第3章 检测仪表与传感器(概述)
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第三章 检测仪表与传感器概述.ppt
表示方法
仪 表 示 值
f
f m a x 仪表量程
100%
Δf max 被测参数
δf越大，线性 度越不好
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。
重复性误差
仪 表 示 值
△Zmax1
Z
Z max 仪表量程
100 %
△Zmax2 被控变量
•重复误差越小， 重复性越好
工程上将绝对误差折合成仪表标尺范 围的百分数表示。
max 量程范围
100 %
x x0 标尺上限值 标尺下限值
100 %
δ越小，表越精确，实际上 使用不方便。
（2）允许误差δ允
出厂的仪表保证基本误差不超 过某一规定值。
表示方法
仪表允许的最大绝对误 差值
允
仪表量程
100 %
δ允越大，仪表的准确度越低
二.测量仪表的品质指标
performance specification
衡量仪表性能优劣的指标
常用的指标
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
1．精确度（精度）
两大影响因素
思考
A
B
绝对误差 0-100℃ 0-1000℃
仪表的标尺范围
x 1℃
（1） 相对百分误差
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
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% x
所用的时间
63.2%
第三章 压力检测仪表
mm m dyn/cm2 lb/in2
常见压力传感器外形
工业压力变送器 数字压力变送器 通用压力变送器 隔离压力变送器 高温压力变送器 隔离压差变送器 隔离液位变送器 微压变送器 电容压力变送器 隔膜压力变送器 绝压变送器 双膜压差变送器
微型探针压力计 暖风空调压力计 湿式压力变送器 本安压力变送器
§3.1 概 述 一、测量过程与测量误差
1.测量过程：不论检测方法和仪表结构多么不同， 测量的实质都是将被测参数与其所对应的测量 单位进行比较的过程，而测量仪表是实现这种 比较的工具。尽管测量原理各式各样，但都是 将被测参数经过一次或多次能量的转换，最终 获得一种便于显示和传递的信号形式的过程。 例如：采用热电偶进行温度的测量 （温度－> 电流信号－>毫伏测量表指针偏转－>与温度标 尺进行比较）
示值之比，即：Y= Δ/ X0=(X-X0)/X0
二、检测仪表的性能指标
1. 准确度与允许误差
• 准确度（精度）：反映测量值与其真值的接近程度；
• 仪表的精度不仅与绝对误差（通常指各测量点绝对误 差中的最大值）有关，而且与仪表的测量范围有关， 因此，工业中不是用绝对误差来表示精度，而是用相 对百分误差δ或者允许误差δ允来表示， δ允越大，精度 越低，反之，精度越高。
OEM血压计
OEM压力芯片
压力计的分类与工作原理
工业压力计通常按敏感元件的类型及转换原 理的不同进行分类： • 液柱式压力计 • 活塞式压力计 • 弹性式压力计 • 电气式压力计
1. 液柱式压力计
测量原理： 根据流体静力学原理，将被测压力转换为液柱高度的 测量。 即：P=ρgh 所以 ： h=P / ρg
该类传感器利用电阻应变原理构成。（金属、半导体应变片两类） （1）当应变片产生压缩应变时，其阻值减小； （2）当应变片产生拉伸应变时，其阻值增加。 应变片式压力计将应变片阻值的变化，通过桥式电路转换 成相应的毫伏级电势输出，并用毫伏计或其他仪表显示出 被测压力的大小。
检测仪表与传感器
检测仪表与传感器1. 引言在工业生产和科学研究中，检测仪表与传感器是不可或缺的设备。
它们能够测量和监测各种物理量，为我们提供准确的数据，以便进行分析、判断和决策。
本文将介绍检测仪表与传感器的基本原理、常见类型和应用领域。
2. 检测仪表与传感器的基本原理2.1 仪表的基本原理检测仪表是一种能够将被测量的物理量转换为人类可以理解的形式的设备。
它通常由传感器、信号转换和显示器组成。
传感器用于测量物理量，信号转换器将传感器输出的信号转换为可读取的电信号，显示器用于显示结果。
2.2 传感器的基本原理传感器是检测仪表中最重要的组件之一，它能够将各种物理量转换为电信号。
传感器的工作原理根据不同的物理量有所不同。
常见的传感器类型包括温度传感器、压力传感器、湿度传感器、光电传感器等。
3. 常见的检测仪表与传感器类型3.1 温度传感器温度传感器是最常见的传感器之一。
它根据物质的热膨胀原理来测量温度。
常见的温度传感器包括热电阻、热电偶和半导体温度传感器。
3.2 压力传感器压力传感器用于测量气体或液体的压力。
常见的压力传感器有压阻式传感器、电容式传感器和压电传感器等。
3.3 湿度传感器湿度传感器用于测量空气中的湿度，它可以帮助我们了解环境湿度的变化。
常见的湿度传感器有电容式湿度传感器、电阻式湿度传感器和超声波湿度传感器。
3.4 光电传感器光电传感器用于检测光的强度和光的位置。
它通常由发光二极管和光敏电阻组成。
光电传感器在自动化和机器人技术中广泛应用。
4. 检测仪表与传感器的应用领域4.1 工业自动化在工业生产过程中，检测仪表与传感器可以用于监测温度、压力、湿度等参数，以实现自动控制和监测。
它们可以保证生产环境的安全和稳定。
4.2 环境监测检测仪表与传感器在环境监测中发挥重要作用。
它们可以测量空气中的温度、湿度、气体浓度等参数，帮助我们了解环境的变化和污染程度。
4.3 医疗设备在医疗设备中，检测仪表与传感器被广泛应用于测量体温、血压、脉搏等生理指标，为医生和护士提供准确的数据，以便进行诊断和治疗。
3检测仪表和传感器
王爱兵化工仪表及自动化课件
一、弹性式压力计
1.弹性元件
弹簧管式弹性元件 (a) (b)可测高压1000Mpa。有 单圈和多圈两种。 薄膜式弹性元件 (c) (d)测压比弹簧管式低，用膜 室，内充满液体。 波纹管式弹性元件 (e)测压低于1Mpa。
15
Instrumentation and Automation of Chemical Engineering
测量过程与与误差
仪表的性能指标及分类
压力检测及仪表
弹性式压力计 智能压力变送器 电气式压力计 压力计选用安装 转子流量计
流量检测及仪表
差压式流量计
椭圆齿轮流量计
Instrumentation and Automation of Chemical Engineering
19
王爱兵化工仪表及自动化课件
二、电气式压力计
2.压阻式压力传感器
单晶硅的压阻效应。
当收到压力作用时， 电阻发生变化。
利用电桥测出电阻的 变化而得到压力大小。 可测量差压、高度、 速度、加速度等。
1—基座；2—单晶硅片； 3—导环；4—螺母；5— 密封垫圈；6—等效电阻
Instrumentation and Automation of Chemical Engineering
2.间接测量：不宜直接测量时, 与被测量 有关的几个相关量后, 经过计算确定。
Instrumentation and Automation of Chemical Engineering
12
王爱兵化工仪表及自动化课件
第二节压力检测及仪表
液柱式压力计：转换成液柱高度。
结构简单、使用方便。误差大，测量范围小。
第3章第5节温度检测及仪表
热电偶温度计测温系统示意图 1—热电偶；2—导线；3—测量仪表
7
热电偶示意图
(1)热电现象及测温原理
热电现象
接触电势形成的过程
左图闭合回路中总的热电势
E t, t0 e AB t e AB t0
热电偶原理
8
或
E t, t0 e AB t eBA t0
结构简单、不怕震动、具有 精度低、测量距离较远时 ,仪 防爆性、价格低廉、能记录、 表的滞后性较大、一般离开测 量点不超过 10米 报警与自控 测量精度高 ,便于远距离、 多点、集中测量和自动控制 结构复杂、不能测量高温 ,由 于体积大 ,测点温度较困难
0 ～500（-50 ～ 600）液体型 0 ～100（-50 ～ 200）蒸汽型 -150 ～500（-200 ～ 600）铂电阻 0 ～100（-50 ～ 150）铜电阻 -50 ～150（180）镍电阻 -100 ～200（300）热敏电阻 -20 -50 -40 -40 ～1300（1600）铂铑10-铂 ～1000（1200）镍铬-镍硅 ～800（900）镍铬-铜镍 ～300（350）铜-铜镍
17
(4)热电偶的构造及结构形式
热电极 绝缘管
保护套管
接线盒
热电偶的结构
18
2.补偿导线
采用一种专用导线，将热电偶的冷端延伸出来，这 既能保证热电偶冷端温度保持不变，又经济。 它也是由两种不同性质 的金属材料制成，在一定温 度范围内（0～100℃）与所 连接的热电偶具有相同的热 电特性，其材料又是廉价金 属。见左图。
5
双金属温度计
双金属温度信号器 双金属片 1—双金属片；2—调节螺钉； 3—绝缘子；4—信号灯
5
第03章 检测仪表与传感器
根据上述计算,虽然两台仪表的精度等级均为0.5 0.5级 但只有测量范围是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0～100℃ 的温度测量仪表才满足本题的测量要求. 的温度测量仪表才满足本题的测量要求.
12
检测仪表的主要性能指标
变 差
在外界条件不变的情况下, 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, 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. 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, 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 :
仪表和标准表(精度较高) 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 x0——标准表读数 ——标准表读数 个读பைடு நூலகம்之差. 2个读数之差. 即: = xi x0
测量误差的几种表示形式: 测量误差的几种表示形式:
绝对误差
= xi x0
× 100% x0
8
相对误差
δ2 =
3.1.2 检测仪表的主要性能指标
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
1
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.
2
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.
传感器,变送器定义参见 35. 传感器,变送器定义参见P35. 定义参见P
第3章 检测仪表与传感器-1
8.反应时间
反应时间表示仪表对被测量变化响应的快慢程度。 表示方法：当仪表的输入信号突然变化一个数值（阶 跃变化）后，仪表的输出信号（即示值）由开始变化到 新稳态值的63.2%所用的时间。也可称为仪表的时间常 数（Tm）。
3.1.3 仪表的计量检定
仪表的标定与校准： 通过试验，建立仪表的输出-输入特性及其误差关系。
第3章 检测仪表与传感器
3.1 概述
检测仪表
检测元件、变送器及显示装置统称为检测仪表，或者将 检测元件称为一次仪表，将变送器和显示装置称为二次仪 表。 过程控制对检测仪表有以下三条基本的要求：
①测量值y(t)要正确反映被控变量x(t)的值，误差不超过规 定的范围—准确；
②在环境条件下能长期工作，保证测量值y(t)的可靠性— 可靠；
其中，E—试件材料弹性模量， —试件的应力，— 试件的应变。
通过弹性敏感元件的作用，可以将应变片测应变的应用扩展到能引
起弹性元件产生应变的各种非电量的测量，从而构成各种电阻应变式传
感器。
3.2.3 金属电阻应变式压力计
(3)应变片的结构，材料和类型 金属电阻应变片的结构，如图3-8所示，由敏感栅、基底、 盖片、引线和粘剂组成。
液柱式压力检测及仪表： 流体静力学原理;
被测压力 液柱高度。
弹性式压力检测及仪表： 弹性元件受力变形的原理;
将被测压力
应变
位移。
电气式压力检测及仪表：传感器
被测压力
电信号
活塞式压力检测及仪表： 液压机液体传送压力的原理;
将被测压力 活塞面积上所加平衡砝码的重量。
精度较高，允许误差可以小到0.05％～0.02％，标准压力仪器,检定
图3-8 电阻应变片的基本结构 1-基底;2-敏感栅;3-覆盖层;4-引线
反应时间表示仪表对被测量变化响应的快慢程度。 表示方法：当仪表的输入信号突然变化一个数值（阶 跃变化）后，仪表的输出信号（即示值）由开始变化到 新稳态值的63.2%所用的时间。也可称为仪表的时间常 数（Tm）。
3.1.3 仪表的计量检定
仪表的标定与校准： 通过试验，建立仪表的输出-输入特性及其误差关系。
第3章 检测仪表与传感器
3.1 概述
检测仪表
检测元件、变送器及显示装置统称为检测仪表，或者将 检测元件称为一次仪表，将变送器和显示装置称为二次仪 表。 过程控制对检测仪表有以下三条基本的要求：
①测量值y(t)要正确反映被控变量x(t)的值，误差不超过规 定的范围—准确；
②在环境条件下能长期工作，保证测量值y(t)的可靠性— 可靠；
其中，E—试件材料弹性模量， —试件的应力，— 试件的应变。
通过弹性敏感元件的作用，可以将应变片测应变的应用扩展到能引
起弹性元件产生应变的各种非电量的测量，从而构成各种电阻应变式传
感器。
3.2.3 金属电阻应变式压力计
(3)应变片的结构，材料和类型 金属电阻应变片的结构，如图3-8所示，由敏感栅、基底、 盖片、引线和粘剂组成。
液柱式压力检测及仪表： 流体静力学原理;
被测压力 液柱高度。
弹性式压力检测及仪表： 弹性元件受力变形的原理;
将被测压力
应变
位移。
电气式压力检测及仪表：传感器
被测压力
电信号
活塞式压力检测及仪表： 液压机液体传送压力的原理;
将被测压力 活塞面积上所加平衡砝码的重量。
精度较高，允许误差可以小到0.05％～0.02％，标准压力仪器,检定
图3-8 电阻应变片的基本结构 1-基底;2-敏感栅;3-覆盖层;4-引线
第3章 检测仪表与传感器
（2）相对误差
定义：绝对误差Δ与标准表测量所得值的比较。 100% ε－相对误差。 x0 相对误差用来评价不同被测值的精度。 1）实际相对误差：绝对误差与被测量真值之比； 2）示值相对误差：绝对误差与仪表指示值之比； 3）引用相对误差：绝对误差与仪表满刻度值之比。 允许误差：最大引用相对误差。
2. 活塞式压力计
测量原理： P=G/S 所以：G=P•S 精确度高； 常用作标准仪表，检 验其它压力计。
三、弹性式压力计（机械式压力表）
1. 原理：弹性变形的原理（采用弹性元件将压强大小转换为位移量， 再通过机械传动和放大，推动指针偏移。） 2. 特点：结构简单、方便可靠、读数清晰、价格低廉、测量范 围宽、精度较高。 3. 分类：弹性元件—弹性式压力表的核心 根据敏感原件的不同，可分为以下三种： Ⅰ.弹簧管式：测压范围宽，可达1000MPa。为了增加自由端 位移（提高灵敏度），可制成多圈。
兆帕 MPa 工程大气压
C海平面 物理大气压 20º
5. 压力计分类 （1）液柱式压力计 （2）活塞式压力计 （3）电气式压力计 （4）弹性式压力计
二、液柱式压力计与活塞式压力计
1. 液柱式压力计 测量原理：P=h 所以 h=P/
单管压力计
U型管压力计
斜管压力计
二、液柱式压力计与活塞式压力计
二、仪表的性能指标 1、精确度（精度）
衡量仪表准确程度的指标，是相对百分误差的最大值。
仪表允许的最大绝对误差 允＝ 100％ 测量范围上限值 测量范围下限值
数值越大，精度越低，利用这一原则来统一规定仪表的 精度等级，将允许误差的“±”和“％”号去掉，表示仪 表之精度等级。 我国的仪表精度等级：0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4， 0.5，1.0，1.5，2.5，4.0。
检测仪表与传感器
及相关测量仪表的选用及安装的注意事项
整理课件
3
检测变送的重要性
检测——是实施正确控制的第一步，也是关键的一 步没有准确无误的检测，就不可能有良好的控制
变送——是将检测元件输出的各种信号、微弱信号转 化成统一(标准)的电气信号。这是进行控制的保证， 是重要的一步
过程控制对检测仪表要求：
静态：正确——y(t)正确反映P(t)的值
上下限的选择:
仪表量程的上限：Ymax: 4/3~3/2倍（被测变量）
波动较大时：3/2~2倍（被测变量）
下限：一般地，被测变量的值不低于全量程的1/3。
整理课件
11
例题分析
举例
1. 某 台 往 复 式 压 缩 机 的 出 口 压 力 范 围 为 25 ～ 28MPa，测量误差不得大于1MPa。工艺上要求 就地观察，并能高低限报警，试正确选用一台压
第三章检测仪表 与传感器
整理课件
1
本章主要内容：
3.1 概述
3.2 温度检测
3.3 流量检测
3.4 压力检测
3.5
整理课件
2
基本要求
• 1、掌握仪表精度的意义与测量仪表误差的关
系
• 2、掌握仪表的性能指标 • 3、了解压力、流量、液位和温度的测量原理
最 大 量 绝 程 对 误 差 ＝ xm a xm ax xm in100%
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。
整理课件
7
1、仪表的精确度等级
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。把仪表允许的最大相对百分误差去掉“±”号和“％” 号，便可以用来确定仪表的精度等级。
整理课件
3
检测变送的重要性
检测——是实施正确控制的第一步，也是关键的一 步没有准确无误的检测，就不可能有良好的控制
变送——是将检测元件输出的各种信号、微弱信号转 化成统一(标准)的电气信号。这是进行控制的保证， 是重要的一步
过程控制对检测仪表要求：
静态：正确——y(t)正确反映P(t)的值
上下限的选择:
仪表量程的上限：Ymax: 4/3~3/2倍（被测变量）
波动较大时：3/2~2倍（被测变量）
下限：一般地，被测变量的值不低于全量程的1/3。
整理课件
11
例题分析
举例
1. 某 台 往 复 式 压 缩 机 的 出 口 压 力 范 围 为 25 ～ 28MPa，测量误差不得大于1MPa。工艺上要求 就地观察，并能高低限报警，试正确选用一台压
第三章检测仪表 与传感器
整理课件
1
本章主要内容：
3.1 概述
3.2 温度检测
3.3 流量检测
3.4 压力检测
3.5
整理课件
2
基本要求
• 1、掌握仪表精度的意义与测量仪表误差的关
系
• 2、掌握仪表的性能指标 • 3、了解压力、流量、液位和温度的测量原理
最 大 量 绝 程 对 误 差 ＝ xm a xm ax xm in100%
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。
整理课件
7
1、仪表的精确度等级
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。把仪表允许的最大相对百分误差去掉“±”号和“％” 号，便可以用来确定仪表的精度等级。
3检测仪表和传感器 ppt课件
12
三、仪表的分类
王爱兵化工仪表及自动化课件
1.按照能源形式
气动、电动、液动仪表
2.按信息获得、传递、反映和处理过程
检测仪表、显示仪表、集中控制仪表(计算机) 、控制仪表(PID)、执行器
3.按仪表的组合形式
基地式仪表(集中)、单元组合仪表(单元模块)
仪表的 反应时 间有不 同的表 示方法
当输入信号突然变化一个数值后，
输出信号将由原始值逐渐变化到新的稳
态值。 仪表的输出信号由开始变化到新稳
态 值 的 63.2 ％ （ 95 ％ ） 所 用 的 时 间 ， 可 用来表示反应时间。
Instrumentation and Automation of Chemical Engineering
第三章检测仪表及传感器
王爱兵化工仪表及自动化课件
物位检测及仪表
差压液位变送器 电容物位变送器 核辐射物位计 称重式液罐计量仪
温度检测及仪表
温度检测方法 热电偶温度计 热电阻温度计 温度变送器
现在检测技术与传感器的发展* 显示仪表
2
Instrumentation and Automation of Chemical Engineering
4
Instrumentation and Automation of Chemical Engineering
第一节 测量过程和仪表
王爱兵化工仪表及自动化课件
检测仪表：检测生产参数的技术工具。
检测环节：是检出元件或传感器，直接感受被 测变量，并将它变换成适于测量的信号形式。
转换放大环节：对信号进行转换、放大等处理 ，并传送给显示部分进行 指示或记录。
解：该仪表的相对百分误差为
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工程上将绝对误差折合成仪表标尺范 围的百分数表示。
max 量程范围
100 %
x x0 标尺上限值 标尺下限值
100 %
δ越小，表越精确，实际上 使用不方便。
（2）允许误差δ允
出厂的仪表保证基本误差不超 过某一规定值。
表示方法
仪表允许的最大绝对误 差值
允
仪表量程
100 %
δ允越大，仪表的准确度越低
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。
QDZ中，转换为0.02~0.1Mpa DDZ中，DDZ-Ⅱ,转换为0~10 mADC
表示方法 S
x
△a
S越高，越灵敏
ห้องสมุดไป่ตู้
灵敏限: 能引起仪表指针发生动作的 被测参数的最小变化量。
注意：仪表的
灵敏限
1 2
允
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 ℃
测量仪表是实现这种比较的工具
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measuring error
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：△=xi-xt ✦ 工程上：△=x-x0 ✦ 绝对误差常指：△max ✦ 有单位，有正负号。
小结
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。
例3
有两台测温仪表，它们的测温范围分别 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
1
2 100
0
100%
2%
2
2 100% 300 100
1%
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0~500℃， 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
二.测量仪表的品质指标
performance specification
衡量仪表性能优劣的指标
常用的指标
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
1．精确度（精度）
两大影响因素
思考
A
B
绝对误差 0-100℃ 0-1000℃
仪表的标尺范围
x 1℃
（1） 相对百分误差
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() x x0 x xt
x0
x0
xt
y——仪表在x0处的相对误差。 有正或负号，无量纲，用%表示。
一般生产中
在误差允许范围，选用精度比较低的 仪表经济实惠。
一般表示符号
1.5
1.5
1.5
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。
解：该仪表的最大相对百分误差
量程m范ax 围100%
4 100% 700 200
0.8%
在测量范围内，任一点的测量误差 不应超过δ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： 0.005 0.02 0.05 作标准表校验用 0.1 0.2 0.4 0.5 实验室用 1.0 1.5 2.5 4.0 工业现场用
越小，精度越高。
因为0.5%＜0.8 % ＜1.0%，所以该仪表的精度 等级为1.0级。
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
允
7 1000 0
100%
0.7%
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。
第三章 检测仪表与传感器
Instrumentation and sensor
概述
§3.1概述 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
基本概念
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。
max
4 500
0
100%
0.8%
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 反行程
Δmax
正行程
变差
最大绝对差值 量程范围
100 %
被测参数
x正 x反 max 100 % N
✦ 变差越小越好，恒定度越大。
✦原因：齿轮之间的间隙、传动部件之间 的磨擦、弹性件的滞后等。
✦ 注意：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）:
反映仪表对被测参数变化的灵敏程度
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
DDZ-Ⅲ,转换为4~20 mADC
DDZ的发展阶段
DDZ-Ⅰ型——电子管为主要器件 DDZ-Ⅱ——晶体管为主要器件 DDZ-Ⅲ——集成电路为核心器件
电动仪表之间信号传输方式
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
一．测量过程与测量误差
1．测量过程
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。
max 量程范围
100 %
x x0 标尺上限值 标尺下限值
100 %
δ越小，表越精确，实际上 使用不方便。
（2）允许误差δ允
出厂的仪表保证基本误差不超 过某一规定值。
表示方法
仪表允许的最大绝对误 差值
允
仪表量程
100 %
δ允越大，仪表的准确度越低
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。
QDZ中，转换为0.02~0.1Mpa DDZ中，DDZ-Ⅱ,转换为0~10 mADC
表示方法 S
x
△a
S越高，越灵敏
ห้องสมุดไป่ตู้
灵敏限: 能引起仪表指针发生动作的 被测参数的最小变化量。
注意：仪表的
灵敏限
1 2
允
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 ℃
测量仪表是实现这种比较的工具
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measuring error
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：△=xi-xt ✦ 工程上：△=x-x0 ✦ 绝对误差常指：△max ✦ 有单位，有正负号。
小结
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。
例3
有两台测温仪表，它们的测温范围分别 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
1
2 100
0
100%
2%
2
2 100% 300 100
1%
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0~500℃， 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
二.测量仪表的品质指标
performance specification
衡量仪表性能优劣的指标
常用的指标
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
1．精确度（精度）
两大影响因素
思考
A
B
绝对误差 0-100℃ 0-1000℃
仪表的标尺范围
x 1℃
（1） 相对百分误差
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() x x0 x xt
x0
x0
xt
y——仪表在x0处的相对误差。 有正或负号，无量纲，用%表示。
一般生产中
在误差允许范围，选用精度比较低的 仪表经济实惠。
一般表示符号
1.5
1.5
1.5
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。
解：该仪表的最大相对百分误差
量程m范ax 围100%
4 100% 700 200
0.8%
在测量范围内，任一点的测量误差 不应超过δ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： 0.005 0.02 0.05 作标准表校验用 0.1 0.2 0.4 0.5 实验室用 1.0 1.5 2.5 4.0 工业现场用
越小，精度越高。
因为0.5%＜0.8 % ＜1.0%，所以该仪表的精度 等级为1.0级。
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
允
7 1000 0
100%
0.7%
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。
第三章 检测仪表与传感器
Instrumentation and sensor
概述
§3.1概述 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
基本概念
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。
max
4 500
0
100%
0.8%
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 反行程
Δmax
正行程
变差
最大绝对差值 量程范围
100 %
被测参数
x正 x反 max 100 % N
✦ 变差越小越好，恒定度越大。
✦原因：齿轮之间的间隙、传动部件之间 的磨擦、弹性件的滞后等。
✦ 注意：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）:
反映仪表对被测参数变化的灵敏程度
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
DDZ-Ⅲ,转换为4~20 mADC
DDZ的发展阶段
DDZ-Ⅰ型——电子管为主要器件 DDZ-Ⅱ——晶体管为主要器件 DDZ-Ⅲ——集成电路为核心器件
电动仪表之间信号传输方式
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
一．测量过程与测量误差
1．测量过程
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。