检测仪表与传感器

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办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原则信号，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毕某一种特定功效而又能各自独立工作的单元仪表，单元仪表之间用统一原则信号互相联系。基本概念QDZ中，转换为0.02~0.1MpaDDZ的发展阶段DDZ中，DDZ-Ⅱ,转换为0~10mADCDDZ-Ⅲ,转换为4~20mADCDDZ-Ⅰ型——电子管为重要器件DDZ-Ⅱ——晶体管为重要器件DDZ-Ⅲ——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系信号—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对应的测量单位进行比较的过程。测量仪表将被测参数通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别。测量误差的表达办法（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误差产生的因素选用的仪表精确度有限，实验手段不够完善、环境中存在多个干扰因素，以及检测技术水平的限制等因素。（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%表达。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批示变差（恒定度）敏捷度和敏捷限分辨力线性度反映时间惯用的指标1．精确度（精度）

A

B0-100℃0-1000℃1℃思考两大影响因素绝对误差仪表的标尺范畴（1）相对百分误差工程上将绝对误差折合成仪表标尺范畴的百分数表达。δ越小，表越精确，事实上使用不方便。（2）允许误差δ允出厂的仪表确保基本误差不超出某一规定值。表达办法δ允越大，仪表的精确度越低在测量范畴内，任一点的测量误差不应超出δ允（3）精度等级根据仪表的允许误差，去掉“±”和“%”，可拟定其精度等级我国仪表惯用的精度等级：越小，精度越高。0.0050.020.05作原则表校验用0.10.20.40.5实验室用1.01.52.54.0工业现场用普通生产中1.51.51.5普通表达符号在误差允许范畴，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畴为200-700℃校验时得到的最大误

差为4℃，拟定该仪表的精度等级。由于0.5%＜0.8%＜1.0%，因此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畴为0-1000℃。根据工艺规定，温度批示值的误差不允许超出±7℃，试问应如何选择仪表的精度等级才干满足以上规定？解：根据工艺规定，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%，超出了工艺上允许的数值，故应选的0.5级仪表。拟定仪表的精度等级时，规定仪表的允许误差应当不不大于或等于仪表校验时所得到的最大相对百分误差；根据工艺规定来选择仪表的精度等级时，仪表的允许误差应当不大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，它们的测温范畴分别为0~100℃和100~300℃，校验表时得到它们的最大绝对误差均为2℃，试拟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畴为0~500℃，工艺规定测温时测量误差不超出±4℃，试问如何选择仪表的精度等级才干满足规定？解根据工艺规定，仪表的最大引用误差为应选择0.5级的仪表才干满足规定2.批示变差（恒定度）正行程测量：反行程测量：批示变差：用同一仪表对相似的被测参数值进行正、反行程测量时，得到的正反行程批示值之差。变差是衡量仪表重复性（复现性）、稳定性的品质指标。变差表达办法仪表达值被测参数正行程反行程Δmax

变差越小越好，恒定度越大。因素：

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。变差不能超出仪表的允许误差。3．敏捷度与敏捷限（敏捷域）敏捷度（S）:△a表达办法S越高，越敏捷反映仪表对被测参数变化的敏捷程度敏捷限:注意：仪表的能引发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变化一种数所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.反映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映时间的表达办法t0x0x63.2%t输入信号忽然变化一种数值后，输出信号（即批示值）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.线性度用来阐明输出量与输入量的实际关系曲线偏离直线的程度。仪表达值被测参数

Δfmax

δf越大，线性度越不好

表达办法6.重复性检测仪表在被测参数按同一方向作全量程持续多次变动时，所得标定特性曲线不一致的程度。被控变量仪表达值△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涉及直线位移和角位移。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，不适宜实现大范畴集中控制，与计算机连用困难。涉及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.光信号涉及光通量信号、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持续变化的，即在任何瞬时都能够拟定其数值的信号。2.数字信号

以离散形式出现的不持续信号，数字量的增减只能一种一种单位的增大或减小。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畴表达的不持续信号。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、和解决的过程分类按仪表的构成形式来分类1.按仪表使用的能源分类（1）气动仪表

简朴、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；但构造复杂，易受环境影响（温度、湿度、电磁场、放射性等）。（3）液动仪表(略)惯用2.信息的获得、传递、反映、和解决的过程分类（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.按仪表的构成形式来分类（1）基地式仪表将测量、显示、控制等各部分集中组装在一种壳体内，形成一种整体。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统计型数字显示型批示型实际仪表有时是几个形式的组合（4）按仪表实际用途分实用仪表：工业用（简朴可靠、精确度规定不太高）实验室用（规定精确度高，但构造复杂）原则仪表：（也叫范型仪表）Ⅰ级（初级范型）Ⅱ级（次级范型），作原则表定刻度用。（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.测量办法的分类按测量成果的获得过程直接测量间接测量（1）直接测量：直接从显示成果中拟定未知量的过程。a)偏差法测量：指针仪表优点：构造较简朴、读数简便、直观缺点：精度较低b)平衡法：将被测量与原则量比较优点：测量精度高缺点：响应较慢，测量时间较长微差