仪器仪表的基本概念及知识 仪器仪表技术指标

1.分析仪器的分类

分析仪器的种类繁多，用途各异。按照测量原理和分析方法，可以把分析仪器大略分为如下几类。

（1）电化学分析仪器

采用电位、电导、电流分析法的各种电化学分析仪器，如氧化锆氧分析仪器、燃料电池式氧分析仪器、电化学式有毒性气体检测器等。

（2）热学分析仪器

如热导式气体分析仪器、催化燃烧式可燃性气体检测器等

（3）光学分析仪器

包括采用吸收光谱法的红外线气体分析仪器、近红外光谱仪、激光气体分析仪器、紫外-可见分光光度计、紫外荧光法分析仪等。

（4）微量水分析仪器

大致有电解式微量水分析仪、电容式微量水分析仪、晶体震荡式微量水分析仪、冷镜式微量水分析仪等。

2.分析仪器基本参数解析

（1）测量范围

也称作量程，指两个极限值之间的区域，用所考虑的量的上、下极限值来表示。

量程的选择：仪表量程的选择必须目的明确，要根据现场具体情况及工艺要求来选择，提供给客户比较适合的量程。并不是越大越好，因为仪表的误差也是根据量程的变化而变化的。

一般我们的仪表误差为±2%F.S，即满量程的±2%；在跟客户的交流中要搞清楚客户的需求，尤其遇到一些不清楚情况的客户，总希望能够量程越大、精度越高越好，这个需要我们做工作来说服客户去选择比较适合的。同时，不同量程需要用到不同的传感器，比如：微量氧传感器一般测量0-1000ppm的氧气比较好，而常量氧则一般针对0.1%-80%之间浓度的氧气测量；高纯氧的量程一般选80-99.99%。

（2）准确度及等级

仪器的准确度也成为精确度，简称精度，是指仪器的指示值与被测量真值的一致程度。一般仪器的准确度等级为2级
在测量中，任何一种测量的精密程度高低都只能是相对的，皆不可能达到绝对精确，总会存在有各种原因导致的误差。为使测量结果准确可靠、尽量减少误差，提高测量精度．必须充分认识测量可能出现的误差，以便采取必要的措施来加以克服。通常在测量中有基本误差、补偿误差、绝对误差、相对误差、系统误差、随机误差、过失误差与抽样误差等。下面说明一下相对误差。

①绝对误差（absolute error）

绝对误差=测量结果-（约定）真值

②相对误差（relative error）

相对误差=绝对误差 / （约定）真值

相对误差用±%F.S表示，FS是英文full scale的缩写，±%F.S表示仪表满量程相对误差。

仪表满量程相对误差=绝对误差 / （测量上限-测量下限）*100%

（3）响应时间（response time）和分析滞后时间（lag time of analysis）

响应时间是表征仪器测量速度的快慢.通常定义为从被测量发生阶跃变化的舜时起，到仪器的指示达到两个稳态值之差的90%处所经过的时间。这一时间称为90%响应时间，用T90标注。

分析滞后时间等于“样品传输滞后时间”和“分析仪器响应时间”之和，即样品从工艺设备取出到得到分析结果这段时间。样品传输滞后时间包括取样、传输和预处理环节所需时间。

（4）稳定性：（stability）

稳定性是指在规定的工作条件下，输入保持不变，在规定时间内仪器示值保持不便的能力。分析仪器的稳定性可用噪声和漂移两个参数来表征。

噪声（noises）又称输出波动（output fluctuation），不是由被测组分的浓度或任何影响量变化引起的相对于平均输出的波动，或者说由于未知的偶然因素所引起的输出信号的随机波动。它干扰有用信号的检测。

漂移（drift）是指分析信号朝某个一定的方向缓慢变化的现象。漂移包括零点漂移、量程漂移、基线漂移。漂移表示系统误差的影响。

如：我们的仪表参数中提到的：“稳定性：零点漂移：±1.5%F.S/30d；量程漂移：±1.5%F.S/30d；”指的是仪表在连续工作30天零点漂移和量程点漂移小于满量程（F.S=full scale）的±1.5%。

为了提高仪器仪表的稳定性和重复性，通常通过自动标定、补偿校正等手段来实现。如：红外气体分析仪器中参比信号、热导传感器中的双臂电桥及在线成套分析系统中的自动标校等都是此手段。

（5）重复性：（repeatability）

又称重复性误差（repeatability error）。指相同的方法、相同的试样、在相同的条件下测得的一系列结果之间的偏差。相同的条件是指同一操作者、同一仪器、同一实验室和短暂的时间间隔。

（6）灵敏度：（sensitivity）

是指被测物质的含量或浓度改变一个单位时分析信号的变化量，表示仪器对被测定量变化的反应能力。

（7）分辨力：（resolution）

是指仪器区别相邻近信号的能力。通常用分辨率等表示，仪器的分辨率是可调的，仪器性能指标中给出的分辨率一般是该仪器的最高分辨率。分辨率越高，灵敏度越低。

3.单位换算

3.1压力单位换算表

3.2浓度单位ppm与mg/m3的换算

mg/m3=M/22.4 * ppm * [273/(273+T)] * （Ba/101325）

M----为气体分子量
ppm----测定的体积浓度值
T----温度
Ba----压力
22.4----20℃、101.325kPa下每摩尔气体的体积，L

4.我公司产品命名分类(GES-green sublimation)

（1）GES-O2氧量分析仪Oxygen （氧浓度测量）
（2）GES-DP露点分析仪Dew point（露点测量）
（3）GES-H2热导分析仪Hydrogen（测量组分+原理）
（4）GES-CO红外分析仪Carbon monoxide（测量组分+原理）
（5）报警器/手持设备 （报警器，检测仪，偏重于定性分析）
（6）绿能气体成套分析系统（无人值守在线监测系统） 在冬天，尤其北方的冬天，随着气温的降低，当被测介质通过测量管线传送到变送器时，常出现环境温度过低发生冻结、凝固、析出结晶等现象，因环境温度过低而超出所使用仪表的正常工作温度区间，直接影响到仪表测量显示的准确性。而压力、流量、液位、温度等各类仪表点，其测量介质多为液体，受低温的影响，更容易造成测量误差，严重者可能引发中毒、火灾、爆炸等安全事故。

所以每年一入冬，仪器仪表的防寒防冻工作显得尤为重要。 而一些大型的仪器仪表用户更是纷纷提早做好准备应对，比如电厂、石油、化工、水厂等都制定了适合于自己企业的仪表防寒防冻工作的制度，并对仪表的进行防冻、排污处理等等各个方面的工作。在这里北京恒泰丰科试验设备有限公司结合多年的生产实践经验，和大家一起探讨一下仪表用户如何进行冬季仪表防寒防冻工作。

要做好仪器仪表的防冻，我们认为产品的选型是一个关键，在前期安装仪表时，仪表用户就应该考虑仪表所在的工况条件，选带保温装置型仪表。根据仪表的类别用途及拟安装地理位置，提出该仪表的保温防冻需求，再提交与厂家来处理。

关于选型恒泰丰科提出以下建议：

1、信号远传仪表、显示表头要考虑耐环境温度要求，带隔离液要考虑隔离液耐环境温度要求。

2、质量流量计、金属转子流量计、电动靶式流量计、容积式流量计等一般不需要单独伴热。

3、首先，选型时一般考虑的是仪表的实用性与经济性，实用性是指维修方便、测量准确，经济性说白了就是便宜。二者要相互结合，不能只为了方便、免维护都选用质量流量计、金属转子、电靶等。因此我认为正确选型只是防冻防凝的一种措施。 安装仪表时应充分考虑仪表的防冻防凝，如导压管尽可能短，勤巡检排污，要便于伴热等等，否则再好的选型也不管用。

4、北方有的地方昼夜温差太大，夜间可以到达－20多度，若从选型上解决则性价比相当大不合算．而选择保温伴热，维护(点巡检、排污)等方法则是防冻较佳的解决办法。

仪器仪表防冻方法的保温措施：

1、用保温材料保温，即用保温材料将仪器仪表易冻或怕冻的部位包起来。冬季来临时要检查、经常排污，防止包装的保温材料破损。

2、伴热措施蒸汽伴热措施：

即使用管蒸汽暖气保温。冬季保温送汽之前要检查一下蒸汽保温管路是否畅通或堵塞。可以蒸汽是24小时通的，不要太热，有时还要根据天气温度变化来调整供保温汽量，以防止温度太高使变送器引压管内冷凝液汽化影响变送器工作或因温度太低使变送器引压管内冷凝液冷冻影响变送器工作畅通。

3、保温保护箱措施：

a、电热管伴热保温箱，由箱体、加热器、仪表托架等三大部分组成，其结构形式与保护箱相同，所不同的是箱内装有电器加热装置，起热装置是由电热管，温度控制器组成，箱体侧面装有插座，当接通电源后，箱内加热到所需温度时，再由温度控制器接通电源继续升温。通过反复工作使箱内温度能保持在一定范围内。 其恒温加热器主要参数：

⑴、额定电压 200V.50Hz； ⑵、额定功率 300～500W； ⑶、控制温度可由用户自定； ⑷、恒温加热器也可做成防爆型； ⑸、电热管材料有三种：即铜管、碳钢管、不锈钢管。

b、蒸气管伴热保温箱，伴热管是用金属管制成S型结构.箱体上下采用焊接式穿板接头与伴热管焊接而成，伴热管安装在箱内为上进下出，通过蒸气在管腔内的循环而达到加热目的。伴热管材料一般分为两种，即紫铜管，无缝钢管(碳钢)。

c、为关键仪表箱再加一层保温棉，在保温箱门口和进出管线口加胶密封，可达到仪器仪表系统更佳保温防冻效果。

测量仪维修常见仪器仪表故障诊断方法

仪器仪表电路维修在电子类的公司里从来都是不可缺少的一部分。因为只有通过它才能让原本不合格的产品终出厂。然而，维修也是电子公司中为复杂的一部分。因为它不仅要运用到许多电子专业知识,有时也需要有丰富的现场经验。

1、敲击手压法
我们使用仪器时，经常会遇到仪器运行时好时坏的现象，这种现象绝大多数是由于接触不良或虚焊造成的。对于这种情况可以采用敲击与手压法。
 

测量仪维修所谓的“敲击”就是对可能产生故障的部位，通过小橡皮鎯头或其他敲击物轻轻敲打插件板或部件，看看是否会引起出错或停机故障。所谓“手压”就是在故障出现时，关上电源后对插的部件和插头和座重新用手压牢，再开机试试是否会消除故障。如果发现敲打一下机壳正常，再敲打又不正常时，先将所有接头重插牢再试，若不成功，只好另想其它办法。

2、观察法

利用视觉、嗅觉、触觉。某些时候，损坏了的元件会变色、起泡或出现烧焦的斑点；烧坏的器件会产生一些特殊的气味；短路的芯片会发烫；用肉眼也能观察到虚焊或脱焊处。

3、排除法
所谓的排除法是通过拔插机内一些插件板、器件来判断故障原因的方法。当拔除某一插件板或器件后仪表恢复正常，就说明故障发生在那里。

4、替换法
要求有两台同型号的仪器或有足够的备件。将一个好的备品与故障机上的同一元器件进行替换，看故障是否消除。

5、对比法
要求有两台同型号的仪表，并有一台是正常运行的。使用这种方法还要具备必要的设备，例如，万用表、示波器等。按比较的性质分有，电压比较、波形比较、静态阻抗比较、输出结果比较、电流比较等。
 

具体方法是：让有故障的仪表和正常仪表在相同情况下运行，而后检测一些点的信号再比较所测的两组信号，若有不同，则可以断定故障出在这里。这种方法要求维修人员具有相当的知识和技能。

6、升降温法
有时，仪表工作较长时间，或在夏季工作环境温度较高时就会出现故障，关机检查正常，停一段时间再开机又正常，过一会儿又出现故障。这种现象是由于个别IC或元器件性能差，高温特性参数达不到指标要求所致。为了找出故障原因，可采用升降温法。
 

所谓降温，就是在故障出现时，用棉纤将无水酒精在可能出故障的部位抹擦，使其降温，观察故障是否消除。所谓升温就是人为地将环境温度升高，比如用电烙铁放近有疑点的部位（注意切不可将温度升得太高以致损坏正常器件）试看故障是否出现。

7、骑肩法
骑肩法也称并联法。把一块好的IC芯片安在要检查的芯片之上，或者把好的元器件（电阻电容、二极管、三极管等）与要检查的元器件并联，保持良好接触，如果故障出自于器件内部开路或接触不良等原因，则采用这种方法可以排除。

8、电容旁路法
当某一电路产生比较奇怪的现象，例如显示器混乱时，可以用电容旁路法确定大概出故障的电路部分。将电容跨接在IC的电源和地端；对晶体管电路跨接在基极输入端或集电极输出端，观察对故障现象的影响。如果电容旁路输入端无效而旁路它的输出端时故障现象消失，则确定故障就出现在这一级电路中。

9、状态调整法
一般来说，在故障未确定前，不要随便触动电路中的元器件，特别是可调整式器件更是如此，例电位器等。但是如果事先采取复参考措施（例如，在未触动前先做好位置记号或测出电压值或电阻值等），必要时还是允许触动的。也许改变之后有时故障会消除。

10、隔离法
故障隔离法不需要相同型号的设备或备件作比较，而且安全可靠。根据故障检测流程图，分割包围逐步缩小故障搜索范围，再配合信号对比、部件交换等方法，一般会很快查到故障之所在。