第三章 过程检测仪表
§1 概述
一、检测仪表组成
图3-1 检测仪表组成
检测仪表是控制系统信息的源头，是信号 变换、加工、处理、存储的基础，在控制系 统中处于十分重要的地位。 检测仪表把各种非电量，如温度、压力、 流量、物位等转换为电量信号。 变送器将检测仪表的输出转换为标准输出 信号，对电动二型仪表，信号为0～10mA， 对电三型仪表，标准信号为4～20mA。 有时会将检测元件（如热电偶）、变送器 和显示仪表统称为检测仪表。
因此，应该选择精度为0.5级的仪表
校验仪表时确定仪表的精度等级，与根 据工艺要求来选择仪表的精度等级是不一样 的。 根据校验数据确定仪表精度时，仪表的允 许误差应该比仪表校验所得的相对误差最大 值要大或相等 根据工艺要求选择仪表精度时，仪表允许 误差应该小于或等于根据工艺要求计算出的 相对误差的最大值。
6、线性度 通常希望检测仪表的输入输出信号之间 存在线性对应关系，并且将仪表的刻度制成 线性刻度，但实际测量过程中，由于各种因 素的干扰，实际特性常常偏离线性。线性度 就是衡量实际特性偏离线性程度的指标。
图3－2（b) 检测仪表性能－线性度示意图
三、测量误差
1、误差的分类 （1）随机误差 测量误差的大小和方向无法预测。总体服从一 定的规律。不能通过校正的方法消除，但可从 理论上估计其对测量结果的影响。 （2）系统误差 误差的大小有一定的规律（恒定、线性、周期、 负杂规律）。可通过校正消除或减小。 （3）粗大误差 明显歪曲测量值的误差。由疏忽和大意造成。
3、灵敏度和灵敏限
灵敏度：表征检测仪表对被测参数变化的 灵敏度 灵敏程度，是指仪表在对应单位参数变化时， 其指示的稳态位移或转角，即
∆α S= ∆x
灵敏限：即引起仪表示值可见变化的被测 灵敏限 量的最小变化值。 在数字仪表中，常用分辨率来表示仪表 灵敏度（或灵敏限）的大小
4、重复性 当测量条件不变时，对同一变量进行多 次测量，所得测量结果之接近程度。 重复性可以表示仪表的稳定程度。
ˆ x = x ±σ −
ˆ σ n
（3－2）
n
x
ˆ σx =
=
∑(x
i =1
i
− x)
2
n( n − 1)
（3－3）
2、变差
定义： 定义： 在相同条件下，用同一仪表对某一工艺 参数进行正、反行程测量时，相同的被测变 量值正反行程的测量结果不一定相同，两者 之差为变差。 造成变差原因： 传动机构间隙，运动部件的摩擦，弹性元 件的弹性滞后。
仪 表 示 值
正形成
反行程 被测变量
图3－2（a) 检测仪表性能－变差示意图
【例3-1】有一台测压仪表，其标尺围为 0～500KPa，已知其绝对误差最大值,
∆Pmax = 4 KPa 求该仪表精度等级。 4 解： δ max = × 100% = 0.8% 500 − 0 0.5 < 0.8 < 1
故仪表精度等级为1级。
若根据需要将其量值改为200～400Kpa，
∆Pmax 不变，则
二、检测仪表的性能
1、精度 ①相对百分误差
x − x0 δ = 测量上限 - 测量下限 × 100%
（3－1）
x :测量值 x0 :被测量的标准值
仪表精度是根据相对百分误差定义的， 即相对百分误差去掉百分号。
② 精度 仪表精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。我国规定 的 划 分 等 级 由 0.005, 0.02, 0.05, 0.1, 0.2,0.5,1.0,1.5,2.5,4.0等。 1.0级 表示方法 ： 或
δ max
4 = × 100% = 2% 400 − 200
则仪表精度等级为2.5级
【例3-2】仪表量程为0～500KPa，工艺要求 该仪表指示误差不得超过4KPa,问应该选择 精度等级为多少的仪表才能满足要。 解：
4 δ max = ×100% = 0.8% 500 − 0 0.5% < 0.8% < 1.0%
2、误差的表示方法
（1）绝对误差
测量误差＝测量值－真实值 如真误差；剩余误差等 （2）相对误差误差 测量误差相对某个数值（如真实值）的 比值，如相对百分误差
3、测量结果最佳表达式
对固定量进行n次测量（n 一般大于20次）， 得到测量列， 1 , x 2 , L x n , 。则测量结果的最 x 佳表达式为（若测量列只含有随机误差）：