儀表自動(dòng)化基礎(chǔ)知識(shí)

二、儀表自動(dòng)化基礎(chǔ)知識(shí)第一節(jié)概述一、測(cè)量過(guò)程

（一）測(cè)量的概念所謂測(cè)量，是指用實(shí)驗(yàn)的方法，將被測(cè)量（未知量）與已知的標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，以得到被測(cè)量大小的過(guò)程；是對(duì)被測(cè)量定量認(rèn)識(shí)的過(guò)程。（二）測(cè)量的方法

測(cè)量方法從不同的角度出發(fā)，有不同的分類(lèi)方法。

1、按測(cè)量方式分類(lèi)⑴直接測(cè)量。將被測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)量（測(cè)量單位）直接進(jìn)行比較或用預(yù)先按標(biāo)準(zhǔn)量定度好的儀器直接得出測(cè)量值的方法。例如用尺子量長(zhǎng)度，用溫度計(jì)測(cè)體溫等。⑵間接測(cè)量。通過(guò)測(cè)量與被測(cè)量有函數(shù)關(guān)系的其他量,才能得到被測(cè)量值的測(cè)量方法。如求矩形面積S=長(zhǎng)X寬。測(cè)量的方法測(cè)量是用實(shí)驗(yàn)的方法,求出某個(gè)量的大小。舉例測(cè)一段導(dǎo)線(xiàn)的長(zhǎng)度直接測(cè)量間接測(cè)量測(cè)量實(shí)質(zhì)：是將被測(cè)參數(shù)與其相應(yīng)的測(cè)量單位進(jìn)行比較的過(guò)程。Q為氣體燃料全部燃燒釋放的熱量；q為燃料熱值；v氣體燃料的體積。測(cè)量的方法

2、按接觸方式分類(lèi)⑴接觸式測(cè)量。在測(cè)量過(guò)程中測(cè)量的敏感元件直接與被測(cè)介質(zhì)接觸，得到被測(cè)量的結(jié)果的方法。⑵非接觸式測(cè)量。在測(cè)量過(guò)程中測(cè)量?jī)x表的任何部分都不與被測(cè)介質(zhì)接觸就能得到測(cè)量結(jié)果的方法。測(cè)量的方法二、測(cè)量誤差

(一)誤差的概念所謂誤差就是某一被測(cè)量的測(cè)量值與真實(shí)值之差。測(cè)量的目的是希望得到能正確反映被測(cè)參數(shù)的真實(shí)值。但無(wú)論怎樣努力（包括測(cè)量原理、方法、精度等方面），因在測(cè)量過(guò)程中始終存在著各種各樣的影響因素，使得測(cè)量結(jié)果不可能絕對(duì)準(zhǔn)確，而只能盡量接近真實(shí)值。測(cè)量誤差（二）誤差的分類(lèi)

1、系統(tǒng)誤差在同一條件下，多次測(cè)量同一被測(cè)參數(shù)時(shí)，測(cè)量結(jié)果的誤差大小與符號(hào)均保持不變或在條件變化時(shí)按某一確定規(guī)律變化的誤差。

2、隨機(jī)誤差在相同條件下，對(duì)某一參數(shù)進(jìn)行重復(fù)測(cè)量時(shí)，測(cè)量結(jié)果的誤差大小與符號(hào)均不固定，且無(wú)一定規(guī)律的誤差。

3、疏忽誤差測(cè)量結(jié)果顯著偏離被測(cè)量的真實(shí)值所對(duì)應(yīng)的誤差。產(chǎn)生的原因是由于工作人員在讀取或記錄測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)的疏忽大意造成的。

測(cè)量誤差絕對(duì)誤差xI：儀表指示值,xt：被測(cè)量的真值由于真值無(wú)法得到

x：被校表的讀數(shù)值，x0：標(biāo)準(zhǔn)表的讀數(shù)值

相對(duì)誤差測(cè)量過(guò)程與測(cè)量誤差測(cè)量誤差

三、測(cè)量?jī)x表測(cè)量?jī)x表是進(jìn)行測(cè)量的基本工具之一。由于石油化工參數(shù)種類(lèi)繁多，生產(chǎn)條件各有不同，應(yīng)用的各種測(cè)量?jī)x表工作原理結(jié)構(gòu)也各有不同。但是，從化工測(cè)量?jī)x表的的組成來(lái)看，基本上是有檢測(cè)環(huán)節(jié)、傳送放大環(huán)節(jié)和顯示環(huán)節(jié)三部分組成。各部分之間的關(guān)系如下圖：檢測(cè)環(huán)節(jié)直接感受被測(cè)量，并將它轉(zhuǎn)換為適合測(cè)量的信號(hào)，經(jīng)傳送放大環(huán)節(jié)對(duì)信號(hào)進(jìn)行傳送，最后由顯示部分進(jìn)行指示記錄。

測(cè)量?jī)x表的品質(zhì)指標(biāo)（一）檢測(cè)儀表的準(zhǔn)確度（精確度）說(shuō)明：儀表的測(cè)量誤差可以用絕對(duì)誤差Δ來(lái)表示。但是，儀表的絕對(duì)誤差在測(cè)量范圍內(nèi)的各點(diǎn)不相同。因此，常說(shuō)的“絕對(duì)誤差”指的是絕對(duì)誤差中的最大值Δmax。

兩大影響因素絕對(duì)誤差和儀表的標(biāo)尺范圍測(cè)量?jī)x表的品質(zhì)指標(biāo)相對(duì)百分誤差δ允許誤差測(cè)量?jī)x表的品質(zhì)指標(biāo)

儀表的δ允越大，表示它的精確度越低；反之，儀表的δ允越小，表示儀表的精確度越高。將儀表的允許相對(duì)百分誤差去掉“±”號(hào)及“％”號(hào)，便可以用來(lái)確定儀表的精確度等級(jí)。目前常用的精確度等級(jí)有0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等。小結(jié)測(cè)量?jī)x表的品質(zhì)指標(biāo)舉例例1-1某臺(tái)測(cè)溫儀表的測(cè)溫范圍為200~700℃，校驗(yàn)該表時(shí)得到的最大絕對(duì)誤差為±4℃，試確定該儀表的相對(duì)百分誤差與準(zhǔn)確度等級(jí)。解

該儀表的相對(duì)百分誤差為

如果將該儀表的δ去掉“±”號(hào)與“％”號(hào)，其數(shù)值為0.8。由于國(guó)家規(guī)定的精度等級(jí)中沒(méi)有0.8級(jí)儀表，同時(shí)，該儀表的誤差超過(guò)了0.5級(jí)儀表所允許的最大誤差，所以，這臺(tái)測(cè)溫儀表的精度等級(jí)為1.0級(jí)。測(cè)量?jī)x表的品質(zhì)指標(biāo)儀表的準(zhǔn)確度等級(jí)是衡量?jī)x表質(zhì)量?jī)?yōu)劣的重要指標(biāo)之一。

準(zhǔn)確度等級(jí)數(shù)值越小，就表征該儀表的準(zhǔn)確度等級(jí)越高，儀表的準(zhǔn)確度越高。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)用的測(cè)量?jī)x表，其準(zhǔn)確度大多在0.5級(jí)以下。

儀表的精度等級(jí)一般可用不同的符號(hào)形式標(biāo)志在儀表面板上。舉例1.51.0如：測(cè)量?jī)x表的品質(zhì)指標(biāo)注意

在工業(yè)上應(yīng)用時(shí),對(duì)檢測(cè)儀表準(zhǔn)確度的要求,應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)操作的實(shí)際情況和該參數(shù)對(duì)整個(gè)工藝過(guò)程的影響程度所提供的誤差允許范圍來(lái)確定,這樣才能保證生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性和合理性。測(cè)量?jī)x表的品質(zhì)指標(biāo)2.檢測(cè)儀表的恒定度

變差是指在外界條件不變的情況下，用同一儀表對(duì)被測(cè)量在儀表全部測(cè)量范圍內(nèi)進(jìn)行正反行程（即被測(cè)參數(shù)逐漸由小到大和逐漸由大到小）測(cè)量時(shí)，被測(cè)量值正行和反行所得到的兩條特性曲線(xiàn)之間的差值。儀表的變差不能超出儀表的允許誤差，否則應(yīng)及時(shí)檢修。圖1-1測(cè)量?jī)x表的變差測(cè)量?jī)x表的品質(zhì)指標(biāo)3.靈敏度與靈敏限

儀表的靈敏度是指儀表指針的線(xiàn)位移或角位移，與引起這個(gè)位移的被測(cè)參數(shù)變化量的比值。

儀表的靈敏限是指能引起儀表指針發(fā)生動(dòng)作的被測(cè)參數(shù)的最小變化量。通常儀表靈敏限的數(shù)值應(yīng)不大于儀表允許絕對(duì)誤差的一半。

測(cè)量?jī)x表的品質(zhì)指標(biāo)4.反應(yīng)時(shí)間

反應(yīng)時(shí)間就是用來(lái)衡量?jī)x表能不能盡快反映出參數(shù)變化的品質(zhì)指標(biāo)。反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，說(shuō)明儀表需要較長(zhǎng)時(shí)間才能給出準(zhǔn)確的指示值，那就不宜用來(lái)測(cè)量變化頻繁的參數(shù)。儀表反應(yīng)時(shí)間的長(zhǎng)短，實(shí)際上反映了儀表動(dòng)態(tài)特性的好壞。

測(cè)量?jī)x表的品質(zhì)指標(biāo)5.線(xiàn)性度

線(xiàn)性度是表征線(xiàn)性刻度儀表的輸出量與輸入量的實(shí)際校準(zhǔn)曲線(xiàn)與理論直線(xiàn)的吻合程度。通?？偸窍Ｍ麥y(cè)量?jī)x表的輸出與輸入之間呈線(xiàn)性關(guān)系。

式中，δf為線(xiàn)性度（又稱(chēng)非線(xiàn)性誤差）；Δfmax為校準(zhǔn)曲線(xiàn)對(duì)于理論直線(xiàn)的最大偏差（以?xún)x表示值的單位計(jì)算）。圖1-2線(xiàn)性度示意圖測(cè)量?jī)x表的品質(zhì)指標(biāo)電動(dòng)儀表氣動(dòng)儀表液動(dòng)儀表以壓縮空氣為動(dòng)力源；信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)：0.02-0.1MPa；本安防爆；氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥以油壓為動(dòng)力，主要用于需要大功率輸出的場(chǎng)合，液動(dòng)儀表現(xiàn)在已很少用。（一）按儀表使用的能源分類(lèi)以電為能源；信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)：Ⅰ、Ⅱ型：0-10mADC；Ⅲ：4-20mADC;結(jié)構(gòu)較復(fù)雜；適宜于遠(yuǎn)距離傳送和集中控制，便于與計(jì)算機(jī)連用。第二節(jié)自動(dòng)化儀表與系統(tǒng)一、儀表分類(lèi)未采取任何防爆措施的儀表，只能應(yīng)用在非危險(xiǎn)場(chǎng)所。

（二）電動(dòng)儀表按儀表的防爆能力分類(lèi)普通型儀表隔爆型儀表安全火花型儀表采取隔離措施以防止引燃引爆事故的儀表。采用本質(zhì)安全型防爆措施的儀表；是電動(dòng)儀表中防爆能力最好的一類(lèi)。

一、儀表分類(lèi)一、儀表分類(lèi)（三）按信息的獲得、傳遞、反映和處理的過(guò)程分類(lèi)檢測(cè)儀表獲取信息，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換；測(cè)量工藝參數(shù)

顯示儀表將由檢測(cè)儀表獲得的信息進(jìn)行顯示

控制儀表對(duì)信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算，并把控制信號(hào)傳給執(zhí)行器。

執(zhí)行器接受信號(hào)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行操作或控制

一、儀表分類(lèi)一、儀表分類(lèi)檢測(cè)儀表根據(jù)其被測(cè)變量不同溫度表流量表分析儀物位計(jì)壓力表一、儀表分類(lèi)溫度測(cè)量?jī)x表DCS系統(tǒng)控制的部分現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備一、儀表分類(lèi)智能一體化孔板流量計(jì)DCS系統(tǒng)控制的部分現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備一、儀表分類(lèi)自動(dòng)控制（調(diào)節(jié)）閥門(mén)（執(zhí)行機(jī)構(gòu)）DCS系統(tǒng)控制的部分現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備一、儀表分類(lèi)

自動(dòng)控制系統(tǒng)有多種分類(lèi)方法：

一、按被控變量分類(lèi)二、按控制規(guī)律分類(lèi)三、按給定值變化規(guī)律分類(lèi)

其中第三種分類(lèi)方法最普遍二、自動(dòng)控制系統(tǒng)分類(lèi)二、自動(dòng)控制系統(tǒng)分類(lèi)溫度控制系統(tǒng)T壓力控制系統(tǒng)P液位控制系統(tǒng)L流量控制系統(tǒng)F……被控變量（一）按被控變量分類(lèi)二、自動(dòng)控制系統(tǒng)分類(lèi)溫度控制系統(tǒng)它由蒸汽加熱器、溫度變送器、調(diào)節(jié)器和蒸汽流量閥組成?？刂颇繕?biāo)是保持出口溫度恒定。當(dāng)進(jìn)料流量或溫度等因素的變化引起出口物料的溫度變化時(shí)，通過(guò)溫度儀表測(cè)得的變化，并將其信號(hào)送至調(diào)節(jié)器與給定值進(jìn)行比較，調(diào)節(jié)器根據(jù)其偏差信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算后將控制命令送至調(diào)節(jié)閥，改變蒸汽量維持出口溫度。進(jìn)料蒸汽TTTC給定值蒸汽加熱器溫度控制系統(tǒng)二、自動(dòng)控制系統(tǒng)分類(lèi)流量控制系統(tǒng)

它由管路、孔板和差壓變送器、流量調(diào)節(jié)器和流量調(diào)節(jié)閥?？刂颇繕?biāo)是保持流量恒定。當(dāng)管道其他部分阻力發(fā)生變化或有其他擾動(dòng)時(shí)，流量將偏離設(shè)定值。利用孔板作為檢測(cè)元件，把孔板上、下游的差壓引至差壓變送器，將流量差壓值轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)；該信號(hào)送至調(diào)節(jié)器與給定值進(jìn)行比較，流量控制器根據(jù)偏差信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算后將控制信號(hào)送至調(diào)節(jié)閥，改變閥門(mén)開(kāi)度，就改變了流量，使流量維持在設(shè)定值上。FC流量控制系統(tǒng)二、自動(dòng)控制系統(tǒng)分類(lèi)液位控制系統(tǒng)

圖中，檢測(cè)變送器檢測(cè)到水位高低，當(dāng)水位高度與正常給定水位之間出現(xiàn)偏差時(shí)，調(diào)節(jié)器就會(huì)立刻根據(jù)偏差的大小去控制出水閥，使水位回到給定值上。從而實(shí)現(xiàn)水位的自動(dòng)控制。LTLC給定值二、自動(dòng)控制系統(tǒng)分類(lèi)控制規(guī)律比例控制P比例積分控制PI比例微分控制PD比例微分積分控制PID……二、自動(dòng)