儀表變差產生的主要原因

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，被測參數由小到大變化(正向特性)和被測參數由大到小變化(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：

變差產生的主要原因是儀表偉動機構的間隙，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，是在穩態下，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，相反有時會出現振蕩現象，造成輸出不穩定。儀表靈敏度應保持適當的量。

然而對于儀表用戶，諸如化工企業儀表工來講，儀表精度固然是一個重要指標，但在實際使用中，往往更強調儀表的穩定性和可靠性，因為化工企業檢測與過程控制儀表用于計量的為數不多，而大量的是用于檢測。另外，使用在過程控制系統中的檢測儀表其穩定性、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，是被測參數測量值x1和被測參數標準值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值。

從式(1-1-3)中可以看出，儀表精度不僅和絕對誤差有關，而且和儀表的測量范圍有關。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量指標，常用精度等級來規范和表示。精度等級就是最大相對百分誤差去掉正負號和%。按國家統一規定劃分的等級有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。系統誤差是指對同一被測參數進行多次重復測量時，所出現的數值大小或符號都相同的誤差，或按一定規律變化的誤差，可目前尚未被人們認識的偶然因素所引起，其數值大小和性質都不固定，難以估計，但可以通過統計方法從理論上估計其對檢測結果的影響。誤差來源主要指系統誤差和隨機誤差。在用誤差表示精度時，是指隨機誤差和系統誤差之和。

三、復現性(重復性)

測量復現性是在不同測量條件下，如不同的方法，不同的觀測者，在不同的檢測環境對同一被檢測的量進行檢測時，其測量結果一致的程度。測量復現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)℃狀態下的參考精度，±0.25%或±0.5%;

e1-環境溫度對零點(4mA)的影響，±1.75%;

e2--環境溫度對全量程(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,說明這臺儀表復現性差.它也說明對同一被測的量進行檢測時,由于測量條件不同,受到環境溫度和工作壓力的影響,其測量結果一致的程度差.

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、抗環境溫度和工作壓力能力強。可以用儀表復現性來描述儀表的抗干擾能力。

測量復現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：用統計方法確定的分量

B類：用非統計方法確定的分量

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：

四、穩定性

在規定工作條件內，儀表某些性能隨時間保持不變的能力稱為穩定性(度)。儀表穩定性是化工企業儀表工十分關心的一個性能指標。由于化工企業使用儀表的環境相對比較惡劣，被測量的介質溫度、壓力變化也相對比較大，在這種環境中投入儀表使用，儀表的某些部件隨時間保持不變的能力會降低，儀表的穩定性會下降。徇或表征儀表穩定性現在尚未有定量值，化工企業通常用儀表零漂移來衡量儀表的穩定性。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，說明儀表穩定性不好。儀表穩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，儀表穩定性不好造成的影響往往雙儀表精度下降對化工生產的影響還要大。儀表穩定性不好儀表維護量也大，是儀表工最不希望出現的事情。

五、可靠性

儀表可靠性是化工企業儀表工所追求的另一重要性能指標。可靠性和儀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，而且化工生產的連續性，多數有毒、易燃易爆的環境，這些惡劣條件給儀表維護增加了很多困難，一是考慮化工生產安全，二是關系到儀表維護人員人身安全，所以化工企業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。

隨著儀表更新換代，特別是微電子技術引入儀表制造行業，使儀表可告性大大提高。儀表生產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品國內市場占有率達到95%，高檔產品的國內市場占有率和中低檔產品的國外市場占有率在現有基礎上有大幅度提高。我國儀表產業在2010年的市場發展將有望提高。產品結構調整目標。其中工業自動化儀表，重點發展基于現場總線技術的主控系統裝置及智能化儀表、特種和專用的自動化儀表。產品技術水平達到20世紀90年代后期國外先進水平，2005年銷售額占到國產儀表銷售額的30%。面向市場，全面擴大服務領域，推進儀表系統的數字化、智能化、網絡化，完成自動化儀表從模擬技術向數字技術的轉變，“十五”末數字儀表的品種數達到60%以上。