1、第二章 检测仪表及传感器,第一节 检测仪表的基本知识,第二节 压力检测及仪表,第三节 流量检测及仪表,第四节 物位检测及仪表,第五节 温度检测与仪表,第一节：检测仪表的基本知识,一、测量过程与测量误差,1、测量过程,我们把被测量与标准量的比较过程叫测量过程。 任何一个测量过程都必然涉及这样两个量 被测量 Q 标准量 V （测量单位） 我们把被测量与标准量的比值称为测量值。,不管是采用那种方法都是将被测量与标准量进行比较，而测量仪表就是实现比较的技术工具。,2、测量误差,（1）定义我们把测量值与真实值之差，称为测量误差。我们测量的目的是为了正确反映真实值，但人们不管采用多么高明的测量方法，采用多
2、么精密的测量仪表，其测量值和真实值之间总存在着一定的差值，我们把这一差值称为测量误差。,贮罐的真实压力,5.11MPa,=XiXt=5.11 5.00 = 0.11(Mpa),测量值,我们说过真实值是无法测量的，那么贮罐的真实压力我们是怎样测得的呢？我们把被测参数用标准表进行多次测量后的平均值称为真实值。,事实上在生产过程中，我们通常把用标准表测得的值称为真实值。,（2）分类,测量误差按其产生的原因不同可分为以下三类 a、系统误差仪表本身有缺陷，仪表使用不当观测者的习惯于偏向，单项环境因素的变化。产生的误差叫系统误差。 （设计、制作、使用因素） 特点：误差的大小、方向均不改变有一定的规律。易消
3、除或修正。,b、疏忽误差,产生这类误差的原因是，观测者在测量时疏忽大意而造成的。（人为因素） 特点：无规律，但容易被发觉，并将其测量结果进行修正。,C、偶然误差,这类误差产生的原因是偶然性的因素引起的。就是在同样条件下，用同一仪表，对同一参数、同一测量点反复多次测量，每次测量结果均不能重复的误差。（偶然因素）,特点：无规律，不易发觉和修正。偶然误差的大小反映了测量的精度。,（3）、表示方法,绝对误差 ,相对误差 Y,（1）绝对误差,=X1X0,X1 表示测量值。,X0 表示真实值。 （标准表的指示值）,“绝对”的含义表示误差存在的绝对性。,在实际测量中，只用绝对误差来表示测量精度是远远不够的，
4、因为绝对误差仅能表示误差的存在，在某种意义上来说却不能反映误差的大小。,例如： 买100斤白菜 给了99.5斤 少0.5斤,真实值 测量值 误差值,买 1斤 0.5斤 0.5斤,显然 1=2=0.5斤,但是 第一种情况我们认为误差是不大的，第二种情况误差是很大的。,（2）相对误差Y,Y=,=,表示在X0处的绝对误差,通过计算 Y1=0.005 Y2=0.5 显然Y2Y1,说明第二种情况误差大。,在实际应用中我们一般用相对百分误差来表示：,Y= 100%,Y1=0.5%,Y2=50%,二、测量仪表的品质指标,1、精度及精度的等级,（1）精度（精确度）,精度是仪表的精密度和正确度的总称。,正确度表
5、示测量结果中系统误差大小的程度，即测量结果与真实值的偏离程度。系统误差越小，测量越正确。,精密度表示测量结果中随机误差大小的程度，它指在一定条件下，多次重复的测量结果彼此间的分散程度。随机误差越小，测量结果越精密。,仪表的精度,仪表的精度用最大相对百分折合误差来表示：,= 100%,正确度,精密度,max表示在量程范围内产生的最大绝对误差,量程=X上X下,X上表示测量上限,X下表示测量下限,例题 某仪表经校验数据如下：,试计算仪表的精度等级。,解 max=0.5 量程=100=100,= 100%= 100%=0.5%,答 测量仪表的精度为0.5%,(2) 精度等级,所谓仪表的精度等级就是仪表
6、的精度去掉正负号和百分号来表示。,例如 =1.2% 精度等级=1.2级 =-0.8% 精度等级=0.8级,国家对精度等级的规定：,精度等级的应用,选表问题,定级问题,、 选表,根据工艺对误差的要求选择仪表精度。,选表原则：选表选好表，数值越小表越好。,例如：工艺要求用0100的温度表测量某反应釜的温度，并要求测量误差不大于1.2,应选择什么等级的温度表？,解：,= 100%=1.2%,1.01.21.5 根据选表原则应选1.0级的温度表。, 定级,根据仪表的校验数据确定仪表的精度。,定级原则：定级定次级，数值越大级越低。,例如：某台测温仪表的测温范围为200700，经校验仪表的最大绝对误差为4
7、，试确定该表的相对百分误差与精度等级。解：,= 100%= 0.8%,答：该表的相对百分误差为0.8%，确定该表的精度等级为1.0级,0.50.81.0 根据定级原则应定1.0级,仪表精度等级的表示方法,仪表精度等级可用不同符号在仪表面板上用 和 表示。,1.0,1.5,1.5,确定了仪表精度等级也就确定了仪表的允许误差。,允= 100%,如：一台1.0级、0100KPa的压力表其允许的最大相对误差和最大绝对误差,值各为多少？,允=1.0,允= = 1.0%100= 1.0(KPa),答 压力表允许的最大相对误差是1.0,最大绝对误差是 1.0KPa,仪表的基本误差和附加误差,仪表的基本误差
8、仪表在正常使用情况下产生的误差叫仪表的基本误差。仪表的附加误差 仪表在非正常使用情况下产生的误差叫仪表的附加误差。 仪表的基本误差也用最大相对百分折合误差来表示。,基本误差= 100%=精度,2、测量仪表的恒定度（变差）B,（1）定义,在外界条件不变的条件下，用同一仪表对同一参数同一测量点，进行正反行程测量时，仪表正反行程测量值之差称为仪表的变差。,B= 100%,绝对差值=上行程的测量值下行程的测量值,量程=X上X下 X上表示测量上限值,X下表示测量下限值,（2）计算,例如： 对某温度表校验数据如下：单位,计算仪表的变差,解 根据公式 B= 100%= 100%=-0.6%,答：略,变差去掉
9、百分号的绝对值必须小于仪表的精度等级或不能超出仪表的允许误差，否则仪表要维修或降级使用！,例如：有一仪表精度为1.5级，变差为1.6%.仪表的基本误差为1.3%。问此表是否合格。 答案：不合格，因为仪表的变差大于仪表的精度等级。应降至2.5级。 若变差为1.4% 合格否？,合格。,值得注意的是：,3、灵敏度与灵敏限,S=,a 表示指针的线位移或角位移量,x 被测参数的输入变化量,例如：一台测量范围为0100的测温仪表，标尺长度为20mm，求其灵敏度S,S= = 0.2mm/,说明 温度每变化一度，指针移动了0.2毫米。,能够引起仪表指针发生动作的被测参数的最小变化量叫灵敏限。（起始灵敏度）通常
10、要求仪表的灵敏限数值不大于仪表允许绝对误差的一半。,4、分辨力,数字式仪表的灵敏度用分辨力来表示。,分辨力的大小取决于数字仪表的有效数字的位数。,例如：一台最低量程为1V的5位半数字电压表，01.00000 V其分辨率为10V。,、,指示值为10V,最高位只能显示1或0,其它位能显示09,5、线性度,线性度说明输出量与输入量的实际关系曲线偏离直线的程度。,f= 100%,f 线性度 fmax 标定曲线对于理论直线的最大偏差。,我们非常喜欢仪表输出与输入之间呈线性关系，因为在线性情况下，模拟仪表的刻度可以做成均匀刻度。因此有时需对信号进行线性化处理。,6、测量仪表的反应时间,仪表的反应时间体现了
11、仪表的动态特性，一般仪表指针随时间变化有以下两种情况：,（1）时间常数T,指在被变量作阶跃变化后，仪表示值达到被测量变化值的63.2%时，所需的时间。时间常数小即反应时间短，指示滞后小，时间常数大即反应时间长，指示滞后大。,（2）阻尼时间T,指从给仪表突然输入其标尺一半的相应被测量开始，到仪表指示与被测量值之差为该标尺范围的1%时为止的时间间隔。阻尼时间短，说明仪表的示值的稳定时间短，说明系统稳定性好，反之相反。,三、工业仪表的分类,1、按仪表使用的能源分类,电动仪表 （电源 交流220V工频电或24V直流电）,气动仪表 （气源 0.14MPa的净化压缩空气）,标准联系信号 420mA,标准联系信号 20100KPa,2、按信息的获得、传递、反映和处理的过程分类,检测仪表 将被测变量转换成相应的物理量。,显示仪表 将物理量进行指示、记录、累积等,控制仪表 各种控制规律的调节器,执行器 各种气动阀、电动阀、电磁阀和执行装置,集中控制装置 各种带有微处理机的检测、控制装置。,
