仪器仪表基础知识-第一节仪器仪表基础知识

　　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。

　　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。 17～18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。

　　1、某台温度检测仪表的测温范围为100～600℃，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。

　　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δ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。

　　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。

　　去掉±和%后，该表的精度值为0.8，也是介于0.5～1.0 之间，而0.5级表和1.0级表的允许误差δ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。

　　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。

　　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。

　　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（4～20mA直流电流信号）。

　　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。

　　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。。

　　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。

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　　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。

　　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%≤δ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。

　　例2 现需选择一台测温范围为0～500℃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

　　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

　　（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：

　　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。

　　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。

　　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

　　0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、4.0 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 。