仪器仪表基础知识第一节仪器仪表基础知识.ppt

仪器仪表基础知识,丁娱乐,2023/3/2,2,仪表发展已有悠久的历史。据韩非子有度记载，中国在战国时期已有了利用天然磁铁制成的指南仪器，称为司南。古代的仪器在很长的历史时期中多属用以定向、计时或供度量衡用的简单仪器。1718世纪，欧洲的一些物理学家开始利用电流与磁场作用力的原理制成简单的检流计；利用光学透镜制成的望远镜，奠定了电学和光学仪器的基础。其它一些用于测量和观察的各种仪器也遂逐渐得到了发展。19世纪到20世纪，工业革命和现代化大规模生产促进了新学科和新技术的发展，后来又出现了电子计算机和空间技术等，仪器仪表因而也得到迅速的发展。现代仪器仪表已成为测量、控制和实现自动化必不可少的技术工具。,仪器仪表定义（instrumentation）：指用于检查、测量、控制、分析、计算和显示被测对象的物理量、化学量、生物量、电参数、几何量及其运动状况的器具或装置。,仪器仪表功能：仪器仪表能改善、扩展或补充人的官能。人们用感觉器官去视、听、尝、摸外部事物，而显微镜、望远镜、声级计、酸度计、高温计等仪器仪表，可以改善和扩展人的这些官能；另外，有些仪器仪表如磁强计、射线计数计等可感受和测量到人的感觉器官所不能感受到的物理量；还有些仪器仪表可以超过人的能力去记录、计算和计数，如高速照相机、计算机等。,仪器仪表的作用：科学技术是第一生产力，仪器是科学技术发展的重要“工具”。著名科学家王大珩先生指出，“机器是改造世界的工具，仪器是认识世界的工具”。仪器是工业生产的“倍增器”，是科学研究的“先行官”，是军事上的“战斗力”，是现代社会活动的“物化法官”。不言而喻，仪器在当今时代推动科学技术和国民经济的发展具有非常重要的地位。,1.仪器是科学技术发展的重要前提和根本保障。人类发展史上任何一次大的飞跃都是基于工具的巨大创新和根本变革驱动的，作为“工具”的科学仪器的发展和创新往往是催生科技创新的重要要素。2.仪器是经济发展和国防安全的重要保障。仪器是保障经济发展、国家安全不可或缺的重要基础条件。首先，著名科学家钱学森先生指出：“新技术革命的关键技术是信息技术。信息技术由测量技术、计算机技术、通讯技术三部分组成。测量技术则是关键和基础”。3.仪器是推进和谐社会建设的重要力量。目前，全球的资源枯竭、环境污染等问题成为社会健康发展的瓶颈；食品安全问题、公共突发事件、疾病诊断、易燃易爆化学危险品等给人民的生活带来了严重影响，这些重大问题的解决都离不开先进的检测技术和手段。,仪器仪表的五大发展趋势：20世纪中期以后,随着自动控制理论的产生和自动控制技术的成熟,以A/D(数字/模拟转换)环节为基础的数字式仪器得到快速发展。伴随着计算机、通讯、软件和新材料、新技术等的快速发展与成熟,人工智能、在线测控成为可能,使仪器走向智能化、虚拟化、网络化。数字仪器、智能仪器、个人计算机仪器、虚拟仪器和网络仪器代表了20世纪现代科学仪器发展的主流与方向。,性能：衡量仪器仪表性能的主要技术指标有精确度、灵敏度、响应时间等。精确度表示仪表测量结果与被测量真值的一致程度。仪器仪表的精确度常用精确度等级来表示，例如0.1级、0.2级、0.5级、1.0级、1.5级等。0.1级表仪表总的误差不超过0.1%范围。精确度等级数小，说明仪表的系统误差和随机误差都小，也就是这种仪表精密。灵敏度表示当被测的量有一个很小的增量时与此增量引起仪表示值增量之比，它反映仪表能够测量的最小被测量。响应时间是指仪表输入一个阶跃量时，其输出由初始值第一次到达最终稳定值的时间间隔，一般规定以到达稳定值的95%时的时间为准。此外，还有重复性、线性度、滞环、死区、漂移等性能技术指标。,仪器仪表的应用领域：仪器仪表应用领域广泛，覆盖了工业、农业、交通、科技、环保、国防、文教卫生、人民生活等各方面，在国民经济建设各行各业的运行过程中承担着把关者和指导者的任务。由于其地位特殊、作用大，对国民经济有巨大倍增和拉动作用，有着良好的市场需求和巨大的发展潜力。,最常使用的一个工具,2023/3/2,11,万用表,万用表又叫多用表、复用表。万用表分为指针式万用表和数字万用表引。是一种多功能、多量程的测量仪表，一般万用表可测量直流电流、直流电压、交流电流、交流电压、电阻等，还可以测交流电流、电容量、电感量。甚至是频率和三极管的放大倍数。仪表里常见用来测量4-20mADC电流信号、交流电压。24VDC电压信号、回路的通断等 注意一点就是测量不同的条件要将表笔更换到相应的插孔,2023/3/2,12,检测技术,能够自动地完成整个检测处理过程的技术称为自动检测与转换技术。对于检测仪表来说，包括检测、变送与显示三个部分。,1.检测元件 它直接与被测对象相联系，感受被测参数的变化，并将感受到得被测参数的变化转换成相应的信号输出。检测元件有时也称敏感元件、一次元件或传感器。,2.变送部分 变送部分的作用是将感受元件的输出信号根据显示部分的要求，做相应的转换并传输给显示部分显示。,3.显示部分 仪表最终是通过它的显示部分向观察者反应被测参数变化的。,在自动化中，最常见的变量有温度、压力、流量、物位等。利用检测元件将工艺变量转化成一个与之成对应关系的输出信号（420mA直流电流信号）。,按照误差的出现规律，误差可分为系统误差、随机误差、疏忽误差、缓变误差。,按照仪表的使用条件来分，误差可分为基本误差、附加误差。,按照误差数值的表示方法，误差可分为绝对误差、相对误差、引用误差。,测量误差,系统误差大小和方向保持固定，或按一定规律变化的误差。,随机误差 各次测量误差的大小和方向没有规律性。但是，若对这些误差进行大量统计，其出现是符合统计规律的。,疏忽误差由于操作者的粗心大意或失误所造成的测量误差，称为疏忽误差。,缓变误差误差的数值随着时间而缓慢变化的误差，称为缓变误差,基本误差与附加误差,在测量仪表量程范围内，输出量和理论值的最大偏差与量程比值的百分数，称做仪表的基本误差。即：,用来表征测量仪表基本误差允许值等级的量，称做仪表的精度。例如：0.5级精度的仪表，其允许基本误差是-0.5%允0.5%；也就是说，精度数值前加上正、负号后加即为其允许误差范围。反过来，把允许误差限值去掉正负号及即为精度。,附加误差是仪表在非规定的参比工作条件下使用时另外产生的误差。如电源波动附加误差，温度附加误差等。,（1）绝对误差,测量值与真实值的差值：x=x-x0,（2）相对误差,测量结果的绝对误差与真值比值的百分数称为相对误差，即：,返本章目录,返本节目录,引用误差：它是绝对误差与被测量变量的量程之比.绝对误差=-100 量程上限一量程下限仪表的精度等级是根据引用误差来划分的。,例：如果某台仪表的最大基本允许误差为1.5%，则该仪表的精度等级为1.5级，通常用圆圈内的数字表明在仪表的面板上。可以用1.5级、1.5、1.5。,我国工业仪表的精度等级一般分为7个精度等级：0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、4.0,解：该测温仪表的最大引用误差为,去掉%后，该表的精度值为0.6，介于国家规定的精度等级中0.5和1.0之间，而0.5级表和1.0级表的允许误差表允分别为0.5%和1.0%。则这台测温仪表的精度等级只能定为1.0级。,1、某台温度检测仪表的测温范围为100600，校验该表时得到的最大绝对误差为3，试确定该仪表的精度等级。,例题,返本章目录,返本节目录,例2 现需选择一台测温范围为0500的测温仪表。根据工艺要求，温度指示值的误差不允许超过4，试问：应选哪一级精度等级的仪表？,解：工艺允许相对误差为,去掉和%后，该表的精度值为0.8，也是介于0.51.0之间，而0.5级表和1.0级表的允许误差表允分别为0.5%和1.0%。应选择0.5级的仪表才能满足工艺上的要求。,例题,返本章目录,返本节目录,从以上两个例子可以看出：根据仪表校验数据来确定仪表精度等级时，仪表的精度等级应向底靠；根据工艺要求来选择仪表精度等级时，仪表精度等级应向高靠。,