过程检测技术及仪表课件.ppt

1、1）基本概念：）基本概念：a.检测：检测：获得信息的过程，是认识自然界的手段。获得信息的过程，是认识自然界的手段。主要包括两方面内容：主要包括两方面内容：l检验检验 用专门的技术工具，依靠实验、计算和比较的用专门的技术工具，依靠实验、计算和比较的方法对研究方法对研究对象的特性对象的特性进行度量、验证。进行度量、验证。l测量测量 应用测试手段对应用测试手段对被测参数被测参数进行定量的过程。进行定量的过程。b.基本方法：基本方法：能量转换（转换为电量信号）能量转换（转换为电量信号）+单位比较单位比较c.基本任务：基本任务：获取被检测对象的信息。（在限定的时间内，尽获取被检测对象的信息。（在限定的时

2、间内，尽可能正确地收集被测对象的有关信息）可能正确地收集被测对象的有关信息）d.目的：目的：反映、揭示客观世界存在的各种运动状态及规律。反映、揭示客观世界存在的各种运动状态及规律。以检测为基础，实现对对象过程的管理、控制、以检测为基础，实现对对象过程的管理、控制、安全防护、优化处理等操作。安全防护、优化处理等操作。2）检测技术的应用：）检测技术的应用：a.地位：地位：是各种生产、生活活动的重要基础技术。是各种生产、生活活动的重要基础技术。直接反映了现代科学技术的水平。直接反映了现代科学技术的水平。b.应用：应用：l日常及工业生产：日常及工业生产：温度、湿度、压力、流量、物位、成分、距离、温度、

3、湿度、压力、流量、物位、成分、距离、高度、角度、转速、速度、加速度高度、角度、转速、速度、加速度l军工：军工：飞机、舰船、导弹、卫星等速度、定位、轨迹飞机、舰船、导弹、卫星等速度、定位、轨迹l医疗：医疗：疾病检查、诊断疾病检查、诊断本课程内容本课程内容1)课程性质：课程性质：专业技术基础课程。专业技术基础课程。2)课程内容：课程内容：检测技术的基本概念检测技术的基本概念l检测技术的基本理论基础检测技术的基本理论基础l检测系统组成，系统中各组成环节的作用和功检测系统组成，系统中各组成环节的作用和功能能l检测误差、分类及处理方法。检测误差、分类及处理方法。l检测仪表的基本性能及要求，仪表选择。检测

4、仪表的基本性能及要求，仪表选择。工业参数自动检测技术及仪表工业参数自动检测技术及仪表l一次检测元件（敏感元件）及信号转换原理。一次检测元件（敏感元件）及信号转换原理。l主要工业参数的检测原理主要工业参数的检测原理 主要包括：温度检测、压力测量、流量测量、物主要包括：温度检测、压力测量、流量测量、物位测量、成分测量等位测量、成分测量等l检测仪表的特性及选型、检测系统构成及应用。检测仪表的特性及选型、检测系统构成及应用。信号变换技术信号变换技术l主要介绍各种变送器的结构、功能和信号转换技主要介绍各种变送器的结构、功能和信号转换技术。术。3)课程任务及重点课程任务及重点 课程任务：课程任务：l系统了

5、解自动检测技术的基础知识，基本方法；系统了解自动检测技术的基础知识，基本方法；l掌握检测过程中信号获取、信号变换及处理、误差掌握检测过程中信号获取、信号变换及处理、误差分析及处理等技术方法；分析及处理等技术方法；l了解各种测量仪表的构成、工作原理及应用特性；了解各种测量仪表的构成、工作原理及应用特性；l能够设计简单的检测系统及选择测量仪表。能够设计简单的检测系统及选择测量仪表。课程重点：课程重点：l检测系统中的有关概念（含误差分析）；检测系统中的有关概念（含误差分析）；l各种工业参量的检测原理、信号转换电路构成原理；各种工业参量的检测原理、信号转换电路构成原理；l检测方案（系统）的设计方法及应

6、用特点。检测方案（系统）的设计方法及应用特点。4)基础知识（前期课程）基础知识（前期课程）l电路，电子线路电路，电子线路5)主要参考书主要参考书l张宏建，张宏建，自动检测技术及装置自动检测技术及装置，化学工业，化学工业出版社，出版社，2004l杜维，杜维，过程检测技术及仪表过程检测技术及仪表，化学工业出，化学工业出版社，版社，1999l张宝芬，张宝芬，自动检测技术及仪表控制系统自动检测技术及仪表控制系统，化学工业出版社，化学工业出版社，2000l周培森，周培森，自动检测与仪表自动检测与仪表，清华大学出版，清华大学出版社，社，1.1 过程检测基本概念过程检测基本概念l检测：检测：用专门的技术工具

7、，依靠实验和计算获得所关用专门的技术工具，依靠实验和计算获得所关心参数的特性及数值过程。心参数的特性及数值过程。l要求及目的：要求及目的：在限定的时间内，尽可能正确地收集被测对象在限定的时间内，尽可能正确地收集被测对象的有关信息；并以此为基础，实现对对象特性的有关信息；并以此为基础，实现对对象特性的验证；实现过程管理、控制、安全防护、优的验证；实现过程管理、控制、安全防护、优化处理等操作。化处理等操作。l检测过程：检测过程：能量转换过程能量转换过程+单位比较过程单位比较过程 1.1.1 检测系统基本构成及概念检测系统基本构成及概念1）构成单元及各单元功能）构成单元及各单元功能a.能量转换过程能

8、量转换过程 含：检测元件、变换器、信号传输和信号处理部分含：检测元件、变换器、信号传输和信号处理部分b.测量单位比较、输出过程测量单位比较、输出过程 含：测量电路、显示记录装置含：测量电路、显示记录装置变送器变送器 传感器：传感器：检测系统与被测对象直接发生联系的器件或装置检测系统与被测对象直接发生联系的器件或装置。a.构成：敏感元件构成：敏感元件+信号转换部分信号转换部分b.作用：感受指定被测参量的变化，并按照一定规律将作用：感受指定被测参量的变化，并按照一定规律将 其转换成一个相应的便于应用的信号。其转换成一个相应的便于应用的信号。c.分类：分类：l被测参数分类：被测参数分类：温度、流量、

9、位移、加速度、成分等温度、流量、位移、加速度、成分等l转换机理分类：转换机理分类：机械式、电阻式、电容式、压电式、超声波式等机械式、电阻式、电容式、压电式、超声波式等d.输出信号：模拟信号（电流、电压）、数字信号输出信号：模拟信号（电流、电压）、数字信号e.基本要求：基本要求：单值性、精确性、稳定性、灵敏度、耐蚀性等单值性、精确性、稳定性、灵敏度、耐蚀性等 信号调理电路信号调理电路 为方便检测系统后续环节处理或显示，完成对传感为方便检测系统后续环节处理或显示，完成对传感器输出的微弱信号进行检波、转换、滤波、放大等器输出的微弱信号进行检波、转换、滤波、放大等处理的功能电路。处理的功能电路。对信号

10、调理电路的一般要求对信号调理电路的一般要求l能准确转换、稳定放大、可靠地传输信号；能准确转换、稳定放大、可靠地传输信号；l信噪比高，抗干扰性能要好。信噪比高，抗干扰性能要好。例例:（热电阻测量桥路）（热电阻测量桥路）l热电阻型传感器热电阻型传感器 Rt 的输出的输出信号为电阻值的变化。信号为电阻值的变化。l为便于处理，通常设计一为便于处理，通常设计一个四臂电桥，把随被测温个四臂电桥，把随被测温度变化的热电阻阻值转换度变化的热电阻阻值转换成电压信号成电压信号 数据采集及信号处理数据采集及信号处理 对连续模拟信号作离散化处理，将其转换成与模对连续模拟信号作离散化处理，将其转换成与模拟信号电压幅度相

11、对应的一系列数值信息，并以拟信号电压幅度相对应的一系列数值信息，并以一定的方式把这些转换数据及时传递给后续处理一定的方式把这些转换数据及时传递给后续处理单元。单元。数据采集系统的主要性能指标：数据采集系统的主要性能指标：l输入模拟电压信号范围输入模拟电压信号范围l转换速度转换速度(率率)l分辨率分辨率l转换误差转换误差 输出、显示输出、显示 显示被测信号的瞬时值、累积值及变化状态。显示被测信号的瞬时值、累积值及变化状态。l输出信号：输出信号：420 mA的电流信号，的电流信号，15 V电压信号、电压信号、数字信号及开关量信号等多种形式，数字信号及开关量信号等多种形式，l显示方式显示方式l指示式

12、显示又称模拟式显示。指示式显示又称模拟式显示。l数字式显示数字式显示l屏幕式显示屏幕式显示模拟式显示模拟式显示数字式显示数字式显示双回路数字双回路数字/光柱显示光柱显示屏幕式显示屏幕式显示 电源电源 220V AC;24V DC2）测量参数）测量参数a.被测参数：敏感元件直接感受的变量参数被测参数：敏感元件直接感受的变量参数b.待测参数：需要获取的变量参数待测参数：需要获取的变量参数3）测量方法）测量方法a.直接测量：直接测量待测参数的测量方法。待测直接测量：直接测量待测参数的测量方法。待测参数为被测参数。参数为被测参数。b.间接测量，通过测量与待测参数有关系的间接测量，通过测量与待测参数有关

13、系的其他参其他参数数，并通过数学处理获取待测参数的测量方法。，并通过数学处理获取待测参数的测量方法。被测参数被测参数例例1 流量检测系统构成（直接测量）流量检测系统构成（直接测量）l节流装置、变送器：能量转换（流体动能节流装置、变送器：能量转换（流体动能压力压力能能电能）电能）l开方器：信号处理开方器：信号处理l显示仪表：尺度比较，显示显示仪表：尺度比较，显示例例2 质量检测质量检测 （间接测量）（间接测量）l利用产品质量与温度利用产品质量与温度的单值对应关系检测的单值对应关系检测 l检测元件：检测元件：热电阻（热电偶）热电阻（热电偶）l转换电路转换电路 电桥电桥 （电子电位差计）（电子电位差

14、计）1.1.2 检测仪表检测仪表1）检测仪表分类）检测仪表分类a.依被测参量分类依被测参量分类l电工量：电工量：电压、电流、电阻、电容量、频率、磁场强度等电压、电流、电阻、电容量、频率、磁场强度等l热工量：热工量：温度、热量、热流、压力、真空度、流量、物位、界面等温度、热量、热流、压力、真空度、流量、物位、界面等l机械量：机械量：位移、力、力矩、重量、质量、速度、加速度、噪声、角度位移、力、力矩、重量、质量、速度、加速度、噪声、角度等；等；l物性和成分量：物性和成分量：成分、酸碱度、盐度、浓度、粘度、粒度、密度、比重等；成分、酸碱度、盐度、浓度、粘度、粒度、密度、比重等；l光学量：光学量：光强

15、、光通量、光照度、辐射能量等；光强、光通量、光照度、辐射能量等；l状态量：状态量：颜色、透明度、磨损量、裂纹、缺陷、泄漏、表面质量等。颜色、透明度、磨损量、裂纹、缺陷、泄漏、表面质量等。b.依检测方法分类依检测方法分类l有源式和无源式有源式和无源式 依据敏感元件工作中是否需要外加能量分类依据敏感元件工作中是否需要外加能量分类 有源式：需要外加能量源，如热电阻测温有源式：需要外加能量源，如热电阻测温 无源式：无需外加能量源，其自身具有提供能无源式：无需外加能量源，其自身具有提供能量的能力，如热电偶测温量的能力，如热电偶测温l接触式和非接触式接触式和非接触式 依据敏感元件与被测介质间的位置关系分类

16、依据敏感元件与被测介质间的位置关系分类 接触式：检测元件需与被测介质接触，接触式：检测元件需与被测介质接触，例如：利用热电阻测温例如：利用热电阻测温 非接触式：检测元件不需接触被测介质，非接触式：检测元件不需接触被测介质，例如辐射式测温例如辐射式测温l平衡法和不平衡法平衡法和不平衡法 此项主要针对转换器件此项主要针对转换器件l光电转换光电转换 利用光电元件实现光信号到电信号的转换利用光电元件实现光信号到电信号的转换 常见形式常见形式:光电式、激光式、红外式、光栅、光导纤维式等；光电式、激光式、红外式、光栅、光导纤维式等；l其他方式其他方式 声电转换：超声波式、声电转换：超声波式、辐射能电转换：

17、辐射能电转换：x射线式、射线式、射线式、射线式、射线式、射线式、化学能电转换：各种电化学转换化学能电转换：各种电化学转换e.仪表使用性质分类仪表使用性质分类 国家标准规定，测量指示仪表的精度等级国家标准规定，测量指示仪表的精度等级G分为分为0.005,0.02,0.05,0.1,0.2,0.35,1.0,1.5,2.5,4,5.0等等 l标准表：标准表：各级计量部门专门用于精确计量、校准送检样品各级计量部门专门用于精确计量、校准送检样品和样机的标准仪表。和样机的标准仪表。(一般精度等级高于一般精度等级高于0.1级）级）l实验室仪表：实验室仪表：主要用于各类实验室中。主要用于各类实验室中。此类仪

18、表往往无特殊的防水、防尘措施。对于此类仪表往往无特殊的防水、防尘措施。对于温度、相对湿度、机械振动等的允许范围也较小。温度、相对湿度、机械振动等的允许范围也较小。仪表的精度等级较工业用表为高，不适于远距仪表的精度等级较工业用表为高，不适于远距离观察及传送信号等。离观察及传送信号等。(一般精度等级高于一般精度等级高于0.1级）级）l工业仪表：工业仪表：是长期使用于实际工业生产现场的检测仪表与检是长期使用于实际工业生产现场的检测仪表与检测系统。测系统。仪表应具有可靠的防护，能抵御恶劣的环境条仪表应具有可靠的防护，能抵御恶劣的环境条件，且醒目的显示。件，且醒目的显示。工业用表的精度一般不很高，但要求

19、能长期连工业用表的精度一般不很高，但要求能长期连续工作，并具有足够的可靠性。续工作，并具有足够的可靠性。（工业用仪表精度等级为：（工业用仪表精度等级为：0.1,0.2,0.35,1.0,1.5,2.5,5.0）根据应用环境检测仪表分为普通型，隔爆型和根据应用环境检测仪表分为普通型，隔爆型和本安型。本安型。f.显示方式分类显示方式分类l模拟仪表：一般指针式仪表模拟仪表：一般指针式仪表l数字仪表：以数字形式显示参数量。数字仪表：以数字形式显示参数量。g.仪表构成方式仪表构成方式l开环结构开环结构l闭环结构闭环结构1.2 检测仪表基本性能检测仪表基本性能1）测量范围和量程）测量范围和量程l测量范围：

20、测量范围：能保证仪表示值准确度符合某一规定值的参数变能保证仪表示值准确度符合某一规定值的参数变化范围。是仪表的测量上限与下限限定的范围。化范围。是仪表的测量上限与下限限定的范围。l量程：量程：仪表测量上限与下限的代数差。仪表测量上限与下限的代数差。例：例：仪表测量上限仪表测量上限测量下限测量下限量程量程1000-100110010002008002）输入输出特性）输入输出特性 灵敏度和分辨率灵敏度和分辨率a.灵敏度（灵敏度（S）：）：表征检测仪表对被测参数变化的灵敏程度表征检测仪表对被测参数变化的灵敏程度,是指仪是指仪表在对应参数做单位变化时，其指示的稳态位移或表在对应参数做单位变化时，其指示

21、的稳态位移或转角，即转角，即 y：达到稳态时仪表输出的变化量（指针的直：达到稳态时仪表输出的变化量（指针的直线位移或转角）。线位移或转角）。x：被测变量的变化值。：被测变量的变化值。ySxySx 关于灵明度的说明：关于灵明度的说明：l线性仪表灵敏度为常数；线性仪表灵敏度为常数；l灵敏度具有可传递性，即对于串联使用仪表其总灵敏度具有可传递性，即对于串联使用仪表其总灵敏度为：灵敏度为：S=Si （i=1，2，）l灵敏度是一个放大倍数，因此，可以通过增大环灵敏度是一个放大倍数，因此，可以通过增大环节的放大倍数提高灵敏度。节的放大倍数提高灵敏度。注意：注意：仅提高仪表放大倍数，不改变相应仪表基本性仅提

22、高仪表放大倍数，不改变相应仪表基本性能，则仪表的准确度不能得到提高。能，则仪表的准确度不能得到提高。通常规定仪表标尺的最小分格值不能小于仪表通常规定仪表标尺的最小分格值不能小于仪表允许误差的绝对值。允许误差的绝对值。b.分辨率：分辨率：在仪表测量范围内，能引起仪表示值可见响应的在仪表测量范围内，能引起仪表示值可见响应的被测变量的最小变化量。被测变量的最小变化量。l分辨率是仪表灵敏度的一种表现；一般情况下仪分辨率是仪表灵敏度的一种表现；一般情况下仪表的灵敏度高则分辨率也高。表的灵敏度高则分辨率也高。死区死区 输入信号的变化量不能引起输出量发生可观察变输入信号的变化量不能引起输出量发生可观察变化的

23、有限区间。区间内仪表灵敏度为零。化的有限区间。区间内仪表灵敏度为零。l原因：电路偏置、机械传动的摩擦及间隙等。原因：电路偏置、机械传动的摩擦及间隙等。（起始位评价指标）（起始位评价指标）变差（回差）变差（回差）外界条件不变的情况下，同一仪表对某一参数外界条件不变的情况下，同一仪表对某一参数进行正反行程测量时，对应于同一被测值所得的仪进行正反行程测量时，对应于同一被测值所得的仪表示值不等，两者之差即为变差的绝对值。表示值不等，两者之差即为变差的绝对值。l变差描述：变差描述：仪表的变差由仪表在测量范仪表的变差由仪表在测量范围内正反特性间指示值的最围内正反特性间指示值的最大绝对误差与仪表标尺范围大绝

24、对误差与仪表标尺范围之比的百分数表示之比的百分数表示100max%变变差差测测量量上上限限测测量量下下限限变差示意图：变差示意图：=100max%非非线线性性误误差差 仪仪表表测测量量范范围围上上限限仪仪表表测测量量范范围围下下限限3）稳定性）稳定性 检测仪表的稳定性主要描述两个方面内容检测仪表的稳定性主要描述两个方面内容l时间稳定性：时间稳定性：表示在工作条件保持恒定时，在规定时间内仪表输出表示在工作条件保持恒定时，在规定时间内仪表输出值与标称值之间的最大误差。值与标称值之间的最大误差。l条件变化稳定性：条件变化稳定性：表示仪表在规定的使用条件内某个条件的变化对仪表表示仪表在规定的使用条件内

25、某个条件的变化对仪表输出的影响。输出的影响。例：仪表对供电电压的稳定性例：仪表对供电电压的稳定性 设仪表规定的使用电源电压为设仪表规定的使用电源电压为(22020)V AC，则仪，则仪表对电源电压的稳定性可用电源每变化表对电源电压的稳定性可用电源每变化1V时仪表输出时仪表输出值的变化量来表示。值的变化量来表示。4）重复性与再现性）重复性与再现性l重复性重复性 在相同测量条件下，对同一被测量，按同一方向在相同测量条件下，对同一被测量，按同一方向(由小到大或由大到小由小到大或由大到小)多次测量时，检测仪表提多次测量时，检测仪表提供相近输出值的一致程度。供相近输出值的一致程度。=100max%重重复

26、复性性（再再现现性性）测测量量范范围围上上限限测测量量范范围围下下限限5）可靠性）可靠性 主要有三个指标：保险期、有效性和狭义可靠性。主要有三个指标：保险期、有效性和狭义可靠性。保险期保险期 仪表使用后能有效地完成规定任务的期限，超过了仪表使用后能有效地完成规定任务的期限，超过了这一期限可靠性就逐渐降低。这一期限可靠性就逐渐降低。有效性有效性 仪表在规定时间内能正常工作的概率。仪表在规定时间内能正常工作的概率。概率的大小取决于系统故障率的高低、发现故障的概率的大小取决于系统故障率的高低、发现故障的快慢和故障修复时间的长短。快慢和故障修复时间的长短。狭义可靠性狭义可靠性 由结构可靠性和性能可靠性

27、两部分组成。由结构可靠性和性能可靠性两部分组成。l 结构可靠性：仪表在工作时不出故障的概率结构可靠性：仪表在工作时不出故障的概率l 性能可靠性：仪表能满足原定要求的概率。性能可靠性：仪表能满足原定要求的概率。1()()R tF t故障率故障率：仪表工作到仪表工作到t时刻时单位时间内发生故障的概率。时刻时单位时间内发生故障的概率。（每个设备在单位时间内平均故障系数。）每个设备在单位时间内平均故障系数。）描述式：描述式：可靠度和故障率的关系：可靠度和故障率的关系：11FFFNdNNtNdtNNT N：相同元件个数：相同元件个数T：工作时间：工作时间NF：失效总次数：失效总次数1Nii 串联系统：串

28、联系统：系统故障率描述系统故障率描述()tR te u元件串联系统可靠性元件串联系统可靠性设每个元件的可靠性与其它元件的可靠性无关，则串设每个元件的可靠性与其它元件的可靠性无关，则串联系统的可靠度是元件可靠度的乘积，联系统的可靠度是元件可靠度的乘积，即：即：12systnRR RR.由：由：tRe 得：得：1212nnttttsystReeee(.).123411 95 0 50 751 00 10 11 950 5110 623sstsYFee .(.).3310 50 242(.).allsisiFFF 例如，某种检测仪表的故障率为例如，某种检测仪表的故障率为2kh，就是说，就是说100台

29、这样的检测仪表在工作台这样的检测仪表在工作1000h后，可能有后，可能有2台仪表发台仪表发生故障。或者说，这种仪表的平均无故障工作时间是生故障。或者说，这种仪表的平均无故障工作时间是50000h。平均故障修复时间平均故障修复时间MTTR(Mean Time to Repair)：仪表出现故障到恢复工作时的平均时间。仪表出现故障到恢复工作时的平均时间。1MTBF 6）误差）误差 测量值与真值之间的差称为测量误差。测量值与真值之间的差称为测量误差。相关概念：相关概念：l真值：真值：对一个量严格定义的理论值（被测量本身所具有对一个量严格定义的理论值（被测量本身所具有的真正值）。例如：三角形三内角之和

30、为的真正值）。例如：三角形三内角之和为180度。度。常用约定真值或相对真值来代替理论真值。常用约定真值或相对真值来代替理论真值。l约定真值约定真值 根据国际计量委员会通过并发布的各种物理参量根据国际计量委员会通过并发布的各种物理参量单位的定义，利用当今最先进科学技术复现这些实单位的定义，利用当今最先进科学技术复现这些实物单位基准，其值被公认为国际或国家基准，称为物单位基准，其值被公认为国际或国家基准，称为约定真值。约定真值。例如，保存在国际计量局的例如，保存在国际计量局的1 kg铂铱合金原器就是铂铱合金原器就是1 kg质量的约定真值。质量的约定真值。l实际值：实际值：高精度仪表有限次测量的算术

31、平均值。（区别于真高精度仪表有限次测量的算术平均值。（区别于真值）值）l标称值标称值 计量或测量器具上标注的量值，称为标称值。计量或测量器具上标注的量值，称为标称值。如天平的砝码上标注的如天平的砝码上标注的l g、精密电阻器上标注的、精密电阻器上标注的100等。等。l示值示值 由检测仪器由检测仪器(或系统或系统)指示或显示的被测参量的数值指示或显示的被测参量的数值叫示值；或称测量值或读数。叫示值；或称测量值或读数。l误差分类：误差分类：l绝对误差绝对误差l相对误差相对误差l相对百分误差相对百分误差l最大相对百分误差最大相对百分误差l允许误差允许误差 绝对误差绝对误差 检测系统的测量值检测系统的

32、测量值(即示值即示值)x与被测量的真值与被测量的真值x0之间之间的代数差值的代数差值x称为检测系统测量值的绝对误差。称为检测系统测量值的绝对误差。绝对误差绝对误差x说明了系统示值偏离真值的大小，其值说明了系统示值偏离真值的大小，其值可正可负，具有与被测量相同的量纲。可正可负，具有与被测量相同的量纲。0 xXX l用相对误差通常比用绝对误差更能说明不同测量的精确用相对误差通常比用绝对误差更能说明不同测量的精确程度，一般来说相对误差值小，其测量精度就高。程度，一般来说相对误差值小，其测量精度就高。注意：注意：这里的真值可以是约定真值，也可以是相对真值。这里的真值可以是约定真值，也可以是相对真值。测

33、量范围下限附近的测量相对误差大于上限附近的测量测量范围下限附近的测量相对误差大于上限附近的测量相对误差。相对误差。000100100%XXxXX 100%百测量上限测量下限xxL注意：注意：l 最大相对百分误差是检测系统基本误差的主要最大相对百分误差是检测系统基本误差的主要形式，故也常称为检测系统的基本误差。形式，故也常称为检测系统的基本误差。l 是检测系统的最主要质量指标，表征检测系统是检测系统的最主要质量指标，表征检测系统的测量精度等级。的测量精度等级。maxmaxmax100%测量上限测量下限xxLmaxmax100%测量范围上限测量范围下限xl该仪表的最大误差大于该仪表的最大误差大于0

34、.5%，而小于，而小于1，按仪表，按仪表精度等级的划分，该仪表的精度为精度等级的划分，该仪表的精度为1级。级。max4100%0.8%5000例例2：现根据测量的需要，仪表的测量范围改为：现根据测量的需要，仪表的测量范围改为200400kPa，仪表的绝对误差不变，求此时仪表，仪表的绝对误差不变，求此时仪表的最大相对百分误差的最大相对百分误差解：解：此仪表的精度等级应该是此仪表的精度等级应该是2.5级。级。结论：确定结论：确定max4100%2%400200 9）仪表精度及量程的选用）仪表精度及量程的选用 检测仪表产生的测量误差与仪表精度等级检测仪表产生的测量误差与仪表精度等级G、仪表、仪表量程

35、有关。通常量程量程有关。通常量程L和测量值和测量值x相差愈小，测量准相差愈小，测量准确度较高。确度较高。仪表的精度等级选择应保证利用该仪表进行测量所仪表的精度等级选择应保证利用该仪表进行测量所引入的误差小于测量上要求的允许测量误差。引入的误差小于测量上要求的允许测量误差。仪表选择方法：仪表选择方法：a.精度选择：精度选择：选用的精度等级在数值上应该小于计算得到的选用的精度等级在数值上应该小于计算得到的最大相对百分误差。最大相对百分误差。b.选择仪表量程应该接近测量值。选择仪表量程应该接近测量值。0.012100%1.2%1maxmaxmaxmaxmaxmaxmaxmax1.5%300.451.

36、5%500.751.0%500.500.2%3600.72xLVVxLVVxLVVxLVVA表：B表：C表：D表：maxmax100%x测量范围上限测量范围下限20102001()()()nnRRTTTTTT20121()RRTT0 xXX 000100%100%XXxXX maxmaxmax100%xxL 测测量量上上限限测测量量下下限限 100%xxL 百百测测量量上上限限测测量量下下限限 随机误差分析随机误差分析l 随机误差分布曲线随机误差分布曲线 假定对某个被测参量进行等精度重复测量假定对某个被测参量进行等精度重复测量n次，其测次，其测量示值分别为量示值分别为x1、x2、，xi、，xm

37、、则各次测量的、则各次测量的测量误差，即随机误差测量误差，即随机误差(假定已消除系统误差假定已消除系统误差)分别为分别为式中，式中，x0为真值。为真值。以偏差幅值（有正负）为以偏差幅值（有正负）为横坐标，以偏差出现的次横坐标，以偏差出现的次数为纵坐标作图，可得右数为纵坐标作图，可得右图。图。0iixxx1lim0 nini2222221122()()xxp xee 22n11()()lim 常常数数有有限限次次测测量量nniiiinxxnn max3100%BL1niixxn iixx iixx ()ixx 2()ixx x =0.003374=0.016=20.411 =0.01496 =0

38、.032=20.4040.000081 361 121 361 081 361 441 一一 121 361 081 001 441 441 121+0.009+0.019-0.011+0.019+0.009+0.019-0.021一一-0.011+0.019+0.009-0.001-0.021-0.021-0.011 0.000256676016676256676196 0.010816016676256036196196016+0.016+0.026-0.004+0.026+0.016+0.026-0.014-0.104-0.004+0.026+0.016+0.006-0.014-0.01

39、4-0.004 20.424340434243393040434241393940123456789101112131415 ;抛弃疏忽误差后抛弃疏忽误差后抛弃疏忽误差前抛弃疏忽误差前示值示值xi序号序号2()xx2()xx2()xxxx()xx()xx2()xx=0.032，3=0.096 查找并消除疏忽误差。查找并消除疏忽误差。消除第消除第8个测量数据。个测量数据。=0.016,3=0.048仪表测量结果满足：仪表测量结果满足：t=20.4110.0483 式中：式中：y为检测输出；为检测输出；x为被测量；为被测量；u1、u2、um为检测系统的各种参量和外界因素。为检测系统的各种参量和外界

40、因素。当被测量当被测量 x 没有变化没有变化(x=0)，而各参量有，而各参量有u1、u2、um 变化时，引起的检测误差变化时，引起的检测误差y有：有：12(,)myf x u uu 1122(,)mmyyf x uu uuuu 12121212mmymuuumuuuyfffyuyuyuyfffuuu 121212mmfffyuuuuuu 1122(,)mmyyf x uu uuuu B.系统误差的确定系统误差的确定 常见系统误差关系示意图常见系统误差关系示意图a.恒值系统误差确定恒值系统误差确定l实验比对法实验比对法 对于不随时间变化的恒值型系统误差，通常可以采用实对于不随时间变化的恒值型系统

41、误差，通常可以采用实验比对的方法发现和确定。（标准器件法和标准仪器法）验比对的方法发现和确定。（标准器件法和标准仪器法）标准件法：（以电阻测量为例）标准件法：（以电阻测量为例）检测仪器对高精度精密标准电阻器进行重复多次测量，检测仪器对高精度精密标准电阻器进行重复多次测量，测量值与标准电阻器的阻值的差值大小均稳定不变，该差测量值与标准电阻器的阻值的差值大小均稳定不变，该差值即可作为此检测仪器在该示值点的系统误差值。其相反值即可作为此检测仪器在该示值点的系统误差值。其相反数，即为此测量点的修正值。数，即为此测量点的修正值。标准表法：标准表法：把精度等级高于被检定仪器两档以上的同类高精度仪器把精度等

42、级高于被检定仪器两档以上的同类高精度仪器作为标准表，与被检定检测仪器同时、或依次对被测对象作为标准表，与被检定检测仪器同时、或依次对被测对象进行重复测量，把标准表示值视为相对真值，若被检定检进行重复测量，把标准表示值视为相对真值，若被检定检测仪器示值与标准表示值之差大小稳定不变，则将该差值测仪器示值与标准表示值之差大小稳定不变，则将该差值作为此检测仪器在该示值点的系统误差，其相反数即为此作为此检测仪器在该示值点的系统误差，其相反数即为此检测仪器在此点的修正值。检测仪器在此点的修正值。b.变差系统误差确定变差系统误差确定 变差系统误差是指按某种确定规律变化的测量系统误变差系统误差是指按某种确定规

43、律变化的测量系统误差。对此可采用残差观察法或利用某些判断准则来发差。对此可采用残差观察法或利用某些判断准则来发现，并确定是否存在变差系统误差。主要方法有：现，并确定是否存在变差系统误差。主要方法有：l残差观察法残差观察法 当系统误差比随机误差大时，通过残差分析可以发现当系统误差比随机误差大时，通过残差分析可以发现该误差是否为按某种规律变化的变差系统误差。该误差是否为按某种规律变化的变差系统误差。通常做法：通常做法：把一系列等精度重复测量值及其残差按测量次序分把一系列等精度重复测量值及其残差按测量次序分别列表，通过观察和分析各测量数据残差值的大小和别列表，通过观察和分析各测量数据残差值的大小和符

44、号的变化情况确定系统误差种类。符号的变化情况确定系统误差种类。l马利科夫准则马利科夫准则 马利科夫准则适用于判断、发现和确定线性系统误差。马利科夫准则适用于判断、发现和确定线性系统误差。操作方法：同一条件下顺序重复测量得到一组测量值操作方法：同一条件下顺序重复测量得到一组测量值xi，求出它们相应的残差，求出它们相应的残差vi。将这些残差序列以中间值将这些残差序列以中间值v0为界分为前后两组，分为界分为前后两组，分别求和，然后把两组残差和相减，别求和，然后把两组残差和相减，11niiiiixxxxn ki=1=niii sD 若结果若结果D近似等于零，说明测量中不含线性系统误差；近似等于零，说明

45、测量中不含线性系统误差；若明显不为零，则表明这组测量中存在线性系统误差。若明显不为零，则表明这组测量中存在线性系统误差。l阿贝一赫梅特准则阿贝一赫梅特准则 适用于判断、发现和确定周期性系统误差适用于判断、发现和确定周期性系统误差 操作方法：同一条件下测量得到的一组测量值操作方法：同一条件下测量得到的一组测量值xi按序排列，求出相应残差值按序排列，求出相应残差值vi，按下式计算：，按下式计算：1122311niinniA 21:An本测量数据序列的方差+x0-x0tx0X0+T/2半周期法读数示意图x1212112(,)nnniiniyf x xxffffdydxdxdxdxxxxx12112n

46、niiniffffyxxxxxxxx 232322232333xxxxnnnnnRRRRRRRRRRRR RRRRRRRR代入各有关数据，可得电桥测量总的系统误差为代入各有关数据，可得电桥测量总的系统误差为 Rx=0.01-0.01+0.001=0.001解解 调节滑线电阻调节滑线电阻Rp的滑触头，的滑触头，当电位差计的输出电位差与被当电位差计的输出电位差与被测电势测电势Ex达到平衡时，检流计达到平衡时，检流计指零，此时有关系，指零，此时有关系，I1(R1+rP)-I2R2=Ex1212mmfffyuuuuuu 依据：依据：11112222()()xppdEI dRdrRr dII dRR d

47、I有：有：4 0.014(0.005)2 0.01xdE 0.044 0.0050.020.04xdEmA 0.04100%0.2%20 xE 0.04100%0.1%40 xE22222222222.5%)(2%)%)(2%)2.5%)4.64%tvt基(1+(512.5%2%1%2%2.5%10%xiil系统误差分配系统误差分配 已知规定系统误差总量求各环节系统误差分量已知规定系统误差总量求各环节系统误差分量 误差分配原则：误差分配原则：l从各元器件的实际情况出发，即按各元器件的技术性从各元器件的实际情况出发，即按各元器件的技术性能，可能达到的水平，提出要求，不要提出过高的要能，可能达到的

48、水平，提出要求，不要提出过高的要求；求；l首先给误差容易确定的元器件分配，余下的按均等分首先给误差容易确定的元器件分配，余下的按均等分配，再根据可能性作适当调整；配，再根据可能性作适当调整；l既要保证误差要求，又要考虑经济性；既要保证误差要求，又要考虑经济性；l充分利用误差正、负抵消的有利因素，同时注意误差充分利用误差正、负抵消的有利因素，同时注意误差影响系数大的因素；影响系数大的因素；l对于元器件的误差不能知道其确切值时，一般取最大对于元器件的误差不能知道其确切值时，一般取最大允许误差。允许误差。11410004105235PEImARRR2231000210490EImARR该电位差计的测

49、量上限：该电位差计的测量上限：测量下限：测量下限：测量范围：测量范围：1122max()xPEI RRI R1122minxEI RI R1maxmaxminxxxPEEEI R调整滑线电阻调整滑线电阻RP,使电位差与被测电势使电位差与被测电势Ex达到平衡，有平衡式达到平衡，有平衡式 取取Ex的全微分得：的全微分得：1122()xPEI RrI R11112222()()xPPdERrdII dRdrI dRR dI则相对百分误差为则相对百分误差为111221112211121112211122max1111111122221110102 102 105554 54 520.22xPPPxPE

50、PxPPPPPPPIIRRRIPPPPPPIIRRRIIPIRRRdERrIIIRdIdIdRdrdRdIEI RI RI RI RI RI RRrRI RI RRRRI RI Rrr 21%I 注意：为了保证测量误差小于注意：为了保证测量误差小于1，rp取最大值取最大值Rp，故上式变为，故上式变为11122112222321%xPPEIIRRRIIRRRI 在不等式中，第一项误差系数最大，第二项次之，其余三项在不等式中，第一项误差系数最大，第二项次之，其余三项为为1最小，故在分配误差时，应取最小，故在分配误差时，应取I1最小，最小，R1次之，其余类次之，其余类推。具体分配时，尽可能取推。具体