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仪表规范 为 新的流程或是改进过的流程选择相应的设备是一件很困难的事情，特别是当这个流程包括不熟悉的领域时。例如一个人有流量或压力测量的经验，也许会认为温度传感器比较棘手。当面临一个新的应用领域时，该如何着手完成这个流程呢？
选择设备的开始就是对流程和受控对象的仔细分析。每一个测量点都必须有一个用途。在较大的控制计划中，如果这个用途是模糊的，就很容易导致错误的设备选型。太精确的设备浪费资金，而太简单的设备又不能提供足够准确的信息，有时甚至是错误的信息。仔细研究流程图的每一个点，然后分别问如下问题：
■ 测量变量和相应的单位是什么？（压力、温度等等）。
■ 当此流程正常工作时，它的工作区间是什么？如果这个流程是全新的或者是尚处设计阶段，这个问题就比它听起来要难回答得多。
■ 当系统处于故障状态时，它的非正常工作区间是什么？为了保护系统中的设备不被损坏，这些设备的工作区间需要被扩展到什么范围？为了防止工作流程出现的异常峰值损坏设备，就需要提供高等级的保护措施，而这样却降低了精度等级。
■ 测量值的精度要求有多高？因为这一点对于设备的成本有 很大影响。
■ 单位除了是一种表示方法，是否还有其他功能？
AmeriChem System公司的系统集成工程师Greg Ferro说：“你的流程很少会运行于极端条件下。它们通常只有很窄的工作区间，你只要选择可以满足这个区间的设备就可以了。当然，有时候工程师们不能预测实际的工作情况，而且这种不可预测性比大家认为的要高。如果客户要求设计一个可以每分钟可以处理80加仑的系统，而你却发现系统实际上只需要每分钟处理8加仑，这时你就有麻烦了。”选择合适的工作区间和精度一样重要，实际上，这两者是直接相关的。精度通常表示成满量程的百分比或者测量比。工作于极端状态下的代价是牺牲了精度，所以明确制造商对最优工作区间的定义是很重要的。容量工具条就显示了最优工作区间。
PID工具条图示了一个简单的流程图和它所支持的设备。我们可以把标题进一步细化，考虑每个设备的安装和用途。一旦每个设备的用途和功能参数被确定了，下一步要做的就是选择一个具体的制造商和产品型号。
如何表述精度
当一台设备参与测量时，它提供的是一个近似值，因为设备不可能绝对精确。在测得值和理想值之间总存在着某种因素引起的差异。在实际应用中，工程师的目的是减小这种差异，使之在过程上下文中可以被忽略。测得值和理想值之间的差异程度就是精度等级。在容差上下限之间的区域就是误差区间。
根据仪器、系统与自动化学会（ISA），有5种方法来表述精度等级：
1. 用被测变量本身来表示。如100psi±2psi。
2. 测量区间或量程的百分比。0-500psi压力即±1%的量程，在整个测量范围内的任何一个点都具有±5psi的误差区间。
3. 测量区间上限值的百分比。（当测量区间下限为0，这个值和第二条的值时相同的。）
4. 测量跨度的百分比，使用于测量下限不为0的情况，例如：一种温度传感器：100-200℃的精度等级。
5. 实际测得值的百分比：0-100psi压力定额为实际测得值的1%。（意思就是在测得值为10时精度为±0.1，但是当测得值为100时精度就是±1。这说明越低的测得值具有越高的精度，但是这种情况较少发生。）
大多数设备使用方法1、2、3、4或几种方法的结合，并把精度与测量区间或测量上限联系起来。实际上对于所有种类的设备，测量区间都以某种形式与精度联系着。
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过程仪表举例
这个简单的化学品混合流程图解释了设备选型的基本原则。在此，水被加入到化学试剂中，得到稀释的最终产品。过程条件的改变要求混合比在很窄的区域内变化。所有的流量和压力变送器把测得值转换后传送给PLC，大多数的仪器都会即时显示测得值。
试剂流经一个泵、一个止回阀，到一个电动-气动控制阀。液体经过电磁流量计，为了保证流体畅通和测量的高精度，液体还需再流经混合点前的压力变送器。
水先流过一个过滤器，一个差分压力传感器跨接在过滤器两端，用于监控过滤器的状态。如果差分读数超过设定值，报警限就会被触发，说明此时过滤器处的残留物过多。在流过了止回阀和泵之后，一个控制阀会调节流量，以保持试剂的比例。在控制阀后面有一个压力变送器和涡旋流量计，用来测量吞吐量。对于这个不是很关键的测量点，简单且便宜的斡旋传感器足够了。
在两种成分混合之后，一个压力变送器会监控静态搅拌器之前的混合溶液。在混合液流到存储罐之前，使用一个孔盘和差分压力变送器来测量最终体积。两条供料管道被检验，来确保最终体积的正确性。所有这些因素都由PLC联系起来，然后再调节控制阀，保证体积和稀释比。
一种尺度不能满足所有需要
既然测量范围和精度联系如此地紧密，选择一个具有适当的测量范围的设备就如同选择正确的精度等级一样重要。工厂的工程师们有一个默许的规则，压力或者其他设备的测量区间应该按照如下原则选择，即使正常工作的测得值是满量程的2/3。虽然这种说法缘自机械设备、模拟设备时代，它仍是一种不错的建议。
设备的表现很少是完美的线性。线性度用来表示实际测量曲线与直线的近似程度。在传感器或仪表的测量区间内有些部分的线性度要比其他部分好，特别是在曲线的下部严重失准。因此，一些生产厂家使用测量上限处的测量比来描述精度（测量比=最大测量值/最小测量值）。例如，精度可以表示成测量上限的百分比，如4：1的测量比。这表示精度等级只在测量区间的上3/4部分适用，下部的1/4部分有不同的误差率，一般是更高的误差率。其他类型的设备有自己的特点，不适用于上述的方法来表述精度等级，通常这些设备对一系列与传感技术、传感设备和变送器相关的变量进行计算，来表示精度等级。过程和环境因素也可以被计算在内。一般来说，这种设备具有很高的精度，这种设备的选型要经过很仔细的分析，并且这些设备都是应用于特殊场合 的。
由于设备供应商都努力地把产品包装地更好，他们都会随机赠送系列产品的说明书。当每个供应商采用不同的技术时，在描述性能时就会给相同的说法赋予不同的意思，或者把相关的因素分离开来，很多这种不一致性出现在说明书中。《工业流体测量》第三版的作者David W. Spitzer说：“回顾60个供应商提供的非接触式液位计的技术资料，我发现对于表述精度有大约30种变量”。
Spitzer说：“我们经常要处理一些错误的省略，因为供应商可能不会告诉你所有的事情，或者说他们不能同时告诉你所有的事情。例如，一个流量计的精度是±0.5%，也许它还具有1000：1的测量比。而供应商不能告诉你的是这两个参数不能同时成立。进一步的研究现实±0.5%的精确度只出现于测量比大约是25：1的时候，而1000：1的测量比的时候的精度是4%。”
其他的因素会如何作用？
精度会受环境或过程条件影响。例如，在一特定温度下，流量计非常精确。如果流体温度或者环境温度变化了，虽然流体还是原来的流体，但输出值可能会偏离。更严重的情况，这种偏离可能会超出设备允许的误差区间。精密的仪器通常设计成可以监控这些外部的影响并可以自动矫正关键变量。
仔细研究供应商的技术说明书，可能得到这些外部影响的矫正因数，或者至少知道所谓的精度是基于某些特定理想条件下的。如果这些信息不明确，最好询问供应商。
设备选型
一旦流程的需求如功能、精度和测量范围等信息明确规定之后，就可以开始选择供应商和并列表。不采取选择卖主的方法，而采取排除法。
ABB Instrumentation公司的市场交流部经理Robert Mapleston经常看到这种情况。他说：“销售人员仍旧很重要。客户喜欢做初级调研，你需要仔放上发布信息，以便客户能在打电话之前做好准备工作。然后他们会打电话说‘我想要在项目中使用这种压力表。’”
所有领域和所有价格区间的设备质量都有了提高。这使选择工作免除对精度、功能性和可靠性等的繁琐的分析。ABB公司的Mapleston说：“市场和15年前大不一样。那时只考虑特点和性能。现在的技术起点差异不大，客户开始寻求不同的东西。他们中大多数只有少量的维护人员，所以维护决定了他们的选择。他们想怎样完成选型？他们希望设备具有更强的鲁棒性、维护更简便、便于设置，当然，低价格也要考虑。”
Moore Industries的销售和市场副总裁Scott Saunders提出了一种谨慎的意见：“确实制造工艺和元件来源都很稳定，但是你需要做长远考虑。一些低价格的传感器和变送器已经开始失准和不稳定，他们不会一直有效。”
除了长期性能，对于一些不怎么精密的仪器，Saunders也看到了防护上的差别。“如果工人在一支滤波性能不好的热电偶变送器旁边使用步话机，就会产生无线电频率干扰，导致系统产生温度尖峰，进而跳闸警报，停止运行。”
考虑到设备之间的相互依赖和设备网络，谨记整个系统是很重要的。艾默生过程管理公司的Rosemount分部产品经理Natalie Strehlke问道：“你不得不明确这个应用到底有多关键，什么是你将要测量的？”
“作为公司，我们的焦点从产品转移到了应用上。客户要的不只是一个过程变量，他们要的是控制整个工厂。他们问我们:‘这些设备还可以做其他什么事么？’ 客户要求性能，确实如此，但同样要求可靠性和稳定性。可靠性表示我需要花多少时间进行维护。稳定性表示我不用经常进行校准。”
测量范围和精度：
哪个更重要？
你的工作是测量管子里的液体压力，例如40psi。你有两个不同区间的压力表：
表1：0-300psi，3A等级（±0.25%的量程）
表2：0-100psi，2A等级（±0.5%的量程）
第一块表比较好，因为他比第二块精确2倍，对么？是的，确实是这样，但是在如下的情况下就不是这样的了。表1在任何一个点可以达到±0.75psi（300的0.25%）而表2可以在任何一个点达到±0.50psi（100的0.5%）。当利用整个区间中精度较高的部分时，一块低精度等级的表会比一块高精度等级的表还要精确。  选型的关键是所选设备的工作区间与实际工作压力越接近越好，同时也要考虑到对瞬时尖峰值得保护。只要你能保证瞬时尖峰值不会超过仪表的上限，一块0-50psi 2A等级的表就可以提供更精确的测量值。
测量的精确度本身只是选型的一个因素，在这个例子中，测量区间也同样重要。
哪些特征比较重 要？
如果对于大多数客户来说，精度已经达到要求了，那么在诸多备选者中应该考虑哪些要点呢？
■ 功能性——除了提供过程变量，设备还能做什么？
■ 编程的简便性——你的操作人员是否可以适应这个系统，抑或他们需要额外的培训。
■ 联网的可扩展性——这台设备或许满足了今天的需要，但是否计划将来升级为现场总线系统或DCS系统？
■ 自诊断功能——除了提供过程变量，这台设备可以的两什么环境参数？你需要什么样的报错信息或自身状态监控？
■ 稳定性——多久这台设备需要被校准？你现在的设备是否是机械式的或是模拟式的？如果是的话，你可能会经常校准。工厂进行过校准的设备可以直接启用，在下次校准之前可以工作很多年。这降低了维护成本。
■ 可靠性——一台设备的维护是否频繁？设备安装的位置是否容易到达，并进行维护，或者不容易到达，或者安装的位置很危险？低初期投资是否值得对不可靠设备进行改造？不依靠自身的经验而得到可观信息是很难的。
■ 可扩展性——为了升级了你的现场总线和网络系统，你需要更换设备么？许多供应商提供了组件化设计，可以随着需求的改变进行升级。
■ 工厂使用经验——你正在使用什么产品？使用的效果是否良好？如果你和某个生产商有过接触，和销售人员打过交道或者有他们的产品。至少，你已经有了值得维护的投资。
Saunders说：“对于设备卖主的最好的褒奖就是对他们说‘我们安装了你们的传感器而且我们不用为它担心。”
翻译：辛磊夫
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