13檢測儀表的品質(zhì)指標(biāo)

1、1.2,基本概念,檢測和儀表中常用的基本性能指標(biāo),一、測量范圍、上下限、量程,二、零點遷移和量程遷移,三、靈敏度和分辨率,四、誤差,五、精確度,六、滯環(huán)、死區(qū)和回差,一、測量范圍、上下限、量程,測量范圍,是儀表按規(guī)定的精度進(jìn)行測,量的被測變量的范圍,測量范圍的最小值和最大值分別稱為,測,量下限,和,測量上限,測量范圍表示法,下限值上限值,儀表的量程,是測量上限與下限值的代,數(shù)差，即,量程,測量上限值,測量下限值,某秤測量范圍為,0100,公斤,則量程為,100,公斤,例如，一個溫度測量儀表的下限值是,50,上限值是,150,則其測量范圍可表,示為,50150,量程為,200,由此可見，給出儀表

2、的測量范圍便知其,上下限及量程，反之，如果只給出儀表的量,程，卻無法確定其上下限及測量范圍,記為,下,上,L,L,L,秤的量程為,L=100,公斤,二、零點遷移和量程遷移,儀表的零點,指測量下限,儀表測量范圍的另一種常用的表示方法,是給出儀表,的零點和量程,在實際使用中，由于測量要求或測量條件的變化，需,要改變儀表的零點或量程，為此，可以對儀表進(jìn)行零,點和量程的調(diào)整,零點遷移,通常將零點的變化稱為零點遷移,量程遷移,量程的變化稱為量程遷移,例如，一把直尺的測量范圍為,010cm,此時零點為,0cm,如果把,2cm,處作為測量的起點，這時，測量范圍變,為,28cm,此時零點為,2cm,右圖為典型

3、的單純零,點遷移情況。線段,1,為原來直尺的測量特,性曲線。線段,2,為零,點遷移后的測量特性,二者斜率相同。可見,零點遷移至,2cm,而量程不變（即量程,未遷移,0,10,cm,10,被測量真實長度,直,尺,顯,示,長,度,cm,2,8,2,1,2,右圖為單純量程遷移,的示意圖。（遷移后,的量程增加了）量程,遷移前與遷移后線段,的斜率有所變化,實際也有零點遷移與,量程遷移并存的情況,可擴大儀表的通用性,以上情況通常均需要,改變儀表顯示值,被測量真實值,儀,表,顯,示,值,遷移前,遷移后,三、靈敏度和分辨率,靈敏度,是儀表對被測參數(shù)變化,的靈敏程度。表示方法為：儀表輸出變,化量與引起此變化的輸

4、入變化量之比,在穩(wěn)態(tài)條件下,即,X,Y,輸入變化量,輸出變化量,靈敏度,S,可見，靈敏度也就是以上兩圖特性曲線的斜率,因此,量程遷移,就意味著,靈敏度的改變,而如,果僅僅是,零點遷移,則,靈敏度不變,靈敏度的特點,由靈敏度的定義可知，由于儀表的輸入和輸出量的單,位不一定相同，所以,靈敏度有量綱,且由,X,和,Y,的量,綱確定,為變量,非線性時,為常數(shù)，儀表特性,儀表特性為線性時,為儀表的放大倍數(shù),輸入輸出同量綱時,分格,分格,指針位移，則,輸出為標(biāo)尺上的,若儀表的輸入為溫度,S,S,S,C,S,Y,C,X,靈敏度具有可傳遞性,首尾串聯(lián)的儀表系統(tǒng)，總靈敏度,是個儀表靈敏度的乘積,容易與靈敏度混淆

5、的概念是,儀表分辨率,又稱儀表靈敏,限、靈敏閾）。它表示引起,輸出值變化的最小輸入量變化,值,當(dāng)輸入有微小變化時輸出就有變化，則說明分辨率高,靈敏度高，則分辨率高,四、誤差,示值和約定真值,絕對誤差和相對誤差,引用誤差,最大引用誤差和允許誤差,誤差,靜態(tài)誤差與動態(tài)誤差,示值和約定真值,示值,儀表指示裝置所顯示的被測值稱,為示值。它通常在很大程度上反映了被,測真值。但是，嚴(yán)格的說，被測真值只,是一個理論值，因為無論采用何種儀表,測到的值都有誤差,約定真值,實際中，常用精度等級比較,高的儀表測出的，或用特定方法確定的,約定真值代替被測量的真值,絕對誤差和相對誤差,絕對誤差,示值與公認(rèn)的約定真值之差

6、，通常,簡稱,誤差,注意：誤差值可正可負(fù),絕對誤差,示值,約定真值,相對誤差,絕對誤差與約定真值之比。常用百,分?jǐn)?shù)表示，即,約定真值,絕對誤差,相對誤差,相對誤差可以用來比較測量不同的被測量的精度的高,低。（相對誤差越小，精度越高,例如：測量,L,1,10mm,的尺寸，誤差,1,8um,T,2,80,的溫度,誤差,2,0.005,比較兩次測量精度的高低。（不可用絕對誤差表示,解,008,0,mm,10,um,8,L,1,1,00625,0,80,005,0,T,2,2,測溫試驗的精度高,引用誤差,引用誤差,由于儀表多應(yīng)用在測量接近上限值的量,因而用量程取代相對誤差公式中的約定真值得引用誤,差，

7、即,量程,絕對誤差,引用誤差,1,0,20,02,5,5,例如：量程為,10V10V,的電壓表，在測,5.02V,的電壓,時，示值為,5V,則此時，該電壓表的引用誤差為,最大引用誤差,是儀表的基本誤差，主要質(zhì)量指標(biāo)之一,最大絕對誤差,是在儀表全量程內(nèi)被測量平穩(wěn)變化（增,加和減?。r的最大絕對誤差,允許誤差,儀表在出廠時要規(guī)定引用誤差的允許值,簡稱允許誤差。若將儀表的允許誤差記為,Q,最大引用,誤差記為,Q,max,則兩者之間需滿足如下關(guān)系,Q,max,Q,即最大引用誤差,Q,max,不能超過允許誤差,Q,量程,最大絕對誤差,最大引用誤差,最大引用誤差,誤差,基本誤差,任何測量都是與環(huán)境條件相關(guān)

8、的,如環(huán)境溫度、濕度、安裝方式等。儀表在使用,時按照嚴(yán)格規(guī)定的環(huán)境條件進(jìn)行測量，而產(chǎn)生,的誤差稱為基本誤差,附加誤差,而如果儀表在超出規(guī)定的工作條件,工作時，所產(chǎn)生的額外的誤差，稱為附加誤差,顯然,誤差,基本誤差,附加誤差,靜態(tài)誤差與動態(tài)誤差,靜態(tài)誤差,指儀表靜止?fàn)顟B(tài)時的誤差，或被測量變化,十分緩慢時所呈現(xiàn)的誤差，此時不考慮儀表的慣性因,素。也就是儀表的,穩(wěn)態(tài)誤差。儀表靜態(tài)誤差應(yīng)用更普,遍,動態(tài)誤差：指儀表因慣性延遲所引起的附加誤差，或,變化過程中的誤差,五、精確度,儀表的精確度,通常是允許的最大引用誤差去掉百分,號和號后的數(shù)字來衡量的。不是實際測量中出現(xiàn)的,例如：某儀表的最大引用誤差為,0.

9、5,則此儀表的精,度等級為,0.5,級,精度等級,按儀表工業(yè)規(guī)定將精確度劃分為若干個等,級，稱為精度等級,1.0,級的意思是在規(guī)定條件下實際,測量的絕對誤差不會超過量程的,1,可見，精度,等級的數(shù)字越小，精度越高,那么，儀表的精度等級是如何確定的？或者說最大引,用誤差如何確定？需要通過實驗來計算,儀表精度等級的確定過程如圖所示。其中，線,段,OA,示理想的輸入輸出特性曲線，曲線,1,是輸入值由,測量范圍的下限到上限逐漸增大時獲得的，稱為,實際上升曲線；曲線,2,是輸入值由上限到,下限逐漸減小是獲得,的，稱為實際下降曲,線。由曲線,1,和,2,與直,線,OA,的偏差可分別,得到最大實際正負(fù)偏,差

10、。虛線,3,和,4,是基本,誤差的上下限,用最,大偏差與量程之比可,得到最大引用誤差,六、滯環(huán)、死區(qū)和回差,滯環(huán),死區(qū),回差,滯環(huán),滯環(huán),儀表內(nèi)部的某些元件具有,儲能效應(yīng),例如彈性變形、磁滯,現(xiàn)象等，其作用使得儀表檢驗所,得的實際上升曲線和實際下降曲,線常出現(xiàn)不重合的情況，從而使,得儀表的特性曲線形成環(huán)狀，如,下圖所示這種現(xiàn)象稱為滯環(huán),顯然，在出現(xiàn)滯環(huán)現(xiàn)象時，儀表,的同一輸入值常對應(yīng)多個輸出值,并出現(xiàn)誤差,死區(qū),死區(qū)效應(yīng),儀表內(nèi)部的某些單元具有,死區(qū)效應(yīng)。例如傳動機構(gòu)的摩擦和間,隙等，其作用亦可使得儀表檢驗所得,的實際上升曲線和實際下降曲線常出,現(xiàn)不重合的情況。如圖,1-8,死區(qū),這種死區(qū)效應(yīng)

11、使得儀表輸入在,小到一定范圍后，不足以引起輸出的,任何變化，而這一范圍稱為死區(qū)，也,叫不靈敏區(qū),理論上，不靈敏區(qū)的寬度是靈敏限的,2,倍,回差,回差,如果某儀表既有儲能,效應(yīng)，又有死區(qū)效應(yīng)，其綜,合效應(yīng)是二者的結(jié)合。此時,的特性曲線如圖,1-9,所示,在以上各種情況下，實際上,升曲線和實際下降曲線間都,存在差值，其最大的差值稱,為回差，亦稱,變差,或,來回,變差,格,允許誤差時，被檢表合,量程,變差,當(dāng),七、重復(fù)性和再現(xiàn)性,重復(fù)性,再現(xiàn)性,重復(fù)性,重復(fù)性,在同一工作條件下，同,方向連續(xù)多次對同一輸入值進(jìn)行,測量所得的多個輸出值之間相互,一致的程度稱為儀表的重復(fù)性,不考慮滯環(huán)和死區(qū)的影響,例如，

12、在圖,1-10,中列出了在同一,工作條件下測出的儀表的實際上,升曲線，其重復(fù)性就是指這三條,曲線在同一輸入值處的離散程度,實際上，某種儀表的重復(fù)性常選,用上升曲線的最大離散程度和下,降曲線的最大離散程度兩者中的,最大值來表示,圖,1-10,重復(fù)性和再現(xiàn)性分析,再現(xiàn)性,再現(xiàn)性,再現(xiàn)性包括滯環(huán)和死區(qū)，它,是儀表實際上升曲線和實際下降曲線,之間離散程度的表示，常取兩種曲線,之間離散程度最大點的值來表示，如,圖,1-10,中所示,重復(fù)性,是衡量儀表不受,隨機因素影響,的能力,再現(xiàn)性,是儀表,性能穩(wěn)定,的一種標(biāo)志,因而在評價某種儀表的性能時常同時,要求其重復(fù)性和再現(xiàn)性,重復(fù)性和再現(xiàn)性優(yōu)良的儀表并不一定,

13、精度高，但高精度的表一定有良好的,重復(fù)性和再現(xiàn)性,八、可靠性,影響產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)進(jìn)度,可靠度,表征儀表可靠性的尺度有多種，最基本的是可,靠度。它是衡量儀表能夠正常工作并發(fā)揮其功能的程度,簡單來說，如果有,100,臺同樣的儀表，工作,1000h,后約有,99,臺仍能正常工作，則可以說這批儀表工作,1000h,后的可,靠度是,99,有效度,另一個表示儀表可靠性的綜合指標(biāo)是有效度,平均故障修復(fù)時間,平均無故障工作時間,平均無故障工作時間,有效度,平均無故障工作時間,為正常工作時相鄰兩次故障時間間隔的平,均值,平均故障修復(fù)時間,指儀表修復(fù)所用的平均時間,九、漂移,漂移,保持輸入信號不變時，輸出信號隨,時間或溫度的緩慢變化。它可由多種因素,引起，如彈性元件的時效、電子元件的老,化、放大電路的溫漂等,分為,時漂,和,溫漂,可說明儀表工作的穩(wěn)定性能，如果儀表需要長時,間運行，這一性能更為重要,十、響應(yīng)時間,響應(yīng)時間,當(dāng)儀表輸入階躍變化時，輸出從一,個穩(wěn)態(tài)值到另一個穩(wěn)態(tài)值所需要的時間,由于傳感器響應(yīng)輸入量的變化需要時間，而