测量技术的基本知识

过程参数检测与仪表，系：自动化系教研室：测控技术与仪表教师：张利锋hdlfzhang，第一章绪论，测量的意义和发展方向测量系统主要性能指标测量仪器检定，第一节测量的意义和发展方向1，测量与误差1。测量的定义：测量是通过某些工具和实验或计算获得测量参数值的过程。具体而言，它是指将测量参数与预定测量参数的“单位”进行比较并获得比值的过程。2.测量的基本公式为：X=UX X 公式中被测参数(被测)的值；Ux测量单位；通过测量获得的比值也称为测量值。实际关系应该是xUx，3。测量过程有三个要素：一是测量单位；第二是测量方法。第三，测量工具。2.测试技术和仪器的发展趋势(1)传感器正逐步向集成化、数字化、智能化、网络化和组合化方向发展；(2)不断拓展测量领域和范围，努力提高检测的准确性和可靠性；(3)软测量技术、数据融合处理方法等新技术得到快速发展和广泛应用；(4)非接触检测技术得到重视和发展；(5)智能检测系统。第2节中测量方法的分类基于分类基础。测量方法主要包括以下分类方法：1 .直接测量，间接测量，组合测量。接触测量和非接触测量3。静态测量和动态测量。离差法、零差法、微分法。等精度测量和不等精度测量。第三节。测量系统。1.测量系统和完整检测过程的组成一般应包括：1。信息提取由传感器完成。(2)信号放大、转换和传输由中间转换装置完成。(3)信号显示和记录由显示器、指示器或记录器完成。(4)信号处理和分析由计算机、数据分析仪、频谱分析仪等完成。测量系统各部分的功能检测部分是测量系统中形式最多样、与被测对象关系最密切的部分。执行检测功能的设备统称为传感器。对传感器有以下要求：传感器的输出信号和被测参数在数值上应具有单一的数值关系，最好是线性关系；(2)传感器的输出信号只应响应测量参数的变化，所有其他可能的输入信号(包括噪声信号)都不能影响输出信号；(3)传感器对被测对象状态的影响应尽可能小。传感器的输出一般有以下特点：输出是电压、电流或频率的变化，或通过电阻、电容和电感的变化转换成电压、电流和频率的变化。模拟量和数字量有两种形式。(2)输出电信号一般较弱，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)由于传感器内部存在噪声，输出信号与噪声混合在一起。如果传感器的信噪比很小，而输出信号很弱，信号就会淹没在噪声中。传感器的输出特性为线性或非线性。温度、湿度和电磁场等外部环境的变化会影响传感器的输出特性。(2)信号转换是将检测到的信号转换成适合分析和处理的信号。在转换时，重要的是要考虑原始信号中需要哪些信息，以及如何避免有用信息的丢失和失真。(3)分析处理显示部分的显示部分是测量系统的输出部分。测量系统通过其显示元件向观察者反映测量参数的值。显示元件可分为模拟显示元件、数字显示元件和屏幕大规模检测系统中有许多测量子系统或节点。子系统向上位机传输数据信息和测量状态，上位机通过接口发出向下的命令或在子系统之间交换信息。3。热工仪表及其分类(L)根据参数的不同类型，热工仪表可分为温度、压力、流量、料位、成分分析、机械量等计量仪表。(2)根据显示功能的不同，可分为指示仪表、记录仪表、产品配方仪表和信号仪表。(3)有不同的方式连接仪器形成系统，可分为直接转换型和平衡型。第四节测量仪器的主要性能指标1。测量仪器性能指标的概念：仪器的测量范围在保证规定精度的前提下，仪器要测量的区域称为仪器的测量范围。仪器的上限和下限仪器在上述相同条件下可以测量的最高和最低测量值分别称为仪器测量的上限和下限(称为仪器的上限和下限，也称为仪器的零点和满量程值)。仪器的测量范围是指测量范围的上限和下限之间的代数差。(1)准确度(1)指示误差指示误差是指仪表某一测量值(指示)的误差，反映在指针式仪表指示值的准确度上。指示错误通常可以用三种形式表示。1)指示绝对误差2)指示相对误差3)参考(转换)指示绝对误差和指示相对误差不能作为仪器误差。(2)仪器基本误差和精度等级基本误差在规定的正常工作条件下，仪器整个测量范围内各点指示误差中绝对值最大的误差称为仪器基本误差。一般来说，它可以表示为两种形式：绝对误差(b)和参考误差(b)。允许误差根据测量部门的规定，仪器制造商应确保某一类型仪器的基本误差不超过规定值，即仪器的允许误差(允许误差)。允许误差也可以用两种形式表示：绝对误差和参考误差，它们的符号分别是A和a。注意，的允许误差是一个极限误差，仪器刻度范围内各点的指示误差应保证至多小于或等于允许误差值。以参考误差(a)减去百分号的形式表示的允许误差称为仪器的准确度等级(或准确度等级)，通常称为准确度等级。要掌握：米的合格精度，基本误差不应大于该米的允许误差。是否满足这一要求是计量检定的主要任务之一。应注意理解仪器的基本误差、允许误差和准确度之间的关系。2.仪器的灵敏度仪器的灵敏度是指其输出信号的变化值与其输入信号的相应变化值之比。以数学形式表示，仪器在某一点的灵敏度是公式S中仪器在某一点的灵敏度；米输出信号；x仪表的输入信号。获得仪器的灵敏度后，注意：不要扔掉仪器！3。线性度线性度反映仪器的输入输出特性曲线与所选对比直线之间的偏差程度。线性也称为非线性误差。有三个常用的对比线，对应于三个线性表示，结束基线度2)零基线度3)最小二乘线性，并且三个线性表示指示(a)结束基线度(b)零基线度(c)最小二乘线性。注：选择不同的对比线，计算结果不同。端组：直接连接两个端点；零基：下限值一致，最大正负绝对值相等。4.齿隙的定义(也称为变化和滞后误差):wh模拟仪器的分辨率指的是与仪器表示值的可观察变化相对应的输入的最小变化值。数字仪表的分辨率被定义为与最终数字的单位变化相对应的输入量的变化值。相应输入量的变化值越小，分辨率越高。从测量的角度来看，希望仪器的分辨率会越来越高。随着现代工业生产的日益自动化，测量仪器的任务不仅是提供精确的读数，而且是自动化生产过程中不可或缺的一部分。测量仪器的故障会影响控制系统，甚至导致整个生产设备的严重事故。没有具体的尺度来衡量测试仪器的可靠性。目前，主要有三个指标来描述它们，即保险期、有效期和狭义信度。(1)仪器在保险期内使用后能有效完成规定任务的时间，超过此时间可靠性将逐渐降低。(2)有效性量表在规定时间内能够正常工作的概率。概率取决于系统故障率、故障发现速度和故障修复时间长度。狭义可靠性包括结构可靠性和性能可靠性。前者是指仪器在工作时不会发生故障的概率，而后者是指仪器能够满足原始要求的概率。定量描述测试仪器可靠性的测量指标包括可靠性、故障率、平均无故障工作时间、平均无故障维修时间等。可靠性是指仪器在规定的工作时间内不会发生故障的概率。如果有100个相同的仪器，其中只有一个在工作1000小时后损坏，那么这些仪器在1000小时后的可靠性可以说是99%。相反，这些工具的不可靠性系数为1%。显然r (t)=1-f (t)。故障率是指仪器工作到时间t时单位时间内的故障概率。可靠性与故障率的关系为。平均无故障工作时间是仪器在两次相邻故障之间有效工作的平均时间，用平均故障间隔时间(MTBF)表示。平均修复时间(MTTR)是从仪器故障到恢复的平均时间。测量的真值与仪器指示值之间的差值称为指示值的修正值，用符号C表示。C=-x，=x c显然，c=-，即指示值的修正值等于误差值，但符号相反。修正系数(K):通过计算或经验方法获得的系数。在实际工作中，通过将校正值加到指示值上来校正指示值，可以提高测量结果的准确性。例如，1:温度计，测量范围为0-1000，精度为0.5级，全刻度指针总位移为200毫米，验证如下。求：(1)各指示值的绝对误差和相对误差；(2)仪器的基本误差。仪器合格吗？(3)仪器的平均灵敏度。被测仪表的读数()为0，100，200，300，400，500，600，700，800，900，1000标准仪表读数()为0，99，202，304，398，502，604，705，800，895，1000。例如，2:知道某个温度仪表的温度测量范围是200 600，1.0的数字在仪表刻度盘上的小圆圈中标出。仪表的精度等级和允许误差是多少？仪表允许的最大指示误差是多少？检查上述温度计时，各检查点的数值如下表所示：仪表指示的数值为200，300，400，500，600，标准指示的数值为正200，301，399，498，601，而不是200，300，398，497，601。根据检查记录，计算出基本误差和变异表？判断桌子是否合格？第5节仪器的验证是为了评估计量性能(准确度、灵敏度等)。)并确定其性能是否合格。所有完成的工作都称为验证，也称为验证。根据产生测量标准值的不同方法，仪器的检定方法可归纳为两种：标准物质检定法和标准物质检定法通过使用待验证的仪器测量标准物质提供的标准量来确定标准物质性能的方法称为标准物质验证方法。(2)指示比较验证该方法使用标准仪表来验证待验证的仪器。被测仪表和标准仪表同时测量相同的测量值。以标准仪表的示值为真值(约定的真值)，比较两者的示值，确定被测仪表