过程控制 王再英版第2章1、2解析.ppt

过程控制系统与仪表 第2章 第2章 检测仪表 要控制一个生产过程，首先必须实时检测生产 过程中的有关参数例如温度、压力、流量、液位 等用来检测这些参数的工具称为检测仪表，其中 包括测量指示仪表及将被测参数转换成标准信号输 出的测量变送器 2.1检测仪表的基本技术指标 检测仪表种类繁多，但目的都是快速、准确地 测量某种物理量因此，对于检测仪表的性能有一 套通用的评价指标 过程控制系统与仪表 第2章 1. 绝对误差 检测仪表的指示值X与被测量真值X t之间存在 的差值称为绝对误差Δ表示为： Δ= X－X t 由于真值是无法得到的理论值实际计算时， 可用精确度较高的标准表所测得的标准值X0代替真 值X t，表示为： Δ= X－X 0 仪表在其标尺范围内各点读数的绝对误差中最 大的绝对误差称为最大绝对误差Δmax 过程控制系统与仪表 第2章 2．基本误误差 基本误误差是一种简简化的相对误对误 差，又称引用 误误差或相对对百分误误差定义为义为 ： 而：仪仪表量程 = 测测量上限－测测量下限 仪仪表的基本误误差表明了仪仪表在规规定的工作条 件下测测量时时，允许许出现现的最大误误差。

过程控制系统与仪表 第2章 3．精确度（精度） 为了便于量值传递，国家规定了仪表的精确度 （精度）等级系列 如0.5级，1.0级，1.5级等 仪表精度的确定方法：将仪表的基本误差去掉 “”号及“％”号，套入规定的仪表精度等级系列 例如某台仪表的基本误差为1.0％，则确认该 表的精确度等级符合1.0级；如果某台仪表的基本误 差为1.3％，则该表的精确度等级符合1.5级 过程控制系统与仪表 第2章 例1 某台测测温仪仪表的测测温范围为围为 －100～700℃ ，校验该验该 表时测时测 得全量程内最大绝对误绝对误 差为为＋ 5℃，试试确定该仪该仪 表的精度等级级 解： 该仪该仪 表的基本误误差为为： 将该该表的δ去掉“十”号与“％”号，其数值为值为 0.625由于国家规规定的精度等级级中没有0.625级级 仪仪表，而该仪该仪 表的误误差超过过了0.5级仪级仪 表所允许许 的最大绝对误绝对误 差 故：这这台测测温仪仪表的精度等级为级为 1.0级级 过程控制系统与仪表 第2章 例2 某台测压仪测压仪 表的测压测压 范围为围为 0～8MPa。

根据 工艺艺要求，测压测压 示值值的误误差不允许许超过过0.05 MPa ，问应问应 如何选择仪选择仪 表的精度等级级才能满满足以上要 求？ 解： 根据工艺艺要求，仪仪表的允许许基本误误差为为： 去掉“”和“％”号后，0.625介于0.5～1.0之间间 若选选精度为为1.0级级的仪仪表，其允许许的最大绝对绝对 误误差为为0.08 MPa 超过过了工艺艺允许许的数值值 故： 应选择应选择 0.5级级的表 过程控制系统与仪表 第2章 目前，我国生产的仪表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等 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，其精度大多为0.5级以下 仪表的精度等级一般用符号标志在仪表面板 上如 过程控制系统与仪表 第2章 4、灵敏度和分辨率 灵敏度表示指针式测量仪表对被测参数变化的敏 感程度，常以仪表输出（如指示装置的直线位移或角 位移）与引起此位移的被测参数变化量之比表示： 灵敏限表示指针式仪 表在量程起点处，能引起 仪表指针动作的最小被测 参数变化值。

S －仪表灵敏度； ΔY －仪表指针位移的距离（或转角）； ΔX －引起ΔY的被测参数变化量 100℃ 过程控制系统与仪表 第2章 分辨率表示仪表显示值的精细程度 如一台仪表的显示位数为四位，其分辨率便为千 分之一数字仪表的显示位数越多，分辨率越高 分辨力是指仪表能够显示的、最小被测值 如一台温度指示仪，最末一位数字表示的温度值 为0.1℃，即该表的分辨力为0.1℃ 对于数字式仪表，则 用分辨率和分辨力表示灵 敏度和灵敏限 过程控制系统与仪表 第2章 5、 变差 在外界条件不变的情况下， 同一仪表对被测量进行往返测量时 （正行程和反行程），产生的最大 差值与测量范围之比称为变差 变差 = 量程 正反行程最大差值 100% 造成变差的原因: 传动机构间存在的间隙和摩 擦力; 弹性元件的弹性滞后等 ∆ymax y xmin xmax O x 过程控制系统与仪表 第2章 6、响应时间 当用仪表对被测量进行测量时，被测量突然变化 以后，仪表指示值总是要经过一段时间后才能准确地 显示出来这段时间称为响应时间 响应时间的计算： 从输入一个阶跃信号 开始，到仪表的输出信号（ 即指示值）变化到新稳态值 的95％所用的时间。

以上是检测仪表常用的性能指标 t x y tp 过程控制系统与仪表 第2章 2.2温度检测及仪表 温度是表征物体冷热程度的物理量是工业 生产中最普遍而重要的操作参数 2.2.1温度检测方法 一般利用物体的某些物理性质随温度变化的特 性来感知、测量温度有 接触式测温——通过测温元件与被测物体的接 触而感知物体的温度 非接触式测温——通过接受被测物体发出的热 辐射热来感知温度 过程控制系统与仪表 第2章 接触式测温仪表有： 1、膨胀式温度计 膨胀式温度计是基于物体受热时体积膨胀的 性质而制成的有 液体膨胀式温度计：利用液体（水银、酒精 ）受热时体积膨胀的特性测温 玻璃管温度计 电接点式 玻璃管温度计 过程控制系统与仪表 第2章 固体膨胀式温度计：用两片线膨胀系数不同的金 属片叠焊接在一起制成双金属片受热后，由于两金 属片的膨胀长度不同而产生弯曲 若将双金属片制成螺旋形，当温度变化时，螺旋 的自由端便围绕着中心轴偏转，带动指针在刻度盘上 指示出相应温度值 过程控制系统与仪表 第2章 双金属片常用来做温度报警或控制 随着温度上升，双金属 片逐渐弯曲，当其触点接触 到固定触点时，报警灯和继 电器回路被接通。

调节螺钉用来调整固定 触点的位置，以调整报警温 度 双金属片 调节螺钉 绝缘柱 如图是一双金属温控器 继电器 过程控制系统与仪表 第2章 原理: 封闭容器中的液体、气 体或低沸点液体的饱和蒸汽，受热 后体积膨胀，压力增大 2、压力式温度计 利用封闭容器中的介质压力随 温度变化的现象来测温 用压力表 指示温度 过程控制系统与仪表 第2章 3、热电偶温度计 利用物体的热电性质测温 4、热电阻温度计 利用金属电阻值或半导体电阻值随温度变化 的性质测温 5、半导体温度计 利用半导体PN结的结电压随温度变化的特性 ，通过测量感温器元件（结）电压变化来测量温度 非接触式测温的具体方法有： 过程控制系统与仪表 第2章 红外线测温计 光学高温计 1、 辐射式温度计 通过测量物体热辐射功率来测量温度 2、 红外式温度计 通过测量物体红外波段热辐射功率来测量温度 过程控制系统与仪表 第2章 2.2.2 热电偶 热电偶是以热电效应为原理的测温元件，能 将温度信号转换成电势信号（mV） 。

特点：结构简单、测温准确可靠、信号便于 远传一般用于测量500～1600℃之间的温度 2.2.2.1 热电偶的测温原理 将两种不同的导体或半导体连接成闭合回路 ，若两个连接点温度不同，回路中会产生电势 此电势称为热电势 过程控制系统与仪表 第2章 1、接触电势 当不同导体A、B接触时，两边 的自由电子密度不同，在交界面上 产生电子的相互扩散，致使在接触 处产生接触电势 其大小取决于两种材料的种类 和接触点的温度 t 热端 A B t0 冷端 eAB( t ) = Kt e l n NA( t ) NB( t ) NA( t )、 NB( t ) —自由电子密度； e —单位电荷 过程控制系统与仪表 第2章 2、温差电势 对于同一金属A（或B）， 其两端温度不同，自由电子所 具有的动能不同，也会产生相 应的电势，称为温差电势 热电势由两部分组成：接触 电势和温差电势但温差电势 值远小于接触电势，常忽略不 计 t A B t0 过程控制系统与仪表 第2章 3、回路总电势 热电偶回路总电势由接触电势和温差电势叠 加而成，称热电势。

由于温差电势很小，热电势基本 由接触电势构成： EAB （t，t0）= e AB （t）- e AB（t0） 此计算式中，有的常数很难确定，无法实用 实际中用实测标定但从上述公式可以得出基本结 论： 对于确定的热电偶，热电势只与热端和冷端 温度有关当冷端温度固定时， E（t，t0）是热端温 度 t 的单值函数 过程控制系统与仪表 第2章 镍铬—镍硅热电偶分度表（简表） 分度号 K t0=0℃，E/mV t/℃00102030405060708090 00.0000.3970.7981.2031.6112.0222.4362.8503.2663.681 1004.0954.5084.9195.3275.7336.1376.5396.9397.3387.737 2008.1378.5378.9389.3419.74510.15110.56010.96911.38111.793 30012.20712.63213.03913.45613.87414.29214.71215.13215.55215.974 40016.39516.81817.24117.66418.08818.51318.93819.36319.78820.214 50020.64021.06621.49321.91922.34622.77223.19823.62424.05024.476 60024.90225.32725.75126.17626.59927.02227.44527.86728.28828.709 70029.12829.54729.96530.38330.79931.21431.62932.04232.45532.866 80033.27733.68634.09534.50234.90935.31435.71836.12136.52436.925 90037.32537.72438.12238.51938.91539.31039.70340.09640.48840.897 100041.26941.65742.04542.43242.81743.20243.58543.96844.34944.729 110045.10845.48645.86346.23846.61246.98547.35647.72648.05948.462 120048.82849.19249.55549.91650.27650.63350.99051.34451.69752.049 130052.398 过程控制系统与仪表 第2章 2.2.2.2 热电偶的基本定律 1、均质导体定律 由一种均质。