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仪表的固有特性及其性能指标
发布时间:2015-08-24 08:31:48      浏览次数:

摘要: 检测仪表的基本特性    检测仪表的基本特性可分为固有特性与工作特性,而固有特性则是确定其性能指标的依据。    1 仪表的固有特性及其性能指标    仪表的固有特性是指它处在规定使用条件下的输入 输
检测仪表的基本特性
  
  检测仪表的基本特性可分为固有特性与工作特性,而固有特性则是确定其性能指标的依据。
  
  1.仪表的固有特性及其性能指标
  
  仪表的固有特性是指它处在规定使用条件下的输入/输出关系。依据固有特性所确定的指标有精确度、非线性误差、灵敏度和分辨力、变差、漂移以及动态误差等。
  
  (1)精确度及其等级仪表的精确度(简称精度)是仪表检测误差的一种工程表示,是用来衡量仪表测量结果可靠性程度最重要的指标。仪表的精确度一般不宜用绝对误差和相对误差来表示。这是因为前者不能体现对不同量程的合理要求,后者则容易引起任何仪表都无法相信的误解。例如,有两种不同的测温仪表,一台测量范围为0~1000℃,其最大绝对误差△max为10℃,另一台测量范围为0~400℃,其最大绝对误差△max为5℃,若用绝对误差或相对误差来衡量,并不能说明后者较前者测量精度高;再例如,对同一个仪表,当绝对误差一定时,其相对误差则随测量值的减小而增大。特别在测量微小参数时,其相对误差可能大得难以想像,但这并不意味该仪表的测量精度不高。因而在自动化仪表中,仪表的精度通常在规定的使用条件下,由最大引用误差来度量。根据引用误差的定义可知,仪表的精度不仅与它的绝对误差有关,而且还与它的测量范围有关。按照这种度量方法,当仪表的测量范围一定,最大绝对误差越小,则最大引用误差也越小,仪表的精度就越高;同样,当仪表的最大绝对误差一定,测量范围越大,则最大引用误差就越小,仪表的精度就越高。因此,用仪表的最大引用误差来度量仪表的测量精度是科学的、合理的。仪表的精度可分为若干等级,其等级可用去掉最大引用误差中的“±”和“%”来表示。例如,某仪表的最大引用误差为±0.5%,则该仪表的精度等级即为0.5级;又如,某仪表的最大引用误差不超过±1%,则该仪表的精度等级即为1.0级。
  
  按照自动化仪表行业的规定,仪表精度的等级可分为:0.001级,0.005级,0.02级,0.05级,0.1级,0.2级,0.4级,0.5级,1.0级,5级,2.5级等。等级数越小,精度越高;反之亦然。
  
  通常,科学实验用的仪表精度的等级数小于0.05;工业检测用仪表的等级数多在0.1~2.5之间,其中校验用的多为0.1或0.2,现场用的多为0.5~2.5;我国生产的DDZ-IH型仪表的精度等级数为0.5。
  
  (2)非线性误差在通常情况下,总希望检测仪表的输出量和输入量之间成线性关系。测量仪表的非线性误差就是用来表征仪表的输出量和输人量的实际对应关系与理论直线的吻合程度。对于理论上具有线性特性的检测仪表,由于各种因素的影响,其实际特性可能偏离线性,如图2-2所示。
  
  通常,非线性误差δf用实际测得的输人/输出特性曲线与理论直线之间的最大偏差和测量仪表的测量范围之比的百分数表示。
  
  (3)变差仪表的变差是指在外界条件不变的情况下,使用同一仪表对被测参数在测量范围内进行正、反方向(即逐渐由小到大或逐渐由大到小)测量时所产生的最大差值△bmax与仪表测量范围之比的百分数,记为δb,即
  
  仪表变差示意图。
  
  (4)灵敏度和分辨力测量仪表的灵敏度是指仪表输出量的增量△y与引起输出增量的输人增量△x的比值,记为s,即
  
  对于线性仪表,它的灵敏度是其静态特性的斜率,即s为常数;而非线性仪表的灵敏度则为一变量,用S=dy/dx表示。仪表的灵敏度
  
  分辨力又称灵敏限,是指仪表输出能响应和分辨的最小输入变化量,它也是灵敏度的一种反映。对数字仪表而言,分辨力是数字显示仪表变化一个二进制最低有效位时输入的最小变化量。
  
  (5)漂移检测仪表在一定工作条件下,当输入信号保持不变时,输出信号会随时间或温度的变化而出现漂移。随时间变化出现的漂移称为时漂;随环境温度变化而出现的漂移称为温漂。时漂与温漂越小越好。
  
  以上介绍的固有特性都是仪表的静态特性,其相应的性能指标都是仪表的静态指标。下面介绍的动态误差是对仪表动态特性的一种描述。
  
  (6)动态误差动态误差是指被测参数在干扰作用下处于变动状态时仪表的输出值与参数实际值之间的差异。引起该误差的原因是由于仪表内部的惯性以及能量形式转换或物质的传递需要时间所造成的。衡量惯性大小和传递时间的快慢通常用时间常数T和纯滞后时间T来表征。它们的存在会降低检测过程的动态性能,其中纯滞后时间T的不利影响会远远超过时间常数t的影响。因此,在研制或选用检测仪表时,应尽量减小仪表的惯性和滞后,使之快速和准确地响应输人量的变化。
  
  2.检测仪表的工作特性
  
  检测仪表的工作特性是指能适应参数测量和系统运行的需要而具有的输人/输出特性,它可以通过零点调整与迁移以及量程调整而改变。
  
  (1)检测仪表的工作特性检测仪表的理想工作特性为图2-5所示的线性特性。图中,xmax和xmin分别为被测参数的上限值和下限值,ymax和ymin分别为检测仪表输出信号的上限值和下限值。对于模拟式变送器,ymax和ymin为统一标准信号的上限值和下限值;对于智能式变送器,ymax和ymin为输出的数字信号范围的上限值和下限值。由图2-5可得检测仪表输出的一般表达式为
  
  式中,x为仪表的输入信号;y为对应于x时仪表的输出信号。
  
  (2)零点调整与迁移所谓检测仪表的零点是指被测参数的下限值xmin,或者说对应仪表输出下限值ymin的被测参数最大值。在检测仪表中,使xmin=0的过程称为“零点调整”;使xmin≠0的过程称为“零点迁移”。也就是说,零点调整使仪表的测量下限值为零,而零点迁移则是把测量的下限值由零迁移到某一数值(正值或负值)。当将测量的下限值由零变为某一正值时,称为正迁移;反之,将测量的下限值由零变为某一负值时,称为负迁移。图2-6为某仪表零点迁移前后的输人/输出特性。
  
  (3)量程调整量程是指与检测仪表规定的输出范围相对应的输人范围。量程调整是指在零点不变的情况下将检测仪表的输出信号上限值ymax与被测参数的上限值xmax相对应。图2-7即为某仪表量程调整前后的输入/输出特性。
  
  量程调整相当于改变检测仪表的输入/输出特性的斜率,也即改变仪表输出信号y与输入信号x之间的比例系数。
  
  示例2-1某测温仪表的测量范围为0~500℃;,输出信号为4~20mADC,欲将该仪表用于测量200~1000℃的某信号,试问应作如何调整?
  
  解显然,该仪表不能直接用来测量200~1000℃:的信号,必须对它进行必要的调整。其调整过程如图2-8所示。由图可知,调整过程分为两步:首先将仪表的量程从0?500℃调整到0~800℃,并使其输人在0℃时的输出为4mA,输入在800℃时的输出为20mA。然后再将仪表的零点由0℃迁移到200℃,最后得到200~1000℃的测量范围。
  
  具有零点迁移、量程调整功能的仪表使它的使用范围得到了扩大,并增加了它的适用性和灵活性。但是,在什么条件下可以进行零点迁移和量程调整,迁移量与调整量有多大,这需要结合具体仪表的结构和性能而定,并不是无约束的。
 

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