测量仪表基本知识.pptx

一、一、一、一、测量过程与测量误差测量过程与测量误差测量过程与测量误差测量过程与测量误差 1 1 1 1、测量过程、测量过程、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。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 传传传传感感感感器器器器又又又又称称称称为为为为检检检检测测测测元元元元件件件件或或或或敏敏敏敏感感感感元元元元件件件件，它它它它直直直直接接接接响响响响应应应应被被被被测测测测变变变变量量量量，经经经经能能能能量量量量转转转转换换换换并并并并转转转转化化化化成成成成一一一一个个个个与与与与被被被被测测测测变变变变量量量量成成成成对对对对应应应应关关关关系系系系的的的的便便便便于于于于传传传传送送送送的的的的输输输输出出出出信信信信号号号号，如如如如mVmV、V V、mAmA、HzHz、位移、力等等。、位移、力等等。、位移、力等等。、位移、力等等。由由由由于于于于传传传传感感感感器器器器的的的的输输输输出出出出信信信信号号号号种种种种类类类类很很很很多多多多，而而而而且且且且信信信信号号号号往往往往往往往往很很很很微微微微弱弱弱弱，一一一一般般般般都都都都需需需需要要要要经经经经过过过过变变变变送送送送环环环环节节节节的的的的进进进进一一一一步步步步处处处处理理理理，把把把把传传传传感感感感器器器器的的的的输输输输出出出出转转转转换换换换成成成成如如如如0 010mA10mA、4 420mA20mA等等等等标标标标准准准准统统统统一一一一的的的的模模模模拟拟拟拟量量量量信信信信号号号号或或或或者者者者满满满满足足足足特特特特定定定定标标标标准准准准的的的的数数数数字字字字量量量量信信信信号号号号，这这这这种种种种检检检检测仪表称为测仪表称为测仪表称为测仪表称为变送器变送器变送器变送器。有有有有些些些些时时时时候候候候，传传传传感感感感器器器器可可可可以以以以不不不不经经经经过过过过变变变变送送送送环环环环节节节节，直直直直接接接接通通通通过过过过显显显显示示示示装装装装置置置置把把把把被被被被测测测测量量量量显示出来。显示出来。显示出来。显示出来。绪论绪论绪论绪论 测量仪表基本知识测量仪表基本知识测量仪表基本知识测量仪表基本知识2 2 2 2、测量误差、测量误差、测量误差、测量误差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仪表测得的仪表测得的测量值测量值测量值测量值 与与与与被测真值被测真值被测真值被测真值 之差之差之差之差 由由由由于于于于真真真真值值值值在在在在理理理理论论论论上上上上是是是是无无无无法法法法真真真真正正正正被被被被获获获获取取取取的的的的，因因因因此此此此，测测测测量量量量误误误误差差差差就就就就是是是是指指指指检检检检测测测测仪仪仪仪表表表表（精精精精度度度度较较较较低低低低）和和和和标标标标准准准准表表表表（精精精精度度度度较较较较高高高高）在在在在同同同同一一一一时时时时刻刻刻刻对对对对同同同同一一一一被被被被测测测测变变变变量量量量进进进进行行行行测量所得到的测量所得到的测量所得到的测量所得到的2 2 2 2个读数之差。个读数之差。个读数之差。个读数之差。即：即：即：即：x x0 0标准表读数标准表读数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：测量误差的几种表示形式：测量误差的几种表示形式：绝对误差绝对误差绝对误差绝对误差实际相对误差实际相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标称相对误差标称相对误差相对百分误差相对百分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二、测量仪表的品质指标二、测量仪表的品质指标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）一一一一台台台台测测测测量量量量范范范范围围围围0 01000kPa1000kPa的的的的压压压压力力力力测测测测量量量量仪仪仪仪表表表表，其其其其最最最最大大大大绝绝绝绝对对对对误误误误差差差差10kPa(10kPa(在在在在整整整整个个个个量量量量程程程程范范范范围围围围内内内内)，另另另另一一一一台台台台测测测测量量量量范范范范围围围围0 0400kPa400kPa的的的的压压压压力力力力测测测测量量量量仪仪仪仪表表表表，其其其其最最最最大大大大绝绝绝绝对对对对误误误误差差差差5kPa5kPa，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？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。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。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。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:仪表的仪表的仪表的仪表的精度等级精度等级精度等级精度等级（精确度等级精确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）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。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的精确度等级仪表的精确度等级仪表的精度等级（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。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。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。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。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：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：0.0050.0050.0050.005，0.020.020.020.02，0.050.050.050.05，0.10.10.10.1，0.20.20.20.2，0.40.40.40.4，0.50.50.50.5，1.01.01.01.0，1.51.51.51.5，2.52.52.52.5，4.04.04.04.0等。等。等。等。所谓的所谓的所谓的所谓的0.50.50.50.5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0.50.50.50.5，以此类推。，以此类推。，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：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精度等级数值小于等于精度等级数值小于等于0.050.050.050.05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数值一般大于等于数值一般大于等于数值一般大于等于0.50.50.50.5。仪表的精确度等级仪表的精确度等级仪表的精确度等级仪表的精确度等级例例例例1 1：某压力变送器测量范围为：某压力变送器测量范围为：某压力变送器测量范围为：某压力变送器测量范围为0 0400kPa400kPa，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，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差为差为5kPa5kPa，请确定该仪表的精度等级。，请确定该仪表的精度等级。，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去掉去掉 和和和和%为为为为1.251.25，因此该变送器精度等级为，因此该变送器精度等级为，因此该变送器精度等级为，因此该变送器精度等级为1.51.5级级级级 例例例例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040m040m3 3/h/h的流量计，要求测量误差不超过的流量计，要求测量误差不超过的流量计，要求测量误差不超过的流量计，要求测量误差不超过 0.5 m0.5 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。，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因此该流量计必须选择因此该流量计必须选择1.01.0级的流量计级的流量计级的流量计级的流量计 结论：结论：结论：结论：工艺要求的允许误差工艺要求的允许误差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 2 2、非线性误差、非线性误差、非线性误差、非线性误差在在在在通通通通常常常常情情情情况况况况下下下下，总总总总是是是是希希希希望望望望测测测测量量量量仪仪仪仪表表表表的的的的输输输输出出出出量量量量和和和和输输输输入入入入量量量量之之之之间间间间呈呈呈呈线线线线性性性性对对对对应应应应关关关关系系系系。测测测测量量量量仪仪仪仪表表表表的的的的非非非非线线线线性性性性误误误误差差差差就就就就是是是是用用用用来来来来表表表表征征征征仪仪仪仪表表表表的的的的输输输输出出出出量量量量和和和和输输输输入入入入量量量量的的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。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。通通通通常常常常非非非非线线线线性性性性误误误误差差差差用用用用实实实实际际际际测测测测得得得得的的的的输输输输入入入入输输输输出出出出特特特特性性性性曲曲曲曲线线线线（也也也也称称称称为为为为校校校校准准准准曲曲曲曲线线线线）与与与与理理理理论论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：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 3 3、变、变、变、变 差差差差在在在在外外外外界界界界条条条条件件件件不不不不变变变变的的的的情情情情况况况况下下下下，使使使使用用用用同同同同一一一一仪仪仪仪表表表表对对对对被被被被测测测测变变变变量量量量在在在在全全全全量量量量程程程程范范范范围围围围内内内内进进进进行行行行正正正正反反反反行行行行程程程程（即即即即逐逐逐逐渐渐渐渐由由由由小小小小到到到到大大大大和和和和逐逐逐逐渐渐渐渐由由由由大大大大到到到到小小小小）测测测测量量量量时时时时，对对对对应应应应于于于于同同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。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。变变变变差差差差的的的的大大大大小小小小，根根根根据据据据在在在在同同同同一一一一被被被被测测测测值值值值下下下下正正正正反反反反特特特特性性性性间间间间仪仪仪仪表表表表输输输输出出出出的的的的最最最最大大大大绝绝绝绝对对对对误误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 4 4、灵敏度和分辨力、灵敏度和分辨力、灵敏度和分辨力、灵敏度和分辨力灵灵灵灵敏敏敏敏度度度度是是是是表表表表征征征征检检检检测测测测仪仪仪仪表表表表对对对对被被被被测测测测量量量量变变变变化化化化的的的的灵灵灵灵敏敏敏敏程程程程度度度度，它它它它是是是是指指指指仪仪仪仪表表表表输输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 灵敏度灵敏度灵敏度灵敏度y/xy/x 分分分分辨辨辨辨力力力力又又又又称称称称为为为为灵灵灵灵敏敏敏敏限限限限，是是是是仪仪仪仪表表表表输输输输出出出出能能能能响响响响应应应应和和和和分分分分辨辨辨辨的的的的最最最最小小小小输输输输入入入入变变变变化化化化量量量量，它它它它也也也也是是是是灵灵灵灵敏敏敏敏度度度度的的的的一一一一种种种种反反反反映映映映。对对对对数数数数字字字字式式式式仪仪仪仪表表表表来来来来说说说说，分分分分辨辨辨辨力力力力就就就就是是是是数数数数字字字字显显显显示示示示仪仪仪仪表表表表变变变变化化化化一一一一个个个个LSBLSBLSBLSB（二二二二进进进进制最低有效位）时输入的最小变化量。制最低有效位）时输入的最小变化量。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 5 5、动态误差、动态误差、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。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。动动动动态态态态误误误误差差差差是是是是指指指指检检检检测测测测系系系系统统统统受受受受外外外外扰扰扰扰动动动动作作作作用用用用后后后后，被被被被测测测测变变变变量量量量处处处处于于于于变变变变动动动动状状状状态态态态下下下下仪仪仪仪表表表表示示示示值值值值与参数实际值之间的差异。与参数实际值之间的差异。与参数实际值之间的差异。与参数实际值之间的差异。引引引引起起起起该该该该误误误误差差差差的的的的原原原原因因因因是是是是由由由由于于于于检检检检测测测测元元元元件件件件和和和和检检检检测测测测系系系系统统统统中中中中各各各各种种种种运运运运动动动动惯惯惯惯性性性性以以以以及及及及能能能能量量量量形形形形式式式式转换需要时间所造成的。转换需要时间所造成的。转换需要时间所造成的。转换需要时间所造成的。衡衡衡衡量量量量各各各各种种种种运运运运动动动动惯惯惯惯性性性性的的的的大大大大小小小小，以以以以及及及及能能能能量量量量传传传传递递递递的的的的快快快快慢慢慢慢常常常常采采采采用用用用时时时时间间间间常常常常数数数数T T T T和和和和传传传传递递递递滞滞滞滞后后后后时时时时间间间间（纯纯纯纯滞滞滞滞后后后后时时时时间间间间）两两两两个个个个参参参参数数数数表表表表示示示示（这这这这两两两两个个个个参参参参数数数数的的的的含含含含义义义义与与与与上上上上一一一一章章章章中中中中对对对对象象象象数数数数学模型中的时间常数学模型中的时间常数学模型中的时间常数学模型中的时间常数T T T T和纯滞后时间和纯滞后时间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）的数学含义是一致的）的数学含义是一致的）它它它它们们们们的的的的存存存存在在在在会会会会降降降降低低低低检检检检测测测测过过过过程程程程的的的的动动动动态态态态性性性性能能能能，其其其其中中中中纯纯纯纯滞滞滞滞后后后后时时时时间间间间的的的的不不不不利利利利影影影影响响响响会会会会远远远远远超过时间常数远超过时间常数远超过时间常数远超过时间常数T T T T的影响。的影响。的影响。的影响。三、测量系统中的常见信号类型三、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型：1、位移信号：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：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：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：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：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。例例如如：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：数数字字信信号号：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：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。例例如如：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、测量仪表的分类五、测量仪表的分类1、根根据据所所测测参参数数的的不不同同，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等。2、按按表表达达示示数数的的方方式式不不同同，分成指示型、记录型、讯号型、远传指示型、累积型等。3、按按精精度度等等级级及及使使用用场场合合的的不不同同，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、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：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：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。