自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)與裝置

1、例一：有一臺(tái)壓力儀表，其量程為100kpa，經(jīng)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)儀表的基本誤差為0.6kpa，問(wèn)這臺(tái)壓力儀表的準(zhǔn)確度為多少？準(zhǔn)確度等級(jí)為多少？解：由題意可以算出儀表的滿刻度相對(duì)誤差為0.6%，略去其百分號(hào)，則該壓力儀表的準(zhǔn)確度為0.6.由于0.6大于準(zhǔn)確度等級(jí)0.5，而小于1.0，所以該儀表的準(zhǔn)確度等級(jí)為1.0級(jí)。例二：擬對(duì)某壓力容器的壓力進(jìn)行測(cè)量，正常壓力在150kpa左右，要求壓力測(cè)量誤差不大于4.5kpa，問(wèn)應(yīng)選擇什么樣的壓力檢測(cè)儀表才能滿足測(cè)量要求？解：由題意，選擇的壓力儀表的基本誤差應(yīng)小于4.5kpa才能滿足測(cè)量要求，另一方面，壓力檢測(cè)儀表的量程一般應(yīng)比正常壓力大30%以上，可選擇壓力儀表的量

2、程為250kpa，則儀表滿刻度相對(duì)誤差應(yīng)小于4.5/250=1.8%，從而選擇的壓力儀表的準(zhǔn)確度等級(jí)應(yīng)為1.5級(jí)。電容元件的結(jié)構(gòu)和特性1. 變極距式電容器：某個(gè)被測(cè)量變化時(shí)，會(huì)引起動(dòng)極板的位移，從而改變極板間的距離，導(dǎo)致電容量的變化。2. 變面積式電容器：當(dāng)可動(dòng)極板在被測(cè)量的作用下發(fā)生移位，使兩極板相對(duì)有效面積改變，則會(huì)導(dǎo)致電容器的電容量的變化。3. 變介電常數(shù)是電容器：當(dāng)兩極板間介電常數(shù)變化，由此引起的電容量改變。熱電偶檢測(cè)元件將兩種不同的導(dǎo)體A B連成閉合回路，將他們的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)分別置于溫度為T(mén)及T0（設(shè)T>T0）的熱源中，則在該回路內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)。這種現(xiàn)象稱(chēng)之為熱電效應(yīng)。將兩種材

3、料的導(dǎo)體組合稱(chēng)為熱電偶。導(dǎo)體A和B稱(chēng)為熱電極。溫度高的接點(diǎn)T稱(chēng)為熱端（工作端），溫度低的T0稱(chēng)為冷端（自由端）。熱電偶回路中所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)由兩部分組成：其一是不同材料的兩種導(dǎo)體之間的接觸電勢(shì)；其二是單一導(dǎo)體兩端溫度不同而形成的溫差電勢(shì)。熱電動(dòng)勢(shì)的大小只與熱電極材料及兩端溫度有關(guān)，與熱電極的幾何尺寸無(wú)關(guān)。熱電偶必須由兩種材料不同的兩個(gè)電極構(gòu)成。熱電極材料確定之后，熱電勢(shì)的大小只與T，T0有關(guān)，若保持T0一定，則熱電偶回路總熱電時(shí)就可以看成是溫度T的單值函數(shù)。這就是用熱電偶測(cè)溫的基本原理。熱電偶的基本定律（1） 均質(zhì)導(dǎo)體定律有一種均質(zhì)導(dǎo)體的閉合回路，不論導(dǎo)體的橫截面積，長(zhǎng)度以及溫度分布如何，均不產(chǎn)

4、生熱電動(dòng)勢(shì)。（2） 中間導(dǎo)體定律在熱電偶回路中接入第三種材料的導(dǎo)體，只要其兩端的溫度相等，該導(dǎo)體的接入就不會(huì)影響熱電偶回路的總熱電動(dòng)勢(shì)。（3）中間溫度定律 Eab(T,T0)= Eab(T,Tc)+ Eab(Tc,T0)用鎳鉻鎳硅熱電偶測(cè)爐溫。當(dāng)冷端溫度T0=30度時(shí)，測(cè)得熱電勢(shì)為E（T,T0）=39.17mv，若被測(cè)溫度不變，而冷端溫度為-20度，則該熱電偶測(cè)得的熱電勢(shì)為多少已知該熱電偶有E(30.0)=1.2mv，E(-20.0)=-0.77mv？根據(jù)中間溫度定律Eab(T,T0)= Eab(T,Tc)+ Eab(Tc,T0)其中T0=-20,Tc=30；所以：Eab(Tc,T0)= Ea

5、b(Tc,0)- Eab(T0，0)=1.2-（-0.77）=1.97 Eab(T,T0)=39.17+1.97=41.14 mv得到冷端溫度為-20度時(shí)，測(cè)得的熱電勢(shì)應(yīng)為41.14mv。所以用熱電偶測(cè)量溫度時(shí)必須考慮冷端的溫度，否則會(huì)引起誤差。(1)壓電效應(yīng)某些材料在沿一定方向受外力作用時(shí)，不僅幾何尺寸變化而發(fā)生變形，而且材料內(nèi)部電荷分布發(fā)生變化，從而使得在其定的兩個(gè)相時(shí)表面上產(chǎn)生得號(hào)相反、當(dāng)外力去掉后，它們又恢復(fù)到不帶電狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為正壓電效應(yīng)。所受的作用力越大，則機(jī)械變形越大，所產(chǎn)生的電荷量越多。壓電效應(yīng)是可逆的。光電效應(yīng)是指光照射到物質(zhì)上引起其電特性(電子發(fā)射、電導(dǎo)率、電位、電配等

6、)發(fā)生變化的現(xiàn)象。分為外光電效應(yīng)和內(nèi)無(wú)電效應(yīng)。()外光電效應(yīng)在光線作用下.使其內(nèi)部電子逸出物體表面的現(xiàn)象稱(chēng)為外光電效應(yīng)，基于外光電效應(yīng)的光電器件有光電管、光電倍增管。（2）內(nèi)光電效應(yīng)物體在光線作用下，其內(nèi)部的原子釋放電子，但這些電子并不溢出物體表面，而仍然留在內(nèi)部，從而導(dǎo)致物體的電阻率發(fā)生變化或產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為內(nèi)光電效應(yīng)。使電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象稱(chēng)為光電導(dǎo)效應(yīng)，基于光電導(dǎo)效應(yīng)的光電器件有光敏電阻。而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象稱(chēng)為光生伏特效應(yīng)，基于該效應(yīng)的光電器件有光電池、光敏二極管、光敏三極管等。(2) 光敏電阻的主要參數(shù)及基本特性主要參數(shù)暗電阻和暗電流。所謂暗電阻是指在無(wú)光照時(shí)所測(cè)的電阻值。這時(shí)

7、在給定工作電壓下流過(guò)光敏電阻的電流稱(chēng)為暗電流。亮電阻與亮電流。在受光照時(shí)，光敏電阻的阻值稱(chēng)為亮電阻，此時(shí)的電流稱(chēng)為亮電流。光敏電阻的基本特性包括光照特性、伏安特性、光譜特性、溫度特性。檢測(cè)儀表的組成：圖3.1示出了檢測(cè)儀表或檢測(cè)系統(tǒng)一般組成形式，主要有敏感元件、信號(hào)變換、處理傳輸、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及顯示裝置等功能模塊。需要指出的是：同種檢測(cè)儀表（指敏感元件相同），由于使用要求和條件的不同，在組成測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式上也不完全相同。檢測(cè)儀表的設(shè)計(jì)方法按結(jié)構(gòu)形式來(lái)劃分主要有直接串聯(lián)式（直接變換式）、差動(dòng)式、參比式和平衡（反饋）式為四種方法。直接串聯(lián)式（直接變換式）、差動(dòng)式、參比式等屬開(kāi)環(huán)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)法，而平衡

8、（反饋）式屬于閉環(huán)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)法。四種儀表設(shè)計(jì)方法都有優(yōu)缺點(diǎn)。溫度檢測(cè)儀表在根據(jù)敏感元件與被測(cè)介質(zhì)接觸與否，可以分成接觸式和非接觸式兩大類(lèi)。接觸式檢測(cè)儀表主要包括基于物體受熱體積膨脹或長(zhǎng)度伸縮性質(zhì)的膨脹式溫度檢測(cè)儀表( 如 玻璃管水銀溫度計(jì)、雙金屬溫度計(jì)) ，基于導(dǎo)體或半導(dǎo)體電阻值隨溫度變化的熱電阻溫度檢測(cè)儀表，基于熱電效應(yīng)的熱電偶溫度檢測(cè)儀表等。非接觸式檢測(cè)儀表是利用物體的熱輻射特性與溫度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)物體的溫度進(jìn)行檢測(cè)，主要有亮度法、全輻射法和比色法。熱電偶溫度計(jì)3.3 S型熱電偶在工作室自由端溫度t0=30度，現(xiàn)測(cè)得熱電偶的電勢(shì)為7.5mv，求被測(cè)介質(zhì)實(shí)際溫度？解：由題意熱電偶測(cè)得的電勢(shì)

9、為E(t,30)，即E(t,30)=7.5mv，其中t為被測(cè)介質(zhì)溫度，由分度表可查到E(30,0)=0.173mv，則E(t,0)=E(t,30)+E(30,0)=7.5+0.173=7.673mv在由分度表中查出與其對(duì)應(yīng)的實(shí)際溫度為830度。熱電偶自由端溫度的處理（1） 補(bǔ)償導(dǎo)線法在使用補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)必須注意以下問(wèn)題。 補(bǔ)償導(dǎo)線只能在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)( 一般為O 100度) 與熱電偶的熱電勢(shì)相等或相近。 不同型號(hào)的熱電偶有不同的補(bǔ)償導(dǎo)線。 熱電偶和補(bǔ)償導(dǎo)線的兩個(gè)接點(diǎn)處要保持同溫度。 補(bǔ)償導(dǎo)線有正、負(fù)極，需分別與熱電偶的正、負(fù)極相連。G 補(bǔ)償導(dǎo)線的作用只是延伸熱電偶的自由端，當(dāng)自由端溫度t0不等于

10、0 時(shí)，還需進(jìn)行其他補(bǔ)償與修正。（2） 計(jì)算修正法（3） 自由端恒溫法（4） 自動(dòng)補(bǔ)償法 目前主要采用補(bǔ)償電橋利用不平衡電橋產(chǎn)生的電勢(shì)來(lái)補(bǔ)償熱電偶因自由端溫度變化而引起的熱電勢(shì)的變化值。（5）為了減小引線電阻的影響，引線采用三線制接法，如圖3.52所示，其中兩根引線來(lái)自熱電阻的一個(gè)引出端，另一根引線接至熱電阻的另一個(gè)引出端。三根引線分別接到變送器或顯示器儀表輸入電路的電橋的電源和兩個(gè)橋臂。由于引線分別接在電橋的兩個(gè)橋臂上，受到溫度或長(zhǎng)度的變化引起引線電阻的變化將同時(shí)影響兩個(gè)橋臂的電阻，但對(duì)電橋的輸出影響不大，從而較好地消除了引線電阻的影響，提高測(cè)量的準(zhǔn)確度。所以工業(yè)上多采用三線制接法。接觸式溫

11、度檢測(cè)儀表在實(shí)際使用時(shí)注意：1. 正確選擇測(cè)溫位置2. 同等條件下盡可能縮小溫度敏感元件和保護(hù)套管的體積3. 準(zhǔn)確地安裝以保證被測(cè)介質(zhì)與敏感元件間充分的熱交換智能溫度變送器優(yōu)點(diǎn):1. 適用性和通用性強(qiáng)。2. 具有各種補(bǔ)償功能。3. 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出和通信。4. 操作使用方便靈活具有自診斷功能。5. 可實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的現(xiàn)場(chǎng)就地控制。DDZ-III型差壓變送器的結(jié)構(gòu)原理圖：壓力檢測(cè)儀表的使用：注意：壓力儀表的選用；取壓點(diǎn)及引壓管路的設(shè)計(jì)一般在被測(cè)壓力較穩(wěn)定的情況下，最大工作壓力不應(yīng)超過(guò)儀表滿量程的3/4，在被測(cè)壓力波動(dòng)較大或側(cè)脈動(dòng)壓力時(shí)，最大工作壓力不應(yīng)超過(guò)儀表滿量程的2/3，為了保證測(cè)量準(zhǔn)確度最小工作壓力

12、不應(yīng)低于滿量程的1/3，選擇儀表流程時(shí)應(yīng)首先要滿足最大工作壓力條件。物位檢測(cè)儀表：常用的物位檢測(cè)方法1. 靜壓式物位計(jì)2. 浮力式物位計(jì)3. 聲學(xué)式物位計(jì)4. 射線式物位計(jì)5. 微波物位計(jì)6. 電氣式物位計(jì)他們可以歸納為以下幾個(gè)檢測(cè)原理1. 基于力學(xué)原理2. 基于相對(duì)變化原理3. 基于某強(qiáng)度性物理量隨物位的升高而增加原理靜壓式液位計(jì)檢測(cè)原理基于液位高度變化時(shí)，由液柱產(chǎn)生的靜壓也隨之變化的原理。量程遷移例如采用法蘭式差壓變送器時(shí)，由于從膜盒至變送器的毛細(xì)管中充以硅油，無(wú)論差壓變送器安裝在什么高度，一般均會(huì)產(chǎn)生附加靜壓。因此，在這些情況下，需要采用相應(yīng)的校正措施，工程中最常用的對(duì)壓力（差壓）變送器

13、進(jìn)行零點(diǎn)調(diào)整，使它在只受附加靜壓（靜壓差）時(shí)輸出為“零”，這種方法稱(chēng)為“量程遷移。量程遷移有無(wú)遷移、負(fù)遷移、正遷移三種情況，正負(fù)遷移的實(shí)質(zhì)是調(diào)整差壓變送器的零點(diǎn)，作用是同時(shí)改變測(cè)量范圍的上下限，而不改變量程的大小。浮力式液位計(jì)基本原理是通過(guò)測(cè)量漂浮于被測(cè)液面上的浮子（浮標(biāo)）隨液面變化而產(chǎn)生的位移，或利用沉浸在被測(cè)液體中的浮筒（沉筒）所受的浮力與液面位置的關(guān)系檢測(cè)液位。前者一般稱(chēng)為恒浮力式液位計(jì)，后者稱(chēng)為變浮力式液位計(jì)。電容式物位計(jì)電容式物位計(jì)是利用敏感元件（電容器）直接把物位變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化，常見(jiàn)的電容器結(jié)構(gòu)為圓筒形。超聲波物位計(jì)聲波是一種機(jī)械波，是機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中傳播過(guò)程，頻率在20khz以上的機(jī)械波稱(chēng)為超聲波。節(jié)流式流量計(jì)如果在管道中安置一個(gè)固定的阻力件，它的中間是一個(gè)比管道截面小的孔，當(dāng)流體流過(guò)阻力件的小孔時(shí)，由于流體流束的收縮而是流速加快、靜壓力降低，其結(jié)果是在阻力件前后產(chǎn)生一個(gè)較大壓力差。它與流量（流速）的大小有關(guān)，流量越大，差壓也越大。因此，只要測(cè)出阻力件前后的差壓就可以推算出流量。作為流量檢測(cè)用的節(jié)流件有標(biāo)準(zhǔn)的和特殊的兩種。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件包括標(biāo)準(zhǔn)孔板、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴和標(biāo)準(zhǔn)文丘里管。