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1、化工仪表基础第一章检测仪表基本知识化工仪表基础第一章检测仪表基本知识第1页，本讲稿共31页 第一章第一章 检测仪表基本知识检测仪表基本知识 第2页，本讲稿共31页内容提要内容提要n 测量过程与测量误差测量过程与测量误差n 测量仪表的品质指标测量仪表的品质指标n 测量系统中的常见信号类型测量系统中的常见信号类型n 检测系统中信号的传递形式检测系统中信号的传递形式n 检测仪表与测量方法的分类检测仪表与测量方法的分类n 化工检测的发展趋势化工检测的发展趋势第3页，本讲稿共31页测量过程与测量误差测量过程与测量误差测量测量是用实验的方法是用实验的方法,求出某个量的大小。求出某个量的大小。举例测一段导线
2、的长度直接测量间接测量间接测量测量实质：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。是将被测参数与其相应的测量单位进行比较的过程。第4页，本讲稿共31页测量过程与测量误差测量过程与测量误差测量误差：测量误差：由仪表读得的被测值由仪表读得的被测值 (测量值测量值)与被测参数的真与被测参数的真实值之间的差距。实值之间的差距。测量误差按其测量误差按其产生原因产生原因的不同的不同,可以分为三类：可以分为三类：系统误差系统误差 疏忽误差疏忽误差偶然误差偶然误差第5页，本讲稿共31页测量过程与测量误差测量过程与测量误差绝对误差xI I：仪表指示值：仪表指示值,xt：被测量的真值：被测量的真值由
3、于真值无法得到 x：被校表的读数值，：被校表的读数值，x0：标准表的读数值：标准表的读数值 相对误差第6页，本讲稿共31页检测仪表的品质指标检测仪表的品质指标1.1.1.1.测量仪表的准确度（精确度）测量仪表的准确度（精确度）测量仪表的准确度（精确度）测量仪表的准确度（精确度）说说明明：仪仪表表的的测测量量误误差差可可以以用用绝绝对对误误差差来来表表示示。但但是是，仪仪表表的的绝绝对对误误差差在在测测量量范范围围内内的的各各点点不不相相同同。因因此此，常常说说的的“绝绝对误差对误差”指的是绝对误差中的最大值指的是绝对误差中的最大值max。两大影响因素两大影响因素绝对误差和仪表的标尺范围绝对误差
4、和仪表的标尺范围第7页，本讲稿共31页检测仪表的品质指标检测仪表的品质指标相对百分误差相对百分误差允许误差允许误差第8页，本讲稿共31页检测仪表的品质指标检测仪表的品质指标 仪仪表表的的允允越越大大，表表示示它它的的精精确确度度越越低低；反反之之，仪仪表表的的允允越越小小，表表示示仪仪表表的的精精确确度度越越高高。将将仪仪表表的的允允许许相相对对百百分分误误差差去去掉掉“”号号及及“”号号，便便可可以以用用来来确确定定仪仪表表的的精精确确度度等等级级。目目前前常常用用的的精精确确度度等等级级有有0.0050.005，0.020.02，0.050.05，0.10.1，0.20.2，0.40.4，
5、0.50.5，1.01.0，1.51.5，2.52.5，4.04.0等。等。小结第9页，本讲稿共31页检测仪表的品质指标检测仪表的品质指标举例例1-1某台测温仪表的测温范围为200700，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。解解 该仪表的相对百分误差为该仪表的相对百分误差为 如如果果将将该该仪仪表表的的去去掉掉“”号号与与“”号号，其其数数值值为为0.80.8。由由于于国国家家规规定定的的精精度度等等级级中中没没有有0.80.8级级仪仪表表，同同时时，该该仪仪表表的的误误差差超超过过了了0.50.5级级仪仪表表所允许的最大误差，所以，这台测温仪表的精度等级
6、为所允许的最大误差，所以，这台测温仪表的精度等级为1.01.0级。级。第10页，本讲稿共31页1-2.某台测温仪表的测温范围为2001000,工艺上要求测温误差不能大于5,试确定应选仪表的准确度等级。解解解解:工艺上允许的相对百分误差为工艺上允许的相对百分误差为 要求所选的仪表的相对百分误差不能大于工艺上的要求所选的仪表的相对百分误差不能大于工艺上的允允,才能才能保证测温误差不大于保证测温误差不大于5,5,所以所选仪表的准确度等级应为所以所选仪表的准确度等级应为0.50.5级。当然仪表的准确度等级越高级。当然仪表的准确度等级越高,能使测温误差越小能使测温误差越小,但为了不增但为了不增加投资费用
7、加投资费用,不宜选过高准确度的仪表。不宜选过高准确度的仪表。第11页，本讲稿共31页检测仪表的品质指标检测仪表的品质指标仪表的准确度等级仪表的准确度等级是衡量仪表质量优劣的重要指标之一。是衡量仪表质量优劣的重要指标之一。准准确确度度等等级级数数值值越越小小，就就表表征征该该仪仪表表的的准准确确度度等等级级越越高高，仪仪表表的的准准确度越高。工业现场用的测量仪表，其准确度大多在确度越高。工业现场用的测量仪表，其准确度大多在0.50.5级以下。级以下。仪表的精度等级一般可用不同的符号形式标志在仪表面板上。仪表的精度等级一般可用不同的符号形式标志在仪表面板上。举例举例1.51.0如：第12页，本讲稿
8、共31页检测仪表的品质指标检测仪表的品质指标注意 在工业上应用时,对检测仪表准确度的要求,应根据生产操作的实际情况和该参数对整个工艺过程的影响程度所提供的误差允许范围来确定,这样才能保证生产的经济性和合理性。第13页，本讲稿共31页检测仪表的品质指标检测仪表的品质指标2.2.2.2.检测仪表的恒定度检测仪表的恒定度 变变差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。图1-1 测量仪表的变差仪表的变差不能超出仪表的允许误差，仪表的变差不能超出仪表的允许误差，仪表的
9、变差不能超出仪表的允许误差，仪表的变差不能超出仪表的允许误差，否则应及时检修。否则应及时检修。否则应及时检修。否则应及时检修。第14页，本讲稿共31页检测仪表的品质指标检测仪表的品质指标3.3.3.3.灵敏度与灵敏限灵敏度与灵敏限灵敏度与灵敏限灵敏度与灵敏限 仪仪表表的的灵灵敏敏度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 式中，S为仪表的灵敏度；为指针的线位移或角位移；x为引起所需的被测参数变化量。仪仪表表的的灵灵敏敏限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。注注意意：上上述述指指标标仅仅适适用用于
10、于指指针针式式仪仪表表。在在数数字字式式仪仪表表中中，往往用分辨率表示。往往用分辨率表示。第15页，本讲稿共31页检测仪表的品质指标检测仪表的品质指标4.4.4.4.反应时间反应时间反应时间反应时间 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63.2（95）所用的时间，可用来表示反应时间。第16页，本讲稿
11、共31页检测仪表的品质指标检测仪表的品质指标5.5.线性度线性度 线线性性度度是是表表征征线线性性刻刻度度仪仪表表的的输输出出量量与与输输入入量量的的实实际际校校准准曲曲线线与与理理论论直直线线的的吻吻合合程程度度。通通常常总总是是希希望望测测量量仪仪表表的的输输出与输入之间呈线性关系。出与输入之间呈线性关系。图1-2 线性度示意图 式式中中，f为为线线性性度度（又又称称非非线线性性误误差差）；fmax为为校校准准曲曲线线对对于于理理论论直线的最大偏差（以仪表示值的单位计算）。直线的最大偏差（以仪表示值的单位计算）。第17页，本讲稿共31页检测仪表的品质指标检测仪表的品质指标 6.6.6.6.
12、重复性重复性重复性重复性 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致,重复性就好重复性就好,重复性误差就小。重复性误差就小。图1-3 重复性示意图第18页，本讲稿共31页检测系统中的常见信号类型检测系统中的常见信号类型作用于检测装置输入端的被测信号，通常要转换成以下几种便作用于检测装置输入端的被测信号，通常要转换成以下几种便于传输和显示的信号类型于传输和显示的信号类型1.1.位移信号位移信号2.2.压力信号压力信号3.
13、3.电气信号电气信号4.4.光信号光信号第19页，本讲稿共31页检测系统中信号的传递形式检测系统中信号的传递形式 1.1.模拟信号模拟信号模拟信号模拟信号 在时间上是连续变化的在时间上是连续变化的,即在任何瞬时都可以确定其即在任何瞬时都可以确定其数值的信号。数值的信号。2.数字信号数字信号数字信号数字信号 数字信号是一种以离散形式出现的不连续信号数字信号是一种以离散形式出现的不连续信号,通常用通常用二进制数二进制数“0 0”和和“1 1”组合的代码序列来表示。组合的代码序列来表示。3.开关信号开关信号 用两种状态或用两个数值范围表示的不连续信号。用两种状态或用两个数值范围表示的不连续信号。第2
14、0页，本讲稿共31页检测仪表与测量方法的分类检测仪表与测量方法的分类 1.1.1.1.检测仪表的分类检测仪表的分类依据依据所测参数所测参数所测参数所测参数的不同的不同,可分成压力可分成压力 (包括差压、负压包括差压、负压)检测仪表、检测仪表、流量检测仪表、物位流量检测仪表、物位 (液位液位)检测仪表、温度检测仪表、物质成分检测仪表、温度检测仪表、物质成分分析仪表及物性检测仪表等。分析仪表及物性检测仪表等。按按表达示数表达示数表达示数表达示数的方式不同的方式不同,可分成指示型、记录型、讯号型、远传可分成指示型、记录型、讯号型、远传指示型、累积型等。指示型、累积型等。按按精度等级及使用场合精度等级
15、及使用场合精度等级及使用场合精度等级及使用场合的不同的不同,可分为实用仪表、范型仪表可分为实用仪表、范型仪表和标准仪表和标准仪表,分别使用在现场、实验室和标定室。分别使用在现场、实验室和标定室。第21页，本讲稿共31页检测仪表与测量方法的分类检测仪表与测量方法的分类 2.2.2.2.测量方法的分类测量方法的分类测量方法的分类测量方法的分类按照测量结果的获得过程 直接测量 间接测量 第22页，本讲稿共31页检测仪表与测量方法的分类检测仪表与测量方法的分类 （1 1）直接测量）直接测量 利用经过标定的仪表对被测参数进行测量，直接从显示结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
16、数的具体数值的测量方法。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根据被测参数获得方式的不同，直接测量又有偏差法，直接测量又有偏差法与平衡法（零位法）之分。与平衡法（零位法）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微差法 第23页，本讲稿共31页检测仪表与测量方法的分类检测仪表与测量方法的分类（2 2）间接测量）间接测量 当被测量不宜直接测量时当被测量不宜直接测量时,可以通过测量与被测量有可以通过测量与被测量有关的几个相关量后关的几个相关量后,再经过计算来确定被测量的大小。再经过计算来确定被测量的大小。第24页，本讲稿共31页化工检测的发展趋势化工检测的发展
17、趋势 1.1.检测技术的现代化检测技术的现代化 2.2.检测仪表的集成化、数字化、智能化检测仪表的集成化、数字化、智能化 3.3.软测量技术和虚拟仪器软测量技术和虚拟仪器第25页，本讲稿共31页例题分析例题分析1.1.某台具有线性关系的温度变送器某台具有线性关系的温度变送器,其测温范围为其测温范围为 0 0200,200,变送器变送器的输出为的输出为 4 420mA20mA。对这台温度变送器进行校验。对这台温度变送器进行校验,得到下列数据得到下列数据:输入信号 标准温度/050100150200输出信号/mA正行程读数x正正行程读数x反44.0288.1012.0112.1016.0116.0
18、92020.01试根据以上校验数据确定该仪表的变差、准确度等级与线性度。第26页，本讲稿共31页解解:该题的解题步骤如下。该题的解题步骤如下。(1)(1)根据仪表的输出范围确定在各温度测试点的输出标准值根据仪表的输出范围确定在各温度测试点的输出标准值x标。任一温度值的标准输出信号标。任一温度值的标准输出信号(mA)(mA)为为 例如例如,当温度为当温度为5050时时,对应的输出应为对应的输出应为 其余类推。其余类推。第27页，本讲稿共31页(2)(2)算出各测试点正、反行程时的绝对误差算出各测试点正、反行程时的绝对误差正正与与反反 ,并算出并算出正、反行程之差正、反行程之差变变 ,分别填入下表
19、内分别填入下表内(计算计算变变时可不考虑符号时可不考虑符号,取正值取正值)。输入信号/050100150200输出信号/mA正行程读数x正反行程读数x反标准值44.02488.10812.0112.101216.0116.09162020.0120绝对误差/mA正行程正反行程反 00.0200.100.010.100.010.0900.01正反行程之差变 0.020.100.090.080.01第28页，本讲稿共31页(3)由上表找出最大的绝对误差max,并计算最大的相对百分误差max。由上表可知 去掉去掉maxmax的的“”号及号及“%”号后号后,其数值为其数值为0.625,0.625,数值
20、在数值在0.50.51.01.0之间之间,由于该表的由于该表的maxmax已超过已超过0.50.5级表所允许的级表所允许的允允,故该表的准确故该表的准确度等级为度等级为1.01.0级。级。第29页，本讲稿共31页(4)计算变差计算变差 由于该变差数值在由于该变差数值在1.01.0级表允许的误差范围内级表允许的误差范围内,故故不影响表的准确度等级。注意若变差数值不影响表的准确度等级。注意若变差数值变变maxmax超过了绝超过了绝对误差对误差maxmax,则应以则应以变变maxmax来确定仪表的准确度等级。来确定仪表的准确度等级。第30页，本讲稿共31页(5)(5)由计算结果可知由计算结果可知,非线性误差的最大值非线性误差的最大值fmax=0.10,=0.10,故线性故线性度度f为为 注意 在具体校验仪表时,为了可靠起见,应适当增加测试点与实验次数,本例题只是简单列举几个数据说明问题罢了。第31页，本讲稿共31页