仪表基础知识.doc

1、测量误差
（1）基本误差：
基本误差又称引用误差或相对误差，是一种简化的相对误差。仪表的基本误差定义为：
基本误差=（最大绝对误差/仪表量程）*100==（检测仪表的指示值-被测量真值）MAX /（测量上限-测量下限）*100%
（2）精确度（简称精度）
为了便于量值传递，国家统一规定了仪表的精确度（精度）等级系列。将仪表的基本误差去掉“±”号及“%”号，便可以套入国家统一的仪表精确度等级系列。目前，我国生产的仪表常用的精确度等级有 0.005,0.02,0.05,0.1,0.2,0.4,0.5,1.0,1.5,2.5,4.0等。如果某台测温仪表的基本误差为±1.0%，则认为该仪表的精确度等级符合1.0级。如果某台测温仪表的基本误差为±1.3%,则认为该仪表的精确度等级符合1.5级。
（3）级数越小，精度（准确度）就越高。
科学实验用的仪表精度等级在0.05级以上；工业检测用仪表多在0.1～4.0级，其中校验用的标准表多为0.1或0.2级，现场用多为0.5～4.0级。  
工业检测用仪表多在0.1～4.0级。
我在不同的地方看到如下3种不同的说法：
1）我国工业仪表等级分为0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5，5.0七个等级，并标志在仪表刻度标尺或铭牌上。
2）我国电工仪表共分0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5，5.0七个等级。
3）按国家统一划分的仪表精度等级有：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.

2、仪表主要品质指标
精度和精度等级
        精度是指测量结果和实际值的一致程度，是仪表基本误差的最大允许值，习惯上也简单地说为基本误差或允许误差。精度高意味着系统误差和随机误差都很小。
        精度等级是仪表按精度高低分成的等级，它决定仪表在标准条件下的误差限。仪表的精度等级是根据引用误差来划分的，如某台仪表的最大基本允许引用误差为±1.5%，则该仪表的精度等级为1.5级。
        滞环、死区和回差
        滞环是指由输入增大的上升段和减小的下降段构成的特性曲线所表征的现象。
        死区是指输入量的变化不致引起输出量有任何可察觉变化的有限区间。死区用输入量程的百分数表示。
        回差（也叫变差）是指输入量上升和下降时，同一输入的两相应输出值间（若无其它规定，指全范围行程）的最大差值。回差包括滞环和死区，并以输出量程的百分数表示。
        重复性误差和再现性误差
        重复性误差是指在同一工作条件下，对同一输入值按同一方向，连续多次测量的输出值之间的差值。一般用量程的百分数表示。
        再现性误差是指在同一工作条件下，在规定时间内对同一输入值两个相反方向重复测量的输出值之间的最大差值。再现性误差是包括重复性误差、滞环、死区和漂移的综合性指标，一般用量程的百分数表示。
        灵敏度和灵敏限
        灵敏度是表达仪表对被测参数变化的灵敏程度。是指仪表在达到稳定状态后，输出信号变化量与引起此输出信号变化的被测参数变化量之比。它是仪表输入与输出转换曲线上的斜率。
        灵敏限是指能够引起仪表输出信号发生变化的输入信号的最小变化量。一般，仪表的灵敏限的数值不应大于仪表允许误差绝对值的一半。灵敏限实际上就是死区。
        非线性误差
        对于理论上具有线性特性的仪表，实际上输入输出特性曲线对理论线性特性的偏离程度。
        动态误差
        由于检测环节中存在的元件动惯量（时间常数），测量传递滞后（纯滞后时间）带来的误差。
        时间常数
        时间常数是指当输入阶跃信号时，仪表的输出值达到其稳定值的63.2%所需的时间。
        全行程时间
        全行程时间是指当输入满量程阶跃变化时，输出由下限至上限，或反行程移动所需的时间。通常以全量程的5%作为输出下限值，全量的95%作为输出上限值。
        稳定时间
        稳定时间是指从输入信号跃变化起，到输出信号进入并不再超过偏离其最终值规定（如5%）时的间隔时间。
        滞后时间
        滞后时间也叫时滞，是指当输入产生变化的瞬间起，到它引起输出量开始变化的瞬间止的时间。
        综合误差TPE（Toal Probable Error）是指仪表精度以及诸如静压、温度等多种附加误差的均方根误差。
        稳定性（度）和可用性
        稳定性是指在规定的工作条件下，仪表性能随时间保持不变的能力。通常用零点漂移来衡量。

3、信号制及供电、供气
一个过程控制系统由许多仪表组成，系统中仪表的输入和输出相互连接，所以需要统一的标准联络信号，才能方便的把各个仪表组合起来，构成系统。通信协议和信号制就是解决这一问题的。供电、供气为系统仪表提供工作能源。
        1 信号制
        信号制是指在成套系列仪表中，各个仪表的模拟输入、输出信号采用的统一的联络信号标准。
            气动仪表的输入/输出：0.02～0.1 MPa
            电动仪表的输入/输出：  4 ～ 20mA DC  （电Ⅲ型）
                                 1 ～ 5 V DC     （电Ⅲ型）
                                 0 ～ 10mA DC   （电Ⅱ型）
        其中电Ⅱ型0 ～ 10mA DC现已很少使用。
        控制系统中，电流信号适合于远距离传输，进出控制室的传输信号通常采用电流信号，控制室内部各仪表间联络信号一般采用电压信号，即连线的特点是电流传输、电压接受，并联接收电压信号的方式。
        2 供电
        根据生产过程对仪表自动化系统的重要性，可靠性、连续性的不同要求，仪表供电负荷分为保安负荷、重要负荷（双回路供电）、次要负荷和一般负荷（单回路供电）。保安供电不应与正常供电相混淆。
        电源质量
        通常应符合如下几项技术指标。
        仪表受电端的电压及允许偏差：
        交流：220V±10%， 110 V±10%
        直流：24V±5%   
        频率与波形
        频率为50Hz，波形为正弦时，波形失真率小于10%。
        电源瞬时扰动
        电源瞬时扰动是指持续时间等于或小于0.2s的扰动。它对测量和控制系统的正常工作有重大影响。电源瞬时扰动时间应满足仪表的最小允许瞬时扰动供电时间要求。
        特殊用电要求
        某些仪表设备对交流电源的谐波含量、直流电压纹波有特殊要求。一般要求交流电源的谐波含量＜5%；直流电源的纹波电压＜1%。
        DCS供电
        系统供电分为A，B级，即：
        电压：220V AC±5%（A），220V AC±7%（B）
        频率：50±0.2Hz (A)， 50±0.5Hz (B)
        波形失真率：＜±5%
        交流输出： 220V AC±2%（UPS而言）
        切换时间： 5 ～ 10ms（UPS而言）
        直流输出： 24 V±1% （UPS而言）
        总之，仪表供电的电源质量必须符合仪表设备的要求。其中，电源容量为各类仪表耗电量总和的1.2～1.5倍。
        电源类型
        根据仪表设备负荷类型，供电要求，仪表电源分别设工作电源和保安电源。
        工作电源：一般采用重要负荷类别的电源作为仪表的工作电源，由电气专业引入。
        保安电源：通常可分不间断供电装置，带速自起动发电机组，由外部引入的符合保安电源要求的独立电源等三种。DCS和ESD（通常由PLC完成）系统必须采用保安电源。
        供电方式
        仪表电源应具备保安电源同工作电源并网运行的条件，工作电源可自动切接到保安电源工作。
        大型工程装置分散，仪表用电种类多，容量大，常为三级供电。即总供电箱（中央控制室）、供电箱（装置控制室）、分组电箱（现场操作室）。
        中、小规模工程、用电类型不变，容量也较小，装置相对集中，供电常采用单回路供电、环形回路供电和多回路供电方式。其中多回路供电使用的较多。
        2 供气
        供气压力
        气动仪表140kpa、薄膜执行机构（配电气转换器/定位器）140 ～ 260Kpa、活塞执行器（配电气转换器）350 ～ 550 Kpa。气源装置出口压力通常分为500 ～800 Kpa或300 ～ 500 Kpa，压力上限值为汽源装置正常操作下的压力。气源装置送出的气源至用气仪表时，经过滤减压阀设定为气动仪表工作所需的压力范围，供气动仪表工作。压力波动值的允许误差为额定值的±10%。
        气源质量
        仪表气源质量要求水分、灰尘、油分、污染物等项目。
        露点：要求气源中不能含过多水分，否则在低于露点温度下工作时，这些水分一旦冷凝结露，会使管路和仪表发生故障，降低仪表工作可靠性，造成事故。
        含尘：粉尘以两个方面影响仪表工作，一是含量多少，二是粒度大小。粉尘可造成气动仪表内部的气路堵塞，仪表不能正常工作，甚至失灵，影响生产。
        含油：油分在气源中以油雾、油滴两种方式存在。一旦进入仪表，粘附仪表部件及管路上，它可使灰尘聚集，堵塞节流孔和管路，损坏部件。
        污染物：污染物通常是指H2S，SO2等腐蚀性气体和酸雾，以及易燃、易爆气体和蒸气等。
        供气方式
        仪表气源来自仪表气源装置，或称空压站。为仪表提供净化的常压空气，包括空压机组，冷却器、分离器、干燥器及仪表气罐等设备。
        供气方式通常以配管方式的形式表现出来。包括单线、支干线、环形供气三种。单线式多用于分散负荷，或者耗气量较大的负荷。每台设备都设置有过滤减压阀，主要用于现场仪表供气。支干线式多用于集中负荷，或密度较大的仪表群，一台大功率过滤减压阀接多台仪表设备，主要用于控制室盘后集中供气。环形供气由工艺专业完成。通常是界区内或界区外不属于自控专业施工的气源管线。
        气源管路铺设时不允许配“U”形弯。在气源管路的最低点污物易积积的地方装设排污阀。
        气源的容量必须满足仪表设备正常运行的要求，可按下面公式进行评估：
        Qs=Qc〔2+(0.1～0.3)〕
        Qs:：气源总容量
        Qc：气动仪表稳定耗气量总和，Nm3/n  
               （0.1～0.3）：供气管网系统泄漏系数