关于过程仪表的关键概念概述:测量精度(在测量或监视中，确定仪器的指示与被测量物的特性之间的一致程度的静态特征)、测量不确定度、计量确认和校准。
测量精度
我们所说的测量精度是指:
- 根据ISO-IMV(国际计量词汇):“……双方意见一致的程度迹象或测量量值通过复制获取测量在规定条件下的相同或类似物体上”;
- 根据IEC-IEV(国际电工术语):“. .测量仪器提供接近被测量物真实值的指示值的能力的质量”(注:在这种情况下，不叫Precision，而叫Accuracy);
- 或者我们可以从前面的定义中推导出下面的实用定义:“…通过在规定的条件和程序下测试测量仪器，与规定的特征曲线(通常是一条直线)的最大正偏差和负偏差”。
因此，线性的概念也是固有的测量精度项(目前在数字仪器中非常有限)，而迟滞的概念不包括在内(尽管这是被考虑的，因为它包括在发现的最大正负偏差中)。
此外，测量的可重复性的概念不包括在内(这是在几个测量周期的精度验证的情况下考虑的。
因此，在对单次上下测量周期测量仪器精度的实际验证中(一般用于有滞后的仪器，如压力表、压力传感器、测压元件等)，得到如图1所示类型的校准曲线，在这里，我们可以推导出测试精度(测量精度)的概念，必须包括在所谓的标称精度(额定精度)或仪器规格所保证的不精度范围内。
计量确认是对测量仪器在一段时间内保持测量过程所要求的精度和不确定度特性的验证。
有时，对于一些常见类型的仪器(如仪表、电阻温度计、热电偶等)，这种不精密的概念也被称为精度或精度等级，根据国际参考词汇ISO-IMV和IEC-IEV:“阶级的测量仪器或测量系统符合规定的计量要求，旨在保持测量误差或仪器测量不确定度在规定的操作条件下，在规定的范围内”(即，测量的精度必须小于额定精度:参见图1)。
图1 -测量精度概念的范例
测量的不确定性
测量仪器的测量不确定度是一个新概念，它不仅考虑在校准过程中发现的误差或偏差，还考虑其指示的分辨率以及校准所使用的测量标准本身的不确定度。
测量不确定度指的是:
- 根据ISO-IMV(国际标准。计量词汇):的非负参数量的值被归因于被测变量，根据所使用的信息”;
- 根据ISO-GUM(测量不确定度指南):“估计的结果，它决定了测量值的真实值所处的场的振幅，通常具有给定的概率，即具有确定的置信度”。
从上述定义中，我们可以推导出测量不确定度的两个基本概念:
- 不确定度是估计的结果，根据以下两种类型进行评估:
- 类别:当评估是通过统计方法完成的，也就是通过一系列重复的观察或测量。
- B组:当使用统计以外的方法进行评估时，即使用可以在手册、目录、规范等中找到的数据。
2.估计的不确定度必须以一定的概率给出，通常用以下三种表达式表示(参见表1):
- 标准不确定度u:在68%的概率或置信水平上(准确地说是68.27%)。
- 综合不确定度(uc):测量的标准不确定度:当估计结果是通过不同量的值得到时，测量的标准不确定度对应于与测量过程有关的各种量的标准不确定度的正交和。
- 扩展不确定度(U):95%概率或置信水平(正好95.45%)的不确定性，或2个标准差，假设是正态或高斯概率分布。
标准不确定度u(x)(一) 测量结果的不确定度，表示为标准偏差u(x)ºs(x) A类评估(不确定度) 用一系列观测数据的统计分析评估不确定度的方法 B类评估(不确定度) 用一系列观测数据的统计分析以外的方法评估不确定度的方法 综合标准不确定度uc(x) 测量结果的标准不确定度:当测量结果由许多其他量的值获得时，该结果等于项和的正平方根，项是这些其他量的方差或协方差，根据测量结果随这些量的变化而变化进行加权 覆盖系数k 数值因子用作组合标准不确定度的乘数，以获得扩展的不确定度(通常概率@ 95%为2，概率@ 99%为3) 扩展不确定度U(y) = k。uc(y)(b) 定义测量结果的区间的数量，该区间可能包含可合理地归因于被测量对象的值分布的很大一部分(通常由综合标准不确定度乘以覆盖因子k = 2得到，即覆盖概率为95%) |
(a)标准不确定度u (y)，即均方偏差s (x)，如果实验中没有被正态分布或高斯分布检测到，可以使用以下关系计算: u(x) = a/Ö3，为矩形分布，变化幅度为±a，如指示误差 u(x) = a/Ö6，对于三角形分布，变化幅度为±a，例如插值误差 (b)除非另有规定，扩展测量不确定度U (y)应理解为由覆盖因子2构成的不确定度(即95%概率水平)提供或计算得出。 |
表1-与ISO-GUM测量不确定度相关的主要术语和定义
计量确认
计量确认是确认计量仪器(或设备)保持正常运转的例行验证和控制操作精度和不确定性特征随时间变化的测量过程所需要的。
我们所说的计量确认是指根据ISO 10012(计量管理体系):实现计量确认和测量过程持续控制所必需的一组相互关联或相互作用的要素。一般包括:
- 仪器校准与检定;
- 任何必要的调整和相应的新校准;
- 与设备预期用途的计量要求进行比较;
- 成功的积极计量确认的标识。
计量确认必须通过测量管理系统来保证，该系统主要包括表1所示的各个阶段。
| 正常的阶段 | 调整时的阶段 | 阶段，以防无法调整 |
| 0.设备调度 | ||
| 1.校准的识别需求 | ||
| 2.设备校准 | ||
| 3.草拟校准文件 | ||
| 4.校准标识 | ||
| 5.有计量要求。 | ||
| 6.符合计量要求。 | 6个。调整或修理 | 6 b。调整是不可能的 |
| 7.起草文件确认 | 7个。复习间隔确认 | 7 b。消极的验证 |
| 8.确认状态识别 | 8个。再校正阶段(2至8) | 8 b。身份识别状态 |
| 9.满足需要的 | 9个。满足需要的 | 9 b。需求未得到满足 |
表1 -计量确认的主要阶段(ISO 10012)
表1列出了计量确认的三种可能途径:
- 左路径，通常满足计量确认的积极结果，无需对确认到6级的仪器进行任何调整;
- 第一个左路径，然后中间路径，从阶段6a到阶段9a，当仪器在确认时正调整或修复，其重新校准满足确认时:因此，在这种情况下，只需要缩短确认间隔;
- 从阶段6b到阶段9b，左边第一个路径，然后是右边的路径，如果确认时对仪器进行负调或修复，不满足确认的结果:因此仪器必须降级或异化。
计量确认通常可以通过两种方式完成和实现:
最大消除误差(MRE)与最大容忍误差(MTE)的比较，即:
Mre <= mte
比较Max。缓解不确定性(MRU)与容忍不确定性(MTU)，即:
Mru <= mtu
参考以前的文章，并考虑到关于校准的文章，涉及从压力计的误差和不确定度方面评估校准结果，分别等于:
- MRE:±05 bar
- MRU: 066巴
如果最大误差和容忍不确定度均为0.05 bar，则压力计按照MRE进行评估是合规的，而按照MRU进行评估则不合规，因此应遵循表1的路径2或路径3;如果不达标，评级就会降低。
仪器校准
仪器校准是在规定的条件下，获得被测量物的值与仪器校准中相应的输出指示之间的关系的操作。
我们所说的校准是指:
- 根据ISO-IMV(国际计量词汇):的操作，该操作在特定条件下，在第一步中建立了与量的值与测量的不确定性所提供的测量标准和相应的迹象与相关的测量不确定度，并在第二步中使用该信息建立关系，以获得测量结果从一个迹象来看"；
- 或者我们可以从前面的例子中推导出下面的实际例子:在规定条件下，为使被测量与仪器的相应输出值之间建立关系而进行的操作。
校准不应与调整相混淆，这意味着:上执行的一组操作测量系统所以它提供了规定迹象对应于给定值的数量待测(ISO-IMV)。
因此，调整通常是校准前的初步操作，或在发现测量仪器失校准时的下一次操作。
对于有迟滞现象的仪器(如压力计)，应在3或5个等距测量点上进行校正，以增加(或减少)值:
图1给出了校准设置，而表1给出了校准结果。
图1 -压力计的校准装置
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 表1 -校准结果 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
从表1所示的校准结果，可以得到压力计(或压力表)的计量特性如下:
- 测量精度:即最大正负误差:±0.05 bar
- 测量的不确定性:或考虑与校准相关的各种因素的仪器不确定度，即:
我裁判参考标准0.01 bar的不确定度(假定)
E马克斯最大测量误差减轻0.05 bar
Eres压力计分辨率误差0.05 bar
组合不确定度uc可由以下关系推导出:
然后是扩展不确定性(U)， 95%置信水平(即2个标准差):
注意:
显然，压力计的测量不确定度(通常称为仪器不确定度)总是高于测量精度(因为它在校准时还考虑了仪器分辨率的误差和校准过程中使用的参考标准的不确定度)。
本文介绍了标准化的模拟气动信号(20至100 kPa)和电信号(4至20 mA)，以及创新的模拟和数字混合信号HART(高速公路可寻址远程传感器)和当前数字通信协议(通常称为BUS)的最新技术。
控制信号:模拟，混合，数字
模拟控制信号
传统最常用的传输信号类型:
- 直流信号(表1):用于远距离(即现场)仪器之间的连接
- 直接电压信号(表2):用于仪器之间的短距离连接(即在控制室)
| 下限(马) | 上限(马) |
| 4 0 |
20. 20. |
| (1)优先信号 | |
表1-直流标准化信号
| 下限 (V) |
上限 (V) |
请注意 |
| 1 - 10 |
5 5 10 + 10 |
(1) (1) (1) (2) |
(1)可由归一化电流信号直接推导出的电压信号 (2)能表示双极物理量的电压信号 |
||
表2-标准化直压信号(IEC 60381-2)
在测量范围(真零)开始时，变量的信号与0(活零)不同，用于电气仪器为仪器供电，通常用于突出连接损失(如气动仪器)。
此外，考虑到它们的特性，电流信号用于现场仪器，而电压信号用于技术和控制室仪器。
最后，电流信号相对于电压信号的优点是不受长度的影响，因此至少在某些阻值的连接线阻抗，如图1所示。
图1 -根据连接电阻，现场仪表工作区域的限制示例ω到电源电压V
关键:
- Vdc =实际电源电压，单位为伏特
- Vmax=最大供电电压，本例中为30v
- Vmin=最小供电电压，本例中为10v
- RL = Max。实际供电电压下负载电阻(欧姆):
- RL <= (Vdc - 10) / 0,02(在图1中报告的示例中)
混合控制信号
混合信号，即模拟-数字协议类型，由制造商联盟“事实上”标准化为:
HART(高速公路可寻址远程传感器)，精确地叠加到模拟归一化信号(4 20 mA)，根据标准贝尔202频率调制的数字信号，振幅为+/- 0.5 mA，频率见表3，由于叠加信号的高频，增加的能量几乎为零，因此这种调制不会对模拟信号造成任何干扰。
注意:记住，操作HART协议需要在输出电路中有250欧姆的电阻!
表3 -信号标准化BELL 202的HART协议
数字控制信号
数字信号在20世纪90年代末由国际标准IEC 61158现场总线协议标准化，但仍然没有得到广泛应用，因为它标准化了多达8个通信协议，并且每个数字协议基本上具有以下特征(见表4):
- 传输编码:序文，帧开始，帧的传输，帧的结束，传输奇偶校验等。
- 访问网络:概率性、确定性等。
- 网络管理:主从、生产者-消费者等。
| 协议 IEC 61158 |
协议 名字 |
请注意 |
| 1 2 3. 4 5 6 7 8 |
标准IEC ControlNet 现场总线 P-Net 现场总线基金会 SwiftNet WorldFip 旁路母线 |
(1) |
| (1)协议最初设计为唯一标准协议IEC | ||
表4 -国际标准IEC 61158规定的标准化协议
最后，图2显示了测量信号从“现场”经过“技术室”到达“控制室”的地理路径，在“技术室”进行分选(也称为“编组”)，并将电流信号转换为电压信号，用于控制器(DCS:分布式控制系统)，然后通过“控制室”的数字信号流用于操作站和视频(HMI: Human Machine Interface)。
图2 -测量链从现场到控制室的典型路径
仪表电源
- 气动仪表:气动仪表140±10kpa(1.4±0.1 bar)(有时仍使用英文单位的标准化气动电源:20psi，对应≈1.4 bar)
- 用于电气仪表:连续电压:24v dc用于现场仪表，交流电压:220v ac用于控制和技术室仪表
测量和调节链中各种仪器之间的连接和传输信号由IEC(国际电工委员会)标准化:
- 气动信号(IEC 60382): 20 ~ 100kpa (0.2 ~ 1.0 bar)(有时标准化信号仍以英文单位表示:3 ~ 15psi，≈0.21 ~ 1.03 bar)
- 电子讯号(iec60382):
作者简介
作者:Dott。教授。亚历桑德罗·布鲁内利-仪器仪表，自动化和工业工厂安全教授
意大利共和国荣誉骑士(OMRI N. 9826 Serie VI)
作者:仪表手册(适用于资讯科技):
- 第一部分:阐述了工业仪表的一般概念、计量仪表的符号、术语和校准、仪表在正常应用和有爆炸危险的情况下的功能和应用条件，以及主要指令(ATEX、EMC、LVD、MID、PED);
- 第2部分:本书的这一部分涉及测量物理量的仪器:压力，液位，流速，温度，湿度，粘度，质量密度，力和振动，化学量:pH值，氧化还原，电导率，浑浊度，爆发力，气相色谱和光谱仪，处理测量原理，参考标准，实际执行，以及每种尺寸的应用优点和缺点;
- 第3部分:阐述了控制、调节阀和安全阀，然后是前馈、比例、级联、覆盖、分割范围、间隙控制、变量解耦中的反馈和坐标中的简单调节技术，然后是用于连续过程的分布式控制系统(DCS)，用于不连续过程的可编程逻辑控制器(PLC)和通信协议(BUS)，最后是与系统安全系统有关的方面。从操作报警到火灾和燃气系统，到ESD停止系统，最后到仪表安全系统(SIS)，包括安全完整性等级(SIL)的图形和分析确定以及一些实际示例。
下载可追溯性和校准手册
您可以通过点击以下链接下载“仪器仪表手册”(Brunelli, 2018-2019)的摘录:
欧盟的起源
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