第1章 自动检测技术基础

Δmax—仪表所允许的误差界限，即允许误差；
yFS —仪表量程。 通常用准确度 Nhomakorabea精度)等级来表示仪表的准 确度，其值为准确度去掉“±符号”及“%”后 的数字再经过圆整取较大的约定值。
刘玉长
例1：某压力表的量程为10MPa，测量值的允许 误差为0.03MPa，则仪表的准确度等级为？ 解：
准确度 Δ 仪表的允许误差 100% max 100% 仪表的量程 yFS
(二) 误差分类
误差产生的原因很多，表现形式也是多种多样， 可从不同角度对测量误差进行分类: 1、按误差出现规律分 分为系统误差、随机误差和粗大误差。 (1)系统误差(system error)： 指在偏离测量规定条件时或由于测量方法引入的 因素所引起的、按某确定规律变化的误差，它反映了测 量结果对真值的偏离程度，可用“正确度”的概念来表 征。性质：有规律，可再现，可以预测。
刘玉长
刘玉长
上篇 自动检测
自动检测技术主要介绍工业过程控制中温度、 压力、流量、物位、成分、机械量等的检测原 理、方法与检测仪表。内容如下：
检 测 技 术 基 础 刘玉长 温 度 检 测 与 仪 表 压 力 检 测 与 仪 表 流 量 测 量 与 仪 表 物 位 检 测 仪 表
机 械 量 测 量 与 仪 表
(一)测量范围与量程
测量范围:指在正常工作条件下，检测系统或仪 表能够测量的被测量值的总范围，测量范围用 下限值ymin至上限值ymax来表示，即ymin～ ymax。 测量量程:为测量范围上限与下限的代数差，即 yFS=ymax-ymin FS：Full Scale S分度号热电偶 0 ～ 1750 ℃，测量范围，和根 据需要确定 测量量程：yFS=ymax-ymin =1750-0=1750℃ B分度号热电偶 500 ～ 1800℃ yFS=ymax-ymin =1800-500=1300℃
准确度
Δ 仪表的允许误差 100% max 100% 仪表的量程 yFS
设计高温实验炉为例，采用S分度号热电偶， 最大允许误差2℃， yFS=ymax-ymin =1750-0=1750℃， 准确度=(2/1750)×100%=0.11%，需要0.2级仪 表 刘玉长
0.03/10×100%=0.3% 因为我国的自动化仪表精度等级中不推荐 采用0.3级仪表。 往较大级别取值，所以仪表的准确度等级应为 0.5级。 刘玉长
原因：装置误差、环境误差、使用误差 处理：统计分析、计算处理→ 减小
当测量次数足 够多时，其算 术平均值趋于0
(3) 粗大误差( abnormal error )： 指由于错误的读取示值，错误的测量方法 等所造成，明显歪曲了测量结果的误差。这种测 量值一般称为坏值或异常值，应根据一定的规则 加以判断后剔除。 性质：偶然出现，误差很大，异常数据， 与有用数据混在一起。 原因：装置误差、使用误差。 处理：判断、剔除。
五、检测仪表的主要性能指标
静态性能指标: 不必考虑仪表输入量与输出量之间的动态 关系而只需考虑静态关系，联系输入量与输出量 之间的关系式中不含有时间变量。 动态性能指标: 是测量仪表在动态工作过程中所呈现出的 特性，其反映测量仪表对随时间变化的被测量所 响应的性能，通常采用时域特性与频域特性等来 表征。 以下仅介绍静态性能指标。 刘玉长
仪表线性度示意图
1-实测曲线;2-理想曲线
变差
y上行 y下行 max yFS Hmax 100% yFS
100%
模拟时代这个问题比较突出，数字化轻松解决 刘玉长
刘玉长
5
(五)重复性
重复性指在测量装置在同一工作环境，被 测对象参量不变的条件下，输入量按同一方向 做多次（三次以上）全量程变化时，输入输出 特性曲线的一致程度。用输入输出特性曲线间 最大偏差值ΔR与量程yFS之比百分数来表示，如 图。
真值 x0是指被测量的客观真实值，有以下几种取法：
理论真值：理论上存在、计算推导出来，如三角形内角和 180°。 约定真值：国际上公认的最高基准值。如：基准米 ,定义米是 1／ 299792458秒的时间间隔内光在真空中行程的长度。 相对真值：利用高一等级精度的仪器或装置的测量结果作为近似真值
刘玉长
ΔR R 100% yFS
R
(六)分辨力
分辨力是指仪器能检出和显示被测信号的 最小变化量，是有量纲的数。分辨率是指仪器分 辨力除以仪表的量程。 对数字仪表而言，如果没有其他附加说明， 一般认为该表的最后一位所表示的数值就是它的 分辨力。分辨力的数值小于仪表的最大绝对误差。 而最大示值的倒数为数字表的分辨率。例如， 3½位表的最大示值为1999，分辨力是1，则分辨 率为： 1/1999≈1/2000=0.0005= 0.05% 即万分之五。 刘玉长
第一章 自动检测技术基础
本章介绍自动检测技术、仪表的基 本概念与有关测量误差及处理的基本原 理与方法。 第一节 自动检测的基本概念 第二节 测量误差及处理方法 第三节 测量不确定度
刘玉长
成 分 分 析 仪 表
显 示 仪 表
新 型 检 测 技 术 与 仪 表
1
第一节 自动检测的基本概念
一、检测
检测即测量，是为准确获取表征被测对象 特征的某些参数的定量信息，利用专门的技术工 具，运用适当的实验方法，将被测量与同种性质 的标准量(即单位量)进行比较，确定被测量对标 准量的倍数，找到被测量数值大小的过程。 获取被测对象定量信息并和标准值比较。
刘玉长
刘玉长
3
显示(记录)仪表
四、检测仪表的分类
按被测参数性质分： 过程参数(温度、压力、流量、物位、成份 )； 电气参数(电能、电流、电压等)； 机械量(位移、速度、振动等)；
数字式显示
显示屏显示
刘玉长
压力表 过程 刘玉长
电流电压表 电气
振动分析 机械量
检测仪表的分类
按使用性质分类：实用型、范型和标准型； 接触比较多的是实用性。 其他分类方式：工作原理不同，分为模拟式、 数字式和图像式等；按仪表功能的不同，可分 为指示仪、记录仪、积算仪等；按仪表系统的 组成方式的不同，分为基地式仪表和单元组合 式仪表；按仪表结构的不同，分为开环式仪表 与闭环式(反馈式)仪表。 刘玉长
(三) 线性度
仪表实测输入输出特性 曲线与理想线性输入输出特 性曲线的偏离程度(如图)。用 实际输入输出特性曲线与理 想输入输出特性曲线间最大 偏差值Δ m与量程yFS之比百 分数来表示，如图。
线性度
m 100% yFS
(四)变差
变差也称回差或迟滞误差，在外界条件不 变的前提下，使用同一仪表对某一参数进行正反 行程(即逐渐由小到大和逐渐由大到小)测量，两 示值之差为变差，变差反映仪表检验时所得的上 升曲线与下降曲线经常出现不重合的现象。 原因：检测装置中的弹性元件、机械传动 中的间隙和内摩擦、磁性材料的磁滞。
传感器 电量
变送器
电量/数字量
检测仪表的组成框图
刘玉长
刘玉长
(二) 变送器
其作用是将敏感元件输出信号变换成既保 存原始信号全部信息又更易于处理、传输及测量 的变量，因此要求变换器能准确稳定的实现信号 的传输、放大和转化。
刘玉长 热电偶
温度传感器
压力传感器
刘玉长
研华变送模块
(三) 显示(记录)仪表
也称二次仪表，其将测量信息转变成人感 官所能接受的形式，是实现人机对话的主要环节。 显示仪表可实现瞬时或累积量显示，越限和极限 报警，测量信息记录，数据自动处理，甚至参量 调节功能。一般有模拟显示、数字显示与屏幕显 示三种形式。
刘玉长
→检 定。 0.2级表可以校正 0.5级
标准仪器的测量标准差< 1/3 测量系统标准差
2、相对误差
相对误差是指被测量的绝对误差与约定值的 百分比，通常有三种表示方式： (1)实际相对误差：约定值为被测量的真值。 δ 实=Δ/x0 ×100% 真值x0， Delta（大写Δ，小写δ (2)给出值相对误差：约定值可选“测量值”、 “标称值”、“实验值”、“示值”、“刻度值” 等。 δ给=Δ/x ×100% (3)引用误差：约定值为仪表量程yFS。 δ引=Δ/ yFS ×100% 刘玉长
刘玉长
刘玉长
4
(二)准确度
定义：准确度也称精确度，是指测量结果与实际值
相一致的程度，是测量的一个基本特征。
准确度 Δ 仪表的允许误差 100% max 100% 仪表的量程 yFS
准确度等级(精度等级)
国际法制计量组织(OIML)建议书No.34推荐， 仪表的准确度等级采用以下数字： (1,1.5,1.6,2,2.5,3,4,5,6)×10n ,n=1,0,-1,-2,-3等 上述数列中禁止在一个系列中同时选用 1.5×10n和1.6×10n，3×10n也只有证明必要和合 理时才采用。 我国自动化仪表精度等级【GB/T13283-2008】 有0.01、0.02、(0.03)、(0.05)、0.1、0.2、0.25、 (0.3)、(0.4)、0.5、1.0、1.5、(2.0)、2.5、4.0、5.0 等级别(括号内的精确度等级不推荐采用)。 一般科学实验用的仪表精度等级在0.05级以 上；工业检测用仪表多在0.1~5.0级，其中校验用 的标准表多为0.1或0.2级，现场用多为0.5~5.0级。 刘玉长
原因：原理误差、方法误差、环境误差、使用误差。 处理：理论分析、实验验证→ 修正。
刘玉长
6
(2)随机误差(random error)：指在实际条件下多 次测量同一个量时，如果误差的绝对值和符号以 不可预定方式变化的误差，它反映了测量结果的 分散性，可用“精密度”的概念来表征。
性质： 对称性 正态分布 单峰性 有界性 抵偿性
《自动检测和过程控制》 (第4版) 电子课件
王水波
手机 13012385365 Email：422696783@ 地址：A区综合实验大楼 336房间