1、1.2 基本概念,檢測(cè)和儀表中常用的基本性能指標(biāo) 一、測(cè)量范圍、上下限、量程 二、零點(diǎn)遷移和量程遷移 三、靈敏度和分辨率 四、誤差 五、精確度 六、滯環(huán)、死區(qū)和回差,一、測(cè)量范圍、上下限、量程,測(cè)量范圍：是儀表按規(guī)定的精度進(jìn)行測(cè)量的被測(cè)變量的范圍。 測(cè)量范圍的最小值和最大值分別稱為測(cè)量下限和測(cè)量上限； 測(cè)量范圍表示法：下限值上限值。 儀表的量程：是測(cè)量上限與下限值的代數(shù)差，即 量程=測(cè)量上限值-測(cè)量下限值,某秤測(cè)量范圍為：0100公斤 則量程為100公斤,例如，一個(gè)溫度測(cè)量?jī)x表的下限值是 -50 ，上限值是150 ，則其測(cè)量范圍可表示為-50150 ，量程為200 。 由此可見(jiàn)，給出儀表的測(cè)量

2、范圍便知其上下限及量程，反之，如果只給出儀表的量程，卻無(wú)法確定其上下限及測(cè)量范圍。,記為：,秤的量程為：L=100公斤,二、零點(diǎn)遷移和量程遷移,儀表的零點(diǎn)：指測(cè)量下限。 儀表測(cè)量范圍的另一種常用的表示方法：是給出儀表的零點(diǎn)和量程。 在實(shí)際使用中，由于測(cè)量要求或測(cè)量條件的變化，需要改變儀表的零點(diǎn)或量程，為此，可以對(duì)儀表進(jìn)行零點(diǎn)和量程的調(diào)整。 零點(diǎn)遷移：通常將零點(diǎn)的變化稱為零點(diǎn)遷移； 量程遷移：量程的變化稱為量程遷移。 例如，一把直尺的測(cè)量范圍為010cm。（此時(shí)零點(diǎn)為0cm） 如果把2cm處作為測(cè)量的起點(diǎn)，這時(shí)，測(cè)量范圍變?yōu)?28cm。（此時(shí)零點(diǎn)為-2cm）,右圖為典型的單純零點(diǎn)遷移情況。線段1

3、為原來(lái)直尺的測(cè)量特性曲線。線段2為零點(diǎn)遷移后的測(cè)量特性。二者斜率相同?？梢?jiàn)，零點(diǎn)遷移至-2cm，而量程不變（即量程未遷移）。,右圖為單純量程遷移的示意圖。（遷移后的量程增加了）量程遷移前與遷移后線段的斜率有所變化。 實(shí)際也有零點(diǎn)遷移與量程遷移并存的情況，可擴(kuò)大儀表的通用性。 以上情況通常均需要改變儀表顯示值。,三、靈敏度和分辨率,靈敏度（ ）：是儀表對(duì)被測(cè)參數(shù)變化的靈敏程度。表示方法為：儀表輸出變化量與引起此變化的輸入變化量之比。（在穩(wěn)態(tài)條件下） 即,可見(jiàn)，靈敏度也就是以上兩圖特性曲線的斜率。因此，量程遷移就意味著靈敏度的改變；而如果僅僅是零點(diǎn)遷移則靈敏度不變。,靈敏度的特點(diǎn)：,由靈敏度的定義

4、可知，由于儀表的輸入和輸出量的單位不一定相同，所以，靈敏度有量綱，且由X和Y的量綱確定。,靈敏度具有可傳遞性：首尾串聯(lián)的儀表系統(tǒng)，總靈敏度是個(gè)儀表靈敏度的乘積。 容易與靈敏度混淆的概念是儀表分辨率（又稱儀表靈敏限、靈敏閾）。它表示引起輸出值變化的最小輸入量變化值。當(dāng)輸入有微小變化時(shí)輸出就有變化，則說(shuō)明分辨率高。靈敏度高，則分辨率高。,四、誤差,示值和約定真值 絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差 引用誤差 最大引用誤差和允許誤差 誤差 靜態(tài)誤差與動(dòng)態(tài)誤差,示值和約定真值,示值：儀表指示裝置所顯示的被測(cè)值稱為示值。它通常在很大程度上反映了被測(cè)真值。但是，嚴(yán)格的說(shuō)，被測(cè)真值只是一個(gè)理論值，因?yàn)闊o(wú)論采用何種儀表測(cè)到的

5、值都有誤差。 約定真值：實(shí)際中，常用精度等級(jí)比較高的儀表測(cè)出的，或用特定方法確定的約定真值代替被測(cè)量的真值。,絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差,絕對(duì)誤差：示值與公認(rèn)的約定真值之差，通常簡(jiǎn)稱誤差。注意：誤差值可正可負(fù)。 絕對(duì)誤差=示值-約定真值 相對(duì)誤差：絕對(duì)誤差與約定真值之比。常用百分?jǐn)?shù)表示，即,相對(duì)誤差可以用來(lái)比較測(cè)量不同的被測(cè)量的精度的高低。（相對(duì)誤差越小，精度越高）,例如：測(cè)量L1=10mm的尺寸，誤差1=8um T2=80的溫度， 誤差2=0.005 比較兩次測(cè)量精度的高低。（不可用絕對(duì)誤差表示） 解：,測(cè)溫試驗(yàn)的精度高。,引用誤差,引用誤差：由于儀表多應(yīng)用在測(cè)量接近上限值的量，因而用量程取代相對(duì)誤

6、差公式中的約定真值得引用誤差，即,例如：量程為-10V10V的電壓表，在測(cè)5.02V的電壓時(shí)，示值為5V，則此時(shí)，該電壓表的引用誤差為：,最大引用誤差,是儀表的基本誤差，主要質(zhì)量指標(biāo)之一。 最大絕對(duì)誤差是在儀表全量程內(nèi)被測(cè)量平穩(wěn)變化（增加和減?。r(shí)的最大絕對(duì)誤差。 允許誤差：儀表在出廠時(shí)要規(guī)定引用誤差的允許值，簡(jiǎn)稱允許誤差。若將儀表的允許誤差記為Q，最大引用誤差記為Qmax ，則兩者之間需滿足如下關(guān)系： Qmax Q 即最大引用誤差Qmax 不能超過(guò)允許誤差Q。,最大引用誤差：,誤差,基本誤差：任何測(cè)量都是與環(huán)境條件相關(guān)的，如環(huán)境溫度、濕度、安裝方式等。儀表在使用時(shí)按照嚴(yán)格規(guī)定的環(huán)境條件進(jìn)行測(cè)

7、量，而產(chǎn)生的誤差稱為基本誤差。 附加誤差：而如果儀表在超出規(guī)定的工作條件工作時(shí)，所產(chǎn)生的額外的誤差，稱為附加誤差。顯然， 誤差=基本誤差+附加誤差,靜態(tài)誤差與動(dòng)態(tài)誤差,靜態(tài)誤差：指儀表靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)的誤差，或被測(cè)量變化十分緩慢時(shí)所呈現(xiàn)的誤差，此時(shí)不考慮儀表的慣性因素。也就是儀表的穩(wěn)態(tài)誤差。儀表靜態(tài)誤差應(yīng)用更普遍。 動(dòng)態(tài)誤差：指儀表因慣性延遲所引起的附加誤差，或變化過(guò)程中的誤差。,五、精確度,儀表的精確度：通常是允許的最大引用誤差去掉百分號(hào)和號(hào)后的數(shù)字來(lái)衡量的。不是實(shí)際測(cè)量中出現(xiàn)的。例如：某儀表的最大引用誤差為-0.5%，則此儀表的精度等級(jí)為0.5級(jí)。 精度等級(jí)：按儀表工業(yè)規(guī)定將精確度劃分為若干個(gè)等

8、級(jí)，稱為精度等級(jí)。1.0級(jí)的意思是在規(guī)定條件下實(shí)際測(cè)量的絕對(duì)誤差不會(huì)超過(guò)量程的 1%?？梢?jiàn)，精度等級(jí)的數(shù)字越小，精度越高。 那么，儀表的精度等級(jí)是如何確定的？或者說(shuō)最大引用誤差如何確定？需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)計(jì)算。,儀表精度等級(jí)的確定過(guò)程如圖所示。其中，線段OA示理想的輸入輸出特性曲線，曲線1是輸入值由測(cè)量范圍的下限到上限逐漸增大時(shí)獲得的，稱為 實(shí)際上升曲線；曲線 2是輸入值由上限到 下限逐漸減小是獲得 的，稱為實(shí)際下降曲 線。由曲線1和2與直 線OA的偏差可分別 得到最大實(shí)際正負(fù)偏 差。虛線3和4是基本 誤差的上下限。用最 大偏差與量程之比可 得到最大引用誤差。,六、滯環(huán)、死區(qū)和回差,滯環(huán) 死區(qū) 回

9、差,滯環(huán),滯環(huán)：儀表內(nèi)部的某些元件具有儲(chǔ)能效應(yīng)，例如彈性變形、磁滯現(xiàn)象等，其作用使得儀表檢驗(yàn)所得的實(shí)際上升曲線和實(shí)際下降曲線常出現(xiàn)不重合的情況，從而使得儀表的特性曲線形成環(huán)狀，如下圖所示這種現(xiàn)象稱為滯環(huán)。 顯然，在出現(xiàn)滯環(huán)現(xiàn)象時(shí)，儀表的同一輸入值常對(duì)應(yīng)多個(gè)輸出值，并出現(xiàn)誤差。,死區(qū),死區(qū)效應(yīng)：儀表內(nèi)部的某些單元具有死區(qū)效應(yīng)。例如傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的摩擦和間隙等，其作用亦可使得儀表檢驗(yàn)所得的實(shí)際上升曲線和實(shí)際下降曲線常出現(xiàn)不重合的情況。如圖1-8。 死區(qū)：這種死區(qū)效應(yīng)使得儀表輸入在小到一定范圍后，不足以引起輸出的任何變化，而這一范圍稱為死區(qū)，也叫不靈敏區(qū)。 理論上，不靈敏區(qū)的寬度是靈敏限的2倍。,回差,回

10、差：如果某儀表既有儲(chǔ)能效應(yīng)，又有死區(qū)效應(yīng)，其綜合效應(yīng)是二者的結(jié)合。此時(shí)的特性曲線如圖1-9所示。在以上各種情況下，實(shí)際上升曲線和實(shí)際下降曲線間都存在差值，其最大的差值稱為回差，亦稱變差，或來(lái)回變差。,七、重復(fù)性和再現(xiàn)性,重復(fù)性 再現(xiàn)性,重復(fù)性,重復(fù)性：在同一工作條件下，同方向連續(xù)多次對(duì)同一輸入值進(jìn)行測(cè)量所得的多個(gè)輸出值之間相互一致的程度稱為儀表的重復(fù)性。（不考慮滯環(huán)和死區(qū)的影響） 例如，在圖1-10中列出了在同一工作條件下測(cè)出的儀表的實(shí)際上升曲線，其重復(fù)性就是指這三條曲線在同一輸入值處的離散程度。實(shí)際上，某種儀表的重復(fù)性常選用上升曲線的最大離散程度和下降曲線的最大離散程度兩者中的最大值來(lái)表示。

11、,圖1-10 重復(fù)性和再現(xiàn)性分析,再現(xiàn)性,再現(xiàn)性：再現(xiàn)性包括滯環(huán)和死區(qū)，它是儀表實(shí)際上升曲線和實(shí)際下降曲線之間離散程度的表示，常取兩種曲線之間離散程度最大點(diǎn)的值來(lái)表示，如圖1-10中所示。 重復(fù)性是衡量?jī)x表不受隨機(jī)因素影響的能力； 再現(xiàn)性是儀表性能穩(wěn)定的一種標(biāo)志； 因而在評(píng)價(jià)某種儀表的性能時(shí)常同時(shí)要求其重復(fù)性和再現(xiàn)性。 重復(fù)性和再現(xiàn)性優(yōu)良的儀表并不一定精度高，但高精度的表一定有良好的重復(fù)性和再現(xiàn)性。,八、可靠性（影響產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)進(jìn)度）,可靠度：表征儀表可靠性的尺度有多種，最基本的是可靠度。它是衡量?jī)x表能夠正常工作并發(fā)揮其功能的程度。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，如果有100臺(tái)同樣的儀表，工作1000h后約有9

12、9臺(tái)仍能正常工作，則可以說(shuō)這批儀表工作1000h后的可靠度是99%。 有效度：另一個(gè)表示儀表可靠性的綜合指標(biāo)是有效度。,平均無(wú)故障工作時(shí)間為正常工作時(shí)相鄰兩次故障時(shí)間間隔的平均值； 平均故障修復(fù)時(shí)間指儀表修復(fù)所用的平均時(shí)間。,九、漂移,漂移：保持輸入信號(hào)不變時(shí)，輸出信號(hào)隨時(shí)間或溫度的緩慢變化。它可由多種因素引起，如彈性元件的時(shí)效、電子元件的老化、放大電路的溫漂等。 分為時(shí)漂和溫漂。 可說(shuō)明儀表工作的穩(wěn)定性能，如果儀表需要長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，這一性能更為重要。,十、響應(yīng)時(shí)間,響應(yīng)時(shí)間：當(dāng)儀表輸入階躍變化時(shí)，輸出從一個(gè)穩(wěn)態(tài)值到另一個(gè)穩(wěn)態(tài)值所需要的時(shí)間。 由于傳感器響應(yīng)輸入量的變化需要時(shí)間，而各環(huán)節(jié)的信號(hào)放大、傳輸、和變換等均需要時(shí)間，因此在