第三章 参数检测方法及仪表优秀课件.ppt

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1、第三章 参数检测方法及仪表第1页，本讲稿共28页压力检测方法及仪表压力检测方法及仪表本章内容 概概 述述物位检测方法及仪表物位检测方法及仪表流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表温度检测方法及仪表温度检测方法及仪表概述概述第2页，本讲稿共28页概述概述p检测仪表组成检测仪表组成：概概 述述检测环节检测环节:是检出元件或传感器，直接感受被测变量，并将是检出元件或传感器，直接感受被测变量，并将它变换成适于测量的信号形式。它变换成适于测量的信号形式。转换放大环节转换放大环节:对信号进行转换、放大等处理，并传送给显示部对信号进行转换、放大等处理，并传送给显示部分进行分进行 指示或记录。指示或记录。显示部

2、分显示部分:就地指示型仪表、单元组合型仪表、数字式显示仪表就地指示型仪表、单元组合型仪表、数字式显示仪表 被测变量传感器参数检测的基本过程被测对象变送器显示、控制仪表(装置)第3页，本讲稿共28页检测过程及误差检测过程及误差p检测过程p检测误差误差误差-测量值和真实值之间的差值误差产生的原因误差产生的原因：选用的仪表精确度有限，实验手段不够完善、环境中存在各种干扰因素，以及检测技术水平的限制等原因.概概 述述第4页，本讲稿共28页p系统误差系统误差 -在同一测量条件下，对同一被测参数进行多次重复测量时，误差的大小和符号保持不变或按一定规律变化特点特点：有一定规律的，一般可通过实验或分析的 方法

3、找出其规律和影响因素，引入相应的 校正补偿措施，便可以消除或大大减小。误差产生的原因误差产生的原因：系统误差主要是由于检测仪表 本身的不完善、检测中使用仪表的方法不 正确以及测量者固有的不良习惯等引起的。概概 述述第5页，本讲稿共28页p疏忽误差疏忽误差 明显地歪曲测量结果的误差，又称粗差，特点特点：无任何规律可循。误差产生的原因误差产生的原因：引起的原因主要是由于操作者的粗心（如读错、算错数据等）、不正确操作、实验条件的突变或实验状况尚未达到预想的要求而匆忙测试等原因所造成的。这时含有粗差的测量值称为异常值或坏值，一般均应从测量结果中剔除。概概 述述第6页，本讲稿共28页p随机误差 -在相同

4、条件下多次重复测量同一量时，误差的大小、符号均为无规律变化，又称偶然误差。特点特点：变化难以预测，无法修正 误差产生的原因误差产生的原因：随机误差主要是由于测量过程中某种尚未认识的或无法控制的各种随机因素（如空气扰动、噪声扰动、电磁场等）所引起的综合结果。概概 述述第7页，本讲稿共28页检测仪表的基本技术性能指标检测仪表的基本技术性能指标p绝对误差绝对误差 绝对误差指仪表指示值与被测参数真值之间的差值，即 仪表指示值 t 被测量的真值 0约定真值 A B0-1000-10001 概概 述述思考思考第8页，本讲稿共28页仪表的性能指标51.1.精确度（精度）精确度（精度）说说明明：仪仪表表的的测

5、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”指指的的是是绝绝对对误误差差中中的的最最大大值值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第9页，本讲稿共28页相对百分误差相对百分误差允许误差允许误差6第10页，本讲稿共28页 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

6、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1.51.5精度等级符号精度等级符号第11页，本讲稿共28页p例例1 1 有两台测温仪表，它们的测温范围分别为有两台测温仪表，它们的测温范围分别为01000100和和100300100300，校验表时得到它们的最大绝对误差均为，校验表时得到它们的最大绝对误差均为22，试，试确定这

7、两台仪表的精度等级。确定这两台仪表的精度等级。概概 述述解解 这两台仪表的相对百分误差分别为这两台仪表的相对百分误差分别为一台仪表的精度等级为一台仪表的精度等级为2.52.5级，而另一台仪表的精度等级为级，而另一台仪表的精度等级为1 1级。级。第12页，本讲稿共28页p例例2 某台测温仪表的工作范围为某台测温仪表的工作范围为0500，工艺要求测温时测量误差不超，工艺要求测温时测量误差不超过过4，试问如何选择仪表的精度等级才能满足要求？，试问如何选择仪表的精度等级才能满足要求？解解 根据工艺要求，仪表的允许误差为根据工艺要求，仪表的允许误差为 概概 述述应选择应选择0.50.5级的仪表才能满足要

8、求级的仪表才能满足要求第13页，本讲稿共28页p小结：小结：在确定一个仪表的精度等级时，要求仪表的允许误差应该大于或等于仪表在确定一个仪表的精度等级时，要求仪表的允许误差应该大于或等于仪表校验时所得到的相对百分误差；而根据工艺要求来选择仪表的精度等级时，校验时所得到的相对百分误差；而根据工艺要求来选择仪表的精度等级时，仪表的允许误差应该小于或等于工艺上所允许的相对百分误差。仪表的允许误差应该小于或等于工艺上所允许的相对百分误差。概概 述述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

9、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高。工业现场用的测量仪表，其准确度大多在越高。工业现场用的测量仪表，其准确度大多在0.50.5级以下。级以下。第14页，本讲稿共28页2.2.2.2.变差变差变差变差 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行和反行所得到的两条特性曲线之间的差值。正行和反行所得到的两条特性曲线之间的差值。图图3-1 3-

10、1 测量仪表的变差测量仪表的变差1 11 1仪表的变差不能超出仪表的允许误差，否则仪表的变差不能超出仪表的允许误差，否则仪表的变差不能超出仪表的允许误差，否则仪表的变差不能超出仪表的允许误差，否则应及时检修。应及时检修。应及时检修。应及时检修。第15页，本讲稿共28页123.3.灵敏度与灵敏限灵敏度与灵敏限 仪表的灵敏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。仪表的灵敏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。注意：上述指标

11、仅适用于指针式仪表。在数字式仪表中，往往用分辨率表示。是指数字仪表在最低量程上最末位数字改变一个字时所对应的物理量数值，它反映是指数字仪表在最低量程上最末位数字改变一个字时所对应的物理量数值，它反映了数字仪表能够检测到的被测参数中最小变化的能力了数字仪表能够检测到的被测参数中最小变化的能力4 4 分辨力分辨力第16页，本讲稿共28页5.5.5.5.线性度线性度线性度线性度 线线性性度度是是表表征征线线性性刻刻度度仪仪表表的的输输出出量量与与输输入入量量的的实实际际校校准准曲曲线线与与理理论论直直线线的的吻吻合合程程度度。通通常常总总是是希希望望测测量量仪仪表的输出与输入之间呈线性关系。表的输出

12、与输入之间呈线性关系。图图1-2 线性度示意图线性度示意图 式式中中，f为为线线性性度度（又又称称非非线线性性误误差差）；fmax为为校校准准曲曲线线对对于于理理论论直直线线的的最最大偏差（以仪表示值的单位计算）。大偏差（以仪表示值的单位计算）。第17页，本讲稿共28页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就是是用用来来衡衡量量仪仪表表能能不不能能尽尽快快反反映映出出参参数数变变化化的的品品质质指指标标。反反应应时时间间长长，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。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

13、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。仪表反应时间的长短，实际上反映了仪表动态特性的好坏。仪仪 表表 的的反反 应应 时时间间 有有 不不同同 的的 表表示方法示方法 当当输输入入信信号号突突然然变变化化一一个个数数值值后后，输输出出信信号号将将由原始值逐渐变化到新的稳态值。由原始值逐渐变化到新的稳态值。仪仪表表的的输输出出信信号号由由开开始始变变化化到到新新稳稳态态值值的的63.263.2（9595）所用的时间，可用来表示反应时间。）所用的时间，可用来表示反应时间。第18页，本讲稿共28页 概概 述述检测仪表的主要性能指标检测仪表的主要性能指标检测仪表的主要性能指标检测

14、仪表的主要性能指标稳定性稳定性稳定性稳定性在规定的工作条件内，仪表某些性能随时间保持不变的能力。在规定的工作条件内，仪表某些性能随时间保持不变的能力。在规定的工作条件内，仪表某些性能随时间保持不变的能力。在规定的工作条件内，仪表某些性能随时间保持不变的能力。起因：化工企业使用仪表的环境相对比较恶劣。起因：化工企业使用仪表的环境相对比较恶劣。起因：化工企业使用仪表的环境相对比较恶劣。起因：化工企业使用仪表的环境相对比较恶劣。通常用仪表零位漂移来衡量。通常用仪表零位漂移来衡量。通常用仪表零位漂移来衡量。通常用仪表零位漂移来衡量。可靠性可靠性可靠性可靠性和仪表维护工作量相联系。和仪表维护工作量相联系

15、。和仪表维护工作量相联系。和仪表维护工作量相联系。通常用平均无故障时间来衡量。通常用平均无故障时间来衡量。通常用平均无故障时间来衡量。通常用平均无故障时间来衡量。一一一一般般般般全全全全智智智智能能能能变变变变送送送送器器器器的的的的平平平平均均均均无无无无故故故故障障障障时时时时间间间间是是是是非非非非智智智智能能能能变变变变送送送送器器器器的的的的10101010倍倍倍倍以以以以上。上。上。上。第19页，本讲稿共28页 概概 述述三、工业仪表的分类三、工业仪表的分类三、工业仪表的分类三、工业仪表的分类1.1.1.1.按仪表使用的能源分类按仪表使用的能源分类按仪表使用的能源分类按仪表使用的能

16、源分类（1 1 1 1）气动仪表）气动仪表）气动仪表）气动仪表 以以以以0.14MPa0.14MPa0.14MPa0.14MPa的压缩空气为能源，输出信号范围的压缩空气为能源，输出信号范围的压缩空气为能源，输出信号范围的压缩空气为能源，输出信号范围0.02-0.IMPa0.02-0.IMPa0.02-0.IMPa0.02-0.IMPa。具。具。具。具 有结构简有结构简有结构简有结构简单、工作可靠、抗干扰能力强、安全防爆、维修方便等优点单、工作可靠、抗干扰能力强、安全防爆、维修方便等优点单、工作可靠、抗干扰能力强、安全防爆、维修方便等优点单、工作可靠、抗干扰能力强、安全防爆、维修方便等优点（2

17、2 2 2）电动仪表）电动仪表）电动仪表）电动仪表 -优点：适宜远距离传送和集中控制；便于计算机联用优点：适宜远距离传送和集中控制；便于计算机联用优点：适宜远距离传送和集中控制；便于计算机联用优点：适宜远距离传送和集中控制；便于计算机联用 -缺点：结构复杂；易受温度、湿度、电磁场、放射性等环境影响缺点：结构复杂；易受温度、湿度、电磁场、放射性等环境影响缺点：结构复杂；易受温度、湿度、电磁场、放射性等环境影响缺点：结构复杂；易受温度、湿度、电磁场、放射性等环境影响（3 3 3 3）液动仪表）液动仪表）液动仪表）液动仪表第20页，本讲稿共28页 概概 述述（1 1 1 1）检测仪表）检测仪表）检测

18、仪表）检测仪表 -获取信息，并进行适当的转换；获取信息，并进行适当的转换；获取信息，并进行适当的转换；获取信息，并进行适当的转换；（2 2 2 2）显示仪表）显示仪表）显示仪表）显示仪表 -由检测仪表获得的信息显示出来；由检测仪表获得的信息显示出来；由检测仪表获得的信息显示出来；由检测仪表获得的信息显示出来；（3 3 3 3）集中控制装置）集中控制装置）集中控制装置）集中控制装置 -包包包包括括括括巡巡巡巡回回回回检检检检测测测测仪仪仪仪、巡巡巡巡回回回回控控控控制制制制仪仪仪仪、程程程程序序序序控控控控制制制制仪仪仪仪、数数数数据据据据处处处处理理理理机机机机、电电电电子子子子计计计计算算算

19、算机机机机等等等等（4 4 4 4）控制仪表）控制仪表）控制仪表）控制仪表 -根据需要对输入信号进行各种运算，例如：放大，积分，微分等；根据需要对输入信号进行各种运算，例如：放大，积分，微分等；根据需要对输入信号进行各种运算，例如：放大，积分，微分等；根据需要对输入信号进行各种运算，例如：放大，积分，微分等；（5 5 5 5）执行器）执行器）执行器）执行器 -接接接接受受受受控控控控制制制制仪仪仪仪表表表表的的的的输输输输出出出出信信信信号号号号或或或或直直直直接接接接来来来来直直直直操操操操作作作作人人人人员员员员的的的的指指指指令令令令，对对对对生生生生产产产产过过过过程程程程进进进进行行

20、行行操操操操作作作作或或或或控控控控制制制制2.2.2.2.按信息的获得、传递、反映和处理过程分类按信息的获得、传递、反映和处理过程分类按信息的获得、传递、反映和处理过程分类按信息的获得、传递、反映和处理过程分类第21页，本讲稿共28页 概概 述述（1 1 1 1）基地式仪表）基地式仪表）基地式仪表）基地式仪表基基基基地地地地式式式式仪仪仪仪表表表表是是是是指指指指把把把把检检检检测测测测、显显显显示示示示和和和和调调调调节节节节（变变变变送送送送）等等等等环环环环节节节节集集集集于于于于一一一一身身身身的的的的，通通通通常常常常可可可可就就就就地地地地安安安安装装装装的仪表。它的特点是：的仪

21、表。它的特点是：的仪表。它的特点是：的仪表。它的特点是：综综综综合合合合与与与与集集集集中中中中，它它它它把把把把必必必必要要要要的的的的功功功功能能能能部部部部件件件件全全全全部部部部集集集集中中中中在在在在一一一一个个个个仪仪仪仪表表表表内内内内，只只只只需需需需配配配配上上上上调调调调节节节节阀阀阀阀便便便便可可可可构成一个调节系统。构成一个调节系统。构成一个调节系统。构成一个调节系统。系统结构简单，使用维护方便。系统结构简单，使用维护方便。系统结构简单，使用维护方便。系统结构简单，使用维护方便。缺缺缺缺 点点点点 是是是是 功功功功 能能能能 简简简简 单单单单，不不不不 便便便便 于

22、于于于 组组组组 成成成成 复复复复 杂杂杂杂 的的的的 调调调调 节节节节 系系系系 统统统统，较较较较 笨笨笨笨 重重重重，精精精精 度度度度 稍稍稍稍 低低低低。（2 2 2 2）单元组合仪表）单元组合仪表）单元组合仪表）单元组合仪表对对对对参参参参数数数数的的的的测测测测量量量量及及及及其其其其变变变变送送送送、显显显显示示示示、控控控控制制制制等等等等各各各各部部部部分分分分，分分分分别别别别制制制制成成成成能能能能独独独独立立立立工工工工作作作作的的的的单单单单元元元元仪仪仪仪表表表表（简简简简称称称称：单元，例如变送单元、显示单元、控制单元）单元，例如变送单元、显示单元、控制单元

23、）单元，例如变送单元、显示单元、控制单元）单元，例如变送单元、显示单元、控制单元）特点：单元之间可以用标准信号进行联系，将各单元任意组合成各种控制系统特点：单元之间可以用标准信号进行联系，将各单元任意组合成各种控制系统特点：单元之间可以用标准信号进行联系，将各单元任意组合成各种控制系统特点：单元之间可以用标准信号进行联系，将各单元任意组合成各种控制系统 DDZ-DDZ-DDZ-DDZ-电动单元组合仪表电动单元组合仪表电动单元组合仪表电动单元组合仪表 QDZ-QDZ-QDZ-QDZ-气动单元组合仪表气动单元组合仪表气动单元组合仪表气动单元组合仪表3.3.3.3.按仪表的组成形式分类按仪表的组成形

24、式分类按仪表的组成形式分类按仪表的组成形式分类第22页，本讲稿共28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,变送器的输出为变送器的输出为 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 标准温度/050100150200输出信号/mA正行程读数x正正行程读数x反44.0288.1012.0112.1016.0116.092020.01试根据以上校验数据确定该仪表的变差、精确度等级与线性度。试根据以上校验数据确定该仪表的变差、精确度等级与线性

25、度。2 23 3第23页，本讲稿共28页解: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。第24页，本讲稿共28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、反行程之差并算出正、反行程之差变变 ,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,取正值取正值)。输入信号/050100150200输出信号/mA正行程读数x正反行程读数x反标准值44.02488.10812.0112.101216.

26、0116.09162020.0120绝对误差/mA正行程正反行程反 00.0200.100.010.100.010.0900.01正反行程之差变 0.020.100.090.080.01第25页，本讲稿共28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,并计算最大的相对百分误差并计算最大的相对百分误差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,由于该由于该表的表的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

27、该表的准确度等级为故该表的准确度等级为1.01.0级。级。第26页，本讲稿共28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,故不影故不影响表的准确度等级。注意若变差数值响表的准确度等级。注意若变差数值变变maxmax超过了绝对误差超过了绝对误差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。第27页，本讲稿共28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f fmaxmax=0.10,=0.10,故线性度故线性度f f为为 注意注意 在具体校验仪表时在具体校验仪表时,为了可靠起见为了可靠起见,应适当增加测试点与实应适当增加测试点与实验次数验次数,本例题只是简单列举几个数据说明问题罢了。本例题只是简单列举几个数据说明问题罢了。2 28 8第28页，本讲稿共28页