在工程上仪表性能指标通常用精确度(又称精度)、变差、灵敏度来描述。
一、变差(也叫回差)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同一数值时,仪表指示值之间的最大差值,或者说是仪表在外界条件不变的情况下,被测参数由小到大变化(正向特性)和被测参数有大到小变化(反向特性)不一致的程度,两者之差即为仪表变差,回差按输出量程的百分数表示。如下图所示。
变差产生的主要原因是仪表传动机构的间隙,运动部件的摩擦,弹性元件滞后等。
二、灵敏度是指仪表对被测参数变化的灵敏程度,或者说是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:
灵敏度有时也称“放大比”,也是仪表静特性曲线上各点的斜率。增加放大倍数可以提高仪表灵敏度,单纯加大灵敏度并不改变仪表的基本性能,即仪表精度并没有提高,相反有时会出现震荡现象,造成输出不稳定。因此仪表灵敏度应保持适当的量。
其实对于仪表用户,特别是化工企业仪表工来讲,仪表精度固然是一个重要指标,但在实际使用中,往往更强调仪表的稳定性和可靠性,因为化工企业检查与过程控制仪表用于计量的为数不多,而大量的是用于检测。并且使用在过程控制系统中的检测仪表,其稳定性、可靠性比精度更为重要。
三、过程控制系统中检测仪表的主要性能指标
精确度
仪表精确度简称精度,又称准确度。精确度和误差可以说是孪生兄弟,因为有误差的存在,才有精确度这个概念。仪表精确度简言之就是仪表测量值接近真值的准确程度,通常用相对百分误差表示。相对百分误差公式如下:
所谓真值(标准值)是精确度比被测仪表高3~5倍的标准表测得的数值。
从式中可以看出,仪表精确度不仅和绝对误差有关,而且和仪表的测量范围有关。绝对误差大,相对百分比误差就大,仪表精确度就低。如果绝对误差相同的两台仪表,其测量范围不同,那么测量范围大的仪表相对百分误差就小,仪表精度就高。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%。按国家统一规定划分的等级有0.005,0.02,0.05,0.1,0.2,0.35,0.5,1.0,1.5,2.5,4等。仪表精度等级一般都标志在仪表标尺或标牌上,如
等,数字越小,说明仪表精确度越高。
仪表的精度是否可以提高
要提高仪表精确度,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、随机误差。
疏忽误差是指测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。
缓变误差是由于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。
系统误差是指对同一被测参数进行多次重复测量时,所出现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,可以通过分析计算加以处理,使其最后的影响减到最小,但是难以完全消除。
随机误差(偶然误差)是由于某些目前尚未被人们认识的偶然因素所引起,其数值大小和性质都不固定,难以估计,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。
复现性
测量复现性是在不同测量条件下,如不同的方法,不同的观测者,在不同的检测环境对同一被检测的量进行检测时,其测量结果一致的程度。测量复现性作为仪表的性能指标,表征仪表的特性尚不普及,但是随着智能仪表的发展和完善普及,复现性必将成为仪表的重要性能指标。
测量复现性通常用不确定度来估计。不确定度是由于测量误差的存在而被测量值不能肯定的程度。
稳定性
在规定工作条件内,仪表某些性能随时间保持不变的能力称为稳定性(度)。仪表稳定性是化工企业仪表工十分关心的一个性能指标。由于化工企业使用仪表的环境相对比较恶劣,被测量的介质温度、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,仪表的稳定性会下降。衡量或表征仪表稳定性现在尚未有定量值,化工企业通常用仪表零点漂移来衡量仪表的稳定性。仪表投入一年之中零位没有漂移,说明这台仪表稳定性好,相反仪表投入运行不到3个月,仪表零位就变了,说明仪表稳定性不好。仪表稳定性的好坏直接关系到仪表的使用范围,有时直接影响化工生产。
可靠性
仪表可靠性是化工企业仪表工所追求的另一个重要性能指标。可靠性和仪表维护量是相辅相成的,仪表可靠性高说明仪表维修量小,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,大部分安装在工艺管道、各类塔、釜、罐、器上,而且化工生产的连续性,多数为有毒、易燃易爆的环境,给仪表维护增加了很多困难,一是考虑化工生产安全,二是关系到仪表维护人员人身安全,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。
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