检测技术与智能仪表设计第一专题

检测技术与智能仪表设计第一专题第1页，课件共44页，创作于2023年2月1、信号检出部分传感器（Sensor）----检出功能的器件信号提取（被测量）、传输（信号变换部分）特点：1）输出量为电压、电流、频率2）输出的电信号一般较微弱：电压----毫伏级、微伏级；电流----毫安级、纳安级3）输出信号与噪声混杂在一起----传感器内部噪声传感器的信噪比小、输出信号弱----信号淹没在噪声中4）传感器的输出特性呈线性或非线性选择：测量精度要求、被测量变化范围、被测对象所处的环境条件以及对传感器体积和整个检测系统的成本等的限制电阻、电容、电感两种：数字量、模拟量5）外界环境的变化会影响传感器的输出特性检测系统中形式最多样、与被测对象关联最密切的部分第2页，课件共44页，创作于2023年2月2、信号变换部分检出信号适合于分析和处理的信号信号调理电路阻抗变换----输出阻抗很高时；电压/电流（V/A）转换----需要电流输出时；目的：4）简化后续系统的组成2）消除或抑制传感器输出量中的无用信号3）提高测量、分析的准确度信号放大----输出信号微弱时；噪声抑制----信号淹没在噪声中；模拟/数字（A/D）转换----需要输出数字信号时1）对传感器的输出量变换成易于处理或放大的量第3页，课件共44页，创作于2023年2月3、分析处理部分功能：管理不同系统之间的数据、状态和控制信息的传输和交换不断注入新内容----检测系统的研究中心通用标准接口---不同的系统尤其是不同厂家的产品能够互联4、通信接口与总线部分计算机系统----强大问题分析能力、复杂系统的实时控制自动化、智能化USB、IEEE-488、RS-232（串行）、并行总线：传送数字信号的公共通道----信号线的集合RS-232C、VXI、Centronics（并行）（硬件系统）（规范、结构形式）接口---分系统和上位机之间/分系统之间交换信息第4页，课件共44页，创作于2023年2月二、模拟信号制信号制----指在成套设备仪表中，各个仪表的输入、输出采用何种统一的联络信号问题。直流信号的优点直流电流做统一信号第5页，课件共44页，创作于2023年2月直流电压做统一信号第6页，课件共44页，创作于2023年2月三、变送器及其信号传输方式1.变送器----transmitter变送器----传感器是能够接受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置的总称，通常由敏感元件和转换元件组成。当传感器的输出为规定的标准信号时，则称为变送器。第7页，课件共44页，创作于2023年2月四线制变送器：（直流电流做统一信号）国际电工委员会（IEC）规定：过程控制系统的模拟电流信号是4mA-20mA，电压为1VDC-5VDC。2.变送器信号传输方式第8页，课件共44页，创作于2023年2月第9页，课件共44页，创作于2023年2月两线制变送器：（直流电流做统一信号）两线制变送器：电源、负载串联在一起，有一公共点，而现场变送器与控制室仪表之间的信号联络及供电仅用两根电线，这两根电线既是电源线又是信号线。第10页，课件共44页，创作于2023年2月

.元器件及仪表连线有一台两线制压力变送器，量程范围为0~1MPa，对应的输出电流为4~20mA。请将下图中的各元器件及仪表正确地连接起来。（注意：Uo一定要从取样电阻两端取出！）第11页，课件共44页，创作于2023年2月压力变送器接线演示接地Uo第12页，课件共44页，创作于2023年2月实现两线制必须具备以下条件：1.采用有活零点的电流信号；2.必须是单电源供电。单片机应用系统中遇到的一个棘手问题就是如何在恶劣环境下远距离可靠地传送微小信号。第13页，课件共44页，创作于2023年2月三线制变送器：（直流电流做统一信号）第14页，课件共44页，创作于2023年2月绝对误差：

Δ=Ax－Ａ0某采购员分别在三家商店购买100kg大米、10kg苹果、1kg巧克力，发现均缺少约0.5kg，但该采购员对卖巧克力的商店意见最大，是何原因？第二章测量误差及数据处理基础第15页，课件共44页，创作于2023年2月相对误差及精度等级

几个重要公式：示值相对误差满度相对误差准确度(精度)第16页，课件共44页，创作于2023年2月仪表的准确度等级和基本误差

例：某指针式电压表的准确度为2.5级，用它来测量电压时可能产生的最大满度相对误差为2.5%。某公司生产测量温度的仪表，满度误差均在1.1~1.6％之间，该系列产品属于哪一级温度表？某车间希望测量温度的仪表满度相对误差控制在1.1~1.6％之间，应购买哪一级温度表？第17页，课件共44页，创作于2023年2月例：某指针式万用表的面板如图所示，问：用它来测量直流、交流（~）电压时，可能产生的满度相对误差分别为多少？第18页，课件共44页，创作于2023年2月例：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？第19页，课件共44页，创作于2023年2月

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？第20页，课件共44页，创作于2023年2月1.某压力表准确度为2.5级，量程为0～1.5MPa，求：1）可能出现的最大满度相对误差

m。2）可能出现的最大绝对误差

m为多少kPa？3）测量结果显示为0.70MPa时，可能出现的最大示值相对误差

x。

2.现有准确度为0.5级的0～300℃的和准确度为1.0级的0～100℃的两个温度计，要测量80℃的温度，试问采用哪一个温度计好？第21页，课件共44页，创作于2023年2月

P20：4.用一台3位半（或称3½位）、精度为0.5级（已包含最后一位的+1误差）的数字式电子温度计，测量汽轮机高压蒸汽的温度，数字面板上显示出如图所示的数值。假设其最后一位即为分辨力，求该仪表的……

第22页，课件共44页，创作于2023年2月解析：

关于数字表显示位及位数的概念介绍数字多用表（DigitalMultimeter,简称DMM）的显示位数目前一般为3位~8½位（即8位半，以下同）。具体地说，有3位、3½位、32/3位、33/4位、4½位、43/4位、5½位、6½位、7½位、8½位等。最近国外还推出83/4位、10½位等规格，使数字测量向更高精确度冲刺。数字表位数的提高涉及稳定性、抗干扰等诸多技术问题，A/D转换器只是其中的一个环节，能否真正达到额定的准确度，还必须掌握正确的使用方法。第23页，课件共44页，创作于2023年2月判定数字仪表位数的两条原则

1.能显示0~9所有数字的“位”是“整位”；

2.分数位的判定：在最大显示值中，以最高位所能显示的数值作为分子，用满量程的最高位作为分母。例如，当某一数字表最大显示值为±1999（不考虑小数点），满量程计数值为±2000时，则它共有3个整位。最高位只能显示1，满量程最高位为2，所以它是3½位表。第24页，课件共44页，创作于2023年2月判定数字仪表位数（续）又如，一台数字表最大值为2999，满量程为3000，则它是32/3位表；右下图所示的温度数字表最大值为399，满量程为400，则它是23/4位表。第25页，课件共44页，创作于2023年2月判定数字仪表位数（续）再如，一台如右图的数字电压表，其最大显示值为399.9V，最高位只能显示0、1、2、3这四个数字（有时0不予显示），所以它是33/4位表。用普通的3½位DMM测量220V或380V工频电压时，量程必须选择700VAC档；相比之下，使用33/4位的DMM只需选择400VAC档，准确度优于700VAC档，既不欠量程也不超量程，分辨力也提高了许多。第26页，课件共44页，创作于2023年2月判定数字仪表位数的练习请判断下图数字表的位数第27页，课件共44页，创作于2023年2月解析：分辨力分辨力是指仪器能检出和显示被测信号的最小变化量，是有量纲的数。当被测量的变化小于分辨力时，传感器对输入量的变化无任何反应。对数字仪表而言，如果没有其他附加说明，一般可以认为该表的最后一位所表示的数值就是它的分辨力。一般地说，分辨力的数值小于仪表的最大绝对误差。例如，下图所示的数字式温度计分辨力为0.1℃，若该仪表的精度为1.0级，则最大绝对误差将达到±2.0℃，与分辨力相比差得多。

在右图中，温度每变化0.1℃，数字表就能跳变1个字，这个温度的相对变化基本上是可信的，但该数字表所显示的绝对数值是有较大误差的。第28页，课件共44页，创作于2023年2月解析：分辨率数字表的最大示值的倒数为数字表的分辨率。例如，3½位表的最大示值为1999，则分辨率为：

1/1999≈1/2000=0.0005=0.05%

即万分之五。

请判断右图数字表的位数、分辨力及分辨率。仪表背面的接线端子第29页，课件共44页，创作于2023年2月判断数字表的位数、

分辨力及分辨率（续）第30页，课件共44页，创作于2023年2月判断数字表的位数、

分辨力及分辨率（续）第31页，课件共44页，创作于2023年2月误差产生的因素：

1.粗大误差

明显偏离真值的误差称为粗大误差，也叫过失误差。粗大误差主要是由于测量人员的粗心大意及电子测量仪器受到突然而强大的干扰所引起的。如测错、读错、记错、外界过电压尖峰干扰等造成的误差。就数值大小而言，粗大误差明显超过正常条件下的误差。当发现粗大误差时，应予以剔除。

第32页，课件共44页，创作于2023年2月产生粗大误差的一个例子

第33页，课件共44页，创作于2023年2月在重复性条件下，对同一被测量进行无限多次测量所得结果的平均值与被测量的真值之差，称为系统误差。凡误差的数值固定或按一定规律变化者，均属于系统误差。系统误差是有规律性的，因此可以通过实验的方法或引入修正值的方法计算修正，也可以重新调整测量仪表的有关部件予以消除。

2.系统误差：夏天摆钟变慢的原因是什么？第34页，课件共44页，创作于2023年2月3.随机误差

测量结果与在重复条件下，对同一被测量进行无限多次测量所得结果的平均值之差称为随机误差。也可以采用如下的表达：在同一条件下，多次测量同一被测量，有时会发现测量值时大时小，误差的绝对值及正、负以不可预见的方式变化，该误差称为随机误差。

存在随机误差的测量结果中，虽然单个测量值误差的出现是随机的，既不能用实验的方法消除，也不能修正，但是就误差的整体而言，多数随机误差都服从正态分布规律。第35页，课件共44页，创作于2023年2月随机事件与随机误差有区别，并不一定符合正态分布规律。

彩票摇奖第36页，课件共44页，创作于2023年2月随机误差的正态分布规律长度相对测量值次数统计第37页，课件共44页，创作于2023年2月随机误差的正态分布规律长度相对测量值次数统计第38页，课件共44页，创作于2023年2月

1）集中性：大量的测量值集中分布于算术平均值附近。随机误差的正态分布规律2）对称性：测量值大致对称地分布于两侧。３）有界性：在一定的条件下，测量值有一定的分布范围，超过这个范围的可能性非常小，即出现绝对误差很大的情况很少。粗大误差的测量值应予以剔除。第39页，课件共44页，创作于2023年2月nxi/