1、,第2章 壓力檢測,目 錄,第4章 流量檢測,第5章 溫度檢測,第6章顯示儀表,第1章檢測技術(shù)基礎(chǔ),第3章 物位檢測,第1章,過程檢測技術(shù)基礎(chǔ),內(nèi)容提要,測量過程與測量誤差 測量儀表的品質(zhì)指標 測量系統(tǒng)中的常見信號類型 檢測系統(tǒng)中信號的傳遞形式 檢測儀表與測量方法的分類 化工檢測的發(fā)展趨勢,什么是檢測？,檢測就是去認識,檢測是認識自然界的主要手段,.,W.Von.Siemens,從信息論角度講，檢測就是獲得信息的過程。 在科研、生產(chǎn)和軍事等領(lǐng)域，檢測是必不可少的過程。 通常所講的檢測是指使用專門的工具，通過實驗和計算，進行比較，找出被測參數(shù)的量值或判定被測參數(shù)的有無。,檢測的過程就是用敏感元件

2、將被測參數(shù)的信息轉(zhuǎn)換成另一種形式的信息，通過顯示或其它形式被人們所認知。,一、測量過程, 測量：以確定量程為目的，用試驗方法將被測參數(shù)的量值（被測量）與標準量的量值作比較，確定出被測量的大小。 如：用精度為0.5級，量程為0-300毫米的直尺以毫米為單位測量物體的長度，若測得物體長度為60毫米，相應(yīng)最大誤差是多大？若測得物體長度為200毫米呢？,1.1 測量的概念, 測量方法-按照測量方式分類,1、直接測量,2、間接測量,用標定的儀器、儀表進行測量，從而直接測得待測量的數(shù)值,這種方法是工程上廣泛采用的方法,被測量本身不易直接測量，但可以通過與被測量有一定有關(guān)系的其他量（一個或幾個），來求出被測

3、量的數(shù)值。,優(yōu)點：測量過程簡單迅速。,缺點：測量精度不高。,例如測量某固體的密度時，可以通過稱重、量出其幾何尺寸，計算出體積，再計算密度。,1、偏差法測量,用測量儀表的指針相對于刻度初始點的位移（偏差）來直接表示被測量的大小。在經(jīng)過校準的儀器儀表上讀取數(shù)值,特點,它是以間接的方式實現(xiàn)被測量與標準量（校準結(jié)果）的比較。,例如用電磁式儀表，測量電路中的電流、電壓，就屬于偏差式測量。,這種測量方法過程直觀、方便、簡單、迅速，但是精度較低、量程窄。, 測量方法-按照測量原理分類,2、零位法測量,在測量過程中，用指零儀表（如檢流計）的零位指示測量系統(tǒng)的平衡狀態(tài)。用已知的基準量決定被測量。,只要零指示器的

4、靈敏度足夠高，零位法測量的準確度幾乎等同于標準量的準確度，因而測量準確度很高。,例如用惠斯登電橋測量電阻，天平稱重也是這個道理。,是常用于在實驗室和做精密測量的一種方法。,平衡狀態(tài)，需要進行反復(fù)調(diào)節(jié)，即使采用一些自動平衡技術(shù)，檢測速度仍然較慢，因此測量時間過長，不適用于快速變化的信號。,不足:,3、微差法測量,偏差測量法和零位測量法相結(jié)合。,它通過測量被測量與標準量之差（通常這個差值很?。﹣頊y得被測量的值。,在實際測量中，由于測量設(shè)備不準確，測量方法不完善、測量程序不規(guī)范及測量環(huán)境因素的影響，都會導(dǎo)致測量結(jié)果或多或少地偏離被測量的真值。,測量本身所具有的真正的值。如三角形的內(nèi)角和等于180度,

5、計量部門指定的值。如標準法碼的重量、標準尺等。,1、誤差公理,2、示值的表示 （1）、理論真值,真值是個理想的概念，一般是很難知道的。(制圖中不允許標注“封閉”尺寸),（2）、指定（約定）真值,“一切測量都有存在，誤差自始至終存在于所有科學(xué)實驗中”這就是誤差公理。,1.2 測量誤差及處理,上一級標準表所體現(xiàn)的值當作準確無誤的值。如：標準溫度計、標準儀器、測試帶（語音、圖象）,測量器具上所標定的數(shù)值。燈泡：220V100W,由測量器具指示的被測量的值。,（3）、實際值/相對真值,（4）、標稱值,標稱值并不一定等于他的真值或?qū)嶋H值,（5）、示值/測量值(X),3、誤差的表示方法,絕對誤差指儀表指示

6、值與被測參數(shù)真值之間的差值，即 儀表指示值 T 被測量的真值,概 述,另一種表示方法：測量值絕對誤差。如1000 1,絕對誤差,由于真值無法得到,x：被校表的讀數(shù)值，x0 ：標準表的讀數(shù)值,概 述,用來說明測量精度的高低。,實際相對誤差：,絕對誤差與實際值（或測量值）的百分比。,相對誤差,引用誤差(相對百分誤差) 絕對誤差與量程的百分比,概 述,引用誤差 SP 儀表量程, 最大引用誤差(滿度誤差)用于確定儀表的精度,4、按誤差出現(xiàn)的原因分類,(1)系統(tǒng)誤差,(2)隨機誤差,在一定測量條件下，測量值中含有不變或按一定規(guī)律變化的誤差。其大小和方向均不會改變。主要由儀表本身的缺陷，觀測者的習(xí)慣或偏向

7、等因素產(chǎn)生。,系統(tǒng)誤差越小，測量就越準確,有很多復(fù)雜原因的微小變化的總合所引起的誤差。,可以用統(tǒng)計規(guī)律來描述，可以從理論上估計對測量結(jié)果的影響。,如果一個測量結(jié)果的隨機誤差和系統(tǒng)誤差均很小，則表明該測量既精密又正確即精確。,它表現(xiàn)測量結(jié)果的離散性，隨機誤差越小，精密度越高。,(3)粗大誤差（疏忽誤差）,由于人為的原因和環(huán)境干擾等原因使測量結(jié)果顯著偏離其實際值所造成的誤差，如果確屬粗大誤差，該值應(yīng)舍去不用。 (4)緩變誤差 特點：變化難以預(yù)測，且隨時間發(fā)生變化 誤差產(chǎn)生的原因：由儀表內(nèi)部的元器件老化過程 引起的。 處理方法：可更換元器件、零部件或通過不斷 校正加以克服和消除。,5、按誤差測試的條

8、件分類,(1)基本誤差,(2)附加誤差,在規(guī)定的工作條件下（如溫度、濕度、電源電壓等一定），儀表本身具有的誤差?？捎米畲笠谜`差表示其大小 儀表的精度等級在數(shù)值上反映基本誤差的大小。,當儀表的工作條件偏離正常范圍時所引起的誤差。,1、檢測系統(tǒng)中的常見信號類型,作用于檢測裝置輸入端的被測信號，通常要轉(zhuǎn)換成以下幾種便于傳輸和顯示的信號類型,1.位移信號 2.壓力信號 3.電氣信號 4.光信號,1.3 檢測儀表的組成與分類,2、檢測系統(tǒng)中信號的傳遞形式,1. 模擬信號,在時間上是連續(xù)變化的, 即在任何瞬時都可以確定其數(shù)值的信號。,2. 數(shù)字信號,數(shù)字信號是一種以離散形式出現(xiàn)的不連續(xù)信號,通常用二進制

9、數(shù)“0”和“1”組合的代碼序列來表示。,3. 開關(guān)信號,用兩種狀態(tài)或用兩個數(shù)值范圍表示的不連續(xù)信號。,3.檢測儀表的分類,依據(jù)所測參數(shù)的不同,可分成壓力 (包括差壓、負壓)檢測儀表、流量檢測儀表、物位 (液位)檢測儀表、溫度檢測儀表、物質(zhì)成分分析儀表及物性檢測儀表等。 按表達示數(shù)的方式不同,可分成指示型、記錄型、信號型、遠傳指示型、累積型等。 按精度等級及使用場合的不同,可分為實用儀表、范型儀表和標準儀表,分別使用在現(xiàn)場、實驗室和標定室。,1、測量范圍和量程,測量范圍,測量下限,測量上限,量程=測量上限值測量下限值,量程還與準確度及儀表選用有關(guān),1.4 檢測儀表的性能指標,2、精確度（精度）

10、表示儀表測量結(jié)果的可靠程度。 儀表的精度是用基本誤差表示的。,目前我國生產(chǎn)的儀表的精度等級有： 0.01,0.02,0.05,0.1,0.2,0.35,0.5,1.0,1.5,2.5,4.0等 數(shù)值越小，表示儀表的精度等級越高。,儀表的精度等級以一定的符號形式表示在儀表標尺板上，如1.0外加一個圓圈或三角形。精度等級1.0，說明該儀表允許誤差為1.0%。,儀表的允越大，表示它的精確度越低；反之，儀表的允越小，表示儀表的精確度越高。將儀表的允許相對百分誤差去掉“”號及“”號，便可以用來確定儀表的精確度等級。,說明：儀表的絕對誤差在測量范圍內(nèi)的各點不相同。因此，常說的“絕對誤差”指的是絕對誤差中的

11、最大值max。,儀表的準確度等級是衡量儀表質(zhì)量優(yōu)劣的重要指標之一。,準確度等級數(shù)值越小，就表征該儀表的準確度等級越高，儀表的準確度越高。工業(yè)現(xiàn)場用的測量儀表，其準確度大多在0.5級以下。,儀表的精度等級一般可用不同的符號形式標志在儀表面板上。,例1 1.5級電壓表,量程:0100V,最大絕對誤差?,例2 1.0級電流表,量程100A，測量值分別為100、80、20A，絕對誤差、示值相對誤差？,絕對誤差均認為是最大絕對誤差誤差的整量化,100A時,80A時,20A時,在同一量程內(nèi)，測量值越小，示值相對誤差越大,檢測儀表的品質(zhì)指標,解 該儀表的相對百分誤差為,如果將該儀表的去掉“”號與“”號，其數(shù)

12、值為0.8。由于國家規(guī)定的精度等級中沒有0.8級儀表，同時，該儀表的誤差超過了0.5級儀表所允許的最大誤差，所以，這臺測溫儀表的精度等級為1.0級。,(3)允許誤差，就是滿度相對誤差、引用誤差,例4 要測量100的溫度，現(xiàn)有0.5級、0300 和1.0級、0100 的兩個溫度計，示值相對誤差？,0.5級,1.0級,應(yīng)選用1.0級的溫度計，價格低、誤差小,例5 某臺測溫儀表的量程是600-1100，其最大絕對誤差為4 ，試確定該儀表的精度等級。,由于國家規(guī)定的精度等級中沒有0.8級儀表，而該儀表的最大引用誤差超過了0.5級儀表的允許誤差，所以這臺儀表的精度等級應(yīng)定為1.0級。,解 儀表的最大允許

13、誤差為,例6 某臺測溫儀表的量程是600-1100，工藝要求該儀表指示值的誤差不得超過4 ，應(yīng)選精度等級為多少的儀表才能滿足工藝要求。,0.8%介于允許誤差0.5%與1.0%之間，如果選擇允許誤差為1.0%,則其精度等級應(yīng)為1.0級。量程為6001100，精確度為1.0級的儀表，可能產(chǎn)生的最大絕對誤差為5，超過了工藝的要求。所以只能選擇一臺允許誤差為0.5%，即精確度等級為0.5級的儀表，才能滿足工藝要求。,解 根據(jù)工藝要求，儀表的最大允許誤差為,結(jié)論：校表： 選表：,儀表精度與量程有關(guān)，量程是根據(jù)所要測量的工藝變量來確定的。在儀表精度等級一定的前提下適當縮小量程，可以減小測量誤差，提高測量準

14、確性。,式中，f為線性度（又稱非線性誤差）；fmax為校準曲線對于理論直線的最大偏差（以儀表示值的單位計算）。,輸入值,輸出值,理論,實際, 3、線性度,輸入-輸出特性曲線對相應(yīng)直線的偏離程度,線性度差就要降低儀表精度。,4、輸入輸出特性, 靈敏度,Const., 死區(qū)(不靈敏區(qū)),輸入變化不致引起輸出可察覺變化的區(qū)間。,靈敏度為零, 起因：電路偏置不當、機械傳動中的摩擦和間隙, 有時故意將死區(qū)調(diào)大，防止輸出隨輸入變化過快,分辨率（靈敏限 ） 數(shù)字顯示器最末位數(shù)字間隔代表被測量的變化與量程的比值。即儀表最低量程上最末一位改變一個數(shù)所表示的被測參數(shù)變化量。,靈敏限 指能引起儀表指針發(fā)生動作的被測

15、參數(shù)最小 變化量、通常應(yīng)不大于儀表最大允許誤差的一半。,5.檢測儀表的恒定度,變差是指在外界條件不變的情況下，用同一儀表對被測量在儀表全部測量范圍內(nèi)進行正反行程（即被測參數(shù)逐漸由小到大和逐漸由大到?。y量時，被測量值正行和反行所得到的兩條特性曲線之間的差值。,圖2-1 測量儀表的變差,儀表的變差不能超出儀表的允許誤差，否則應(yīng)及時檢修。,0% 25% 50% 75% 100%,輸入值,輸出值,正行程,反行程,同一被測量在上升和下降時輸出值間的最大差值,注意：儀表的變差不能超出儀表允許誤差，否則儀表應(yīng)及時檢修。 形成原因：傳動機構(gòu)的間隙、運動部件的摩擦、彈性元件 彈性滯后的影響,6.重復(fù)性,重復(fù)性

16、表示檢測儀表在被測參數(shù)按同一方向作全量程連續(xù)多次變動時所得標定特性曲線不一致的程度。若標定的特性曲線一致,重復(fù)性就好,重復(fù)性誤差就小。,圖2-3 重復(fù)性示意圖,以下三個量的關(guān)系如何？,再現(xiàn)性,回差, 重復(fù)性：在相同條件下，按同一方向多次測量同一被測 量時，儀表提供相近輸出的能力, 再現(xiàn)性：在相同條件下，在規(guī)定的較長時間內(nèi)，對同一被測量從兩個方向測量時，儀表輸出值的一致程度,檢測儀表的品質(zhì)指標,6.反應(yīng)時間,反應(yīng)時間就是用來衡量儀表能不能盡快反映出參數(shù)變化的品質(zhì)指標。反應(yīng)時間長，說明儀表需要較長時間才能給出準確的指示值，那就不宜用來測量變化頻繁的參數(shù)。,儀表反應(yīng)時間的長短，實際上反映了儀表動態(tài)特

17、性的好壞。, 可靠度 R(t)：規(guī)定時間內(nèi)無故障的概率, 故障率 ：儀表工作到t時刻時單位時間內(nèi)發(fā)生故障的概率, 平均無故障工作時間（Mean Time Between Failure）,儀表在相鄰兩次故障間隔內(nèi)有效工作的平均時間, 平均工作時間（Mean Time To Failure）,不可修復(fù)產(chǎn)品從開始工作到發(fā)生故障前的平均時間,平均壽命, 平均故障修復(fù)時間（Mean Time To Repair）,儀表出現(xiàn)故障到恢復(fù)工作時的平均時間,7、可靠性 主要指標,例題, 故障率 =2%/1000h，即：100臺儀表在1000小時內(nèi)故障2臺,可靠度 R(t)=exp(-0.02/1000.t)

18、T=100;R=99.8%;T=1000,R=98%;t=10000,R=82%,平均壽命=1000/0.02=50000h, 相對誤差, 絕對誤差, 引用誤差, 儀表基本誤差, 儀表滿刻度相對誤差, 允許誤差,標準條件下，儀表全量程范圍內(nèi)各輸出值誤差中絕對值最大者,誤,制造單位為保證儀表不超過基本誤差而設(shè)的限值,一般希望被測量 接近儀表上限值， 故多用引用誤差,復(fù)習(xí),判定儀表測量精確性？,準確度與準確度等級,先用滿刻度相對誤差略去百分號作為儀表的準確度，再選數(shù)值上與它最接近又比它大的等級作為該儀表的準確度等級。,儀表基本誤差越小，準確度越高；基本誤差不變時，量程越大，準確度越高。,準確度等級

19、：，0.05,0.1,0.25,0.35,0.5,1.0,1.5,2.5,4.0, ,例：儀表基本誤差=2.3；量程=200 儀表滿刻度相對誤差=1.15%;準確度等級:1.5,敏感元件（sensor）：感受被測參數(shù)并將其變化轉(zhuǎn)換成另一種物理量的變化。 傳感器（transducer）：直接感受被測參數(shù)，并將其變化轉(zhuǎn)換成易于傳送的物理量。 變送器（transmitter）：一種特殊的傳感器，使用統(tǒng)一動力源，輸出標準信號。 被測參數(shù)（measured）：用敏感元件直接感受的測量參數(shù)。 待測參數(shù)（parameter to be measured）：需要獲取的測量參數(shù)。 直接測量（direct measurement）：不必測量與待測參數(shù)有關(guān)系的其它量，而直接得到待測量的量值。 間接測量（indirect measurement）：通過測量與待測參數(shù)有關(guān)系的其它量，經(jīng)一定數(shù)學(xué)處理得到待測量的量值。,一些重要