厉玉鸣《化工仪表及自动化》课件第一章 检测仪表基本知识

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什么是软测量技术
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基于多个可测变量的实时测量值，应用数学模型去估计某 种没有直接测量的变量的值。 又称多传感器的信息融合。 数学模型是指多个可测变量与被估计量间的相关关系。例 如机理数学模型、数理统计方法建立的统计数学模型、神 经元网络模型、多种方法结合的模型。 软测量用以解决生产过程无法直接测量或直接测量困难的 关键变量的估计问题。
xI xt
xI：仪表指示值, xt：被测量的真值
由于真值无法得到
x x0
x：被校表的读数值，x0 ：标准表的读数值 相对误差
xI xt x x0 或 x0 x0 xt
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检测仪表的品质指标
1.测量仪表的准确度（精确度）
两大影响因素 绝对误差和仪表的标尺范围
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Z max Z 100% 仪表量程
图1-3 重复性示意图
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在同一工作条件下，同方向连续多次对同一输人值进行侧 量所得的多个输出值之间相互一致的程度称为仪表的重复 性，它不包括滞环和死区。 再现性包括滞环和死区，它是仪表实际上升曲线和实际下 降曲线之间离散程度的表示，常取两种曲线之间离散程度 最大点的值来表示。 重复性是衡量仪表不受随机因素影响的能力，再现性是仪 表性能稳定的一种标志，因而在评价某种仪表的性能时常 同时要求其重复性和再现性。重复性和再现性优良的仪表 并不一定精度高，但高精度的优质仪表一定有很好的重复 性和再现性.
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检测仪表与测量方法的分类
（2）间接测量
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当被测量不宜直接测量时,可以通过测量与被测 量有关的几个相关量后,再经过计算来确定被测量的 大小。
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化工检测的发展趋势
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1.检测技术的现代化 2.检测仪表的集成化、数字化、智能化 3.软测量技术和虚拟仪器
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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。
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检测仪表的品质指标
相对百分误差δ
max 100% 标尺上限值 标尺下限值
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检测仪表的品质指标
3.灵敏度与灵敏限
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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 S
x
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。
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检测仪表与测量方法的分类
2.测量方法的分类
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按照测量结果的获得过程
直接测量
间接测量
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检测仪表与测量方法的分类
（1）直接测量
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利用经过标定的仪表对被测参数进行测量，直接 从显示结果获得被测参数的具体数值的测量方法。 根据被测参数获得方式的不同，直接测量又有偏 差法（用仪表指针的位移即偏差决定被测量）与平衡 法（即零位法，在测量系统达到平衡时，用已知的基 准量决定被测未知量。）之分。 除此之外,还有一种将平衡 法与偏差法结合起来的微差 法
虚拟仪器
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虚拟仪器技术就是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵 活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。自 1986年问世以来，世界各国的工程师和科学家们都已将 NI LabVIEW（图形化系统设计软件）图形化开发工具用 于产品设计周期的各个环节，从而改善了产品质量、缩短 了产品投放市场的时间，并提高了产品开发和生产效率。 使用集成化的虚拟仪器环境与现实世界的信号相连，分析 数据以获取实用信息，共享信息成果，有助于在较大范围 内提高生产效率。虚拟仪器提供的各种工具能满足我们任 何项目需要。
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美国国家仪器公司NI（National Instruments）提出的 虚拟测量仪器（VI）概念，引发了传统仪器领域的一场重 大变革，使得计算机和网络技术得以长驱直入仪器领域， 和仪器技术结合起来，从而开创了“软件即是仪器”的先 河。 “软件即是仪器”这是NI公司提出的虚拟仪器理念的 核心思想。从这一思想出发，基于电脑或工作站、软件和 I/O部件来构建虚拟仪器。I/O部件可以是独立仪器、模块 化仪器、数据采集板（DAQ）或传感器。NI所拥有的虚 拟仪器产品包括软件产品（如LabVIEW）、GPIB产品、 数据采集产品、信号处理产品、图像采集产品、DSP产品 和VXI控制产品等.
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化工仪表及自动化
第一章 检测仪表基本知识
内容提要
测量过程与测量误差 测量仪表的品质指标 测量系统中的常见信号类型 检测系统中信号的传递形式
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检测仪表与测量方法的分类
化工检测的发展趋势
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测量过程与测量误差
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检测仪表的品质指标
4.反应时间
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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95％所用的时间，可用来表示反应时间。
测量误差：由仪表读得的被测值 (测量值)与被测参 数的真实值之间的差距。
测量误差按其产生原因的不同,可以分为三类：
系统误差：规 律误差 偶然误差：随 机误差 疏忽误差：人 为
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前两者无法消除， 只能减小。后者可 以消除
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测量过程与测量误差
绝对误差
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检测仪表的品质指标
举例
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例1-1 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℃，试确定该仪表的相对百分 误差与准确度等级。 解 该仪表的相对百分误差为
4 100 % 0.8% 700 200
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。
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美国国家仪器公司(NI)在20世纪80年代最早提出虚拟仪器 (VirtualInstrument，简称VI)的概念。其核心的思想是利用计算机的 强大资源使本来需要硬件实现的技术软件化，以便最大限度地降低系 统成本，增强系统功能与灵活性。 虚拟仪器，就是在以通用计算机 为核心的硬件平台上，由用户设计定义、具有虚拟前面板、测试功能 由测试软件实现的一种计算机仪器系统。其基本思想就是在测试系统 或仪器设计中尽可能地用软件代替硬件，即“软件就是仪器”。虚拟 仪器的基本构成包括计算机、虚拟仪器软件、硬件接口模块等。用户 可以通过友好的图形界面(这里称作虚拟前面板)操作计算机，如同操 作功能相同的单台传统仪器一样。 在以PC计算机为核心组成的硬 件平台支持下，虚拟仪器通过软件编程设计来实现仪器的测试功能， 而且可以通过不同测试功能的软件模块的组合来实现多种测试功能。 虚拟仪器采用的开发平台LabVIEW现在已经成为行业标准的测试测 量软件平台。LabVIEW软件为不同领域的工程师简化了各种技术融 合的复杂性，帮助工程师通过同一个软件平台，在第一时间内运用最 先进的主流商业技术，加快工作效率
①依据所测参数的不同,可分成压力 (包括差压、负压)检 测仪表、流量检测仪表、物位 (液位)检测仪表、温度检 测仪表、物质成分分析仪表及物性检测仪表等。 ②按表达示数的方式不同,可分成指示型、记录型、讯号 型、远传指示型、累积型等。 ③按精度等级及使用场合的不同,可分为实用仪表、范型 仪表和标准仪表,分别使用在现场、实验室和标定室。
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。
最大绝对差值 变差 100% 标尺上限值 标尺下限值
仪表的变差不能超出仪表的允 许误差，否则应及时检修。
图1-1 测量仪表的变差
测量是用实验的方法,求出某个量的大小。
举例
通过直接测量矩形的长 宽a、b，间接测取面积s
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间接测量
S ab
直接测量
间接测量：通过测量与被测量有函数关系的其他量， 才能得到被测量值的测量方法。
测量实质：是将被测参数与其相应的测量单位进行比 较的过程。
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测量过程与测量误差
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检测仪表的品质指标
6.重复性
重复性表示检测仪表在被测参数按同一方向作全量程连续多次变动 时所得标定特性曲线不一致的程度。若标定的特性曲线一致,重复性就好, 重复性误差就小。重复性就是指这3条曲线在同一输人值处的离散程度。实 际上，某种仪表的重复性常选用上升曲线的最大离散程度和下降曲线的最 大离散程度中的最大值来表示。
允许误差
仪表允许的最大绝对误 差值 允 100% 标尺上限值 标尺下限值
6பைடு நூலகம்
检测仪表的品质指标
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小结
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。