第一節(jié)_檢測儀表的基本知識

1、山東師范大學化工系儀表教研室山東師范大學化工系儀表教研室第二章第二章 檢測儀表及傳感器檢測儀表及傳感器第一節(jié)第一節(jié) 檢測儀表的基本知識檢測儀表的基本知識第二節(jié)第二節(jié) 壓力檢測及儀表壓力檢測及儀表第三節(jié)第三節(jié) 流量檢測及儀表流量檢測及儀表第四節(jié)第四節(jié) 物位檢測及儀表物位檢測及儀表第五節(jié)第五節(jié) 溫度檢測與儀表溫度檢測與儀表山東師范大學化工系儀表教研室山東師范大學化工系儀表教研室第一節(jié)：第一節(jié)：檢測儀表的基本知識檢測儀表的基本知識山東師范大學化工系儀表教研室山東師范大學化工系儀表教研室化工系儀表教研室化工系儀表教研室一、測量過程與測量誤差一、測量過程與測量誤差 1、測量過程 我們把被測量與標準量的比

2、較過程叫測量過程。任何一個測量過程都必然涉及這樣兩個量被測量 Q標準量 V （測量單位）我們把被測量與標準量的比值稱為測量值。 VQg 這就是測量過程的數(shù)學表達式。g為測量比值山東師范大學化工系儀表教研室山東師范大學化工系儀表教研室化工系儀表教研室化工系儀表教研室 不管是采用那種方法都是將被測量與標準不管是采用那種方法都是將被測量與標準量進行比較，而測量儀表就是實現(xiàn)比較的技術(shù)工量進行比較，而測量儀表就是實現(xiàn)比較的技術(shù)工具。具。測量可分為直接測量、間接測量。測量可分為直接測量、間接測量。 直接測量直接測量 實驗的方法實驗的方法 間接測量間接測量 數(shù)學的方法數(shù)學的方法 S=Vt U=IR零位偏差法

3、零位偏差法零位平衡法零位平衡法山東師范大學化工系儀表教研室山東師范大學化工系儀表教研室化工系儀表教研室化工系儀表教研室2、測量誤差、測量誤差 （1）定義）定義 我們把測量值與真實值之差，稱為測我們把測量值與真實值之差，稱為測量誤差。量誤差。我們測量的目的是為了正確反映我們測量的目的是為了正確反映真實值，但人們不管采用多么高明的測量真實值，但人們不管采用多么高明的測量方法，采用多么精密的測量儀表，其方法，采用多么精密的測量儀表，其測量測量值和真實值之間總存在著一定的差值，我值和真實值之間總存在著一定的差值，我們把這一差值稱為測量誤差。們把這一差值稱為測量誤差。=XiXt Xi 表示測量值。 Xt

4、 表示真實值。 山東師范大學化工系儀表教研室山東師范大學化工系儀表教研室化工系儀表教研室化工系儀表教研室P05.00MPa貯罐的真實壓力5.11MPa=XiXt=5.11 5.00 = 0.11(Mpa)測量值山東師范大學化工系儀表教研室山東師范大學化工系儀表教研室化工系儀表教研室化工系儀表教研室 我們說過真實值是無法測量的，那么貯罐的真實我們說過真實值是無法測量的，那么貯罐的真實壓力我們是怎樣測得的呢？壓力我們是怎樣測得的呢？ 我們把被測參數(shù)用標準表進行多次測量后的平均我們把被測參數(shù)用標準表進行多次測量后的平均值稱為真實值。值稱為真實值。NXXNkkt1 事實上在生產(chǎn)過程中，我們通常把用標準

5、表測得的事實上在生產(chǎn)過程中，我們通常把用標準表測得的值稱為真實值。值稱為真實值。山東師范大學化工系儀表教研室山東師范大學化工系儀表教研室（2）分類）分類測量誤差按其產(chǎn)生的原因不同可分為測量誤差按其產(chǎn)生的原因不同可分為以下三類以下三類a、系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差 儀表本身有缺陷，儀表使用不當儀表本身有缺陷，儀表使用不當觀測者的習慣于偏向，單項環(huán)境因素觀測者的習慣于偏向，單項環(huán)境因素的變化。產(chǎn)生的誤差叫系統(tǒng)誤差。的變化。產(chǎn)生的誤差叫系統(tǒng)誤差。（設(shè)計、制作、使用因素）（設(shè)計、制作、使用因素）特點：誤差的大小、方向均不改變有特點：誤差的大小、方向均不改變有一定的規(guī)律。易消除或修正。一定的規(guī)律。易消除或修正。山

6、東師范大學化工系儀表教研室山東師范大學化工系儀表教研室b、疏忽誤差、疏忽誤差 產(chǎn)生這類誤差的原因是，觀產(chǎn)生這類誤差的原因是，觀測者在測量時疏忽大意而造成的。測者在測量時疏忽大意而造成的。（人為因素）（人為因素）特點：無規(guī)律，但容易被發(fā)覺，特點：無規(guī)律，但容易被發(fā)覺，并將其測量結(jié)果進行修正。并將其測量結(jié)果進行修正。山東師范大學化工系儀表教研室山東師范大學化工系儀表教研室C、偶然誤差、偶然誤差 這類誤差產(chǎn)生的原因是偶然性的因這類誤差產(chǎn)生的原因是偶然性的因素引起的。就是在同樣條件下，用素引起的。就是在同樣條件下，用同一儀表，對同一參數(shù)、同一測量同一儀表，對同一參數(shù)、同一測量點反復多次測量，每次測量結(jié)

7、果均點反復多次測量，每次測量結(jié)果均不能重復的誤差。（偶然因素）不能重復的誤差。（偶然因素）特點：無規(guī)律，不易發(fā)覺和修正。偶特點：無規(guī)律，不易發(fā)覺和修正。偶然誤差的大小反映了測量的精度然誤差的大小反映了測量的精度。山東師范大學化工系儀表教研室山東師范大學化工系儀表教研室（3）、表示方法 絕對誤差 相對誤差 Y （1）絕對誤差=X1X0 X1 表示測量值。 X0 表示真實值。（標準表的指示值）“絕對絕對”的含義表示誤差存在的絕對性。的含義表示誤差存在的絕對性。山東師范大學化工系儀表教研室山東師范大學化工系儀表教研室 在實際測量中，只用絕對誤差來表示測量精度是遠遠不夠的，因為絕對誤差僅能表示誤差的存

8、在，在某種意義上來說卻不能反映誤差的大小。例如： 買100斤白菜 給了99.5斤 少0.5斤真實值 測量值 誤差值 買 1斤 0.5斤 0.5斤顯然 1=2=0.5斤但是 第一種情況我們認為誤差是不大的，第二種情況誤差是很大的。 山東師范大學化工系儀表教研室山東師范大學化工系儀表教研室（2）相對誤差Y Y= 001XXX0X=表示在X0處的絕對誤差通過計算 Y1=0.005 Y2=0.5 顯然Y2Y1說明第二種情況誤差大。 在實際應(yīng)用中我們一般用相對百分誤差來表示： 001XXXY= 100%Y1=0.5% Y2=50%山東師范大學化工系儀表教研室山東師范大學化工系儀表教研室二、測量儀表的品質(zhì)

9、指標 1、精度及精度的等級（1）精度（精確度）精度是儀表的精密度和正確度的總稱。 正確度表示測量結(jié)果中系統(tǒng)誤差大小的程度，即測量結(jié)果與真實值的偏離程度。系統(tǒng)誤差越小，測量越正確。精密度表示測量結(jié)果中隨機誤差大小的程度，它指在一定條件下，多次重復的測量結(jié)果彼此間的分散程度。隨機誤差越小，測量結(jié)果越精密。山東師范大學化工系儀表教研室山東師范大學化工系儀表教研室儀表的精度儀表的精度用最大相對百分折合誤差來表示： = 100%量程max正確度精密度max表示在量程范圍內(nèi)產(chǎn)生的最大絕對誤差量程=X上X下 X上表示測量上限X下表示測量下限 山東師范大學化工系儀表教研室山東師范大學化工系儀表教研室例題 某儀

10、表經(jīng)校驗數(shù)據(jù)如下：測量表讀數(shù)02550100標準表讀數(shù)0247495998誤差值00.30.50.2試計算儀表的精度等級。解 max=0.5 量程=100=100 = 100%= 100%=0.5%量程max1005 . 0答 測量儀表的精度為0.5%山東師范大學化工系儀表教研室山東師范大學化工系儀表教研室(2) 精度等級 所謂儀表的精度等級就是儀表的精度去掉正負號和百分號來表示。例如 =1.2% 精度等級=1.2級 =-0.8% 精度等級=0.8級國家對精度等級的規(guī)定： I精密標準表0005002005 II標準表01020405III工業(yè)用表10152540山東師范大學化工系儀表教研室山東

11、師范大學化工系儀表教研室精度等級的應(yīng)用 選表問題 定級問題 、 選表 根據(jù)工藝對誤差的要求選擇儀表精度。選表原則：選表選好表，數(shù)值越小表越好。 例如：工藝要求用0100的溫度表測量某反應(yīng)釜的溫度，并要求測量誤差不大于1.2,應(yīng)選擇什么等級的溫度表？解： = 100%=1.2%1002 . 11.01.21.5 根據(jù)選表原則應(yīng)選1.0級的溫度表。 山東師范大學化工系儀表教研室山東師范大學化工系儀表教研室 定級 根據(jù)儀表的校驗數(shù)據(jù)確定儀表的精度。定級原則：定級定次級，數(shù)值越大級越低。 例如：某臺測溫儀表的測溫范圍為200700，經(jīng)校驗儀表的最大絕對誤差為4，試確定該表的相對百分誤差與精度等級。 解

12、：= 100%= 0.8%2007004 答：該表的相對百分誤差為0.8%，確定該表的精度等級為1.0級0.50.81.0 根據(jù)定級原則應(yīng)定1.0級山東師范大學化工系儀表教研室山東師范大學化工系儀表教研室儀表精度等級的表示方法 儀表精度等級可用不同符號在儀表面板上用 和 表示。 1.01.51.5 確定了儀表精度等級也就確定了儀表的允許誤差。允= 100%標尺下限值標尺上限值差值儀表允許的最大絕對誤-山東師范大學化工系儀表教研室山東師范大學化工系儀表教研室如：一臺1.0級、0100KPa的壓力表其允許的最大相對誤差和最大絕對誤差 值各為多少？ 允=1.0允= = 1.0%100= 1.0(KP

13、a)答 壓力表允許的最大相對誤差是1.0最大絕對誤差是 1.0KPa）（允0100山東師范大學化工系儀表教研室山東師范大學化工系儀表教研室 儀表的基本誤差和附加誤差儀表的基本誤差 儀表在正常使用情況下產(chǎn)生的誤差叫儀表的基本誤差。 儀表的附加誤差 儀表在非正常使用情況下產(chǎn)生的誤差叫儀表的附加誤差。儀表的基本誤差也用最大相對百分折合誤差來表示。基本誤差= 100%=精度量程max山東師范大學化工系儀表教研室山東師范大學化工系儀表教研室2、測量儀表的恒定度（變差）、測量儀表的恒定度（變差）B （1）定義 在外界條件不變的條件下，用同一儀表對同一參數(shù)同一測量點，進行正反行程測量時，儀表正反行程測量值之

14、差稱為儀表的變差。 B= 100%量程最大絕對差值絕對差值=上行程的測量值下行程的測量值量程=X上X下 X上表示測量上限值X下表示測量下限值 山東師范大學化工系儀表教研室山東師范大學化工系儀表教研室（2）計算 例如： 對某溫度表校驗數(shù)據(jù)如下：單位 標準表0255075100測量表上行程02492492075209972下行程02531498074929990絕對差值0-0.39-0.60-0.28-0.18計算儀表的變差 解 根據(jù)公式 B= 100% = 100%=-0.6%量程最大絕對差值1006 . 0答：略山東師范大學化工系儀表教研室山東師范大學化工系儀表教研室 變差去掉百分號的絕對值必

15、須小于儀表變差去掉百分號的絕對值必須小于儀表的精度等級或不能超出儀表的允許誤差，否的精度等級或不能超出儀表的允許誤差，否則儀表要維修或降級使用！則儀表要維修或降級使用！例如：有一儀表精度為1.5級，變差為1.6%.儀表的基本誤差為1.3%。問此表是否合格。答案：不合格，因為儀表的變差大于儀表的精度等級。應(yīng)降至2.5級。若變差為1.4% 合格否？ 合格。值得注意的是：值得注意的是：山東師范大學化工系儀表教研室山東師范大學化工系儀表教研室3、靈敏度與靈敏限 S=xa a 表示指針的線位移或角位移量x 被測參數(shù)的輸入變化量例如：一臺測量范圍為0100的測溫儀表，標尺長度為20mm，求其靈敏度S S=

16、 = 0.2mm/xa10020說明 溫度每變化一度，指針移動了0.2毫米。 能夠引起儀表指針發(fā)生動作的被測參數(shù)的最小變化量叫靈敏限。（起始靈敏度）通常要求儀表的靈敏限數(shù)值不大于儀表允許絕對誤差的一半。 山東師范大學化工系儀表教研室山東師范大學化工系儀表教研室4、分辨力數(shù)字式儀表的靈敏度用分辨力來表示。分辨力的大小取決于數(shù)字儀表的有效數(shù)字的位數(shù)。例如：一臺最低量程為1V的5位半數(shù)字電壓表，01.00000 V 其分辨率為10V。、100000V、指示值為10V最高位只能顯示1或0其它位能顯示09山東師范大學化工系儀表教研室山東師范大學化工系儀表教研室5、線性度線性度說明輸出量與輸入量的實際關(guān)系

17、曲線偏離直線的程度。f= 100%儀表量程maxff 線性度 fmax 標定曲線對于理論直線的最大偏差。我們非常喜歡儀表輸出與輸入之間呈線性關(guān)系，因為在線性情況下，模擬儀表的刻度可以做成均勻刻度。因此有時需對信號進行線性化處理。 山東師范大學化工系儀表教研室山東師范大學化工系儀表教研室6、測量儀表的反應(yīng)時間 儀表的反應(yīng)時間體現(xiàn)了儀表的動態(tài)特性，一般儀表指針隨時間變化有以下兩種情況：山東師范大學化工系儀表教研室山東師范大學化工系儀表教研室（1）時間常數(shù)T 指在被變量作階躍變化后，儀表示值達到被測量變化值的63.2%時，所需的時間。時間常數(shù)小即反應(yīng)時間短，指示滯后小，時間常數(shù)大即反應(yīng)時間長，指示滯后大。（2）阻尼時間T 指從給儀表突然輸入其標尺一半的相應(yīng)被測量開始，到儀表指示與被測量值之差為該標尺范圍的1%時為止的時間間隔。阻尼時間短，說明儀表的示值的穩(wěn)定時間短，說明系統(tǒng)穩(wěn)定性好，反之相反。山東師范大學化工系儀表教研室山東師范大學化工系儀表教研室