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第一章检测仪表基本知识

归档日期:06-29       文本归类:检测仪表      文章编辑:爱尚语录

  第一章检测仪表基本知识_其它_职业教育_教育专区。第一章检测仪表基本知识

  内容提要 ? 测量过程与测量误差 ? 测量仪表的品质指标 ? 测量系统中的常见信号类型 ? 检测系统中信号的传递形式 ? 检测仪表与测量方法的分类 ? 化工检测的发展趋势 1 测量过程与测量误差 测量是用实验的方法,求出某个量的大小。 举例 测一段导线的长度 Q ? qV 直接测量 间接测量 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。 2 测量过程与测量误差 测量误差:由仪表读得的被测值 (测量值)与被测参数 的真实值之间的差距。 测量误差按其产生原因的不同,可以分为三类: 系统误差 疏忽误差 偶然误差 3 测量过程与测量误差 绝对误差 ? ? xI ? xt xI:仪表指示值, xt:被测量的真值 由于真值无法得到 ? ? x ? x0 x:被校表的读数值,x0 :标准表的读数值 相对误差 xI ? xt ? x ? x0 ?? ? 或 x0 x0 xt 4 检测仪表的品质指标 1.测量仪表的准确度(精确度) 两大影响因素 绝对误差和仪表的标尺范围 说明:仪表的测量误差可以用绝对误差 Δ 来表示。但是, 仪表的绝对误差在测量范围内的各点不相同。因此,常说 的“绝对误差”指的是绝对误差中的最大值Δ max。 5 检测仪表的品质指标 相对百分误差δ ? max ?? ?100% 标尺上限值? 标尺下限值 允许误差 仪表允许的最大绝对误 差值 ?允 ? ? ?100% 标尺上限值? 标尺下限值 6 检测仪表的品质指标 小结 仪表的δ 允越大,表示它的精确度越低;反之,仪表的 δ 允越小,表示仪表的精确度越高。将仪表的允许相对百分 误差去掉“±”号及“%”号,便可以用来确定仪表的精 确度等级。目前常用的精确度等级有0.005,0.02,0.05, 0.1,0.2,0.4,0.5,1.0,1.5,2.5,4.0等。 7 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 200~700 ℃ ,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 该仪表的相对百分误差为 ?4 ?? ?100 % ? ?0.8% 700 ? 200 如果将该仪表的 δ 去掉“±”号与“%”号,其数值为0.8。由 于国家规定的精度等级中没有0.8级仪表,同时,该仪表的误差超 过了0.5级仪表所允许的最大误差,所以,这台测温仪表的精度等 级为1.0级。 8 检测仪表的品质指标 仪表的准确度等级是衡量仪表质量优劣的重要指标之一。 准确度等级数值越小,就表征该仪表的准确度等级越高, 仪表的准确度越高。工业现场用的测量仪表,其准确度大多 在0.5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。 举例 如: 1.5 1.0 9 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。 10 检测仪表的品质指标 2.检测仪表的恒定度 变差 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。 最大绝对差值 变差 ? ?100% 标尺上限值? 标尺下限值 仪表的变差不能超出仪表的允 许误差,否则应及时检修。 图1-1 测量仪表的变差 11 检测仪表的品质指标 3.灵敏度与灵敏限 仪表的灵敏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 S ? ?? ?x 式中,S为仪表的灵敏度;Δα为指针的线位移或角位移; Δx为引起Δα所需的被测参数变化量。 仪表的灵敏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。 注意: 上述指标仅适用于指针式仪表。在数字式仪表中, 往往用分辨率表示。 12 检测仪表的品质指标 4.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。 13 检测仪表的品质指标 5.线性度 线性度是表征线性刻度仪表的输出 量与输入量的实际校准曲线与理论直 线的吻合程度。通常总是希望测量仪 表的输出与输入之间呈线性关系。 ?f max ?f ? ?100% 仪表量程 图1-2 线性度示意图 式中,δf为线性度(又称非线性误差);Δfmax为校准曲线 对于理论直线的最大偏差(以仪表示值的单位计算)。 14 检测仪表的品质指标 6.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,重复性就好,重复性误差就小。 ?Z max ?Z ? ?100% 仪表量程 图1-3 重复性示意图 15 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 种便于传输和显示的信号类型 1.位移信号 2.压力信号 3.电气信号 4.光信号 16 检测系统中信号的传递形式 1. 模拟信号 在时间上是连续变化的, 即在任何瞬时都可以确定其 数值的信号。 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。 3. 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。 17 检测仪表与测量方法的分类 1.检测仪表的分类 ①依据所测参数的不同,可分成压力 (包括差压、负压)检 测仪表、流量检测仪表、物位 (液位)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。 ②按表达示数的方式不同,可分成指示型、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,可分为实用仪表、范型 仪表和标准仪表,分别使用在现场、实验室和标定室。 18 检测仪表与测量方法的分类 2.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 19 检测仪表与测量方法的分类 (1)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,直接测量又有偏 差法与平衡法(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 20 检测仪表与测量方法的分类 (2)间接测量 当被测量不宜直接测量时,可以通过测量与被测量 有关的几个相关量后,再经过计算来确定被测量的大 小。 21 化工检测的发展趋势 1.检测技术的现代化 2.检测仪表的集成化、数字化、智能化 3.软测量技术和虚拟仪器 22 例题分析 1. 某台具有线性关系的温度变送器,其测温范围为 0~200℃, 变送器的输出为 4~20mA。对这台温度变送器进行校验,得 到下列数据: 输入信号 标准温度/℃ 0 50 100 150 200 输出信号 正行程读数x正 4 8 12.01 16.01 20 /mA 正行程读数x反 4.02 8.10 12.10 16.09 20.01 试根据以上校验数据确定该仪表的变差、准确度等级与线 解:该题的解题步骤如下。 (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x标。任一温度值的标准输出信号(mA)为 I? 温度值(输出上限值? 输出下限值) ?4 输入上限值? 输入下限值 例如,当温度为50℃时,对应的输出应为 I? 50(20 ? 4) ? 4 ? 8(mA ) 200 ? 0 其余类推。 24 (2)算出各测试点正、反行程时的绝对误差Δ 正与Δ 反 ,并算出 正、反行程之差Δ 变 ,分别填入下表内(计算Δ 变时可不考虑符 号,取正值)。 输入信号/℃ 0 50 8 8.10 8 0 0.10 100 150 200 20 20.01 20 0 0.01 输出信号 正行程读数x正 4 /mA 反行程读数x反 4.02 标准值 4 绝对误差 正行程Δ正 /mA 反行程Δ反 0 0.02 12.01 16.01 12.10 16.09 12 16 0.01 0.10 0.01 0.09 正反行程之差Δ变 0.02 0.10 0.09 0.08 0.01 25 (3)由上表找出最大的绝对误差Δ max ,并计算最大 的相对百分误差δ max。由上表可知 ?max ? 0.10(mA) ? max 0.10 ? ?100 % ? 0.625 % 20 ? 4 去掉δ max的“±”号及“%”号后,其数值为0.625 ,数值在 0.5~1.0之间,由于该表的δ max已超过0.5级表所允许的δ 允,故 该表的准确度等级为1.0级。 26 (4)计算变差 ? 变 max ?变 ? ?100% ? 0.625% 20 ? 4 由于该变差数值在1.0级表允许的误差范围内,故 不影响表的准确度等级。注意若变差数值Δ 变max超 过了绝对误差Δ max ,则应以Δ 变max来确定仪表的准 确度等级。 27 (5)由计算结果可知,非线性误差的最大值Δ fmax = 0.10 ,故 线性度δ f为 ?f max 0.10 ?f ? ?100% ? ?100% ? 0.625% 仪表量程 20 ? 4 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。 28 2. 某台测温仪表的测温范围为200~1000℃,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:工艺上允许的相对百分误差为 ?5 ?允 ? ?100 % ? 0.625 % 1000 ? 200 要求所选的仪表的相对百分误差不能大于工艺上的δ 允,才 能保证测温误差不大于±5℃,所以所选仪表的准确度等级应 为0.5级。当然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,不宜选过高准确度的仪表。 29

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