仪器仪表的基本概念及知识

1.分析仪器的分类

分析仪器的种类繁多，用途各异。按照测量原理和分析方法，可以把分析仪器大略分为如下几类。

（1）电化学分析仪器

采用电位、电导、电流分析法的各种电化学分析仪器，如氧化锆氧分析仪器、燃料电池式氧分析仪器、电化学式有毒性气体检测器等。

（2）热学分析仪器

如热导式气体分析仪器、催化燃烧式可燃性气体检测器等

（3）光学分析仪器

包括采用吸收光谱法的红外线气体分析仪器、近红外光谱仪、激光气体分析仪器、紫外-可见分光光度计、紫外荧光法分析仪等。

（4）微量水分析仪器

大致有电解式微量水分析仪、电容式微量水分析仪、晶体震荡式微量水分析仪、冷镜式微量水分析仪等。

2.分析仪器基本参数解析

（1）测量范围

也称作量程，指两个极限值之间的区域，用所考虑的量的上、下极限值来表示。

量程的选择：仪表量程的选择必须目的明确，要根据现场具体情况及工艺要求来选择，提供给客户最适合的量程。并不是越大越好，因为仪表的误差也是根据量程的变化而变化的。

一般我们的仪表误差为±2%F.S，即满量程的±2%；在跟客户的交流中要搞清楚客户的需求，尤其遇到一些不清楚情况的客户，总希望能够量程越大、精度越高越好，这个需要我们做工作来说服客户去选择最适合的。同时，不同量程需要用到不同的传感器，比如：微量氧传感器一般测量0-1000ppm的氧气比较好，而常量氧则一般针对0.1%-80%之间浓度的氧气测量；高纯氧的量程一般选80-99.99%。

（2）准确度及等级

仪器的准确度也成为精确度，简称精度，是指仪器的指示值与被测量真值的一致程度。一般仪器的准确度等级为2级
在测量中，任何一种测量的精密程度高低都只能是相对的，皆不可能达到绝对精确，总会存在有各种原因导致的误差。为使测量结果准确可靠、尽量减少误差，提高测量精度．必须充分认识测量可能出现的误差，以便采取必要的措施来加以克服。通常在测量中有基本误差、补偿误差、绝对误差、相对误差、系统误差、随机误差、过失误差与抽样误差等。下面说明一下相对误差。

①绝对误差（absolute error）

绝对误差=测量结果-（约定）真值

②相对误差（relative error）

相对误差=绝对误差 / （约定）真值

相对误差用±%F.S表示，FS是英文full scale的缩写，±%F.S表示仪表满量程相对误差。

仪表满量程相对误差=绝对误差 / （测量上限-测量下限）*100%

（3）响应时间（response time）和分析滞后时间（lag time of analysis）

响应时间是表征仪器测量速度的快慢.通常定义为从被测量发生阶跃变化的舜时起，到仪器的指示达到两个稳态值之差的90%处所经过的时间。这一时间称为90%响应时间，用T90标注。

分析滞后时间等于“样品传输滞后时间”和“分析仪器响应时间”之和，即样品从工艺设备取出到得到分析结果这段时间。样品传输滞后时间包括取样、传输和预处理环节所需时间。

（4）稳定性：（stability）

稳定性是指在规定的工作条件下，输入保持不变，在规定时间内仪器示值保持不便的能力。分析仪器的稳定性可用噪声和漂移两个参数来表征。

噪声（noises）又称输出波动（output fluctuation），不是由被测组分的浓度或任何影响量变化引起的相对于平均输出的波动，或者说由于未知的偶然因素所引起的输出信号的随机波动。它干扰有用信号的检测。

漂移（drift）是指分析信号朝某个一定的方向缓慢变化的现象。漂移包括零点漂移、量程漂移、基线漂移。漂移表示系统误差的影响。

如：我们的仪表参数中提到的：“稳定性：零点漂移：±1.5%F.S/30d；量程漂移：±1.5%F.S/30d；”指的是仪表在连续工作30天零点漂移和量程点漂移小于满量程（F.S=full scale）的±1.5%。

为了提高仪器仪表的稳定性和重复性，通常通过自动标定、补偿校正等手段来实现。如：红外气体分析仪器中参比信号、热导传感器中的双臂电桥及在线成套分析系统中的自动标校等都是此手段。

（5）重复性：（repeatability）

又称重复性误差（repeatability error）。指相同的方法、相同的试样、在相同的条件下测得的一系列结果之间的偏差。相同的条件是指同一操作者、同一仪器、同一实验室和短暂的时间间隔。

（6）灵敏度：（sensitivity）

是指被测物质的含量或浓度改变一个单位时分析信号的变化量，表示仪器对被测定量变化的反应能力。

（7）分辨力：（resolution）

是指仪器区别相邻近信号的能力。通常用分辨率等表示，仪器的分辨率是可调的，仪器性能指标中给出的分辨率一般是该仪器的最高分辨率。分辨率越高，灵敏度越低。

3.单位换算

3.1压力单位换算表