2013第一章第二节检测仪表的分类和基本性能指标(2013)

第二节 检测仪表的分类和基本性能指标

一、检测仪表的分类

二、检测仪表的基本性能指标

一、检测仪表的分类 检测仪表按照技术特点或使用范围的不同有各 种的分类方法，以下是常见的分类方法。

1 按被测参数分类：每个检测仪表一般被用来测量某个特定的参数。 根据这些被测参数的不同，检测仪表可分为 : 温 度检测仪表 (简称温度仪表)、压力检测仪表、流 量检测仪表、物位检测仪表等。

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按对被测参数的响应形式分类：

检测仪表可分为连续式检测仪表和开关式检测 仪表(连续作用的检测仪表和位式作用的检测 仪表)。前者是指检测仪表的输出值随被测参数的变化 按比例地连续改变。。开关式检测仪表是指在 被测参数整个变化范围内其输出响应只有两种 状态，这两种状态可以是电路的"通"或"断", 可以是电压或空气压力的"高"和"低"

3 按仪表中使用的能源和主要信息的类型分类：

检测仪表可分为机械式仪表、电式仪表、气式 仪表和光式仪表。 (1)机械式仪表一般不需要使用外部能源，通常利用敏感元 件带动仪表的传动机构，使指针产生偏转，通 过仪表盘上的刻度显示被测参数的大小。这种 仪表一般安装在现场，属就地显示式仪表。

(2)电式仪表又称电动仪表这类检测仪表用电源作为仪表能源，其输出信 号也是电信号。现在绝大部分使用的检测仪表都 为电式仪表。 (3)气式仪表

这类仪表多用压缩空气作为仪表的能源和信号 的传递介质。由于仪表中没有使用电源，这类仪 表可以使用在周围环境有易燃易爆气体或粉尘的 场所。但是用压缩空气传递信号，滞后比较大,传 递信号的气管路上的任何泄露或堵塞会导致信号 的衰减或消失。

(4)光式仪表

它是近年来发展起来的一种新型检测仪表， 它不仅有气式仪表的优点，而且信号传递的速 度非常快。目前，光电结合形成了新的光电式 仪表，它充分利用了光的良好的抗干扰和绝缘 隔离能力，以及电的易放大和处理能力强的特 点，实现仪表的信号处理、信号隔离、信号传 输和信号显示。

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按是否具有远传功能分类： 检测仪表分为就地测量显示仪表和远传式仪表。

(1)就地测量显示仪表特点是显示装置与敏 感元件不能分离，仪表不具有其他形式的输出 功能。(2)远传式仪表是指显示装置可以远离敏感 元件。

在这种检测仪表中，对敏感元件输出的信息进 行进一步的放大和转换，使之成为可以远传的 信号。远传信号的形式一般有空气压力、电压、 电流、电抗、光强等。随着科学技术的发展， 远传信号还可以是无线的。为了便于现场观察 和维护，有

些远传式的检测仪表不仅能将信号 远传，在远距离显示被测参数值，而且在就地 也有相应的显示装置。

5 按信号的输出(显示)形式分类： 检测仪表可分为模拟式仪表和数字式仪表。

(1)模拟式仪表是指仪表的输出或显示是一个 模拟量( 2 )数字式仪表是指仪表的显示直接以数字 (或数码 ) 的形式给出，或是以二进制等编码形 式输出和传输。

由于目前绝大多数的敏感元件、传感器都是模 拟式的，所以在数字式仪表中一般要有模 / 数 (A/D) 转换器件，实现从模拟信号到数字信号 的变换。也有一些传感器的输出的直接是数字 量，而不需要A/D转换。

例如，用来测风速的风速仪将风速转换成叶片的转动速 度，而叶片每转动一周，风速仪就输出一个脉冲，其频 率正比于风速的大小。 随着计算机技术的应用日益普遍，数字式仪表将增多。 另外，为了满足不同使用者的需要，有些仪表既有数字 功能，同时又有模拟式仪表的功能。例如，现在使用的 很多变送器除了有现场数字显示 (参数设定)功能外，它 还能产生可以远传的 4~20mA 的模拟信号。这类仪表一 般也归到数字仪表，但严格说应该是数字-模拟混合型仪 表。20世纪 90年代发展起来的总线式仪表被认为是全数 字式的仪表。

6 根据安装场所有无易燃易爆气体及危险程度，检测仪表分为普通型、隔爆型及本安型。 (1)普通型仪表不考虑防爆措施，只能用在非易 燃易爆场所; (2)隔爆型仪表在内部电路和周围易燃介质之间 采取了隔爆措施，允许使用在有一定危险性的环 境里; ( 3 )本安型仪表依靠特殊设计的电路保证在正 常工作及意外故障状态下均不会引起燃爆事故， 可用在易燃易爆严重的场所。对隔爆型和本安型 仪表的具体要求以及相应的等级详见国家有关标 准的规定。

7 根据使用的对象，检测仪表有民用的、工业用的和 军事用的。 (1)民用仪表一般在常温、常压下工作，对仪表 的准确度要求较低。

(2)工业用仪表由于应用场合的不同，有耐高温 仪表、耐腐蚀仪表、防水仪表等。工业用仪表一 般对仪表准确度和可靠性均有较高的要求。 (3)军事用仪表的性能有更高的要求，除了工业 用仪表中要考虑的各种因素外，还要特别考虑仪 表的抗振性能、抗电磁干扰的性能，另外还要求 仪表有很高的可靠性和较短的响应时间。

8 按仪表的结构方式分类，检测仪表可分为开环 结构仪表和闭环结构仪表。有的仪表是两种结 构兼有。

作业一： 1、什么是敏感元件？什么是传感器？什么是变 送器？举例说明。 2、什么是位式作用的检测仪表？什么是连续作 用的检测仪表？ 3、仪

表的结构分为开环结构和闭环结构。开环 结构仪表和闭环结构仪表各有什么特点？

二、检测仪表的基本性能指标评价检测仪表的指标较多，各种性能指标的重要程度随不 同应用场合和不同的仪表而异，本节介绍如下一些重要概 念和性能指标。 (一)上下切换值、切换中值及切换差 (二)测量范围、测量上下限和量程 (三)精确度等级和相对百分误差 (四)非线性误差 (五)灵敏度和灵敏度限变差 (六)死区 (七)变差 (八)可靠性 ( 九)重复性误差和再现性误差 ( 十 ) 动态误差

(一)上下切换值、切换中值及切换差这些概念是针对位式作用仪表而言的。

上切换值—在输入变量由小增大时，使输出信号状 态改变的输入信号值。下切换值—在输入变量由大减小时，使输出信号状 态改变的输入信号值。 切换中值—上切换值和下切换值之间的中值。

切换差(差隙)—上切换值和下切换值之间的代数 差。

输出

切换差 下 切 换 值 切 换 中 值 上 切 换 值

输入

切换中值是位式作用仪表所在系统的控制目标 值。切换差越小意味着仪表越灵敏。但在输入 变量经常变动时，输出信号改变过分频繁也未 必有利，应视具体情况选择切换差的大小。 引起切换差的原因：传动机构的间隙、运动部 件间的摩擦、磁性元件间的磁滞现象。

(二)测量范围、测量上下限和量程测量范围—对连续作用的检测仪表来说，能够按 规定的精确度进行传感或变送的被测变量的范围。 测量范围的最低值和最高值分别叫做测量下限和测 量上限，简称为下限和上限。测量范围表示法：下限值至上限值 下限值~上限值 例如：0℃至100 ℃或0℃~100 ℃。 量程—测量上限值和测量下限值的代数差。 测量范围为-50℃至+100 ℃时， 量程为：100 -(-50)=150(℃)

(三)精确度等级和相对百分误差测量值与真值接近的程度称为精度(精确度)。任何 仪表都无法准确测量被测量的“真值”,测量值和 “真值”必然存在误差。误差是评定精度的尺度， 误差越小，说明精度越高。

绝对误差=被测值-真值，真值一般通过理论计算或 用精确度更高的标准仪表获得(标准值或约定真 值)。 相对误差=(绝对误差/标准值) 100%

仪表的精度通常用相对百分误差(又叫引用相对误 差) 的大小来衡量. =(绝对误差/量程) 100%

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