第3讲过程测量仪表.ppt

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过过程程控控制制系系统统主讲人：

钱艳平主讲人：

钱艳平2010.092第三讲第三讲过程检测仪表过程检测仪表n3.1检测仪表的基表的基础知知识u组成、接成、接线方式方式u测量量误差、信号差、信号处理理u安全防爆安全防爆n3.2常常见被控量被控量检测仪表表u压力、温度、流量、物位、成分等力、温度、流量、物位、成分等检测n3.3仪表技表技术的的发展展3第三讲第三讲过程检测仪表过程检测仪表n检测仪表是表是过程控制的程控制的“眼睛眼睛”；n许多多过程控制系程控制系统不能不能长期使用的期使用的主要原因主要原因就就在于在于传感器故障！

感器故障！

43.1检测仪表组成及功能检测仪表组成及功能n3.1.1检测仪表表组成及功能成及功能u

（一）功能：

（一）功能：

用于确定被控用于确定被控变量的当前量的当前值u

（二）

（二）组成：

成：

n传感器（感器（sensorsensor）：

）：

检测仪表中的首要部件，直接与被表中的首要部件，直接与被测量量发生生联系（但不一定直接接触）。

感受被系（但不一定直接接触）。

感受被测参数的参数的变化，化，并并产生相生相应的的电或非或非电量信号量信号，也称，也称为一次一次仪表表。

n变送器（送器（transmittertransmitter）：

）：

将将传感器送来的感器送来的检测信号信号进行行转换、放大、整形、放大、整形、滤波等波等处理后，理后，调制成相制成相应的的标准信号，并准信号，并输出出给控制器或控制器或进行模行模拟、数字、数字显示，也称示，也称为二次二次仪表表。

有有时也将也将传感器和感器和变送送电路路统称称为传感器。

感器。

非标信号非标信号标准信号标准信号53.1.1检测仪表组成及功能检测仪表组成及功能n（三）（三）对检测仪表的要求表的要求u高准确性高准确性：

传感器的感器的输出信号与被出信号与被测参数成参数成严格的格的对应关系。

关系。

u高高稳定性定性：

不受：

不受时间或或环境温度境温度变化等因素的影响。

化等因素的影响。

u高灵敏度高灵敏度：

被：

被测参数微小参数微小变化化时，输出量出量变化明化明显。

63.1.2信号标准及接线方式信号标准及接线方式n

（一）信号

（一）信号标准准u电动仪表：

表：

4-20mA，DC（远距离）；距离）；1-5V，DC（柜内（柜内传输）u气气动仪表：

表：

20-100KPau除除变送器外，控制器和送器外，控制器和执行器的信号行器的信号标准也如此！

准也如此！

73.1.2变送器的信号及接线方式变送器的信号及接线方式n

（二）接

（二）接线方式方式u1、电流二流二线制和四制和四线制制u2、电阻三阻三线制制u3、现场总线方式方式83.1.2变送器的信号及接线方式变送器的信号及接线方式n1、电流二流二线制和四制和四线制制u二二线制制线路路简单，节省省电缆；u四四线制制仪表的工作表的工作电源可源可为直流，也可直流，也可为交流。

交流。

93.1.2变送器的信号及接线方式变送器的信号及接线方式n2、电阻三阻三线制制u若若仅采用两根采用两根导线将将热电阻接入阻接入电桥，将会由于，将会由于远距离距离连接接导线的的电阻而引入阻而引入误差。

差。

为防止由于防止由于远距距离接离接线而造成而造成桥臂不平衡，工程中大量采用三臂不平衡，工程中大量采用三线制制。

103.1.2变送器的信号及接线方式变送器的信号及接线方式n3、现场总线方式方式u以以HART为例，在一条例，在一条电缆上同上同时传输直流直流420mA的模的模拟信号和数字信号。

信号和数字信号。

u在直流在直流420mA基基础上叠加幅上叠加幅值为0.5mA的正弦的正弦调制波作制波作为数字信号，数字信号，1200Hz频率代表率代表逻辑“1”，2200Hz频率代表率代表逻辑“0”。

113.1.3检测仪表的误差及处理检测仪表的误差及处理n

（一）

（一）误差的基本概念差的基本概念u测量量误差：

差：

测量量值与真与真值之之间存在的差存在的差别。

u真真值：

一个：

一个变量本身所具有的真量本身所具有的真实值，它是一个，它是一个理理想想的概念，一般是无法得到的。

的概念，一般是无法得到的。

u在在计算算误差差时，一般用，一般用约定真定真值或或相相对真真值来代替。

来代替。

123.1.3检测仪表的误差及处理检测仪表的误差及处理n

（一）

（一）误差的基本概念差的基本概念u约定真定真值一个接近真一个接近真值的的值，它与真，它与真值之差可忽略不之差可忽略不计。

实际测量中以在没有系量中以在没有系统误差的情况下，足差的情况下，足够多次的多次的测量量值之平均之平均值作作为约定真定真值。

u相相对真真值指当高一指当高一级标准器的准器的误差差仅为低一低一级的的1/3以下以下时，可可认为高一高一级的的标准器或准器或仪表示表示值为低一低一级的相的相对真真值。

133.1.3检测仪表的误差及处理检测仪表的误差及处理n

（一）

（一）误差的基本概念差的基本概念u绝对误差差的的实质，是，是仪表表读数与被数与被测参数真参数真实值之之差。

差。

u仪表的表的绝对误差只能是差只能是读数与数与约定真定真值或相或相对真真值之差。

之差。

绝对误差；绝对误差；MM仪表读数；仪表读数；AA约定真值或相对真值。

约定真值或相对真值。

143.1.3检测仪表的误差及处理检测仪表的误差及处理n

（一）

（一）误差的基本概念差的基本概念u相相对误差差仪表的表的绝对误差与（差与（约定或相定或相对）真）真值的百分比。

的百分比。

u引用引用误差差绝对误差与差与仪表量程的百分比：

表量程的百分比：

153.1.3检测仪表的误差及处理检测仪表的误差及处理n

（一）

（一）误差的基本概念差的基本概念u仪表精度等表精度等级（11）又称准确度）又称准确度级，是按国家，是按国家统一一规定的允定的允许误差差大小划分成的等大小划分成的等级。

（22）我国）我国仪表精度等表精度等级有：

有：

0.005、0.02、0.05、0.1、0.2、0.35、0.4、0.5、1.0、1.5、2.5、4.0等。

等。

级数数越小，精度（准确度）就越高。

越小，精度（准确度）就越高。

（33）工）工业控制用控制用仪表多在表多在0.14.0级，控制用，控制用仪表表对精度要求精度要求较计量用量用仪表低。

表低。

（44）仪表的精度等表的精度等级应视工工艺需求而定，需求而定，不能片面不能片面追求高精度追求高精度。

163.1.3检测仪表的误差及处理检测仪表的误差及处理n

（一）

（一）误差的基本概念差的基本概念例例11：

某某压力表刻度力表刻度0100kPa，在，在50kPa处测量量值为49.5kPa，求在，求在50kPa处仪表示表示值的的绝对误差、相差、相对误差和引用差和引用误差？

差？

u仪表的表的绝对误差：

差：

u仪表的相表的相对误差：

差：

u仪表的引用表的引用误差：

差：

173.1.3检测仪表的误差及处理检测仪表的误差及处理n

（二）

（二）测量信号的量信号的处理理u过程控制系程控制系统中，中，测量信号往往量信号往往带有有噪声；噪声；u除除传感器本身需考感器本身需考虑抗干抗干扰处理外，理外，还可以采用可以采用软件件进行行数字数字滤波波处理。

理。

183.1.3检测仪表的误差及处理检测仪表的误差及处理n

（二）

（二）测量信号的量信号的处理理u数字数字滤波即程序波即程序滤波，通波，通过计算机算机软件（运算与判件（运算与判断）断）滤去干去干扰信号，提高信号的真信号，提高信号的真实性。

性。

u在在计算机中常采用数字算机中常采用数字滤波消除低波消除低频干干扰。

u常用的数字常用的数字滤波有如下几种：

波有如下几种：

1.1.算算术平均平均值滤波波2.2.程序判断程序判断滤波波3.3.中位中位值法法滤波波4.4.一一阶惯性性滤波波193.1.3检测仪表的误差及处理检测仪表的误差及处理n

（二）

（二）测量信号的量信号的处理理1.1.算算术平均平均值滤波波u又称又称为递推平均推平均滤波，波，对周期性等幅振周期性等幅振荡的干的干扰有有较明明显的的滤波效果。

波效果。

203.1.3检测仪表的误差及处理检测仪表的误差及处理n

（二）

（二）测量信号的量信号的处理理2.2.程序判断程序判断滤波波u当当时，则Xi为输入入计算机的采算机的采样值。

u当当时，应将将Xi-1采采样值作作为第第i次采次采样值输入入计算机。

算机。

uB值的的选择主要决定于主要决定于对象的被象的被测参数的参数的变化速度。

化速度。

213.1.3检测仪表的误差及处理检测仪表的误差及处理n

（二）

（二）测量信号的量信号的处理理3.3.中位中位值法法滤波波u连续采采样三次以上的被三次以上的被测值，从中，从中选择大小居中的大小居中的那个那个值作作为有效的有效的测量信号量信号u适用适用场合：

合：

对变化速度不太快的参数，去掉其干化速度不太快的参数，去掉其干扰脉冲。

脉冲。

223.1.3检测仪表的误差及处理检测仪表的误差及处理n

（二）

（二）测量信号的量信号的处理理4.4.一一阶惯性性滤波波u实质上是通上是通过计算机算法来算机算法来实现动态的的RC低通低通滤波波233.1.3检测仪表的误差及处理检测仪表的误差及处理n

（二）

（二）测量信号的量信号的处理理5.5.数字数字滤波使用原波使用原则u根据具体情况根据具体情况选择采用。

在采用。

在实际应用中，一般先用中，一般先对采采样值进行程序判断行程序判断滤波，然后再波，然后再应用算用算术平均平均滤波或一波或一阶惯性性滤波等方法波等方法处理；理；u应保保证测量量值的的实时性（性（RealTime）和真）和真实性。

性。

u对于存在于存在较大干大干扰的信号，的信号，应从干从干扰抑制上考抑制上考虑，而不是而不是仅仅滤波！

波！

243.1.4测量变送的几个问题测量变送的几个问题n1、信号滞后、信号滞后问题n2、传输距离距离问题n3、信号抗干、信号抗干扰处理理n4、传感器的定期感器的定期维护问题253.1.4测量变送的几个问题测量变送的几个问题n1、信号滞后、信号滞后问题u测量信号滞后量信号滞后问题，主要由，主要由测量元件本身的特性和安装位置量元件本身的特性和安装位置不当等造成。

不当等造成。

u多路循多路循环测量量时，应保保证每路每路信号控制的信号控制的实时性。

性。

u气气动信号在管道信号在管道传送送过程的滞程的滞后要特后要特别注意。

注意。

263.1.4测量变送的几个问题测量变送的几个问题n2、传输距离距离问题u电流信号流信号较电压信号抗干信号抗干扰能能力力强，传输距离距离远；u不同不同电流信号流信号传输距离距离视变送送器器带载能力而定，能力而定，带载能力一般能力一般在在250-750250-750之之间；u采用通信方式采用通信方式时，信号有，信号有时需需加加转换器或中器或中继器（器（RepeaterRepeater）以延以延长传输距离。

距离。

273.1.4测量变送的几个问题测量变送的几个问题n3、信号抗干、信号抗干扰处理理u干干扰分分类差模干差模干扰、共模干、共模干扰u硬件措施硬件措施电源隔离、屏蔽接地、双源隔离、屏蔽接地、双绞线、RC滤波波电路、光路、光电隔离、硬件看隔离、硬件看门狗等等狗等等u软件措施件措施软件看件看门狗、数字狗、数字滤波等等波等等283.1.4测量变送的几个问题测量变送的几个问题n4、传感器的定期感器的定期维护问题u工工业用用仪表要定期表要定期进行校行校验或或标定，校正零点和量程；定，校正零点和量程；u可可结合合过程控制系程控制系统软件件进行断行断线、越限等异常、越限等异常报警。

警。

u要根据具体要根据具体仪表的使用要求表的使用要求定期定期维护，特，特别是是结构复构复杂、价格昂价格昂贵的关的关键仪表，如在表，如在线成分分析成分分析仪表等。

表等。

293.1.5安全防爆安全防爆n在石油、化工等多个行在石油、化工等多个行业，大量存在含有易燃易爆材大量存在含有易燃易爆材料的料的场合（危合（危险区域），区域），如原油及其衍生物、酒精、如原油及其衍生物、酒精、天然气、金属屑、粉天然气、金属屑、粉尘、纤维、飞扬物等等。

物等等。

n安全防爆是一安全防爆是一项综合性技合性技术，与，与过程控制关系密切。

程控制关系密切。

n安全防爆意安