第3章 檢測儀表與傳感器

1、第3章 檢測儀表與傳感器,概述 壓力檢測及儀表 流量檢測及儀表 物位檢測及儀表 溫度檢測及儀表,秒的定義,以銫原子(133)的原子基態(tài)兩個超精細(xì)能級間躍遷輻射9,192,631,770周所持續(xù)的時間。,千克的定義,以鉑銥合金制成、底面直徑為39毫米、高為39毫米的國際千克原器（圓柱體）的質(zhì)量被規(guī)定為1千克。目前它保存在法國巴黎的國際計量局里。,一米是怎樣定義的,國際單位制中長度的單位，是七個基本單位之一。1983年被定義為光在真

2、空中1/299792458秒的時間內(nèi)所通過的距離。（第17屆國際計量大會，第一號決議） 由于我們已經(jīng)事先定義光速精確值為299，792，458米每秒，米的這個定義使得它的長度只依賴于一秒的持續(xù)時間?，F(xiàn)在，光在真空中兩點間傳播的時間長短不再關(guān)系到光的速度，而是決定著兩點間的距離！,3.1 概述,檢測過程與測量誤差 儀表的性能指標(biāo) 工業(yè)儀表的分類,概述,檢測儀表用來檢測生產(chǎn)過程中的各個有關(guān)參數(shù)的技術(shù)工具。傳感器用來將生產(chǎn)過

3、程中的各個有關(guān)參數(shù)轉(zhuǎn)換為一定的便于傳送的信號（電信號或者氣壓信號）的儀表。變送器當(dāng)傳感器的輸出為單元組合儀表中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)信號事，通常稱為變送器。,3.1.1 檢測過程與測量誤差,檢測過程,參數(shù)檢測就是用專門的技術(shù)工具，依靠能量的變換、實驗和計算找到被測量的值。,傳感器、變送器定義參見P35。,測量誤差,測量誤差——儀表測得的測量值 與被測真值 之差,由于 xt 在理論上是無法真正被獲取的，因此，測量誤差就是指檢測儀表

4、和標(biāo)準(zhǔn)表（精度較高）在同一時刻對同一被測變量進(jìn)行測量所得到的2個讀數(shù)之差。 即：,x0——標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù),測量誤差的幾種表示形式：,絕對誤差,相對誤差,儀表的精確度,一臺0～1000kPa的壓變，其最大絕對誤差10kPa(在整個量程范圍內(nèi))另一臺0～400kPa的壓變，其最大絕對誤差5kPa， 哪臺精度更高？,雖然后者的最大絕對誤差較小，但這并不說明后者較前者精度高。在自動化儀表中，通常是以最大相對百分誤差來衡量儀表的精確度，定義儀表的精度

5、等級。,由于儀表的絕對誤差在測量范圍內(nèi)的各點上是不相同的，因此在工業(yè)上通常將絕對誤差中的最大值，即把最大絕對誤差折合成測量范圍的百分?jǐn)?shù)表示，稱為最大相對百分誤差:,儀表的精度等級（精確度等級）是指儀表在規(guī)定的工作條件下允許的最大相對百分誤差。,3.1.2 檢測儀表的主要性能指標(biāo),檢測儀表的主要性能指標(biāo),儀表的精確度等級：指儀表在規(guī)定的工作條件下允許的最大相對百分誤差。（把儀表允許的最大相對百分誤差去掉“±”號和“％”號，便可

6、用來確定其精度等級）,目前，按照國家統(tǒng)一規(guī)定所劃分的儀表精度等級有： 0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等。所謂的0.5級儀表，表示該儀表允許的最大相對百分誤差為±0.5％，以此類推。精度等級一般用一定的符號形式表示在儀表面板上：,1.5,也有以 ±0.2％FS 等形式寫出儀表的精度等級是衡量儀表質(zhì)量優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一。精度等級數(shù)值越

7、小，儀表精確度越高。精度等級數(shù)值小于等于0.05的儀表通常用來作為標(biāo)準(zhǔn)表，而工業(yè)用表的精度等級數(shù)值一般大于等于0.5。,檢測儀表的主要性能指標(biāo),☆☆儀表的精確度等級☆☆,例1：某壓力變送器測量范圍為0～400kPa，在校驗該變送器時測得的最大絕對誤差為—5kPa，請確定該儀表的精度等級。,解：先求最大相對百分誤差,去掉?和%為1.25，因此該變送器精度等級為1.5級,例2：根據(jù)工藝要求選擇一測量范圍為0~40m3/h的流量計，要求測

8、量誤差不超過?0.5 m3/h，請確定該儀表的精度等級。,解：同樣，先求最大相對百分誤差,因此該流量計必須選擇1.0級的流量計,結(jié)論： 工藝要求的允許誤差 ≥ 儀表的允許誤差 ≥ 校驗所得到的相對百分誤差,檢測儀表的主要性能指標(biāo),☆☆儀表的精確度等級☆☆,例3：某被測溫度信號在70～80℃范圍內(nèi)變化，工藝要求測量誤差不超過±1％，現(xiàn)有兩臺溫度測量儀表，精度等級均為0.5級，其中一臺儀表的測量范圍是0～100℃，另一

9、臺儀表的測量范圍是0～200℃，試問這兩臺儀表能否滿足上述測量要求。,解：由題意可知，被測溫度的允許最大絕對誤差為：|△max|＝80×1％＝0.8℃ 測量范圍為0～100℃的儀表的最大允許絕對誤差為：|△max|1＝100×0.5％＝0.5℃ 測量范圍為0～200℃的儀表的最大允許絕對誤差為：|△max|2＝200×0.5％＝1.0℃ 根據(jù)上述計算，雖然兩臺儀表的精度等級均為0.

10、5級，但只有測量范圍是0～100℃的溫度測量儀表才滿足本題的測量要求。,檢測儀表的主要性能指標(biāo),變 差,在外界條件不變的情況下，使用同一儀表對被測變量在全量程范圍內(nèi)進(jìn)行正反行程（即逐漸由小到大和逐漸由大到?。y量時，對應(yīng)于同一被測值的儀表輸出可能不等，二者之差的絕對值即為變差。變差的大小，根據(jù)在同一被測值下正反特性間儀表輸出的最大絕對誤差和測量儀表量程之比的百分?jǐn)?shù)來表示 ：,檢測儀表的主要性能指標(biāo),靈敏度和分辨力,靈敏度是表征

11、檢測儀表對被測量變化的靈敏程度，它是指儀表的指示位移變化量與被測參數(shù)變化量之比，即,靈敏度＝Δy/Δx,分辨力又稱為靈敏限，是能引起儀表指針發(fā)生位移變化的被測參數(shù)的最小變化量。 它也是靈敏度的一種反映。對數(shù)字式儀表來說，分辨力就是數(shù)字顯示儀表變化一個LSB（二進(jìn)制最低有效位）時輸入的最小變化量。,檢測儀表的主要性能指標(biāo),線性度,在通常情況下，總是希望測量儀表的輸出量和輸入量之間呈線性對應(yīng)關(guān)系。測量儀表的線性度就是用來表征儀表的輸出量和輸

12、入量的實際對應(yīng)關(guān)系與理論直線的吻合程度。,通常線性度用實際測得的輸入－輸出特性曲線（也稱為校準(zhǔn)曲線）與理論直線的之間的最大偏差和測量儀表量程之比的百分?jǐn)?shù)來表示：,檢測儀表的主要性能指標(biāo),反應(yīng)時間,顯示值變化相對于實際值變化的滯后時間。用來衡量儀表能不能盡快反應(yīng)出參數(shù)變化的品質(zhì)指標(biāo)。,3.1.3 工業(yè)儀表的分類,按儀表使用的能源分類：電動；氣動。按信息的獲得、傳遞、反應(yīng)和處理的過程分類：檢測儀表；顯示儀表；集中控制裝置；控制儀表、

13、執(zhí)行器。按儀表的組成形式分類：基地式儀表；單元組合儀表。,過程參數(shù)的一般檢測原理,敏感元件（傳感器）是按照一定的原理把被測變量的信息轉(zhuǎn)換成另一種可進(jìn)行進(jìn)一步處理或表示的信息。這個轉(zhuǎn)換過程一般都是利用諸多的自然規(guī)律和基礎(chǔ)效應(yīng):,守恒定律,守恒定律是自然界最基本的定律，它包括能量守恒、動量守恒等等。,場的定律,如靜電場、電磁場的感應(yīng)定律、動力場的運動定律等等。典型例子：電容傳感器。,熱電效應(yīng),把兩種不同的導(dǎo)體或者半導(dǎo)體連接成閉合的回路，