儀表主要性能指標(biāo)

一、概述

　　在工程式上儀表性能指標(biāo)通常用度（又稱精度）、變差、靈敏度來描述。儀表工校驗(yàn)儀表通常也是調(diào)校度，變差和靈敏度三項(xiàng)。變差是指儀表被測(cè)變量（可理解為輸入信號(hào)）多次從不同方向達(dá)到同一數(shù)值時(shí)，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(cè)參數(shù)由小到大變化（正向特性）和被測(cè)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，如圖1-1-1如示。變差大小取zui大誤差與儀表標(biāo)尺范圍之比的百分比：

　　靈敏度是指儀表對(duì)被測(cè)參數(shù)變化的靈敏程度，或者說是對(duì)被測(cè)的量變化的反應(yīng)能力，是在穩(wěn)態(tài)下，輸出變化增量對(duì)輸入變化增量的比值：

　　靈敏度有時(shí)也稱"放大比"，也是儀表靜特性貼切線上各點(diǎn)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(shí)會(huì)出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象，造成輸出不穩(wěn)定。儀表靈敏度應(yīng)保持適當(dāng)?shù)牧俊?/span>

　　然而對(duì)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(gè)重要指標(biāo)，但在實(shí)際使用中，往往更強(qiáng)調(diào)儀表的穩(wěn)定性和可靠性，因?yàn)榛て髽I(yè)檢測(cè)與過程控制儀表用于計(jì)量的為數(shù)不多，而大量的是用于檢測(cè)。另外，使用在過程控制系統(tǒng)中的檢測(cè)儀表其穩(wěn)定性、可靠性比精度更為重要。

　　二、度

　　儀表度科稱精度，又稱準(zhǔn)確度。度和誤差可以說是孿生兄弟，因?yàn)橛姓`差的存在，才有度這個(gè)概念。儀表度簡言之就是儀表測(cè)量值接近真值的準(zhǔn)確程度，通常用相對(duì)百分誤差（也稱相對(duì)折合誤差）表示。相對(duì)百分誤差公式如下：  

　?。?-1-3）

　　式中δ-檢測(cè)過程中相對(duì)百分誤差；

　?。?biāo)尺上限值-標(biāo)尺下限值）--儀表測(cè)量范圍； 

　　Δx-誤差，是被測(cè)參數(shù)測(cè)量值x1和被測(cè)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值x0之差。

　　所謂標(biāo)準(zhǔn)值是度比被測(cè)儀表高3~5倍的標(biāo)準(zhǔn)表測(cè)得的數(shù)值。

　　從式（1-1-3）中可以看出，儀表精度不僅和誤差有關(guān)，而且和儀表的測(cè)量范圍有關(guān)。誤差大，相對(duì)百分誤差就大，儀表度就低。如果誤差相同的兩臺(tái)儀表，其測(cè)量范圍不同，那么測(cè)量范圍大的儀表相對(duì)百分誤差就小，儀表度就高。度是儀表很重要的一個(gè)質(zhì)量指標(biāo)，常用精度等級(jí)來規(guī)范和表示。精度等級(jí)就是zui大相對(duì)百分誤差去掉正負(fù)號(hào)和%。按國家統(tǒng)一規(guī)定劃分的等級(jí)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(jí)一般都標(biāo)志在儀表標(biāo)尺或標(biāo)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(jìn)行誤差分析。誤差通?？梢苑譃槭韬稣`差、緩變誤差、系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差。疏忽誤差是指測(cè)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(guān)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(duì)同一被測(cè)參數(shù)進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量時(shí)，所出現(xiàn)的數(shù)值大小或符號(hào)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(rèn)識(shí)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(jì)，但可以通過統(tǒng)計(jì)方法從理論上估計(jì)其對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響。誤差來源主要指系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差。在用誤差表示精度時(shí)，是指隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差之和。

　　三、復(fù)現(xiàn)性（重復(fù)性）

　　測(cè)量復(fù)現(xiàn)性是在不同測(cè)量條件下，如不同的方法，不同的觀測(cè)者，在不同的檢測(cè)環(huán)境對(duì)同一被檢測(cè)的量進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，其測(cè)量結(jié)果一致的程度。測(cè)量復(fù)現(xiàn)性必將成為儀表的重要性能指標(biāo)。 

　　測(cè)量的性不僅僅是儀表的度，它還包括各種因素對(duì)測(cè)量參數(shù)的影響，是綜合誤差。以電動(dòng)Ⅲ型差壓變送器為例，綜合誤差如下式所示：

　?。?-1-4）

　　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(duì)零點(diǎn)（4mA）的影響，±1.75%;

　  e2--環(huán)境溫度對(duì)全量程（20mA）的影響，±0. 5%;

　　e3-工作壓力對(duì)零點(diǎn)（4mA）的影響，±0.25%;

　　e4--工作壓力對(duì)全量程（20mA）的影響，±0.25%;

　　將e0、e1、e2、e3、e4的數(shù)值代入式（1-1-4）得：

　　這說明0.25級(jí)電動(dòng)Ⅲ變送器測(cè)量精度由于溫度和工作壓力變化的影響由原來的0.25級(jí)下降為1.87,說明這臺(tái)儀表復(fù)現(xiàn)性差.它也說明對(duì)同一被測(cè)的量進(jìn)行檢測(cè)時(shí),由于測(cè)量條件不同,受到環(huán)境溫度和工作壓力的影響,其測(cè)量結(jié)果一致的程度差.

　　若用一臺(tái)全智能差變送器代替上例中電動(dòng)Ⅲ型差壓變送器,對(duì)應(yīng)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(dòng)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(duì)溫度和壓力進(jìn)行補(bǔ)償、抗環(huán)境溫度和工作壓力能力強(qiáng)?？梢杂脙x表復(fù)現(xiàn)性來描述儀表的抗*力。

　　測(cè)量復(fù)現(xiàn)性通常用不確定度來估計(jì)。不確定度是由于測(cè)量誤差的存在而對(duì)被測(cè)量值不能肯定的程度，可采用方差或標(biāo)準(zhǔn)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(jì)方法確定的分量

　　B類：用非統(tǒng)計(jì)方法確定的分量

　　設(shè)A類不確定度的方差為si2（標(biāo)準(zhǔn)差為si），B類不確定度假定存在的相應(yīng)近似方差為ui2（標(biāo)準(zhǔn)差為（ui），則合成不確定度為：

?。?-1-5）

　　四、穩(wěn)定性

　　在規(guī)定工作條件內(nèi)，儀表某些性能隨時(shí)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(guān)心的一個(gè)性能指標(biāo)。由于化工企業(yè)使用儀表的環(huán)境相對(duì)比較惡劣，被測(cè)量的介質(zhì)溫度、壓力變化也相對(duì)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(shí)間保持不變的能力會(huì)降低，儀表的穩(wěn)定性會(huì)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(yùn)行一年之中零位沒有漂移，相反儀表投入運(yùn)行不到3個(gè)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(guān)系到儀表的使用范圍，有時(shí)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(duì)化工生產(chǎn)的影響還要大。儀表穩(wěn)定性不好儀表維護(hù)量也大，是儀表工zui不希望出現(xiàn)的事情。

　五、可靠性

　　儀表可靠性是化工企業(yè)儀表工所追求的另一重要性能指標(biāo)?？煽啃院蛢x表維護(hù)量是相反相成的，儀表可靠性高說明儀表維護(hù)量小，反之儀表可靠性差，儀表維護(hù)量就大。對(duì)于化工企業(yè)檢測(cè)與過程控制儀表，大部分安裝在工藝管道、各類塔、釜、罐、器上，而且化工生產(chǎn)的連續(xù)性，多數(shù)有毒、易燃易爆的環(huán)境，這些惡劣條件給儀表維護(hù)增加了很多困難，一是考慮化工生產(chǎn)安全，二是關(guān)系到儀表維護(hù)人員人身安全，所以化工企業(yè)使用檢測(cè)與過程控制儀表要求維護(hù)量越小越好，亦即要求儀表可靠性盡可能地高。

　　隨著儀表更新?lián)Q代，特別 是微電子技術(shù)引入儀表制造行業(yè)，使儀表可告性大大提高。儀表生產(chǎn)廠商對(duì)這個(gè)性能指標(biāo)也越來越重視，通常用平均*時(shí)間MTBF來描述儀表的可靠性。一臺(tái)全智能變送器的MTBF比一般非智能儀表如電動(dòng)Ⅲ變送器要高10倍左右，它可高達(dá)100~390年。