第四节　热工仪表的质量指标

为了正确地选择和使用仪表,必须了解仪表的一系列质量指标。热工仪表的质量指标主要有:基本误差、准确度等级、变差、灵敏度、不灵敏区、时滞等。这些质量指标,是鉴别仪表性能是否符合技术规定的标准和判定仪表是否合格的依据。

一、基本误差

在规定的技术条件下对仪表进行检定时,仪表所具有的最大误差,称为仪表的基本误差。仪表的基本误差是仪表本身的固有属性,它既可以用绝对误差的形式δj表示,也可以用折合误差的形式γj表示。

γj=×100%(1⁃7)

二、准确度等级

仪表的准确度等级是根据允许误差定义的。

1.允许误差

根据各类仪表的设计、制造质量不同,国家对每种仪表均规定了基本误差的最大允许值,即允许误差。它既可用绝对误差的形式δy表示,也可以用折合误差的形式γy表示。

γy=×100%(1⁃8)

2.准确度等级系列

仪表的准确度等级在数值上等于允许误差去掉百分号后的绝对值。国家为了便于对仪表进行管理,规定了仪表的准确度等级系列。仪表厂家在生产仪表时,规定的准确度等级(或允许误差)必须与准确度等级系列相一致。

国家规定的准确度等级系列有:0.005、0.01、0.04、0.05、0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、4.0、5.0等级别。数值越小,准确度等级越高。通常准确度等级用小圆圈内的阿拉伯数字标志在仪表的刻度盘上。

由于仪表都有一定的准确度等级,因此其刻度盘的分格值不应小于仪表允许误差的绝对值,否则没有意义。

【例1⁃2】　有一只测量范围为0~1000℃、准确度等级为0.5级的温度计,问该温度计在规定使用条件下的最大测量误差为多少?仪表分格值应为多少?

解:一块合格的仪表,在规定条件下使用时,其测量的最大误差δmax不应超过允许误差。

≤0.5%

故≤(xmax-xmin)=×(1000-0)=5(℃)

因此,该表在规定条件下使用时,其最大测量误差为±5℃;仪表分格值应不小于5℃,即最多可分1000℃÷5℃=200(格)。

【例1⁃3】　若需测量某100℃左右的温度对象,要求测量误差不大于±5℃。现有两只温度计可供选择,一只测量范围为0~1000℃,准确度等级为0.5级;另一只测量范围为0~200℃,准确度等级为1.0级,问选用哪一只合适?

解:0~1000℃、0.5级的仪表最大测量误差在上题中已求出,0~200℃、1.0级的仪表最大测量误差为

≤(xmax-xmin)=×(200-0)=2(℃)

因为该仪表与0~1000℃、0.5级的仪表相比较,准确度等级低、量程小、造价较低,而且测量误差较小,故应选用0~200℃、1.0级的温度计。

可见,在选择仪表时应根据测量要求,综合考虑准确度等级及量程。

一般测量仪表的经常工作点应出现在仪表量程的2/3~3/4处,而不宜出现在量程的1/3以下。对于压力表应有较大的安全系数,以保证弹性元件能在弹性变形的安全范围内可靠地工作。通常,压力表应保证被测参数示值出现在量程的1/2~2/3处;在被测压力较稳定的情况下,最大压力值应不超过仪表全量程的2/3。至于准确度等级,只要能满足实际测量要求就行,不可过分要求。

三、变差

仪表在规定的使用条件下,从正、反行程两个方向测量同一参数,两次测量值之差称为该示值点上的变差,即Δ=;在仪表测量范围内,各示值点上变差的最大值称为仪表的变差,即Δmax=。变差也可以用折合误差的形式表示

γΔ=×100%=×100%(1⁃9)

式中　xz,xf——在测量同一参数时,仪表正、反行程的示值。

一块合格的仪表,其基本误差和变差均不应超过允许误差。

四、灵敏度

灵敏度是指仪表输出信号的变化量ΔL与引起该变化的输入信号的变化量ΔX之比。灵敏度用S表示,即

S=(1⁃10)

若仪表各示值点上的灵敏度都相同,则仪表输出与输入呈线性关系,否则为非线性关系。对于呈线性关系的仪表刻度方便、均匀、准确,易读数。

五、不灵敏区

不能引起仪表输出变化的输入信号最大变化范围称为仪表的不灵敏区。

如某温度计稳定在100℃,当被测温度上升到100.1℃时指针开始正向移动,当被测温度下降到99.8℃时指针开始负向移动,则该温度计在100℃示值点的不灵敏区为100.1℃-99.8℃=0.3℃。

有时也把能引起仪表输出变化的输入信号最小变化量称为仪表的分辨率。一般分辨率数值应不大于仪表允许误差的一半。

六、时滞

从测量开始到仪表正确显示出被测量的这一段时间称为仪表的时滞或响应时间。仪表对参数进行测量时,由于仪表有惯性,其指示值总要经过一段时间之后才能正确显示,即指示值的变化总要落后于被测参数的变化;在被测参数快速变化时,会产生动态误差。

除上述指标外,还有如下一些指标,如修正值、线性度、重复性、漂移等,在此不再详细描述。