自动检测技术及仪表控制系统复习题（第二版）化学工业出版社

1Date 1*1.2基本概念1.2.1测量范围、上下限及量程：量程 =上限值 -下限值1.2.2零点迁移和量程迁移：零点的变化为零点迁移；量程的变化为量程迁移。Date 2*1.2基本概念 1.2.3灵敏度和分辨率： 灵敏度： 仪表输出变化量与引起变化的输入量之比。 分辨率： 能引起仪表输出响应和分辨的最小输入量。1.2.4误差： 绝对误差 =示值 -约定真值 相对误差（ %） =绝对误差 /约定真值 引用误差（ %） =绝对误差 /量程 最大引用误差（ %） =最大绝对误差 /量程Date 31.2.4误差： 测量误差及分类 绝对误差： =Ax 0某采购员分别在三家商店购买 100kg大米、 10kg苹果、 1kg巧克力，发现均缺少约0.5kg， 但该采购员对卖巧克力的商店意见最大，是何原因？ (1-1)Date 4*1.2.4误差： 相对误差及精度等级 几个重要公式：示值相对误差满度（引用）相对误差仪表准确度等级Date 5*1.2基本概念n 1.2.5精确度：n 最大引用误差去掉百分号（ %）后的数字来衡量。n 仪表精度等级： 0.1级、 0.2级、 0.5级。 Date 6*1.2.5精确度： 仪表的准确度等级和基本误差 例：某指针式电压表的精度为 2.5级，用它来测量电压时可能产生的满度相对误差为 2.5% 。Date 7例： 某指针式万用表的面板如图所示，问：用它来测量 直流 、 交流（ ） 电压时，可能产生的满度相对误差分别为多少？1.2.5精确度： 仪表的准确度等级和基本误差 Date 8例： 用指针式万用表的 10V量程测量一只 1.5V干电池的电压，示值如图所示，问：选择该量程合理吗？1.2.5精确度： 仪表的准确度等级和基本误差 Date 9用 2.5V量程测量同一只 1.5V干电池的电压，与上图比较，问示值相对误差哪一个大 ？1.2.5精确度： 仪表的准确度等级和基本误差 Date 101.2基本概念 1.2.6滞环、死区和回差1.2.7重复性和再现性1.2.8可靠性Date 112Date 122.1检测精度 可用误差表示，精度低即测量误差大。精度 ： 测量结果与真值吻合程度 定性概念测量精度举例不精密（随机误差大）准确（系统误差小）精密（随机误差小）不准确（系统误差大 ）不精密（随机误差大）不准确（系统误差大）精密（随机误差小）准确（系统误差小）Date 132.2误差分析的基本概念 2.2.1真值、测量值与误差的关系 x=M-A0 算术平均值： A= (M1+M2+ Mn) *1/n 平均值与真值之间的偏差： 偏差 =A-A0Date 142.2误差分析的基本概念 2.2.1真值、测量值与误差的关系定义： x 测量误差M 测量结果A0 真值测量结果与其真值的差异真值： 被测量的客观真实值理论真值： 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(氪 -86的能级跃迁在真空中的辐射波长 )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1m=1 650 763.73 标准仪器的测量标准差 1/3 测量系统标准差 检定定性概念，定量表示 x=M-A0Date 152.2误差分析的基本概念2.2.2几种误差的定义 残差：各测量值与平均值的差 方差： 标准误差： 协方差与相关系数：Date 16*2.2.3测量的准确度与精密度精密度 ：概念 ：重复测量时，测量结果的分散性表述 ：随机误差的标准差。准确度 ：性质 ：测量结果与真值的接近程度，系统误差的影响程度表述 ：平均值与真值的偏差 。精确度 ： ( 正确度 )性质 ：系统误差和随机误差综合影响程度表述 ：不确定度 ( uncertainty )。工程表示 ： 引用误差，最大允许误差相对于仪表测量范围地百分数0.1, 0.2, 0.5, 1.0, 1.5, 2.5, 5.0 七级Date 172误差分析基础及测量不确定度 2.3误差原因分析(1) 原理误差 ： 测量原理和方法本身存在缺陷和偏差近似：如：非线性 比较小时 可以近似为线性假设： 理论上成立、实际中不成立 如：误差因素互不相关(2) 装置误差 ： 测量仪器、设备、装置导致的测量误差机械：零件材料性能变化、配合间隙变化、传动比变化、蠕变、空程电路：电源波动、元件老化、漂移、电气噪声(3) 环境误差 ： 测量环境、条件引起的测量误差空气温度、湿度，大气压力，振动，电磁场干扰，气流扰动，(4) 使用误差 ：理论分析与实际情况差异方法： 测量方法存在错误或不足如：采样频率低、测量基准错误读数误差、违规操作、Date 18*2.4误差分类 系统误差、随机误差、粗大误差、 动态误差系统误差 ( system error ) ：性质 ：有规律，可再现，可以预测原因 ：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 修正粗大误差 ( abnormal error ) ：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Date 194Date 204.2 接触式测温 4.2.1热电偶测温 热电偶是以热电效应为原理的测温元件，能将温度信号转换成电势信号（ mV） 。 特点：结构简单、测温准确可靠、信号便于远传。一般用于测量 500 1600 之间的温度。 4.2.1.1 热电偶测温原理 将两种不同的导体或半导体连接成闭合回路，若两个连接点温度不同，回路中会产生电势。此电势称为热电势。 Date 21先看一个实验 热电偶工作原理演示 结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。 热 电极 A右端称为： 自由端 （参考端、冷端 ） 热电偶的工作原理 左端称为： 测量端 （工作端、热端 ） 热 电极 B热电势ABDate 22通过以上演示得出结论 有关热电偶热电势的讨论热电偶两结点所产生的总的 热电势 等于热端热电势与冷端热电势 之差 ，是两个结点的 温差 t 的函数 ： EAB（ T， T0） =eAB （ T ） - eAB （ T0 ）热电势大致与 两个结点的 温差 t 成正比Date 231、接触电势当不同导体 A、 B接触时，两边的自由电子密度不同，在交界面上产生电子的相互扩散，致使在接触处产生接触电势。其大小取决于两种材料的种类和接触点的温度。t热端A Bt0冷端eAB( t ) = Kte l nNA( t ) NB( t ) NA( t )、 NB( t ) 自由电子密度； e 单位电荷Date 242、温差电势对于同一金属 A（或 B），其两端温度不同，自由电子所具有的动能不同，也会产生相应的电势，称为温差电势。热电势由两部分组成：接触电势和温差电势。但温差电势值远小于接触电势，常忽略不计。tA Bt0Date 253、 回路总电势热电偶回路总电势由接触电势和温差电势叠加而成，称 热电势 。由于温差电势很小，热电势基本由接触电势构成：EAB （ t， t0） = e AB （ t） - e AB（ t0）此计算式中，有的常数很难确定，无法实用。实际中用实测标定。但从上述公式可以得出基本结论：对于确定的热电偶，热电势只与热端和冷端温度有关。 当冷端温度固定时， E（ t， t0） 是热端温度 t 的单值函数。44.2.1.2 热电偶的应用定则1、 均质导体定则由一种均质导体或半导体组成的闭合回路中，不论其截面和长度如何，以及沿长度方向上各处的温度分布如何，都不能产生热电势。因此，热电偶必须由两种不同材料的均质导体或半导体组成。但其截面和长度不限。2、 中间导体定则在热电偶回路中接入另一种中间导体后，只要中间导体两端温度相同，中间导体的引入对热电偶回路的热电势没有影响。因为热电偶在使用时，总要将热电偶回路打开，接入测量仪表，即插入第三种导体。 测量仪表有 EABC (t， t0)=eAB(t)+ eBC(t0)+ eCA(t0) 当 t = t0 时 有 eAB(t0)+ eBC(t0)+ eCA(t0)= 0 即 eBC(t0)+e CA(t0)= e AB(t0) 则 EABC (t， t0)= e AB(t) e AB(t0)设将热电偶 AB一端打开，接入第三种导体 C v由此可知，只要接入第三种导体的两个连接点温度相等，它的接入对回路电势毫无影响。这一结论可以推广至接入多种导体。A BCt 0 t 0t *3、 中间温度定则一支热电偶在两