測量儀表及性能指標基本知識

1測量儀表根本知識編輯課件測量的定義用實驗的方法，把被測量與同性質(zhì)的標準量進行比較，確定兩者的比值，從而得到被測量的量值。使測量結果有意義的要求：用來進行比較的標準量應該是國際上或國家所公認的，且性能穩(wěn)定。進行比較所用的方法和儀表必須經(jīng)過驗證。2編輯課件測量的根本方程式：X=aU式中，X——被測量； U——標準量〔即選用的測量單位〕； a——被測量與標準量的數(shù)字比值。3編輯課件測量方法測量方法就是實現(xiàn)被測量與標準量比較的方法。測量方法的分類〔按測量結果產(chǎn)生的方式分〕：〔1〕直接測量法：使被測量直接與選用的標準量進行比較，或者預先標定好了的測量儀表進行測量，從而直接求得被測量數(shù)值的測量方法?！?〕間接測量法：通過直接測量與被測量有某種確定函數(shù)關系的其它各個變量，然后將所測得的數(shù)值代入函數(shù)關系進行計算，從而求得被測量數(shù)值的方法。〔3〕組合測量法：測量中使各個未知量以不同的組合形式出現(xiàn)〔或改變測量條件以獲得這種不同組合〕，根據(jù)直接測量或間接測量所獲得的數(shù)據(jù)，通過解聯(lián)立方程組以求得未知量的數(shù)值，這類測量稱為組合測量。4編輯課件測量方法的其它分類方式：按不同的測量條件分：等精度測量與非等精度測量按被測量在測量過程中的狀態(tài)不同分：靜態(tài)測量與動態(tài)測量5編輯課件測量系統(tǒng)由四個根本環(huán)節(jié)組成：傳感器、變換器或變送器、傳輸通道和顯示裝置。傳感器變換器傳輸通道顯示裝置被測量測量值測量系統(tǒng)的組成6編輯課件傳感器〔敏感元件〕它是測量系統(tǒng)直接與被測對象發(fā)生聯(lián)系的局部。理想敏感元件應滿足的要求：敏感元件輸入與輸出之間應該有穩(wěn)定的單值函數(shù)關系。敏感元件應該只對被測量的變化敏感，而對其它一切可能的輸入信號不敏感。在測量過程中，敏感元件應該不干擾或盡量少干擾被測介質(zhì)的狀態(tài)。測量環(huán)節(jié)的功能〔傳感器〕7編輯課件測量環(huán)節(jié)的功能〔變送器〕它是傳感器和顯示裝置中間的局部，它是將傳感器輸出的信號變換成顯示裝置易于接收的部件。對變換器的要求：性能穩(wěn)定精確度高，使信息損失最小。8編輯課件測量環(huán)節(jié)的功能〔顯示裝置〕它是測量系統(tǒng)直接與觀測者發(fā)生聯(lián)系的局部顯示裝置的根本形式：模擬式顯示元件數(shù)字式顯示元件屏幕式顯示元件9編輯課件測量環(huán)節(jié)的功能〔傳輸通道〕它是儀表各環(huán)節(jié)間輸入、輸出信號的連接局部。分為電線、光導纖維和管路等。10編輯課件測量應用方面〔1〕過程監(jiān)測：對過程參數(shù)的監(jiān)測?！?〕過程控制：為生產(chǎn)過程的自動控制提供依據(jù)?！?〕試驗分析與系統(tǒng)辨識：解決科學上的和過程上的問題，一般需要綜合運用理論和實驗的方法。測量技術應用于實驗分析，是測量技術的一個典型應用。11編輯課件測量誤差的概念測量誤差是指由于某些測量儀表本身的問題，或是由于測量原理方法的局限性、外界因素的干擾以及測量者個人因素等原因，使測量儀表的指示值Xm與被測量的真實值Xl(稱為真值)之間存在的偏差值。12編輯課件測量誤差的來源1、儀器誤差它是由于設計、制造、裝配、檢定等的不完善以及儀器使用過程中元器件老化、機械部件磨損、疲勞等因素而使測量儀器設備帶有的誤差。減少儀器誤差的主要途徑是根據(jù)具體測量任務，正確地選擇測量方法和使用測量儀器。13編輯課件2、人身誤差它指由于測量者感官的分辨能力、視覺疲勞、固有習慣等而對測量實驗中的現(xiàn)象與結果判斷不準確而造成的誤差。減少人身誤差的途徑14編輯課件3、影響誤差它是指各種環(huán)境因素與要求條件不一致而造成的誤差。主要的影響因素是環(huán)境溫度、電源電壓和電磁干擾等。15編輯課件4、方法誤差它是所使用的測量方法不當，或?qū)y量設備操作使用不當，或測量所依據(jù)的理論不嚴格，或?qū)y量計算公式不適當簡化等原因而造成的誤差，也稱理論誤差。原那么上可通過理論分析和計算或改變測量方法來加以消除或修正。16編輯課件例：用指針式萬用表的10V量程測量一只1.5V干電池的電壓，示值如以下圖，問：選擇該量程合理嗎？17編輯課件用2.5V量程測量同一只1.5V干電池的電壓，與上圖比較，問示值相對誤差哪一個大？18編輯課件誤差分類誤差產(chǎn)生原因及規(guī)律系統(tǒng)誤差：隨機誤差：粗大誤差誤差的數(shù)值表示方法絕對誤差相對誤差引用誤差按誤差與儀表使用條件的關系根本誤差附加誤差。19編輯課件系統(tǒng)誤差定義：指測量儀器或方法引起得有規(guī)律的誤差，表達為與真值之間的偏差。事例：如儀器零點誤差，溫度、電磁場等環(huán)境引起的誤差，動力源引起的誤差。解決方法：單純增加測量次數(shù)，無法減少系統(tǒng)誤差對測量的影響、但在找出產(chǎn)生誤差的原因之后，可以通過對測量結果引入適當?shù)男拚：阒道圻M性按復雜規(guī)律變化周期性系統(tǒng)誤差的特征20編輯課件隨機誤差定義：隨機誤差指在已經(jīng)消除系統(tǒng)誤差之后，在相同的條件下測量同一量時，出現(xiàn)的這種誤差值以不可預計的方式變化的誤差。形成原因：隨機誤差是出于那些對測量結果影響較小、我們尚未認識或無法控制的因素(如電子噪聲干擾等)造成的。在屢次重復測量同一量時，其誤差值總體上服從統(tǒng)計規(guī)律(如正態(tài)分布)。解決方法：從隨機誤差的統(tǒng)計規(guī)律分布特征，可對其示值大小和可靠性做出評價，并可通過適當增加測量次數(shù)求平均值的方法，減少隨機誤差對測量結果的影響。隨機誤差就個體而言是無規(guī)律的，不能通過實驗的方法來消除。21編輯課件彩票搖獎22編輯課件粗大誤差定義：粗大誤差是指一種顯然與事實不符的誤差，其誤差值較大且違反常規(guī)。形成原因：粗大誤差一般是由于操作人員在操作、讀數(shù)或記錄數(shù)據(jù)時粗心大意造成的。測量條件的突然改變或外界重大干擾也會造成粗大誤差。解決方法：對于這類誤差一旦發(fā)現(xiàn)，應及時糾正。23編輯課件絕對誤差測定值與被測量真值之差稱為測量的絕對誤差，或簡稱測量誤差。δ=x－X0式中，δ——測量誤差； x——測定值〔例如儀表指示值〕； X0——被測量的真值。真值一般無法得到，所以用實際值X代替X0。24編輯課件對于絕對誤差，應注意下面幾個特點：絕對誤差是有單位的量，其單位與測定值和實際值相同。絕對誤差是有符號的量，其符號表示出測定值與實際值的大小關系。測定值與被測量實際值之間的偏離程度和方向通過絕對誤差來表達。25編輯課件相對誤差示值的絕對誤差與約定值之比值稱為相對誤差，其為無量綱數(shù)，以百分數(shù)表示。一般約定值m有如下幾種取法：xl取測量儀表的指示值x時，Er稱為標稱相對誤差；xl取測量的實際值X時，Er稱為實際相對誤差；xl取儀表的滿刻度值時，Er稱為引用相對誤差。26編輯課件對于相同的被測量，用絕對誤差評定其測量精度的上下。但對于不同的被測量，那么應采用相對誤差來評定。測量過程中存在測量誤差是不可防止的，任何測量值只能近似反映被測量的真值。測量過程中無數(shù)隨機因素的影響，使得即使在同一條件下對同一對象進行重復測量也不會得到完全相同的測量值。被測量總是要對敏感元件施加能量才能使測量系統(tǒng)給出測量值，這就意味著測量值并不能完全準確的反映被測參數(shù)的真值。27編輯課件根本誤差是儀表在規(guī)定的正常工作條件下，所可能產(chǎn)生的誤差。儀表根本誤差的允許值，叫做儀表的“最大允許絕對誤差〞。附加誤差是儀表在偏離規(guī)定的正常工作條件下使用時附加產(chǎn)生的新誤差。此時儀表的實際誤差等于根本誤差與附加誤差之和。由于儀表在工作條件(如溫度、濕度、振動、電源電壓、頻率等)改變時會產(chǎn)生附加誤差，所以在使用儀表時．應盡量滿足儀表現(xiàn)定的工作條件，以防止產(chǎn)生附加誤差。28編輯課件測量精度1．準確度對同一被測量進行屢次測量，測量值偏離被測量真值的程度稱為測量的準確度。它反映系統(tǒng)誤差的影響，系統(tǒng)誤差越小，準確度越高。2．精密度：對同一被測量進行屢次測量，測量值重復一致的程度，或者說測量值分布的密集程度，稱為測量的精密度。它反映隨機誤差的影響，隨機誤差越小，精密度越高。3．精確度精密度與準確度的綜合指標稱為精確度，或稱精度。它反映隨機誤差和系統(tǒng)誤差的綜合影響。精密度高的，準確度不一定高；準確度高的精密度不一定高；但精確度高的，那么精密度與準確度都高。29編輯課件精密度高準確度高精確度高30編輯課件1．量程范圍儀表能夠測量的最大輸入量與最小輸入量之間的范圍稱作儀表的量程范圍，簡稱量程。在數(shù)值上等于儀表上限值與下限值的代數(shù)差之絕對值。問：某溫度計測量的最低溫度為-20℃，最高溫度為100℃，它的量程是多少？120℃測量儀表的根本技術指標〔量程范圍〕31編輯課件測量儀表的根本技術指標〔靈敏度〕2、靈敏度在穩(wěn)定情況下，儀表輸出變化量△L與引起此變化的輸入量的變化量△Xb之比值，定義為儀表的靈敏度。用S表示，即

式中，S——儀表靈敏度 △L、△Xb——分別為輸入與輸出變化量問：某測量范圍是0～100MPa的壓力表，其滿量程時指針轉(zhuǎn)角為270度，它的靈敏度是多少？2.7度/MPa32編輯課件測量儀表的根本技術指標〔靈敏限〕3．靈敏限〔分辨率、死區(qū)〕它說明儀表響應輸入量微小變化的能力指標，即不能引起輸出發(fā)生變化的最大輸入變化幅度與量程范圍之比的百分數(shù)。33編輯課件測量儀表的根本技術指標〔儀器根本誤差〕4.儀器根本誤差儀表測量值中的最大示值絕對誤差與儀表量程之比值稱為儀表的根本誤差。34編輯課件測量儀表的根本技術指標〔儀器允許誤差〕5.儀器允許誤差它表示對測量儀表所允許的誤差界限，即出廠的儀表都要保證根本誤差不超過某一規(guī)定值，此規(guī)定值叫允許誤差。儀表的δ允越大，表示它的精確度越低；反之，儀表的δ允越小，表示儀表的精確度越高。35編輯課件測量儀表的根本技術指標〔準確度等級〕

6．準確度等級

它指根據(jù)測量儀表準確度大小所劃分的等級或級別。允許誤差去掉百分號的數(shù)值就是準確度等級，工程上稱為精度等級。目前常用的精確度等級有0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等。國家標準序列：標準表、范型表、實用表。Ⅰ級標準表：0.005、0.02、0.05；Ⅱ級標準表：0.1、0.2、0.35、0.5;一般標準表：1.0、1.5、2.5、4.0。36編輯課件儀表的精度等級是衡量儀表質(zhì)量優(yōu)劣的重要指標之一。

精度等級數(shù)值越小，就表征該儀表的精確度等級越高，也說明該儀表的精確度越高。0.05級以上的儀表，常用來作為標準表；工業(yè)現(xiàn)場用的測量儀表，其精度大多在0.5以下。儀表的精度等級一般可用不同的符號形式標志在儀外表板上。舉例1.51.0如：37編輯課件舉例例1某臺測溫儀表的測溫范圍為200~700℃，校驗該表時得到的最大絕對誤差為＋4℃，試確定該儀表的精度等級。解該儀表的相對百分誤差為

如果將該儀表的δ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。38編輯課件例2某臺測溫儀表的測溫范圍為０～1000℃。根據(jù)工藝要求，溫度指示值的誤差不允許超過±７℃，試問應如何選擇儀表的精度等級才能滿足以上要求？解根據(jù)工藝上的要求，儀表的允許誤差為

如果將儀表的允許誤差去掉“±〞號與“％〞號，其數(shù)值介于0.5～1.0之間，如果選擇精度等級為1.0級的儀表，其允許的誤差為±1.0％，超過了工藝上允許的數(shù)值，故應選擇0.5級儀表才能滿足工藝要求。39編輯課件根據(jù)儀表校驗數(shù)據(jù)來確定儀表精度等級和根據(jù)工藝要求來選擇儀表精度等級，情況是不一樣的。根據(jù)儀表校驗數(shù)據(jù)來確定儀表精度等級時，儀表的允許誤差應該大于〔至少等于〕儀表校驗所得的相對百分誤差；根據(jù)工藝要求來選擇儀表精度等級時，儀表的允許誤差應該小于〔至多等于〕工藝上所允許的最大相對百分誤差。小結40編輯課件測量儀表的根本技術指標〔變差〕7.變差在外界條件不變的情況下，使用同一儀表對被測量進行反復測量〔正行程和反行程〕時，所產(chǎn)生的最大差值與儀表量程之比值稱為變差，用ε表示。正行程：測量系統(tǒng)的輸入量從量程下限增至量程的上限的測量過程。反行程：測量系統(tǒng)的輸入量從量程上限減少至量程的下限的測量過程。41編輯課件測量儀表的根本技術指標〔線性度〕8.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系。線性度示意圖式中，δf為線性度〔又稱非線性誤差〕；Δfmax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〕。42編輯課件測量儀表的根本技術指標〔反響時間〕反響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。反響時間長，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)。儀表反響時間的長短，實際上反映了儀表動態(tài)特性的好壞。儀表的反響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％〔95％〕所用的時間，可用來表示反響時間。43編輯課件測量儀表的分類1.按儀表使用的能源分類氣動儀表、電動儀表、液動儀表以電為能源，信號之間聯(lián)系比較方便，適宜于遠距離傳送和集中控制；便于與計算機聯(lián)用；現(xiàn)在電動儀表可以做到防火、防爆，更有利于電動儀表的平安使用。

一般結構較復雜；易受溫度、濕度、電磁場、放射性等環(huán)境影響。

優(yōu)點缺點常用44編輯課件測量儀表的分類2.按信息的獲得、傳遞、反映和處理的過程分類

檢測儀表

作用是獲取信息，并進行適當?shù)霓D(zhuǎn)換。

顯示儀表

作用是將由檢測儀表獲得的信息顯示出來。

集中控制裝置

包括各種巡回檢測儀、巡回控制儀等。控制儀表

可以根據(jù)需要對輸入信號進行各種運算。

執(zhí)行器

可以接受控制儀表的輸出信號或直接來自操作員的指令，對生產(chǎn)過程進行操作或控制。

45編輯課件各類儀表的作用46編輯課件測量儀表的分類3.按儀表的組成形式分類基地式儀表特點是將測量、顯示、控制等各局部集中組裝在一個表殼里，形成一個整體。這種儀表比較適于在現(xiàn)場做就地檢測和控制，但不能實現(xiàn)多種參數(shù)的集中顯示與控制。這在一定程度上限制了基地式儀表的應用范圍。單元組合儀表是將對參數(shù)的測量及其變送、顯示、控制等各局部，分別制成能獨立工作的單元儀表〔簡稱單元，例如變送單元、顯示單元、控制單元等〕。這些單元之間以統(tǒng)一的標準信號互相聯(lián)系，可以根據(jù)不同要求，方便地將各單元任意組合成各種控制系統(tǒng)，適用性和靈活性都很好。47編輯課件練習題1.某測溫儀表的準確度等級為1.0級，絕對誤差為±1℃，測量下限為負值〔下限的絕對值為測量范圍的10％〕，試確定該表的測量上限值、下限值和量程。2.用測量范圍為－50~+150kPa的壓力表測量140kPa壓力時，儀表示值為+142kPa，求該示值的絕對誤差、實際相對誤差和引用相對誤差。3.某1.5級測量范圍為0~100kPa的壓力表，在50kPa、80kPa、100kPa三點校驗時，其示值絕對誤差分別為－0.8kPa、+1.2kPa、+1.0kPa，試問該表是否合格？4.現(xiàn)有2.5級、2.0級、1.5級三塊測溫儀表，對應的測量范圍分別為－100~+500℃、－50~550℃、0~1000℃，現(xiàn)要測量500℃的溫度，其測量值的相對誤差不超過2.5%，問選用哪塊表最適宜？5.有一臺側(cè)壓儀表，其標尺范圍為0~500kPa，其絕對誤差最大值為Δpmax=4kPa，求該儀表的精度等級。6.某待測的電壓約為100V,現(xiàn)有0.5級0～300Ｖ和1.0級0～100V兩個電壓表,問用哪一個電壓表測量比較好？48編輯課件練習題解答1.某測溫儀表的準確度等級為1.0級，絕對誤差為±1℃，測量下限為負值〔下限的絕對值為測量范圍的10％〕，試確定該表的測量上限值、下限值和量程。

〔＋90℃，－10℃，100℃〕49編輯課件2.用測量范圍為－50~+150kPa的壓力表測量140kPa壓力時，儀表示值為+142kPa，求該示值的絕對誤差、實際相對誤差和引用相對誤差?！?2kPa，+1.43%，+1.0%〕50編