第1章過程檢測技術(shù)基礎(chǔ)-基本概念和檢測系統(tǒng)特性

1、常州大學(xué)信息學(xué)院常州大學(xué)信息學(xué)院Changzhou University過程檢測技術(shù)及儀表過程檢測技術(shù)及儀表檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析 靜態(tài)特性 動態(tài)特性 檢測系統(tǒng)模型與結(jié)構(gòu)分析常州大學(xué)信息學(xué)院常州大學(xué)信息學(xué)院Changzhou University過程檢測技術(shù)及儀表過程檢測技術(shù)及儀表檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析幾個基本性能指標(biāo)幾個基本性能指標(biāo) 測量范圍、上下限及量程：測量范圍、上下限及量程：測量范圍：測量范圍：0 00.5kg0.5kg測量上限：測量上限：0.5kg0.5kg測量下限：測量下限：0kg0kg量程：量

2、程：0.5kg0.5kg（量程（量程= =測量上限值測量上限值- -測量下限值）測量下限值）常州大學(xué)信息學(xué)院常州大學(xué)信息學(xué)院Changzhou University過程檢測技術(shù)及儀表過程檢測技術(shù)及儀表檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析幾個基本性能指標(biāo)幾個基本性能指標(biāo)絕對誤差： 絕對誤差絕對誤差= =示值示值- -約定真值約定真值 誤差：誤差：某采購員分別在三家商店購買100kg大米、10kg蘋果、1kg巧克力，發(fā)現(xiàn)均缺少約0.5kg，但該采購員對賣巧克力的商店意見最大，是何原因？ 常州大學(xué)信息學(xué)院常州大學(xué)信息學(xué)院Changzhou University過程檢測技術(shù)及儀表過程檢測技術(shù)及

3、儀表檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析幾個基本性能指標(biāo)幾個基本性能指標(biāo)相對誤差： 相對誤差（相對誤差（% %）= =絕對誤差絕對誤差/ /約定真值約定真值 誤差：誤差：引用誤差： 引用誤差（引用誤差（% %）= =絕對誤差絕對誤差/ /量程量程最大引用誤差： 最大引用誤差（最大引用誤差（% %）=abs=abs（最大絕對誤差）（最大絕對誤差）/ /量程量程儀表的最大引用誤差儀表的最大引用誤差儀表的允許誤差儀表的允許誤差常州大學(xué)信息學(xué)院常州大學(xué)信息學(xué)院Changzhou University過程檢測技術(shù)及儀表過程檢測技術(shù)及儀表檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析幾個基本性能指標(biāo)

4、幾個基本性能指標(biāo) 精度：精度：電測量儀表的精度等級指數(shù)分為7級：0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5及5.0。儀表的最大引用誤差不能超過儀表等級指數(shù)的百分?jǐn)?shù)，即：檢測儀表的精度等級是用最大引用誤差去掉百分號后的數(shù)字來確定的。%最大引用誤差精度等級的數(shù)字越小，精度越高精度等級的數(shù)字越小，精度越高常州大學(xué)信息學(xué)院常州大學(xué)信息學(xué)院Changzhou University過程檢測技術(shù)及儀表過程檢測技術(shù)及儀表檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析例例1 1：某指針式萬用表的面板如圖所示，問：用它來測量直流(-)、交流（）電壓時，可能產(chǎn)生的滿度相對誤差分別為多少？常州大學(xué)信息學(xué)院常州大學(xué)信

5、息學(xué)院Changzhou University過程檢測技術(shù)及儀表過程檢測技術(shù)及儀表檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析例2：有一臺測壓儀表，其標(biāo)尺范圍為0500kPa，已知其絕對誤差最大值為pmax=4kPa，求該儀表的精度等級。%8 . 0%100)0500(4%100maxmfmPp所以該儀表的精度等級為1級（而不是0.5級）注意：精度的大小和最大絕對誤差最大絕對誤差及測量范圍測量范圍都有關(guān)系。解：0.5%0.8%1%常州大學(xué)信息學(xué)院常州大學(xué)信息學(xué)院Changzhou University過程檢測技術(shù)及儀表過程檢測技術(shù)及儀表檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析例3:某待測的

6、電壓約為100 V,現(xiàn)有0.5級0300和1.0級0100 V兩個電壓表,問用哪一個電壓表測量比較好？%5 . 1%100100%5 . 0300 %100%1001xxxxfmm用1.0級0100 V測量100 V時的最大相對誤差為%0 . 1%100100%0 . 11002x因此,選擇1.0級0100 V電壓表比較好.解:用0.5級0300 V測量100 V時的最大相對誤差為 在選擇儀表時在選擇儀表時, ,不能單純地認(rèn)為精確度等級越高越好不能單純地認(rèn)為精確度等級越高越好, ,而應(yīng)根據(jù)而應(yīng)根據(jù)被測量的大小被測量的大小, ,兼顧儀表的級別和測量上限合理地選擇儀表兼顧儀表的級別和測量上限合理地

7、選擇儀表常州大學(xué)信息學(xué)院常州大學(xué)信息學(xué)院Changzhou University過程檢測技術(shù)及儀表過程檢測技術(shù)及儀表檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析作業(yè)1：一臺精度等級為0.5級，量程范圍為6001200 的電子電位差計(jì)，它的最大允許絕對誤差是多少？校驗(yàn)時，如其中的某一點(diǎn)最大絕對誤差是4 ，問此表是否合格?常州大學(xué)信息學(xué)院常州大學(xué)信息學(xué)院Changzhou University過程檢測技術(shù)及儀表過程檢測技術(shù)及儀表檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析一、一、 檢測系統(tǒng)靜態(tài)特性檢測系統(tǒng)靜態(tài)特性檢測系統(tǒng)（傳感器）的靜態(tài)特性是指檢測系統(tǒng)（傳感器）的輸入信號不隨時間變化或變化非常緩慢

8、時，所表現(xiàn)出來的輸出響應(yīng)特性，稱靜態(tài)響應(yīng)特性。非非線線性性度度靜特性指標(biāo)靜特性指標(biāo)靈靈敏敏度度遲遲滯滯零零點(diǎn)點(diǎn)漂漂移移重重復(fù)復(fù)性性溫溫度度漂漂移移常州大學(xué)信息學(xué)院常州大學(xué)信息學(xué)院Changzhou University過程檢測技術(shù)及儀表過程檢測技術(shù)及儀表檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析 非線性度非線性度非線性度：非線性度：指檢測系統(tǒng)（傳感器）實(shí)際輸入輸出關(guān)系對于理想的線性關(guān)系的偏離程度。 常州大學(xué)信息學(xué)院常州大學(xué)信息學(xué)院Changzhou University過程檢測技術(shù)及儀表過程檢測技術(shù)及儀表檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析 非線性度非線性度常州大學(xué)信息學(xué)院常州大學(xué)信

9、息學(xué)院Changzhou University過程檢測技術(shù)及儀表過程檢測技術(shù)及儀表檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析端點(diǎn)連線擬合端點(diǎn)連線擬合常州大學(xué)信息學(xué)院常州大學(xué)信息學(xué)院Changzhou University過程檢測技術(shù)及儀表過程檢測技術(shù)及儀表檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析最小二乘擬合最小二乘擬合常州大學(xué)信息學(xué)院常州大學(xué)信息學(xué)院Changzhou University過程檢測技術(shù)及儀表過程檢測技術(shù)及儀表檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析 靈敏度靈敏度常州大學(xué)信息學(xué)院常州大學(xué)信息學(xué)院Changzhou University過程檢測技術(shù)及儀表過程檢測技術(shù)及儀表

10、檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析 靈敏度靈敏度常州大學(xué)信息學(xué)院常州大學(xué)信息學(xué)院Changzhou University過程檢測技術(shù)及儀表過程檢測技術(shù)及儀表檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析（1）如果系統(tǒng)的輸出和輸入之間有線性關(guān)系，則靈敏度是一個常數(shù)。否則，它將隨輸入量的大小而變化。（2）一般希望靈敏度s在整個測量范圍內(nèi)保持為常數(shù)。這樣，可得均勻刻度的標(biāo)尺，使讀數(shù)方便，便于分析和處理測量結(jié)果。（3） 輸入和輸出的變化量一般都有不同的量綱，靈敏度s也有量綱。如輸入量為溫度()，輸出量為標(biāo)尺上的位移(格)，則s的量綱為格/C。如果輸入量和輸出量是同類量，則此時s可理解為放大倍數(shù)

11、。（4）多個儀表組成的測量或控制系統(tǒng)中，靈敏度具有可傳遞性。如串聯(lián)的儀表系統(tǒng)，其總靈敏度是各儀表靈敏度的乘積。 （5）提高靈敏度，可得到較高測量精度，但應(yīng)當(dāng)注意，靈敏度越高，測量范圍往往越窄，穩(wěn)定性往往越差。注意：注意：常州大學(xué)信息學(xué)院常州大學(xué)信息學(xué)院Changzhou University過程檢測技術(shù)及儀表過程檢測技術(shù)及儀表檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析靈敏限靈敏限分辨力：檢測系統(tǒng)輸出能響應(yīng)和分辨的最小輸入量。即能使系統(tǒng)輸出發(fā)生變化所對應(yīng)的最小的輸入變化量。注意：注意：（1）一般來說，儀表靈敏限數(shù)值應(yīng)不大于儀表允許誤差絕對值的一半；（2）靈敏限是靈敏度的一種反映，一般來說儀表的

12、靈敏度高，則其靈敏限也高，因此實(shí)際上主要希望提高儀表的靈敏度，從而保證其靈敏限較好。 常州大學(xué)信息學(xué)院常州大學(xué)信息學(xué)院Changzhou University過程檢測技術(shù)及儀表過程檢測技術(shù)及儀表檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析25 . 40 . 55 . 35 . 2S例例4 4：某線性位移測量儀，當(dāng)被測位移由4.5mm變到5.0mm時，位移測量儀的輸出電壓由3.5V減至2.5V，求該儀器的靈敏度。解：該儀器的靈敏度為mV/mm常州大學(xué)信息學(xué)院常州大學(xué)信息學(xué)院Changzhou University過程檢測技術(shù)及儀表過程檢測技術(shù)及儀表檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析 例

13、例5 5：某測溫系統(tǒng)由以下四個環(huán)節(jié)組成，各自的靈敏度如下： 鉑電阻溫度傳感器： 0.45/ 電橋： 0.02V/ 放大器： 100(放大倍數(shù)) 筆式記錄儀： 0.2cm/V求：(1)測溫系統(tǒng)的總靈敏度； (2)記錄儀筆尖位移4cm時，所對應(yīng)的溫度變化值。 解（1）測溫系統(tǒng)的總靈敏度為18. 02 . 010002. 045. 0S22.2218. 04t cm/（2）記錄儀筆尖位移4cm時，所對應(yīng)的溫度變化值為常州大學(xué)信息學(xué)院常州大學(xué)信息學(xué)院Changzhou University過程檢測技術(shù)及儀表過程檢測技術(shù)及儀表檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析 例例6 6：用一臺三位數(shù)字電子溫

14、度計(jì)測量溫度，數(shù)字面板上顯示如下圖所示的數(shù)值，求該儀表的分辨力、被測溫度值。解：分辨率為0.1 被測溫度值為180.6常州大學(xué)信息學(xué)院常州大學(xué)信息學(xué)院Changzhou University過程檢測技術(shù)及儀表過程檢測技術(shù)及儀表檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析例例7：力檢測系統(tǒng)輸入輸出數(shù)據(jù)如下表所示，求該檢測系統(tǒng)的分辨率、靈敏度和線性度解：分辨率為1mN端基直線法求線性度：Y=9.8x; =0 0 0 0 0 0 0 1 2 2 0 (max（）/YF.S)100%= (-2/4900)100%=0.04%最小二乘法求線性度？常州大學(xué)信息學(xué)院常州大學(xué)信息學(xué)院Changzhou Uni

15、versity過程檢測技術(shù)及儀表過程檢測技術(shù)及儀表檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析 遲滯（滯后、回程誤差）遲滯（滯后、回程誤差） 檢測系統(tǒng)（檢測系統(tǒng)（傳感器）在輸入量由小到大(正行程)及輸入量由大到小(反行程)變化期間其輸入輸出特性曲線不重合的現(xiàn)象稱為遲滯。遲滯。 產(chǎn)生遲滯現(xiàn)象的主要原因原因是由于檢測系統(tǒng)中的敏感元件材料的物理性質(zhì)和機(jī)械零部件的缺陷所造成的，例如彈性敏感元件彈性滯后、運(yùn)動部件摩擦、傳動機(jī)構(gòu)的間隙、緊固件松動等。常州大學(xué)信息學(xué)院常州大學(xué)信息學(xué)院Changzhou University過程檢測技術(shù)及儀表過程檢測技術(shù)及儀表檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析 遲滯

16、（滯后、回程誤差）遲滯（滯后、回程誤差）maxHFS100%HY滯環(huán)滯環(huán)常州大學(xué)信息學(xué)院常州大學(xué)信息學(xué)院Changzhou University過程檢測技術(shù)及儀表過程檢測技術(shù)及儀表檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析 遲滯（滯后、回程誤差）遲滯（滯后、回程誤差）儀表輸入在小到一定范圍后不足以引起儀表輸入在小到一定范圍后不足以引起輸出的任何變化，這一范圍稱為死區(qū)。輸出的任何變化，這一范圍稱為死區(qū)。Yx不靈敏區(qū)域的寬度是靈敏限的兩倍不靈敏區(qū)域的寬度是靈敏限的兩倍常州大學(xué)信息學(xué)院常州大學(xué)信息學(xué)院Changzhou University過程檢測技術(shù)及儀表過程檢測技術(shù)及儀表檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析

17、檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析 重復(fù)性重復(fù)性傳感器在輸入按同一方向連續(xù)多次變動時所得特性曲線不一致的程度。常州大學(xué)信息學(xué)院常州大學(xué)信息學(xué)院Changzhou University過程檢測技術(shù)及儀表過程檢測技術(shù)及儀表檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析 重復(fù)性重復(fù)性傳感器在輸入按同一方向連續(xù)多次變動時所得特性曲線不一致的程度。常州大學(xué)信息學(xué)院常州大學(xué)信息學(xué)院Changzhou University過程檢測技術(shù)及儀表過程檢測技術(shù)及儀表檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析 重復(fù)性重復(fù)性常州大學(xué)信息學(xué)院常州大學(xué)信息學(xué)院Changzhou University過程檢測技術(shù)及儀表過程檢測技術(shù)及儀表

18、檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析 零點(diǎn)漂移（穩(wěn)定性）零點(diǎn)漂移（穩(wěn)定性）常州大學(xué)信息學(xué)院常州大學(xué)信息學(xué)院Changzhou University過程檢測技術(shù)及儀表過程檢測技術(shù)及儀表檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析 溫度漂移（溫度穩(wěn)定性）溫度漂移（溫度穩(wěn)定性）常州大學(xué)信息學(xué)院常州大學(xué)信息學(xué)院Changzhou University過程檢測技術(shù)及儀表過程檢測技術(shù)及儀表檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析二、二、 檢測系統(tǒng)動態(tài)特性檢測系統(tǒng)動態(tài)特性 檢測系統(tǒng)的動態(tài)特性是指其輸出對隨時間變化的輸入量的響應(yīng)特性。 當(dāng)被測量隨時間變化，是時間的函數(shù)時，則測試系統(tǒng)的輸出量也是時間

19、的函數(shù)，其間的關(guān)系要用動特性來表示。 一個動態(tài)特性好的測試系統(tǒng)，其輸出將再現(xiàn)輸入量的變化規(guī)律，即具有相同的時間函數(shù)。實(shí)際上除了具有理想的比例特性外，輸出信號將不會與輸入信號具有相同的時間函數(shù)，這種輸出與輸入間的差異就是所謂的動態(tài)誤差。常州大學(xué)信息學(xué)院常州大學(xué)信息學(xué)院Changzhou University過程檢測技術(shù)及儀表過程檢測技術(shù)及儀表檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析三、三、 檢測系統(tǒng)模型與結(jié)構(gòu)分析檢測系統(tǒng)模型與結(jié)構(gòu)分析檢測系統(tǒng)基本功能信號轉(zhuǎn)換與選擇；基準(zhǔn)保持與比較；顯示與操作。 檢測系統(tǒng)信號轉(zhuǎn)換的數(shù)學(xué)模型檢測系統(tǒng)信號轉(zhuǎn)換的數(shù)學(xué)模型 ), 2 , 1(),;,(),2 , 1(

20、),;,(21212121mjuuuxxxfyniuuuxxxgxrnjjrnii檢測系統(tǒng)狀態(tài)方程：常州大學(xué)信息學(xué)院常州大學(xué)信息學(xué)院Changzhou University過程檢測技術(shù)及儀表過程檢測技術(shù)及儀表檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析 檢測系統(tǒng)信號轉(zhuǎn)換的數(shù)學(xué)模型檢測系統(tǒng)信號轉(zhuǎn)換的數(shù)學(xué)模型11, yu),;,(212111rnuuuxxxfy 11yu 標(biāo)定改變輸入量u，記錄輸出量y的過程檢測在標(biāo)定的基礎(chǔ)上由y求u的解逆問題的過程。信號轉(zhuǎn)換基本條件：輸入與輸出間關(guān)系確定：設(shè) 分別是被檢測量（輸入信號）和測量值（輸出信號）常州大學(xué)信息學(xué)院常州大學(xué)信息學(xué)院Changzhou University過程檢測技術(shù)及儀表過程檢測技術(shù)及儀表檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析 信號選擇性信號選擇性如：利用金屬絲電阻值變化（與種類、形狀、溫度有關(guān)）的檢測：選擇必要的信號，消除（有時可主動消除）其他變量的影響，以提高檢測精度。常州大學(xué)信息學(xué)院常州大學(xué)信息學(xué)院Changzhou University過程檢測技術(shù)及儀表過程檢測技術(shù)及儀表檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析檢測系統(tǒng)特性與結(jié)構(gòu)分析檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析補(bǔ)償結(jié)構(gòu)補(bǔ)償結(jié)構(gòu)差分結(jié)構(gòu)差分結(jié)構(gòu)常州大學(xué)信息學(xué)院常州大學(xué)信息學(xué)院Changzhou University過程檢測技術(shù)及儀表過程檢測技術(shù)及儀表檢測系統(tǒng)特性