儀表變差產(chǎn)生的主要原因

一、概述

在工程式上儀表性能指標通常用精確度(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)校精確度，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，儀表指示值之間的最大差值，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，如圖1-1-1如示。變差大小取最大絕對誤差與儀表標尺范圍之比的百分比：

變差產(chǎn)生的主要原因是儀表偉動機構(gòu)的間隙，運動部件的摩擦，彈性元件滯后等。取勝著儀表制造技術(shù)的不斷改進，特別是微電子技術(shù)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。

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(yīng)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：

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(yīng)保持適當(dāng)?shù)牧俊?br />
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)定性和可靠性，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、可靠性比精度更為重要。

二、精確度

儀表精確度科稱精度，又稱準確度。精確度和誤差可以說是孿生兄弟，因為有誤差的存在，才有精確度這個概念。儀表精確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：

(1-1-3)

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-絕對誤差，是被測參數(shù)測量值x1和被測參數(shù)標準值x0之差。

所謂標準值是精確度比被測儀表高3~5倍的標準表測得的數(shù)值。

從式(1-1-3)中可以看出，儀表精度不僅和絕對誤差有關(guān)，而且和儀表的測量范圍有關(guān)。絕對誤差大，相對百分誤差就大，儀表精確度就低。如果絕對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，儀表精確度就高。精確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。精度等級就是最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，說明儀表精確度越高。

要提高儀表精確度，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(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)誤差是指對同一被測參數(shù)進行多次重復(fù)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。

三、復(fù)現(xiàn)性(重復(fù)性)

測量復(fù)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(fù)現(xiàn)性必將成為儀表的重要性能指標。

測量的精確性不僅僅是儀表的精確度，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：

(1-1-4)

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(1-1-4)得：

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(fù)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(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(fù)現(xiàn)性來描述儀表的抗干擾能力。

測量復(fù)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(shè)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(yīng)近似方差為ui2(標準差為(ui)，則合成不確定度為：

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(guān)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(guān)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，是儀表工最不希望出現(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�？煽啃院蛢x表維護量是相反相成的，儀表可靠性高說明儀表維護量小，反之儀表可靠性差，儀表維護量就大。對于化工企業(yè)檢測與過程控制儀表，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)系到儀表維護人員人身安全，所以化工企業(yè)使用檢測與過程控制儀表要求維護量越小越好，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)廠商對這個性能指標也越來越重視，通常用平均無故障時間MTBF來描述儀表的可靠性。一臺全智能變送器的MTBF比一般非智能儀表如電動Ⅲ變送器要高10倍左右，它可高達100~390年。

市場分析：

中、低檔電工儀器儀表產(chǎn)品國內(nèi)市場占有率達到95%，高檔產(chǎn)品的國內(nèi)市場占有率和中低檔產(chǎn)品的國外市場占有率在現(xiàn)有基礎(chǔ)上有大幅度提高。我國儀表產(chǎn)業(yè)在2010年的市場發(fā)展將有望提高。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整目標。其中工業(yè)自動化儀表，重點發(fā)展基于現(xiàn)場總線技術(shù)的主控系統(tǒng)裝置及智能化儀表、特種和專用的自動化儀表。產(chǎn)品技術(shù)水平達到20世紀90年代后期國外先進水平，2005年銷售額占到國產(chǎn)儀表銷售額的30%。面向市場，全面擴大服務(wù)領(lǐng)域，推進儀表系統(tǒng)的數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化，完成自動化儀表從模擬技術(shù)向數(shù)字技術(shù)的轉(zhuǎn)變，“十五”末數(shù)字儀表的品種數(shù)達到60%以上。