過程檢測技術(shù)誤差及壓力測量

過程檢測技術(shù)誤差及壓力測量第一頁，共二十七頁，2022年，8月28日前言●檢測儀表：用來檢測生產(chǎn)過程中工藝參數(shù)的技術(shù)工具。

●感傳器：將生產(chǎn)工藝參數(shù)轉(zhuǎn)換為一定的便于傳送的信號（如氣信號或電信號）的儀表。

●變送器：當(dāng)傳感器的輸出信號為單元組合儀表中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)信號時，如：氣壓信號（0.02～0.1MPa或電壓、電流信號（0～10mA或4～20mA），稱為變送器第二頁，共二十七頁，2022年，8月28日一測量的基本知識

測量的實(shí)質(zhì):

是一個比較的過程。即將被測參數(shù)和相應(yīng)的測量單位進(jìn)行比較的過程。測量儀表則是實(shí)現(xiàn)比較的工具。

§3.1測量及誤差理論

實(shí)際上：二測量誤差的表示方法1絕對誤差

理論上：

2相對誤差：某一點(diǎn)的絕對誤差與標(biāo)準(zhǔn)表在這一點(diǎn)的指示值x0之比。x指——測量儀表的指示值x真——被測量的真實(shí)值x0——比所使用的儀表精度高一級的儀表的讀數(shù)（標(biāo)準(zhǔn)表的指示值）第三頁，共二十七頁，2022年，8月28日3引用誤差：將絕對誤差折合成儀表測量范圍（量程范圍）的百分?jǐn)?shù)

x上——儀表的測量上限

x下——儀表的測量下限N——儀表的量程（x上－x下）例題1：若被測介質(zhì)的實(shí)際溫度為500℃，儀表的指示值為495℃，儀表的量程為0～1000℃，試確定絕對誤差、相對誤差、折合誤差和對儀表的讀數(shù)的修正值。解:絕對誤差:

△=X指－

X0=495－500=－5℃，儀表讀數(shù)的修正值:

C=X0

－X指=5℃

相對誤差:y=△/X0=5/500×100%=1%引用誤差:δ=△max/（x上－x下）=0.5%第四頁，共二十七頁，2022年，8月28日

三儀表的性能指標(biāo)1.精確度:

是衡量儀表準(zhǔn)確程度的一個品質(zhì)指標(biāo)。數(shù)值上等于在規(guī)定的正常情況下，儀表所允許的引用誤差。精確等級：將儀表允許的引用誤差±號及%號去掉，和國家規(guī)定的精度等級比較后，確定儀表的精度等級國家規(guī)定的精確度等級有：高精度等級低0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0。標(biāo)準(zhǔn)用表準(zhǔn)確測量用表工業(yè)上用表1.52.5第五頁，共二十七頁，2022年，8月28日在實(shí)踐中常遇到以下兩類問題：

▲（1）如何給儀表定精度等級：即已知儀表的量程N(yùn)和與精度等級高一級的標(biāo)準(zhǔn)表校驗(yàn)時的最大絕對誤差。求出：

（1）如何給儀表定精度等級？（2）如何根據(jù)工藝要求？選擇合適精度等級的儀表或判斷現(xiàn)有的儀表精度等級是否滿足工藝要求：例2：某臺測溫儀表的測溫范圍為200~700℃。校驗(yàn)該表時得到的最大絕對誤差為±4℃，試確定該儀表的精度等級。解：該儀表的允許的引用誤差為：

所以，該測溫儀表的精度等級為1.0級。去掉±、%和國家精度等級比，取相等或低檔的精度等級。0.5＜0.8＜1.0第六頁，共二十七頁，2022年，8月28日▲（2）如何根據(jù)工藝要求：

①選擇合適精度等級的儀表

根據(jù)工藝條件確定儀表的量程N(yùn)（X上=（1.5～2.0）X工藝)和工藝允許的最大絕對誤差△max。求出：

去掉%和±并與國家精度等級相比，取相等或高檔的精度等級。例3：②或判斷現(xiàn)有的儀表精度等級是否滿足工藝要求：即儀表的量程N(yùn)和精度等級都已知，判斷儀表是否滿足工藝要求。先算出儀表的：△允max=N×δ%再測出儀表的：△測max=X指－X0再比較：△測max≤△允max合格

△測max

＞△允max

不合格例4：第七頁，共二十七頁，2022年，8月28日例3：某反應(yīng)器內(nèi)的最高溫度500℃。根據(jù)工藝要求，最大允許誤差不超過+7℃，試問應(yīng)如何選擇儀表的精度等級才能滿足以上要求？

解：根據(jù)工藝要求：儀表的量程上限：X上=2XMax=1000℃儀表的允許引用誤差為：去掉±、%，0.5＜0.7＜1.0，所以選精度等級0.5的儀表才能滿足工藝要求。精度等級1.0的儀表，其允許引用誤差為±1.0%，超過了工藝上允許的數(shù)值第八頁，共二十七頁，2022年，8月28日例4

：一臺精度等級為0.5，量程范為600~1200℃的電子電位差計(jì)，校驗(yàn)時，其中的某一點(diǎn)最大絕對誤差是4℃，問此表是否合格？

解：根據(jù)工藝上的要求，儀表的允許誤差為：△允max=N×δ%=（1200－600）×0.5%=3℃而△測max=4℃＞

3℃

，所以此表不合格，需重新進(jìn)行校驗(yàn)。第九頁，共二十七頁，2022年，8月28日2.變差（遲滯誤差）：指在外界條件不變的情況下，用同一儀表對被測量在儀表全部測量范圍內(nèi)進(jìn)行正反行程測量時，被測量值正行和反行所得到的兩條特性曲線之間的最大偏差。

3.靈敏度與靈敏限

靈敏度K：是表達(dá)儀表對被測參數(shù)變化的靈敏程度。它是指儀表在達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)以后，儀表輸出信號變化Δy與引起此輸出信號變化的被測參數(shù)（輸入信號）變化量Δx之比。

最大絕對誤差被測變量正行程反行程儀表的指示值靈敏限△Xmax：引起儀表輸出信號發(fā)生變化（動作）的被測參數(shù)（輸入信號）的最小變化量。△Xmax≤1/2△

第十頁，共二十七頁，2022年，8月28日4.線性度：表征線性刻度儀表的輸出量與輸入量的實(shí)際校準(zhǔn)曲線與理論直線的吻合程度。被測變量儀表指示值fmax第十一頁，共二十七頁，2022年，8月28日5.反應(yīng)時間T：用來衡量儀表能不能盡快反映參數(shù)變化的品質(zhì)指標(biāo)。反應(yīng)時間長，說明儀表需要較長的時間才能給出準(zhǔn)確的指示值，那不宜用來測量變化頻繁的參數(shù)。63.2%A(∞)；95%A(∞)。

6漂移：指輸入量不變時，經(jīng)過一定的時間后輸出量產(chǎn)生變化的現(xiàn)象，是衡量儀表穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。溫漂、零漂。

第十二頁，共二十七頁，2022年，8月28日三工業(yè)儀表的分類

1.按儀表使用的能源分類

電動儀表

氣動儀表

液動儀表

2.按信息的獲得、傳遞、反映和處理的過程分類

檢測儀表

顯示儀表

控制儀表

執(zhí)行器

3.按儀表的組成形式分類

基地式儀表：

氣動單元組合儀表：0.02～0.1MPa

單元組合儀表（QDZ）Ⅰ電子管型：已淘汰

電動單元組合儀表Ⅱ晶體管：將近淘汰（0～10mA）

（DDZ）Ⅲ集成電路：應(yīng)用中（4～20mA）第十三頁，共二十七頁，2022年，8月28日本節(jié)學(xué)習(xí)要點(diǎn)▲1測量誤差的表示方法（絕對誤差、相對誤差、折合誤差（相對百分誤差））

2儀表的性能指標(biāo)（▲精確度、變差、靈敏度與靈敏限、分辨力、線性度、反應(yīng)時間）▲3如何給儀表定精度等級？▲4如何根據(jù)工藝要求：①選擇合適精度等級的儀表②判斷現(xiàn)有的儀表精度等級是否滿足工藝要求

本節(jié)作業(yè)：Pg165：6、9第十四頁，共二十七頁，2022年，8月28日§3.2壓力檢測與變送

一壓力概念1壓力(壓強(qiáng)）：指均勻垂直作用在單位面積上的力。

2壓力的表示：絕對壓力：P絕=P真表壓：P表=P絕－P氣真空度：P真=P大－P絕

二測壓儀表（按轉(zhuǎn)換原理的不同）液柱式壓力計(jì)彈性式壓力計(jì)電測式壓力計(jì)活塞式壓力計(jì)(一般作為標(biāo)準(zhǔn)型壓力計(jì)）（Pa=1N/m2)1MPa=106Pa1Kgf/cm2=0.1MPa第十五頁，共二十七頁，2022年，8月28日(一）液柱式壓力計(jì)U型管壓力計(jì)單管壓力計(jì)斜管壓力計(jì)DhDhα（二）彈性式壓力計(jì)

彈性式壓力計(jì)加上附加裝置（如：記錄機(jī)構(gòu)、電氣變換裝置、控制元件等，則可實(shí)現(xiàn)壓力的記錄、遠(yuǎn)傳、信號報(bào)警、自動控制等）表盤指針顯示位移壓力1.彈性元件：見圖3-3其測壓原理：皮托管（測速管）第十六頁，共二十七頁，2022年，8月28日圖3-3彈性元件示意圖

彈簧管式彈性元件（100～1000MPa）：橫截面為扁圓或橢圓？薄膜式彈性元件（中、低壓）：銅質(zhì)的膜片（單片或雙片）、膜盒波紋管式壓力元件（微壓與低壓）：銅質(zhì)第十七頁，共二十七頁，2022年，8月28日2.彈簧管壓力表（最常見的彈性式壓力計(jì)）

普通彈簧管壓力表的結(jié)構(gòu)如圖3-4，具有上、下報(bào)警功能的電接點(diǎn)信號壓力表的結(jié)構(gòu)如圖3-5。圖3-4普通彈簧管壓力表圖3-5具有上、下報(bào)警功能的電接點(diǎn)信號壓力表壓力自由端的位移表盤指針顯示放大機(jī)構(gòu)

其測壓原理：7游絲：克服傳動間隙而產(chǎn)生的儀表變差8調(diào)整螺釘：調(diào)整儀表的量程第十八頁，共二十七頁，2022年，8月28日

（三）電氣式壓力計(jì)1.霍爾片式壓力傳感器2.應(yīng)變片式壓力傳感器3.壓阻式壓力傳感器4.力矩平衡式壓力變送器5.電容式壓力變送器——是一種能將壓力轉(zhuǎn)換成電信號進(jìn)行傳輸及顯示的儀表。其測壓原理：壓力電信號遠(yuǎn)距離傳輸及顯示其組成：是由壓力傳感器、測量電路和信號處理裝置（一般有指示儀、記錄儀、控制器、微處理機(jī)等）組成。壓力傳感器的作用是把壓力信號檢測出來、并轉(zhuǎn)換成電信號進(jìn)行傳輸，當(dāng)輸出的電信號能夠被進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號（4～20mA、0.02～0.1MPa)時，壓力傳感器又叫壓力變送器。常見的壓力傳感器和壓力變送器有:第十九頁，共二十七頁，2022年，8月28日1.霍爾片式壓力傳感器：

霍爾電勢Uh的大小與半導(dǎo)體材料、所通過的電流、磁感應(yīng)強(qiáng)度以及霍爾片的幾何尺寸等有關(guān)?；魻栃?yīng)及霍爾片式壓力傳感器如下圖所示:圖3-9霍爾效應(yīng)

Z軸方向:加一磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的恒定磁場Y軸方向:加一外電場(接入直流穩(wěn)壓電源X軸方向:出現(xiàn)電位差圖3-10霍爾片式壓力傳感器

RH——霍爾常數(shù)

根據(jù)霍爾效應(yīng)制成，即利用霍爾元件(半導(dǎo)體如鍺)將壓力所引起的彈性元件的位移轉(zhuǎn)換成霍爾電勢，從而實(shí)現(xiàn)壓力的測量。第二十頁，共二十七頁，2022年，8月28日2應(yīng)變片式壓力傳感器

利用應(yīng)變片的電阻應(yīng)變原理構(gòu)成。圖3-24應(yīng)變片式壓力傳感器的示意圖即壓力應(yīng)變片產(chǎn)生應(yīng)變?yōu)閴嚎s應(yīng)變時,其阻值減小

為拉伸應(yīng)變時,其阻值增大由橋式電路獲得相應(yīng)的毫伏級不平衡電勢優(yōu)點(diǎn):當(dāng)直流電源10V時,可獲得5mA的電勢.故被測壓力可達(dá)25MPa,且動態(tài)性能好,適合快速變化的壓力測量。（金屬應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片）第二十一頁，共二十七頁，2022年，8月28日3.壓阻式壓力傳感器：圖3-12

壓阻式壓力傳感器優(yōu)點(diǎn)：精度高、工作可靠、頻率響應(yīng)快、遲滯小、尺寸小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單

利用單晶硅的壓阻效應(yīng)構(gòu)成，其工作原理如圖3-12所示。當(dāng)壓力發(fā)生變化時，單晶硅產(chǎn)生應(yīng)變，使直接擴(kuò)散在上面的應(yīng)變電阻產(chǎn)生與被測壓力成比例的變化，再由橋式電路獲得相應(yīng)的電壓輸出信號。第二十二頁，共二十七頁，2022年，8月28日4.力矩平衡式壓力變送器：是一種自平衡的檢測儀表，它利用負(fù)反饋的工作原理克服元件材料、加工工藝等不利因素的影響，使儀表具有較高的測量精度（一般為0.5級）。圖3-13DDZ-III型電動力矩平衡式壓力變送器的工作原理圖（1）DDZ-III型電動力矩平衡式壓力變送器的工作原理。（1）測量部分（波紋管）：PF（2）機(jī)械力轉(zhuǎn)換部分（雙杠桿）：F檢測片的位移，同時也起力矩與反力矩的平衡作用。（3）位移檢測器與電子放大器：檢測線圈的電感量，經(jīng)放大轉(zhuǎn)換為4～20mA的直流信號輸出。（4）電磁反饋機(jī)構(gòu)：將直流信號轉(zhuǎn)換為作用于副杠桿上負(fù)反饋力矩，和輸入力矩平衡時，輸出電流與被測壓力成比例。優(yōu)點(diǎn)：工作穩(wěn)定可靠、線性好、不靈敏區(qū)小等一系列優(yōu)點(diǎn)。第二十三頁，共二十七頁，2022年，8月28日2力矩平衡式壓力變送器的受力分析圖3-13力矩平衡式壓力變送器的受力分析O2O1F3θFiF2FfF1l2l1l3l4第二十四頁，共二十七頁，2022年，8月28日5.電容式壓力變送器：圖3-26電容式差壓變送器的原理圖優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、過載能力強(qiáng)、可靠性好、測量精度高、體積小、重量輕、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。

先將壓力的變化轉(zhuǎn)換為電容的變化，然后進(jìn)行測量。第二十五頁，共二十七頁，2022年，8月28日三壓力表的選用及安裝1壓力表的選用：根據(jù)工藝要求，全面考慮，具體分析（1）選儀表類型：根據(jù)工藝要求、介質(zhì)性質(zhì)、環(huán)境條件等。如：Y型普通壓力表，其外殼為黑色；YA型氨用壓力表，其外殼為黃色；YD型氧用壓力表，其外殼為藍(lán)色。（2）選量程：測