华北电力大学热能工程专业过程参数检测和仪表经典课件第1章-绪论

过程参数检测及仪表

火电厂

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第一章 绪论

● 主要内容

● 一、热工测量的基本概念

● 二、测量方法

● 三、热工测量系统的组成

● 五、仪表的主要质量指标

● 六、仪表的检定

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一、热工测量的意义

● 1. 热工测量：

● 热力状态参数;热力生产过程相关参数的测量。

● （压力、温度等；流量、液位、振动、位移、转速、

● 烟气成分）

● 2. 测量的定义：人们借助某种工具，通过某种方法，将被测量X0显示出

来(单位为U)。

1)测量过程的三要素：

测量方法；测量单位； 测量工具

一、热工测量的意义

2.测量的定义：

2) 测量值，真值

测量值，与真值有误差

真值，被测量的真实数值

3)测量误差原因: 方法?(不完善,人主观性，环境影响)；工具?(不精确)；数值化后的比值位数

方法合理；单位稳定；工具准确

一、热工测量的意义

3)热工测量的作用：反映设备运行；为自动化装置提供信号，为机组经济计算提供数据。

● 随现代化电厂测点的增多，使用数据采集和屏幕显示来显示处理数据。

二、测量方法

测量方法：获得测量值的方法。

● 根据不同的分类标准，可包括

1. 直接测量法和间接测量法（被测 值获取方式不同)

● 直接测量法:用测量仪器直接得到被测量。（直尺测量长度,压力表测压力,

玻璃温度计测温度）

● 间接测量法：通过直接测量其它变量，再按函数关系计算求得被测量数值的

方法（过热蒸汽的质量流量：测得的是过热蒸汽的温度、压力和标准节流装置的差压信号信号，计算后得到流量）

2. 偏差测量法、微差测量法、零差测量法（被测量与测量单位比较方式） ● 偏差测量法：被测量的作用在测量工具上，其偏离测量工具的初始状态（零

点），偏离量得到被测量值。（单管压力计测压：压力作用使管中水银柱偏离初始零刻度点，偏移量代表被测压力值）

● 微差测量法：被测量被一个同类准确已知的恒定量平衡了大部分，剩下的差

值用偏差法测量。测量结果是已知量值和偏差法测得值的代数和。(检定热电偶： 测量被校热电偶的热电势与标准热电偶的微小差，来评价要检验的热电偶的精度）

2. 偏差测量法、微差测量法、零差测量法

● 零差测量法：使已知量和被测量的差值为零，这时偏差测量仅起检零作用，

已知量即为测量值。

● 隐含：

● (1)已知量是连续可调的，随时可通过 调节得到被测量。

● (2)已知量可容易的准确测量

● （用电位差计测量热电偶产生的 热电势。）

3. 静态测量法和动态测量法（测量过程中的状态）

● 静态测量法：被测量在测量过程中不随时间变化，或变化速率相对于测量速

率变化十分缓慢

● 动态测量法：测量过程中被测量随时间有明显变化

三、热工测量系统的组成

● 三个基本部分组成：感受件、显示件、传送件

● 感受件

● 1) 定义：直接感受被测量并将其转化成相应的输出信号。也称：敏感元件、

一次元件、发送器。如热电偶

● 2) 要求：稳定性，选择性，线性性

输出信号必须随被测量变化

● 输出信号只能随被测量变化

● 输出信号与被测量之间必须是单值函数，最好是线性关系

三、热工仪表的组成

● 感受件

● 3) 分类：

● 温度感受件，压力感受件（按被测参数）

● 能量转换型(热电偶);能量控制型(热电阻)（输出信号能量的主要来源） ● 模拟式和准数字式（输出信号的形式）

三、热工仪表的组成

2. 显示件：

1) 定义：向观察者显示被测量的数值、量值的装置

2）分类：

显示仪表—显示被测量的瞬时值

记录仪表—记录被测量随时间变化

积算仪表—显示被测量对时间的积分

信号式仪表—反映被测量是否超过允许的 限值

调节式显示仪表—根据被测量与规定值的偏差情况，发出对被测对象进行调节的信号

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三、热工仪表的组成

3. 传送件：

1) 定义：将感受件输出的信号按显示件的要求传输给显示件。

2）具有功能：

1）单纯传输

2）感受件输出信号放大

3）把信号变送成统一标准信号（变送器)

● 仪表内每一次信号的转换和传输可作为一个环节，整个仪表是各环节的连

接。

● 1. 仪表各环节连接方式：开环（系统）和闭环（系统），每一个环节：传递

函数 （灵敏度）

● 2. 开环系统

● 特点：

● 各环节开环串联，信号沿一个方向传输。

● 按偏差测量法工作

● 要保证仪表指示正确，必须保持每个环节灵敏度不变 X=K1K2K3I

特点：1)含有负反馈

2) 仪表传递函数与反馈环节有关，

因此k3要求高，k1, k2性能可降低

故闭环精度较高

四、仪表的主要性能指标

质量指标包括：计量性能、操作性能、可靠性、经济性

有效性

准确度 （示值误差 绝对误差 相对误差 引用误差

基本误差 附加误差 允许误差 准确度等级）

线性度

回差

重复性误差

分辨率

灵敏度

漂移

五、仪表的质量指标

1. 可靠性指标

有效性(MTBF)＝ 平均无故障时间

平均无故障工作时间＋平均修复时间

2. 计量性能指标：

1) 准确度:仪表指示值接近测量真值程度

① 仪表的示值误差:表征指示值的准确程度

相对误差更能说明示值的准确程度 示值误差有正负

五、仪表的质量指标

绝对误差愈小，说明指示值愈接近真值，测量精度愈高。但这一结论只适用于被测量值相同的情况，而不能说明不同值的测量精度。

相对误差更能说明示值的准确程度

示值误差有正负

五、仪表的质量指标

2. 计量性能指标

1) 准确度:

● ②仪表的基本误差

● (1) 仪表的基本误差：量程范围内各示值误差中的绝对值最大者 ● 仪表量程A：仪表测量上限与下限之差

● (2)仪表的引用误差：

● (3) 最大引用误差：五、仪表的质量指标

2. 计量性能指标

1) 准确度:

● ③仪表的准确度等级：

● 允许误差：基本误差不能超过的限值 ，

● 仪表的 准确度等级：仪表的最大引用误差 去掉百分号后余下的 数

字

● 国家标准系列：0.1 0.2 0.5 1.0 1.5 2.5 4

● 七个工业仪表准确度等级

五、仪表的质量指标

(2) 线性度:

输出值与理想直线的最大偏差值

理论满量程输出值

理想直线：

一般不存在或很难获得准确结果

利用测量数据，通过计算获得

拟合直线

yF.S.

五、仪表的质量指标

获取拟合直线方法：

x

(a) 端点连线法：

检测系统输入输出曲线的两端点连线

简单、方便，偏差大，与测量值有关

(b) 最佳直线法：

使得正负行程的非线性偏差相等且最小

精度最高，计算法（迭代、逐次逼近）

简单实用，三点作图法（两高一低/两低一高）

(c) 最小二乘法：

计算：有n个测量数据: (x1,y1), (x2,y2), … , (xn,yn)， (n>2)残差： i = yi – (a + b xi)

残差平方和最小： 2i=min

五、仪表的质量指标

● 3)回差（变差）

● 同一输入量上升和下降时，对应的两输出量平均值之间的最大差值与量程

之比的百分数.(仪表运动系统的摩擦、间隙、弹性滞后等原因引起）

五、仪表的质量指标

4)重复性和重复性误差

重复性：同条件下，输入信号多次按同一方向全量程变化，仪表输出值的一致程度

重复性误差：在同一工作条件下从同方向对同一输入值进行多次连续测量所获得的输出两极限值之间的代数差或均方根误差，通常以量程的百分数表示 重复性是检测系统最基本的技术指标，是其他各项指标的前提和保证

五、仪表的质量指标

(5) 分辨率:

定义：分辨率是指检测仪表能够精确检测出被测量的最小变化的能力。输入量从某个任意值(非零值)缓慢增加，直到可以测量到输出的变化为止，此时的输入量就是分辨率。

它可以用绝对值，也可以用量程的百分数来表示。它说明了检测仪表响应与分辨输入量微小变化的能力。灵敏度愈高，分辨率愈好。

一般模拟式仪表的分辨率规定为最小刻度分格值的一半。数字式仪表的分辨率是最后一位的一个字。

五、仪表的质量指标

(5) 分辨率:

说明：

( resolution )

1、能够检测出的被测量的最小变化量

表征测量系统读数的精密程度指标

能检测的最小被测量的变换量相对于 满量程的百分数，如： 0.1%, 0.02%

2、分辨率

——般是相对数值：

3、阀值 --- 在系统输入零点附近的分辨力

五、仪表的质量指标

(6) 灵敏度

测量系统在稳态下输出量的增量与输入量的增量之比

定义：

(灵敏度系数)

斜率：

a. 线性检测系统：灵敏度为常数；

b. 非线性检测系统：灵敏度为变数

传感器

双曲线、非线性

灵敏度

五、仪表的质量指标

● 7）漂移

● 定义：工作条件和输入信号不变,经规定时间后输出的变化,称为漂移 ● 以仪表量程各点上输出的最大变化量与量程之比的百分数表示

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六、仪表的检定

● 检定:根据规定的指标,评定仪表的性能,以确定仪表是否合格 ● 标准：国家计量检定规程

● 检定方法:定点法和示值法

● 定点法:被检测表检测某种标准值,从而确定仪表的示值误差.

● 示值比较法:被检仪表与标准仪表同时去测量同一被测量,比较两者的指示值,确定仪表的质量指标

学习重点

1 掌握测量的定义

2掌握仪表的三大组成部件

3掌握仪表的误差、等级、线性度、灵敏度等性能指标