第三章 參數(shù)檢測(cè)方法及儀表

第三章檢測(cè)儀表與傳感器壓力檢測(cè)方法及儀表本章內(nèi)容概述物位檢測(cè)方法及儀表流量檢測(cè)方法及儀表溫度檢測(cè)方法及儀表概述概述檢測(cè)儀表組成：概述檢測(cè)環(huán)節(jié):是檢出元件或傳感器，直接感受被測(cè)變量，并將它變換成適于測(cè)量的信號(hào)形式。轉(zhuǎn)換放大環(huán)節(jié):對(duì)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、放大等處理，并傳送給顯示部分進(jìn)行指示或記錄。顯示部分:就地指示型儀表、單元組合型儀表、數(shù)字式顯示儀表

被測(cè)變量傳感器參數(shù)檢測(cè)的基本過(guò)程被測(cè)對(duì)象變送器顯示、控制儀表(裝置)檢測(cè)過(guò)程及誤差檢測(cè)過(guò)程檢測(cè)誤差誤差-------測(cè)量值和真實(shí)值之間的差值誤差產(chǎn)生的原因：選用的儀表精確度有限，實(shí)驗(yàn)手段不夠完善、環(huán)境中存在各種干擾因素，以及檢測(cè)技術(shù)水平的限制等原因.概述系統(tǒng)誤差

-----------在同一測(cè)量條件下，對(duì)同一被測(cè)參數(shù)進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量時(shí)，誤差的大小和符號(hào)保持不變或按一定規(guī)律變化特點(diǎn)：有一定規(guī)律的，一般可通過(guò)實(shí)驗(yàn)或分析的方法找出其規(guī)律和影響因素，引入相應(yīng)的校正補(bǔ)償措施，便可以消除或大大減小。誤差產(chǎn)生的原因：系統(tǒng)誤差主要是由于檢測(cè)儀表本身的不完善、檢測(cè)中使用儀表的方法不正確以及測(cè)量者固有的不良習(xí)慣等引起的。概述疏忽誤差

明顯地歪曲測(cè)量結(jié)果的誤差，又稱粗差，特點(diǎn)：無(wú)任何規(guī)律可循。誤差產(chǎn)生的原因：引起的原因主要是由于操作者的粗心（如讀錯(cuò)、算錯(cuò)數(shù)據(jù)等）、不正確操作、實(shí)驗(yàn)條件的突變或?qū)嶒?yàn)狀況尚未達(dá)到預(yù)想的要求而匆忙測(cè)試等原因所造成的。這時(shí)含有粗差的測(cè)量值稱為異常值或壞值，一般均應(yīng)從測(cè)量結(jié)果中剔除。概述隨機(jī)誤差--------在相同條件下多次重復(fù)測(cè)量同一量時(shí)，誤差的大小、符號(hào)均為無(wú)規(guī)律變化，又稱偶然誤差。

特點(diǎn)：變化難以預(yù)測(cè)，無(wú)法修正

誤差產(chǎn)生的原因：隨機(jī)誤差主要是由于測(cè)量過(guò)程中某種尚未認(rèn)識(shí)的或無(wú)法控制的各種隨機(jī)因素（如空氣擾動(dòng)、噪聲擾動(dòng)、電磁場(chǎng)等）所引起的綜合結(jié)果。概述檢測(cè)儀表的基本技術(shù)性能指標(biāo)絕對(duì)誤差絕對(duì)誤差指儀表指示值與被測(cè)參數(shù)真值之間的差值，即χ——儀表指示值χt——被測(cè)量的真值χ0——約定真值

A

B0-100℃0-1000℃1℃概述思考儀表的性能指標(biāo)51.精確度（精度）說(shuō)明：儀表的測(cè)量誤差可以用絕對(duì)誤差Δ來(lái)表示。但是，儀表的絕對(duì)誤差在測(cè)量范圍內(nèi)的各點(diǎn)不相同。因此，常說(shuō)的“絕對(duì)誤差”指的是絕對(duì)誤差中的最大值Δmax。

兩大影響因素絕對(duì)誤差和儀表的標(biāo)尺范圍相對(duì)百分誤差δ允許誤差6

儀表的δ允越大，表示它的精確度越低；反之，儀表的δ允越小，表示儀表的精確度越高。將儀表的允許相對(duì)百分誤差去掉“±”號(hào)及“％”號(hào)，便可以用來(lái)確定儀表的精確度等級(jí)。目前常用的精確度等級(jí)有0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等。小結(jié)1.51.5精度等級(jí)符號(hào)例1

有兩臺(tái)測(cè)溫儀表，它們的測(cè)溫范圍分別為0~100℃和100~300℃，校驗(yàn)表時(shí)得到它們的最大絕對(duì)誤差均為2℃，試確定這兩臺(tái)儀表的精度等級(jí)。概述解這兩臺(tái)儀表的相對(duì)百分誤差分別為一臺(tái)儀表的精度等級(jí)為2.5級(jí)，而另一臺(tái)儀表的精度等級(jí)為1級(jí)。例2某臺(tái)測(cè)溫儀表的工作范圍為0~500℃，工藝要求測(cè)溫時(shí)測(cè)量誤差不超過(guò)±4℃，試問(wèn)如何選擇儀表的精度等級(jí)才能滿足要求？解

根據(jù)工藝要求，儀表的允許誤差為

概述應(yīng)選擇0.5級(jí)的儀表才能滿足要求小結(jié)：

在確定一個(gè)儀表的精度等級(jí)時(shí)，要求儀表的允許誤差應(yīng)該大于或等于儀表校驗(yàn)時(shí)所得到的相對(duì)百分誤差；而根據(jù)工藝要求來(lái)選擇儀表的精度等級(jí)時(shí)，儀表的允許誤差應(yīng)該小于或等于工藝上所允許的相對(duì)百分誤差。概述儀表的準(zhǔn)確度等級(jí)是衡量?jī)x表質(zhì)量?jī)?yōu)劣的重要指標(biāo)之一。

準(zhǔn)確度等級(jí)數(shù)值越小，就表征該儀表的準(zhǔn)確度等級(jí)越高，儀表的準(zhǔn)確度越高。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)用的測(cè)量?jī)x表，其準(zhǔn)確度大多在0.5級(jí)以下。2.變差

變差是指在外界條件不變的情況下，用同一儀表對(duì)被測(cè)量在儀表全部測(cè)量范圍內(nèi)進(jìn)行正反行程（即被測(cè)參數(shù)逐漸由小到大和逐漸由大到?。y(cè)量時(shí)，被測(cè)量值正行和反行所得到的兩條特性曲線之間的差值。圖3-1測(cè)量?jī)x表的變差11儀表的變差不能超出儀表的允許誤差，否則應(yīng)及時(shí)檢修。123.靈敏度與靈敏限

儀表的靈敏度是指儀表指針的線位移或角位移，與引起這個(gè)位移的被測(cè)參數(shù)變化量的比值。即

式中，S為儀表的靈敏度；Δα為指針的線位移或角位移；Δx為引起Δα所需的被測(cè)參數(shù)變化量。

儀表的靈敏限是指能引起儀表指針發(fā)生動(dòng)作的被測(cè)參數(shù)的最小變化量。通常儀表靈敏限的數(shù)值應(yīng)不大于儀表允許絕對(duì)誤差的一半。注意：上述指標(biāo)僅適用于指針式儀表。在數(shù)字式儀表中，往往用分辨率表示。

是指數(shù)字儀表在最低量程上最末位數(shù)字改變一個(gè)字時(shí)所對(duì)應(yīng)的物理量數(shù)值，它反映了數(shù)字儀表能夠檢測(cè)到的被測(cè)參數(shù)中最小變化的能力4分辨力5.線性度

線性度是表征線性刻度儀表的輸出量與輸入量的實(shí)際校準(zhǔn)曲線與理論直線的吻合程度。通?？偸窍Ｍ麥y(cè)量?jī)x表的輸出與輸入之間呈線性關(guān)系。圖1-2線性度示意圖

式中，δf為線性度（又稱非線性誤差）；Δfmax為校準(zhǔn)曲線對(duì)于理論直線的最大偏差（以儀表示值的單位計(jì)算）。6.反應(yīng)時(shí)間

反應(yīng)時(shí)間就是用來(lái)衡量?jī)x表能不能盡快反映出參數(shù)變化的品質(zhì)指標(biāo)。反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，說(shuō)明儀表需要較長(zhǎng)時(shí)間才能給出準(zhǔn)確的指示值，那就不宜用來(lái)測(cè)量變化頻繁的參數(shù)。儀表反應(yīng)時(shí)間的長(zhǎng)短，實(shí)際上反映了儀表動(dòng)態(tài)特性的好壞。儀表的反應(yīng)時(shí)間有不同的表示方法

當(dāng)輸入信號(hào)突然變化一個(gè)數(shù)值后，輸出信號(hào)將由原始值逐漸變化到新的穩(wěn)態(tài)值。

儀表的輸出信號(hào)由開(kāi)始變化到新穩(wěn)態(tài)值的63.2％（95％）所用的時(shí)間，可用來(lái)表示反應(yīng)時(shí)間。概述檢測(cè)儀表的主要性能指標(biāo)穩(wěn)定性在規(guī)定的工作條件內(nèi)，儀表某些性能隨時(shí)間保持不變的能力。起因：化工企業(yè)使用儀表的環(huán)境相對(duì)比較惡劣。通常用儀表零位漂移來(lái)衡量?？煽啃院蛢x表維護(hù)工作量相聯(lián)系。通常用平均無(wú)故障時(shí)間來(lái)衡量。一般全智能變送器的平均無(wú)故障時(shí)間是非智能變送器的10倍以上。概述三、工業(yè)儀表的分類1.按儀表使用的能源分類（1）氣動(dòng)儀表

以0.14MPa的壓縮空氣為能源，輸出信號(hào)范圍0.02-0.IMPa。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、抗干擾能力強(qiáng)、安全防爆、維修方便等優(yōu)點(diǎn)（2）電動(dòng)儀表-優(yōu)點(diǎn)：適宜遠(yuǎn)距離傳送和集中控制；便于計(jì)算機(jī)聯(lián)用

-缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜；易受溫度、濕度、電磁場(chǎng)、放射性等環(huán)境影響（3）液動(dòng)儀表概述（1）檢測(cè)儀表-獲取信息，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換；（2）顯示儀表-由檢測(cè)儀表獲得的信息顯示出來(lái)；（3）集中控制裝置-包括巡回檢測(cè)儀、巡回控制儀、程序控制儀、數(shù)據(jù)處理機(jī)、電子計(jì)算機(jī)等（4）控制儀表-根據(jù)需要對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算，例如：放大，積分，微分等；（5）執(zhí)行器-接受控制儀表的輸出信號(hào)或直接來(lái)直操作人員的指令，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行操作或控制2.按信息的獲得、傳遞、反映和處理過(guò)程分類概述（1）基地式儀表基地式儀表是指把檢測(cè)、顯示和調(diào)節(jié)（變送）等環(huán)節(jié)集于一身的，通常可就地安裝的儀表。它的特點(diǎn)是：①綜合與集中，它把必要的功能部件全部集中在一個(gè)儀表內(nèi)，只需配上調(diào)節(jié)閥便可構(gòu)成一個(gè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。②系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用維護(hù)方便。③缺點(diǎn)是功能簡(jiǎn)單，不便于組成復(fù)雜的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，較笨重，精度稍低。

（2）單元組合儀表對(duì)參數(shù)的測(cè)量及其變送、顯示、控制等各部分，分別制成能獨(dú)立工作的單元儀表（簡(jiǎn)稱：?jiǎn)卧?，例如變送單元、顯示單元、控制單元）特點(diǎn)：?jiǎn)卧g可以用標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行聯(lián)系，將各單元任意組合成各種控制系統(tǒng)

DDZ-電動(dòng)單元組合儀表

QDZ-氣動(dòng)單元組合儀表3.按儀表的組成形式分類例題分析1.某臺(tái)具有線性關(guān)系的溫度變送器,其測(cè)溫范圍為0～200℃,變送器的輸出為4～20mA。對(duì)這臺(tái)溫度變送器進(jìn)行校驗(yàn),得到下列數(shù)據(jù):輸入信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)溫度/℃050100150200輸出信號(hào)/mA正行程讀數(shù)x正正行程讀數(shù)x反44.0288.1012.0112.1016.0116.092020.01試根據(jù)以上校驗(yàn)數(shù)據(jù)確定該儀表的變差、精確度等級(jí)與線性度。23解:該題的解題步驟如下。

(1)根據(jù)儀表的輸出范圍確定在各溫度測(cè)試點(diǎn)的輸出標(biāo)準(zhǔn)值x標(biāo)。任一溫度值的標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào)(mA)為

例如,當(dāng)溫度為50℃時(shí),對(duì)應(yīng)的輸出應(yīng)為

其余類推。(2)算出各測(cè)試點(diǎn)正、反行程時(shí)的絕對(duì)誤差Δ正與Δ反

,并算出正、反行程之差Δ變

,分別填入下表內(nèi)(計(jì)算Δ變時(shí)可不考慮符號(hào),取正值)。輸入信號(hào)/℃050100150200輸出信號(hào)/mA正行程讀數(shù)x正反行程讀數(shù)x反標(biāo)準(zhǔn)值44.02488.10812.0112.101216.0116.09162020.0120絕對(duì)誤差/mA正行程Δ正反行程Δ反

00.0200.100.010.100.010.0900.01正反行程之差Δ變

0.020.100.090.080.01(3)由上表找出最大的絕對(duì)誤差Δmax,并計(jì)算最大的相對(duì)百分誤差δmax。由上表可知

去掉δmax的“±”號(hào)及“%”號(hào)后,其數(shù)值為0.625,數(shù)值在0.5～1.0之間,由于該表的δmax已超過(guò)0.5級(jí)表所允許的δ允,故該表的準(zhǔn)確度等級(jí)為