第一节 检测仪表的基本知识

1、山东师范大学化工系仪表教研室山东师范大学化工系仪表教研室第二章第二章 检测仪表及传感器检测仪表及传感器第一节第一节 检测仪表的基本知识检测仪表的基本知识第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表第五节第五节 温度检测与仪表温度检测与仪表山东师范大学化工系仪表教研室山东师范大学化工系仪表教研室第一节：第一节：检测仪表的基本知识检测仪表的基本知识山东师范大学化工系仪表教研室山东师范大学化工系仪表教研室化工系仪表教研室化工系仪表教研室一、测量过程与测量误差一、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

2、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。 VQg 这就是测量过程的数学表达式。g为测量比值山东师范大学化工系仪表教研室山东师范大学化工系仪表教研室化工系仪表教研室化工系仪表教研室 不管是采用那种方法都是将被测量与标准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量进行比较，而测量仪表就是实现比较的技术工具。具。测量可分为直接测量、间接测量。测量可分为直接测量、间接测量。 直接测量直接测量 实验的方法实验的方法 间接测量间接测量 数学的方法数学的方法 S=Vt U=IR零位偏差法

3、零位偏差法零位平衡法零位平衡法山东师范大学化工系仪表教研室山东师范大学化工系仪表教研室化工系仪表教研室化工系仪表教研室2、测量误差、测量误差 （1）定义）定义 我们把测量值与真实值之差，称为测我们把测量值与真实值之差，称为测量误差。量误差。我们测量的目的是为了正确反映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真实值，但人们不管采用多么高明的测量方法，采用多么精密的测量仪表，其方法，采用多么精密的测量仪表，其测量测量值和真实值之间总存在着一定的差值，我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。们把这一差值称为测量误差。=XiXt Xi 表示测量值。 Xt

4、 表示真实值。 山东师范大学化工系仪表教研室山东师范大学化工系仪表教研室化工系仪表教研室化工系仪表教研室P05.00MPa贮罐的真实压力5.11MPa=XiXt=5.11 5.00 = 0.11(Mpa)测量值山东师范大学化工系仪表教研室山东师范大学化工系仪表教研室化工系仪表教研室化工系仪表教研室 我们说过真实值是无法测量的，那么贮罐的真实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？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。值称为真实值。NXXNkkt1 事实上在生产过程中，我们通常把用标准

5、表测得的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。值称为真实值。山东师范大学化工系仪表教研室山东师范大学化工系仪表教研室（2）分类）分类测量误差按其产生的原因不同可分为测量误差按其产生的原因不同可分为以下三类以下三类a、系统误差系统误差 仪表本身有缺陷，仪表使用不当仪表本身有缺陷，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。的变化。产生的误差叫系统误差。（设计、制作、使用因素）（设计、制作、使用因素）特点：误差的大小、方向均不改变有特点：误差的大小、方向均不改变有一定的规律。易消除或修正。一定的规律。易消除或修正。山

6、东师范大学化工系仪表教研室山东师范大学化工系仪表教研室b、疏忽误差、疏忽误差 产生这类误差的原因是，观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。测者在测量时疏忽大意而造成的。（人为因素）（人为因素）特点：无规律，但容易被发觉，特点：无规律，但容易被发觉，并将其测量结果进行修正。并将其测量结果进行修正。山东师范大学化工系仪表教研室山东师范大学化工系仪表教研室C、偶然误差、偶然误差 这类误差产生的原因是偶然性的因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

7、果均点反复多次测量，每次测量结果均不能重复的误差。（偶然因素）不能重复的误差。（偶然因素）特点：无规律，不易发觉和修正。偶特点：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然误差的大小反映了测量的精度。山东师范大学化工系仪表教研室山东师范大学化工系仪表教研室（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）“绝对绝对”的含义表示误差存在的绝对性。的含义表示误差存在的绝对性。山东师范大学化工系仪表教研室山东师范大学化工系仪表教研室 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，因为绝对误差仅能表示误差的存

8、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。 山东师范大学化工系仪表教研室山东师范大学化工系仪表教研室（2）相对误差Y Y= 001XXX0X=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： 001XXXY= 100%Y1=0.5% Y2=50%山东师范大学化工系仪表教研室山东师范大学化工系仪表教研室二、测量仪表的品质

9、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。山东师范大学化工系仪表教研室山东师范大学化工系仪表教研室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%量程max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 山东师范大学化工系仪表教研室山东师范大学化工系仪表教研室例题 某仪

10、表经校验数据如下：测量表读数02550100标准表读数0247495998误差值00.30.50.2试计算仪表的精度等级。解 max=0.5 量程=100=100 = 100%= 100%=0.5%量程max1005 . 0答 测量仪表的精度为0.5%山东师范大学化工系仪表教研室山东师范大学化工系仪表教研室(2) 精度等级 所谓仪表的精度等级就是仪表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： I精密标准表0005002005 II标准表01020405III工业用表10152540山东师范大学化工系仪表教研室山东

11、师范大学化工系仪表教研室精度等级的应用 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%1002 . 11.01.21.5 根据选表原则应选1.0级的温度表。 山东师范大学化工系仪表教研室山东师范大学化工系仪表教研室 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，试确定该表的相对百分误差与精度等级。 解

12、：= 100%= 0.8%2007004 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级山东师范大学化工系仪表教研室山东师范大学化工系仪表教研室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。 1.01.51.5 确定了仪表精度等级也就确定了仪表的允许误差。允= 100%标尺下限值标尺上限值差值仪表允许的最大绝对误-山东师范大学化工系仪表教研室山东师范大学化工系仪表教研室如：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(KP

13、a)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）（允0100山东师范大学化工系仪表教研室山东师范大学化工系仪表教研室 仪表的基本误差和附加误差仪表的基本误差 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%=精度量程max山东师范大学化工系仪表教研室山东师范大学化工系仪表教研室2、测量仪表的恒定度（变差）、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

14、差称为仪表的变差。 B= 100%量程最大绝对差值绝对差值=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 山东师范大学化工系仪表教研室山东师范大学化工系仪表教研室（2）计算 例如： 对某温度表校验数据如下：单位 标准表0255075100测量表上行程02492492075209972下行程02531498074929990绝对差值0-0.39-0.60-0.28-0.18计算仪表的变差 解 根据公式 B= 100% = 100%=-0.6%量程最大绝对差值1006 . 0答：略山东师范大学化工系仪表教研室山东师范大学化工系仪表教研室 变差去掉百分号的绝对值必

15、须小于仪表变差去掉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！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：值得注意的是：山东师范大学化工系仪表教研室山东师范大学化工系仪表教研室3、灵敏度与灵敏限 S=xa 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=

16、 = 0.2mm/xa10020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）通常要求仪表的灵敏限数值不大于仪表允许绝对误差的一半。 山东师范大学化工系仪表教研室山东师范大学化工系仪表教研室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。、100000V、指示值为10V最高位只能显示1或0其它位能显示09山东师范大学化工系仪表教研室山东师范大学化工系仪表教研室5、线性度线性度说明输出量与输入量的实际关系

17、曲线偏离直线的程度。f= 100%仪表量程maxff 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。 山东师范大学化工系仪表教研室山东师范大学化工系仪表教研室6、测量仪表的反应时间 仪表的反应时间体现了仪表的动态特性，一般仪表指针随时间变化有以下两种情况：山东师范大学化工系仪表教研室山东师范大学化工系仪表教研室（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。山东师范大学化工系仪表教研室山东师范大学化工系仪表教研室