第一章檢測儀表基本知識[1]

1、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 內容提要內容提要n 測量過程與測量誤差測量過程與測量誤差n 測量儀表的品質指標測量儀表的品質指標n 測量系統(tǒng)中的常見信號類型測量系統(tǒng)中的常見信號類型n 檢測系統(tǒng)中信號的傳遞形式檢測系統(tǒng)中信號的傳遞形式n 檢測儀表與測量方法的分類檢測儀表與測量方法的分類n 化工檢測的發(fā)展趨勢化工檢測的發(fā)展趨勢1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 舉例測一段導線的長度直接測量直接測量間接測量間接測量測量實質：測量實質：是將被測參數(shù)與其相應的測量單位進行比較的過程。 2測量過程與測量誤

2、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生原因產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檢測儀表的品質指標檢測儀表的品質指標5說明：說明：儀表的測量誤差可以用絕對誤差來表示。但是，儀表的絕對誤差在測量范圍內的各點不相同。因此，常說的“絕對誤差”指的是絕對誤差中的最大值ma

3、x。 兩大影響因素絕對誤差和儀表的標尺范圍檢測儀表的品質指標檢測儀表的品質指標%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檢測儀表的品質指標檢測儀表的品質指標 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0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等。小結小結7檢測儀表的品質指標檢測儀表的品質指標%8 . 0%10020070048舉例例1-1某臺測溫儀表的測溫范圍為20

4、0700，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。 檢測儀表的品質指標檢測儀表的品質指標9儀表的準確度等級儀表的準確度等級是衡量儀表質量優(yōu)劣的重要指標之一。是衡量儀表質量優(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

5、標志在儀表面板上。舉例舉例1.51.0如：檢測儀表的品質指標檢測儀表的品質指標注意注意 在工業(yè)上應用時,對檢測儀表準確度的要求,應根據(jù)生產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,這樣才能保證生產的經濟性和合理性。 10檢測儀表的品質指標檢測儀表的品質指標%100標尺下限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檢測儀表的品質指標檢測儀表的品質指標12 儀表的靈敏

6、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)值應不大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。 檢測儀表的品質指標檢測儀表的品質指標13 反應時間反應時間就是用來衡量儀表能不能盡快反映出參數(shù)變化的品質指標。反應時間長，說明儀表需要較長時間才能給出準確的指示值，

7、那就不宜用來測量變化頻繁的參數(shù)。 儀表反應時間的長短，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，可用來表示反應時間。檢測儀表的品質指標檢測儀表的品質指標%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。通常總是希望測量儀表的輸出與輸入之間呈線性關系。 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

8、算）。 檢測儀表的品質指標檢測儀表的品質指標 重復性重復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,重復性就好,重復性誤差就小。 圖1-3 重復性示意圖%100max儀表量程ZZ15檢測系統(tǒng)中的常見信號類型檢測系統(tǒng)中的常見信號類型作用于檢測裝置輸入端的被測信號，通常要轉換成以下幾作用于檢測裝置輸入端的被測信號，通常要轉換成以下幾種便于傳輸和顯示的信號類型種便于傳輸和顯示的信號類型1.位移信號2.壓力信號3.電氣信號4.光信號16檢測系統(tǒng)中信號的傳遞形式檢測系統(tǒng)中信號的傳遞形式 在時間上是連續(xù)變化的, 即在任何瞬時都可以確定其數(shù)值的

9、信號。 數(shù)字信號是一種以離散形式出現(xiàn)的不連續(xù)信號,通常用二進制數(shù)“0”和“1”組合的代碼序列來表示。 用兩種狀態(tài)或用兩個數(shù)值范圍表示的不連續(xù)信號。17檢測儀表與測量方法的分類檢測儀表與測量方法的分類 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檢測儀表與測量方法的分類檢測儀表與測量方法的分類按照測量結果的獲得過程 直接測量 間接測量 19檢測儀表與測量方

10、法的分類檢測儀表與測量方法的分類 （1 1）直接測量）直接測量 利用經過標定的儀表對被測參數(shù)進行測量，直接從顯示結果獲得被測參數(shù)的具體數(shù)值的測量方法。 根據(jù)被測參數(shù)獲得方式的不同，直接測量又有偏差法與平衡法（零位法）之分。 除此之外,還有一種將平衡法與偏差法結合起來的微差微差法法 20檢測儀表與測量方法的分類檢測儀表與測量方法的分類（2 2）間接測量）間接測量 當被測量不宜直接測量時,可以通過測量與被測量有關的幾個相關量后,再經過計算來確定被測量的大小。 21化工檢測的發(fā)展趨勢化工檢測的發(fā)展趨勢 1. 1.檢測技術的現(xiàn)代化檢測技術的現(xiàn)代化 2. 2.檢測儀表的集成化、數(shù)字化、智能化檢測儀表的集

11、成化、數(shù)字化、智能化 3.3.軟測量技術和虛擬儀器軟測量技術和虛擬儀器22例題分析例題分析1. 某臺具有線性關系的溫度變送器,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。234輸入下限值輸入上限值輸出下限值）溫度值（輸出上限值I)(840200)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

12、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,對應的輸出應為 其余類推。 24(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(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 00.0200.100.010.100.010.0900.01正反行程之差變 0.020.100.090.080.0125 (3)由上表找出最大的絕對誤差ma

13、x ,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%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,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 ,則應以變max來確定儀表的準確度等級。 27(5)由計算結果可知,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,應適當增加測試點與實驗次數(shù),本例題只是簡單