第一節測量誤差知識
一、測量誤差的基本概念
冶金生產過程大多具有規模大、流程長、連續化、自動化的特點，為了有效地進行工藝操作和生產控制，需要用各種型別的儀表去測量生產過程中各種變數的具體量值。雖然進行測量時所用的儀表和測量方法不同，但測量過程的機理是相同的，即都是將被測變數與其同種類單位的量值進行比較的過程。各種測量儀表就是實現這種比較的技術工具。
對於在生產裝置上使用的各種測量儀表，總是希望它們測量的結果準確無誤。但是在實際測量過程中，往往由於測量儀表本身效能、安裝使用環境、測量方法及操作人員疏忽等主客觀因素的影響，使得測量結果與被測量的真實值之間存在一些偏差，這個偏差就稱為測量誤差。
二、測量儀表的誤差。
誤差的分類方法多種多樣，如按誤差出現的規律來分，可分為系統誤差、偶然誤差和疏失誤差；按儀表使用的條件來分，有基本誤差、輔加誤差；按被測變數隨時間變化的關係來分，有靜態誤差、動態誤差；按與被測變數的關係來分，有定值誤差、累計誤差。測量儀表常凋的絕對誤差、相對誤差和引用誤差是按照誤差的數值表示來分類的。
1、絕對誤差
絕對誤差是指儀表的測量值與被測變數真實值之差。用公式表示為：
△c=cm-cr式（1-1）
試中cm代表測量值，cr代表真實值(簡稱真值)，△c代表絕對誤差。事實上，被測變數的真實值並不能確切知道，往往用精確度比較高的標準儀器來測量同一被測變數，其測量結果當作被測變數的真實值。
絕對誤差有單位和符號，但不能完整地反映儀表的準確度，只能反應某點的準確程度。我們將各點絕對誤差中最大的稱為儀表的絕對誤差。絕對誤差符號相反的值稱為修正值。
2、相對誤差
相對誤差是指測量的絕對誤差與被測變數之比。用公式表示為
式（1-2）
式中ac為測量的絕對誤差，cr為被測變數的真實值。
由上式可見，相對誤差c0是乙個比值，它能夠客觀地反映測量結果的準確度，通常以百分數表示。
如某化學反應釜中物料實際溫度為300℃，儀表的示值為298．5℃。
求得測量的絕對誤差
測量的相對誤差
3、引用誤差(相對折合誤差或相對百分誤差)
測量儀表的準確性不僅與絕對誤差和相對誤差有關，而且還與儀表的測量範圍有關。工業儀表通常用引用誤差來表示儀表的準確程度，即絕對值與測量範圍上限或測量表量程的比值，以非分比表示：
式（1-3）
即式中△c為測量的絕對誤差，cmax為測量儀表上限值，cmin為測量儀表下限值。
引用誤差也稱相對折合誤差或相對百分誤差，其特點是無量綱，有正負之分，能比較確切地反映儀表的準確程度。
由於引用誤差與測量儀表的量程有關，在選用同一準確度的儀表測量被測變數時，為了減小被測點的絕對誤差值，提高測量準確度，往往將儀表零點遷移，壓縮儀表量程，現舉例說明如下。
如上例被測介質的實際溫度為300℃，現用一台量程為o～400℃的儀表測量，示值為298℃則可依據式(1—1)和式(1—3)求得測量的絕對誤差
測量的引用誤差
現將該儀表量程壓縮為200～400℃，如引用誤差仍要保持-0．5％。則該測量點允許的絕對誤差為
由此可見，儀表量程壓縮一半，則絕對誤差減小一半，從而大大提高了儀表的測量準確度。
4、測量系統的誤差
以上簡要介紹了測量儀表的誤差及計算方法，但在石油化工裝置中大量應用著由多個單元儀表組成的測量系統或控制系統，如何求得整個系統的測量誤差呢?通常採用以下兩種方法。
一種用方和根計算方法來求得
式中cai為系統中各單元儀表的最大引用誤差，n為系統中單元儀表數。
例如用孔板、差壓變送器、開方器、數字顯示指示儀組成的流量測量系統，經過校驗，它們的最大引用誤差分別為ca1=1％，ca2=0.25％、ca3=0．2％、ca4=0．3％，則可求得
另一種用系統聯校方法來求得，即在一次元件端加入標準訊號值，通過中間各單元儀表的訊號傳遞，最終在二次儀表讀取示值來計算引用誤差，在各校驗點中選擇最大的引用誤差，作為該測量儀表系統誤差。
5、儀表示值誤差校驗
為了使各類儀表準、靈、可靠地長週期執行，儀修人員要定期對執行中的儀表進行示值誤差校驗，並對停車檢修後的儀表進行全效能週期檢定，以考核儀表是否符合技術效能指標，這裡列舉顯示儀表示值誤差的校驗。
（1）校驗方法
顯示儀表雖然種類繁多，結構各異，但常用的校驗方法有如下兩種。
1) 訊號較法這是一種比較常用的校驗方法，用可調訊號發生器向被校儀表和標準儀器加同—訊號，將被校儀表的示值與標準儀表的示值進行比較，求出各點示值誤差。如用手動壓力幫浦同時給被校壓力計和標準壓力表輸入訊號。
2) 直接校驗法這種校驗方法是用標準儀器直接給被校儀表加訊號，通過標準儀器的實際訊號示值與被校儀表的檢定點所對應的標準真值相比較，然後求出被校儀表該檢定點的誤差，如用標準電阻箱校驗配熱電阻型動圈式指示儀或自動平衡電橋。
（2）校驗步驟
1) 校驗前的準備工作儀表的示值校驗工作不論在現場還是在檢定室內進行，一般應做好如下準備工作。
① 熟悉儀表使用說明書中有關技術效能指標、接線方法、測試條件及注意事項等內容。
② 正確選擇標準儀器及配套裝置，並對這些儀器和裝置的可靠性進行檢查。如標準儀器是否有檢定合格證，檢定日期是否在周檢期內等。
⑧ 檢查儀表的校驗條件是否符合技術要求。如環境溫度、相對濕度、電源電壓、氣源質量和外界干擾等。
④ 檢查儀表的外觀及內部狀況是否有異常情況。如刻度標尺、印刷電路板及其他緊韌體是否鬆動，電路連線線是否開焊等。
⑤ 正確接好校驗線路，經確認無誤後送電，電子式儀表一般需通電半小時後方可校驗。
2) 刻度點校驗方法儀表的校驗點數一般規定不得少於5點，並要求均勻分布在測量範圍的整數刻度線上。此外，對重要儀表還應追加校驗「使用範圍」(經常使用點的示值±儀表量程的10％左右)的示值誤差，要求不超過儀表允許基本誤差的1／2。
掌握正確的校驗方法十分重要，這裡強調幾點在實際操作中容易被疏忽的問題。
① 在進行上行程示值校驗過程中，當指標將要靠近被校點刻度時，要注意緩慢增加輸入訊號，使指標與檢驗點刻度線完全重合，切勿超越越刻度線後再返回。下行程示值校驗時亦同理，尤其要注意的是進行上行程校驗時，加入訊號值應從低於量程下限位置開始，而進行下行程校驗時，加入訊號值應從高於量程上限位置開始。
② 標準儀器的準確度等級高於被校儀表，能讀取較多位的有效數字，而被校儀表標尺刻度線分度不細，如果指標偏離刻度線，估算將產生較大視覺誤差，尤其在非線性刻度時誤差更大。為此要注意必須將儀表指標平穩移動到刻度線上，然後在標準儀器上讀取訊號值。
③ 在校驗過程中，要根據不同顯示形式的標準儀器正確讀數，避免產生視覺誤差。
4) 誤差計算將上述從稱準儀器中讀取的實際示值代入誤差計算公式，求得各被校點的絕對誤差、變差和引用誤差等。
三、儀表的質量指標
在工程上通常用以下幾個質量指標來衡量儀表的品質。
1、允許誤差與基本誤差
根據儀表的使用要求，規定乙個在正常情況下允許的最大誤差，這個允許的最大誤差叫允許誤差。通常用最大引用誤差來表示。
儀表的基本誤差是指儀表出廠時，製造廠保證該儀表在正常工作條件下的最大誤差。一般儀表的基本誤差也就是該儀表的允許誤差。
2、準確度和準確度等級
在正常使用條件下，儀表測量結果的準確程度叫儀表的準確度。引用誤差越小，儀表準確度越高，而引用誤差與儀表的量程範圍有關，所以在使用同一準確度等級儀表時，往往採取壓縮量程範圍，以減小測量誤差。
在工業測量中，為了便於表示儀表的質量，通常用準確度等級來表示儀表的準確程度。準確度等級就是最大引用誤差去掉百分號。準確度等級是衡量儀表質量優劣的重要指標之一。
我國工業儀表等級一般劃分為0.1、0．2、0．5、1．0、1．5、2．5、5．0七個等級，並標誌在儀表刻度標尺或銘牌上。
儀表準確度習慣上稱精度，準確度等級習慣上稱精度等級。
3、變差
在外界條件不變的情況下，當儀表的被測變數多次進行正反行程的測量，儀表指示值中的最大差值叫做變差，即
變差=上行程示值減去下行程示值差值的絕對值
產生變差的原因主要是儀表傳動機構的間隙、運動部件的摩擦、彈性元件的彈性滯後等因素。變差不能超過儀表說明書中所規定的數值。
4、靈敏度和靈敏限·
靈敏度表達儀表對被測變數變化的敏感程度。儀表指標的位移變化量△s(或數字式儀表顯示的數字)，與引起這個位移變化量的被測變數變化值△u之比值叫做靈敏度s用公式表示如下
s=△s/△u
儀表的靈敏度在數值上等於單位被測變數的變化引起指標在刻度標尺上的位移變化，一般有四種表示方式，即角靈敏度、線靈敏度、分度靈敏度和分度值。
靈敏限也稱不靈敏區或死區，是摸儀表指標或數字顯示不發生變化的被測變數的最大變化範圍。一般儀表的靈敏限數值應不大於儀表允許誤差絕對值的一半，即靈敏限≤允許誤差/2
實際上儀表的不靈敏區與變差都是由相同的原因引起的，只是表達方式不同而已。
5、復現性(穩定性)
測量結果的復現性是指在外界條件不變的情況下，同一操作人員，用同一臺儀表對同乙個被測值進行多次測量，所得結果之間的接近程度。各次測量值越接近，則儀表的復現性越好。
從誤差的角度來看，復現性反映了偶然誤差的大小，它不涉及示值與真值之間的誤差大小。而準確度則直接表示與真值的接近程度。
6、儀表裝置的防護
石油化工生產具有易燃、易爆、高溫、高壓和有毒等特點，儀表在這些特殊條件下工作，尤其是一次元件、變送器、調節閥、連線管線等直接與被測介質接觸，受到各種化學介質的侵蝕，必須採取相應的防護措施，才能確保儀表正常執行。
四、防爆問題
1、儀表防爆基本原理
**是由於氧化或其他放熱反應引起的溫度和壓力突然公升高的化學現象，它具有極大的破壞力，產生**的條件是：
① 存在**性物質；
② **性物質與空氣相混合後，其濃度在**限以內；
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