關于儀表性能精度的討論
上海亞度電子科技有限公司
一、記錄儀表性能概述
在工程式上記錄儀表性能指標通常用度(又稱精度)、變差、靈敏度來描述。儀表工校驗儀表通常也是調(diào)校度,變差和靈敏度三項。變差是指儀表被測變量(可理解為輸入信號)多次從不同方向達到同一數(shù)值時,儀表指示值之間的zui大差值,或者說是儀表在外界條件不變的情況下,被測參數(shù)由小到大變化(正向特性)和被測參數(shù)由大到小變化(反向特性)不一致的程度,兩者之差即為儀表變差,變差大小取zui大誤差與儀表標尺范圍之比的百分比。
其中變差產(chǎn)生的主要原因是儀表偉動機構的間隙,運動部件的磨擦,彈性元件滯后等。取勝著儀表制造技術的不斷改進,特別 是微電子技術的引入,許多儀表全電子化了,無可動部件,模擬儀表改為數(shù)字儀表等等,所以變差這個指標在智能型儀表中顯得不那么重要和突出了。
上海亞度記錄儀表靈敏度
是指儀表對被測參數(shù)變化的靈敏程度,或者說是對被測的量變化的反應能力,是在穩(wěn)態(tài)下,輸出變化增量對輸入變化增量的比值:
ΔL-儀表輸出變化增量; Δx-儀表輸入變化增量;
記錄儀表靈敏度有時也稱"放大比",也是儀表靜特性貼切線上各點的斜率。增加放大倍數(shù)可以提高儀表靈敏度,單純加大靈敏度并不改變儀表的基本性能,即儀表精度并沒有提高,相反有時會出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象,造成輸出不穩(wěn)定。儀表靈敏度應保持適當?shù)牧俊?/span>
然而對于儀表用戶,諸如化工企業(yè)儀表工來講,儀表精度固然是一個重要指標,但在實際使用中,往往更強調(diào)儀表的穩(wěn)定性和可*性,因為化工企業(yè)檢測與過程控制儀表用于計量的為數(shù)不多,而大量的是用于檢測。另外,使用在過程控制系統(tǒng)中的檢測儀表其穩(wěn)定性、可*性比精度更為重要。
二、上海亞度記錄儀度
儀表度稱精度,又稱準確度。度和誤差可以說是孿生兄弟,因為有誤差的存在,才有度這個概念。儀表度簡言之就是儀表測量值接近真值的準確程度,通常用相對百分誤差(也稱相對折合誤差)表示。相對百分誤差公式如下:
式中δ-檢測過程中相對百分誤差; (標尺上限值-標尺下限值)--儀表測量范圍;
Δx-誤差,是被測參數(shù)測量值x1和被測參數(shù)標準值x0之差。
所謂標準值是度比被測儀表高3~5倍的標準表測得的數(shù)值。
上海亞度記錄儀儀表精度不僅和誤差有關,而且和儀表的測量范圍有關。誤差大,相對百分誤差就大,儀表度就低。如果誤差相同的兩臺儀表,其測量范圍不同,那么測量范圍大的儀表相對百分誤差就小,儀表度就高。度是儀表很重要的一個質(zhì)量指標,常用精度等級來規(guī)范和表示。精度等級就是zui大相對百分誤差去掉正負號和%。按國家統(tǒng)一規(guī)定劃分的等級有0.005,0.02,0.05,0.1, 0.2,0.35,1.0,1.5,2.5,4等,儀表精度等級一般都標志在儀表標尺或標牌上,如 , ,0.5等,數(shù)字越小,說明儀表度越高。
要提高儀表度,就要進行誤差分析。誤差通常可以分為疏忽誤差、緩變誤差、系統(tǒng)誤差和隨機誤差。疏忽誤差是指測量過程中人為造成的誤差,一則可以克服,二則和儀表本身沒有什么關系。緩變誤差是由于儀表內(nèi)部元器件老化過程引起的,它可以用更換元器件、零部件或通過不斷校正加以克服和消除。系統(tǒng)誤差是指對同一被測參數(shù)進行多次重復測量時,所出現(xiàn)的數(shù)值大小或符號都相同的誤差,或按一定規(guī)律變化的誤差,可目前尚未被人們認識的偶然因素所引起,其數(shù)值大小和性質(zhì)都不固定,難以估計,但可以通過統(tǒng)計方法從理論上估計其對檢測結(jié)果的影響。誤差來源主要指系統(tǒng)誤差和隨機誤差。在用誤差表示精度時,是指隨機誤差和系統(tǒng)誤差之和。
上海亞度記錄儀儀表
三、復現(xiàn)性(重復性)
測量復現(xiàn)性是在不同測量條件下,如不同的方法,不同的觀測者,在不同的檢測環(huán)境對同一被檢測的量進行檢測時,其測量結(jié)果一致的程度。測量復現(xiàn)性必將成為儀表的重要性能指標。
測量的性不僅僅是儀表的度,它還包括各種因素對測量參數(shù)的影響,是綜合誤差。以電動Ⅲ型差壓變送器為例,綜合誤差如下式所示: 式中e0-(25±1)℃狀態(tài)下的參考精度,±0.25%或±0.5%;
e1-環(huán)境溫度對零點(4mA)的影響,±1.75%;
e2--環(huán)境溫度對全量程(20mA)的影響,±0. 5%;
e3-工作壓力對零點(4mA)的影響,±0.25%;
e4--工作壓力對全量程(20mA)的影響,±0.25%;
將e0、e1、e2、e3、e4的數(shù)值代入式(
這說明0.25級電動Ⅲ變送器測量精度由于溫度和工作壓力變化的影響由原來的0.25級下降為1.87,說明這臺儀表復現(xiàn)性差.它也說明對同一被測的量進行檢測時,由于測量條件不同,受到環(huán)境溫度和工作壓力的影響,其測量結(jié)果一致的程度差.
若用一臺全智能差變送器代替上例中電動Ⅲ型差壓變送器,對應式(1-1-4)中的e0=±0.0625%,e1+e2=±0.075%,e3+e4=±0.15%,代入式(1-1-4)得e綜=±0.18%,要比電動Ⅲ型差壓變送器e綜=±1.87%小得多,說明全智能差壓變送器對溫度和壓力進行補償、抗環(huán)境溫度和工作壓力能力強??梢杂脙x表復現(xiàn)性來描述儀表的抗*力。
測量復現(xiàn)性通常用不確定度來估計。不確定度是由于測量誤差的存在而對被測量值不能肯定的程度,可采用方差或標準差(鄧方差的正平方根)表示。不確定度的所有分量分為兩類:
A類:用統(tǒng)計方法確定的分量 B類:用非統(tǒng)計方法確定的分量
設A類不確定度的方差為si2(標準差為si),B類不確定度假定存在的相應近似方差為ui2(標準差為(ui),則合成不確定度為:
上海亞度記錄儀儀表
四、穩(wěn)定性
在規(guī)定工作條件內(nèi),儀表某些性能隨時間保持不變的能力稱為穩(wěn)定性(度)。儀表穩(wěn)定性是化工企業(yè)儀表工十分關心的一個性能指標。由于化工企業(yè)使用儀表的環(huán)境相對比較惡劣,被測量的介質(zhì)溫度、壓力變化也相對比較大,在這種環(huán)境中投入儀表使用,儀表的某些部件隨時間保持不變的能力會降低,儀表的穩(wěn)定性會下降。徇或表征儀表穩(wěn)定性現(xiàn)在尚未有定量值,化工企業(yè)通常用儀表零漂移來衡量儀表的穩(wěn)定性。儀表投入運行一年之中零位沒有漂移,相反儀表投入運行不到3個月,儀表零位就變了,說明儀表穩(wěn)定性不好。儀表穩(wěn)定性的好壞直接關系到儀表的使用范圍,有時直接影響化工生產(chǎn),儀表穩(wěn)定性不好造成的影響往往雙儀表精度下降對化工生產(chǎn)的影響還要大。儀表穩(wěn)定性不好儀表維護量也大,是儀表工zui不希望出現(xiàn)的事情。才
智能溫度記錄儀產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究報告
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