随着科技和生产的迅速发展,检测系统(仪表)的种类不断增加,其分类方法也很多,工程上常用的几种分类法如下。
1.按被测参量分类
常见的被测参量可分为以下几类:
(1)电工量电压、电流、电功率、电阻、电容、频率、磁场强度、磁通密度等;
(2)热工量 温度、热量、比热容、热流、热分布、压力、压差、真空度、流量、流速、物位、液位、界面等;
(3)机械量 位移、形状、力、应力、力矩、重量、质量、转速、线速度、振动、加速度、噪声等;
(4)物性和成分量 气体成分、液体成分、固体成分、酸碱度、盐度、浓度、粘度、粒度、密度、比重等;
(5)光学量 光强、光通量、光照度、辐射能量等;
(6)状态量 颜色、透明度、磨损量、裂纹、缺陷、泄漏、表面质量等。
严格地说,状态量范围更广,但是有些状态量由于已按习惯归入热工量、机械量、成分量中,因此,在这里不再重复列出。
2.按被测参量的检测转换方法分类
被测参量通常是非电物理或化学成分量,通常需用某种传感器把被测参量转换成电量,以便于处理。被测量转换成电量的方法很多,*主要的有下列几类:
(1)电磁转换电阻式、应变式、压阻式、热阻式、电感式、互感式(差动变压器)、电容式、阻抗式(电涡流式)、磁电式、热电式、压电式、霍尔式、振频式、感应同步器、磁栅等;
(2)光电转换光电式、激光式、红外式、光栅、光导纤维式等;
(3)其他能/电转换声/电转换(超声波式)、辐射能/电转换(X射线式、β射线式、γ射线式)、化学能/电转换(各种电化学转换)等。
3.按使用性质分类
按使用性质检测仪表通常可分为标准表、实验室表和工业用表等三种。顾名思义,“标准表”是各级计量部门专门用于**计量、校准送检样品和样机的标准仪表。标准表的精度等级必须高于被测样品、样机所标称的精度等级;而其本身又根据量值传递的规定,必须经过更高一级法定计量部门的定期检定、校准,由更高精度等级的标准表检定之,并出具该标准表重新核定的合格证书,方可依法使用。
“实验室表”多用于各类实验室中,它的使用环境条件较好,往往无特殊的防水、防尘措施。对于温度、相对湿度、机械振动等的允许范围也较小。这类检测仪表的精度等级虽较工业用表为高,但使用条件要求较严,只适于实验室条件下的测量与读数,不适于远距离观察及传送信号等。
“工业用表”是长期使用于实际工业生产现场的检测仪表与检测系统。这类仪表为数*多,根据安装地点的不同,又有现场安装及控制室安装之分。前者应有可靠的防护,能抵御恶劣的环境条件,其显示也应醒目。工业用表的精度一般不很高,但要求能长期连续工作,并具有足够的可靠性。在某些场合下使用时,还必须保证不因仪表引起事故,如在易燃、易爆环境条件下使用时,各种检测仪表都应有很好的防爆性能。
此外,按检测系统的显示方式可分为指示式(主要是指针式)显示,数字式显示,屏幕式显示等几类。还有的分成模拟式、数字式、智能型(以CPU为核心,具有常规数字系统所没有的性能)等。
检测系统(仪器)的基本误差通常有以下几种表示形式:
1.**误差
检测系统的测量值(即示值)X与被测量的真值X0之间的代数差值△x称为检测系统测量值的**误差,即
△x=X-X0 (1)
式中,真值X0可为约定真值,也可是由高精度标准器所测得的相对真值X0**误差△x说明了系统示值偏离真值的大小,其值可正可负,具有和被测量相同的量纲。
在标定或校准检测系统样机时,常采用比较法,即对于同一被测量,将标准仪器(具有比样机更高的精度)的测量值作为近似真值X0与被校检测系统的测量值X进行比较,它们的差值就是被校检测系统测量示值的**误差。如果它是一恒定值,即为检测系统的“系统误差”。该误差可能是系统在非正常工作条件下使用而产生的,也可能是其他原因所造成的附加误差。此时对检测仪表的测量示值应加以修正,修正后才可得到被测量的实际值X0。
X0=X-△x=X+C (2)
式中,数值c称为修正值或校正量。修正值与示值的**误差数值相等,但符号相反,即
C=-△x=X0-X (3)
计量室用的标准器常由高一级的标准器定期校准,检定结果附带有示值修正表,或修正曲线C=f(x)。
2.相对误差
检测系统测量值(即示值)的**误差△x与被测参量真值X0的比值,称为检测系统测量(示值)的相对误差δ,常用百分数表示,即
(4)
这里的真值可以是约定真值,也可以是相对真值(工程上,在无法得到本次测量的约定真值和相对真值时,常在被测参量(已消除系统误差)没有发生变化的条件下重复多次测量,用多次测量的平均值代替相对真值)。用相对误差通常比用**误差更能说明不同测量的**程度,一般来说相对误差值小,其测量精度就高。
在评价检测系统的精度或测量质量时,有时利用相对误差作为衡量标准也不很准确。例如,用任一确定精度等级的检测仪表测量一个靠近测量范围下限的小量,计算得到的相对误差通常总比测量接近上限的大量(如2/3量程处)得到的相对误差大得多。故引入引用误差的概念。
3.引用误差
检测系统测量值的**误差△x与系统量程L之比值,称为检测系统测量值的引用误差γ。引用误差γ通常仍以百分数表示
(5)
比较式(5)和(4)可知:在γ的表示式中用量程L代替了真值X0,使用起来虽然更为方便,但引用误差的分子仍为**误差△x,当测量值为检测系统测量范围的不同数值时,各示值的**误差△x也可能不同。因此,即使是同一检测系统,其测量范围内的不同示值处的引用误差也不一定相同。为此,可以取引用误差的*大值,既能克服上述的不足,又更好地说明了检测系统的测量精度。
4.*大引用误差(或满度*大引用误差)
在规定的工作条件下,当被测量平稳增加或减少时,在检测系统全量程所有测量值引用误差(**值)的*大者,或者说所有测量值中*大**误差(**值)与量程的比值的百分数,称为该系统的*大引用误差,用符号),γmax表示
(6)
*大引用误差是检测系统基本误差的主要形式,故也常称为检测系统的基本误差。它是检测系统的*主要质量指标,能很好地表征检测系统的测量精度。