3.1&3.2压力检测及仪表.ppt

3(第三章)检测仪表与传感器技术参数：压力、温度等技术工具：压力表，温度计等检测仪表应包括：信号检出及显示检测仪表：用来检测生产过程中有关技术参数的技 -术工具。检测仪表敏感元件传感器显示仪表 对被测变量作出响应,把它转换为适合测量的物理量.感受非电量（被测量）大小，并按一定的规律转换成可用输出信号（一般为电、气压信号）.将检测结果以指针位移、数字、图像等形式,准确地指示、记录或储存.传感器配以适当的信号调理电路把检测到的传感器配以适当的信号调理电路把检测到的信号进一步转换成统一标准的电或气信号的装置信号进一步转换成统一标准的电或气信号的装置-变送器010mA，420mA，0.020.1MP一、测量过程与测量误差一、测量过程与测量误差测量测量是用实验的方法,求出某个量的大小。举例测一段导线的长度u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，得出测量值（指示值）的过程。单位基准 规定真值或约定真值3-1 3-1 概述概述米基准：光在真空中1/299792458S时间间隔内所经路径的长度。相对真值:计量器具按精度不同分为不同等级，上一等级的指示值即为下一等级的真值测量过程与测量误差u测量误差：测量误差：由仪表读得的被测值(测量值)与被测参数的 真实值之间的差距。绝对误差绝对误差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 相对误差相对误差 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计量器具分为计量基准、计量标准、工作用计量器具三种。na)计量基准由国务院计量行政部门负责建立，作为统一全国量值的最高依据nb）按国家计量检定系统表规定的准确度等级，用于检定较低等级计量器具或工作计量器具的计量器具叫做计量标准nc）工作计量器具是用于现场测量u标准标准传递传递二、仪表的性能指标二、仪表的性能指标1.1.1.1.精确度精确度精确度精确度说说明明：仪表的测量误差可以用绝对误差来表示。但是，仪表的绝对误差在测量范围内的各点不相同。因此，常常说说的的“绝对误差绝对误差”指的是绝对误差中的最大值指的是绝对误差中的最大值maxmax。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l绝对误差绝对误差仪表在标尺范围内，同时对同一点参数测量的两个读数之差仪表的性能指标l相对百分误差相对百分误差相对百分误差相对百分误差l允许误差允许误差允许误差允许误差仪表在规定的环境条件下测量获得的误差-基本误差仪表在超出了规定的正常工作条件时测量获得的误差-测量误差=基本误差+附加误差 l精确度等级精确度等级仪表的允许相对百分误差去掉“”号及“”号仪表的允越大，表示它的精确度越低；反之，仪表的允越小，表示仪表的精确度越高。目前常用的精确度等级有0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等。允许误差允许误差允许误差允许误差仪表的性能指标举例例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 如果将该仪表的去掉“”号与“”号，其数值为0.8。由于国家规定的精度等级中没有0.8级仪表，同时，该仪表的误差超过了0.5级仪表所允许的最大误差，所以，这台测温仪表的精度等级为1.0级。仪表的性能指标2.2.2.2.变差变差变差变差 变变差差是指在外界条件不变的情况下，用同一仪表对被测量在仪表全部测量范围内进行正反行程（即被测参数逐渐由小到大和逐渐由大到小）测量时，被测量值正行和反行所得到的两条特性曲线之间的差值。图3-1 测量仪表的变差仪表的变差不能超出仪表的允仪表的变差不能超出仪表的允仪表的变差不能超出仪表的允仪表的变差不能超出仪表的允许误差，否则应及时检修。许误差，否则应及时检修。许误差，否则应及时检修。许误差，否则应及时检修。仪表的性能指标3.3.3.3.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。仪表的性能指标4.4.4.4.分辨力分辨力分辨力分辨力.99 9 9 9 9 9例如:七位数字电压表,最低量程为1V数字式仪表中，用分辨率表示灵敏度。数字式仪表中，用分辨率表示灵敏度。5.5.5.5.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）。仪表的性能指标6.6.6.6.反应时间反应时间反应时间反应时间 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。仪表的性能指标例题分析1.某台具有线性关系的温度变送器,其测温范围为 0200,变送器的输出为 420mA。对这台温度变送器进行校验,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/mAmA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。23解解:该题的解题步骤如下。(1)根据仪表的输出范围确定在各温度测试点的输出标准值x标。任一温度值的标准输出信号(mA)为 例如,当温度为50时,对应的输出应为 其余类推。24(2)算出各测试点正、反行程时的绝对误差正与反,并算出正、反行程之差变,分别填入下表内(计算变时可不考虑符号,取正值)。输入信号输入信号/0 05050100100150150200200输出信号输出信号/mAmA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4 44.024.024 48 88.108.108 812.0112.0112.1012.10121216.0116.0116.0916.091616202020.0120.012020绝对误差绝对误差/mAmA正行程正行程正正反行程反行程反反 0 00.020.020 00.100.100.010.010.100.100.010.010.090.090 00.010.01正反行程之差正反行程之差变变 0.020.020.100.100.090.090.080.080.010.0125(3)由上表找出最大的绝对误差max,并计算最大的相对百分误差max。由上表可知 去掉max的“”号及“%”号后,其数值为0.625,数值在0.51.0之间,由于该表的max已超过0.5级表所允许的允,故该表的准确度等级为1.0级。26(4)计算变差 由于该变差数值在1.0级表允许的误差范围内,故不影响表的准确度等级。注意若变差数值变max超过了绝对误差max,则应以变max来确定仪表的准确度等级。27(5)由计算结果可知,非线性误差的最大值fmax=0.10,故线性度f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。283-2 压力检测及仪表n压力:由气体或液体均匀 垂直地作用于单位面积上的力一、压力单位及测压仪表一、压力单位及测压仪表 1.压力定义压力定义 2.单位单位3、压力的表示压力的表示：n绝对压力q单位面积所受到的力n相对压力（表压）q绝对压力与大气压之差 P表压=P绝-P大气n真空度q大气压与绝对压力之差P真空度=P大气-P真绝P负压=P真绝-P大气绝对压力P P真绝真绝P真空度P表压标准大气压绝对压力0线真空绝对压力线表绝对压力线P P绝绝4、压力计的分类与工作原理工业压力计通常按敏感元件的类型进行分类：n液柱式压力计n活塞式压力计n弹性式压力计n电气式压力计液柱式压力计测量原理：P=h 所以 h=P/液柱式压力计允许误差允许误差:0.02 0.15%0.02 0.15%测量范围测量范围:较窄较窄活塞式压力计n测量原理：通过流动介质将压力转换成活塞上所加平衡砝玛的质量n精确度高 允许误差:0.02 0.05%n测量范围:几千Pa几千MPan常用作标准仪表，检验其它压力计标准传递活塞式压力计二、弹性式压力计二、弹性式压力计n工作原理：利用弹性元件在被测介质压力作用下产生弹 性变形,再通过转换装置转换为位移量进行测量。n特点:结构简单,测量范围宽 几百Pa1000MPa 精度不太高n核心:弹性元件根据弹性元件形式的不同可以分为根据弹性元件形式的不同可以分为3 3类：类：p 弹簧管式压力计p薄膜式压力计p波纹管式压力计1.弹性元件 弹簧管式弹性元件弹簧管式弹性元件 单圈弹簧管 多圈弹簧管 n n测量范围测量范围 几千几千Pa1000MPaPa1000MPa薄膜式弹性元件薄膜式弹性元件 n n膜片膜片 膜合膜合n n测量低压测量低压 1600Pa2.50MPa1600Pa2.50MPan n100Pa60000Pa100Pa60000Pa波纹管式弹性元件波纹管式弹性元件 n n用于微压或低压测量用于微压或低压测量2.弹簧管管压力表电接点信号压力表三、电气式压力计n原理 通过机械和电气元件将压力转换成电信号进行传输及显示的仪表n组成压力传压力传感器感器测量电路测量电路指示器指示器记录仪记录仪控制器控制器压力压力电量电量压力变送器压力变送器霍尔片式压力传感器电气式压力计分两大类I.弹簧管式电气压力计（电远传弹性压力计）II.电气式压力计常见压力传感器外形 工业压力变送器数字压力变送器通用压力变送器隔离压力变送器高温压力变送器隔离压差变送器隔离液位变送器微压变送器电容压力变送器隔膜压力变送器绝压变送器双膜压差变送器微型探针压力计暖风空调压力计湿式压力变送器本安压力变送器OEM血压计OEM压力芯片