

2.化工生产过程自动化的目的

✧加快生产速度，降低生产成本，提高产品产量和质量。

✧减轻劳动强度，改善劳动条件。

✧能够保证生产安全，防止事故发生或扩大，达到延长设备使用寿命，提高设备利用能力的目

的。

✧生产过程自动化的实现，能根本改变劳动方式，提高工人文化技术水平，为逐步地消灭体力劳

动和脑力劳动之间的差别创造条件。

3.化工自动化的发展情况

✧20世纪40年代以前

绝大多数化工生产处于手工操作状况，操

作工人根据反映主要参数的仪表指示情况，用

人工来改变操作条件，生产过程单凭经验进

行。低效率，花费庞大，见图。

✧20世纪50年代到60年代

人们对化工生产各种单元操作进行了大量

的开发工作，使得化工生产过程朝着大规模、

高效率、连续生产、综合利用方向迅速发展。

✧20世纪70年代以来，化工自动化技术又有

了新的发展

已发展为综合自动化，应用的领域和规模

越来越大；显示了知识密集化、高技术集成化

的特点；智能化程度日益增加。

✧20世纪末，计算机、信息技术的飞速发

展，引发了自动化系统结构的变革。

4. 化工仪表及自动化系统的分类

✧需要测量和控制的参数是多种多样的，主

要有热工量（压力、流量、液位、温度）和成分（或物性）量。

✧化工自动化仪表按其功能分为：检测、显示、控制仪表和执行器。

✧由上述各类仪表，可以构成自动检测、自动操纵、自动保护和自动控制四种自动化系统。

5.本学科的作用

化工生产过程自动化是一门综合性的技术学科。它应用自动控制学科、仪器仪表学科及计算机学科的理论与技术服务于化学工程学科。

对于熟悉化学工程学科的人员，如能再学习和掌握一些检测技术和控制系统方面的知识，必能在推进中国的化工自动化事业中，起到事半功倍的作用。

第一章 检测仪表基本知识

内容提要:

1. 测量过程与测量误差

2. 仪表的性能指标

3. 工业仪表的分类

★4学时★（3学时讲授，1学时习题巩固）

1.测量过程和测量误差

测量过程在实质上都是将被测参数与其相应的测量单位进行比较的过程，而测量仪表就是实现这种比较的工具。

测量误差指由仪表读得的被测值与被测量真值之间的差距。通常有两种表示方法，即绝对误差和相对误差。

绝对误差

t i x x -=∆

式中：i x 仪表指示值, t x 被测量的真值。

由于真值无法得到

0x x -=∆

式中：x 被校表的读数值，0x 标准表的读数值

相对误差

000x x x x y -=∆=

2.仪表的性能指标

精确度（简称精度）→两大影响因素：绝对误差和仪表的测量范围

说明：仪表的测量误差可以用绝对误差Δ来表示。但是，仪表的绝对误差在测量范围内的各点不相同。因此，常说的“绝对误差”指的是绝对误差中的最大值Δmax。

相对百分误差δ

%

100max

⨯-∆=

测量范围下限值测量范围上限值δ

允许误差

%

100⨯-±

=测量范围下限值测量范围上限值差值

仪表允许的最大绝对误允δ

小结：仪表的δ允越大，表示它的精确度越低；反之，仪表的δ允越小，表示仪表的精确度越

高。将仪表的允许相对百分误差去掉“±”号及“％”号，便可以用来确定仪表的精确度等级。 目前常用的精确度等级有0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等。

例：某台测温仪表的测温范围为200~700℃，校验该表时得到的最大绝对误差为＋4℃，试确定该仪表的精度等级。

解 该仪表的相对百分误差为

%

8.0%1002007004

+=⨯-+=

δ

如果将该仪表的δ去掉“＋”号与“％”号，其数值为0.8。由于国家规定的精度等级中没有

0.8级仪表，同时，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。

例：某台测温仪表的测温范围为０～1000℃。根据工艺要求，温度指示值的误差不允许超过±７℃，试问应如何选择仪表的精度等级才能满足以上要求？

解 根据工艺上的要求，仪表的允许误差为

%

7.0%100010007

±=⨯-±=

允δ

如果将仪表的允许误差去掉“±”号与“％”号，其数值介于0.5～1.0之间，如果选择精度

等级为1.0级的仪表，其允许的误差为±1.0％，超过了工艺上允许的数值，故应选择0.5级仪表才能满足工艺要求。

仪表的精度等级是衡量仪表质量优劣的重要指标之一。

精度等级数值越小，就表征该仪表的精确度等级越高，也说明该仪表的精确度越高。0.05级以上的仪表，常用来作为标准表；工业现场用的测量仪表，其精度大多在0.5以下。

仪表的精度等级一般可用不同的符号形式标志在仪表面板上。 如：

小结：根据仪表校验数据来确定仪表精度等级和根据工艺要求来选择仪表精度等级，情况是不一样的。根据仪表校验数据来确定仪表精度等级时，仪表的允许误差应该大于（至少等于）仪表校验所得的相对百分误差；根据工艺要求来选择仪表精度等级时，仪表的允许误差应该小于（至多等于）工艺上所允许的最大相对百分误差。

变差：变差是指在外界条件不变的情况下，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（即被测参数逐渐由小到大和逐渐由大到小）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大偏差。

%

100⨯-=

测量范围下限值测量范围上限值最大绝对差值

变差

灵敏度与灵敏限：仪表的灵敏度是指仪表指针的线位移或角位移，与引起这个位移的被测参数变化量的比值。即

x S ∆∆=

α

式中：S 为仪表的灵敏度；α∆为指针的线位移或角位移；x ∆为引起α∆所需的被测参数变

化量。

仪表的灵敏限是指能引起仪表指针发生动作的被测参数的最小变化量。通常仪表灵敏限的数值应不大于仪表允许绝对误差的一半。

注意：上述指标仅适用于指针式仪表。在数字式仪表中，往往用分辨力表示。

分辨率：对于数字式仪表，分辨力是指数字显示器的最末位数字间隔所代表的被测参数变化量。

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