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《自动检测和过程控制》 (第4版) 电子课件
刘玉长
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上篇 自动检测
自动检测技术主要介绍工业过程控制中温度、 压力、流量、物位、成分、机械量等的检测原 理、方法与检测仪表。内容如下：
检 温 压机新 测 技 术 基 度 检 测 与 力械量测量与型检测技术 础 仪仪 刘玉长表表
流 量 测 量 与 仪
物 位 检 测 仪 表
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四、检测仪表的分类
❖按被测参数性质分：过程参数(温度、压力、 流量、物位、成份 )、电气参数(电能、电流、 电压等)与机械量(位移、速度、振动等)；
❖按使用性质分类：实用型、范型和标准型；
❖其他分类方式：工作原理不同，分为模拟式、 数字式和图像式等；按仪表功能的不同，可分 为指示仪、记录仪、积算仪等；按仪表系统的 组成方式的不同，分为基地式仪表和单元组合 式仪表；按仪表结构的不同，分为开环式仪表 与闭环式(反馈式)仪表。
表.
成显 分示 分仪 析表 仪 表
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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
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第一节 自动检测的基本概念
一、检测
检测即测量，是为准确获取表征被测对象 特征的某些参数的定量信息，利用专门的技术工 具，运用适当的实验方法，将被测量与同种性质 的标准量(即单位量)进行比较，确定被测量对标 准量的倍数，找到被测量数值大小的过程。
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(二) 变送器
其作用是将敏感元件输出信号变换成既保 存原始信号全部信息又更易于处理、传输及测量 的变量，因此要求变换器能准确稳定的实现信号 的传输、放大和转化。
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(三) 显示(记录)仪表
也称二次仪表，其将测量信息转变成人感 官所能接受的形式，是实现人机对话的主要环节。 显示仪表可实现瞬时或累积量显示，越限和极限 报警，测量信息记录，数据自动处理，甚至参量 调节功能。一般有模拟显示、数字显示与屏幕显 示三种形式。
被测 对象
传感器
变送器
显示、记 录装置
物理量
电量
电量/数字量
检测仪表的组成框图
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(一) 传感器
传感器也称敏感元件，一次元件，其作用 是感受被测量的变化并产生一个与被测量呈某种 函数关系的输出信号。
传感器分类：根据被测量性质分为机械量 传感器、热工量传感器、化学量传感器及生物量 传感器等；根据输出量性质分为无源电参量型传 感器(如电阻式传感器、电容式传感器、电感式 传感器等)与发电型传感器(如热电偶传感器、光 电传感器、压电传感器等)。
相一致的程度，是测量的一个基本特征。
准 确 度 仪 仪 表 表 的 的 允 量 许 程 误 差 1 0 0 % Δ y m F a S x 1 0 0 %
Δmax—仪表所允许的误差界限，即允许误差；
yFS —仪表量程。
通常用准确度(精度)等级来表示仪表的准 确度，其值为准确度去掉“±符号”及“%”后 的数字再经过圆整取较大的约定值。
我国自动化仪表精度等级【GB/T13283-2008】 有0.01、0.02、(0.03)、(0.05)、0.1、0.2、0.25、 (0.3)、(0.4)、0.5、1.0、1.5、(2.0)、2.5、4.0、5.0 等级别(括号内的精确度等级不推荐采用)。
一般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0.1~5.0级，其中校验用 的标准表多为0.1或0.2级，现场用多为0.5~5.0级。
以下仅介绍静态性能指标。
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(一)测量范围与量程
测量范围:指在正常工作条件下，检测系统或仪 表能够测量的被测量值的总范围，测量范围用
下限值ymin至上限值ymax来表示，即ymin～ ymax。
测量量程:为测量范围上限与下限的代数差，即
yFS=ymax-ymin
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(二)准确度
定义：准确度也称精确度，是指测量结果与实际值
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例1：某压力表的量程为10MPa，测量值的允许 误差为0.03MPa，则仪表的准确度等级为？
解：
0.03/10×100%=0.3%
因为我国的自动化仪表精度等级中不推荐 采用0.3级仪表，所以仪表的准确度等级应为0.5 级。
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(三) 线性度
仪表实测输入输出特性
曲线与理想线性输入输出特
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二、检测的基本方法
检测方法是实现检测过程所采用的具体方 法。根据检测仪表与被测对象的特点，检测方法 主要有以下几种： (1)接触式与非接触式; (2)直接、间接与组合测量； (3)偏差式、零位式与微差式测量。
还有其他的分类(如根据物理量、检测原理)。
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三、检测仪表的组成
检测仪表是实现检测过程的物质手段，是 测量方法的具体化，它将被测量经过一次或多次 的信号或能量形式的转换，再由仪表指针、数字 或图像等显示出量值，从而实现被测量的检测。
性曲线的偏离程度(如图)。用
实际输入输出特性曲线与理
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。
仪表线性度示意图
线性度
m100% yFS
1-实测曲线;2-理想曲线
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(四)变差
变差也称回差或迟滞误差，在外界条件不 变的前提下，使用同一仪表对某一参数进行正反 行程(即逐渐由小到大和逐渐由大到小)测量，两 示值之差为变差，变差反映仪表检验时所得的上 升曲线与下降曲线经常出现不重合的现象。
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准确度等级(精度等级)
国际法制计量组织(OIML)建议书No.34推荐， 仪表的准确度等级采用以下数字：
(1,1.5,1.6,2,2.5,3,4,5,6)×10n ,n=1,0,-1,-2,-3等
上述数列中禁止在一个系列中同时选用 1.5×10n和1.6×10n，3×10n也只有证明必要和合理 时才采用。
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五、检测仪表的主要性能指标
❖静态性能指标:
不必考虑仪表输入量与输出量之间的动态 关系而只需考虑静态关系，联系输入量与输出量 之间的关系式中不含有时间变量。
❖动态性能指标:
是测量仪表在动态工作过程中所呈现出的 特性，其反映测量仪表对随时间变化的被测量所 响应的性能，通常采用时域特性与频域特性等来 表征。