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儀表規范 為 新的流程或是改進過的流程選擇相應的設備是一件很困難的事情，特別是當這個流程包括不熟悉的領域時。例如一個人有流量或壓力測量的經驗，也許會認為溫度傳感器比較棘手。當面臨一個新的應用領域時，該如何著手完成這個流程呢？
選擇設備的開始就是對流程和受控對象的仔細分析。每一個測量點都必須有一個用途。在較大的控制計劃中，如果這個用途是模糊的，就很容易導致錯誤的設備選型。太精確的設備浪費資金，而太簡單的設備又不能提供足夠準確的信息，有時甚至是錯誤的信息。仔細研究流程圖的每一個點，然后分別問如下問題：
■ 測量變量和相應的單位是什么？（壓力、溫度等等）。
■ 當此流程正常工作時，它的工作區間是什么？如果這個流程是全新的或者是尚處設計階段，這個問題就比它聽起來要難回答得多。
■ 當系統處于故障狀態時，它的非正常工作區間是什么？為了保護系統中的設備不被損壞，這些設備的工作區間需要被擴展到什么范圍？為了防止工作流程出現的異常峰值損壞設備，就需要提供高等級的保護措施，而這樣卻降低了精度等級。
■ 測量值的精度要求有多高？因為這一點對于設備的成本有 很大影響。
■ 單位除了是一種表示方法，是否還有其他功能？
AmeriChem System公司的系統集成工程師Greg Ferro說：“你的流程很少會運行于極端條件下。它們通常只有很窄的工作區間，你只要選擇可以滿足這個區間的設備就可以了。當然，有時候工程師們不能預測實際的工作情況，而且這種不可預測性比大家認為的要高。如果客戶要求設計一個可以每分鐘可以處理80加侖的系統，而你卻發現系統實際上只需要每分鐘處理8加侖，這時你就有麻煩了。”選擇合適的工作區間和精度一樣重要，實際上，這兩者是直接相關的。精度通常表示成滿量程的百分比或者測量比。工作于極端狀態下的代價是犧牲了精度，所以明確制造商對最優工作區間的定義是很重要的。容量工具條就顯示了最優工作區間。
PID工具條圖示了一個簡單的流程圖和它所支持的設備。我們可以把標題進一步細化，考慮每個設備的安裝和用途。一旦每個設備的用途和功能參數被確定了，下一步要做的就是選擇一個具體的制造商和產品型號。
如何表述精度
當一臺設備參與測量時，它提供的是一個近似值，因為設備不可能絕對精確。在測得值和理想值之間總存在著某種因素引起的差異。在實際應用中，工程師的目的是減小這種差異，使之在過程上下文中可以被忽略。測得值和理想值之間的差異程度就是精度等級。在容差上下限之間的區域就是誤差區間。
根據儀器、系統與自動化學會（ISA），有5種方法來表述精度等級：
1. 用被測變量本身來表示。如100psi±2psi。
2. 測量區間或量程的百分比。0-500psi壓力即±1%的量程，在整個測量范圍內的任何一個點都具有±5psi的誤差區間。
3. 測量區間上限值的百分比。（當測量區間下限為0，這個值和第二條的值時相同的。）
4. 測量跨度的百分比，使用于測量下限不為0的情況，例如：一種溫度傳感器：100-200℃的精度等級。
5. 實際測得值的百分比：0-100psi壓力定額為實際測得值的1%。（意思就是在測得值為10時精度為±0.1，但是當測得值為100時精度就是±1。這說明越低的測得值具有越高的精度，但是這種情況較少發生。）
大多數設備使用方法1、2、3、4或幾種方法的結合，并把精度與測量區間或測量上限聯系起來。實際上對于所有種類的設備，測量區間都以某種形式與精度聯系著。
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過程儀表舉例
這個簡單的化學品混合流程圖解釋了設備選型的基本原則。在此，水被加入到化學試劑中，得到稀釋的最終產品。過程條件的改變要求混合比在很窄的區域內變化。所有的流量和壓力變送器把測得值轉換后傳送給PLC，大多數的儀器都會即時顯示測得值。
試劑流經一個泵、一個止回閥，到一個電動-氣動控制閥。液體經過電磁流量計，為了保證流體暢通和測量的高精度，液體還需再流經混合點前的壓力變送器。
水先流過一個過濾器，一個差分壓力傳感器跨接在過濾器兩端，用于監控過濾器的狀態。如果差分讀數超過設定值，報警限就會被觸發，說明此時過濾器處的殘留物過多。在流過了止回閥和泵之后，一個控制閥會調節流量，以保持試劑的比例。在控制閥后面有一個壓力變送器和渦旋流量計，用來測量吞吐量。對于這個不是很關鍵的測量點，簡單且便宜的斡旋傳感器足夠了。
在兩種成分混合之后，一個壓力變送器會監控靜態攪拌器之前的混合溶液。在混合液流到存儲罐之前，使用一個孔盤和差分壓力變送器來測量最終體積。兩條供料管道被檢驗，來確保最終體積的正確性。所有這些因素都由PLC聯系起來，然后再調節控制閥，保證體積和稀釋比。
一種尺度不能滿足所有需要
既然測量范圍和精度聯系如此地緊密，選擇一個具有適當的測量范圍的設備就如同選擇正確的精度等級一樣重要。工廠的工程師們有一個默許的規則，壓力或者其他設備的測量區間應該按照如下原則選擇，即使正常工作的測得值是滿量程的2/3。雖然這種說法緣自機械設備、模擬設備時代，它仍是一種不錯的建議。
設備的表現很少是完美的線性。線性度用來表示實際測量曲線與直線的近似程度。在傳感器或儀表的測量區間內有些部分的線性度要比其他部分好，特別是在曲線的下部嚴重失準。因此，一些生產廠家使用測量上限處的測量比來描述精度（測量比=最大測量值/最小測量值）。例如，精度可以表示成測量上限的百分比，如4：1的測量比。這表示精度等級只在測量區間的上3/4部分適用，下部的1/4部分有不同的誤差率，一般是更高的誤差率。其他類型的設備有自己的特點，不適用于上述的方法來表述精度等級，通常這些設備對一系列與傳感技術、傳感設備和變送器相關的變量進行計算，來表示精度等級。過程和環境因素也可以被計算在內。一般來說，這種設備具有很高的精度，這種設備的選型要經過很仔細的分析，并且這些設備都是應用于特殊場合 的。
由于設備供應商都努力地把產品包裝地更好，他們都會隨機贈送系列產品的說明書。當每個供應商采用不同的技術時，在描述性能時就會給相同的說法賦予不同的意思，或者把相關的因素分離開來，很多這種不一致性出現在說明書中?！豆I流體測量》第三版的作者David W. Spitzer說：“回顧60個供應商提供的非接觸式液位計的技術資料，我發現對于表述精度有大約30種變量”。
Spitzer說：“我們經常要處理一些錯誤的省略，因為供應商可能不會告訴你所有的事情，或者說他們不能同時告訴你所有的事情。例如，一個流量計的精度是±0.5%，也許它還具有1000：1的測量比。而供應商不能告訴你的是這兩個參數不能同時成立。進一步的研究現實±0.5%的精確度只出現于測量比大約是25：1的時候，而1000：1的測量比的時候的精度是4%。”
其他的因素會如何作用？
精度會受環境或過程條件影響。例如，在一特定溫度下，流量計非常精確。如果流體溫度或者環境溫度變化了，雖然流體還是原來的流體，但輸出值可能會偏離。更嚴重的情況，這種偏離可能會超出設備允許的誤差區間。精密的儀器通常設計成可以監控這些外部的影響并可以自動矯正關鍵變量。
仔細研究供應商的技術說明書，可能得到這些外部影響的矯正因數，或者至少知道所謂的精度是基于某些特定理想條件下的。如果這些信息不明確，最好詢問供應商。
設備選型
一旦流程的需求如功能、精度和測量范圍等信息明確規定之后，就可以開始選擇供應商和并列表。不采取選擇賣主的方法，而采取排除法。
ABB Instrumentation公司的市場交流部經理Robert Mapleston經?？吹竭@種情況。他說：“銷售人員仍舊很重要。客戶喜歡做初級調研，你需要仔放上發布信息，以便客戶能在打電話之前做好準備工作。然后他們會打電話說‘我想要在項目中使用這種壓力表。’”
所有領域和所有價格區間的設備質量都有了提高。這使選擇工作免除對精度、功能性和可靠性等的繁瑣的分析。ABB公司的Mapleston說：“市場和15年前大不一樣。那時只考慮特點和性能?，F在的技術起點差異不大，客戶開始尋求不同的東西。他們中大多數只有少量的維護人員，所以維護決定了他們的選擇。他們想怎樣完成選型？他們希望設備具有更強的魯棒性、維護更簡便、便于設置，當然，低價格也要考慮。”
Moore Industries的銷售和市場副總裁Scott Saunders提出了一種謹慎的意見：“確實制造工藝和元件來源都很穩定，但是你需要做長遠考慮。一些低價格的傳感器和變送器已經開始失準和不穩定，他們不會一直有效?！?br />
除了長期性能，對于一些不怎么精密的儀器，Saunders也看到了防護上的差別。“如果工人在一支濾波性能不好的熱電偶變送器旁邊使用步話機，就會產生無線電頻率干擾，導致系統產生溫度尖峰，進而跳閘警報，停止運行?！?br />
考慮到設備之間的相互依賴和設備網絡，謹記整個系統是很重要的。艾默生過程管理公司的Rosemount分部產品經理Natalie Strehlke問道：“你不得不明確這個應用到底有多關鍵，什么是你將要測量的？”
“作為公司，我們的焦點從產品轉移到了應用上?？蛻粢牟恢皇且粋€過程變量，他們要的是控制整個工廠。他們問我們:‘這些設備還可以做其他什么事么？’ 客戶要求性能，確實如此，但同樣要求可靠性和穩定性?？煽啃员硎疚倚枰ǘ嗌贂r間進行維護。穩定性表示我不用經常進行校準?！?br />
測量范圍和精度：
哪個更重要？
你的工作是測量管子里的液體壓力，例如40psi。你有兩個不同區間的壓力表：
表1：0-300psi，3A等級（±0.25%的量程）
表2：0-100psi，2A等級（±0.5%的量程）
第一塊表比較好，因為他比第二塊精確2倍，對么？是的，確實是這樣，但是在如下的情況下就不是這樣的了。表1在任何一個點可以達到±0.75psi（300的0.25%）而表2可以在任何一個點達到±0.50psi（100的0.5%）。當利用整個區間中精度較高的部分時，一塊低精度等級的表會比一塊高精度等級的表還要精確。 ![]() 選型的關鍵是所選設備的工作區間與實際工作壓力越接近越好，同時也要考慮到對瞬時尖峰值得保護。只要你能保證瞬時尖峰值不會超過儀表的上限，一塊0-50psi 2A等級的表就可以提供更精確的測量值。
測量的精確度本身只是選型的一個因素，在這個例子中，測量區間也同樣重要。
哪些特征比較重 要？
如果對于大多數客戶來說，精度已經達到要求了，那么在諸多備選者中應該考慮哪些要點呢？
■ 功能性——除了提供過程變量，設備還能做什么？
■ 編程的簡便性——你的操作人員是否可以適應這個系統，抑或他們需要額外的培訓。
■ 聯網的可擴展性——這臺設備或許滿足了今天的需要，但是否計劃將來升級為現場總線系統或DCS系統？
■ 自診斷功能——除了提供過程變量，這臺設備可以的兩什么環境參數？你需要什么樣的報錯信息或自身狀態監控？
■ 穩定性——多久這臺設備需要被校準？你現在的設備是否是機械式的或是模擬式的？如果是的話，你可能會經常校準。工廠進行過校準的設備可以直接啟用，在下次校準之前可以工作很多年。這降低了維護成本。
■ 可靠性——一臺設備的維護是否頻繁？設備安裝的位置是否容易到達，并進行維護，或者不容易到達，或者安裝的位置很危險？低初期投資是否值得對不可靠設備進行改造？不依靠自身的經驗而得到可觀信息是很難的。
■ 可擴展性——為了升級了你的現場總線和網絡系統，你需要更換設備么？許多供應商提供了組件化設計，可以隨著需求的改變進行升級。
■ 工廠使用經驗——你正在使用什么產品？使用的效果是否良好？如果你和某個生產商有過接觸，和銷售人員打過交道或者有他們的產品。至少，你已經有了值得維護的投資。
Saunders說：“對于設備賣主的最好的褒獎就是對他們說‘我們安裝了你們的傳感器而且我們不用為它擔心?！?
翻譯：辛磊夫
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