一过程检测技术基础PPT课件

1 第一章过程检测技术基础 1 1测量的概念1 1 1测量的定义测量就是用实验的方法 借助专门仪器或设备把被测量物理量X与同性质的单位标准量V进行比较 从而确定被测量数值Xm的过程 测量结果即是测量单位V与倍数值Xm的乘积 即 一般指示型测量仪表 都必须利用某些物理 化学效应 将被测量转换为便于比较的信号形式 如指针位移 并把单位标准量转换成标尺刻度 指针位置对应的刻度值就是包含单位标准量的倍数 即为测量值 测量过程的实质 是将被测量与体现测量单位的标准量比较 对被测参数信号形式转换的过程 2 1 1 2测量方法1 按测量敏感元件是否与被测介质接触分 接触测量 非接触式测量 2 按被测变量的变化速度分 静态测量 动态测量 3 按比较方式分 直接测量 间接测量 4 按测量原理分 偏差法 零位法 微差法测量 5 按检测系统的结构分 开环式测量 闭环测量1 2测量误差及处理误差 是被测参数的测量值与客观真实值之差 真实值 是一个理想的概念 真实值往往是不可知的 实际测量过程中 一般是把以下值作为真实值 1 约定真值 国际公认的某些基准量 长度 质量 时间等 2 相对真值 用标准仪表的指示值作为真实值 3 理论真值 理论设计和理论公式的表达值 3 3 引用误差 为仪表的量程 2 相对误差 1 2 1测量误差的形式1 绝对误差 为满度误差 emax为允许最大绝对误差 4 1 2 2测量误差的分类1 按误差的测量条件分类 1 基本误差 是仪表在额定工作条件下工作时仪表本身产生的误差 2 附加误差 是当仪表偏离规定工作条件时所产生的新误差 2 按误差产生的原因分类 1 系统误差 是在相同测量条件下 多次测量同一被测量时 测量结果的误差大小与符号均保持不变或按某一确定规律变化的误差 原因 由于仪表使用不当或测量时外界条件变化等原因所引起的 克服 可通过对测量结果进行修正而消除 2 随机误差 是在相同测量条件下 对参数进行重复测量时 以不可预计的形式变化的误差 原因 是由许多微小变化的复杂因素共同作用的结果 克服 可采取多次测量求平均值的方法减小随机误差 3 粗大误差 是测量结果显著偏离被测值的误差 原因 主要是人为因素造成的 克服 带有这类误差的测量结果毫无意义 应予以剔除 5 1 2 3测量误差的分析与处理测量分析 先剔除粗大误差 后修正系统误差 再分析随机误差 1 系统误差的分析与处理特性 具有确定性 重现性和修正性 系统误差处理 1 合理选择测量方法 校验检测仪表 保证仪表的测量条件 防止产生系统误差 2 采用交换法 代替法 补偿法等消除或减小系统误差 3 通过机械调零 人工修正 增加自动补偿环节等措施消除系统误差 2 随机误差分析与处理特性 具有对称性 有界性和抵偿性 6 随机误差对测量结果的影响可以用标准误差 表示 有限测量次数情况下标准误差一般表示为 式中n 测量次数 趋于无限 eai Xi Xt 第i次测量产生的误差Xi 第i次测量值 Xt 真实值 图1 1随机误差的正态分布 标准误差反映测量结果的分散程度 图1 2 值的影响 7 置信区间 随机误差出现的区间 K 置信概率 置信区间测量值出现的概率 取置信区间为 2 时置信概率为95 45 取置信区间为 3 时置信概率为99 97 3 粗大误差分析与处理莱伊特判定准则 的误差为粗大误差 必须剔除 4 检测系统的误差确定多个环节或仪表组成的检测系统中 用各环节误差的标准误差来估计系统的总误差 即 8 1 3检测仪表的组成与分类1 3 1检测仪表的基本组成1 检测仪表的基本组成 1 检测部分 直接感受被测变量 并将其转换为便于测量传送的位移 电量或其它形式的信号 2 转换部分 对测量信号进行转换 放大或其它处理 如温度 压力补偿 线性校正 参数计算等处理 传感器 是指能输出远传信号的检测 转换仪表 主要用于将检测敏感元件输出转换成电气信号 变送器 是指输出标准信号的传感器 3 显示部分将测量结果以指针 记录笔 计数器 数码管 CRT及LCD屏以模拟 数字 曲线 图形等方式指示 记录下来 9 2 检测仪表的结构形式 1 开环式结构 特点 简单 直观 性能不高 2 闭环式结构 特点 消除了转换 显示环节干扰的影响 性能较高 10 1 3 2检测仪表的分类 1 按被测参数分类 化工 电工 机械量检测仪表 2 按指示方式分类 指示型 记录型 远传型仪表等 4 按敏感元件与介质的联系分类 接触式 非接触式检测仪表 5 按仪表的组合方式分类 基地式 单元组合仪表 基地式仪表 集测量 显示 调节各部分功能于一体 单独构成一个固定的控制系统 单元组合式仪表 将检测变送 控制 显示等功能制成各自独立的仪表单元 各单元间用统一的输入输出信号相联系 可以根据实际需要选择某些单元进行适当的组合 搭配 组成各种测量系统或控制系统 11 1 4检测仪表的性能指标1 4 1精确度1 精确度 反映仪表在规定使用条件下 测量结果准确程度 emax 允许最大绝对误差 2 精度等级用精度等级来划分仪表精度值 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括号内等级必要时采用 12 1 4 2线性度线性度是仪表特性曲线逼近直线特性的程度 elmax 仪表特性曲线与理想直线特性间的最大偏差 1 4 3灵敏度及分辨率1 灵敏度反映仪表示值对被测量变化的幅值敏感程度 X 被测参数改变量 Y 仪表输出变化量 仪表的性能主要取决于仪表的基本误差 如果单纯提高灵敏度无法提高准确性 会出现虚假的高精度 因此 仪表标尺刻度上的最小分格值 emax 13 2 分辨率分辨率 是指仪表能够检测出被测量最小变化的能力 在检测仪表的刻度始点处的分辨率称为灵敏限 分辨力 表示数字式仪表灵敏度的大小 是指仪表在最低量程上最末一位数字改变一个字所表示的物理量 1 4 4变差在外界条件不变的情况下 使用同一仪表对同一变量进行正 反行程 被测参数由小到大和由大到小 测量时 仪表指示值之间的差值 称为变差 又称回差 图1 6检测仪表的变差 ehmax 仪表的正 反行程指示值最大偏差值 原因 传动机构的间隙 运动部件的摩擦 弹性元件的弹性滞后的影响等 14 1 4 5可靠性衡量仪表可靠性的指标是有效率 定义