测量仪表基本知识课件.ppt

《测量仪表基本知识课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《测量仪表基本知识课件.ppt（15页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。

1、一、一、测量过程与测量误差 测量过程与测量误差 1 1、测量过程、测量过程参数检测就是用专门的技术工具，依靠能量的变换、实验和计算找到被测量的值。参数检测就是用专门的技术工具，依靠能量的变换、实验和计算找到被测量的值。被测变量传感器参数检测的基本过程被测对象变送器显示装置 传 传感 感器 器又 又称 称为 为检 检测 测元 元件 件或 或敏 敏感 感元 元件 件，它 它直 直接 接响 响应 应被 被测 测变 变量 量，经 经能 能量 量转 转换 换并 并转 转化 化成 成一 一个 个与 与被 被测 测变 变量 量成 成对 对应 应关 关系 系的 的便 便于 于传 传送 送的 的输 输出 出信

2、信号 号，如 如mV mV、V V、mA mA、Hz Hz、位移、力等等。位移、力等等。由 由于 于传 传感 感器 器的 的输 输出 出信 信号 号种 种类 类很 很多 多，而 而且 且信 信号 号往 往往 往很 很微 微弱 弱，一 一般 般都 都需 需要 要经 经过 过变 变送 送环 环节 节的 的进 进一 一步 步处 处理 理，把 把传 传感 感器 器的 的输 输出 出转 转换 换成 成如 如0 0 10 10mA mA、4 4 20mA 20mA等 等标 标准 准统 统一 一的 的模 模拟 拟量 量信 信号 号或 或者 者满 满足 足特 特定 定标 标准 准的 的数 数字 字量 量信 信

3、号 号，这 这种 种检 检测仪表称为 测仪表称为变送器 变送器。有 有些 些时 时候 候，传 传感 感器 器可 可以 以不 不经 经过 过变 变送 送环 环节 节，直 直接 接通 通过 过显 显示 示装 装置 置把 把被 被测 测量 量显示出来。显示出来。绪论绪论 测量仪表基本知识测量仪表基本知识2 2、测量误差、测量误差测量误差 测量误差 仪表测得的 仪表测得的测量值 测量值 与 与被测真值 被测真值 之差 之差 由 由于 于真 真值 值在 在理 理论 论上 上是 是无 无法 法真 真正 正被 被获 获取 取的 的，因 因此 此，测 测量 量误 误差 差就 就是 是指 指检 检测 测仪 仪表

4、 表（精 精度 度较 较低 低）和 和标 标准 准表 表（精 精度 度较 较高 高）在 在同 同一 一时 时刻 刻对 对同 同一 一被 被测 测变 变量 量进 进行 行测量所得到的 测量所得到的2 2个读数之差。个读数之差。即：即：x x0 0 标准表读数 标准表读数测量误差的几种表示形式：测量误差的几种表示形式：绝对误差 绝对误差实际相对误差 实际相对误差标称相对误差 标称相对误差相对百分误差 相对百分误差二、测量仪表的品质指标 二、测量仪表的品质指标1 1、测量仪表的准确度（精确度）、测量仪表的准确度（精确度）一 一台 台测 测量 量范 范围 围0 0 1000 1000kPa kPa的

5、的压 压力 力测 测量 量仪 仪表 表，其 其最 最大 大绝 绝对 对误 误差 差10 10kPa kPa(在 在整 整个 个量 量程 程范 范围 围内 内)，另 另一 一台 台测 测量 量范 范围 围0 0 400 400kPa kPa的 的压 压力 力测 测量 量仪 仪表 表，其 其最 最大 大绝 绝对 对误 误差 差5 5kPa kPa，请问哪一台压力检测仪表的精度更高？请问哪一台压力检测仪表的精度更高？虽然后者的最大绝对误差较小，但这并不说明后者较前者精度高。虽然后者的最大绝对误差较小，但这并不说明后者较前者精度高。在自动化仪表中，通常是以最大相对百分误差来衡量仪表的精确度，定义仪表的

6、精度等级。在自动化仪表中，通常是以最大相对百分误差来衡量仪表的精确度，定义仪表的精度等级。由于仪表的绝对误差在测量范围内的各点上是不相同的，因此在工业上通常将绝对误差 由于仪表的绝对误差在测量范围内的各点上是不相同的，因此在工业上通常将绝对误差中的最大值，即把最大绝对误差折合成测量范围的百分数表示，称为最大相对百分误差 中的最大值，即把最大绝对误差折合成测量范围的百分数表示，称为最大相对百分误差:仪表的 仪表的精度等级 精度等级（精确度等级 精确度等级）是指仪表在规定的工）是指仪表在规定的工作条件下允许的最大相对百分误差。作条件下允许的最大相对百分误差。仪表的精确度等级 仪表的精确度等级 仪表

7、的精度等级（精确度等级）是指仪表在规定的工作条件下允许的最大相对百分误差。仪表的精度等级（精确度等级）是指仪表在规定的工作条件下允许的最大相对百分误差。把仪表允许的最大相对百分误差去掉 把仪表允许的最大相对百分误差去掉“”“”号和 号和“”号，便可以用来确定仪表的精度等级。号，便可以用来确定仪表的精度等级。目前，按照国家统一规定所划分的仪表精度等级有：目前，按照国家统一规定所划分的仪表精度等级有：0.005 0.005，0.02 0.02，0.05 0.05，0.1 0.1，0.2 0.2，0.4 0.4，0.5 0.5，1.0 1.0，1.5 1.5，2.5 2.5，4.0 4.0等。等。所

8、谓的 所谓的0.5 0.5级仪表，表示该仪表允许的最大相对百分误差为 级仪表，表示该仪表允许的最大相对百分误差为0.5 0.5，以此类推。，以此类推。精度等级一般用一定的符号形式表示在仪表面板上：精度等级一般用一定的符号形式表示在仪表面板上：1.51.0仪表的精度等级是衡量仪表质量优劣的重要指标之一 仪表的精度等级是衡量仪表质量优劣的重要指标之一。精度等级数值越小，表示仪表的精确度越高。精度等级数值越小，表示仪表的精确度越高。精度等级数值小于等于 精度等级数值小于等于0.05 0.05的仪表通常用来作为标准表，而工业用表的精度等级 的仪表通常用来作为标准表，而工业用表的精度等级数值一般大于等于

9、 数值一般大于等于0.5 0.5。仪表的精确度等级 仪表的精确度等级 例 例1 1：某压力变送器测量范围为：某压力变送器测量范围为0 0 400 400kPa kPa，在校验该变送器时测得的最大绝对误 在校验该变送器时测得的最大绝对误差为 差为5 5kPa kPa，请确定该仪表的精度等级。请确定该仪表的精度等级。解：先求最大相对百分误差 解：先求最大相对百分误差去掉 去掉 和 和%为 为1.25 1.25，因此该变送器精度等级为，因此该变送器精度等级为1.5 1.5级 级 例 例2 2：根据工艺要求选择一测量范围为 根据工艺要求选择一测量范围为040 040m m3 3/h/h的流量计，要求测

10、量误差不超过 的流量计，要求测量误差不超过 0.5 0.5 m m3 3/h/h，请确定该仪表的精度等级。请确定该仪表的精度等级。解：同样，先求最大相对百分误差 解：同样，先求最大相对百分误差因此该流量计必须选择 因此该流量计必须选择1.0 1.0级的流量计 级的流量计 结论：结论：工艺要求的允许误差 工艺要求的允许误差 仪表的允许误差 仪表的允许误差 校验所得到的相对百分误差 校验所得到的相对百分误差 2 2、非线性误差、非线性误差在 在通 通常 常情 情况 况下 下，总 总是 是希 希望 望测 测量 量仪 仪表 表的 的输 输出 出量 量和 和输 输入 入量 量之 之间 间呈 呈线 线性

11、性对 对应 应关 关系 系。测 测量 量仪 仪表 表的 的非 非线 线性 性误 误差 差就 就是 是用 用来 来表 表征 征仪 仪表 表的 的输 输出 出量 量和 和输 输入 入量 量的 的实际对应关系与理论直线的吻合程度。实际对应关系与理论直线的吻合程度。通 通常 常非 非线 线性 性误 误差 差用 用实 实际 际测 测得 得的 的输 输入 入 输 输出 出特 特性 性曲 曲线 线（也 也称 称为 为校 校准 准曲 曲线 线）与 与理 理论 论直线的之间的最大偏差和测量仪表量程之比的百分数来表示：直线的之间的最大偏差和测量仪表量程之比的百分数来表示：被测变量仪表输出理论实际3 3、变、变 差

12、 差在 在外 外界 界条 条件 件不 不变 变的 的情 情况 况下 下，使 使用 用同 同一 一仪 仪表 表对 对被 被测 测变 变量 量在 在全 全量 量程 程范 范围 围内 内进 进行 行正 正反 反行 行程 程（即 即逐 逐渐 渐由 由小 小到 到大 大和 和逐 逐渐 渐由 由大 大到 到小 小）测 测量 量时 时，对 对应 应于 于同 同一被测值的仪表输出可能不等，二者之差的绝对值即为变差。一被测值的仪表输出可能不等，二者之差的绝对值即为变差。变 变差 差的 的大 大小 小，根 根据 据在 在同 同一 一被 被测 测值 值下 下正 正反 反特 特性 性间 间仪 仪表 表输 输出 出的

13、的最 最大 大绝 绝对 对误 误差和测量仪表量程之比的百分数来表示 差和测量仪表量程之比的百分数来表示：被测变量仪表输出下行程上行程4 4、灵敏度和分辨力、灵敏度和分辨力灵 灵敏 敏度 度是 是表 表征 征检 检测 测仪 仪表 表对 对被 被测 测量 量变 变化 化的 的灵 灵敏 敏程 程度 度，它 它是 是指 指仪 仪表 表输 输出变化量和输入变化量之比，即 出变化量和输入变化量之比，即 灵敏度 灵敏度y/x y/x 分 分辨 辨力 力又 又称 称为 为灵 灵敏 敏限 限，是 是仪 仪表 表输 输出 出能 能响 响应 应和 和分 分辨 辨的 的最 最小 小输 输入 入变 变化 化量 量，它

14、它也 也是 是灵 灵敏 敏度 度的 的一 一种 种反 反映 映。对 对数 数字 字式 式仪 仪表 表来 来说 说，分 分辨 辨力 力就 就是 是数 数字 字显 显示 示仪 仪表 表变 变化 化一 一个 个LSB LSB（二 二进 进制最低有效位）时输入的最小变化量。制最低有效位）时输入的最小变化量。5 5、动态误差、动态误差相对百分误差、非线性误差、变差都是稳态（静态）误差。相对百分误差、非线性误差、变差都是稳态（静态）误差。动 动态 态误 误差 差是 是指 指检 检测 测系 系统 统受 受外 外扰 扰动 动作 作用 用后 后，被 被测 测变 变量 量处 处于 于变 变动 动状 状态 态下 下

15、仪 仪表 表示 示值 值与参数实际值之间的差异。与参数实际值之间的差异。引 引起 起该 该误 误差 差的 的原 原因 因是 是由 由于 于检 检测 测元 元件 件和 和检 检测 测系 系统 统中 中各 各种 种运 运动 动惯 惯性 性以 以及 及能 能量 量形 形式 式转换需要时间所造成的。转换需要时间所造成的。衡 衡量 量各 各种 种运 运动 动惯 惯性 性的 的大 大小 小，以 以及 及能 能量 量传 传递 递的 的快 快慢 慢常 常采 采用 用时 时间 间常 常数 数T T和 和传 传递 递滞 滞后 后时 时间 间（纯 纯滞 滞后 后时 时间 间）两 两个 个参 参数 数表 表示 示（这

16、 这两 两个 个参 参数 数的 的含 含义 义与 与上 上一 一章 章中 中对 对象 象数 数学模型中的时间常数 学模型中的时间常数T T和纯滞后时间 和纯滞后时间 的数学含义是一致的）的数学含义是一致的）它 它们 们的 的存 存在 在会 会降 降低 低检 检测 测过 过程 程的 的动 动态 态性 性能 能，其 其中 中纯 纯滞 滞后 后时 时间 间 的 的不 不利 利影 影响 响会 会远 远远超过时间常数 远超过时间常数T T的影响。的影响。三、测量系统中的常见信号类型作 用 于 测 量 装 置 输 入 端 的 被 测 信 号，要 转 换 成 以 下 几 种 便 于 传 输 和 显示的信号类

17、型：1、位移信号：是 一 种 机 械 信 号，包 括 直 线 位 移 和 角 位 移。在 测 量 力、压 力、质 量、振动等物理量时，要先把它们转换成位移量再处理。2、压力信号：包括气压信号和液压信号，工业检测中主要应用气压信号。3、电气信号：有电压信号、电流信号、阻抗信号和频率信号等。传送快、滞后小、可远距离传递、便于和电子计算机联接。4、光信号：包 括 光 通 量 信 号、干 涉 条 纹 信 号、衍 射 条 纹 信 号、莫 尔 条 纹 信 号 等。可是连续得，也可是断续（脉冲）式的。四、测量系统中信号的传递形式从 传 递 信 号 的 连 续 性 的 观 点 来 分，在 检 测 系 统 中

18、传 递 信 号 的 形 式 可 以 分 为 模 拟信号、数字信号和开关信号：1、模拟信号：模拟信号：在时间上是连续变化的，在任何瞬时都可以确定其数值的信号。可以变换为电信号，即是平滑地、连续地变化的电压或电流信号。例如：连 续 变 化 的 温 度 信 号 可 以 利 用 热 电 偶 转 换 为 与 之 成 比 例 的 连 续 变 化的电势信号。2、数字信号：数字信号：是 一 种 以 离 散 形 式 出 现 的 不 连 续 信 号，通 常 用 二 进 制 数“0”和“1”组 合 的 代 码 序 列 来 表 示。数 字 信 号 变 换 成 电 信 号 就 是 一 连 串 的窄脉冲和高低电平交替变化

19、的电压信号。连 续 变 化 的 工 艺 参 数（模 拟 信 号）可 以 通 过 数 字 式 传 感 器 直 接 转 换 成 数 字信 号。然 而，大 多 数 情 况 是 首 先 把 这 些 参 数 变 换 成 电 形 式 的 模 拟 信 号，然 后再 利 用 模 拟-数 字（A/D）转 换 技 术 把 电 模 拟 量 转 换 成 数 字 量。将 一 个 模 拟 信号 转 换 为 数 字 信 号 时，必 须 用 一 定 的 计 量 单 位 使 连 续 参 数 整 量 化，即 用 最 接近 的 离 散 值（数 字 量）来 近 似 表 示 连 续 量 的 大 小。由 于 数 字 量 只 能 增 大

20、或 减小一个单位，所以，计量单位越小，整量化所造成的误差也就越小。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。例如：用 水 银 触 点 温 度 计 来 检 测 温 度 的 变 化 时，可 利 用 水 银触点的“断开”与“闭合”来判断温度是否达到给定值。在 自 动 检 测 技 术 中，利 用 开 关 式 传 感 器（如 干 簧 管、电 触 点式传感器）可以将模拟信号变换成开关信号。五、测量仪表的分类1、根据所测参数的不同，分 成 压 力（差 压、负 压）测 量 仪表、流 量 测 量 仪 表、物 位（液 位）测 量 仪 表、温 度 测 量仪表、物质成分分析仪表及物性检测仪表

21、等。2、按表达示数的方式不同，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，分 成 实 用 仪 表、范 型 仪表和标准仪表，分别使用在现场、实验室、标定室。六、化工检测的发展趋势由 于 化 工 生 产 过 程 中 被 测 介 质 形 态 多 样（气 态、液 态、固 态 及 混 合 体）；有 时 还 具 有 特 殊 性 质（强 腐 蚀、强 辐射、高 温、高 压、深 冷、真 空、高 粘 度 等）；检 测 环 境比 较 恶 劣，存 在 众 多 的 影 响 和 干 扰，如 电 源 电 压、频 率波 动，温 度、压 力 变 化，水 汽、湿 度、光 照、

22、辐 射、盐雾、烟 雾、粉 尘 等，这 些 情 况 都 要 求 化 工 检 测 仪 表 有 稳定的工作特性、高的抗干扰能力和相应的防护措施。检测技术及仪器仪表的发展：1、检测技术的现代化：随 着 科 学 技 术 的 发 展，新 技 术、新 材 料、新 工 艺 不 断涌现，新的检测方法不断得到开发。2、检测仪表的集成化、数字化、智能化：传 感 器、集 成 电 路、电 子 技 术、数 字 化 技 术、微 机 技术的应用例题分析3、某 台 测 温 仪 表 的 测 温 范 围 为2001000C，工艺 上 要 求 测 温 误 差 不 能 大 于5C，试 确 定 应 选仪表的准确度等级。解：工艺上允许的相对百分误差为：允=5/（1000-200）100%=0.625%要 求 所 选 的 仪 表 相 对 百 分 误 差 不 能 大 于 工 艺 上 的允，才 能 保 证 测 温 误 差 不 大 于5C，所 以 所 选仪表的准确度等级应为0.5级。仪 表 的 准 确 度 等 级 越 高，能 使 测 温 误 差 越 小，但为 了 不 增 加 投 资 费 用，不 宜 选 用 过 高 准 确 度 的仪表。