检测仪表基本知识罗-1

1、 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Pam15VDC420mA010mAmVHzuA被测量传感器变送器显示、控制仪表(装置)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。 qVQ 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是将被测参数与其相应的测量单位进行比较的过程。较的过程。 2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

2、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,

3、631,7709,192,631,770周所周所持续的时间。持续的时间。 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。 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

4、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） 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) )与被测参与被测参数的真实值之间的差距。数的真实值之间的差距。 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测量过程与测量误差测量过程与测量误差绝对误差ttIxxxxxxx或000tIxx xI：仪表指示值, xt：被测量的真值0 xx由于真值无法得到 x：被校表的读数值，x0

5、：标准表的读数值 相对误差4检测仪表的品质指标检测仪表的品质指标5说明：说明：仪表的测量误差可以用绝对误差仪表的测量误差可以用绝对误差来表示。但是，来表示。但是，仪表的绝对误差在测量范围内的各点不相同仪表的绝对误差在测量范围内的各点不相同。因此，常说。因此，常说的的“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检测仪表的品质指标检测仪表的品质指标%100max标尺下限值标尺上限值%100标尺下限值标尺上限值差值仪表允许的最大绝对误允6maxmaxmin100%xx最大绝对误差量程检测仪表的品

6、质指标检测仪表的品质指标%8 . 0%10020070048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 如果将该仪表的如果将该仪表的去掉去掉“”号与号与“”号，其数值为号，其数值为0.80.8。由于国家规定的精度等级中没有由于国家规定的精度等级中没有0.80.8级仪表，同时，该仪表的误级仪表，同时，该仪表的误差超过了差超过了0.50.5级仪表所允许的最大误差，所以，这台测温仪表的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精度等级为1.01.0级。级。

7、 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。 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 %625. 0%10020010005允 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, ,才能保证测温误差不大于才能保证测温误差不大于5,5,所以所选仪表的准确度等所以所选仪表的准确度等级应为级应为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, ,能使测温误差能使测温误差越小越小, ,但为了不增加投资费用但为了不增加投资费用, ,不宜选过高准确度的仪表。不宜选

8、过高准确度的仪表。 32检测仪表的品质指标检测仪表的品质指标 仪表的仪表的允允越大，表示它的精确度越低；反之，仪表越大，表示它的精确度越低；反之，仪表的的允允越小，表示仪表的精确度越高。将仪表的允许相对越小，表示仪表的精确度越高。将仪表的允许相对百分误差去掉百分误差去掉“”号及号及“”号，便可以用来确定仪表号，便可以用来确定仪表的精确度等级。目前常用的精确度等级有的精确度等级。目前常用的精确度等级有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检测仪表的品

9、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。 准确度等级数值越小，就表征该仪表的准确度等级越高，准确度等级数值越小，就表征该仪表的准确度等级越高，仪表的准确度越高。工业现场用的测量仪表，其准确度大多仪表的准确度越高。工业现场用的测量仪表，其准确度大多在在0.50.5级以下。级以下。 仪表的精度等级一般可用不同的符号形式标志在仪表面仪表的精度等级一般可用不同的符号形式标志在仪表面板上。板上。举例举例1.51.0如：如：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

10、要求对检测仪表准确度的要求, ,应根据生产操作的实际情况和该参数对整个工艺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程度所提供的误差允许范围来确定过程的影响程度所提供的误差允许范围来确定, ,这样才能保证生产的经济性和合理性。这样才能保证生产的经济性和合理性。 10检测仪表的品质指标检测仪表的品质指标%100标尺下限值标尺上限值最大绝对差值变差 变差变差是指在外界条件不变的情况下，用同一仪表对被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

11、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。行所得到的两条特性曲线之间的差值。 图图1-1 1-1 测量仪表的变测量仪表的变差差11检测仪表的品质指标检测仪表的品质指标12 仪表的灵敏度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xS 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：注意：上述指标仅适用于指针式仪表。在数字式仪表中，上述指标仅适用于指针式

12、仪表。在数字式仪表中，往往用分辨率表示。往往用分辨率表示。 检测仪表的品质指标检测仪表的品质指标%100max仪表量程ff14 线性度线性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 式中式中，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）。 检测仪表的品质指标检测仪表的品质指标13 反应时间反应时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

13、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。检测仪表的品质指标检测仪表的品质指标 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致标定的特性曲线一致, ,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%100

14、max仪表量程ZZ15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, ,得得到下列数据到下列数据: : 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 88.108.1012.0112.0112.1012.1016.0116.0116.0916.092020

15、20.0120.01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。度。264输入下限值输入上限值输出下限值）温度值（输出上限值I)(840200)420(50mAI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根据仪表的输出范围确定在各温度测试点的输出标准值准值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(2)(2)算出各测试点正、反

16、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 , ,并并算出正、反行程之差算出正、反行程之差变变 , ,分别填入下表内分别填入下表内( (计算计算变变时可时可不考虑符号不考虑符号, ,取正值取正值) )。 输入信号输入信号/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/mA/mA

17、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 0.020.020.100.100.090.090.080.080.010.0128 (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 , ,并计算最并计算最大的相对百分误差大的相对百分误差maxmax。由上表可知。由上表可知 )(10. 0maxmA%625. 0%10042010. 0max 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 ,数数值在值在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, ,故该表的准确度等级为故该表的准确度等级为1.01.0级。级。 29%625. 0%100420max变变(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