自動(dòng)化儀表與系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)引論

1、上海第二工業(yè)大學(xué) 電子與電氣工程學(xué)院 自動(dòng)化系鄭璞自動(dòng)化儀表與系統(tǒng)教材：教材：自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng)第一講第一講課程簡(jiǎn)介課程簡(jiǎn)介內(nèi)容：內(nèi)容： 1. 測(cè)量的基礎(chǔ)知識(shí)測(cè)量的基礎(chǔ)知識(shí) 2. 傳感器知識(shí)傳感器知識(shí)(重點(diǎn)重點(diǎn)) 3. 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)自動(dòng)化儀表與系統(tǒng) 自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng)第一編基礎(chǔ)知識(shí)引論第一編基礎(chǔ)知識(shí)引論1 緒論2 誤差分析基礎(chǔ)3檢測(cè)技術(shù)及方法分析第一講第一講1 1緒論緒論 任何一個(gè)任何一個(gè)工業(yè)控制系統(tǒng)工業(yè)控制系統(tǒng)都必然要應(yīng)用一定的都必然要應(yīng)用一定的檢測(cè)檢測(cè)技術(shù)技術(shù)和和相應(yīng)的儀表單元相應(yīng)的儀表單元。 檢測(cè)單元完成對(duì)各種過(guò)程參數(shù)的測(cè)量，并實(shí)現(xiàn)必檢測(cè)單元

2、完成對(duì)各種過(guò)程參數(shù)的測(cè)量，并實(shí)現(xiàn)必要的數(shù)據(jù)處理；要的數(shù)據(jù)處理；儀表單元?jiǎng)t是實(shí)現(xiàn)各種控制作用的手段和條件，儀表單元?jiǎng)t是實(shí)現(xiàn)各種控制作用的手段和條件，它將檢測(cè)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行它將檢測(cè)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理運(yùn)算處理，并通過(guò)相應(yīng)的單，并通過(guò)相應(yīng)的單元實(shí)現(xiàn)對(duì)被控變量的元實(shí)現(xiàn)對(duì)被控變量的調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)。 隨著新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，二者趨向融合隨著新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，二者趨向融合, ,相輔相相輔相成的，它們是控制系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)。成的，它們是控制系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)。 第一講第一講1 1緒論緒論第一講第一講測(cè)量：測(cè)量：用實(shí)驗(yàn)的方法或?qū)ｉT的設(shè)備，將被測(cè)物理量與該變量的已知測(cè)量單位（標(biāo)準(zhǔn)量）進(jìn)行比較以求得二者比值，進(jìn)而求得被測(cè)物理量

3、的量值。1960年10月十一屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)確定了國(guó)際通用的國(guó)際單位制，簡(jiǎn)稱SI制。 SI制：七個(gè)基本單位：長(zhǎng)度m，時(shí)間s，質(zhì)量kg，熱力學(xué)溫度（Kelvin溫度）K，電流單位A，光強(qiáng)度單位cd（坎德拉），物質(zhì)量mol 1.1 檢測(cè)儀表控制系統(tǒng)檢測(cè)儀表控制系統(tǒng)：1.1.1 1.1.1 典型儀表控制系統(tǒng)實(shí)例：典型儀表控制系統(tǒng)實(shí)例：用用天然氣天然氣做原料生產(chǎn)做原料生產(chǎn)合成氨合成氨的控制系統(tǒng)為例。的控制系統(tǒng)為例。需對(duì)天然氣脫硫處理需對(duì)天然氣脫硫處理在脫硫塔中進(jìn)行在脫硫塔中進(jìn)行下面以一典型工業(yè)儀表控制系統(tǒng)實(shí)例為分析對(duì)象，下面以一典型工業(yè)儀表控制系統(tǒng)實(shí)例為分析對(duì)象，給出常規(guī)檢測(cè)儀表系統(tǒng)的組成及結(jié)構(gòu)給出常規(guī)

4、檢測(cè)儀表系統(tǒng)的組成及結(jié)構(gòu), ,并介紹有關(guān)并介紹有關(guān)檢測(cè)和儀表相關(guān)技術(shù)必需的基本要領(lǐng)和名詞術(shù)語(yǔ)。檢測(cè)和儀表相關(guān)技術(shù)必需的基本要領(lǐng)和名詞術(shù)語(yǔ)。第一講第一講. . 脫硫塔控制流程圖：脫硫塔控制流程圖： 由三個(gè)單參數(shù)由三個(gè)單參數(shù)壓力、壓力、液位和流量液位和流量調(diào)節(jié)控制調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)組成。系統(tǒng)組成。壓力控制：壓力控制：PCPC液位控制：液位控制：LCLC流量控制：流量控制：FCFC1.1 檢測(cè)儀表控制系統(tǒng)檢測(cè)儀表控制系統(tǒng)：1.1.1.1.1.1.典型儀表控制系統(tǒng)實(shí)例：典型儀表控制系統(tǒng)實(shí)例：第一講第一講. .壓力調(diào)節(jié)控制（壓力調(diào)節(jié)控制（PCPC）的單參數(shù)控制子系統(tǒng)介紹：）的單參數(shù)控制子系統(tǒng)介紹： 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框

5、圖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖1.1. 檢測(cè)儀表控制系統(tǒng)檢測(cè)儀表控制系統(tǒng)：1.1.1 1.1.1 典型儀表控制系統(tǒng)實(shí)例：典型儀表控制系統(tǒng)實(shí)例：第一講第一講. .壓力調(diào)節(jié)控制（壓力調(diào)節(jié)控制（PCPC）的單參數(shù)控制子系統(tǒng)介紹：）的單參數(shù)控制子系統(tǒng)介紹：控制過(guò)程：控制過(guò)程： 首先測(cè)量進(jìn)入脫硫塔首先測(cè)量進(jìn)入脫硫塔的天然氣壓力，檢測(cè)到的的天然氣壓力，檢測(cè)到的信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換后，以標(biāo)準(zhǔn)信信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換后，以標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)制式傳輸?shù)綄?shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)運(yùn)號(hào)制式傳輸?shù)綄?shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)運(yùn)算調(diào)節(jié)單元；算調(diào)節(jié)單元；1.1 檢測(cè)儀表控制系統(tǒng)檢測(cè)儀表控制系統(tǒng)：1.1.1 1.1.1 典型儀表控制系統(tǒng)實(shí)例：典型儀表控制系統(tǒng)實(shí)例： 調(diào)節(jié)單元在接受到測(cè)量信號(hào)后，即與給定單元的

6、設(shè)定調(diào)節(jié)單元在接受到測(cè)量信號(hào)后，即與給定單元的設(shè)定壓力值進(jìn)行比較，并根據(jù)設(shè)定的控制規(guī)律計(jì)算出實(shí)現(xiàn)控制壓力值進(jìn)行比較，并根據(jù)設(shè)定的控制規(guī)律計(jì)算出實(shí)現(xiàn)控制調(diào)節(jié)作用所需的控制信號(hào)；調(diào)節(jié)作用所需的控制信號(hào)； 調(diào)節(jié)單元輸出的控制信號(hào)經(jīng)執(zhí)行單元轉(zhuǎn)換后，驅(qū)動(dòng)相調(diào)節(jié)單元輸出的控制信號(hào)經(jīng)執(zhí)行單元轉(zhuǎn)換后，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)被控變量的調(diào)節(jié)。應(yīng)的設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)被控變量的調(diào)節(jié)。第一講第一講. .流量調(diào)節(jié)控制（流量調(diào)節(jié)控制（FCFC）的單參數(shù)控制子系統(tǒng)介紹：）的單參數(shù)控制子系統(tǒng)介紹： 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 控制過(guò)程：控制過(guò)程：1.1 檢測(cè)儀表控制系統(tǒng)檢測(cè)儀表控制系統(tǒng)：1.1.1 1.1.1 典型儀表控制系統(tǒng)實(shí)例：典型儀

7、表控制系統(tǒng)實(shí)例：流量變送單元用于流流量變送單元用于流量檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換和傳量檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換和傳輸輸; ;安全柵的增加則是為安全柵的增加則是為了實(shí)現(xiàn)安全火花防爆了實(shí)現(xiàn)安全火花防爆特性。特性。第一講第一講. .小結(jié)小結(jié)1.1 檢測(cè)儀表控制系統(tǒng)檢測(cè)儀表控制系統(tǒng)：1.1.1 1.1.1 典型儀表控制系統(tǒng)實(shí)例：典型儀表控制系統(tǒng)實(shí)例： 常規(guī)工業(yè)檢測(cè)儀表控制系統(tǒng)的構(gòu)成基本相同，常規(guī)工業(yè)檢測(cè)儀表控制系統(tǒng)的構(gòu)成基本相同，而與具體采用的儀表類型無(wú)關(guān)。而與具體采用的儀表類型無(wú)關(guān)。 基本構(gòu)成包括基本構(gòu)成包括被控對(duì)象、變送器、顯示儀表、被控對(duì)象、變送器、顯示儀表、調(diào)節(jié)器、給定器和執(zhí)行器調(diào)節(jié)器、給定器和執(zhí)行器等。由于各控制子系

8、統(tǒng)被等。由于各控制子系統(tǒng)被控變量的不同，各子系統(tǒng)采用的變送器和調(diào)節(jié)器的控變量的不同，各子系統(tǒng)采用的變送器和調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律因而有所不同。控制規(guī)律因而有所不同。（通過(guò)例子，告訴我們系統(tǒng)是復(fù)雜的，而我們學(xué)習(xí)、研究從簡(jiǎn)單的開(kāi)始。）第一講第一講1.1.2 1.1.2 檢測(cè)儀表控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析：檢測(cè)儀表控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析：說(shuō)明：說(shuō)明：. . 閉環(huán)回路控制系統(tǒng)。閉環(huán)回路控制系統(tǒng)。. . 檢測(cè)單元：檢測(cè)單元： 實(shí)現(xiàn)控制調(diào)節(jié)作用的基礎(chǔ)，它完成對(duì)所有被控實(shí)現(xiàn)控制調(diào)節(jié)作用的基礎(chǔ)，它完成對(duì)所有被控變量的直接測(cè)量，包括溫度、壓力、流量、液位、變量的直接測(cè)量，包括溫度、壓力、流量、液位、成分等成分等1.1 檢測(cè)儀表控制系

9、統(tǒng)檢測(cè)儀表控制系統(tǒng)：第一講第一講1.1.2 1.1.2 檢測(cè)儀表控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析：檢測(cè)儀表控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析：說(shuō)明：說(shuō)明：1.1 檢測(cè)儀表控制系統(tǒng)檢測(cè)儀表控制系統(tǒng)：. . 顯示單元：顯示單元：是控制系統(tǒng)的附屬單元是控制系統(tǒng)的附屬單元. . 調(diào)節(jié)單元：調(diào)節(jié)單元：完成調(diào)節(jié)控制規(guī)律的運(yùn)算。完成調(diào)節(jié)控制規(guī)律的運(yùn)算。 它將變它將變送器傳輸來(lái)的測(cè)量信號(hào)與給定值進(jìn)行比較，并對(duì)比較送器傳輸來(lái)的測(cè)量信號(hào)與給定值進(jìn)行比較，并對(duì)比較結(jié)果進(jìn)行調(diào)節(jié)運(yùn)算，以輸出作為控制信號(hào)。調(diào)節(jié)單元結(jié)果進(jìn)行調(diào)節(jié)運(yùn)算，以輸出作為控制信號(hào)。調(diào)節(jié)單元采用的常規(guī)控制規(guī)律包括位式調(diào)節(jié)和采用的常規(guī)控制規(guī)律包括位式調(diào)節(jié)和 PID PID 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié). .

10、 執(zhí)行單元：執(zhí)行單元：實(shí)施控制策略的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，有電動(dòng)、實(shí)施控制策略的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，有電動(dòng)、氣動(dòng)、液動(dòng)等方式氣動(dòng)、液動(dòng)等方式第一講第一講1.2 基本概念基本概念：請(qǐng)思考：什么是測(cè)量？測(cè)量值、真值、約定真值、示值（儀表）有幾個(gè)基本物理量？對(duì)象、檢測(cè)、變送、調(diào)節(jié)、執(zhí)行、自動(dòng)控制系統(tǒng)中檢測(cè)是基礎(chǔ)，是我們這門課的重點(diǎn)內(nèi)容。工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)中，從被控對(duì)象歸納出六大參數(shù)。第一講第一講1.2 基本概念基本概念：1.2.1 1.2.1 測(cè)量范圍、上下限、量程：測(cè)量范圍、上下限、量程：1 1、測(cè)量范圍：、測(cè)量范圍： 儀表按規(guī)定的精度進(jìn)行測(cè)量的被測(cè)變量的范圍。用其上、儀表按規(guī)定的精度進(jìn)行測(cè)量的被測(cè)變量的范圍。用其上、下

11、限來(lái)表示，每個(gè)測(cè)量?jī)x表都有測(cè)量范圍。下限來(lái)表示，每個(gè)測(cè)量?jī)x表都有測(cè)量范圍。2 2、上、下限：、上、下限： 測(cè)量范圍的最小值和最大值分別稱為測(cè)量下限和測(cè)量上測(cè)量范圍的最小值和最大值分別稱為測(cè)量下限和測(cè)量上限，簡(jiǎn)稱下限和上限。限，簡(jiǎn)稱下限和上限。3 3、量程：、量程： 測(cè)量上限值測(cè)量下限值測(cè)量上限值測(cè)量下限值說(shuō)明：說(shuō)明：給出儀表的上下限，便知儀表的測(cè)量范圍及量程，反之給出儀表的上下限，便知儀表的測(cè)量范圍及量程，反之只給出儀表的量程，卻無(wú)法確定其上下限及測(cè)量范圍。只給出儀表的量程，卻無(wú)法確定其上下限及測(cè)量范圍。測(cè)量?jī)x表的另一表示方法：給出儀表的零點(diǎn)（即下限值）測(cè)量?jī)x表的另一表示方法：給出儀表的零點(diǎn)（

12、即下限值）及量程及量程第一講第一講1.2 基本概念基本概念：1.2.2 1.2.2 零點(diǎn)遷移和量程遷移零點(diǎn)遷移和量程遷移： 在實(shí)際使用中，由于測(cè)量要求或測(cè)量條件的變?cè)趯?shí)際使用中，由于測(cè)量要求或測(cè)量條件的變化，需要改變儀表的測(cè)量范圍，即化，需要改變儀表的測(cè)量范圍，即改變儀表的零點(diǎn)改變儀表的零點(diǎn)或量程或量程，為此需要對(duì)儀表進(jìn)行零點(diǎn)和量程的調(diào)整。，為此需要對(duì)儀表進(jìn)行零點(diǎn)和量程的調(diào)整。通常將通常將零點(diǎn)的變化稱為零點(diǎn)遷移，而量程的變化則零點(diǎn)的變化稱為零點(diǎn)遷移，而量程的變化則稱為量程遷移。稱為量程遷移。 通過(guò)遷移可以擴(kuò)大儀表的通用性。但是，在何通過(guò)遷移可以擴(kuò)大儀表的通用性。但是，在何種條件下遷移，以及能夠

13、有多大的遷移量，還需視種條件下遷移，以及能夠有多大的遷移量，還需視具體儀表的結(jié)構(gòu)和性能而定。具體儀表的結(jié)構(gòu)和性能而定。 零點(diǎn)遷移和量程遷移可通過(guò)儀表的標(biāo)尺特性來(lái)零點(diǎn)遷移和量程遷移可通過(guò)儀表的標(biāo)尺特性來(lái)反映。反映。第一講第一講1.2 基本概念基本概念：2 2、標(biāo)尺特性：、標(biāo)尺特性： 以被測(cè)變量值相對(duì)于量程的百分?jǐn)?shù)為橫坐標(biāo)記為以被測(cè)變量值相對(duì)于量程的百分?jǐn)?shù)為橫坐標(biāo)記為X X，以儀，以儀表指針位移或轉(zhuǎn)角相對(duì)于標(biāo)尺長(zhǎng)度的百分?jǐn)?shù)為縱坐標(biāo)記為表指針位移或轉(zhuǎn)角相對(duì)于標(biāo)尺長(zhǎng)度的百分?jǐn)?shù)為縱坐標(biāo)記為Y Y，可得到儀表的標(biāo)可得到儀表的標(biāo)尺特性曲線尺特性曲線X XY.Y.3 3、實(shí)例說(shuō)明、實(shí)例說(shuō)明：第一講第一講1.2

14、 基本概念基本概念：3 3、實(shí)例說(shuō)明、實(shí)例說(shuō)明： 此時(shí)儀表量程不變，其斜率亦保持不變，線段此時(shí)儀表量程不變，其斜率亦保持不變，線段2 2 只是線段只是線段1 1 的平移，理論上零點(diǎn)遷移到了原輸入值的的平移，理論上零點(diǎn)遷移到了原輸入值的-25% -25% ，終點(diǎn)遷移，終點(diǎn)遷移到了原輸入值的到了原輸入值的75% 75% ，而量程則仍為，而量程則仍為100%100%。 但由于標(biāo)尺特性受限于輸入通道對(duì)信號(hào)的限制（不能為負(fù)但由于標(biāo)尺特性受限于輸入通道對(duì)信號(hào)的限制（不能為負(fù)值），所以實(shí)際標(biāo)尺有效使用范圍（縱坐標(biāo)值），所以實(shí)際標(biāo)尺有效使用范圍（縱坐標(biāo)Y Y）遷移到原來(lái)的）遷移到原來(lái)的25%-100%25%-

15、100%，測(cè)量范圍（橫坐標(biāo)，測(cè)量范圍（橫坐標(biāo)X X）遷移到原來(lái)的）遷移到原來(lái)的0-75%0-75%。單純的零點(diǎn)遷移時(shí)的標(biāo)尺特性單純的零點(diǎn)遷移時(shí)的標(biāo)尺特性線段線段2:第一講第一講1.2 基本概念基本概念：3 3、實(shí)例說(shuō)明、實(shí)例說(shuō)明：線段線段3 3、單純的量程遷移時(shí)的標(biāo)尺特性。單純的量程遷移時(shí)的標(biāo)尺特性。線段線段4:4:此時(shí)零點(diǎn)不變，線段仍過(guò)坐標(biāo)系原點(diǎn)，但斜率發(fā)生了變化。此時(shí)零點(diǎn)不變，線段仍過(guò)坐標(biāo)系原點(diǎn)，但斜率發(fā)生了變化。線段線段3 3：理論上量程遷移到了原來(lái)的理論上量程遷移到了原來(lái)的70%70%。由于受儀表標(biāo)尺長(zhǎng)度。由于受儀表標(biāo)尺長(zhǎng)度的限制，實(shí)際標(biāo)尺將仍保持到原來(lái)有效范圍（縱坐標(biāo)）的的限制，實(shí)際

16、標(biāo)尺將仍保持到原來(lái)有效范圍（縱坐標(biāo)）的0-0-100%100%，而不能超過(guò)，而不能超過(guò)100%100%，對(duì)應(yīng)的測(cè)量范圍遷移到原來(lái)的，對(duì)應(yīng)的測(cè)量范圍遷移到原來(lái)的070%070%。 靈敏度提高。靈敏度提高。線段線段4: 4: 量程遷移到原來(lái)的量程遷移到原來(lái)的140%140%，斜率變化；盡管量程變大了，斜率變化；盡管量程變大了，但實(shí)際標(biāo)尺的有效范圍只有原來(lái)的但實(shí)際標(biāo)尺的有效范圍只有原來(lái)的71.4%71.4%，測(cè)量范圍仍為，測(cè)量范圍仍為0100%0100%。第一講第一講1.2 基本概念基本概念：1.2.3 1.2.3 靈敏度和分辨率靈敏度和分辨率：1 1、靈敏度、靈敏度：是儀表對(duì)被測(cè)參數(shù)變化的靈敏程度

17、。是儀表對(duì)被測(cè)參數(shù)變化的靈敏程度。常以在被測(cè)參數(shù)改變時(shí)，經(jīng)過(guò)足夠時(shí)間儀表指示常以在被測(cè)參數(shù)改變時(shí)，經(jīng)過(guò)足夠時(shí)間儀表指示值達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，儀表輸出變化量值達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，儀表輸出變化量Y Y與引起此變化與引起此變化的輸入變化量的輸入變化量U U之比表示，即之比表示，即定義為：定義為：2 2、分辨率、分辨率： 指儀表輸出能響應(yīng)和分辨的最小輸入量，又稱儀指儀表輸出能響應(yīng)和分辨的最小輸入量，又稱儀表靈敏限，是靈敏度的一種反映。表靈敏限，是靈敏度的一種反映。 第一講第一講1.2 基本概念基本概念：1 1、靈敏度、靈敏度：是儀表對(duì)被測(cè)參數(shù)變化的靈敏程度。是儀表對(duì)被測(cè)參數(shù)變化的靈敏程度。2 2、分辨率、分辨

18、率：儀表輸出能響應(yīng)和分辨的最小輸入量。儀表輸出能響應(yīng)和分辨的最小輸入量。 3 3、討論、討論：靈敏度和標(biāo)尺特性的關(guān)系：靈敏度和標(biāo)尺特性的關(guān)系： 靈敏度等于靈敏度等于標(biāo)尺特性曲線的斜率。因此，量程遷標(biāo)尺特性曲線的斜率。因此，量程遷移就意味著靈敏度的改變；而如果僅僅是零點(diǎn)遷移則移就意味著靈敏度的改變；而如果僅僅是零點(diǎn)遷移則靈敏度不變。靈敏度不變。第一講第一講1.2 基本概念基本概念：1 1、靈敏度、靈敏度：是儀表對(duì)被測(cè)參數(shù)變化的靈敏程度。是儀表對(duì)被測(cè)參數(shù)變化的靈敏程度。2 2、分辨率、分辨率：儀表輸出能響應(yīng)和分辨的最小輸入量。儀表輸出能響應(yīng)和分辨的最小輸入量。 3 3、討論、討論：靈敏度和標(biāo)尺特性

19、的關(guān)系：靈敏度和標(biāo)尺特性的關(guān)系：靈敏度和儀表放大倍數(shù)的關(guān)系：靈敏度和儀表放大倍數(shù)的關(guān)系：由靈敏度的定義表達(dá)式可知：靈敏度大小等同于由靈敏度的定義表達(dá)式可知：靈敏度大小等同于儀表的放大倍數(shù)。只是由于儀表的放大倍數(shù)。只是由于Y Y、U U 都有具體量綱，都有具體量綱，所以靈敏度也有量綱，且由所以靈敏度也有量綱，且由Y Y、U U 確定；而放大確定；而放大倍數(shù)沒(méi)有量綱。所以靈敏度的含義比放大倍數(shù)要廣泛倍數(shù)沒(méi)有量綱。所以靈敏度的含義比放大倍數(shù)要廣泛得多。得多。 第一講第一講1.2 基本概念基本概念：1 1、靈敏度、靈敏度：是儀表對(duì)被測(cè)參數(shù)變化的靈敏程度。是儀表對(duì)被測(cè)參數(shù)變化的靈敏程度。2 2、分辨率、

20、分辨率：儀表輸出能響應(yīng)和分辨的最小輸入量。儀表輸出能響應(yīng)和分辨的最小輸入量。 3 3、討論、討論：靈敏度和標(biāo)尺特性的關(guān)系：靈敏度和標(biāo)尺特性的關(guān)系：靈敏度和儀表放大倍數(shù)的關(guān)系：靈敏度和儀表放大倍數(shù)的關(guān)系：靈敏度和分辨率的關(guān)系靈敏度和分辨率的關(guān)系 分辨率是靈敏度的一種反映，一般說(shuō)儀表的靈分辨率是靈敏度的一種反映，一般說(shuō)儀表的靈敏度高，則其分辨率同樣也高。因此實(shí)際中主要希敏度高，則其分辨率同樣也高。因此實(shí)際中主要希望提高儀表的靈敏度，從而保證其分辨率較好。望提高儀表的靈敏度，從而保證其分辨率較好。第一講第一講1.2 基本概念基本概念：1 1、靈敏度、靈敏度：是儀表對(duì)被測(cè)參數(shù)變化的靈敏程度。是儀表對(duì)被

21、測(cè)參數(shù)變化的靈敏程度。2 2、分辨率、分辨率：儀表輸出能響應(yīng)和分辨的最小輸入量。儀表輸出能響應(yīng)和分辨的最小輸入量。 3 3、討論、討論：靈敏度和標(biāo)尺特性的關(guān)系：靈敏度和標(biāo)尺特性的關(guān)系：靈敏度和儀表放大倍數(shù)的關(guān)系：靈敏度和儀表放大倍數(shù)的關(guān)系：靈敏度的可傳遞性靈敏度的可傳遞性 在由多個(gè)儀表組成的測(cè)量或控制系統(tǒng)中，靈敏在由多個(gè)儀表組成的測(cè)量或控制系統(tǒng)中，靈敏度具有可傳遞性。例如首尾串聯(lián)的儀表系統(tǒng)度具有可傳遞性。例如首尾串聯(lián)的儀表系統(tǒng) 即前一即前一個(gè)儀表的輸出是后一個(gè)儀表的輸入個(gè)儀表的輸出是后一個(gè)儀表的輸入 ，其總靈敏度是，其總靈敏度是各儀表靈敏度的乘積。各儀表靈敏度的乘積。第一講第一講1.2 基本概

22、念基本概念：1.2.4 1.2.4 誤差誤差1 1、基本名詞、基本名詞： . .被測(cè)真值：被測(cè)真值： 被測(cè)量的真實(shí)值，是一個(gè)理論值，因?yàn)闊o(wú)論采用被測(cè)量的真實(shí)值，是一個(gè)理論值，因?yàn)闊o(wú)論采用何種儀表測(cè)到的值都有誤差。何種儀表測(cè)到的值都有誤差。實(shí)際中常將用適當(dāng)精度的儀表（一般指高一等級(jí)實(shí)際中常將用適當(dāng)精度的儀表（一般指高一等級(jí)精度的儀表）測(cè)出的或用特定的方法確定的約定真值精度的儀表）測(cè)出的或用特定的方法確定的約定真值代替真值。又稱為代替真值。又稱為約定真值。約定真值。某些特殊情況下是可知的，如圓周角為某些特殊情況下是可知的，如圓周角為360360度。度。. .示值：示值：指示裝置所顯示的被測(cè)值指示裝

23、置所顯示的被測(cè)值第一講第一講1.2 基本概念基本概念：2 2、絕對(duì)誤差、絕對(duì)誤差：通常可簡(jiǎn)稱為誤差。：通常可簡(jiǎn)稱為誤差。 絕對(duì)誤差示值約定真值絕對(duì)誤差示值約定真值 誤差為正時(shí)表示儀表的示值偏大，反之偏小。誤差為正時(shí)表示儀表的示值偏大，反之偏小。3 3、相對(duì)誤差、相對(duì)誤差： 絕對(duì)誤差與約定真值之比稱為相對(duì)誤差，常用百絕對(duì)誤差與約定真值之比稱為相對(duì)誤差，常用百分?jǐn)?shù)表示，即分?jǐn)?shù)表示，即 用相對(duì)誤差大小來(lái)衡量?jī)x表的精度比較合理。用相對(duì)誤差大小來(lái)衡量?jī)x表的精度比較合理。第一講第一講1.2 基本概念基本概念： 用水銀溫度計(jì)測(cè)得某一溫度為用水銀溫度計(jì)測(cè)得某一溫度為20.320.3，該溫度用，該溫度用高一等級(jí)

24、的溫度計(jì)測(cè)得值為高一等級(jí)的溫度計(jì)測(cè)得值為20.220.2，因后者精度高，因后者精度高，故可認(rèn)為故可認(rèn)為20.220.2接近真實(shí)溫度，故水銀溫度計(jì)測(cè)量的接近真實(shí)溫度，故水銀溫度計(jì)測(cè)量的絕對(duì)誤差絕對(duì)誤差: : 相對(duì)誤差相對(duì)誤差: : 對(duì)于相同的被測(cè)量，絕對(duì)誤差可以評(píng)定其測(cè)量精度的高對(duì)于相同的被測(cè)量，絕對(duì)誤差可以評(píng)定其測(cè)量精度的高低，但對(duì)于不同的被測(cè)量以及不同的物理量，絕對(duì)誤差就難以低，但對(duì)于不同的被測(cè)量以及不同的物理量，絕對(duì)誤差就難以評(píng)定其測(cè)量精度的高低，而采用相對(duì)誤差來(lái)評(píng)定較為確切。評(píng)定其測(cè)量精度的高低，而采用相對(duì)誤差來(lái)評(píng)定較為確切。20.320.3 - 20.220.2 =0.10.1舉例舉例

25、1:1: 第一講第一講1.2 基本概念基本概念：2 2、絕對(duì)誤差、絕對(duì)誤差：簡(jiǎn)稱為誤差。：簡(jiǎn)稱為誤差。 絕對(duì)誤差示值約定真值絕對(duì)誤差示值約定真值3 3、相對(duì)誤差、相對(duì)誤差： 4 4、引用誤差、引用誤差：雖然用絕對(duì)誤差占約定真值的百分?jǐn)?shù)來(lái)衡量?jī)x表的精度比雖然用絕對(duì)誤差占約定真值的百分?jǐn)?shù)來(lái)衡量?jī)x表的精度比較合理，但由于儀表多應(yīng)用在測(cè)量接近上限值的量，為此引入較合理，但由于儀表多應(yīng)用在測(cè)量接近上限值的量，為此引入引用誤差的概念，定義如下：引用誤差的概念，定義如下：以百分?jǐn)?shù)以百分?jǐn)?shù)( () )表示表示第一講第一講1.2 基本概念基本概念：2 2、絕對(duì)誤差、絕對(duì)誤差：簡(jiǎn)稱為誤差。：簡(jiǎn)稱為誤差。 絕對(duì)誤差

26、示值約定真值絕對(duì)誤差示值約定真值3 3、相對(duì)誤差、相對(duì)誤差： 4 4、引用誤差、引用誤差：5 5、最大引用誤差、最大引用誤差：最大引用誤差與儀表的具體示值無(wú)關(guān)，可以更好地說(shuō)最大引用誤差與儀表的具體示值無(wú)關(guān)，可以更好地說(shuō)明儀表測(cè)量的精確程度。它是儀表基本誤差的主要形式，明儀表測(cè)量的精確程度。它是儀表基本誤差的主要形式，是儀表的主要質(zhì)量指標(biāo)之一。是儀表的主要質(zhì)量指標(biāo)之一。指整個(gè)量程內(nèi)指整個(gè)量程內(nèi)以百分?jǐn)?shù)以百分?jǐn)?shù)( () )表示表示第一講第一講1.2 基本概念基本概念：6 6、允許誤差、允許誤差Q Q：儀表在出廠時(shí)規(guī)定的引用誤差的：儀表在出廠時(shí)規(guī)定的引用誤差的允許值允許值， 簡(jiǎn)稱允許誤差。簡(jiǎn)稱允許誤

27、差。 7 7、基本誤差：、基本誤差：任何測(cè)量都是與環(huán)境條件相關(guān)的，這些環(huán)境條件包括環(huán)境任何測(cè)量都是與環(huán)境條件相關(guān)的，這些環(huán)境條件包括環(huán)境溫度、相對(duì)濕度、電源電壓、安裝方式等。儀表應(yīng)用時(shí)應(yīng)嚴(yán)格溫度、相對(duì)濕度、電源電壓、安裝方式等。儀表應(yīng)用時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)定的環(huán)境條件按規(guī)定的環(huán)境條件即參比工作條件進(jìn)行測(cè)量，此時(shí)獲得的誤差即參比工作條件進(jìn)行測(cè)量，此時(shí)獲得的誤差稱為基本誤差稱為基本誤差。8 8、附加誤差：、附加誤差： 儀表儀表在非參比工作條件下進(jìn)行測(cè)量，此時(shí)獲得的誤差在非參比工作條件下進(jìn)行測(cè)量，此時(shí)獲得的誤差除包含基本誤差外，還會(huì)包含額外的誤差，又稱附加誤差。除包含基本誤差外，還會(huì)包含額外的誤差，又稱附加

28、誤差。第一講第一講1.2 基本概念基本概念：9 9、靜態(tài)誤差：、靜態(tài)誤差： 指儀表靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)的誤差，或被測(cè)量變化十分緩指儀表靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)的誤差，或被測(cè)量變化十分緩慢時(shí)所呈現(xiàn)的誤差，此時(shí)不考慮儀表的慣性因素。慢時(shí)所呈現(xiàn)的誤差，此時(shí)不考慮儀表的慣性因素。1010、動(dòng)態(tài)誤差：、動(dòng)態(tài)誤差： 指儀表因慣性遲延所引起的附加誤差，或變化指儀表因慣性遲延所引起的附加誤差，或變化過(guò)程中的誤差。過(guò)程中的誤差。 儀表靜態(tài)誤差的應(yīng)用更為普遍。儀表靜態(tài)誤差的應(yīng)用更為普遍。第一講第一講1.2 基本概念基本概念：1.2.5 1.2.5 精確度精確度： 任何儀表都有一定的測(cè)量誤差。因此，使用儀表時(shí)必須先任何儀表都有一定的測(cè)量誤

29、差。因此，使用儀表時(shí)必須先知道該儀表的精確程度，以便估計(jì)測(cè)量結(jié)果與約定真值的差距，知道該儀表的精確程度，以便估計(jì)測(cè)量結(jié)果與約定真值的差距，即估計(jì)測(cè)量值的大小。即估計(jì)測(cè)量值的大小。1 1、定義：、定義： 用儀表允許的最大引用誤差去掉百分號(hào)后用儀表允許的最大引用誤差去掉百分號(hào)后的數(shù)字來(lái)衡量該儀表的精確程度。的數(shù)字來(lái)衡量該儀表的精確程度。用于估計(jì)測(cè)量結(jié)果與約定真值的差距用于估計(jì)測(cè)量結(jié)果與約定真值的差距2 2、精度等級(jí)劃分：、精度等級(jí)劃分： 0.050.05級(jí)、級(jí)、0.10.1級(jí)、級(jí)、0.20.2級(jí)、級(jí)、0.250.25級(jí)、級(jí)、0.50.5級(jí)、級(jí)、1.01.0級(jí)、級(jí)、1.51.5級(jí)、級(jí)、2.52.5級(jí)

30、。級(jí)。第一講第一講1.2 基本概念基本概念：1 1、定義：、定義： 用儀表允許的最大引用誤差去掉百分號(hào)用儀表允許的最大引用誤差去掉百分號(hào)后的數(shù)字來(lái)衡量該儀表的精確程度。后的數(shù)字來(lái)衡量該儀表的精確程度。2 2、精度等級(jí)劃分：、精度等級(jí)劃分： 3 3、精度等級(jí)確定方法：、精度等級(jí)確定方法：根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，先計(jì)算儀表的最大引用誤差，然根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，先計(jì)算儀表的最大引用誤差，然后從上面標(biāo)準(zhǔn)的精度等級(jí)中選取數(shù)值上最接近，但比后從上面標(biāo)準(zhǔn)的精度等級(jí)中選取數(shù)值上最接近，但比該計(jì)算出的最大引用誤差去掉百分號(hào)的值大的精度等該計(jì)算出的最大引用誤差去掉百分號(hào)的值大的精度等級(jí)做為該儀表的精確度等級(jí)。級(jí)做為該儀表的精確度

31、等級(jí)。第一講第一講1.2 基本概念基本概念：舉例：舉例：某彈簧管壓力表的測(cè)量范圍為某彈簧管壓力表的測(cè)量范圍為 . .a a，精度等級(jí)為精度等級(jí)為2 25 5級(jí)，校驗(yàn)時(shí)，在某點(diǎn)出現(xiàn)的最大絕對(duì)級(jí)，校驗(yàn)時(shí)，在某點(diǎn)出現(xiàn)的最大絕對(duì)誤差為誤差為. .a a，問(wèn)該儀表是否合格？，問(wèn)該儀表是否合格？解：解：由已知條件可知：由已知條件可知：儀表量程為，最大絕對(duì)誤差為儀表量程為，最大絕對(duì)誤差為。其最大引用誤差為：其最大引用誤差為：%1 . 3%1006 . 105. 0由精度等級(jí)為由精度等級(jí)為2.52.5級(jí)，可知儀表允許的最大引用級(jí)，可知儀表允許的最大引用誤差為：誤差為： 2.52.5 ， 所以不全格。所以不全格

32、。. .a a. .a a第一講第一講1.2 基本概念基本概念：舉例舉例2 2：有一塊壓力表，其負(fù)向可測(cè)到有一塊壓力表，其負(fù)向可測(cè)到-0.1MPa-0.1MPa，正向可測(cè)到，正向可測(cè)到0.6MPa0.6MPa，現(xiàn)只校驗(yàn)正向部份，其最大誤差發(fā)生在，現(xiàn)只校驗(yàn)正向部份，其最大誤差發(fā)生在0.3MPa0.3MPa處，且處，且 上行和下行時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)壓力表的指示值分別為上行和下行時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)壓力表的指示值分別為0.305MPa0.305MPa和和0.295MPa0.295MPa，問(wèn)該表是否符合準(zhǔn)確度等級(jí)為，問(wèn)該表是否符合準(zhǔn)確度等級(jí)為1.51.5級(jí)的要求？級(jí)的要求？解：解：由已知條件可知：儀表量程為：由已知條件可知

33、：儀表量程為： 測(cè)量誤差：測(cè)量誤差：有基本誤差為有基本誤差為其最大引用誤差為：其最大引用誤差為：%5 . 1%714. 0%1007 . 0005. 00.6-（-0.1）0.7a，上上 0.305-0.30.005下下0.3-0.2950.0050.005MPa符合符合第一講第一講1.2 基本概念基本概念：1.2.6 1.2.6 滯環(huán)、死區(qū)和回差滯環(huán)、死區(qū)和回差：1 1、滯環(huán)：、滯環(huán)： 由于儀表內(nèi)部元件的儲(chǔ)能由于儀表內(nèi)部元件的儲(chǔ)能效應(yīng)效應(yīng)( (如彈性變形、磁滯現(xiàn)象如彈性變形、磁滯現(xiàn)象等等) )，造成儀表測(cè)量的實(shí)際上，造成儀表測(cè)量的實(shí)際上升曲線和實(shí)際下降曲線出現(xiàn)不升曲線和實(shí)際下降曲線出現(xiàn)不重合

34、，從而使得儀表的特性形重合，從而使得儀表的特性形成環(huán)狀，該種現(xiàn)象即稱為滯環(huán)。成環(huán)狀，該種現(xiàn)象即稱為滯環(huán)。如圖。如圖。 在出現(xiàn)滯環(huán)現(xiàn)象時(shí)，儀表的同一輸入值對(duì)應(yīng)多個(gè)輸在出現(xiàn)滯環(huán)現(xiàn)象時(shí)，儀表的同一輸入值對(duì)應(yīng)多個(gè)輸出值，并出現(xiàn)誤差。出值，并出現(xiàn)誤差。第一講第一講1.2 基本概念基本概念：2 2、死區(qū)：、死區(qū)： 儀表內(nèi)部的某些元件具有死區(qū)效儀表內(nèi)部的某些元件具有死區(qū)效應(yīng)，例如傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的摩擦和間隙等，應(yīng)，例如傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的摩擦和間隙等，其作用亦可使得儀表檢驗(yàn)所得的實(shí)際其作用亦可使得儀表檢驗(yàn)所得的實(shí)際上升曲線和實(shí)際下降曲線常出現(xiàn)不重上升曲線和實(shí)際下降曲線常出現(xiàn)不重合的情況。這種死區(qū)效應(yīng)使得儀表輸合的情況。這種死

35、區(qū)效應(yīng)使得儀表輸入在小到一定范圍后不足以引起輸出入在小到一定范圍后不足以引起輸出的任何變化，而這一范圍則稱為死區(qū)。的任何變化，而這一范圍則稱為死區(qū)。 存在死區(qū)的儀表要求輸入值大于某一限度才能引起輸出存在死區(qū)的儀表要求輸入值大于某一限度才能引起輸出的變化，死區(qū)也稱為不靈敏區(qū)。理想情況下，不靈敏區(qū)的寬的變化，死區(qū)也稱為不靈敏區(qū)。理想情況下，不靈敏區(qū)的寬度是靈敏限的度是靈敏限的2 2 倍。倍。第一講第一講1.2 基本概念基本概念：3 3、回差：、回差： 實(shí)際上升曲線和實(shí)際實(shí)際上升曲線和實(shí)際下降曲線間都存在差值，其下降曲線間都存在差值，其最最大的差值稱為回差大的差值稱為回差，亦稱變差，亦稱變差，或來(lái)回

36、變差。或來(lái)回變差。第一講第一講1.2 基本概念基本概念：1 1、重復(fù)性：、重復(fù)性：概念：概念：在同一工作條件下，在同一工作條件下，同方向同方向連續(xù)多次對(duì)同一輸入值連續(xù)多次對(duì)同一輸入值進(jìn)行測(cè)量所得的多個(gè)輸出值之進(jìn)行測(cè)量所得的多個(gè)輸出值之間相互一致的程度稱為儀表的間相互一致的程度稱為儀表的重復(fù)性，重復(fù)性，它不包括滯環(huán)和死區(qū)它不包括滯環(huán)和死區(qū)。如圖。如圖。物理意義：物理意義：反映輸出一致性的程度。反映輸出一致性的程度。取值：取值：上升曲線的最大離散程度和下降曲線的最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。大離散程度兩者中的最大值。1.2.7 1.2.7 重復(fù)性和再現(xiàn)性重復(fù)性和再現(xiàn)性：第一講第一講1.2 基本概念基本概念：2 2、再現(xiàn)性：、再現(xiàn)性：概念：概念：它是儀表實(shí)際上升曲線和它是儀表實(shí)際上升曲線和實(shí)際下降曲線之間離散程度的表示，實(shí)際下降曲線之間離散程度的表示，它包括滯環(huán)和死區(qū)它包括滯環(huán)和死區(qū)。如圖。如圖。物理意義：物理意義：反映儀表的穩(wěn)定性。反映儀表的穩(wěn)定性。取值：取值：常取兩種曲線之間離散程常取兩種曲線之間離散程度最大點(diǎn)的值來(lái)表示度最大點(diǎn)的值來(lái)表示第一講第一講1.2 基本概念基本概念：3 3、討論：、討論： 重復(fù)性重復(fù)性是衡量?jī)x表不受隨是衡量?jī)x表不受隨機(jī)因素影響的能力，機(jī)因素影響的能力，再現(xiàn)性再現(xiàn)性是是儀表性能穩(wěn)定的一種標(biāo)志，因儀表性能穩(wěn)定的一種標(biāo)志，