测量仪表及性能指标基本知识
热工测量仪表知识点
热⼯测量仪表知识点《热⼯测量仪表》知识点第1章：基础知识难点测量误差的表⽰形式误差产⽣的原因误差的种类掌握测量的基本概念误差的分类仪表的组成及其性能指标仪表的基本误差和允许误差仪表的引⽤误差仪表的精度等级仪表的防爆和防护了解检测技术与仪表的作⽤及发展测量的不确定度第2章：温度测量掌握温标与测温⽅法热电偶测温原理热电偶基本定律(推导和应⽤)热电偶测温补偿原因、原理和⽅法热电阻测温原理热电阻测温引线误差和消除⽅法了解膨胀式与压⼒温度计⼯作原理接触测温误差和对策⾮接触式测温原理和⽅法新型温度传感器第3章压⼒和压差测量掌握：压⼒的基本概念分类液柱式压⼒计⼯作原理（U形管、单管式、斜管式）弹性元件测压原理，各种弹性元件测压类型和范围弹簧管压⼒计测量压⼒特点和应⽤领域压⼒表量程选择⽅法、范围了解：了解其它弹性元件测量压⼒⽅法和原理第4章：机械量测量掌握电容式传感器灵敏度和⾮线性误差计算分析（变极距、变⾯积、变介电常数、差动式）电感式位移传感器⼯作原理（灵敏度、⾮线性误差计算分析）差动式、互感、⾃感式、差动变压器（⼯作原理）零点残余电压产⽣的原因和消除⽅法直流电桥和交流电桥的测量特点调制解调的基本概念电涡流传感器的基本⼯作原理、类型和应⽤场合光敏电阻、光敏晶体管⼯作原理和应⽤场合绝对式和增量式码盘的⼯作原理和区别第5章：流量测量掌握：流量测量现状及其原因分析常见的流量传感器类型节流式流量计的基本结构和⼯作原理和相关系数修正节流式流量计对流体要求常见的标准节流件性能常见的⾮标节流件标准节流装置的计算（两类命题、迭代流程）⽪托管和均速管流量计的基本⼯作原理电磁流量计的基本⼯作原理涡街、科⾥奥利、涡轮、转⼦、靶式流量计⼯作原理第6章：物位测量直读式、静压式、差压式、浮⼒式、称重式液位计⼯作原理汽包⽔位测量的重要意义汽包⽔位测量的难点重量⽔位、实际⽔位、虚假⽔位、⽰值⽔位概念引起汽包虚假⽔位的原因云母⽔位计的基本⼯作原理、引起误差的原因、缺点双⾊⽔位计的⼯作原理、引起误差的原因、信号远传的⽅法电接点⽔位计的⼯作原理和误差分析差压式⽔位计的基本⼯作原理（消除误差的改进⽅式，单室平衡、双室平衡容器）压⼒校正原理和⽅法第7章成分分析炉烟成分分析的重要性和分析⽅法热导式CO2分析仪的基本原理和实现⽅法氧化锆氧量计⼯作原理直插式和抽⽓式的优缺点第8章：检测新技术虚拟仪器基本概念软测量技术概念模糊传感器概念多传感器数据融合概念仪表习题⼀⼀、填空题1.绝对误差在理论上是指和被测量的之间的差值；仪表量程范围内最⼤的绝对误差和量程之⽐称为仪表的，将其去掉％的数值圆整后的数的数值为仪表的。
仪表基础知识
仪表基础知识仪表基础知识⼀、DCS----分布式控制系统1、什么是DCS？DCS是分布式控制系统的英⽂缩写（Distributed Control System），在国内⾃控⾏业⼜称之为集散控制系统。
2、DCS有什么特点？DCS是计算机技术、控制技术和⽹络技术⾼度结合的产物。
DCS通常采⽤若⼲个控制器（过程站）对⼀个⽣产过程中的众多控制点进⾏控制，各控制器间通过⽹络连接并可进⾏数据交换。
操作采⽤计算机操作站，通过⽹络与控制器连接，收集⽣产数据，传达操作指令。
因此，DCS的主要特点归结为⼀句话就是：分散控制集中管理。
3、DCS的结构是怎样的？上图是⼀个较为全⾯的DCS系统结构图，从结构上划分，DCS包括过程级、操作级和管理级。
过程级主要由过程控制站、I/O 单元和现场仪表组成，是系统控制功能的主要实施部分。
操作级包括：操作员站和⼯程师站，完成系统的操作和组态。
管理级主要是指⼯⼚管理信息系统（MIS系统），作为DCS更⾼层次的应⽤，⽬前国内纸⾏业应⽤到这⼀层的系统较少。
4、DCS的控制程序是由谁执⾏的？DCS的控制决策是由过程控制站完成的，所以控制程序是由过程控制站执⾏的。
5、过程控制站的组成如何?DCS的过程控制站是⼀个完整的计算机系统，主要由电源、CPU（中央处理器）、⽹络接⼝和I/O组成6、什么是DCS的开放性？DCS的开放性是指DCS能通过不同的接⼝⽅便地与第三⽅系统或设备连接，并获取其信息的性能。
这种连接主要是通过⽹络实现的，采⽤通⽤的、开放的⽹络协议和标准的软件接⼝是DCS开放性的保障。
7、什么是系统冗余？在⼀些对系统可靠性要求很⾼的应⽤中，DCS的设计需要考虑热备份也就是系统冗余，这是指系统中⼀些关键模块或⽹络在设计上有⼀个或多个备份，当现在⼯作的部分出现问题时，系统可以通过特殊的软件或硬件⾃动切换到备份上，从⽽保证了系统不间断⼯作。
通常设计的冗余⽅式包括：CPU冗余、⽹络冗余、电源冗余。
仪表基础知识
(7.简答题: (1)系统误差产生的原因和特点是什么? 产生系统误差的主要原因是仪表本身的缺陷, 使用方法不正确,(2)偶然误差的特点和产生的原因? 它的出现是随机的;产生的原因是复杂的,是 许多因素变化共同作用所致.
(3)疏忽误差产生的原因和特点? 产生的原因是观察者的失误或外界的偶然 干扰;其主要特点是无规律可循且与事实 不符
2.DDZ-III型与DDZ-II型仪表相比,有哪些 主要特点? 采用线性集成电路;采用国际标准信号制, 现场传输信号为4—20mADC电流信号， 控制室联络信号为1—5VDC,信号电流 与电压转换电阻为250Ω;集中统一供电, 由电源箱供给各单元24V直流电源,并备 有蓄电池作为备用电源;结构合理,功能 多样;可构成安全火花型防爆系统.
2.显示仪表分为记录仪表和指示仪表.模 拟仪表和数字仪表.记录仪表分为有纸 记录和无纸记录.通常使用无纸记录. 3.调节仪表分为基地式调节仪表和单元 组合式调节仪表.由于微处理机的引入, 又有可编程调节器与固定程序调节器. 4.执行器由执行机构和调节阀两部分组 成. (1)执行机构按能源分:气动.电动和液动 执行器 按结构形式分:薄膜式,活塞式和长行程 执行机构.
3.灵敏度:仪表对被测参数变化的灵敏程度, 或者说是对被测量变化的反应能力,是在 稳态下,输出变化增量对输入变化增量的 比值.即 S=ΔL/Δx 二.精度等级划分: 0.005 0.02 0.1 0.2 0.35 0.5 1.0 1.5 2.5 4等 仪表精度等级的标志在仪表标尺或标牌 上,数值越小,精度越高. 误差来源主要指系统误差和随机误差.
状态下不能试灯,以防误判断. 16.在敷设电缆时应留出足够的备用长度, 一般在室内留(0.3—1米),室外留(0.5—2 米). 17.要使电缆屏蔽层能起到良好的屏蔽效 果,在做屏蔽接地时,应注意些什么? 为了保证电缆屏蔽层能起到良好的屏蔽 效果,除了要保证屏蔽层有一接地电阻较 小的接地极以外,还应保证以下二个方面:
仪表基础知识
• 仪表的具体性能将直接决定我们看到的数 值是否能真实的反映工艺过程。
仪表测量过程中的五大测量量
• 温度（Temperature) • 压力（Pressure） • 物位（Level） • 流量（Flow） • 过程分析（Analysis）
仪表结构示意图（简要）
• 仪表的主要任务，是将工艺介质的相关属性转换成标准的 电信号或以显示值显示出来，因此它是工艺与控制之间的 一个连接点。
温度类仪表
• 温度类仪表主要是指通过传感器将介质的冷热程度反映出 来的仪表。
• 温度仪表的种类
名称
原理
适用范围
热电阻
某些金属的热敏原理
低温区（100~500℃）
仪表位号的表示方法
仪表位号组成
在检测、控制系统中，构成一个回路的每个仪表（或 元件）都应有自己的仪表位号。仪表位号由字母代号组 合和回路编号两部分组成，第一位字母表示被测变量， 后继字母表示仪表的功能。回路编号可按照装置或工段 （区域）进行编制，一般用3～5位数字表示
分类与编号
• 仪表位号按被测变量分类。同一装置的相同被测 变量的仪表位号中数字编号是连续的，但允许中 间有空号；不同被测变量的仪表位号不能连续编 号。如果同一个仪表回路有两个以上具有相同功 能的仪表，可以在仪表位号后面附加尾缀（大写 英文字母）加以区别。例如，PT—202A、PT— 202B表示同一回路里的两台变送器，PV—201A、 PV—201B表示同一回路里的两台控制阀。当一 台仪表由两个或多个回路共用时，应标注各回路 的仪表位号，例如一台双笔记录仪记录流量和压 力时，仪表位号为FR—121/PR—131，若记录 两个回路的流量时，仪表位号应为FR— 101/FR—102或FR—101/102。
仪表基础知识
70年代：
自动化技术工具方面，气动2型和电动2型单元组合式 仪表刚投入生产不久，气动3型和电动3型单元组合式仪表 相继问世，进一步发展到具有多功能的组装仪表、智能式 仪表，为实现各种特殊控制规律提供了条件。新型智能传 感器和控制仪表的问世使仪表与计算机之间的直接联系极 为方便。而且，电子计算机的作用也越来越大。
化工生产过程自动化是一门综合性技术学科，利用自 动控制学科、仪器仪表学科几计算机学科的理论与技术服 务于化学工程学科。随着现代科学技术的进步，本学科将 不断发展并日益被人们所重视。在化工生产过程中，由于 实现了自动化，人们通过自动化装置来管理生产，自动化 装置与工艺及设备已结合成为有机的整体。因此，越来越 多的工艺技术人员认识到：学习仪表及自动化方面的知识 ，对于管理与开发现代化化工生产过程是十分必要的。
仪表基础(一)
数字信号：是一种以离散形式出现的不连续信号，通常用二进 制数“0”和“1”组合的代码序列来表示。数字信号变换成电 信号就是一连串的窄脉冲和高低电平交替变化的电压信号。
连续变化的工艺参数（模拟信号）可以通过数字式传感器 直接转换成数字信号。然而，大多数情况是首先把这些参数变 换成电形式的模拟信号，然后再利用模拟-数字（A/D）转换技 术把电模拟量转换成数字量。将一个模拟信号转换为数字信号 时，必须用一定的计量单位使连续参数整量化，即用最接近的 离散值（数字量）来近似表示连续量的大小。由于数字量只能 增大或减小一个单位，所以，计量单位越小，整量化所造成的 误差也就越小。
仪表基础(二)
温度检测仪表
概念：温度是表征物体冷热程度的物理量 单位 ：℃ ℉ 分类： 1.热电偶----将两种不导体或半导体材料焊接成一闭合路，
利用热电效应，产生电动势，在回路中形成电流。 常用热偶： K型(镍铬-镍硅)，测量温度400℃； 特殊热偶：铠装热偶
测量的基本知识
测量的基本知识目录一、测量的基本概述 (2)1.1 测量的定义与重要性 (2)1.2 测量的基本目标 (4)1.3 不同领域下的测量应用 (4)二、测量的历史发展 (6)2.1 古代测量技术 (7)2.2 中世纪至近现代测量领域的突破 (8)2.3 现代测量技术的发展态势 (10)三、测量的基本工具与仪器 (11)3.1 精密测量仪器的种类与选择 (13)3.2 常规计量工具的介绍与应用 (14)3.3 现代科技在测量工具中的应用 (15)四、测量的基本理论与方法 (16)4.1 测量的基本数学与统计理论 (18)4.2 校准与校验的基本方法 (20)4.3 误差分析与控制技术 (21)五、测量的实施与过程 (23)5.1 测量计划与准备 (24)5.2 测量实施过程中的质量控制 (25)5.3 测量结果的评估与报告 (26)六、测量的先进技术 (27)6.1 激光干涉测量 (29)6.2 动态测量技术 (30)6.3 纳米级测量技术 (32)七、测量的质量保证与管理体系 (34)7.1 测量系统评定与认证 (35)7.2 质量管理标准介绍与运用 (37)7.3 实验室管理的最佳实践 (38)八、案例分析与实际应用 (39)8.1 测量在工程项目中的应用 (41)8.2 测量在医学诊断中的应用 (43)8.3 测量在环境监测中的应用 (44)九、未来展望 (45)9.1 测量技术的新趋势与挑战 (47)9.2 人工智能与测量的结合 (49)9.3 可持续性与测量技术的发展方向 (50)一、测量的基本概述测量是一个系统地确定某一具体量的大小，并通过数量关系来表达其属性的过程。
它是几乎所有科学技术和工程领域中的一项基础活动，用于获取和比较信息以支持决策和实践。
测量具有两个基本要素：“标准”和“量度”。
标准是用于定义和表示量值的特定参考，它可以是实物样本、数学模型或标准结果。
量度则是将某个量与标准进行比较，确定其量值的过程。
电子测量仪器主要性能指标
电子测量仪器主要性能指标
测量仪表是指将被测量的参数转换成可供直接观察的指示值的器具，包括各类指示仪器、比较仪器、记录仪器、传感器和变送器等。
利用电子技术对各种待测量进行测量的设备，统称为电子测量仪器。
为了正确地选择测量方法、使用测量仪器和分析测量结果，本节将对电子测量仪器的主要性能指标和分类作一概括。
电子测量仪器的主要性能指标
电子测量仪器的主要性能指标包括频率范围、准确度、稳定性、灵敏度和输入阻抗等。
1.频率范围
频率范围是指保证测量仪器其他指标正常工作的有效频率范围。
2.测量准确度
测量准确度又称测量精度，它是指测量仪器的读数或测量结果与被测量真实值相一致的程度。
对精度目前还没有一个公认的、定最的数学表达式，因此常作为一个笼统的概念来使用，其含义是:精度越高，表明误差越小;精度越低，表明误差越大。
因此，精度不仅用来评价测量仪器的性能.同时也是评定测量结果最主要、最基本的指标。
3.稳定性
稳定性是指在规定的时间内，其他外界条件恒定不变的情况下，保证仪器示值不变的能力。
造成示值变化的原因主要是仪器内部各元器件的特性、参数不稳定和老化等因素。
4.输入阻抗
测量仪表的输入阻抗对测量结果会产生一定的影响。
如电压表、示波器等仪表，测虽时并联接于待测电路两端，如图1-1所示。
不难看出，测量仪表的接。
第二章 测量基础知识
数学模型建立在一定的论域内。常用的有时域、复域和频域
A.时域
信号在时域内表现为时间的函数u(t)、y(t)。常微分方程是 描述系统特性最常用的数学模型，它表现为输入信号u(t)和 输出信号y(t)的各阶导数的相互关系，即
n
m
ai pi y(t) b j p ju(t)
i0
j0
p为算子 d dt
时域模型的主要缺点是计算复杂和试验精度低。
B.复域
借助于拉普拉斯变换
[u(t)] u(t)est dt U (s) 0
当初始条件为零时，时域模型转变为复域模型
n
m
ai siY (s) b j s jU (s)
i0
j0
s jw
复域模型的优点是简化计算，但难以直接表达信号系统的
特性，也无法用试验方法求得或分析研究。
C.频域
但σ=0，s=jw时，拉普拉斯变换成为傅里叶变换
F[u(t)] u(t)e jwt dt U ( jw)
复域模型转变为频域模型
n
m
ai ( jw)i Y ( jw) b j jw jU ( jw)
准确度ε：它表明仪表指示值与真值的偏离程度。 准确度是系统误差大小的标志,准确度高,意味着系统误差小。
精 度：它是精密度与准确度的综合反映, 精度高, 表示精 密度和准确度都比较高。在最简单的情况下,可取两者的代 数和,即τ=δ+ε。精度常以测量误差的相对值表示。
下图表示的射击打靶例子有助于加深对精密度、准 确度和精确度三个概念的理解。
特点：测量过程简单而迅速。
直接测量又可分为两种：直接比较和间接比较。
直接比较：直接把被测物理量和标准作比较的测 量方法。如 ⊙天平测物体质量