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检测仪表基本知识罗检测仪表基本知识罗现在学习的是第1页，共29页qq概述概述概述概述 qq压力检测及仪表压力检测及仪表 qq流量检测及仪表流量检测及仪表流量检测及仪表流量检测及仪表 qq物位检测及仪表物位检测及仪表物位检测及仪表物位检测及仪表 qq温度检测及仪表温度检测及仪表温度检测及仪表温度检测及仪表 现在学习的是第2页，共29页3.1.1 3.1.1 3.1.1 3.1.1 检测过程与测量误差检测过程与测量误差检测过程与测量误差检测过程与测量误差 检测检测检测检测过程过程过程过程参数检测就是用专门的技术工具，依靠能量的参数检测就是用专门的技术工具，依靠能量的参数检测就是用专门的技术工具，依靠能量的参数检测就是用专门的技术工具，依靠能量的变换、实验和计算找到被测量的值。变换、实验和计算找到被测量的值。变换、实验和计算找到被测量的值。变换、实验和计算找到被测量的值。被测显示、控制仪表(装置)变量传感器参数检测的基本过程被测对象变送器Pam15VDC420mA010mA标准信号标准信号mVHzuA微弱信号微弱信号非线性非线性被测量传感器变送器显示、控制仪表(装置)现在学习的是第3页，共29页测量过程与测量误差测量过程与测量误差测量测量是用实验的方法是用实验的方法,求出某个量的大小。求出某个量的大小。举例测一段导线的长度直接测量直接测量间接测量间接测量测量实质：测量实质：是将被测参数与其相应的测量单位进行比较的过程。是将被测参数与其相应的测量单位进行比较的过程。2现在学习的是第4页，共29页秒的定义秒的定义v古代天文学家及物理学家利用观测日影的变化或水位的变古代天文学家及物理学家利用观测日影的变化或水位的变化来计时。随着科技进步，近代科学家发明单摆钟及石英化来计时。随着科技进步，近代科学家发明单摆钟及石英振荡器，利用单摆或石英晶体的振荡周期来计时。但上述振荡器，利用单摆或石英晶体的振荡周期来计时。但上述计时方式易受环境、温度、材质、电磁场甚至观测者观测计时方式易受环境、温度、材质、电磁场甚至观测者观测角度等影响，稳定度不佳，须由天体（地球自转、公转、角度等影响，稳定度不佳，须由天体（地球自转、公转、月球公转）周期来校正月球公转）周期来校正 v二十世世纪中叶，由于量子力学的发展以铯原子二十世世纪中叶，由于量子力学的发展以铯原子(133)(133)的的原子基态两个超精细能级间跃迁辐射原子基态两个超精细能级间跃迁辐射9,192,631,7709,192,631,770周所周所持续的时间。持续的时间。现在学习的是第5页，共29页千克的定义千克的定义v以铂铱合金制成、底面直径为以铂铱合金制成、底面直径为3939毫米、高为毫米、高为3939毫米的国际毫米的国际千克原器（圆柱体）的质量被规定为千克原器（圆柱体）的质量被规定为1 1千克。目前它保存千克。目前它保存在法国巴黎的国际计量局里。在法国巴黎的国际计量局里。现在学习的是第6页，共29页一米是怎样定义的一米是怎样定义的 v国际单位制中长度的单位，是七个基本单位之一。国际单位制中长度的单位，是七个基本单位之一。19831983年年被定义为光在真空中被定义为光在真空中1/2997924581/299792458秒的时间内所通过的距秒的时间内所通过的距离。（第离。（第1717届国际计量大会，第一号决议）届国际计量大会，第一号决议）现在学习的是第7页，共29页测量过程与测量误差测量过程与测量误差测量误差：测量误差：由仪表读得的被测值由仪表读得的被测值 (测量值测量值)与被测参数的真与被测参数的真实值之间的差距。实值之间的差距。测量误差按其测量误差按其产生原因产生原因的不同的不同,可以分为三类：可以分为三类：系统误差系统误差 疏忽误差疏忽误差偶然误差偶然误差3现在学习的是第8页，共29页测量过程与测量误差测量过程与测量误差绝对误差xI：仪表指示值,xt：被测量的真值由于真值无法得到 x：被校表的读数值，x0：标准表的读数值 相对误差4现在学习的是第9页，共29页检测仪表的品质指标检测仪表的品质指标51.1.测量仪表的准确度（精确度）测量仪表的准确度（精确度）说说明明：仪仪表表的的测测量量误误差差可可以以用用绝绝对对误误差差来来表表示示。但但是是，仪仪表表的的绝绝对对误误差差在在测测量量范范围围内内的的各各点点不不相相同同。因因此此，常常说说的的“绝绝对对误误差差”指的是绝对误差中的最大值指的是绝对误差中的最大值max。两大影响因素两大影响因素绝对误差和仪表的标尺范围绝对误差和仪表的标尺范围现在学习的是第10页，共29页检测仪表的品质指标检测仪表的品质指标相对百分误差相对百分误差允许误差允许误差6现在学习的是第11页，共29页仪表的精确度仪表的精确度仪表的精确度仪表的精确度一一一一台台台台0 01000kPa1000kPa的的的的压压压压变变变变，其其其其最最最最大大大大绝绝绝绝对对对对误误误误差差差差10kPa(10kPa(在在在在整整整整个个个个量量量量程程程程范范范范围围围围内内内内)另另另另一一一一台台台台0 0400kPa400kPa的压变，其最大绝对误差的压变，其最大绝对误差的压变，其最大绝对误差的压变，其最大绝对误差5kPa5kPa，哪台精度更高？哪台精度更高？哪台精度更高？哪台精度更高？虽虽虽虽然然然然后后后后者者者者的的的的最最最最大大大大绝绝绝绝对对对对误误误误差差差差较较较较小小小小，但但但但这这这这并并并并不不不不说说说说明明明明后后后后者者者者较较较较前前前前者者者者精精精精度度度度高高高高。在在在在自自自自动动动动化化化化仪仪仪仪表表表表中中中中，通通通通常常常常是是是是以最大相对百分误差来衡量仪表的精确度，定义仪表的精度等级。以最大相对百分误差来衡量仪表的精确度，定义仪表的精度等级。以最大相对百分误差来衡量仪表的精确度，定义仪表的精度等级。以最大相对百分误差来衡量仪表的精确度，定义仪表的精度等级。由于仪表的绝对误差在测量范围内的各点上是不相同的，因此在工业上通常将绝对误差中的最大由于仪表的绝对误差在测量范围内的各点上是不相同的，因此在工业上通常将绝对误差中的最大由于仪表的绝对误差在测量范围内的各点上是不相同的，因此在工业上通常将绝对误差中的最大由于仪表的绝对误差在测量范围内的各点上是不相同的，因此在工业上通常将绝对误差中的最大值，即把最大绝对误差折合成测量范围的百分数表示，称为最大相对百分误差值，即把最大绝对误差折合成测量范围的百分数表示，称为最大相对百分误差值，即把最大绝对误差折合成测量范围的百分数表示，称为最大相对百分误差值，即把最大绝对误差折合成测量范围的百分数表示，称为最大相对百分误差:仪表的仪表的仪表的仪表的精度等级精度等级精度等级精度等级（精确度等级精确度等级精确度等级精确度等级）是指仪表在规定的工作条件下允许的最大相）是指仪表在规定的工作条件下允许的最大相）是指仪表在规定的工作条件下允许的最大相）是指仪表在规定的工作条件下允许的最大相对百分误差。对百分误差。对百分误差。对百分误差。现在学习的是第12页，共29页检测仪表的品质指标检测仪表的品质指标8举例例1-1某台测温仪表的测温范围为200700，校验该表时得到的最大绝对误差为4，试确定该仪表的相对百分误差与准确度等级。解解 该仪表的相对百分误差为该仪表的相对百分误差为 如如果果将将该该仪仪表表的的去去掉掉“”号号与与“”号号，其其数数值值为为0.80.8。由由于于国国家家规规定定的的精精度度等等级级中中没没有有0.80.8级级仪仪表表，同同时时，该该仪仪表表的的误误差差超超过过了了0.50.5级级仪仪表表所所允许的最大误差，所以，这台测温仪表的精度等级为允许的最大误差，所以，这台测温仪表的精度等级为1.01.0级。级。现在学习的是第13页，共29页例2.某台测温仪表的测温范围为2001000,工艺上要求测温误差不能大于5,试确定应选仪表的准确度等级。解解解解:工艺上允许的相对百分误差为工艺上允许的相对百分误差为 要求所选的仪表的相对百分误差不能大于工艺上的要求所选的仪表的相对百分误差不能大于工艺上的允允,才才能保证测温误差不大于能保证测温误差不大于5,5,所以所选仪表的准确度等级应为所以所选仪表的准确度等级应为0.50.5级。当然仪表的准确度等级越高级。当然仪表的准确度等级越高,能使测温误差越小能使测温误差越小,但为了但为了不增加投资费用不增加投资费用,不宜选过高准确度的仪表。不宜选过高准确度的仪表。32现在学习的是第14页，共29页例例例例3 3：某被测温度信号在：某被测温度信号在：某被测温度信号在：某被测温度信号在70708080范围内变化，工艺要求测量误差不超过范围内变化，工艺要求测量误差不超过范围内变化，工艺要求测量误差不超过范围内变化，工艺要求测量误差不超过11，现有两台温度测量仪表，精度等级均为现有两台温度测量仪表，精度等级均为现有两台温度测量仪表，精度等级均为现有两台温度测量仪表，精度等级均为0.50.5级，其中一台仪表的测量范围是级，其中一台仪表的测量范围是级，其中一台仪表的测量范围是级，其中一台仪表的测量范围是0 0100100，另一台仪表的测量范围是，另一台仪表的测量范围是，另一台仪表的测量范围是，另一台仪表的测量范围是0 0200200，试问这两台仪表能否满足上述，试问这两台仪表能否满足上述，试问这两台仪表能否满足上述，试问这两台仪表能否满足上述测量要求。测量要求。测量要求。测量要求。解：解：解：解：由题意可知，被测温度的允许最大绝对误差为：由题意可知，被测温度的允许最大绝对误差为：由题意可知，被测温度的允许最大绝对误差为：由题意可知，被测温度的允许最大绝对误差为：|maxmax|80801 10.80.8 测量范围为测量范围为测量范围为测量范围为0 0100100的仪表的最大允许绝对误差为：的仪表的最大允许绝对误差为：的仪表的最大允许绝对误差为：的仪表的最大允许绝对误差为：|maxmax|1 11001000.50.50.50.5 测量范围为测量范围为测量范围为测量范围为0 0200200的仪表的最大允许绝对误差为：的仪表的最大允许绝对误差为：的仪表的最大允许绝对误差为：的仪表的最大允许绝对误差为：|maxmax|2 22002000.50.51.01.0 根据上述计算，虽然两台仪表的精度等级均为根据上述计算，虽然两台仪表的精度等级均为根据上述计算，虽然两台仪表的精度等级均为根据上述计算，虽然两台仪表的精度等级均为0.50.50.50.5级，但只有测量范围是级，但只有测量范围是级，但只有测量范围是级，但只有测量范围是0 0 0 0100100100100的温度测的温度测的温度测的温度测量仪表才满足本题的测量要求。量仪表才满足本题的测量要求。量仪表才满足本题的测量要求。量仪表才满足本题的测量要求。现在学习的是第15页，共29页检测仪表的品质指标检测仪表的品质指标 仪仪表表的的允允越越大大，表表示示它它的的精精确确度度越越低低；反反之之，仪仪表表的的允允越越小小，表表示示仪仪表表的的精精确确度度越越高高。将将仪仪表表的的允允许许相相对对百百分分误误差差去去掉掉“”号号及及“”号号，便便可可以以用用来来确确定定仪仪表表的的精精确确度度等等级级。目目前前常常用用的的精精确确度度等等级级有有0.0050.005，0.020.02，0.050.05，0.10.1，0.20.2，0.40.4，0.50.5，1.01.0，1.51.5，2.52.5，4.04.0等。等。小结小结7现在学习的是第16页，共29页检测仪表的品质指标检测仪表的品质指标9仪表的准确度等级仪表的准确度等级是衡量仪表质量优劣的重要指标之一。是衡量仪表质量优劣的重要指标之一。准准确确度度等等级级数数值值越越小小，就就表表征征该该仪仪表表的的准准确确度度等等级级越越高高，仪仪表表的的准准确确度度越越高高。工工业业现现场场用用的的测测量量仪仪表表，其其准准确确度度大大多多在在0.50.5级级以以下。下。仪仪表表的的精精度度等等级级一一般般可可用用不不同同的的符符号号形形式式标标志志在在仪仪表表面面板板上。上。举例举例1.51.0如：如：现在学习的是第17页，共29页检测仪表的品质指标检测仪表的品质指标注意注意 在工业上应用时在工业上应用时,对检测仪表准确度的要求对检测仪表准确度的要求,应根据生应根据生产操作的实际情况和该参数对整个工艺过程的影响产操作的实际情况和该参数对整个工艺过程的影响程度所提供的误差允许范围来确定程度所提供的误差允许范围来确定,这样才能保证生这样才能保证生产的经济性和合理性。产的经济性和合理性。10现在学习的是第18页，共29页检测仪表的品质指标检测仪表的品质指标2.2.检测仪表的变差检测仪表的变差检测仪表的变差检测仪表的变差 变变差差是是指指在在外外界界条条件件不不变变的的情情况况下下，用用同同一一仪仪表表对对被被测测量量在在仪仪表表全全部部测测量量范范围围内内进进行行正正反反行行程程（即即被被测测参参数数逐逐渐渐由由小小到到大大和和逐逐渐渐由由大大到到小小）测测量量时时，被被测测量量值值正正行行和和反反行行所所得得到到的的两两条条特特性性曲曲线线之之间间的的差差值。值。图图1-1 1-1 测量仪表的变测量仪表的变差差11仪表的变差不能超出仪表的允许误差，仪表的变差不能超出仪表的允许误差，仪表的变差不能超出仪表的允许误差，仪表的变差不能超出仪表的允许误差，否则应及时检修。否则应及时检修。否则应及时检修。否则应及时检修。现在学习的是第19页，共29页检测仪表的品质指标检测仪表的品质指标123.3.3.3.灵敏度与灵敏限灵敏度与灵敏限灵敏度与灵敏限灵敏度与灵敏限 仪仪表表的的灵灵敏敏度度是指仪表指针的线位移或角位移，与引起这个位移的被测参数变化量的比值。即 式中，S为仪表的灵敏度；为指针的线位移或角位移；x为引起所需的被测参数变化量。仪仪表表的的灵灵敏敏限限是指能引起仪表指针发生动作的被测参数的最小变化量。通常仪表灵敏限的数值应不大于仪表允许绝对误差的一半。注注意意：上上述述指指标标仅仅适适用用于于指指针针式式仪仪表表。在在数数字字式式仪仪表表中中，往往用分辨率表示。往往用分辨率表示。现在学习的是第20页，共29页检测仪表的品质指标检测仪表的品质指标144.4.4.4.线性度线性度线性度线性度 线线性性度度是表征线性刻度仪表的输出量与输入量的实际校准曲线与理论直线的吻合程度。通常总是希望测量仪表的输出与输入之间呈线性关系。图1-2 线性度示意图 式式中中，f为线性度（又称非线性误差）；fmax为校准曲线对于理论直线的最大偏差（以仪表示值的单位计算）。现在学习的是第21页，共29页检测仪表的品质指标检测仪表的品质指标135.5.5.5.反应时间反应时间 反反应应时时间间就是用来衡量仪表能不能尽快反映出参数变化的品质指标。反应时间长，说明仪表需要较长时间才能给出准确的指示值，那就不宜用来测量变化频繁的参数。仪表反应时间的长短，实际上反映了仪表动态特性的好坏。仪表的反应时间有不同的表示方法 当输入信号突然变化一个数值后，输出信号将由原始值逐渐变化到新的稳态值。仪表的输出信号由开始变化到新稳态值的63.2（95）所用的时间，可用来表示反应时间。现在学习的是第22页，共29页检测仪表的品质指标检测仪表的品质指标 6.6.6.6.重复性重复性重复性重复性 重复性重复性表示检测仪表在被测参数按同一方向作全量程连续多表示检测仪表在被测参数按同一方向作全量程连续多次变动时所得标定特性曲线不一致的程度。若标定的特性曲线一次变动时所得标定特性曲线不一致的程度。若标定的特性曲线一致致,重复性就好重复性就好,重复性误差就小。重复性误差就小。图图1-3 重复性示意图重复性示意图15现在学习的是第23页，共29页例题分析例题分析1.1.某台具有线性关系的温度变送器某台具有线性关系的温度变送器,其测温范围为其测温范围为 0 0200,200,变送器的变送器的输出为输出为 4 420mA20mA。对这台温度变送器进行校验。对这台温度变送器进行校验,得到下列数据得到下列数据:输入信号输入信号标准温度标准温度/0 05050100100150150200200输出信号输出信号/mA/mA正行程读数正行程读数x正正正行程读数正行程读数x反反4 44.024.028 88.108.1012.0112.0112.1012.1016.0116.0116.0916.09202020.0120.01试根据以上校验数据确定该仪表的变差、准确度等级与线性度。试根据以上校验数据确定该仪表的变差、准确度等级与线性度。26现在学习的是第24页，共29页解解:该题的解题步骤如下。该题的解题步骤如下。(1)(1)根据仪表的输出范围确定在各温度测试点的输出标准根据仪表的输出范围确定在各温度测试点的输出标准值值x标。任一温度值的标准输出信号标。任一温度值的标准输出信号(mA)(mA)为为 例如例如,当温度为当温度为5050时时,对应的输出应为对应的输出应为 其余类推。其余类推。27现在学习的是第25页，共29页(2)(2)算出各测试点正、反行程时的绝对误差算出各测试点正、反行程时的绝对误差正正与与反反 ,并算出正、反并算出正、反行程之差行程之差变变 ,分别填入下表内分别填入下表内(计算计算变变时可不考虑符号时可不考虑符号,取正取正值值)。输入信号输入信号/050100150200输出信号输出信号/mA正行程读数正行程读数x正正反行程读数反行程读数x反反标准值标准值44.02488.10812.0112.101216.0116.09162020.0120绝对误差绝对误差/mA正行程正行程正正反行程反行程反反 00.0200.100.010.100.010.0900.01正反行程之差正反行程之差变变 0.020.100.090.080.0128现在学习的是第26页，共29页(3)(3)由上表找出最大的绝对误差由上表找出最大的绝对误差maxmax,并计算最大的相并计算最大的相对百分误差对百分误差maxmax。由上表可知。由上表可知 去掉去掉maxmax的的“”号及号及“%”号后号后,其数值为其数值为0.625,0.625,数值在数值在0.50.51.01.0之间之间,由于该表的由于该表的maxmax已超过已超过0.50.5级表所允许的级表所允许的允允,故该表的准故该表的准确度等级为确度等级为1.01.0级。级。29现在学习的是第27页，共29页(4)(4)计算变差计算变差 由于该变差数值在由于该变差数值在1.01.0级表允许的误差范围内级表允许的误差范围内,故故不影响表的准确度等级。注意若变差数值不影响表的准确度等级。注意若变差数值变变maxmax超过了绝超过了绝对误差对误差maxmax,则应以则应以变变maxmax来确定仪表的准确度等级。来确定仪表的准确度等级。30现在学习的是第28页，共29页(5)5)由计算结果可知由计算结果可知,非线性误差的最大值非线性误差的最大值fmax=0.10,=0.10,故线故线性度性度f为为 注意注意 在具体校验仪表时,为了可靠起见,应适当增加测试点与实验次数,本例题只是简单列举几个数据说明问题罢了。31现在学习的是第29页，共29页