选择没有感官过载的仪器

一目了然 分析你的过程 了解准确度等级 供应商的可比性 功能选项 栏: 样品过程仪表 射程vs准确性:哪个更重要?

为一个新的或修改后的过程选择工具可能是令人生畏的，特别是当它涉及到不熟悉的领域时。在测量流量或压力方面有经验的人可能会发现温度传感器是一个挑战。当面对一个新的情况时，一个人应该如何开始这个过程?

选择仪器首先要仔细分析过程和控制目标。在更大的控制方案中，每个测量点都必须有一个目的。如果这个目的不明确，就很容易选择错误的设备类型。过于复杂的设备只会浪费金钱，而过于简单的设备可能会提供不充分甚至错误的信息。逐点浏览流程图，并在每个环节提出以下问题:

•什么是变量和相关的度量单位?(压力、温度等)

•流程正常工作时的正常工作范围是什么?如果流程是新的，或者仍处于设计阶段，那么这个问题可能比听起来更难回答。

•在异常状态下，系统可以看到的异常范围是什么?为了保护自己，这些工具的范围必须扩大多少?需要提供高水平的保护，以防止尖峰将降低准确的能力。

•测量必须有多精确?这一点值得特别考虑，因为它对设备的成本有重大影响。

•除了提供读数外，该装置还应发挥哪些功能?

AmeriChem Systems的系统集成商Greg Ferro说:“你很少有一个极端运行的过程。“他们通常有一个狭窄的操作范围，你选择合适的设备。当然，有时候工程师无法预测现实世界会是什么样子。这种事发生的频率比你想象的要高。如果客户要求设计一个每分钟处理80加仑的系统，然后你发现他们实际上只能运行8加仑，那么你就有问题了。”为仪器选择合适的量程与精度一样重要，因为两者实际上总是直接相关的。准确度通常表示为全量程的百分比或关降比。在天平的任何一个极端操作都会牺牲精度，因此了解制造商如何定义最佳范围非常重要。压力表侧栏说明了这一点。

PID侧栏演示了一个简单的流程图及其支持工具。标题更详细地说明了每一个的位置和目的。一旦设定了每个设备的用途和功能参数，下一步就是选择特定的制造商和型号。

如何表达准确性

当一种仪器提供测量时，它只是一个近似值，因为没有一种仪器是绝对准确的。在读数和理想值之间总会有一些误差。作为一个实际问题，工程师的目标是减少这种错误，使其在过程上下文中可以忽略不计。读数与理想值之间的偏差程度就是准确度等级。落在公差上限和下限之间的范围是误差带。

根据仪表、系统和自动化协会(ISA)的说法，有五种表达精度等级的方法:

1. 仅就测量变量而言，例如100 psi，

2. 量程或刻度的百分比:0- 500psi的量规

3. 上限值的百分比。(与no相同。如果刻度从0开始，则为2。)

4. 刻度长度的百分比，用于刻度不从0开始的地方，如温度传感器:100-200°C。

5. 实际输出读数的百分比:0-100 psi压力表额定为实际读数的1%。(这意味着在10点，它只能是

大多数仪器使用方法2、3或4，或一些组合，并表示相对于范围或上限的精度。对于几乎所有类型的仪器，量程都以这样或那样的方式与精度联系在一起。

• 一种方式不适合所有人

由于射程和精度密切相关，因此选择合适的射程装置与正确的精度评级一样重要。工厂工程师有一个长期存在的经验法则，那就是仪表和其他仪器的刻度应该是正常工作读数的三分之二左右。虽然这可以追溯到机械模拟设备的时代，但它仍然是一个很好的建议。

仪器很少是完全线性的。线性度的定义是实际测量曲线与指定直线的接近程度。在传感器或设备的测量范围中，有些区域比其他区域更好，通常会在低端失去精度。因此，一些制造商描述精度方面的一个降档比，从上限。例如，精度可以表示为4:1的降档比上限值的百分比。这意味着准确度等级只适用于量表的上四分之三。最低象限将有一个不同的，可能更高的错误率。

其他类型的仪器仪表具有特殊的特性，不属于这些方法中的任何一种，而是基于与传感技术、传感器设备和变送器的特定组合相关的一系列变量来计算值。过程和环境因素都可能涉及。一般来说，这些仪器的精度非常高，它们的选择需要对特定应用进行仔细的分析和咨询。

由于仪器供应商努力使他们的产品出现在最好的光线下，他们倾向于用恭维特定型号或系列的术语来说明规格。当每个供应商使用不同的术语来指定性能，对相同的术语应用不同的含义，或断开相关因素时，这会使人感到困惑。根据“工业流量测量，第三版”(ISA)的作者David W. Spitzer的说法，许多这样的不一致都出现在规范表示中。他说:“在查阅了约60家非接触式液位测量设备供应商的技术数据后，我发现了大约30种不同的准确度描述。”

“我们经常不得不处理遗漏的错误，因为供应商可能不会告诉你所有的事情，或者他们可能不会同时告诉你所有的事情。例如，流量计的精度可能是正负0.5%。它也可能有1000:1的比例。“供应商没有告诉你的是，”斯皮策说，“仪器不能同时做这两件事。进一步的调查将揭示，正负0.5%仅适用于可能为25:1的拒绝比。另一种精度要求适用于流量的4%以下。

还有什么因素很重要?

精度会受到环境或工艺条件的影响。例如，流量计在特定温度下是最精确的。如果工艺流体的温度或环境条件发生变化，即使流量相同，输出也可能偏离。在最坏的情况下，这种变化可能大于设备的允许误差范围。复杂的设备通常被设计用来监测这些外部影响并自动纠正关键变量。

仔细检查供应商的技术规范可能会为这种外部影响提供校正因素，或者至少承认准确性是基于一定的理想条件。如果不清楚，最好问一下。

仪器的选择

一旦工艺需求明确定义了功能、精度和范围，就该选择特定的供应商和产品了。在没有指示选择一个供应商的情况下，从头开始可能是一项艰巨的任务。

ABB仪表公司市场沟通经理Robert Mapleston经常看到这种情况。“销售人员仍然非常重要，”他指出。“客户喜欢做初步调查，所以你必须在网上提供信息，这样他们才能在打电话之前做足功课。然后他们会和一个代表说，‘我正在考虑在这个应用中使用这种压力表。’”

在所有领域和价格范围内，仪器质量都有所提高。这使得选择过程从对准确性的吹毛求疵转向了对功能和可靠性的关注。ABB的Mapleston指出:“市场与15年前相比已经发生了变化。那时候，一切都是关于功能和性能。现在竞争环境更加公平了，人们在寻找不同的东西。大多数公司的维修人员较少，这影响了他们的思维。他们怎样才能完成工作呢?他们想要更坚固的东西。易于维护。更容易配置。 And, of course, low cost.”

Moore Industries的销售和营销副总裁Scott Saunders发出了警告:“的确，现在可用的制造技术和组件更加一致。但你必须从长远来看。一些低成本的传感器和发射机开始漂移并失去可重复性。久而久之就站不住脚了。”

除了长期表现，桑德斯还看到了不那么复杂的保护功能的影响。“工作人员使用对讲机靠近过滤不良的热电偶发射器可能会产生RFI，系统将其读取为温度峰值。它可以触发警报并关闭该过程。”

考虑到相互依赖和仪器联网的程度，记住整个过程是很重要的。“你必须明白这个应用程序有多重要。你想测量什么?艾默生过程管理Rosemount分部产品经理Natalie Strehlke问道。

“作为一家公司，我们的重点已经从产品转向了应用。客户不只是想要一个过程变量，而是想要控制整个工厂。他们问我们，‘这个东西还能做什么?客户需要性能，是的，但也需要可靠性和稳定性。可靠性表示我需要花费多少维护时间。稳定性意味着我不需要频繁地去重新校准。”

哪些特性是重要的?

如果当前仪器可用的精度大于大多数过程所需的精度，那么哪些点应该有助于区分竞争对手?

•功能——除了提供过程变量之外，设备还能做什么?

易于编程-您的操作人员是否可以使用该系统，或者他们是否需要额外的培训?

•网络灵活性-该设备可能适合今天，但是否有升级现场总线或DCS的计划?

•自诊断程序-除了给定的过程变量外，该设备还应该能够测量哪些条件?您想要什么样的错误消息或自状态监视?

•稳定性-设备多久需要校准一次?你们目前设计的仪器是否基于机械和模拟设备?如果是这样，你可能校准得太频繁了。工厂校准的设备可以立即投入使用，并且可以在需要重新检查之前运行数年。这降低了维护成本。

•可靠性——特定设备的维护强度如何?它是否容易到达和服务，还是在一个困难或危险的地方?低初始成本值得花时间去处理一个不可靠的仪器吗?你很难获得自己经验之外的客观信息。

•可扩展性-如果您更新现场总线或网络系统，您是否需要更换设备?许多制造商提供模块化设计，允许根据需求变化进行升级。

•工厂内体验-您已经在使用哪些产品?你的经历是积极的吗?如果你与某个特定的制造商有过合作，你就已经知道它的特点，与销售人员有关系，并且有现成的零件。底线是，你已经有了一项值得维护的投资。

Saunders说:“作为一个仪器供应商，你能得到的最好的赞美是当客户说，‘我把你的传感器装进去了，我不用担心它们。’”

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样品过程仪表

这个简单的化学混合过程说明了仪器选择的基本术语。在这种方法中，将水加入到化学试剂中，以产生稍微稀释的最终产品。不断变化的工艺条件要求混合比在一个狭窄的范围内变化。所有的流量和压力传感器都将其读数传输到PLC，大多数仪器上都有显示器，可以立即读取。

P&ID是组织过程分析和仪器选择的有用方法。

试剂通过其中一个泵和一个止回阀移动到一个电动气动操作的控制阀。液体通过磁性流量计，选择它的畅通无阻的流动和高精度的压力传感器之前的混合点。

水首先通过一个过滤器。压差传感器横跨在过滤器上以监测其状况。如果差动读数超过一个特定的设定值，警报就会响起，向维护人员发出信号，表明它已经充满了碎片。在通过止回阀和泵后，控制阀调节水流以保持与试剂的所需比例。在控制阀之后，压力传感器和涡流流量计测量其流量。对于这个不太关键的测量点，涡传感器简单且价格低廉。

两种组分混合后，压力传感器就在静态混合器前面监测混合后的流。在进入储罐之前，使用孔板和差压传感器测量最终体积。该测量是针对两个进料流检查，以验证正确的最终体积。所有这些因素都通过PLC来调节控制阀，以达到所需的体积和稀释比。

射程vs准确性:哪个更重要?

你的任务是测量管道中的液体压力，通常是40 psi。这些规格有两种规格:

外表有时会骗人。确保你了解所有的规格说明。

压力表1:0- 300psi, 3A级(

压力表2:0-100 psi, 2A级(

第一个更好，因为它的准确率是原来的两倍，对吧?是的，这是真的，但在这种情况下，它对应用程序是错误的。表1可以

关键是选择一个范围尽可能接近典型操作压力的设备，同时仍然允许一些保护缓冲尖峰。如果您确定0-50 psi, 2A压力表不会受到超过其上限的压力峰值，则会给出更准确的读数。

精度测量本身只是选择方程的一个变量。在这个例子中，范围同样重要。

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