过程检测技术

过程检测技术第一页，共二十九页，编辑于2023年，星期二过程检测技术第三章第二页，共二十九页，编辑于2023年，星期二本章主要内容(1)测量与误差的基本知识；(2)测量仪器仪表的性能及其特点。第三页，共二十九页，编辑于2023年，星期二生产过程自动化是现代生产的重要特征。生产过程自动化的本质是进行自动控制。过程自动控制的基础是

准确测量生产过程中的参数。

面对科研和实际生产，应当正确的选择测试原理和方法，正确选择所需要的仪表，组成合适的测试系统。第四页，共二十九页，编辑于2023年，星期二3.1测量与误差第五页，共二十九页，编辑于2023年，星期二一、测量的基本概念1.1测量定义测量：人类对自然界的客观事物取得数量概念的一种认识过程。采用专门的仪器设备，通过实验方法，求出未知参数。测量目的：准确的获取表征被测对象特征的某些参数的定量信息。过程检测：对生产过程中的各参数的测量，又称在线检测。3.1测量与误差的基本知识第六页，共二十九页，编辑于2023年，星期二

1.2测量方法测量方法：获取被测量的数值及其单位的方法。测量原理：仪器、仪表工作所依据的物理、化学等具体效应。静态测量法与动态测量法接触测量法与非接触测量法等精度测量法与不等精度测量法直接测量法与间接测量法测量方法分类第七页，共二十九页，编辑于2023年，星期二功能：确定被测参数的量值。组成：传感器、变换器、显示器、传输通道。不论是检测系统的复杂仪表还是简单仪表。1.3测量仪器与设备第八页，共二十九页，编辑于2023年，星期二（1）感受器（传感器、敏感元件、一次仪表）

是检测仪表与被测对象直接发生联系的部分。作用：感受被测参数的变化，并转换成与之相适应的输出信号（气、电信号）。

传感器的三大主要性能要求：

1）高准确性：输出信号与被测参数应成严格的单值函数关系（最好线性）。

2）高稳定性：不受时间或环境温度等因素的影响。

3）高灵敏度：被测参数有微小变化时，输出量变化明显。第九页，共二十九页，编辑于2023年，星期二（2）变送器或变换器

是检测仪表中的中间环节。作用：将传感器的输出信号进行变换，实现放大、远距离传送、线性化处理或转变成规定的统一信号，供给显示器、调节器等。

（变送器：能输出标准信号的传感器）

例如，单元组合仪表中的变送器将各种传感器的输出信号转换成规定的标准电信号，使一种显示仪表能够适用于不同的被测参数。要求：准确、稳定的传输、放大和转换信号，受外界干扰少，变换信号的误差小。第十页，共二十九页，编辑于2023年，星期二（3）显示器（二次仪表）作用：显示被测量数值的大小。

可以是瞬时量的显示、累积量的显示、越限报警等，也可以是相应的记录显示。显示方式：

指示式、数字式、屏幕式

模拟式显示图像显示第十一页，共二十九页，编辑于2023年，星期二二、误差的基本概念测量误差分析的目的：根据测量误差的规律性，找出消除或减少误差的方法，科学的表达测量结果，合理的设计测量系统。误差：测量结果与被测变量的真值之差。分为静态、动态误差。随机误差系统误差性质粗大误差2.1测量误差及分类绝对误差表示方式相对误差引用误差第十二页，共二十九页，编辑于2023年，星期二系统误差：在相同条件下多次测量同一被测量值的过程中出现的一种误差，有一定规律性。原因：测量工具本身不准确、或安装调整的不正确、测试人员的分辨能力或读数习惯、测量方法的理论缺陷等。2.随机（偶然）误差：在相同条件下多次测量同一被测量值过程中出现的绝对值和符号以不可预计的方式变化的误差。原因：测量过程中一些彼此独立的随机因素对测量值的综合影响。多次测量值服从统计规律。3.粗大误差：明显歪曲测量结果的误差。原因：测量者的粗心、不正确的操作、实验条件的突变等。第十三页，共二十九页，编辑于2023年，星期二2.2粗大误差的检验与剔除统计判别法：规定一个置信区间，将误差超过此区间的测量值都认为是不仅包含随机误差的坏值，应予以剔除。第i个测量值的剩余误差标准差第十四页，共二十九页，编辑于2023年，星期二（1）拉依达准则（3σ准则）（2）肖维奈准则（3）格拉布斯准则见课本例题第十五页，共二十九页，编辑于2023年，星期二性能指标是评价仪表性能差异、质量优劣的主要依据，也是正确选择仪表的主要依据。三个主要方面：技术指标：误差、精度、灵敏度、量程、响应时间、漂移等。经济指标：使用寿命、功耗、价格等。使用指标：操作维修的方便，运行的可靠安全，抗干扰与防护能力的强弱，重量体积的大小，自动化程度的高低等。三、仪器仪表的性能指标第十六页，共二十九页，编辑于2023年，星期二（1）量程测量范围：仪表在保证规定精确度的前提下所能测量的被测量的区域。仪表测量范围的最高、最低值分别称为仪表测量的上、下限（又称仪表的零位和满量程值)。量程：测量范围上限与下限的代数差。根据测量范围可以算出仪表的量程；但，只从量程不能确定仪表的测量范围。

例：某温度计的测量范围为-200℃－800℃，测量上限为800℃，下限为-200℃，而量程为1000℃。3.1量程与精度第十七页，共二十九页，编辑于2023年，星期二通常用精密度、准确度和精确度来衡量测量结果和真值的接近程度。精密度：测量值的重复性程度称为精密度。

精密度取决于随机误差，随机误差越小，测量精密度越高。准确度：测量值偏离被测量真值的程度。

准确度取决于系统误差，系统误差越小，测量准确度越高。精确度：精密度和准确度的综合称精确度。简称精度。反映了测量结果与真值的一致程度。（2）精度等级第十八页，共二十九页，编辑于2023年，星期二国家标准规定：工业自动化仪表根据引用误差来评定其精确度等级，即以允许引用误差值的大小划分，并规定用允许引用误差Q中的数字来表示精度等级。通常，采用允许引用误差表示仪表的精度等级。例：允许引用误差Q=1.5%，则其精度为1.5级。第十九页，共二十九页，编辑于2023年，星期二目前，我国的仪表常用的精度等级有：

Ⅰ级：0.001，0.005，0.02，0.05；

Ⅱ级：0.1，0.2，0.5；

Ⅲ级：1.0，1.5，（2），2.5，4.0，5.0●级数越小，精度（准确度）就越高。●科学实验用的仪表精度等级在0.05级以上；工业检测用仪表多在0.1～4.0级，其中校验用的标准表多为0.1或0.2级，现场用多为1.0～4.0级。

第二十页，共二十九页，编辑于2023年，星期二例1

某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：此仪表的精度等级为0.8，根据国家标准确定此仪表精度等级1.0级。例2

某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：应选择此仪表的精度等级为0.5级。第二十一页，共二十九页，编辑于2023年，星期二（1）灵敏度

灵敏度：仪表对于被测参数变化的灵敏程度。仪表或装置到达稳态后，输入量变化引起输出量变化的比值。即对于带有指针和标度盘的仪表，灵敏度可直观地理解为单位输入变量所引起的指针偏转角度或位移量。一般仪表的灵敏度越大越好。3.2静态性能指标第二十二页，共二十九页，编辑于2023年，星期二（2）线性度

线性度：仪表的实际特性曲线与理论特性直线的吻合程度。线性度越小越好。第二十三页，共二十九页，编辑于2023年，星期二当输入量增加和减少的过程中，对于同一输入量会得出大小不同的输出量，两者差值称迟滞差值。全量程中最大的迟滞差值△Hmax与满量程之比，称为迟滞误差。（3）迟滞误差（变差）原因：仪表内有吸收能量的元件（弹性、磁化元件）、机械结构有间隙以及摩擦等。正行程与反行程之差称为迟滞差值第二十四页，共二十九页，编辑于2023年，星期二（4）漂移

漂移：输入量不变时，经过一段时间后输出量产生的变化。是衡量仪表稳定值的重要指标。

当输入量固定在零点不变时，输出量的变化值引起的漂移称为零漂。由于温度变化而产生的漂移称温漂。一般用变化量与满量程的比值表示漂移。原因：仪表弹性元件的失效、电子元件的老化等。第二十五页，共二十九页，编辑于2023年，星期二（5）重复性

重复性：在同一工作条件下，对同一输入值按同一方向连续多次测量时，所得输出值之间的相互一致程度。重复性误差：全量程中最大的重复性差值与满量程之比。也可以表示仪表在一个相当长的时间内，维持其输出特性不变的性能，这