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1、一、一、 测量过程与测量误差测量过程与测量误差 1 1、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。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感器传感器又称为检测元件或敏感元件，它直接又称为检测元件或敏感元件，它直接响应被测变量，经能量转换并转化成一个与被测响应被测变量，经能量转换并转化成一个与被测 变量成对应关系的便于传送的输出信号，如变量成对应关系的便于传送的输出信号，如mVmV、V V、mAmA、HzHz、位移、力等等。位移、力等等。第一节第一节 测量仪表基
2、本知识测量仪表基本知识由于传感器的输出信号种类很多，而且信号往由于传感器的输出信号种类很多，而且信号往 往很微弱，一般都需要经过变送环节的进一步往很微弱，一般都需要经过变送环节的进一步 处理，把传感器的输出转换成如处理，把传感器的输出转换成如0 010mA10mA、4 4 20mA20mA等标准统一的模拟量信号或者满足特等标准统一的模拟量信号或者满足特 定标准的数字量信号，这种检测仪表称为定标准的数字量信号，这种检测仪表称为变送变送 器器。 2 2、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测量值测量值 与与被测真值被测真值 之差之差由于真值在理论上是无法真正被获取的，因此，测量误
3、差就是指检测由于真值在理论上是无法真正被获取的，因此，测量误差就是指检测仪表（精度较低）和标准表（精度较高）在同一时刻对同一被测变量进行仪表（精度较低）和标准表（精度较高）在同一时刻对同一被测变量进行测量所得到的测量所得到的2 2个读数之差。个读数之差。 即：即：x x0 0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：绝对误差绝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1 1、测量仪表的准确度（精确度）、测量仪表的准确度（精确度）一台测量范围一台测量范围0 010001000kPakPa的压
4、力测量仪表，其最大绝对误差的压力测量仪表，其最大绝对误差1010kPakPa( (在整个在整个量程范围内量程范围内) )，另一台测量范围，另一台测量范围0 0400400kPakPa的压力测量仪表，其最大绝对误的压力测量仪表，其最大绝对误差差5 5kPakPa， 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。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
5、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: :仪表的仪表的精度等级精度等级（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
6、（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“”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。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：0.0050.005，0.020.02，0.050.05，0.10.1，0.20.2，0.40.4，0.50.5，1.01.0，1.51.5，2.52.5，4.04.0等。等。所谓的所谓的0.50.5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0.50.5，
7、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：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。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0.050.05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数值一般大于等于数值一般大于等于0.50.5。 仪表的精确度等级仪表的精确度等级例：某压力变送器测量范围为例：某压力变送器测量范围为0 0400400k
8、PakPa，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55kPakPa，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去掉去掉 和和%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1.51.5级级 例：例：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040040mm3 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 0.5 0.5 mm3 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。 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
9、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 结论：结论：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 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、非线性误差、非线性误差在通常情况下，总是希望测量仪表的输出量和输入量之间呈线性对应关在通常情况下，总是希望测量仪表的输出量和输入量之间呈线性对应关系。测量仪表的非线性误差就是用来表征仪表的输出量和输入量的实际系。测量仪表的非线性误差就是用来表征仪表的输出量和输入量的实际对应关系与理论直线的吻合程度。对应关系与理论直线的吻合程度。通常非线性误差用实际通常非线性误差用实际测得的输入输出特性
10、曲线测得的输入输出特性曲线（也称为校准曲线）与理论（也称为校准曲线）与理论直线的之间的最大偏差和测直线的之间的最大偏差和测量仪表量程之比的百分数来量仪表量程之比的百分数来表示：表示：被测变量仪 表 输 出理论实际3 3、变、变 差差在外界条件不变的情况下，使用同一仪表对被在外界条件不变的情况下，使用同一仪表对被测变量在全量程范围内进行正反行程（即逐渐测变量在全量程范围内进行正反行程（即逐渐由小到大和逐渐由大到小）测量时，对应于同由小到大和逐渐由大到小）测量时，对应于同一被测值的仪表输出可能不等，二者之差的绝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。对值即为变差。变差的大小，根据在同
11、一被测值下正反特性间变差的大小，根据在同一被测值下正反特性间仪表输出的最大绝对误差和测量仪表量程之比仪表输出的最大绝对误差和测量仪表量程之比的百分数来表示的百分数来表示 ：被测变量仪 表 输 出下行程上行程4 4、灵敏度和分辨力、灵敏度和分辨力灵敏度是表征检测仪表灵敏度是表征检测仪表对被测量变化对被测量变化的灵的灵敏程度，它是指仪表输出变化量和输入变敏程度，它是指仪表输出变化量和输入变化量之比，即化量之比，即 灵敏度灵敏度y/xy/x分辨力又称为灵敏限，是仪表输出能响应和分辨的分辨力又称为灵敏限，是仪表输出能响应和分辨的最小输入变化量，它也是灵敏度的一种反映。对数字式最小输入变化量，它也是灵敏
12、度的一种反映。对数字式仪表来说，分辨力就是数字显示仪表变化一个仪表来说，分辨力就是数字显示仪表变化一个LSBLSB（二进二进制最低有效位）时输入的最小变化量。制最低有效位）时输入的最小变化量。5 5、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。动态误差是指检测系统受外扰动作用后，被测变量处于变动状态下仪表动态误差是指检测系统受外扰动作用后，被测变量处于变动状态下仪表示值与参数实际值之间的差异。示值与参数实际值之间的差异。引起该误差的原因引起该误差的原因是由于检测元件和检测系统中各种运动惯性以及能量是由于检测元件和检测系
13、统中各种运动惯性以及能量形式转换需要时间所造成的。形式转换需要时间所造成的。衡量各种运动惯性的大小，以及能量传递的快慢常采用时间常数衡量各种运动惯性的大小，以及能量传递的快慢常采用时间常数T T和传和传递滞后时间（纯滞后时间）递滞后时间（纯滞后时间）两个参数表示（这两个参数的含义与上一两个参数表示（这两个参数的含义与上一章中对象数学模型中的时间常数章中对象数学模型中的时间常数T T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）它们的存在会降低检测过程的动态性能，其中纯滞后时间它们的存在会降低检测过程的动态性能，其中纯滞后时间的不利影响的不利影响会远远超过时间常数会远远超过时间常
14、数T T的影响。的影响。 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：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：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：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：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从传递信号的连续
15、性的观点来分 1、 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：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。3、 开
16、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1、根据所测参数的不同，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、按表达示数的方式不同，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，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）；
