测量基本知识1

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1、第三章：过程检测技术第三章：过程检测技术13.1 3.1 测量基本知识测量基本知识测量是为确定被测对象的量值而进行的 实验过程。测量是通过实验的方法对客观事物取得定量 信息即数量概念的过程。测量的三要素：测量单位、测量方法、测量 仪器与设备3.1.1、 测量的定义：23.1.23.1.2、测量方法测量方法1、直接测量：是指直接从测量仪表的读数获取被测量量值的 方法。2、间接测量：是利用直接测量的量与被测量之间的函数关系 （可以是公式、曲线或表格等），间接得到被测量量值的测 量方法。3、等精度测量：在测量过程中，使影响测量误差的各种因素 保持不变，对同一被测量值进行次数相同的重复测量；其测 量结

2、果可靠程度相同。4、不等精度测量：在测量过程中，使影响测量误差的各种因 素不同或者发生变化，所得测量结果可靠性不同。35、接触测量和非接触测量。 6、静态测量和动态测量：根据在测量过程中， 被测参数恒定与否。3.1.3、 测量仪器与设备：被测对象传感器变送器显示器图3-1 检测仪表的组成框图 1、感受件（传感器） l 准确性 l 稳定性 l 灵敏性42、中间件（变送器或者变换器）准确稳定的传输、放大和转换信号、且受外界其他因素 干扰小，变换信号的误差小。3、显示件（显示器）53.2、误差基本知识误差基本知识测量误差是测量结果与被测量真值的差别。测量误差产生的原因：人类对客观规律认识的局限性；测

3、量器具不准确；测量手段不完善；测量条件发生变化；测量人员疏忽或错误等。控制测量误差的意义：是衡量测量技术水平， 以至于科学技术水平 的重要标志之一。当测量误差超过一定限度， 使测量结果无意义，甚至 有危害。6系统误差随机误差定义：在多次等精度测量同一量时，误差 的绝对值和符号保持不变，或当条件改变 时按某种规律变化的误差，简称系差。定义：对同一量值进行多次等精度测量时 ，其绝对值和符号均以不可预定的方式无 规则变化的误差。定义：在一定的测量条件下，测得值明显 地偏离实际值所形成的误差。3.2.1根据测量误差的性质和特点，分为粗大误差7关于系统误差：（1）、产生系统误差的主要原因：测量仪器设计原

4、理及制作上的缺陷采用近似的测量方法或近似的计算公式等测量环境条件与仪器使用要求不一致等测量人员读数习惯等造成的误差例如温度、湿度 电磁场变化例如仪表刻 度的读取 8（3）、种类：恒值系差变值系差周期性累进性（2）、特点具有一定的规律性。对于仪器系统误差可以采用一些方法避免：特定的测量应当选择适当的仪器； 确定仪器误差的大小后应用修正系数； 用一个标准仪器对仪器进行校准。9关于随机误差：随机误差的绝对值 具有有界性。绝对值相等的正负误差 出现的机会几乎相同*在多次测量中，随机 误差具有抵偿性（1）、产生的原因测量人员感觉器官的无规则变化而造成的读数 不稳定等。温度及电源电压的无规则波动，电磁干扰

5、，地 基振动等。噪声、零部件配合的不稳定、摩擦、抵触不良 等。10（2）、特点：有界性，对称性，抵偿性。（3）、对测量值的影响有界性：随机误差的绝对值不会超过一定界限。对称性：绝对值相等的正负误差出现的机会几乎相同。抵偿性：随机误差有相互抵消的特性。可以通过多次测量取平均值的办法，来减少随机误 差对结果的影响，或用其它数理统计的方法对随机 误差加以处理。11关于粗大误差：（1）、产生粗大误差的主要原因：测量方法不当或错误测量操作疏忽或失误等测量条件的突然变化例如读错 记错等例如雷电干扰、 机械冲突等12在实际应用中系统误差、随机误差、粗大误差三种误差的划分并非一成不变；粗大 误差系统 误差随机

6、 误差较为随机时有规律时较大时较多时较大时较多时133.2.3 仪表的基本误差限 绝对误差：测量值与被测量真值之差；为被测量客观存在的真实数值，无法真正得到；绝对误差限：= 相对误差：绝对误差与被测量真值之比；14l 引用误差：绝对误差与仪表量程之比；3.2.4 仪表的主要性能指标1、量程与精度仪表在保证规定精确度的前提下所能够测量的被测的区域称为仪表的测量范围：或者更合理的概念：在 仪表工作量程内的相对误差不超过某个设定值仪表的精度等级是按国家统一规定的允许误差大小划分成几个等级。某一类仪表的允许误差是指在规定 的正常情况下，这类仪表所允许具有的最大的仪表基 本误差。15一台测量范围一台测量

7、范围0 010001000kPakPa的压力测量仪表，其最大绝对误差的压力测量仪表，其最大绝对误差1010kPakPa( (在整个量程范围内在整个量程范围内) )，另一台测量范围，另一台测量范围0 0400400kPakPa的压力测量仪表，其最大绝对误差的压力测量仪表，其最大绝对误差5 5kPakPa， 请问哪一台请问哪一台压力检测仪表的精度更高？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，通常是以最大引用误差来衡量仪表的精确度，定义仪表的在自动化仪表中，通常是以最大引用误差来衡量仪

8、表的精确度，定义仪表的精度等级。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，称为引用误差中的最大值，即把最大绝对误差折合成测量范围的百分数表示，称为引用误差: :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。 16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引用误

9、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引用误差。把仪表允许的最大引用误差去掉把仪表允许的最大引用误差去掉“”“”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：0.005 0.005，0.020.02，0.050.05，0.10.1，0.20.2，0.40.4，0.50.5，1.01.0，1.51.5，2.52.5，4.04.0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

10、0.50.5，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：1.01.5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。 17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0 0400400kPakP

11、a，在校验该变送器时测得的最大绝对误差为在校验该变送器时测得的最大绝对误差为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因此

12、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 18例例3 3：某被测温度信号在：某被测温度信号在70708080范围内变化，工艺要求测量误差不超过范围内变化，工艺要求测量误差不超过11，现有，现有两台温度测量仪表，精度等级均为两台温度测量仪表，精度等级均为0.50.5级，其中一台仪表的测量范围是级，其中一台仪表的测量范围是0 0100100，另一台仪表的测量范围是，另一台仪表的测量范围是0 0200200，试问这两台仪表能否满足上述测量要求，

13、试问这两台仪表能否满足上述测量要求。 解：解：由题意可知，被测温度的允许最大绝对误差为：由题意可知，被测温度的允许最大绝对误差为：| |maxmax| |70701 10.70.7测量范围为测量范围为0 0100100的仪表的最大允许绝对误差为：的仪表的最大允许绝对误差为：| |maxmax| |1 11001000.50.50.50.5测量范围为测量范围为0 0200200的仪表的最大允许绝对误差为：的仪表的最大允许绝对误差为：| |maxmax| |2 22002000.50.51.01.0根据上述计算，虽然两台仪表的精度等级均为根据上述计算，虽然两台仪表的精度等级均为0.50.5级，但只

14、有测量范围是级，但只有测量范围是0 0100100的温度测量仪表才满足本题的测量要求。的温度测量仪表才满足本题的测量要求。 192、其它性能指标灵敏度 表示测量仪表对被测参数变化的敏感程 度。用公式表示为： 如果系统的输出和输入之间有线性关系，则灵敏度是一个常数。否则，它将随输入量的大小而变 化。线性度 线性度是用实测的检测系统输入-输出特性曲线与拟合直线之间最大偏差与满量程输出的百 分比来表示的。20迟滞 迟滞特性表明检测系统在正向(输入量增大)和反向 (输入量减小)行程期间，输入-输出特性曲线不一致的程度。也就是说，对同样大小的输入量，检测系统在正 反行程中，往往对应两个大小不同的输出量。数学表达式：21漂移 当测试系统的输入不变时，输出量随时间变化的现象就是漂移，又称时漂。它是测试系统内部各个环节性 能不稳定或由于内部温度变化引起的，反映了测试系统 的稳定性指标 。 重复性 同一条件下，被测输入量按同一方向作全量程连同一条件下，被测输入量按同一方向作全量程连 续多次重复测量时，所得输出续多次重复测量时，所得输出输入曲线的不一致程输入曲线的不一致程度，称重复性；用重复性误差来表示。度，称重复性；用重复性误差来表示。22