文档介绍：第二章过程检测技术和变送器
检测仪表组成
过程检测仪表主要用于确定被控变量的当前值。包括传感器和变送器两部分。
传感器是检测仪表中的重要部件,它直接与被控对象发生关联(但不一定直接接触),感受被控参数的变化,并传送出与之相适应的电量或非电量信号。
工程上通常也把这个过程称为一次测量,所用仪表称为一次仪表。
将传感器送来的检测信号进行转换、放大、整形、滤波等处理后,调制成相应的标准信号,并输出给控制器采样或进行模拟、数字显示,这部分电路称之为变送电路。
标准信号是物理量的形式和数值范围都符合国际标准的信号,如直流电流4~20mA,空气压力20~100kPa都是当前通用的标准信号。其中直流电流4~20mA可用于远距离3~5km的传输。如果仅用于电气控制柜内短距离传输,也可
采用直流1~5V(DC)形式。
工程上习惯将传感器后面的计量显示仪表称为二次仪表,有时也将传感器和变送电路统称为变送器。
测量误差及处理
测量的最终目的是为了求得被测变量的真实值。测量值与真实值之间总是存在着一定的差别,这个差别就是测量误差。
被测变量本身所具有的真实值,称为真值,它是一个理想的概念,一般是无法得到的。所以在计算误差时,一般用约定真值来代替。
约定真值是一个接近真值的值,它与真值之差可忽略不计。实际测量中以在没有系统误差的情况下,足够多次的测量值的平均值作为约定真值。
绝对误差是指仪表输出信号所代表的被测值与被测参数真值之差。显然,绝对误差只能是被测值与约定真值之差。
△=M-A
式中△为绝对误差;M为被测值;A为约定真值。
仪表绝对误差的求法是用精确度高的标准仪表和实用测量仪表,在相同的条件下,对同一参数进行测量,然后进行数据比较,这项工作就叫做仪表的校验。工业
用仪表要定期进行校验,校验合格后才能投入使用。
绝对误差与约定真值的百分比,定义为仪表的相对误差,即
3. 引用误差
绝对误差与仪表量程的百分比,称为仪表的引用误差,即
式中以为仪表引用误差;△为仪表的绝对误差;X为仪表的量程,即仪表测量范围的上限值与下限值之差。
例 。
某压力表刻度O~100kPa,,求在50kPa处仪表的绝对误差、相对误差和引用误差。
解:仪表的绝对误差△=50-=
仪表的相对误差
仪表的引用误差
仪表的精度等级是衡量仪表准确程度的一个品质指标。常用引用误差作为判断精度等级的尺度。
精度等级又称准确度级,是按国家统一规定的允许误差大小划分成的等级。我国生产的仪表,其精度等级有:、、、、、、、、、、、。级数越小,精度(准确度)就越高。
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测量变送中的几个问题
由于测量元件安装位置不当及测量仪表本身特性等容易引入纯滞后,为了消除纯滞后的影响,只有合理选择测量元件及其安装位置,尽量减小纯滞后。
测量滞后主要是由测量元件本身的惯性特性造成的。在系统设计中可选用快速测量元件,一般选其时间常数为控制通道时间常数1/10以下为宜。
要注意正确选择测量元件的安装位置,将其安装在被控参数变化较灵敏的位置,也可在测量变送器的输出端加入微分环节。
这里主要是指气动仪表气压信号在管路传送过程中所造成的滞后,电动仪表不存在这方面的问题。克服信号传送滞后,可采取以下措施:
1)尽量缩短气动信号传递管线,一般不能超过300m。
2)应用气一电转换器,将气压信号变换为电信号传送。
3)在气压管线上安装气动继电器,或用气动阀门定位器,以提高气压信号的传输功率,减小信号传送滞后。
测量信号的处理
这包括对测量信号进行线性化处理和滤波处理等。
例如,对差压流量信号进行开平方处理,对热电偶信号进行折线化处理等实现测量信号的线性化。
而关于测量信号的滤波,可以采用模拟电路,如由运算放大器构成的低通、高通、带通或带阻滤波电路,也可以采用计算机构成的软件滤波算法来消除噪声(干扰)。
数字滤波是一种程序滤波,即利用计算机自身能够进行运算与判断的特点,通过计算机软件滤去干扰信号,以提高信号的真实性。采用数字滤波可以消除低频干扰。
一般常用的数字滤波方法有4种:算术平均值滤波、程序判断滤波、中位值法滤波和一阶惯性滤波。