化工測量儀表基本知識

    化工生產(chǎn)的特點是高溫、高壓、易燃、易爆、易腐蝕，并且多是在密閉的設(shè)備或管道中進行，因此要 借助于儀表來自動測量設(shè)備內(nèi)部的溫度、壓力、流量、液面、成分等各種參數(shù)的變化情況，以指導(dǎo)操作人 員進行*化的生產(chǎn)控制，從而取得、高產(chǎn)、安全、低耗的生產(chǎn)效果。這些儀表就稱為化工測量儀表。      

    在現(xiàn)代化的化工廠，化工測量儀表已不局限于自動測量參數(shù)，而與調(diào)節(jié)器和執(zhí)行機構(gòu)配合，甚至與上位機系統(tǒng)配合構(gòu)成DCS控制系統(tǒng)，來實現(xiàn)高精度的化工生產(chǎn)自動化。

    一、測量過程與測量誤差

     1、測量過程，其可分為直接測量過程和間接測量過程。直接測量法：如，要確定一個儲罐內(nèi)的液位高 度，可用米尺作為單位，與儲罐連通玻璃管內(nèi)基準(zhǔn)面到液面高度進行比較，從所得到的測量單位數(shù)值，就 是能直接確定液位的高度。間接測量過程是：參數(shù)變化的信號，通過能量轉(zhuǎn)換傳送到儀表使指針偏轉(zhuǎn)，并 和標(biāo)有測量單位的刻度進行比較，測出參數(shù)的數(shù)值。如，用熱電偶測量合成塔反應(yīng)層溫度，參數(shù)信號通過 熱電偶的熱電效應(yīng)地、轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?mdash;—直流毫伏信號，然后轉(zhuǎn)換為毫伏計指針的偏轉(zhuǎn)，再與帶有溫度測量 單位的標(biāo)尺比較，給出溫度讀數(shù)。

     2、測量誤差，就是在測量過程中所得的值與被測事物的真實值之間的差值。測量誤差按誤差本身的性 質(zhì)，可分為系統(tǒng)誤差、疏忽誤差和偶然誤差。參數(shù)值的測量誤差常用誤差和相對誤差來表示。    

        誤差——測量值與真實值之間的差值，即誤差=測量值-真實值。

        相對誤差——誤差和真實值之比，即相對誤差=誤差/真實值。

二、測量儀表的品質(zhì)指標(biāo)

    衡量測量儀表品質(zhì)優(yōu)劣，通常用下述指標(biāo)來比較。      

   1、  儀表的度：即儀表的示值與被測量（約定）真值的一致程度。其可以看作是儀表制造加工的 精密程度和指示的準(zhǔn)確程度，常稱為精度或準(zhǔn)確度。測量儀表的誤差，通常采用相對百分誤差來表示， ⊿=｜a-b｜max/（標(biāo)尺上限值-標(biāo)尺下限值）X100%，式中，⊿——相對百分誤差，a——被測參數(shù)的測量值，b——被測參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值，｜a-b｜max——標(biāo)尺范圍內(nèi)zui大誤差。    

    我國常用儀表的準(zhǔn)確度等級大致有：Ⅰ級標(biāo)準(zhǔn)表0.005、0.02、0.05；Ⅱ級標(biāo)準(zhǔn)表0.1、0.2、0.35、 0.5；工業(yè)測量儀表1.0、1.5、2.5、4.0。精度等級的表示法是去掉相對百分誤差的百分?jǐn)?shù)符號%后，若其 數(shù)字正好在國家統(tǒng)一規(guī)定的儀表精度等級上，將數(shù)字標(biāo)在圓圈或三角形內(nèi)。否則，將其數(shù)字向下一級圓整 后再標(biāo)在圓圈或三角形內(nèi)，印在儀表面板上，以資別。

     2、  測量儀表的變差：用儀表測量參數(shù)時，雖然處在同一環(huán)境條件下，并且使用同一個儀表，但是在 由小到大的正行程中和由大到小的反行程中對同一個參數(shù)卻指示出不同的數(shù)值，兩讀數(shù)之差即稱為該點變 差，測量儀表變差的表示方法是用儀表對同一參數(shù)的正、反行程中所測得的zui大誤差值，即⊿”，變 差=⊿”/（標(biāo)尺上限值-標(biāo)尺下限值）X100%，工業(yè)儀表的變差規(guī)定不得超過該儀表本身的度等級，否則應(yīng)予檢修。

     3  、測量儀表的靈敏度與靈敏限：即是指測量儀表反映被測參數(shù)變化的靈敏程度，以儀表指針的直線位 移或角位移⊿a與引起位移的被測參數(shù)的變化量⊿X之比來表示：靈敏度S=⊿a/⊿X。式中，S——靈敏度、 ⊿X——被測量變化量、⊿a——指針的角位移或直線位移。進行測量時一般希望采用靈敏度高的儀表，這 是因為靈敏度高，角位移大，對參數(shù)的指示值比較明確清晰，容易辨認(rèn)。儀表的靈敏限又稱始動靈敏度， 是指引起儀表指示值發(fā)生可見的變化所需被測參數(shù)的zui小變化量。通常儀表的靈敏限的數(shù)值，以不大于儀 表允許誤差值的一半為合格。儀表的靈敏度是由儀表本身的結(jié)構(gòu)特性怕決定，儀表精度等級越高，靈 敏度也較高，靈敏限較小。通常規(guī)定儀表標(biāo)尺上的分度值zui小不得小于儀表允許誤差的值。      

     4、 測量系統(tǒng)的動態(tài)誤差：在測量過程中，信號（能量）形式的轉(zhuǎn)換和傳輸，由于各種運動慣性和時間 上的滯后，使得儀表不能即時反映被測參數(shù)值而造成的誤差為動態(tài)誤差。被測參數(shù)變化越快，動態(tài)誤差越 顯著，所以進行測量時要盡可能創(chuàng)造有利條件，以減少動態(tài)誤差。    

     動態(tài)誤差的大小，常用時間常數(shù)、滯后時間和阻尼時間來表示。      

     ⑴時間常數(shù)：當(dāng)用熱電偶和顯示儀表測量溫度時，由于保護套管的熱慣性，使得儀表不能馬上反映出 溫度的實際變化值，而要經(jīng)過幾分鐘時間，這就是測量系統(tǒng)的時間常數(shù)。通常以參數(shù)值作階躍變化后儀表 指示值到達參數(shù)變化值的63.2%時所需的時間T來表示。        

     對于顯示儀表的動態(tài)特性，習(xí)慣上不用時間常數(shù)而用全行程時間或惰性時間（響應(yīng)時間）來表達，以 輸入滿量程階躍信號時，指針由刻度下限移至刻度上限，或反行程移動所需要的時間。通常以全量程的5% 作為下限值，以全量程的95%作為上限值。    

     ⑵滯后時間：在化工參數(shù)測量中，滯后時間對成分分析影響zui為顯著，因為多數(shù)氣體分析器的樣氣， 必須通過工藝設(shè)備或管道取出，再流經(jīng)預(yù)處理裝置的各個環(huán)節(jié)，然后進入分析器的心肝部件傳感器，其間 的氣路長短、流速快慢、阻力大小等等都是形成滯后時間的因素，滯后時間少者數(shù)十秒，多者數(shù)十分鐘， 形成很大的動態(tài)誤差，嚴(yán)重時甚至使測量失去對生產(chǎn)的指導(dǎo)意義，必須引起足夠重視。原則上要盡可能的 縮短取樣管路的距離，傳感器盡可能靠近預(yù)處理器，以減少滯后時間。  

     ⑶阻尼時間：阻尼時間一般表現(xiàn)在顯示儀表上，當(dāng)參數(shù)值變化后，儀表指針要經(jīng)過多次擺動才能穩(wěn)定 地指示參數(shù)準(zhǔn)確值，這種指針經(jīng)過多次擺動到穩(wěn)定的時間稱為阻尼時間。      

     時間是由儀表的結(jié)構(gòu)特性所決定的，它與儀表的靈敏度有一定關(guān)系，如片面追求靈敏度的提高，阻尼 特性會變壞，阻尼時間延長，以致指針擺動不停，無法準(zhǔn)確讀數(shù)。

 三、測量儀表的分類和構(gòu)成    

  1、測量儀表的分類

  化工生產(chǎn)過程中所用測量儀表的類型很多，分類的方法也不同，現(xiàn)介紹常見的幾種分類方法。       ⑴按被測參數(shù)的性質(zhì)分類：可分為壓力（差壓、負(fù)壓）測量儀表、流量測量儀表、物位測量儀表、溫 度測量儀表和成分分析儀表。    

  ⑵按儀表顯示方式分類：

  指示型——有指針、刻度，能及時反映參數(shù)的瞬時值。    

  記錄型——有記錄筆和記錄紙，能反映參數(shù)瞬時值以及隨時間變化的瞬時值情況。    

  累積型——帶有積算裝置，能將參數(shù)的瞬時值按時間累加、能反映出一定間隔時間內(nèi)被測參數(shù)的總 和，如帶累積器的流量計。    

  信號型——帶有電接點，能和信號裝置配合在給定的條件下發(fā)出聲響和燈光信號，如電接點溫度計、 電接點壓力表。    

  遠(yuǎn)傳指示型——帶有信號轉(zhuǎn)換組件，能遠(yuǎn)距離傳送指示值。    

  混合結(jié)構(gòu)型——含有二種以上的功能等儀表。    

  ⑶按儀表安裝場合分類    

  就地儀表——直接安裝在工藝對象上，只能就地觀察讀數(shù)，如水銀溫度計，U型差壓計，就地安裝壓力 表。有些就近安裝在操作崗位表盤上的基地式儀表，也常稱為就地儀表   

  遠(yuǎn)傳儀表——把一種測量參數(shù)的信號轉(zhuǎn)換為另一種便于遠(yuǎn)距離傳送的電的或氣的信號后，再送到遠(yuǎn)方 的控制室儀表盤上進行顯示讀數(shù)。通常把安裝在工藝對象上以感受測量參數(shù)的敏感測量元件，稱為傳感器 或傳送器，常稱為一次儀表而把裝在儀表盤上的顯示儀表稱為二次儀表。    

 ⑷按使用場合對精度要求的不同，可分為工業(yè)用儀表，范型儀表和標(biāo)準(zhǔn)儀表。      

2、測量儀表的構(gòu)成    

  測量儀表都是由三個主要部分所組成的，即測量環(huán)節(jié)、傳送放大環(huán)節(jié)和顯示環(huán)節(jié)。    

  測量環(huán)節(jié)直接感受測量參數(shù)的變化，并轉(zhuǎn)換為便于測量的信號；傳送放大環(huán)節(jié)用以進行信號的放大或 傳送；顯示環(huán)節(jié)用心指示或記錄參數(shù)值。有的儀表將這三個環(huán)節(jié)組合在一起成為一個完整的測量儀表，如 彈簧管壓力表。有些儀表即是三個環(huán)節(jié)互相獨立的，如熱電偶測溫系統(tǒng)中，熱電偶是測量環(huán)節(jié)，常稱為一 次儀表，電子電位差計的放大器即為傳送放大環(huán)節(jié)，而指針和刻度標(biāo)尺即為顯示環(huán)節(jié)，統(tǒng)稱為二次儀表。