第三章检测仪表与传感器(概述).ppt

第三章检测仪表与传感器,概述,Instrumentationandsensor,教学内容,测量过程与测量误差仪表的性能指标检测系统中常见的信号类型检测系统中信号的传递形式工业仪表的分类检测方法及检测仪表的分类,3.1概述,传感器：将工艺参数检测出并转换为一定的便于传送的信号的仪表。,变送器：将所测得的工艺参数转换为统一的标准信号，送往控制器或显示仪表，则传感器就为变送器。,基本概念,单元组合仪表：将对参数的检测、控制、显示等各部分分别做成只能完成某一种特定功能而又能各自独立工作的单元仪表，单元仪表之间用统一标准信号相互联系。,基本概念,QDZ中，转换为0.020.1Mpa,DDZ的发展阶段,DDZ中，DDZ-,转换为010mADCDDZ-,转换为420mADC,DDZ-型电子管为主要器件DDZ-晶体管为主要器件DDZ-集成电路为核心器件,进出控制室的传输信号电流信号,控制室内仪表的联络信号电压信号,电动仪表之间信号传输方式,一测量过程与测量误差,1测量过程,测量仪表是实现这种比较的工具,实质上是将被测参数与其相应的测量单位进行比较的过程。,测量仪表,将被测参数经过一次或多次信号能量的转换，转换成便于测量的信号能量形式，并由指针位移或数字形式显示出来。,2测量误差measuringerror,测量值与真实值的差异。,测量误差的表示方法（常有两种）,绝对误差,相对误差,（1）绝对误差(),理论上：,工程上：,=xi-xt,=x-x0,有单位，有正负号。,绝对误差常指：max,误差产生的原因,选用的仪表精确度有限，实验手段不够完善、环境中存在各种干扰因素，以及检测技术水平的限制等原因。,（2）相对误差（y）,某一点的绝对误差与它的真实值xt（或x0）之比,y仪表在x0处的相对误差。有正或负号，无量纲，用%表示。,二.测量仪表的品质指标performancespecification,衡量仪表性能优劣的指标,精度等级指示变差（恒定度）灵敏度和灵敏限分辨力线性度反应时间,常用的指标,1精确度（精度）,A,B,0-100,0-1000,1,思考,两大影响因素,绝对误差,仪表的标尺范围,（1）相对百分误差,工程上将绝对误差折合成仪表标尺范围的百分数表示。,越小，表越精确，实际上使用不方便。,（2）允许误差允,出厂的仪表保证基本误差不超过某一规定值。,表示方法,允越大，仪表的准确度越低,在测量范围内，任一点的测量误差不应超过允,（3）精度等级,根据仪表的允许误差，去掉“”和“%”，可确定其精度等级,我国仪表常用的精度等级：,越小，精度越高。,0.0050.020.05,作标准表校验用,0.10.20.40.5,实验室用,1.01.52.54.0,工业现场用,一般生产中,1.5,1.5,1.5,一般表示符号,在误差允许范围，选用精度比较低的仪表经济实惠。,例1,某台测温仪的测温范围为200-700校验时得到的最大误差为4，确定该仪表的精度等级。,因为0.5%0.8%1.0%，所以该仪表的精度等级为1.0级。,解：该仪表的最大相对百分误差,例2,某台测温仪的测温范围为0-1000。根据工艺要求，温度指示值的误差不允许超过7，试问应如何选择仪表的精度等级才能满足以上要求？,解：根据工艺要求，仪表的允许误差为,此数介于0.5-1.0之间，如选精度等级为1.0的仪表，其允许误差为1.0%，超过了工艺上允许的数值，故应选的0.5级仪表。,确定仪表的精度等级时，要求仪表的允许误差应该大于或等于仪表校验时所得到的最大相对百分误差；根据工艺要求来选择仪表的精度等级时，仪表的允许误差应该小于或等于工艺上所允许的最大相对百分误差。,小结,例3,有两台测温仪表，它们的测温范围分别为0100和100300，校验表时得到它们的最大绝对误差均为2，试确定这两台仪表的精度等级。,解这两台仪表的最大引用误差分别为,一台仪表的精度等级为2.5级，而另一台仪表的精度等级为1级。,例4,某台测温仪表的工作范围为0500，工艺要求测温时测量误差不超过4，试问如何选择仪表的精度等级才能满足要求？,解根据工艺要求，仪表的最大引用误差为,应选择0.5级的仪表才能满足要求,2.指示变差（恒定度）,正行程测量：反行程测量：,指示变差：用同一仪表对相同的被测参数值进行正、反行程测量时，得到的正反行程指示值之差。,变差是衡量仪表重复性（复现性）、稳定性的品质指标。,变差表示方法,仪表示值,被测参数,正行程,反行程,max,变差越小越好，恒定度越大。,原因：,注意：,齿轮之间的间隙、传动部件之间的磨擦、弹性件的滞后等。,变差不能超过仪表的允许误差。,3灵敏度与灵敏限（灵敏域）,灵敏度（S）:,a,表示方法,S越高，越灵敏,反映仪表对被测参数变化的灵敏程度,灵敏限:,注意：仪表的,能引起仪表指针发生动作的被测参数的最小变化量。,分辨率（数字仪表）,仪表量程上最末一位改变一个数所表示的被测参数变化量。,例,1.七位数值电压表，在最低量程满度值为1V时2.某仪表为：.量程0-999,4.反应时间,用来衡量仪表能否尽快反映出参数变化的品质指标。,反映仪表动态特性的好坏,反应时间的表示方法,t0,x0,x,63.2%,t,输入信号突然变化一个数值后，输出信号（即指示值）由,开始新稳定值的63.2%开始新稳定值的95%,越短越好,所用的时间,5.线性度,用来说明输出量与输入量的实际关系曲线偏离直线的程度。,仪表示值,被测参数,fmax,f越大，线性度越不好,表示方法,6.重复性,检测仪表在被测参数按同一方向作全量程连续多次变动时，所得标定特性曲线不一致的程度。,被控变量,仪表示值,Zmax1,Zmax2,重复性误差,重复误差越小，重复性越好,三.检测系统中的常见信号类型,检测仪表将被测参数转换成便于传输和显示的信号类型：,位移信号,压力信号,光信号,电气信号,包括直线位移和角位移。放大、传输、转换较容易。,1.位移信号,2.压力信号,传送速度慢，距离短，不宜实现大范围集中控制，与计算机连用困难。,包括气压信号和液压信号。,3.电信号,电压、电流、阻抗和频率信号等。,传送快，滞后小，可远距离传送，便于和计算机连用。,4.光信号,包括光通量信号、干涉条纹信号、衍射条纹信号、莫尔条纹信号等。,适于高精度、非接触测量方面。,四.检测系统中信号的传递形式,1.模拟信号,在时间上是连续变化的，即在任何瞬时都可以确定其数值的信号。,2.数字信号,以离散形式出现的不连续信号，数字量的增减只能一个一个单位的增大或减小。,模数转换器（A/D）,模拟信号,数字信号,数模转换器（D/A）,3.开关信号,用两种状态或两个数值范围表示的不连续信号。,电触点继电器,模拟信号,开关信号,五.工业仪表的分类,按仪表使用的能源分按信息的获得、传递、反映、和处理的过程分类按仪表的组成形式来分类,1.按仪表使用的能源分类,（1）气动仪表,简单、直观、可靠；抗干扰能力强；价格低廉、防火防爆；但信号传递慢，距离短，不适于集中显示与控制，与计算机联用困难。,（2）电动仪表,信号联系方便；适于远距离传送和集中控制、便于与计算机联用，可防火防爆；但结构复杂，易受环境影响（温度、湿度、电磁场、放射性等）。,（3）液动仪表(略),常用,2.信息的获得、传递、反映、和处理的过程分类,（1）检测仪表（2）显示仪表,（3）集中控制装置（4）控制仪表（5）执行器,集中控制装置,显示仪表,生产过程,检测仪表,执行器,控制仪表,各类仪表的作用,3.按仪表的组成形式来分类,（1）基地式仪表,将测量、显示、控制等各部分集中组装在一个壳体内，形成一个整体。,适于现场就地检测和控制（单参数）,（2）单元组合式仪表定义（略）各单元间可任意组合，实用性和灵活性好。QDZ仪表；DDZ仪表,六测量仪表的分类,1.测量仪表的分类,（2）按测量参数不同分,（1）按使用能源分,（3）按显示形式分,调节型,信号型,累积型,记录型,数字显示型,指示型,实际仪表有时是几种形式的组合,（4）按仪表实际用途分,实用仪表：工业用（简单可靠、准确度要求不太高）实验室用（要求准确度高，但结构复杂）,标准仪表：（也叫范型仪表）级（初级范型）级（次级范型），作标准表定刻度用。,（5）按安装地点分,就地仪表：直接安装在工艺对象上或设备附近，只能就地读数。,盘用仪表：不直接安装在工艺对象上，在远方仪表盘上读数，分两部分一次仪表：（变送器）二次仪表：（毫伏计）,2.测量方法的分类,按测量结果的获得过程,直接测量,间接测量,（1）直接测量：直接从显示结果中确定未知量的过程。,a)偏差法测量：指针仪表优点：结构较简单、读数简便、直观缺点：精度较低,b)平衡法：将被测量与标准量比较优点：测量精度高缺点：响应较慢，测量时间较长,微差法结合平衡法和偏差法,（2）间接测量：由若干个直接测量的数据，通过计算，确定未知量的结果。,检测系统的构成,被测参数,敏感元件,信号变换,信号