化工测量仪表的基本知识

                 作者：郑水发   发布时间：2010-06-18 09:01    点击数：319

   化工生产的特点是高温、高压、、易腐蚀，并且多是在密闭的设备或管道中进行，因此要借助于仪表来自动测量设备内部的温度、压力、流量、液面、成分等各种参数的变化情况，以指导操作人员进行*化的生产控制，从而取得、高产、安全、低耗的生产效果。这些仪表就称为化工测量仪表。

    在现代化的化工厂，化工测量仪表已不局限于自动测量参数，而与调节器和执行机构配合，甚至与上位机系统配合构成DCS控制系统，来实现高精度的化工生产自动化。

一、测量过程与测量误差

    1、测量过程，其可分为直接测量过程和间接测量过程。直接测量法：如，要确定一个储罐内的液位高度，可用米尺作为单位，与储罐连通玻璃管内基准面到液面高度进行比较，从所得到的测量单位数值，就是能直接确定液位的高度。间接测量过程是：参数变化的信号，通过能量转换传送到仪表使指针偏转，并和标有测量单位的刻度进行比较，测出参数的数值。如，用热电偶测量合成塔反应层温度，参数信号通过热电偶的热电效应地、转变为电能——直流毫伏信号，然后转换为毫伏计指针的偏转，再与带有温度测量单位的标尺比较，给出温度读数。

    2、测量误差，就是在测量过程中所得的值与被测事物的真实值之间的差值。测量误差按误差本身的性质，可分为系统误差、疏忽误差和偶然误差。参数值的测量误差常用误差和相对误差来表示。误差——测量值与真实值之间的差值，即误差=测量值-真实值。

相对误差——误差和真实值之比，即相对误差=误差/真实值。

二、测量仪表的品质指标

衡量测量仪表品质优劣，通常用下述指标来比较。

   1、 仪表的度：即仪表的示值与被测量（约定）真值的一致程度。其可以看作是仪表制造加工的精密程度和指示的准确程度，常称为精度或准确度。

测量仪表的误差，通常采用相对百分误差来表示，⊿=｜a-b｜max/（标尺上限值-标尺下限值）X100%，式中，⊿——相对百分误差，a——被测参数的测量值，b——被测参数标准值，｜a-b｜max——标尺范围内zui大误差。

   我国常用仪表的准确度等级大致有：Ⅰ级标准表0.005、0.02、0.05；Ⅱ级标准表0.1、0.2、0.35、0.5；工业测量仪表1.0、1.5、2.5、4.0。精度等级的表示法是去掉相对百分误差的百分数符号%后，若其数字正好在国家统一规定的仪表精度等级上，将数字标在圆圈或三角形内。否则，将其数字向下一级圆整后再标在圆圈或三角形内，印在仪表面板上，以资别。        

    2、 测量仪表的变差：用仪表测量参数时，虽然处在同一环境条件下，并且使用同一个仪表，但是在由小到大的正行程中和由大到小的反行程中对同一个参数却指示出不同的数值，两读数之差即称为该点变差，测量仪表变差的表示方法是用仪表对同一参数的正、反行程中所测得的zui大误差值，即⊿”，变差=⊿”/（标尺上限值-标尺下限值）X100%，工业仪表的变差规定不得超过该仪表本身的度等级，否则应予检修。

   3、测量仪表的灵敏度与灵敏限：即是指测量仪表反映被测参数变化的灵敏程度，以仪表指针的直线位移或角位移⊿a与引起位移的被测参数的变化量⊿X之比来表示：灵敏度S=⊿a/⊿X。式中，S——灵敏度、⊿X——被测量变化量、⊿a——指针的角位移或直线位移。进行测量时一般希望采用灵敏度高的仪表，这是因为灵敏度高，角位移大，对参数的指示值比较明确清晰，容易辨认。

   仪表的灵敏限又称始动灵敏度，是指引起仪表指示值发生可见的变化所需被测参数的zui小变化量。通常仪表的灵敏限的数值，以不大于仪表允许误差值的一半为合格。仪表的灵敏度是由仪表本身的结构特性怕决定，仪表精度等级越高，灵敏度也较高，灵敏限较小。通常规定仪表标尺上的分度值zui小不得小于仪表允许误差的值。

   4、测量系统的动态误差：在测量过程中，信号（能量）形式的转换和传输，由于各种运动惯性和时间上的滞后，使得仪表不能即时反映被测参数值而造成的误差为动态误差。被测参数变化越快，动态误差越显著，所以进行测量时要尽可能创造有利条件，以减少动态误差。动态误差的大小，常用时间常数、滞后时间和阻尼时间来表示。

   ⑴时间常数：当用热电偶和显示仪表测量温度时，由于保护套管的热惯性，使得仪表不能马上反映出温度的实际变化值，而要经过几分钟时间，这就是测量系统的时间常数。通常以参数值作阶跃变化后仪表指示值到达参数变化值的63.2%时所需的时间T来表示。

   对于显示仪表的动态特性，习惯上不用时间常数而用全行程时间或惰性时间（响应时间）来表达，以输入满量程阶跃信号时，指针由刻度下限移至刻度上限，或反行程移动所需要的时间。通常以全量程的5%作为下限值，以全量程的95%作为上限值。

   ⑵滞后时间：在化工参数测量中，滞后时间对成分分析影响zui为显著，因为多数气体分析器的样气，必须通过工艺设备或管道取出，再流经预处理装置的各个环节，然后进入分析器的心肝部件传感器，其间的气路长短、流速快慢、阻力大小等等都是形成滞后时间的因素，滞后时间少者数十秒，多者数十分钟，形成很大的动态误差，严重时甚至使测量失去对生产的指导意义，必须引起足够重视。原则上要尽可能的缩短取样管路的距离，传感器尽可能靠近预处理器，以减少滞后时间。

    ⑶阻尼时间：阻尼时间一般表现在显示仪表上，当参数值变化后，仪表指针要经过多次摆动才能稳定地指示参数准确值，这种指针经过多次摆动到稳定的时间称为阻尼时间。

    时间是由仪表的结构特性所决定的，它与仪表的灵敏度有一定关系，如片面追求灵敏度的提高，阻尼特性会变坏，阻尼时间延长，以致指针摆动不停，无法准确读数。

三、测量仪表的分类和构成

  1、测量仪表的分类

  化工生产过程中所用测量仪表的类型很多，分类的方法也不同，现介绍常见的几种分类方法。

   ⑴按被测参数的性质分类：可分为压力（差压、负压）测量仪表、流量测量仪表、物位测量仪表、温度测量仪表和成分分析仪表。

  ⑵按仪表显示方式分类：

指示型——有指针、刻度，能及时反映参数的瞬时值。

记录型——有记录笔和记录纸，能反映参数瞬时值以及随时间变化的瞬时值情况。

累积型——带有积算装置，能将参数的瞬时值按时间累加、能反映出一定间隔时间内被测参数的总和，如带累积器的流量计。

信号型——带有电接点，能和信号装置配合在给定的条件下发出声响和灯光信号，如电接点温度计、电接点压力表。

远传指示型——带有信号转换组件，能远距离传送指示值。

混合结构型——含有二种以上的功能等仪表。

  ⑶按仪表安装场合分类

就地仪表——直接安装在工艺对象上，只能就地观察读数，如水银温度计，U型差压计，就地安装压力表。有些就近安装在操作岗位表盘上的基地式仪表，也常称为就地仪表

   远传仪表——把一种测量参数的信号转换为另一种便于远距离传送的电的或气的信号后，再送到远方的控制室仪表盘上进行显示读数。通常把安装在工艺对象上以感受测量参数的敏感测量元件，称为传感器或传送器，常称为一次仪表而把装在仪表盘上的显示仪表称为二次仪表。

   ⑷按使用场合对精度要求的不同，可分为工业用仪表，范型仪表和标准仪表。

2、测量仪表的构成

   测量仪表都是由三个主要部分所组成的，即测量环节、传送放大环节和显示环节。

   测量环节直接感受测量参数的变化，并转换为便于测量的信号；传送放大环节用以进行信号的放大或传送；显示环节用心指示或记录参数值。有的仪表将这三个环节组合在一起成为一个完整的测量仪表，如弹簧管压力表。有些仪表即是三个环节互相独立的，如热电偶测温系统中，热电偶是测量环节，常称为一次仪表，电子电位差计的放大器即为传送放大环节，而指针和刻度标尺即为显示环节，统称为二次仪表。