检测技术与智能仪表设计第一专题PPT学习教案.pptx

会计学 1检测技术与智能仪表设计第一(dy)专题第一页，共43页。2、信号(xnho)变换部分检出信号(xnho)适合(shh)于分析和处理的信号信号调理电路阻抗变换-输出阻抗很高时；电压/电流（V/A）转换-需要电流输出时；目的：4）简化后续系统的组成2）消除或抑制传感器输出量中的无用信号3）提高测量、分析的准确度信号放大-输出信号微弱时；噪声抑制-信号淹没在噪声中；模拟/数字（A/D）转换-需要输出数字信号时1）对传感器的输出量变换成易于处理或放大的量第1页/共43页第二页，共43页。3、分析(fnx)处理部分功能：管理不同系统之间的数据、状态(zhungti)和控制信息的传输和交换不断注入新内容(nirng)-检测系统的研究中心通用标准接口-不同的系统尤其是不同厂家的产品能够互联 4、通信接口与总线部分计算机系统-强大问题分析能力、复杂系统的实时控制自动化、智能化USB、IEEE-488、RS-232（串行）、并行总线：传送数字信号的公共通道-信号线的集合RS-232C、VXI、Centronics（并行）（硬件系统）（规范、结构形式）接口-分系统和上位机之间/分系统之间交换信息第2页/共43页第三页，共43页。二、模拟信号制信号制-指在成套设备仪表(ybio)中，各个仪表(ybio)的输入、输出采用何种统一的联络信号问题。直流信号(xnho)的优点 直流电流做统一(tngy)信号 第3页/共43页第四页，共43页。直流电压做统一(tngy)信号 第4页/共43页第五页，共43页。三、变送器及其信号(xnho)传输方式1.变送器-transmitter 变送器-传感器是能够接受规定(gudng)的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置的总称，通常由敏感元件和转换元件组成。当传感器的输出为规定(gudng)的标准信号时，则称为变送器。第5页/共43页第六页，共43页。四线制变送器：（直流电流做统一(tngy)信号）国际电工委员会（IEC）规定：过程控制系统的模拟电流(dinli)信号是4mA-20mA，电压为1VDC-5VDC。2.变送器信号(xnho)传输方式 第6页/共43页第七页，共43页。第7页/共43页第八页，共43页。两线制变送器：（直流电流做统一(tngy)信号）两线制变送器：电源、负载串联在一起，有一公共点，而现场(xinchng)变送器与控制室仪表之间的信号联络及供电仅用两根电线，这两根电线既是电源线又是信号线。第8页/共43页第九页，共43页。.元器件及仪表连线 有一台两线制压力变送器，量程范围为01MPa，对应(duyng)的输出电流为420mA。请将下图中的各元器件及仪表正确地连接起来。（注意：Uo一定要从取样电阻两端取出！）第9页/共43页第十页，共43页。压力压力(yl)(yl)变送器接线变送器接线演示演示接地Uo第10页/共43页第十一页，共43页。实现两线制必须(bx)具备以下条件：1.采用有活零点的电流信号；2.必须(bx)是单电源供电。单片机应用系统中遇到的一个(y)棘手问题就是如何在恶劣环境下远距离可靠地传送微小信号。第11页/共43页第十二页，共43页。三线(sn xin)制变送器：（直流电流做统一信号）第12页/共43页第十三页，共43页。绝对误差绝对误差(ju du w ch)(ju du w ch)：=Ax=Ax00 某采购员分别在三家商店购买100kg大米、10kg苹果(pnggu)、1kg巧克力，发现均缺少约0.5kg，但该采购员对卖巧克力的商店意见最大，是何原因？第二章 测量误差及数据处理基础(jch)第13页/共43页第十四页，共43页。相对误差相对误差(xin(xin du w ch)du w ch)及精度等级及精度等级 几个几个(j)(j)重要公式：重要公式：示值相对误差(xin du w ch)满度相对误差准确度(精度)第14页/共43页第十五页，共43页。仪表仪表(ybio)(ybio)的准确度等级和基本误差的准确度等级和基本误差 例：某指针式电压 例：某指针式电压(diny)(diny)表的准确度为 表的准确度为2.5 2.5级，级，用它来测量电压 用它来测量电压(diny)(diny)时可能产生的最大满度相 时可能产生的最大满度相对误差为 对误差为2.5%2.5%。某公司(n s)生产测量温度的仪表，满度误差均在1.11.6之间，该系列产品属于哪一级温度表？某车间希望测量温度的仪表满度相对误差控制在1.11.6之间，应购买哪一级温度表？第15页/共43页第十六页，共43页。例：某指针式万例：某指针式万用表的面板如图用表的面板如图所示，问：用它所示，问：用它来测量直流、交来测量直流、交流（流（）电压时，）电压时，可能产生可能产生(chnshng)(chnshng)的的满度相对误差分满度相对误差分别为多少？别为多少？第16页/共43页第十七页，共43页。例：用指针式 例：用指针式万用表的 万用表的10V 10V量 量程 程(lingchng)(lingchng)测量一只 测量一只1.5V 1.5V干 干电池的电压，示 电池的电压，示值如图所示，问：值如图所示，问：选择该量程 选择该量程(lingchng)(lingchng)合 合理吗？理吗？第17页/共43页第十八页，共43页。用用2.5V2.5V量程测量同量程测量同一只一只1.5V1.5V干干电池的电压，电池的电压，与上图比较，与上图比较，问示值相对问示值相对误差误差(xin(xin du w ch)du w ch)哪一个大？哪一个大？第18页/共43页第十九页，共43页。1.某压力表准确度为2.5级，量程为01.5MPa，求：1）可能出现的最大满度相对误差 m。2）可能出现的最大绝对误差m为多少(dusho)kPa？3）测量结果显示为0.70MPa时，可能出现的最大示值相对误差 x。2.现有准确度为0.5级的0300 的和准确度为1.0级的0100 的两个(lin)温度计，要测量80 的温度，试问采用哪一个温度计好？第19页/共43页第二十页，共43页。P20：4.用一台3位半（或称3 位）、精度(jn d)为0.5级（已包含最后一位的+1误差）的数字式电子温度计，测量汽轮机高压蒸汽的温度，数字面板上显示出如图所示的数值。假设其最后一位即为分辨力，求该仪表的 第20页/共43页第二十一页，共43页。解析：关于数字表显示位及位数的概念(ginin)介绍 数字多用表（Digital Multimeter,简称DMM）的显示位数目前一般为3位8 位（即8位半，以下同）。具体地说，有3位、3 位、3 2/3位、3 3/4位、4 位、4 3/4位、5 位、6 位、7 位、8 位等。最近国外还推出8 3/4位、10 位等规格，使数字测量向更高精确度冲刺。数字表位数的提高涉及稳定性、抗干扰等诸多技术问题(wnt)，A/D转换器只是其中的一个环节，能否真正达到额定的准确度，还必须掌握正确的使用方法。第21页/共43页第二十二页，共43页。判定数字判定数字(shz)(shz)仪表位数的两条原则仪表位数的两条原则 1.能显示09所有数字的“位”是“整位”；2.分数位的判定：在最大显示值中，以最高位所能显示的数值作为分子，用满量程的最高位作为分母。例如，当某一数字表最大显示值为 1999（不考虑(k ol)小数点），满量程计数值为2000时，则它共有3个整位。最高位只能显示1，满量程最高位为2，所以它是3 位表。第22页/共43页第二十三页，共43页。判定(pndng)数字仪表位数（续）又如，一台数字(shz)表最大值为2999，满量程为3000，则它是3 2/3位表；右下图所示的温度数字(shz)表最大值为399，满量程为400，则它是2 3/4位表。第23页/共43页第二十四页，共43页。判定判定(pndng)(pndng)数字仪表位数（续）数字仪表位数（续）再如，一台如右图的数字电压表，其最大显示值为399.9V，最高位只能显示0、1、2、3这四个数字（有时(yush)0不予显示），所以它是3 3/4位表。用普通的3 位DMM测量220V或380V工频电压时，量程必须选择700V AC档；相比之下，使用(shyng)3 3/4位的DMM只需选择400V AC档，准确度优于700V AC档，既不欠量程也不超量程，分辨力也提高了许多。第24页/共43页第二十五页，共43页。判定(pndng)数字仪表位数的练习请判断(pndun)下图数字表的位数第25页/共43页第二十六页，共43页。解析解析(ji x)(ji x)：分辨力：分辨力 分辨力是指仪器能检出和显示 分辨力是指仪器能检出和显示(xi(xi nsh)nsh)被测信号的最小变化量，是 被测信号的最小变化量，是有量纲的数。当被测量的变化小于分辨力时，传感器对输入量的变化 有量纲的数。当被测量的变化小于分辨力时，传感器对输入量的变化无任何反应。对数字仪表而言，如果没有其他附加说明，一般可以认 无任何反应。对数字仪表而言，如果没有其他附加说明，一般可以认为该表的最后一位所表示的数值就是它的分辨力。一般地说，分辨力 为该表的最后一位所表示的数值就是它的分辨力。一般地说，分辨力的数值小于仪表的最大绝对误差。例如，下图所示的数字式温度计分 的数值小于仪表的最大绝对误差。例如，下图所示的数字式温度计分辨力为 辨力为0.1 0.1，若该仪表的精度为，若该仪表的精度为1.0 1.0级，则最大绝对误差将达到 级，则最大绝对误差将达到2.0 2.0，与分辨力相比差得多。，与分辨力相比差得多。在右图中，温度每变化0.1，数字表就能跳变1个字，这个温度的相对变化基本上是可信的，但该数字表所显示的绝对数值(shz)是有较大误差的。第26页/共43页第二十七页，共43页。解析解析(ji x)(ji x)：分辨率：分辨率 数字(shz)表的最大示值的倒数为数字(shz)表的分辨率。例如，3 位表的最大示值为1999，则分辨率为：1/19991/2000=0.0005=0.05%即万分之五。请判断(pndun)右图数字表的位数、分辨力及分辨率。仪表背面的接线端子第27页/共43页第二十八页，共43页。判断判断(pndun)(pndun)数字表的位数、数字表的位数、分辨力及分辨率（续）分辨力及分辨率（续）第28页/共43页第二十九页，共43页。判断判断(pndun)(pndun)数字表的数字表的位数、位数、分辨力及分辨率（续）分辨力及分辨率（续）第29页/共43页第三十页，共43页。误差产生的因素误差产生的因素(yn s)(yn s)：1.1.粗大误差粗大误差 明显偏离真值的误差称为粗大误差，也叫过失误差。粗大误差主要是由于测量人员的粗心大意及电子(dinz)测量仪器受到突然而强大的干扰所引起的。如测错、读错、记错、外界过电压尖峰干扰等造成的误差。就数值大小而言，粗大误差明显超过正常条件下的误差。当发现粗大误差时，应予以剔除。第30页/共43页第三十一页，共43页。产生粗大误差的一个(y)例子 第31页/共43页第三十二页，共43页。在重复性条件下，对同一被测量进行无限多次测量所得结果的平均值与被测量的真值之差，称为系统误差。凡误差的数值固定或按一定规律变化(binhu)者，均属于系统误差。系统误差是有规律性的，因此可以通过实验的方法或引入修正值的方法计算修正，也可以重新调整测量仪表的有关部件予以消除。2.2.系统误差：夏天 夏天(xitin)(xitin)摆钟变慢 摆钟变慢的 的原因是什么？原因是什么？第32页/共43页第三十三页，共43页。3.3.随机误差随机误差 测 测量 量结 结果 果与 与在 在重 重复 复条 条件 件下 下，对 对同 同一 一被 被测 测量 量进 进行 行无 无限 限多 多次 次测 测量 量所 所得 得结 结果 果的 的平 平均 均值 值之 之差 差称 称为 为随 随机 机误 误差。差。也 也可 可以 以采 采用 用如 如下 下的 的表 表达 达：在 在同 同一 一条 条件 件下 下，多 多次 次测 测量 量同 同一 一被 被测 测量 量，有 有时 时(y(y ush)ush)会 会发 发现 现测 测量 量值 值时 时大 大时 时小 小，误 误差 差的 的绝 绝对 对值 值及 及正 正、负 负以 以不 不可 可预 预见 见的 的方 方式变化，该误差称为随机误差。式变化，该误差称为随机误差。存 存在 在随 随机 机误 误差 差的 的测 测量 量结 结果 果中 中，虽 虽然 然单 单个 个测 测量 量值 值误 误差 差的 的出 出现 现是 是随 随机 机的 的，既 既不 不能 能用 用实 实验 验的 的方 方法 法消 消除 除，也 也不 不能 能修 修正 正，但 但是 是就 就误 误差 差的 的整 整体 体而 而言 言，多 多数 数随 随机 机误差都服从正态分布规律。误差都服从正态分布规律。第33页/共43页第三十四页，共43页。随机事件 随机事件(shjin)(shjin)与随机误差 与随机误差有区别，并不一定符合正态分布规 有区别，并不一定符合正态分布规律。律。彩票 彩票(cipio)(cipio)摇奖 摇奖第34页/共43页第三十五页，共43页。随机误差的正态分布规律随机误差的正态分布规律(gul)(gul)长度相对(xingdu)测量值次数(csh)统计第35页/共43页第三十六页，共43页。随机误差的正态分布规律随机误差的正态分布规律(gul)(gul)长度相对(xingdu)测量值次数(csh)统计第36页/共43页第三十七页，共43页。1）集中性：大量的测量(cling)值集中分布于算术平均值附近。随机误差的正态分布规律(gul)2）对称性：测量值大致对称地分布(fnb)于两侧。）有界性：在一定的条件下，测量值有一定的分布范围，超过这个范围的可能性非常小，即出现绝对误差很大的情况很少。粗大误差的测量值应予以剔除。第37页/共43页第三十八页，共43页。n xi/mm1 8.042 8.023 7.964 5.995 9.336 7.98例 例1 1：用核辐射式测厚仪对钢板的厚度进行：用核辐射式测厚仪对钢板的厚度进行6 6次等精度 次等精度测量，所得数据如下表（单位为 测量，所得数据如下表（单位为mm mm），请指出哪几个数值），请指出哪几个数值为粗大 为粗大(cd)(cd)误差？在剔除粗大 误差？在剔除粗大(cd)(cd)误差后，用算术平 误差后，用算术平均值公式求出钢板厚度。均值公式求出钢板厚度。第38页/共43页第三十九页，共43页。根据根据P13P13的例的例1-31-3，经计算可知，经计算可知，5.995.99以及以及(y(yj)9.33j)9.33为粗大误差，予以剔除，剩余为粗大误差，予以剔除，剩余44个测个测量值计算算术平均值：量值计算算术平均值：n xi/mm1 8.042 8.023 7.964 5.995 9.336 7.98第39页/共43页第四十页，共43页。4.4.动态动态(dngti)(dngti)误误差差 由心电图仪放大器带宽 由心电图仪放大器带宽不够引起 不够引起(y(y nq nq)的 的动态误差 动态误差 当被测量随时间迅速变化时，系统的输出量在时间上不能与被测量的变化精确(jngqu)吻合，这种误差称为动态误差。第40页/共43页第四十一页，共43页。误差误差(wch)(wch)的合成的合成（1）绝对值合成(hchng)法（2）方均根合成(hchng)法 第41页/共43页第四十二页，共43页。例 例1-4 1-4 用图 用图1-2 1-2核辐射钢板 核辐射钢板(gngbn)(gngbn)测厚仪测钢 测厚仪测钢板 板(gngbn)(gngbn)厚度，已知 厚度，已知PIN PIN型 型 射线二极管的测 射线二极管的测量误差为 量误差为5%5%，微电流放大器误差为，微电流放大器误差为2%2%，指针，指针表误差为 表误差为1%1%，求测量的总误差。，求测量的总误差。结论：测量(cling)系统中的射线二极管的测量(cling)误差最大，应提高其精度等级。第42页/共43页第四十三页，共43页。