| 一、概述 在工程式上仪表机能指标通常用精确度(又称精度)、变差、敏捷度来描述。仪表工校验仪表通常也是调校精确度,变差和敏捷度三项。变差是指仪表被测变量(可理解为输入信号)多次从不同方向达到统一数值时,仪表指示值之间的最大差值,或者说是仪表在外界前提不变的情况下,被测参数由小到大变化(正向特性)和被测参数由大到小变化(反向特性)不一致的程度,两者之差即为仪表变差,如图1-1-1如示。变差大小取最大绝对误差与仪表标尺范围之比的百分比: 变差产生的主要原因是仪表伟念头构的间隙,运动部件的磨擦,弹性元件滞后等。取胜着仪表制造技术的精益求精,特别 是微电子技术的引入,很多仪表全电子化了,无可动部件,模拟仪表改为数字仪表等等,所以变差这个指标在智能型仪表中显得不那么重要和凸起了。 敏捷度是指仪表对被测参数变化的敏捷程度,或者说是对被测的量变化的反应能力,是在稳态下,输出变化增量对输入变化增量的比值: 敏捷度有时也称"放大比",也是仪表静特性贴切线上各点的斜率。增加放大倍数可以进步仪表敏捷度,单纯加大敏捷度并不改变仪表的基本机能,即仪表精度并没有进步,相反有时会泛起振荡现象,造成输出不不乱。仪表敏捷度应保持适当的量。 然而对于仪表用户,诸如化工企业仪表工来讲,仪表精度虽然是一个重要指标,但在实际使用中,往往更夸大仪表的不乱性和可靠性,由于化工企业检测与过程控制仪表用于计量的为数未几,而大量的是用于检测。另外,使用在过程控制系统中的检测仪表其不乱性、可靠性比精度更为重要。 二、精确度 仪表精确度科称精度,又称正确度。精确度和误差可以说是孪生兄弟,由于有误差的存在,才有精确度这个概念。仪表精确度简言之就是仪表丈量值接近真值的正确程度,通常用相对百分误差(也称相对折合误差)表示。相对百分误差公式如下: (1-1-3) 式中δ-检测过程中相对百分误差; (标尺上限值-标尺下限值)--仪表丈量范围; Δx-绝对误差,是被测参数丈量值x1和被测参数尺度值x0之差。 所谓尺度值是精确度比被测仪表高3~5倍的尺度表测得的数值。 从式(1-1-3)中可以看出,仪表精度不仅和绝对误差有关,而且和仪表的丈量范围有关。绝对误差大,相对百分误差就大,仪表精确度就低。假如绝对误差相同的两台仪表,其丈量范围不同,那么丈量范围大的仪表相对百分误差就小,仪表精确度就高。精确度是仪表很重要的一个质量指标,常用精度等级来规范和表示。精度等级就是最大相对百分误差去掉正负号和%。按国家同一划定划分的等级有0.005,0.02,0.05,0.1, 0.2,0.35,1.0,1.5, 2.5,4等,仪表精度等级一般都标志在仪表标尺或标牌上,如 , ,0.5等,数字越小,说明仪表精确度越高。 要进步仪表精确度,就要进行误差分析。误差通常可以分为疏忽误差、缓变误差、系统误差和随机误差。疏忽误差是指丈量过程中人为造成的误差,一则可以克服,二则和仪表本身没有什么关系。缓变误差是因为仪表内部元器件老化过程引起的,它可以用更换元器件、零部件或通过不断校正加以克服和消除。系统误差是指对统一被测参数进行多次重复丈量时,所泛起的数值大小或符号都相同的误差,或按一定规律变化的误差,可目前尚未被人们熟悉的无意偶然因素所引起,其数值大小和性质都不固定,无法计算,但可以通过统计方法从理论上估计其对检测结果的影响。误差来源主要指系统误差和随机误差。在用误差表示精度时,是指随机误差和系统误差之和。 三、复现性(重复性) 丈量复现性是在不同丈量前提下,如不同的方法,不同的观测者,在不同的检测环境对统一被检测的量进行检测时,其丈量结果一致的程度。丈量复现性必将成为仪表的重要机能指标。 丈量的精确性不仅仅是仪表的精确度,它还包括各种因素对丈量参数的影响,是综合误差。以电动Ⅲ型差压变送器为例,综合误差如下式所示: (1-1-4) 式中e0-(25±1)℃状态下的参考精度,±0.25%或±0.5%; e1-环境温度对零点(4mA)的影响,±1.75%; e2--环境温度对全量程(20mA)的影响,±0. 5%; e3-工作压力对零点(4mA)的影响,±0.25%; e4--工作压力对全量程(20mA)的影响,±0.25%; 将e0、e1、e2、e3、e4的数值代入式(1-1-4)得: 这说明0.25级电动Ⅲ变送器丈量精度因为温度和工作压力变化的影响由原来的0.25级下降为1.87,说明这台仪表复现性差.它也说明对统一被测的量进行检测时,因为丈量前提不同,受到环境温度和工作压力的影响,其丈量结果一致的程度差. 若用一台全智能差变送器代替上例中电动Ⅲ型差压变送器,对应式(1-1-4)中的e0=±0.0625%,e1+e2=±0.075%,e3+e4=±0.15%,代入式(1-1-4)得e综=±0.18%,要比电动Ⅲ型差压变送器e综=±1.87%小得多,说明全智能差压变送器对温度和压力进行补偿、抗环境温度和工作压力能力强。可以用仪表复现性来描述仪表的抗干扰能力。 丈量复现性通常用不确定度来估计。不确定度是因为丈量误差的存在而对被丈量值不能肯定的程度,可采用方差或尺度差(邓方差的正平方根)表示。不确定度的所有分量分为两类: A类:用统计方法确定的分量 B类:用非统计方法确定的分量 设A类不确定度的方差为si2(尺度差为si),B类不确定度假定存在的相应近似方差为ui2(尺度差为(ui),则合成不确定度为: (1-1-5) 四、不乱性 在划定工作前提内,仪表某些机能随时间保持不变的能力称为不乱性(度)。仪表不乱性是化工企业仪表工十分关心的一个机能指标。因为化工企业使用仪表的环境相对比较恶劣,被丈量的介质温度、压力变化也相对比较大,在这种环境中投入仪表使用,仪表的某些部件随时间保持不变的能力会降低,仪表的不乱性会下降。徇或表征仪表不乱性现在尚未有定量值,化工企业通常用仪表零漂移来衡量仪表的不乱性。仪表投入运行一年之中零位没有漂移,相反仪表投入运行不到3个月,仪表零位就变了,说明仪表不乱性不好。仪表不乱性的好坏直接关系到仪表的使用范围,有时直接影响化工出产,仪表不乱性不好造成的影响往往双仪表精度下降对化工出产的影响还要大。仪表不乱性不好仪表维护量也大,是仪表工最不但愿泛起的事情。 五、可靠性 仪表可靠性是化工企业仪表工所追求的另一重要机能指标。可靠性和仪表维护量是相反相成的,仪表可靠性高说明仪表维护量小,反之仪表可靠性差,仪表维护量就大。对于化工企业检测与过程控制仪表,大部门安装在工艺管道、各类塔、釜、罐、器上,而且化工出产的连续性,多数有毒、易燃易爆的环境,这些恶劣前提给仪表维护增加了良多灾题,一是考虑化工出产安全,二是关系到仪表维护职员人身安全,所以化工企业使用检测与过程控制仪表要求维护量越小越好,亦即要求仪表可靠性尽可能地高。 跟着仪表更新换代,特别 是微电子技术引入仪表制造行业,使仪表可告性大大进步。仪表出产厂商对这个机能指标也越来越正视,通常用均匀无端障时间MTBF来描述仪表的可靠性。一台全智能变送器的MTBF比一般非智能仪表如电动Ⅲ变送器要高10倍左右,它可高达100~390年。
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