测量仪表及性能指标基本知识演示文稿

测量仪表及性能指标基本知识演示文稿当前1页，总共53页。测量仪表及性能指标基本知识当前2页，总共53页。3测量的定义用实验的方法，把被测量与同性质的标准量进行比较，确定两者的比值，从而得到被测量的量值。使测量结果有意义的要求：用来进行比较的标准量应该是国际上或国家所公认的，且性能稳定。进行比较所用的方法和仪表必须经过验证。当前3页，总共53页。4测量的基本方程式：

X=aU

式中，X——被测量； U——标准量（即选用的测量单位）； a——被测量与标准量的数字比值。当前4页，总共53页。5测量方法测量方法就是实现被测量与标准量比较的方法。测量方法的分类（按测量结果产生的方式分）：

（1）直接测量法：使被测量直接与选用的标准量进行比较，或者预先标定好了的测量仪表进行测量，从而直接求得被测量数值的测量方法。

（2）间接测量法：通过直接测量与被测量有某种确定函数关系的其它各个变量，然后将所测得的数值代入函数关系进行计算，从而求得被测量数值的方法。（3）组合测量法：测量中使各个未知量以不同的组合形式出现（或改变测量条件以获得这种不同组合），根据直接测量或间接测量所获得的数据，通过解联立方程组以求得未知量的数值，这类测量称为组合测量。当前5页，总共53页。6测量方法的其它分类方式：按不同的测量条件分：等精度测量与非等精度测量按被测量在测量过程中的状态不同分：静态测量与动态测量当前6页，总共53页。7

测量系统由四个基本环节组成：传感器、变换器或变送器、传输通道和显示装置。传感器变换器传输通道显示装置被测量测量值测量系统的组成当前7页，总共53页。8传感器（敏感元件）它是测量系统直接与被测对象发生联系的部分。理想敏感元件应满足的要求：敏感元件输入与输出之间应该有稳定的单值函数关系。敏感元件应该只对被测量的变化敏感，而对其它一切可能的输入信号不敏感。在测量过程中，敏感元件应该不干扰或尽量少干扰被测介质的状态。测量环节的功能（传感器）当前8页，总共53页。9测量环节的功能（变送器）

它是传感器和显示装置中间的部分，它是将传感器输出的信号变换成显示装置易于接收的部件。对变换器的要求：性能稳定精确度高，使信息损失最小。当前9页，总共53页。10测量环节的功能（显示装置）它是测量系统直接与观测者发生联系的部分显示装置的基本形式：模拟式显示元件数字式显示元件屏幕式显示元件当前10页，总共53页。11测量环节的功能（传输通道）它是仪表各环节间输入、输出信号的连接部分。分为电线、光导纤维和管路等。当前11页，总共53页。12测量应用方面（1）过程监测：对过程参数的监测。（2）过程控制：为生产过程的自动控制提供依据。

（3）试验分析与系统辨识：解决科学上的和过程上的问题，一般需要综合运用理论和实验的方法。测量技术应用于实验分析，是测量技术的一个典型应用。

当前12页，总共53页。13测量误差的概念测量误差是指由于某些测量仪表本身的问题，或是由于测量原理方法的局限性、外界因素的干扰以及测量者个人因素等原因，使测量仪表的指示值Xm与被测量的真实值Xl(称为真值)之间存在的偏差值。当前13页，总共53页。14测量误差的来源1、仪器误差它是由于设计、制造、装配、检定等的不完善以及仪器使用过程中元器件老化、机械部件磨损、疲劳等因素而使测量仪器设备带有的误差。减少仪器误差的主要途径是根据具体测量任务，正确地选择测量方法和使用测量仪器。当前14页，总共53页。152、人身误差它指由于测量者感官的分辨能力、视觉疲劳、固有习惯等而对测量实验中的现象与结果判断不准确而造成的误差。减少人身误差的途径当前15页，总共53页。163、影响误差它是指各种环境因素与要求条件不一致而造成的误差。主要的影响因素是环境温度、电源电压和电磁干扰等。当前16页，总共53页。174、方法误差它是所使用的测量方法不当，或对测量设备操作使用不当，或测量所依据的理论不严格，或对测量计算公式不适当简化等原因而造成的误差，也称理论误差。原则上可通过理论分析和计算或改变测量方法来加以消除或修正。当前17页，总共53页。18例：用指针式万用表的10V量程测量一只1.5V干电池的电压，示值如图所示，问：选择该量程合理吗？当前18页，总共53页。19

用2.5V量程测量同一只1.5V干电池的电压，与上图比较，问示值相对误差哪一个大？当前19页，总共53页。20误差分类误差产生原因及规律系统误差：随机误差：粗大误差误差的数值表示方法绝对误差相对误差引用误差按误差与仪表使用条件的关系基本误差附加误差。当前20页，总共53页。21系统误差定义：指测量仪器或方法引起得有规律的误差，体现为与真值之间的偏差。事例：如仪器零点误差，温度、电磁场等环境引起的误差，动力源引起的误差。解决办法：单纯增加测量次数，无法减少系统误差对测量的影响、但在找出产生误差的原因之后，可以通过对测量结果引入适当的修正而消除之。恒值累进性按复杂规律变化周期性系统误差的特征当前21页，总共53页。22随机误差定义：随机误差指在已经消除系统误差之后，在相同的条件下测量同一量时，出现的这种误差值以不可预计的方式变化的误差。形成原因：随机误差是出于那些对测量结果影响较小、我们尚未认识或无法控制的因素(如电子噪声干扰等)造成的。

在多次重复测量同一量时，其误差值总体上服从统计规律(如正态分布)。解决办法：从随机误差的统计规律分布特征，可对其示值大小和可靠性做出评价，并可通过适当增加测量次数求平均值的方法，减少随机误差对测量结果的影响。

随机误差就个体而言是无规律的，不能通过实验的方法来消除。当前22页，总共53页。23彩票摇奖当前23页，总共53页。24粗大误差定义：粗大误差是指一种显然与事实不符的误差，其误差值较大且违反常规。形成原因：粗大误差一般是由于操作人员在操作、读数或记录数据时粗心大意造成的。测量条件的突然改变或外界重大干扰也会造成粗大误差。解决办法：对于这类误差一旦发现，应及时纠正。当前24页，总共53页。25绝对误差测定值与被测量真值之差称为测量的绝对误差，或简称测量误差。

δ=x－X0

式中，δ——测量误差； x——测定值（例如仪表指示值）； X0——被测量的真值。真值一般无法得到，所以用实际值X代替X0。当前25页，总共53页。26对于绝对误差，应注意下面几个特点：绝对误差是有单位的量，其单位与测定值和实际值相同。绝对误差是有符号的量，其符号表示出测定值与实际值的大小关系。测定值与被测量实际值之间的偏离程度和方向通过绝对误差来体现。当前26页，总共53页。27相对误差示值的绝对误差与约定值之比值称为相对误差，其为无量纲数，以百分数表示。一般约定值m有如下几种取法：xl取测量仪表的指示值x时，Er称为标称相对误差；xl取测量的实际值X时，Er称为实际相对误差；xl取仪表的满刻度值时，Er称为引用相对误差。当前27页，总共53页。28对于相同的被测量，用绝对误差评定其测量精度的高低。但对于不同的被测量，则应采用相对误差来评定。测量过程中存在测量误差是不可避免的，任何测量值只能近似反映被测量的真值。测量过程中无数随机因素的影响，使得即使在同一条件下对同一对象进行重复测量也不会得到完全相同的测量值。被测量总是要对敏感元件施加能量才能使测量系统给出测量值，这就意味着测量值并不能完全准确的反映被测参数的真值。当前28页，总共53页。29基本误差是仪表在规定的正常工作条件下，所可能产生的误差。仪表基本误差的允许值，叫做仪表的“最大允许绝对误差”。附加误差是仪表在偏离规定的正常工作条件下使用时附加产生的新误差。此时仪表的实际误差等于基本误差与附加误差之和。由于仪表在工作条件(如温度、湿度、振动、电源电压、频率等)改变时会产生附加误差，所以在使用仪表时．应尽量满足仪表现定的工作条件，以防止产生附加误差。当前29页，总共53页。30测量精度1．准确度对同一被测量进行多次测量，测量值偏离被测量真值的程度称为测量的准确度。它反映系统误差的影响，系统误差越小，准确度越高。2．精密度：对同一被测量进行多次测量，测量值重复一致的程度，或者说测量值分布的密集程度，称为测量的精密度。它反映随机误差的影响，随机误差越小，精密度越高。3．精确度精密度与准确度的综合指标称为精确度，或称精度。它反映随机误差和系统误差的综合影响。精密度高的，准确度不一定高；准确度高的精密度不一定高；但精确度高的，则精密度与准确度都高。当前30页，总共53页。31精密度高准确度高精确度高当前31页，总共53页。321．量程范围仪表能够测量的最大输入量与最小输入量之间的范围称作仪表的量程范围，简称量程。在数值上等于仪表上限值与下限值的代数差之绝对值。问：某温度计测量的最低温度为-20℃，最高温度为100℃，它的量程是多少？120℃测量仪表的基本技术指标（量程范围）当前32页，总共53页。33测量仪表的基本技术指标（灵敏度）2、灵敏度在稳定情况下，仪表输出变化量△L与引起此变化的输入量的变化量△Xb之比值，定义为仪表的灵敏度。用S表示，即

式中，S——仪表灵敏度 △L、△Xb——分别为输入与输出变化量问：某测量范围是0～100MPa的压力表，其满量程时指针转角为270度，它的灵敏度是多少？2.7度/MPa当前33页，总共53页。34测量仪表的基本技术指标（灵敏限）3．灵敏限（分辨率、死区）

它表明仪表响应输入量微小变化的能力指标，即不能引起输出发生变化的最大输入变化幅度与量程范围之比的百分数。当前34页，总共53页。35测量仪表的基本技术指标（仪器基本误差）4.仪器基本误差

仪表测量值中的最大示值绝对误差与仪表量程之比值称为仪表的基本误差。当前35页，总共53页。36测量仪表的基本技术指标（仪器允许误差）

5.仪器允许误差

它表示对测量仪表所允许的误差界限，即出厂的仪表都要保证基本误差不超过某一规定值，此规定值叫允许误差。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。当前36页，总共53页。37测量仪表的基本技术指标（准确度等级）

6．准确度等级

它指根据测量仪表准确度大小所划分的等级或级别。允许误差去掉百分号的数值就是准确度等级，工程上称为精度等级。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。国家标准序列：标准表、范型表、实用表。Ⅰ级标准表：0.005、0.02、0.05；Ⅱ级标准表：0.1、0.2、0.35、0.5;

一般标准表：1.0、1.5、2.5、4.0。当前37页，总共53页。38仪表的精度等级是衡量仪表质量优劣的重要指标之一。

精度等级数值越小，就表征该仪表的精确度等级越高，也说明该仪表的精确度越高。0.05级以上的仪表，常用来作为标准表；工业现场用的测量仪表，其精度大多在0.5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板上。举例1.51.0如：当前38页，总共53页。39举例例1某台测温仪表的测温范围为200~700℃，校验该表时得到的最大绝对误差为＋4℃，试确定该仪表的精度等级。解该仪表的相对百分误差为

如果将该仪表的δ去掉“＋”号与“％”号，其数值为0.8。由于国家规定的精度等级中没有0.8级仪表，同时，该仪表的误差超过了0.5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1.0级。当前39页，总共53页。40例2某台测温仪表的测温范围为０～1000℃。根据工艺要求，温度指示值的误差不允许超过±７℃，试问应如何选择仪表的精度等级才能满足以上要求？解根据工艺上的要求，仪表的允许误差为

如果将仪表的允许误差去掉“±”号与“％”号，其数值介于0.5～1.0之间，如果选择精度等级为1.0级的仪表，其允许的误差为±1.0％，超过了工艺上允许的数值，故应选择0.5级仪表才能满足工艺要求。当前40页，总共53页。41根据仪表校验数据来确定仪表精度等级和根据工艺要求来选择仪表精度等级，情况是不一样的。根据仪表校验数据来确定仪表精度等级时，仪表的允许误差应该大于（至少等于）仪表校验所得的相对百分误差；根据工艺要求来选择仪表精度等级时，仪表的允许误差应该小于（至多等于）工艺上所允许的最大相对百分误差。

小结当前41页，总共53页。42测量仪表的基本技术指标（变差）

7.变差

在外界条件不变的情况下，使用同一仪表对被测量进行反复测量（正行程和反行程）时，所产生的最大差值与仪表量程之比值称为变差，用ε表示。正行程：测量系统的输入量从量程下限增至量程的上限的测量过程。反行程：测量系统的输入量从量程上限减少至量程的下限的测量过程。当前42页，总共53页。43测量仪表的基本技术指标（线性度）8.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。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）。当前43页，总共53页。44测量仪表的基本技术指标（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。当前44页，总共53页。45测量仪表的分类1.按仪表使用的能源分类气动仪表、电动仪表、液动仪表

以电为能源，信号之间联系比较方便，适宜于远距离传送和集中控制；便于与计算机联用；现在电动仪表可以做到防火、防爆，更有利于电动仪表的安全使用。

一般结构较复杂；易受温度、湿度、电磁场、放射性等环境影响。

优点缺点常用当前45页，总共53页。46测量仪表的分类2.按信息的获得、传递、反映和处理的过程分类

检测仪表

作用是获取信息，并进行适当的转换。

显示仪表

作用是将由检测仪表获得的信息显示出来。

集中控制装置

包括各种巡回检测仪、巡回控制仪等。控制仪表

可以根据需要对输入信号进行各种运算。

执行器

可以接受控制仪表的输出信号或直接来自操作员的指令，对生产过程进行操作或控制。

当前46页，总共53页。47各类仪表的作用当前47页，总共53页。48测量仪表的分类

3.按仪表的组成形式分类基地式仪表特点是将测量、显示、控制等各部分集中组装在一个表壳里，形成一个整体。这种仪表比较适于在现场做就地检测和控制，但不能实现多种参数的集中显示与控制。这在一定程度上限制了基地式仪表的应用范围。单元组合仪表是将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、控制单元等）。这些单元之间以统一的标准信号互相联系，可以根据不同要求，方便地将各单元任意组合成各种控制系统，适用性和灵活性都很好。当前48页，总共53页。49练习题1.某测温仪表的准确度等级为1.0级，绝对误差为±1℃，测量下限为负值（下限的绝对值为测量范围的10％），试确定该表的测量上限值、下限值和量程。2.用测量范围为－50~+150kPa的压力表测量140kPa压力时，仪表示值为+142kPa，求该示值的绝对误差、实际相对误差和引用相对误差。3.某1.5级测量范围为0~100kPa的压力表，在50kPa、80kPa、100kPa三点校验时，其示值绝对误差分别为－0.8kPa、+1.2kPa、+1.0kPa，试问该表是否合格？4.现有2.5级、2.0级、1.5级三块测温仪表，对应的测量范围分别为－100~+500℃、－50~550℃、0~1000℃，现要测量500℃的温度，其测量值的相对误差不超过2.5%，问选用哪块表最合适？5.有一台侧压仪表，其标尺范围为0~500kPa，已知其绝对误差最大值为Δpmax=4kPa，求该仪表的精度等级。6.某待