第1章 檢測儀表基本知識

1、化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 化工儀表及自動化化工儀表及自動化第一章第一章 檢測儀表基本知識檢測儀表基本知識 化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 內(nèi)容提要內(nèi)容提要n 測量過程與測量誤差測量過程與測量誤差n 測量儀表的品質(zhì)指標測量儀表的品質(zhì)指標n 檢測儀表的分類檢測儀表的分類n 現(xiàn)代檢測技術(shù)與傳感器的發(fā)展現(xiàn)代檢測技術(shù)與傳感器的發(fā)展1化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 測量過程與測量誤差測量過程與測量誤差測量測量是用實驗的方法,求出某個量的大小。 qVQ 舉例測一段導(dǎo)線的長度直接測量直接測量間接測量間接測量測量實質(zhì)：測量實質(zhì)：是將被測參數(shù)與其相應(yīng)的測量單位進行比較的過程。 2化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版

2、社 n 測量過程與測量誤差測量過程與測量誤差測量誤差：測量誤差：由儀表讀得的被測值 (測量值)與被測參數(shù)的真實值之間的差距。 測量誤差按其測量誤差按其產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因的不同的不同, ,可以分為三類：可以分為三類：系統(tǒng)誤差 疏忽誤差偶然誤差3化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 測量過程與測量誤差測量過程與測量誤差絕對誤差ttIxxxxxxx或000tIxx xI：儀表指示值, xt：被測量的真值0 xx由于真值無法得到 x：被校表的讀數(shù)值，x0 ：標準表的讀數(shù)值 相對誤差4化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 檢測儀表的品質(zhì)指標檢測儀表的品質(zhì)指標5說明：說明：儀表的測量誤差可以用絕對誤差來表示。但是，

3、儀表的絕對誤差在測量范圍內(nèi)的各點不相同。因此，常說的“絕對誤差”指的是絕對誤差中的最大值max。 兩大影響因素絕對誤差和儀表的標尺范圍化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 檢測儀表的品質(zhì)指標檢測儀表的品質(zhì)指標%100max標尺下限值標尺上限值%100標尺下限值標尺上限值差值儀表允許的最大絕對誤允6化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 檢測儀表的品質(zhì)指標檢測儀表的品質(zhì)指標 儀表的允越大，表示它的精確度越低；反之，儀表的允越小，表示儀表的精確度越高。將儀表的允許相對百分誤差去掉“”號及“”號，便可以用來確定儀表的精確度等級。目前常用的精確度等級有0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.

4、5，1.0，1.5，2.5，4.0等。小結(jié)小結(jié)7化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 檢測儀表的品質(zhì)指標檢測儀表的品質(zhì)指標%8 . 0%10020070048舉例例1-1某臺測溫儀表的測溫范圍為200700，校驗該表時得到的最大絕對誤差為4，試確定該儀表的相對百分誤差與準確度等級。 解解 該儀表的相對百分誤差為 如果將該儀表的去掉“”號與“”號，其數(shù)值為0.8。由于國家規(guī)定的精度等級中沒有0.8級儀表，同時，該儀表的誤差超過了0.5級儀表所允許的最大誤差，所以，這臺測溫儀表的精度等級為1.0級。 化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 檢測儀表的品質(zhì)指標檢測儀表的品質(zhì)指標9儀表的準確度等級儀表的準確度等

5、級是衡量儀表質(zhì)量優(yōu)劣的重要指標之一。是衡量儀表質(zhì)量優(yōu)劣的重要指標之一。 準確度等級數(shù)值越小，就表征該儀表的準確度等級越高，儀表的準確度越高。工業(yè)現(xiàn)場用的測量儀表，其準確度大多在0.5級以下。 儀表的精度等級一般可用不同的符號形式標志在儀表面板上。舉例舉例1.51.0如：化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 檢測儀表的品質(zhì)指標檢測儀表的品質(zhì)指標注意注意 在工業(yè)上應(yīng)用時,對檢測儀表準確度的要求,應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)操作的實際情況和該參數(shù)對整個工藝過程的影響程度所提供的誤差允許范圍來確定,這樣才能保證生產(chǎn)的經(jīng)濟性和合理性。 10化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 檢測儀表的品質(zhì)指標檢測儀表的品質(zhì)指標%100標尺下限

6、值標尺上限值最大絕對差值變差 變差變差是指在外界條件不變的情況下，用同一儀表對被測量在儀表全部測量范圍內(nèi)進行正反行程（即被測參數(shù)逐漸由小到大和逐漸由大到小）測量時，被測量值正行和反行所得到的兩條特性曲線之間的差值。 圖1-1 測量儀表的變差11化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 檢測儀表的品質(zhì)指標檢測儀表的品質(zhì)指標12 儀表的靈敏度儀表的靈敏度是指儀表指針的線位移或角位移，與引起這個位移的被測參數(shù)變化量的比值。即xS 式中，S為儀表的靈敏度；為指針的線位移或角位移；x為引起所需的被測參數(shù)變化量。 儀表的靈敏限儀表的靈敏限是指能引起儀表指針發(fā)生動作的被測參數(shù)的最小變化量。通常儀表靈敏限的數(shù)值應(yīng)不大

7、于儀表允許絕對誤差的一半。 注意：注意：上述指標僅適用于指針式儀表。在數(shù)字式儀表中，上述指標僅適用于指針式儀表。在數(shù)字式儀表中，往往用分辨率表示。往往用分辨率表示。 化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 檢測儀表的品質(zhì)指標檢測儀表的品質(zhì)指標13 反應(yīng)時間反應(yīng)時間就是用來衡量儀表能不能盡快反映出參數(shù)變化的品質(zhì)指標。反應(yīng)時間長，說明儀表需要較長時間才能給出準確的指示值，那就不宜用來測量變化頻繁的參數(shù)。 儀表反應(yīng)時間的長短，實際上反映了儀表動態(tài)特性的好壞。 儀表的反應(yīng)時間有不同的表示方法 當輸入信號突然變化一個數(shù)值后，輸出信號將由原始值逐漸變化到新的穩(wěn)態(tài)值。 儀表的輸出信號由開始變化到新穩(wěn)態(tài)值的63.2

8、（95）所用的時間，可用來表示反應(yīng)時間?；瘜W工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 檢測儀表的品質(zhì)指標檢測儀表的品質(zhì)指標%100max儀表量程ff14 線性度線性度是表征線性刻度儀表的輸出量與輸入量的實際校準曲線與理論直線的吻合程度。通?？偸窍Ｍ麥y量儀表的輸出與輸入之間呈線性關(guān)系。 圖1-2 線性度示意圖 式中式中，f為線性度（又稱非線性誤差）；fmax為校準曲線對于理論直線的最大偏差（以儀表示值的單位計算）。 化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 檢測儀表的品質(zhì)指標檢測儀表的品質(zhì)指標 重復(fù)性重復(fù)性表示檢測儀表在被測參數(shù)按同一方向作全量程連續(xù)多次變動時所得標定特性曲線不一致的程度。若標定的特性曲線一致,重復(fù)

9、性就好,重復(fù)性誤差就小。 圖1-3 重復(fù)性示意圖%100max儀表量程ZZ15化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 檢測儀表的分類檢測儀表的分類依據(jù)的不同,可分成壓力 (包括差壓、負壓)檢測儀表、流量檢測儀表、物位 (液位)檢測儀表、溫度檢測儀表、物質(zhì)成分分析儀表及物性檢測儀表等。按的方式不同,可分成指示型、記錄型、訊號型、遠傳指示型、累積型等。按的不同,可分為實用儀表、范型儀表和標準儀表,分別使用在現(xiàn)場、實驗室和標定室。 18化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 現(xiàn)代檢測技術(shù)與傳感器的發(fā)展現(xiàn)代檢測技術(shù)與傳感器的發(fā)展 1. 1.軟測量技術(shù)的發(fā)展軟測量技術(shù)的發(fā)展22軟測量技術(shù)軟測量技術(shù)也叫軟儀表技術(shù)，始

10、于也叫軟儀表技術(shù)，始于20世紀世紀80年代中后期，就是利用易于測量過程變年代中后期，就是利用易于測量過程變量，依據(jù)這些易測量過程變量與難以直接量，依據(jù)這些易測量過程變量與難以直接測量的待測過程變量之間的數(shù)學關(guān)系，通測量的待測過程變量之間的數(shù)學關(guān)系，通過各種數(shù)學計算和估計方法，實現(xiàn)對待測過各種數(shù)學計算和估計方法，實現(xiàn)對待測過程變量的測量。過程變量的測量。化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 現(xiàn)代檢測技術(shù)與傳感器的發(fā)展現(xiàn)代檢測技術(shù)與傳感器的發(fā)展 2. 2.現(xiàn)代傳感器技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)代傳感器技術(shù)的發(fā)展22（1）新材料、新功能的開發(fā)）新材料、新功能的開發(fā)（2）多維多功能的傳感器）多維多功能的傳感器（3）微型化

11、、集成化、數(shù)值化、智能化）微型化、集成化、數(shù)值化、智能化（4）新型網(wǎng)絡(luò)傳感器的發(fā)展）新型網(wǎng)絡(luò)傳感器的發(fā)展化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 例題分析例題分析1. 某臺具有線性關(guān)系的溫度變送器,其測溫范圍為 0200,變送器的輸出為 420mA。對這臺溫度變送器進行校驗,得到下列數(shù)據(jù): 輸入信號 標準溫度/050100150200輸出信號/mA正行程讀數(shù)x正正行程讀數(shù)x反44.0288.1012.0112.1016.0116.092020.01試根據(jù)以上校驗數(shù)據(jù)確定該儀表的變差、準確度等級與線性度。23化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n 4輸入下限值輸入上限值輸出下限值）溫度值（輸出上限值I)(84

12、0200)420(50mAI解解: :該題的解題步驟如下。 (1)根據(jù)儀表的輸出范圍確定在各溫度測試點的輸出標準值x標。任一溫度值的標準輸出信號(mA)為 例如,當溫度為50時,對應(yīng)的輸出應(yīng)為 其余類推。 24化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n (2)算出各測試點正、反行程時的絕對誤差正與反 ,并算出正、反行程之差變 ,分別填入下表內(nèi)(計算變時可不考慮符號,取正值)。 輸入信號/050100150200輸出信號/mA正行程讀數(shù)x正反行程讀數(shù)x反標準值44.02488.10812.0112.101216.0116.09162020.0120絕對誤差/mA正行程正反行程反 00.0200.100.0

13、10.100.010.0900.01正反行程之差變 0.020.100.090.080.0125化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n (3)由上表找出最大的絕對誤差max ,并計算最大的相對百分誤差max。由上表可知 )(10. 0maxmA%625. 0%10042010. 0max 去掉max的“”號及“%”號后,其數(shù)值為0.625 ,數(shù)值在0.51.0之間,由于該表的max已超過0.5級表所允許的允,故該表的準確度等級為1.0級。 26化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n %625. 0%100420max變變(4)計算變差 由于該變差數(shù)值在1.0級表允許的誤差范圍內(nèi),故不影響表的準確度等級。注意若變差數(shù)值變max超過了絕對誤差max ,則應(yīng)以變max來確定儀表的準確度等級。 27化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 n (5)由計算結(jié)果可知,非線性誤差的最大值fmax = 0.10 ,故線性度f為 %625. 0%10042010. 0%100max儀表量程ff注意注意 在具體校驗儀表時,為了可靠起見,應(yīng)適當增加測試點與實驗次數(shù),本例題只是簡單列舉幾個數(shù)據(jù)說明問題罷了。 28化學工業(yè)出版社化學工