第三章 参数检测方法及仪表

第三章检测仪表与传感器压力检测方法及仪表本章内容概述物位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概述概述检测仪表组成：概述检测环节: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。转换放大环节:对信号进行转换、放大等处理，并传送给显示部分进行指示或记录。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

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)检测过程及误差检测过程检测误差误差-------测量值和真实值之间的差值误差产生的原因：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.概述系统误差

-----------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：有一定规律的，一般可通过实验或分析的方法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：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。概述疏忽误差

明显地歪曲测量结果的误差，又称粗差，特点：无任何规律可循。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。概述随机误差--------在相同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：变化难以预测，无法修正

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。概述检测仪表的基本技术性能指标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χ——仪表指示值χt——被测量的真值χ0——约定真值

A

B0-100℃0-1000℃1℃概述思考仪表的性能指标51.精确度（精度）说明：仪表的测量误差可以用绝对误差Δ来表示。但是，仪表的绝对误差在测量范围内的各点不相同。因此，常说的“绝对误差”指的是绝对误差中的最大值Δmax。

两大影响因素绝对误差和仪表的标尺范围相对百分误差δ允许误差6

仪表的δ允越大，表示它的精确度越低；反之，仪表的δ允越小，表示仪表的精确度越高。将仪表的允许相对百分误差去掉“±”号及“％”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0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等。小结1.51.5精度等级符号例1

有两台测温仪表，它们的测温范围分别为0~100℃和100~300℃，校验表时得到它们的最大绝对误差均为2℃，试确定这两台仪表的精度等级。概述解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2.5级，而另一台仪表的精度等级为1级。例2某台测温仪表的工作范围为0~500℃，工艺要求测温时测量误差不超过±4℃，试问如何选择仪表的精度等级才能满足要求？解

根据工艺要求，仪表的允许误差为

概述应选择0.5级的仪表才能满足要求小结：

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。概述仪表的准确度等级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，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0.5级以下。2.变差

变差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。图3-1测量仪表的变差11仪表的变差不能超出仪表的允许误差，否则应及时检修。123.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；Δα为指针的线位移或角位移；Δx为引起Δα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，它反映了数字仪表能够检测到的被测参数中最小变化的能力4分辨力5.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，δf为线性度（又称非线性误差）；Δfmax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）。6.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。概述检测仪表的主要性能指标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。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。可靠性和仪表维护工作量相联系。通常用平均无故障时间来衡量。一般全智能变送器的平均无故障时间是非智能变送器的10倍以上。概述三、工业仪表的分类1.按仪表使用的能源分类（1）气动仪表

以0.14MPa的压缩空气为能源，输出信号范围0.02-0.IMPa。具有结构简单、工作可靠、抗干扰能力强、安全防爆、维修方便等优点（2）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

-缺点：结构复杂；易受温度、湿度、电磁场、放射性等环境影响（3）液动仪表概述（1）检测仪表-获取信息，并进行适当的转换；（2）显示仪表-由检测仪表获得的信息显示出来；（3）集中控制装置-包括巡回检测仪、巡回控制仪、程序控制仪、数据处理机、电子计算机等（4）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；（5）执行器-接受控制仪表的输出信号或直接来直操作人员的指令，对生产过程进行操作或控制2.按信息的获得、传递、反映和处理过程分类概述（1）基地式仪表基地式仪表是指把检测、显示和调节（变送）等环节集于一身的，通常可就地安装的仪表。它的特点是：①综合与集中，它把必要的功能部件全部集中在一个仪表内，只需配上调节阀便可构成一个调节系统。②系统结构简单，使用维护方便。③缺点是功能简单，不便于组成复杂的调节系统，较笨重，精度稍低。

（2）单元组合仪表对参数的测量及其变送、显示、控制等各部分，分别制成能独立工作的单元仪表（简称：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

DDZ-电动单元组合仪表

QDZ-气动单元组合仪表3.按仪表的组成形式分类例题分析1.某台具有线性关系的温度变送器,其测温范围为0～200℃,变送器的输出为4～20mA。对这台温度变送器进行校验,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。23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。(2)算出各测试点正、反行程时的绝对误差Δ正与Δ反

,并算出正、反行程之差Δ变

,分别填入下表内(计算Δ变时可不考虑符号,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44.02488.10812.0112.101216.0116.09162020.0120绝对误差/mA正行程Δ正反行程Δ反

00.0200.100.010.100.010.0900.01正反行程之差Δ变

0.020.100.090.080.01(3)由上表找出最大的绝对误差Δmax,并计算最大的相对百分误差δmax。由上表可知

去掉δmax的“±”号及“%”号后,其数值为0.625,数值在0.5～1.0之间,由于该表的δmax已超过0.5级表所允许的δ允,故该表的准确度等级为