第一章_过程检测技术基础

1.1.5 检测仪表的主要性能指标
指针式仪表的灵敏度(S): 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之比值。
S x
-指针的线位移或角位移 x -引起 所需的被测参数变化量
指针式仪表的灵敏限:引起仪表示值发生变化的被测参数 的最小变化量。
它应不大于仪表允许误差绝对值的一半。
传感器:将被测物理量(如温度) 检出并转换为电量。 对传感器的要求:输入与输出关系为单值函数关系,且不 随时间和温度变化,抗干扰性和复现性好,灵敏度高。 变送器:将传感器的输出信号转换为易于处理.传输及 测量的标准信号。 显示仪表:将测量结果显示出来,提供给观察者或其它 自动控制装置。 传输通道:是仪表各环节的输入.输出信号的连接部分。 包括电线.光导纤维和管路等。
接触式测量:检测元件与被测对象直接接触,感受被测参数 的作用或变化,从而获得测量信号,并检测其大小的方法。
非接触式测量:检测元件不能直接接触被测对象,而是间接 感受被测参数的作用或变化,达到检测目的的方法。
1.1.2 检测的基本方法 (2) 直接测量.间接测量与组合测量 直接测量:用测量仪表直接读取被测量的方法。 尺子 ---- 物体长度、天平 ---- 物体重量 间接测量:先对与被测量有确定函数关系的量进行测量,再 经过函数计算得到被测量的方法。
第一章 自动检测技术基础
本章介绍自动检测技术、仪表的基本概念与有关测量 误差及处理的基本原理与方法。 第一节 自动检测的基本概念 第二节 测量误差及处理方法 第三节 测量不确定度
第1章 自动检测技术基础 1.1 自动检测的基本概念 1.1.1 检测
检测技术是实验科学的一部分,主要研究各种物理量的 测量原理和测量信号分析处理方法。 检测技术是进行各种科学实验研究和生产过程参数测量 必不可少的手段,起着人的感官作用。 测量:将被测未知量与同性质的标准量进行比较, 确定被测量对标准量的倍数,并用数字表示这个 倍数的过程。 检测:用专门的技术工具,依靠实验和计算找到 被测量值的过程。
max 线性度 100% yFS
仪表线性度示意图 1-实测曲线;2-理想曲线
1.1.5 检测仪表的主要性能指标 4变差:外界条件不变的情况下,用同一仪表对被测量进行 正、反行程测量时, 其中二者之间的最大差值与仪表量 程之比的百分数表示。
最大变差
x 正 x反 max y FS
100%
max 允2 100% 2.08% >K% yFS
12.5
max 允3 100% 1.25% yFS
因:K%≤|δ允现|
则选用2.0级测量范围为-50~550℃测温仪表。
4.温度计(0～500º C)出厂前校验合格,结果如下表。1.求最 大绝对误差; 2.确定允许误差及精度等级;3.使用一段时间 后重新校验,最大绝对误差为±8º C,问该仪表是否合格？
1.2.1.1 测量误差的表示方法 (2)相对误差:被测量的绝对误差(Δ)与约定值(m)的百分比。
100% m
约定值m有如下三种取法：
m取被测量的真值xo时,δ 称为实际相对误差；
实
100% x0
m取被测量的给出值xi时,δ 称为给出值相对误差； 给出值可是:“测量值”. “标称值”. “示值”. “刻度值”等。
1.2 测量误差及处理方法 1.2.1 测量误差 1.2.1.1 测量误差的表示方法 测量误差:测量结果与真值之间总存在一定的差值, 这个差值就是测量误差。 测量误差产生原因:测量方法的不同,测量工具不够准确, 观测者的主观性,环境因素的影响等等。 (1) 绝对误差:被测量的测量值(xi)与真值(xo)之差。 Δ = xi － xo 真值一般无法得到,所以用实际值x代替xo。 Δ = xi － x
（+2kPa，+1.43%，+1.0% ）
3.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？
解:测量值的最大绝对误差: 100% 2.5% xi max 12.5 允1 100% 100% 2.08% yFS 500 ( 100)
1.2.1.2 误差分类 (2) 按工作条件分类 1) 基本误差:仪表在规定的正常条件下所产生的误差。
基本误差决定仪表的精度等级。
2) 附加误差:仪表偏离规定的正常工作条件时所产生的与 偏离量有关的误差。 注意安装和使用条件,否则引入较大的附加误差。
根据校验结果确定仪表精度等级(校验仪表时) 例1:某台测温仪的测温范围为200~700℃,校验时得到的 最大误差为±4℃,确定该仪表的精度等级。 解：
max 4 允 100% 100% 0.8% yFS 700 200
该仪表的精度等级为1.0级。
由于国家规定的精度等级中没有0.8级的仪表, 因|δ允仪|≤K%,则该仪表的精度等级为1.0级。
1.1.2 检测的基本方法 检测方法是指被测量与其单位进行比较的实验方法。 分 (1) 按传感器与被测对象是否直接接触:接触式测量. 非接触式测量; 类 (2) 按测量手段:直接测量.间接测量.组合测量; (3) 按测量值的获得方式:偏差式.零位式.微差式测量; (4) 根据对象变化的特点:静态测量.动态测量。 (1) 接触式测量.非接触式测量
最大变差≤K%
重点
变差计算方法:
设仪表的测温范围为100~200℃
被校表(℃) 标准表(℃) （正行程） 标准表(℃) （反行程） X正-X负 变差 120.0 180.0
121.21
120.94 0.27
179.83
179.96 -0.13 0.27%
1.1.5 检测仪表的主要性能指标 5重复性:测量装置在同一工作环境,被测量不变的条件下, 输入量按同一方向做多次(三次以上)全量程变化时,输入 输出特性曲线的一致程度。 用输入输出特性曲线间最大偏差值ΔR与量程yFS之比百 分数来表示,如图。 y ΔR y FS 重复性 100%
给 100% xi
m取仪表量程(yFS)时,δ 称为引用误差。
引 100% y FS
1.2.1.1 测量误差的表示方法 最大引用误差: 允
允max y FS 100%
仪表最大引用误差即为仪表的准确度。 精度等级(K):将仪表最大引用误差去掉“±”和“%”号 后 数值,便可确定仪表的精度等级。 特别注意： 校验仪表时,校验中各点的误差(即引用误差)不能大于 仪表精度等级所允许的误差。 • |δ允仪|≤K% 选表时,仪表在使用过程中仪表的精度等级不能大于现场 的引用误差。 • K% ≤ |δ允现|
1.2.1.2 误差分类 (1) 按规律分类 1) 系统误差:在偏离测量规定条件时或由测量方法引入 的因素所引起的、按某确定规律变化的误差。 反映测量结果对真值的偏离程度,用“正确度”表示。 2) 随机误差:在实际测量条件下,对同一被测量进行多次 测量,大小和符号没有一定规律的测量误差。 反映测量结果对真值的分散程度 , 用“精密度”表示。 它无法修正,可用统计方法估计其对测量结果影响。 3) 粗大误差:由于错误的读数,错误的测量方法等所造成, 明显地歪曲了测量结果的误差。 对粗大误差加以判断后剔除。
被校表读数/º C 标准表读数/º C
0 0
100 200 300 400 500 103 198 303 406 495
解: 1. -6º C; max 6 2. 允 100% 100% 1.2% 1.5级 yFS 500 0 max 8 3. 允 100% 100% 1.6% >K% yFS 500 0 则不合格。
1.某测温仪表的精度等级为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。
（+90℃，-10℃， 100℃ ）
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.相对误差和 引用误差。
负载电阻功率 = 电压 电流 （直接测量） 目标变量 （关系） 自变量
组合测量:为了同时确定多个未知量,将各个未知量组合成 不同函数形式,用直接测量或间接测量方法获得一组数据, 通过方程组的求解得到被测量的方法。
1.1.2 检测的基本方法 3、偏差式.零位式与微差式测量 偏差式测量:利用仪表指针相对于刻度线的位移来直接指 示被测量的大小的测量方法。 特点:直观.简单.迅速,但测量精度低。 零位式测量:通过被测量与已知标准量比较,当两者达到完 全平衡时,从而得到被测量大小的测量方法。
1.1.5 检测仪表的主要性能指标 1测量范围:在正常工作条件下,检测系统或仪表能测量的 被测量值的总范围,用下限值至上限值表示ymin~ymax 。 量程(yFS):yFS=ymax-ymin。 被测量一般在仪表量程的1/3----2/3~ 3/4之间。 2精度(准确度):表示测量结果与真值之间的一致程度。 它是反映测量质量好坏的重要指标之一。 精度低,误差大;精度高,误差小。 精度: 允
1.1.4 检测仪表的分类 (1) 按被测参数性质分类 电气参数:电能.电流.电压.频率等； 机械参数:位移.速度与加速度.重量.振动.转速等; 过程参数:主要指热工参数,包括温度.压力.流量.物位等。
(2) 按使用性质分类 实用型:用于实际测量,包括工业用表与实验用表； 范型:用于复现和保持计量单位,或用于对实用仪表 进行校准和刻度； 标准型:具有更高准确度的范型仪表,用以保持和传递 国家计量标准,并用于对范型仪表的定期检定。 (3) 其他分类方式 按工作原理分类; 按功能分类等。
max 0.03 解： 允 y 100% 10 100% 0.3% FS
仪表的准确度等级应为0.5级。
1.1.5 检测仪表的主要性能指标 3线性度:仪表实测输入输出特性曲线与理想输入输出特 性曲线的偏离程度。 用实测与理想输入输出特性曲线间最大偏差值Δm与量程 yFS之比百分数来表示,如图。
特点:测量精度高,但复杂.慢。
微差式测量:通过被测量与已知标准量比较,得到差值,再 用偏差法测此差值。 特点:直观.简单.迅速,测量精度高。适用与在线检测。
1.1.3 检测仪表的组成
显示记录
变送器 传感器
信息获取
（信号检出部分）
转换
（信号变换部分）
显示和处理
（分析处理部分.通信接口及总线）
1.1.3 检测仪表的组成
y FS
R
0
xFra Baidu bibliotekX
1.1.5 检测仪表的主要性能指标 6数字式仪表的分辨力:检测仪表能检出被测信号的最小 变化量。即仪表最后一位所表示的数值。 不同量程的分辨力是不同的。 仪表最低量程的分辨力称为该表的最高分辨力。 通常以最高分辨力作为仪表的分辨力指标。 如某仪表显示值为：□□□.□ ℃ 则 分辨力为 0.1 ℃ 分辨率:分辨力除以仪表的满量程。 例如,3½位表的最大示值为1999,则分辨率为： 1/1999≈0.05% 即万分之五。
根据工艺要求选择仪表精度等级(选表时) 例2:某台测温仪的测温范围为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:根据工艺要求, 引用误差为 max 7 允 100% 100% 0.7% N 1000 0 应选的0.5级仪表。 因K%≤|δ允现|,故应选的0.5级仪表。
允max yFS 100%
允 K%
国产仪表的精度等级(K) ： 0.005,0.01,0.02,0.05,0.1,0.2,0.5,1.0,1.5,2.5,4.0等。 一般表示符号为：
重点
例1:某压力表的量程为10MPa,测量值的最大绝对误差为 0.03MPa,则仪表的准确度等级为多少？