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检测技术与仪表课程总结与复习教师：王牛电话:13983943208E-MAIL:wangniu@cqu.edu.cn重庆大学自动化学院2010年7月重庆大学自动化学院检测技术与仪表V2010.07第2页课程总结物理规律转换机构（机械等结构）敏感元件测量电路（电路）物理量的定义变换公式（物理定律化学方程）被测量非电量电压、电流等电量合计：322复习110检测领域新技术09现场总线技术08调节器与执行器47过程分析仪器26机械量测量45物位测量44流量测量43压力和差压测量72温度测量41绪论安排学时数章节1965物理化学规律转换机构（机械等结构）敏感元件测量电路（电路）物理（化学）量的定义变换公式（物理定律化学方程）被测量非电量电压、电流等电量基本概念三大基本测量测量原理测量电路测量原理测量系统新技术重庆大学自动化学院检测技术与仪表V2010.07第4页•第1章绪论1．2典型控制系统1．3基础知识和基本概念1．5典型检测方法与检测系统1．6仪表的防爆等级与标志1．7仪表防护等级标准重庆大学自动化学院检测技术与仪表V2010.07第5页•1.2典型控制系统1仪表控制系统2数字直接控制系统(DDC，DirectDigitalControl)3分布式控制系统(DCS，DistributedControlSystem)4现场总线控制系统(FCS，FieldbusControlSystem)重庆大学自动化学院检测技术与仪表V2010.07第6页•1.3基础知识和基本概念•1.测量测量是以确定量值为目的的一组操作。是一组操作得到的是被测量Y的最终结果y值以及它的不确定度的估计值测量一般可分为工业测量和实验室测量两大类1.工业测量一般是一次性读数2.按仪表的精度等级可以得到测量值的最大允许误差，然后可评定出扩展的不确定度1.一般在重复性或复现性条件下需多次读数，得到一组测量值2.去除数据中的系统误差和疏忽误差后，可得到最佳测量值并评定它的不确定度重庆大学自动化学院检测技术与仪表V2010.07第7页•2.量值量值一般是由一个数乘计量单位所表示的特定量的大小。•3.真值真值是与给定的特定量定义一致的值。真值是客观存在的，只有通过完善的测量才能获得，因此量的真值是永远得不到的重庆大学自动化学院检测技术与仪表V2010.07第8页•4约定真值是对于给定目的具有适当不确定度的、赋予特定量的值，有时该值是约定采用的。（是一种约定的被测量的值，就给定的目标而言，该值的不确定度是可以忽略的）指定值最佳估计值约定值参考值例：国际温标(ITS—90)中，17个定义的固定点温度的指定值。例：常数委员会给出的物理常量与常数，如真空中的光速c等。在描述自然规律的定理中，用约定值来定义某一定点现象，例：如水的三相点温度值标准仪器、标准量器和标准物质所给出的值。例：重庆大学自动化学院检测技术与仪表V2010.07第9页•5测量准确度测量准确度是指测量结果与被测量的真值之间的一致程度。是一个定性的概念，它并不指误差的大小，只是表示是否符合某个误差等级的要求，或按某个技术规范要求是否合格，或定性地说明它是高或低。重庆大学自动化学院检测技术与仪表V2010.07第10页•6测量误差(绝对误差)测量误差=测量结果-真值由于真值不能确定，一般是以约定真值代替真值。误差有恒定的符号，非正即负，而不应出现±2mg这种写法。误差又可分为系统误差、随机误差和疏忽误差三种。•7相对误差相对误差=绝对误差÷真值×100%由于真值不能确定，一般用约定真值来代替。按照定义相对误差也是非正即负，它无量纲，可以用%表示一般是由于某种因素的影响使测量值产生的有规律的误差是由外界影响量的随机时空变化造成的，它无法排除和修正，其大小和符号的变化是随机性的导致了重复观测中数据的分散性，只能得到随机误差的估计值。是由于仪器产生故障、操作者的失误或重大的外界干扰所引起的测量值的偏差。这种测量值一般称为坏值，它与真值有较大的差异，应根据一定的规则加以判断后剔除重庆大学自动化学院检测技术与仪表V2010.07第11页与仪器仪表有关的概念•8测量仪表的引用误差测量仪表的量程代替被测量的约定真值所得到的相对误差称为仪表的引用误差取仪表量程中最大的绝对误差和量程之比则称为仪表的最大引用误差()%100%×绝对误差仪器引用误差＝量程()%100%×量程中最大的绝对误差仪器最大引用误差＝量程量程英文名称range标称范围的两极限之差的值.仪表所能测量的物理量的最大值称为量程，例如：电流表的量程就是可以测的电流值的最大值。重庆大学自动化学院检测技术与仪表V2010.07第12页•9测量仪表的精度等级仪表的精度等级为仪表的最大引用误差去掉%后的数字经过圆整后即为仪表的精度等级数。测量仪表的精度等级是在标准测量条件下所具有的。如果不符合某些条件则会产生附加误差。通常理解为数据修正。一个直观的例子是：我们按一系列数据绘制一条曲线（或直线）时，将偏离该轨迹的数据坐标修正到该轨迹上，以使线条平滑。这就叫数据圆整。重庆大学自动化学院检测技术与仪表V2010.07第13页•特别注意按照国际法制计量组织（OIML）建议书NO34的建议，仪表的精度等级采用以下数字：其中n=1,0,-1,-2等禁止同时选用和；也只有证明必要才使用n1065435.226.15.11×n105.1×n106.1×n100.3×重庆大学自动化学院检测技术与仪表V2010.07第14页仪表的零点迁移和量程迁移•10零点迁移（偏移）zeroshift当输入处于范围下限值时，由于某些影响量引起的输出值的变化。当下限值不为零值时，亦称为始点迁移（偏移）。•11量程迁移（偏移）spanshift由于某些影响量引起的输出量程的变化。重庆大学自动化学院检测技术与仪表V2010.07第15页•说明：1以仪表的输入信号(被测量)相对于量程作为横坐标，以输出信号相对于信号范围作为纵坐标，则可以画出仪表的输入/输出特性曲线2从图中可以看出曲线①→③和①→⑤是特性曲线的平移，输入量从-25%到75%以及从30%到130%，输出量为0～100%，曲线斜率不变，------零点迁移3对于曲线②来讲输入量从0到80%时，输出已从0到100%，因此量程变小了，而曲线④则是量程变大了-------量程迁移重庆大学自动化学院检测技术与仪表V2010.07第16页测量仪表的滞环、死区和回差•12（仪表输出的）滞环仪表的实际输出上升曲线和下降曲线并不重合，而形成的环状•13（仪表输出的）死区在输入量较小时，输出量并不发生变化或变化很小，这一段称为特性曲线的不灵敏区或死区•14（仪表输出的）回差上升曲线和下降曲线在同一输入量下最大的差值称为回差或变差重庆大学自动化学院检测技术与仪表V2010.07第17页•说明重庆大学自动化学院检测技术与仪表V2010.07第18页测量仪表的灵敏度和分辨率•15灵敏度灵敏度=输出量响应变化(Δy)÷÷输入量变化(Δx)值。对于具有线性特性的仪表来讲，则有：S就是仪表输入/输出特性曲线的斜率，量程迁移就是仪表灵敏度的改变。因为y和x都有各自不同的量纲，因此灵敏度也有量纲•16分辨率又称为灵敏限或分辨力。是使测量仪表产生未察觉的响应变化的最大激励变化值。对于数字仪表来讲，其大小等于最后一位的1个单位值。对于模拟仪表来讲，等于标尺最小刻度值的一半大小。==()ySkkx∆∆为常数重庆大学自动化学院检测技术与仪表V2010.07第19页测量仪表的可靠性•17可靠性可靠性是指产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。平均无故障时间(MTBF)表示相邻两次故障间隔时间的平均值。它的倒数即故障率。平均修复时间(MTTR)表示每次故障后修复时间的平均值。有效度A有效度A表示了工作时间在整个时间中所占的份额，A值越大则可靠性越高。可靠性目前是一门专门的科学，它涉及三个领域。第一是可靠性理论；第二是可靠性技术；第三是可靠性管理MTBF==MTBF+MTTRA平均无故障时间平均无故障时间＋平均修复时间重庆大学自动化学院检测技术与仪表V2010.07第20页•18敏感元件敏感元件是能够灵敏地感受被测变量并作出响应的元件。•19传感器（transducer/sensor）国际电工委员会(IEC:InternationalElectrotechnicalCommittee)的定义为：“传感器是测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换成可供测量的信号”。国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器不只是一般的敏感元件，它的输出响应还必须是易于传送的物理量。最广义地来说，传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件。重庆大学自动化学院检测技术与仪表V2010.07第21页•20变送器（transmitter）定义：输出为标准信号的传感器。标准信号是物理量的形式和数值范围都符合国际标准的信号。例如直流电流4～20mA、空气压力20～100kPa都是当前通用的标准信号。我国还有不少变送器以直流电流0～10mA为输出信号的。有了统一的信号形式和数值范围，就便于把各种变送器和其它仪表组成检测系统或调节系统。兼容性和互换性大为提高，仪表的配套也极为方便。重庆大学自动化学院检测技术与仪表V2010.07第22页1.5典型检测方法与检测系统•检测方法分类：电量测量和非电量电测技术串联型(开环)检测和反馈型(闭环)检测能量变换型与能量控制型检测接触式和非接触式检测静态检测与动态检测重庆大学自动化学院检测技术与仪表V2010.07第23页1.6仪表的防爆等级与标志•结构防爆“隔爆仪表”•本质安全防爆“安全火花防爆仪表”重庆大学自动化学院检测技术与仪表V2010.07第24页•根据国标GB3836.1《爆炸环境用防爆电气设备通用要求》和GB50058—92《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》的要求：•（1）按危险场所分为三类：I，II，III类，并进一步分区：具有甲烷易爆气体的煤矿井下具有各类易燃易爆气体的工业现场有易燃易爆粉尘的场所重庆大学自动化学院检测技术与仪表V2010.07第25页•气体或蒸汽爆炸性混合物的危险区域分为0区、1区和2区 –0区：连续出现或长期出现爆炸性气体混合物的环境。 –1区：在正常运行时可能出现爆炸性气体混合物的环境。 –2区：在正常运行时不可能出现爆炸性气体混合物的环境，或即使出现也仅是暂时存在的爆炸性气体混合物的环境。 重庆大学自动化学院检测技术与仪表V2010.07第26页•爆炸性粉尘环境危险区域分为10区和11区 –10区：连续出现或长期出现爆炸性粉尘的环境。 –11区：有时会将积留下的粉尘扬起而偶然出现爆炸性粉尘混合物的环境。 重庆大学自动化学院检测技术与仪表V2010.07第27页•（2）按易燃易爆物的易燃易爆物程度分级•在统一的试验条件下，由同样的试验装置对各种易燃易爆气体和粉尘与空气的混合物进行试验，按易燃易爆的程度排列，可分为A、B、C三级，C级最易引爆，B级次之，A级更次之。重庆大学自动化学院检测技术与仪表V2010.07第28页•（3）从防止自然的角度,按易燃易爆物的允许最高表面温度分组为了防止自燃的危险性，把各种气体混合物按允许最高表面温度分为T1到T6组。其中T6组允许表面温度最低，最容易自燃，T1组最难自燃。对于粉尘则分为T1-1到T1-3组，也是按允许温度依次降低排列，自燃的危险性依次增大重庆大学自动化学院检测技术与仪表V2010.07第29页标志示例•根据国标的规定，各类防爆型电气设备和仪表用下列字母作为类型标志：“d”为隔爆型；“e”为增安型；“i”为本安型；“o”为充油型；“q”为充砂型；“n”为无火花型；“p”为正压型；“s”为特殊型。•在自动化仪表中通常只使用d和i两种防爆类型。•对于本安型又分为两级，即ia和ib，前者的安全系数更大一些。重庆大学自动化学院检测技术与仪表V2010.07第30页•电气设备和仪表的