测量仪表基本知识ppt课件

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1、油气储运自动化1 测量仪表基本知识,江苏工业学院油气储运系 周诗岽 13685208126,2,测量的定义,用实验的方法，把被测量与同性质的标准量进行比较，确定两者的比值，从而得到被测量的量值。 使测量结果有意义的要求： 用来进行比较的标准量应该是国际上或国家所公认的，且性能稳定。 进行比较所用的方法和仪表必须经过验证。,3,测量的基本方程式：,X = aU 式中， X 被测量； U 标准量（即选用的测量单位）； a 被测量与标准量的数字比值。,4,测量方法,测量方法就是实现被测量与标准量比较的方法。 测量方法的分类（按测量结果产生的方式分）： （1）直接测量法：使被测量直接与选用的标准量进行

2、比较，或者预先标定好了的测量仪表进行测量，从而直接求得被测量数值的测量方法。 （2）间接测量法：通过直接测量与被测量有某种确定函数关系的其它各个变量，然后将所测得的数值代入函数关系进行计算，从而求得被测量数值的方法。 （3）组合测量法：测量中使各个未知量以不同的组合形式出现（或改变测量条件以获得这种不同组合），根据直接测量或间接测量所获得的数据，通过解联立方程组以求得未知量的数值，这类测量称为组合测量。,5,测量方法的其它分类方式： 按不同的测量条件分：等精度测量与非等精度测量 按被测量在测量过程中的状态不同分：静态测量与动态测量,6,测量系统由四个基本环节组成：传感器、变换器或变送器、传输通

3、道和显示装置。,传感器,变换器,传输通道,显示装置,被测量,测量值,测量系统的组成,7,传感器（敏感元件） 它是测量系统直接与被测对象发生联系的部分。 理想敏感元件应满足的要求： 敏感元件输入与输出之间应该有稳定的单值函数关系。 敏感元件应该只对被测量的变化敏感，而对其它一切可能的输入信号不敏感。 在测量过程中，敏感元件应该不干扰或尽量少干扰被测介质的状态。,测量环节的功能（传感器）,8,测量环节的功能（变送器）,它是传感器和显示装置中间的部分，它是将传感器输出的信号变换成显示装置易于接收的部件。 对变换器的要求： 性能稳定 精确度高，使信息损失最小。,9,测量环节的功能（显示装置）,它是测量

4、系统直接与观测者发生联系的部分 显示装置的基本形式： 模拟式显示元件 数字式显示元件 屏幕式显示元件,10,测量环节的功能（传输通道）,它是仪表各环节间输入、输出信号的连接部分。 分为电线、光导纤维和管路等。,11,测量应用方面,（1）过程监测：对过程参数的监测。 （2）过程控制：为生产过程的自动控制提供依据。 （3）试验分析与系统辨识：解决科学上的和过程上的问题，一般需要综合运用理论和实验的方法。测量技术应用于实验分析，是测量技术的一个典型应用。,12,测量误差的概念,测量误差是指由于某些测量仪表本身的问题，或是由于测量原理方法的局限性、外界因素的干扰以及测量者个人因素等原因，使测量仪表的指

5、示值Xm与被测量的真实值Xl(称为真值)之间存在的偏差值。,13,测量误差的来源,1、仪器误差 它是由于设计、制造、装配、检定等的不完善以及仪器使用过程中元器件老化、机械部件磨损、疲劳等因素而使测量仪器设备带有的误差。 减少仪器误差的主要途径是根据具体测量任务，正确地选择测量方法和使用测量仪器。,14,2、人身误差 它指由于测量者感官的分辨能力、视觉疲劳、固有习惯等而对测量实验中的现象与结果判断不准确而造成的误差。 减少人身误差的途径,15,3、影响误差 它是指各种环境因素与要求条件不一致而造成的误差。 主要的影响因素是环境温度、电源电压和电磁干扰等。,16,4、方法误差 它是所使用的测量方法

6、不当，或对测量设备操作使用不当，或测量所依据的理论不严格，或对测量计算公式不适当简化等原因而造成的误差，也称理论误差。 原则上可通过理论分析和计算或改变测量方法来加以消除或修正。,17,例： 用指针式万用表的10V量程测量一只1.5V干电池的电压，示值如图所示，问：选择该量程合理吗？,18,用2.5V量程测量同一只1.5V干电池的电压，与上图比较，问示值相对误差哪一个大？,19,误差分类,误差产生原因及规律 系统误差： 随机误差： 粗大误差 误差的数值表示方法 绝对误差 相对误差 引用误差 按误差与仪表使用条件的关系 基本误差 附加误差。,20,系统误差,定义：指测量仪器或方法引起得有规律的误

7、差，体现为与真值之间的偏差。 事例：如仪器零点误差，温度、电磁场等环境引起的误差，动力源引起的误差。 解决办法：单纯增加测量次数，无法减少系统误差对测量的影响、但在找出产生误差的原因之后，可以通过对测量结果引入适当的修正而消除之。,21,随机误差,定义：随机误差指在已经消除系统误差之后，在相同的条件下测量同一量时，出现的这种误差值以不可预计的方式变化的误差。 形成原因：随机误差是出于那些对测量结果影响较小、我们尚未认识或无法控制的因素(如电子噪声干扰等)造成的。 在多次重复测量同一量时，其误差值总体上服从统计规律(如正态分布)。 解决办法：从随机误差的统计规律分布特征，可对其示值大小和可靠性做

8、出评价，并可通过适当增加测量次数求平均值的方法，减少随机误差对测量结果的影响。 随机误差就个体而言是无规律的，不能通过实验的方法来消除。,22,彩票摇奖,23,粗大误差,定义：粗大误差是指一种显然与事实不符的误差，其误差值较大且违反常规。 形成原因： 粗大误差一般是由于操作人员在操作、读数或记录数据时粗心大意造成的。 测量条件的突然改变或外界重大干扰也会造成粗大误差。 解决办法：对于这类误差一旦发现，应及时纠正。,24,绝对误差,测定值与被测量真值之差称为测量的绝对误差，或简称测量误差。 = x X0 式中， 测量误差； x 测定值（例如仪表指示值）； X0 被测量的真值。 真值一般无法得到，

9、所以用实际值X代替X0。,25,对于绝对误差，应注意下面几个特点： 绝对误差是有单位的量，其单位与测定值和实际值相同。 绝对误差是有符号的量，其符号表示出测定值与实际值的大小关系。 测定值与被测量实际值之间的偏离程度和方向通过绝对误差来体现。,26,相对误差,示值的绝对误差与约定值之比值称为相对误差，其为无量纲数，以百分数表示。 一般约定值m有如下几种取法： xl取测量仪表的指示值x时，Er称为标称相对误差； xl取测量的实际值X时， Er称为实际相对误差； xl取仪表的满刻度值时， Er称为引用相对误差。,27,对于相同的被测量，用绝对误差评定其测量精度的高低。但对于不同的被测量，则应采用相

10、对误差来评定。 测量过程中存在测量误差是不可避免的，任何测量值只能近似反映被测量的真值。 测量过程中无数随机因素的影响，使得即使在同一条件下对同一对象进行重复测量也不会得到完全相同的测量值。 被测量总是要对敏感元件施加能量才能使测量系统给出测量值，这就意味着测量值并不能完全准确的反映被测参数的真值。,28,基本误差是仪表在规定的正常工作条件下，所可能产生的误差。仪表基本误差的允许值，叫做仪表的“最大允许绝对误差” 。 附加误差是仪表在偏离规定的正常工作条件下使用时附加产生的新误差。此时仪表的实际误差等于基本误差与附加误差之和。 由于仪表在工作条件(如温度、湿度、振动、电源电压、频率等)改变时会

11、产生附加误差，所以在使用仪表时应尽量满足仪表现定的工作条件，以防止产生附加误差。,29,测量精度,1准确度 对同一被测量进行多次测量，测量值偏离被测量真值的程度称为测量的准确度。 它反映系统误差的影响，系统误差越小，准确度越高。 2精密度： 对同一被测量进行多次测量，测量值重复一致的程度，或者说测量值分布的密集程度，称为测量的精密度。 它反映随机误差的影响，随机误差越小，精密度越高。 3精确度 精密度与准确度的综合指标称为精确度，或称精度。 它反映随机误差和系统误差的综合影响。 精密度高的，准确度不一定高；准确度高的精密度不一定高；但精确度高的，则精密度与准确度都高。,30,精密度高,准确度高

12、,精确度高,31,1量程范围 仪表能够测量的最大输入量与最小输入量之间的范围称作仪表的量程范围，简称量程。 在数值上等于仪表上限值与下限值的代数差之绝对值。,问：某温度计测量的最低温度为-20， 最高温度为100，它的量程是多少？,120,测量仪表的基本技术指标（量程范围）,32,测量仪表的基本技术指标（灵敏度）,2、灵敏度 在稳定情况下，仪表输出变化量L与引起此变化的输入量的变化量Xb之比值，定义为仪表的灵敏度。 用S表示，即 式中，S 仪表灵敏度 L、Xb 分别为输入与输出变化量,问：某测量范围是0100MPa的压力表，其满 量程时指针转角为270度，它的灵敏度是多少？,2.7度/MPa,

13、33,测量仪表的基本技术指标（灵敏限）,3灵敏限（分辨率、死区） 它表明仪表响应输入量微小变化的能力指标，即不能引起输出发生变化的最大输入变化幅度与量程范围之比的百分数。,34,测量仪表的基本技术指标（仪器基本误差）,4. 仪器基本误差 仪表测量值中的最大示值绝对误差与仪表量程之比值称为仪表的基本误差。,35,测量仪表的基本技术指标（仪器允许误差）,5. 仪器允许误差 它表示对测量仪表所允许的误差界限，即出厂的仪表都要保证基本误差不超过某一规定值，此规定值叫允许误差。 仪表的允越大，表示它的精确度越低；反之，仪表的允越小，表示仪表的精确度越高。,36,测量仪表的基本技术指标（准确度等级）,6准

14、确度等级 它指根据测量仪表准确度大小所划分的等级或级别。允许误差去掉百分号的数值就是准确度等级，工程上称为精度等级。 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。,国家标准序列： 标准表、范型表、实用表。 级标准表：0.005、0.02、0.05 ； 级标准表：0.1 、0.2 、0.35 、0.5 ; 一般标准表：1.0 、1.5、2.5 、4.0。,37,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，就表征该仪表的精确度等级越高，也说明该仪表的精确度越高。0.05级以上的仪表，常用来作为标准表

15、；工业现场用的测量仪表，其精度大多在0.5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,1.5,1.0,如：,38,举例,例1某台测温仪表的测温范围为200700，校验该表时得到的最大绝对误差为4，试确定该仪表的精度等级。,解 该仪表的相对百分误差为,如果将该仪表的去掉“”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。,39,例2某台测温仪表的测温范围为1000。根据工艺要求，温度指示值的误差不允许超过，试问应如何选择仪表的精度等级才能满足以上要求？,解

16、 根据工艺上的要求，仪表的允许误差为,如果将仪表的允许误差去掉“”号与“”号，其数值介于0.51.0之间，如果选择精度等级为1.0级的仪表，其允许的误差为1.0，超过了工艺上允许的数值，故应选择0.5级仪表才能满足工艺要求。,40,根据仪表校验数据来确定仪表精度等级和根据工艺要求来选择仪表精度等级，情况是不一样的。 根据仪表校验数据来确定仪表精度等级时，仪表的允许误差应该大于（至少等于）仪表校验所得的相对百分误差； 根据工艺要求来选择仪表精度等级时，仪表的允许误差应该小于（至多等于）工艺上所允许的最大相对百分误差。,小结,41,测量仪表的基本技术指标（变差）,7. 变差 在外界条件不变的情况下，使用同一仪表对被测量进行反复测量（正行程和反行程）时，所产生的最大差值与仪表量程之比值称为变差，用表示。,正行程：测量系统的输入量从量程下限增至量程的上限的测量过程。 反行程：测量系统的输入量从量程上限减少至量程的下限的测量过程。,42,测量仪表的基本技术指标（线性度）,8.线性度,线