海上仪表圈
本文简单介绍检测和仪表中常用的基本性能指标,包括测量范围及量程、基本温差、精度等级、灵敏度、分辨率、迁移、可靠性以及抗干扰性能指标等。
1、测量范围、上下限及量程
每个用于测量的仪表都有测量范围,它是该仪表按规定的精度进行测量的被测变量的范围。测量范围的最小值和最大值分别称为测量下限和测量上限,简称下限和上限。
仪表的量程可以用来表示其测量范围的大小,是其测量上限值与下限值的代数差,即:量程= 测量上限值-测量下限值
使用下限与上限可完全表示仪表的测量范围,也可确定其量程。如一个温度测量仪表的下限值是-50℃,上限值是 150℃,则其测量范围可表示为-50℃~150℃,量程为 200℃。
2、零点迁移和量程迁移
仪表测量范围的另一种表示方法是给出仪表的零点即测量下限值及仪表的量程。只要仪表的零点和量程确定了,其测量范围也就确定了。因而这是一种更为常用的表示方式。
在实际使用中,由于测量要求或测量条件的变化,需要改变仪表的零点或量程,为此可以对仪表进行零点和量程的调整。通常将零点的变化称为零点迁移,而量程的变化则称为量程迁移。
3、灵敏度和分辨率
灵敏度是仪表对被测参数变化的灵敏程度,常以在被测参数改变时,经过足够时间仪表指示值达到稳定状态后,仪表输出变化量 Δ Y与引起此变化的输入变化量 Δ U 之比表示, 即
由灵敏度的定义表达式可知,灵敏度实质上等同于仪表的放大倍数。只是由于 U 和 Y 都有具体量纲,所以灵敏度也有量纲,且由 U 和 Y 确定;而放大倍数没有量纲。所以灵敏度的含义比放大倍数要广泛得多。
常容易与仪表灵敏度混淆的是仪表分辨率。它是仪表输出能响应和分辨的最小输入量,又称仪表灵敏限。分辨率是灵敏度的一种反映,一般说仪表的灵敏度高,则其分辨率同样也高。
4、误差
仪表指示装置所显示的被测值称为示值,它是被测真值的反映。严格地说,被测真值只是一个理论值,因为无论采用何种仪表测到的值都有误差。实际中常将用适当精度的仪表测出的或用特定的方法确定的约定真值代替真值。例如使用国家标准计量机构标定过的标准仪表进行测量,其测量值即可作为约定真值。
绝对误差:示值与公认的约定真值之差称为绝对误差,即
绝对误差通常可简称为误差。当误差为正时表示仪表的示值偏大,反之偏小。
相对误差:绝对误差与约定真值之比称为相对误差,常用百分数表示,即
引用误差:虽然用绝对误差占约定真值的百分数来衡量仪表的精度比较合理,但仪表多应用在测量接近上限值的量,因而用量程取代约定真值则得到引用误差如下式所示:
最大引用误差:考虑整个量程范围内的最大绝对误差与量程的比值,则获得仪表的最大引用误差为
最大引用误差与仪表的具体示值无关,可以更好地说明仪表测量的精确程度。它基本误差的主要形式,仪表的主要质量指标之一
允许误差:仪表在出厂时要规定引用误差的允许值,简称允许误差。
5、精确度
任何仪表都有一定的误差。因此,使用仪表时必须先知道该仪表的精确程度,以便估计测量结果与约定真值的差距,即估计测量值的大小。仪表的精确度通常是用允许的最大引用误差去掉百分号(%)后的数字来衡量的。 例如某温度计的刻度由-50℃~ 200℃,即其测量范围为 250℃,若在这个测量范围内,最大测量误差不超过 2.5℃,则其相对百分误差δ为
按仪表工业规定,仪表的精确度划分成若干等级,简称精度等级,如 0.1 级、0.2 级、0.5 级、1.0 级、1.5 级、2.5 级等。由此可见,精度等级的数字越小,精度越高。
6、 滞环、死区和回差
仪表内部的某些元件具有储能效应,例如弹性变形、磁滞现象等,其作用使得仪表检验听得的实际上升曲线和实际下降曲线常出现不重合的情况,从而使得仪表的特性曲线形成环状。该种现象即称为滞环。显然在出现滞环现象时,仪表的同一输入值常对应多个输出值,并出现误差。
仪表内部的某些元件具有死区效应,例如传动机构的磨合间隙等,其作用亦可使得仪表检验所得的实际上升曲线和实际下降曲线常出现不重合的情况。这种死区效应使得仪表输入在小到一定范围后不足以引起输出的任何变化,而这一范围则称死区。考虑仪表特性曲线呈线性关系的情况。因此,存在死区的仪表要求输入值大于某一限度才能引起输出的变化,死区也称为不灵敏区。理想情况下,不灵敏区宽度是灵敏限的 2 倍。
也可能某个仪表既具有储能效应,也具有死区效应,其综合效应将是以上两者的结合。在以上各种情况下,实际上升曲线和实际下降曲线间都存在差值,其最大的差值称为回差,亦称变差,或来回变差。
7、重复性和再现性
在同一工作条件下,同方向连续多次对同一输入值进行测量所得的多个输出值之间相 互一致的程度称为仪表的重复性,它不包括滞环和死区。某种仪表的重复性常选用上升曲线的最大离散程度和下降曲线的最大离散程度两者中的最大值来表示。
再现性包括滞环和死区,它是仪表实际上升曲线和实际下降曲线之间离散程度的表示,常取两种曲线之间离散程度最大点的值来表示。
重复性是衡量仪表不受随机因素影响的能力,再现性是仪表性能稳定的一种标志,因而在评价某种仪表的性能时常同时要求其重复性和再现性。重复性和再现性优良的仪表并不一定精度高,但高精度的仪表一定有很好的重复性和再现性。
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