华北电力大学 测量仪表PPT-第一章 绪论

小结：
一、测量的基本概念 测量的过程就是比较变换的过程。测量是用实验的方法和专门的工 具，将被测量与同种性质的标准量（即测量单位）进行比较，求取二者 比值，从而找到被测量数值大小的过程。它是利用各种物理和化学效应， 将物质世界的有关信息通过测量的方法赋予定性或定量结果的途径。测 量包含三要素：测量单位、测量方法和测量工具。 二、测量方法 测量方法是实现被测量与其测量单位比较所采用的方法。根据检测 仪表与被测对象的特点，测量方法可分为直接测量、间接测量、组合测 量；偏差法、零差法、微差法；静态测量、动态测量等。 三、测量系统 测量系统包含检测部分、分析处理部分、显示记录部分以及通信接 口部分。 检测部分：将被测量转换成电量或电路元件参数，有时称为传感器； 分析处理部分：进行阻抗匹配、信号变换和放大等处理的变换部分， 对变换得到的数字信号进行去伪存真和特征提取； 显示记录部分：表达测量结果和对结果进行存储； 通信接口部分：将信号传送到控制器、其它测量系统或上位机系统。
① 保险期 仪表使用后能有效地完成规定任务 的期限，超过了这一期限可靠性就逐渐降低。 ② 有效性 仪表在规定时间内能正常工作的概 率。概率的大小取决于系统故障率的高低、发 现故障的快慢和故障修复时间的长短。 ③ 狭义可靠性 由结构可靠性和性能可靠性两 部分组成。前者指仪表在工作时不出故障的概 率，后者指仪表能满足原定要求的概率。
第五节 仪表的检定 为评定仪表的计量性能（精确度、 灵敏度等），并确定其性能是否合格所 进行的全部工作称为检定，又称校验。 按产生被测量标准量值的方法不同， 仪表的检定方法可归纳成标准物质法和 示值比较法两种。
（l）标准物质检定法 标准物质是指能提供某一种参数的标准 量值的物质。例如在某种标准条件下，纯金 属的固一液相平衡点（熔点）温度为恒定值 而可作为温度检定的标准量值。用被检定仪 表去测标准物质提供的标准量以确定其性能 的方法就称为标准物质检定法。
5. 等精度测量 、非等精度测量
第三节
一．测量系统的组成
测量系统
一个完整的检测过程，一般应包括： ①信息的提取 —— 用传感器来完成。
②信号的放大、转换与传输 —— 用中间转换装 臵来完成。 ③信号的显示和记录 —— 用显示器、指示器或 记录仪完成。 ④信号的处理和分析 —— 用计算机、数据分析 仪、频谱分析仪等来完成。
（2）示值比较检定法 这种方法是用标准表对被检定仪表进行 检定。被检表和标准表同时测同一被测量， 把标准表的示值当成真值（约定真值），比 较二者的示值以确定被检仪表有关性能指标， 这就是示值比较检定法。 为保证检定工作的质量，一是要求标准 表的精确度要足够高，一般要求其允许误差 应小于（1／4～1／10）被检表的允许误差； 二是在检定时，应严格保证标准表与被检表 测量的是同一参数值。
精确度等级 以引用误差（ γa）的 形式表示的允许误差去掉百分号剩 下的数值就称为仪表的精确度等级 （或准确度等级），俗称精度级。
要掌握: 精确度合格的仪表应满足其 基本误差不大于仪表的允许误差， 是否满足这一要求是仪表检定工作 的主要任务之一。
注意理解：基本误差、允许误差和仪表的 精确度等级的关系。
举例2: 已知某温度仪表的的测温范围为200～600℃， 仪表刻度盘上小圆圈内标有1.0数字，试问该 仪表的准确度等级、允许误差各为多少？仪 表最大允许示值误差为多少摄氏度？对上述 温度表进行校验时，在各校验点上的数值如 下表所示： 仪表示值 200，300，400，500，600 标准表示值 正 200，301，399，498，601 反 200，300，398，497，601 根据校验记录，计算该表的基本误差和变差？ 判断该表是否合格？
（2） 信号变换部分 信号变换（Signal conversion）是使检 出的信号变换成适合于分析处理的信号。进行 变换时，重要的是考虑原始信号中哪些信息是 希望了解的，以及如何不丢失和不歪曲有用信 息。 （3）分析处理显示部分 显示部分是测量系统的输出部分。测量系统 通过它的显示元件向观察者反映被测参数的数 值。 显示元件按其显示方式的不同可分为模拟 式显示元件、数字式显示元件和屏幕式显示元 件三种。
定量描述检测仪表可靠性的度量指标有可 靠度、故障率、平均无故障工作时间、平均故 障修复时间等。
可靠度R (t)是指仪表在规定工作时间内无故 障的概率。如有100台同样的仪表，工作了 1000h后只坏了一台，就可以说这批仪表在 1000h后的可靠度是99％。反之这批仪表的不 可靠度F(t)就是1％。显然R(t)=1－ F(t)。 ● 故障率是指仪表工作到 t 时刻时单位时间内 发生故障的概率。 可靠度和故障率的关系是 R(t ) e t 。 ● 平均无故障工作时间是仪表在相邻两次故障 间隔内有效工作时的平均时间，用MTBF (Mean Time Between Failure）来代表。 ● 平均故障修复时间MTTR (Mean Time to Repair)是仪表出现故障到恢复工作时的平均 时间。
（4）通信接口与总线（Communication interface and bus）部分 其基本功能是管理两个不同系统之间的数 据、状态和控制信息的传输和交换。一个大型 检测系统中有许多测量分系统或测量节点，分 系统向上位机传送数据信息和测量状态、上位 机向下发布命令或各分系统之间交换信息都通 过接口进行。
传感器的输出一般有以下一些特点： ① 输出量为电压、电流或频率的变化，或者是 通过电阻、电容、电感的改变转换为电压、电 流、频率的变化。有模拟量和数字量两种形式。 ② 输出的电信号一般较微弱，如电压信号为毫 伏级甚至微伏级，电流信号为毫安级甚至纳安 级。 ③ 由于传感器内部噪声的存在，输出信号与噪 声混在一起。若传感器的信噪比较小而输出的 信号又弱时，则信号淹没在噪声中。 ④ 传感器的输出特性呈线性或非线性。 ⑤ 外界环境如温度、湿度、电磁场等的变化会 影响传感器的输出特性。
2、仪表的灵敏度 仪表的灵敏度是指其输出信号的变化值与 对应的输入信号变化值的比值。用数学形式表 示，在某一点处仪表的灵敏度为
d S lim x 0 x dx
式中 S——在某一点处仪表的灵敏度； φ——仪表的输出信号； x ——仪表的输入信号。
求得仪表的灵敏度后注意： 不要把单位丢掉！！ ！
mD LD 100 % A
注意：选用的对比直线不同，计算结果不同。
4 、回差（又称变差、滞后 误差）
定义：仪表上、下行程输入 — 输出曲线之间的最大偏差与量 程之比的百分数称为仪表的回 差。
产生的原因：它通常是由 于仪表运动系统的摩擦、 间隙、弹性元件的弹性滞 后等原因造成的。 合格的仪表，要求变 差不得大于仪表的允许误 差。
1、准确度 （1）示值误差 示值误差是指仪表的某 一个测量值（示值）的误差，它反映在 该点仪表示值的准确性。示值误差常可 用三种形式表示。 1）示值的绝对误差 ； 2）示值的相对误差 ； 3）示值的引用（折合）误差 示值的绝对误差和示值的相对误差 不能作为仪表的误差。
(2) 仪表的基本误差与精确度等级
5、重复性
同一工作条件下，按同一方向输入信号，并 在全量程范围多次变化信号时，对应于同一输入 值，仪表输出值的一致性称为重复性。
重复性是以全量程上最大的不一致值相对于 量程范围的百分数来表示的。
二、仪表的可靠性
随着现代工业生产自动化程度的日益提高， 测量仪表的任务不仅是提供精确的读数，而且 常常是自动化生产过程中的一个组成部分。测 量仪表的故障会影响控制系统，甚至会导致整 个生产装臵的严重事故。衡量检测仪表的可靠 性还没有专门的尺度，目前主要有三个指标来 描述，它们是保险期、有效期和狭义可靠性。
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示值的修正值及修正系数
示值的修正值 被测量真值与仪表的示 值之差称为该示值的修正值，以符号 c 表示。
c＝ α -x， α＝ x +c 显然， c = -δ，即示值的修正值与误差值大 小相等但符号相反。
修正系数 (K): 通过计算或经验方法求得 的系数。
α=Kx 在实际工作中通过示值加修正值的方法对示值 进行修正，可提高测量结果的精确度。
基本误差 在规定的正常工作条件 下，仪表整个量程范围内各点示值 误差中绝对值最大的误用误 差(γb)两种形式表示。
允许误差 按计量部门的规定，仪表 厂家保证某一类仪表的基本误差不 超过某个规定的数值，此数值就被 称为仪表的允许误差（容许误差）。
允许误差也可用绝对误差与引用误 差两种形式表示，其符号分别为δa和γa 。 注意 : 允许误差是一种极限误差，在仪 表刻度范围内各点的示值误差均应保证 小于至多等于允许误差值。
柴达木职业技术学院
过程检测仪表
化工教研室
第一章
绪论
测量的意义及发展方向 测量方法
测量系统
测量仪表的主要性能指标 仪表的检定

第一节 测量的意义及发展方向
一、测量与误差 1.测量的定义：测量是利用某种工具并以实验或 计算的方法获取被测参数数值的过程。具体说，是指 被测参数与预先确定的被测参数的“单位”进行比较， 并获取比值的过程。 2.测量的基本公式： x = αUx 式中 x——被测参数（被测量）的数值; Ux——测量单位；
软测量的基本思想是把自动控制理论与生产过程知识有机的结合起来，应用计算机技术对难以测量 或者暂时不能测量的重要变量，选择另外一些容易测量的变量，通过构成某种数学关系来推断 或者估计，以软件来替代硬件的功能。
第二节 测量方法 根据分类依据的不同，测量方法主要 有以下几种分类方法 1、直接测量、间接测量、组合测量 2、接触测量与非接触测量 3、静态测量与动态测量 4. 偏差法 、零差法 、微差法
二、测量系统各部分的作用 1、检出部分 检出（detection)部分是测量系统中形式最多样、 与被测对象关联最密切的部分。担当检出功能的器件统称 为传感器（Sensor)。 对传感器有以下的要求： ① 传感器的输出信号与被测参数在数值上应呈单值 关系，最好是线性关系； ② 传感器的输出信号应该只响应被测参数的变化， 其他一切可能的输入信号（包括噪声信号）不能影响输出 信号； ③ 传感器对被测对象状态的影响应尽量小。