检测仪表与传感器_化工仪表
第3章 检测仪表与传感器,概述 压力检测及仪表 流量检测及仪表 物位检测及仪表 温度检测及仪表,秒的定义,以铯原子(133)的原子基态两个超精细能级间跃迁辐射9,192,631,770周所持续的时间。,千克的定义,以铂铱合金制成、底面直径为39毫米、高为39毫米的国际千克原器（圆柱体）的质量被规定为1千克。目前它保存在法国巴黎的国际计量局里。,一米是怎样定义的,国际单位制中长度的单位，是七个基本单位之一。1983年被定义为光在真空中1/299792458秒的时间内所通过的距离。（第17届国际计量大会，第一号决议） 由于我们已经事先定义光速精确值为299，792，458米每秒，米的这个定义使得它的长度只依赖于一秒的持续时间。现在，光在真空中两点间传播的时间长短不再关系到光的速度，而是决定着两点间的距离！,3.1 概述,检测过程与测量误差 仪表的性能指标 工业仪表的分类,概述,检测仪表 用来检测生产过程中的各个有关参数的技术工具。 传感器 用来将生产过程中的各个有关参数转换为一定的便于传送的信号（电信号或者气压信号）的仪表。 变送器 当传感器的输出为单元组合仪表中规定的标准信号事，通常称为变送器。,3.1.1 检测过程与测量误差,检测 过程,参数检测就是用专门的技术工具，依靠能量的 变换、实验和计算找到被测量的值。,传感器、变送器定义参见P35。,测量误差,测量误差仪表测得的测量值 与被测真值 之差,由于 xt 在理论上是无法真正被获取的，因此，测量误差就是指检测仪表和标准表（精度较高）在同一时刻对同一被测变量进行测量所得到的2个读数之差。 即：,x0标准表读数,测量误差的几种表示形式：,绝对误差,相对误差,仪表的精确度,一台01000kPa的压变，其最大绝对误差10kPa(在整个量程范围内)另一台0400kPa的压变，其最大绝对误差5kPa， 哪台精度更高？,虽然后者的最大绝对误差较小，但这并不说明后者较前者精度高。在自动化仪表中，通常是以最大相对百分误差来衡量仪表的精确度，定义仪表的精度等级。,由于仪表的绝对误差在测量范围内的各点上是不相同的，因此在工业上通常将绝对误差中的最大值，即把最大绝对误差折合成测量范围的百分数表示，称为最大相对百分误差:,仪表的精度等级（精确度等级）是指仪表在规定的工作条件下允许的最大相对百分误差。,3.1.2 检测仪表的主要性能指标,检测仪表的主要性能指标,仪表的精确度等级：指仪表在规定的工作条件下允许的最大相对百分误差。 （把仪表允许的最大相对百分误差去掉“±”号和“”号，便可用来确定其精度等级）,目前，按照国家统一规定所划分的仪表精度等级有： 0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等。 所谓的0.5级仪表，表示该仪表允许的最大相对百分误差为±0.5，以此类推。 精度等级一般用一定的符号形式表示在仪表面板上：,1.5,也有以 ±0.2FS 等形式写出 仪表的精度等级是衡量仪表质量优劣的重要指标之一。精度等级数值越小，仪表精确度越高。 精度等级数值小于等于0.05的仪表通常用来作为标准表，而工业用表的精度等级数值一般大于等于0.5。,检测仪表的主要性能指标,仪表的精确度等级,例1：某压力变送器测量范围为0400kPa，在校验该变送器时测得的最大绝对误差为5kPa，请确定该仪表的精度等级。,解：先求最大相对百分误差,去掉和%为1.25，因此该变送器精度等级为1.5级,例2：根据工艺要求选择一测量范围为040m3/h的流量计，要求测量误差不超过0.5 m3/h，请确定该仪表的精度等级。,解：同样，先求最大相对百分误差,因此该流量计必须选择1.0级的流量计,结论： 工艺要求的允许误差 仪表的允许误差 校验所得到的相对百分误差,检测仪表的主要性能指标,仪表的精确度等级,例3：某被测温度信号在7080范围内变化，工艺要求测量误差不超过±1，现有两台温度测量仪表，精度等级均为0.5级，其中一台仪表的测量范围是0100，另一台仪表的测量范围是0200，试问这两台仪表能否满足上述测量要求。,解：由题意可知，被测温度的允许最大绝对误差为：|max|80×10.8 测量范围为0100的仪表的最大允许绝对误差为：|max|1100×0.50.5 测量范围为0200的仪表的最大允许绝对误差为：|max|2200×0.51.0 根据上述计算，虽然两台仪表的精度等级均为0.5级，但只有测量范围是0100的温度测量仪表才满足本题的测量要求。,检测仪表的主要性能指标,变 差,在外界条件不变的情况下，使用同一仪表对被测变量在全量程范围内进行正反行程（即逐渐由小到大和逐渐由大到小）测量时，对应于同一被测值的仪表输出可能不等，二者之差的绝对值即为变差。 变差的大小，根据在同一被测值下正反特性间仪表输出的最大绝对误差和测量仪表量程之比的百分数来表示 ：,检测仪表的主要性能指标,灵敏度和分辨力,灵敏度是表征检测仪表对被测量变化的灵敏程度，它是指仪表的指示位移变化量与被测参数变化量之比，即,灵敏度y/x,分辨力又称为灵敏限，是能引起仪表指针发生位移变化的被测参数的最小变化量。 它也是灵敏度的一种反映。对数字式仪表来说，分辨力就是数字显示仪表变化一个LSB（二进制最低有效位）时输入的最小变化量。,检测仪表的主要性能指标,线性度,在通常情况下，总是希望测量仪表的输出量和输入量之间呈线性对应关系。测量仪表的线性度就是用来表征仪表的输出量和输入量的实际对应关系与理论直线的吻合程度。,通常线性度用实际测得的输入输出特性曲线（也称为校准曲线）与理论直线的之间的最大偏差和测量仪表量程之比的百分数来表示：,检测仪表的主要性能指标,反应时间,显示值变化相对于实际值变化的滞后时间。 用来衡量仪表能不能尽快反应出参数变化的品质指标。,3.1.3 工业仪表的分类,按仪表使用的能源分类：电动；气动。 按信息的获得、传递、反应和处理的过程分类：检测仪表；显示仪表；集中控制装置；控制仪表、执行器。 按仪表的组成形式分类：基地式仪表；单元组合仪表。,过程参数的一般检测原理,敏感元件（传感器）是按照一定的原理把被测变量的信息转换成另一种可进行进一步处理或表示的信息。这个转换过程一般都是利用诸多的自然规律和基础效应:,守恒定律,守恒定律是自然界最基本的定律，它包括能量守恒、动量守恒等等。,场的定律,如静电场、电磁场的感应定律、动力场的运动定律等等。典型例子：电容传感器。,热电效应,把两种不同的导体或者半导体连接成闭合的回路，如果将两个接点分别放置于不同的温度，则该回路内部会产生热电势，这种现象称为热电效应，,电阻的热效应,是指金属导体的电阻值随温度变化而发生变化的现象。,压电效应,当某些材料受压发生机械形变时，在两个相对的面上会产生异号电荷。这种在没有外电场存在，由于形变引起的电现象称为压电效应。,应变效应,如金属绕线电阻体，受压后产生长度、横截面等尺寸变化，引起阻值变化,压阻效应,如半导体材料制成的电阻体，受压后因电阻率变化，引起阻值变化,
