第2章過程控制檢測儀表

1、過程控制過程控制目錄目錄組成環(huán)組成環(huán)節(jié)節(jié)復(fù)雜控復(fù)雜控制系統(tǒng)制系統(tǒng)設(shè)計設(shè)計測量與變測量與變送裝置送裝置調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器執(zhí)行器執(zhí)行器過程控制過程控制系統(tǒng)系統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容教學(xué)內(nèi)容概述概述被控對象被控對象建模建模簡單控制系簡單控制系統(tǒng)設(shè)計和參統(tǒng)設(shè)計和參數(shù)整定數(shù)整定應(yīng)用實應(yīng)用實例例第第2 2章檢測儀表章檢測儀表章節(jié)目錄章節(jié)目錄第第1 1章緒論章緒論第第1 1章緒論章緒論第第1 1章緒論章緒論2.1 2.1 檢測儀表的基本技術(shù)指標(biāo)檢測儀表的基本技術(shù)指標(biāo)第第2 2章檢測儀表章檢測儀表1. 1. 絕對誤差絕對誤差 檢測儀表的指示值檢測儀表的指示值X X與被測量真值與被測量真值X tX t之間存在的差值之間存在的差值稱

2、為絕對誤差稱為絕對誤差。表示為：。表示為： = X= XX X t t 由于真值是無法得到的理論值。實際計算時，可用精由于真值是無法得到的理論值。實際計算時，可用精確度較高的標(biāo)準(zhǔn)表所測得的標(biāo)準(zhǔn)值確度較高的標(biāo)準(zhǔn)表所測得的標(biāo)準(zhǔn)值X X0 0代替真值代替真值X X t t，表示為：，表示為： = X = XX X 0 0 儀表在其標(biāo)尺范圍內(nèi)各點讀數(shù)的絕對誤差中最大的絕儀表在其標(biāo)尺范圍內(nèi)各點讀數(shù)的絕對誤差中最大的絕對誤差稱為最大絕對誤差對誤差稱為最大絕對誤差maxmax。2基本誤差基本誤差 基本誤差是一種簡化的相對誤差，又稱引用誤差或基本誤差是一種簡化的相對誤差，又稱引用誤差或相對百分誤差。定義為：相

3、對百分誤差。定義為： max100%最大絕對誤差基本誤差儀表量程 而：儀表量程而：儀表量程 = = 測量上限測量下限測量上限測量下限儀表的基本誤差表明了儀表在規(guī)定的工作條件下測量儀表的基本誤差表明了儀表在規(guī)定的工作條件下測量時，允許出現(xiàn)的最大誤差。時，允許出現(xiàn)的最大誤差。 2.1 2.1 檢測儀表的基本技術(shù)指標(biāo)檢測儀表的基本技術(shù)指標(biāo)第第2 2章檢測儀表章檢測儀表3精確度（精度）精確度（精度） 為了便于量值傳遞，國家規(guī)定了儀表的精確度（精度為了便于量值傳遞，國家規(guī)定了儀表的精確度（精度）等級系列。）等級系列。 如如0.5級，級，1.0級，級，1.5級等。級等。 儀表精度的確定方法：將儀表的基本誤

4、差去掉儀表精度的確定方法：將儀表的基本誤差去掉“”號號及及“”號，套入規(guī)定的儀表精度等級系列。號，套入規(guī)定的儀表精度等級系列。 例如某臺儀表的基本誤差為例如某臺儀表的基本誤差為1.0，則確認該表的精，則確認該表的精確度等級符合確度等級符合1.0級；如果某臺儀表的基本誤差為級；如果某臺儀表的基本誤差為1.3，則該表的精確度等級符合則該表的精確度等級符合1.5級。級。2.1 2.1 檢測儀表的基本技術(shù)指標(biāo)檢測儀表的基本技術(shù)指標(biāo)第第2 2章檢測儀表章檢測儀表 例例1：某臺測溫儀表的測溫范圍為：某臺測溫儀表的測溫范圍為 100700，校，校驗該表時測得全量程內(nèi)最大絕對誤差為驗該表時測得全量程內(nèi)最大絕對

5、誤差為5，試確定該，試確定該儀表的精度等級。儀表的精度等級。 解： 該儀表的基本誤差為：5100%0 625%700100 2.1 2.1 檢測儀表的基本技術(shù)指標(biāo)檢測儀表的基本技術(shù)指標(biāo)第第2 2章檢測儀表章檢測儀表2.1 2.1 檢測儀表的基本技術(shù)指標(biāo)檢測儀表的基本技術(shù)指標(biāo)第第2 2章檢測儀表章檢測儀表例2 某臺測壓儀表的測壓范圍為 08MPa。根據(jù)工藝要求，測壓示值的誤差不允許超過0.05 MPa，問應(yīng)如何選擇儀表的精度等級才能滿足以上要求？ 0 05MPa100%0 625%8MPa 解： 根據(jù)工藝要求，儀表的允許基本誤差為：2.1 2.1 檢測儀表的基本技術(shù)指標(biāo)檢測儀表的基本技術(shù)指標(biāo)第第

6、2 2章檢測儀表章檢測儀表4、靈敏度和分辨率、靈敏度和分辨率 靈敏度表示指針式測量儀表對被測參數(shù)變化的敏感程度靈敏度表示指針式測量儀表對被測參數(shù)變化的敏感程度，常以儀表輸出（如指示裝置的直線位移或角位移）與引起，常以儀表輸出（如指示裝置的直線位移或角位移）與引起此位移的被測參數(shù)變化量之比表示：此位移的被測參數(shù)變化量之比表示：靈敏限表示指針式儀表在量程起靈敏限表示指針式儀表在量程起點處，能引起儀表指針動作的最點處，能引起儀表指針動作的最小被測參數(shù)變化值。小被測參數(shù)變化值。 對于數(shù)字式儀表，則用分辨率和分辨力表示靈敏度和靈敏對于數(shù)字式儀表，則用分辨率和分辨力表示靈敏度和靈敏限。限。2.1 2.1

7、檢測儀表的基本技術(shù)指標(biāo)檢測儀表的基本技術(shù)指標(biāo)第第2 2章檢測儀表章檢測儀表分辨率表示儀表顯示值的精細程度。分辨率表示儀表顯示值的精細程度。分辨力是指儀表能夠顯示的、最小被測值。分辨力是指儀表能夠顯示的、最小被測值。 造成變差的原因造成變差的原因: 傳動機構(gòu)間存在的間隙和摩擦力傳動機構(gòu)間存在的間隙和摩擦力; 彈性元件彈性元件的彈性滯后等。的彈性滯后等。2.1 2.1 檢測儀表的基本技術(shù)指標(biāo)檢測儀表的基本技術(shù)指標(biāo)第第2 2章檢測儀表章檢測儀表6、響應(yīng)時間、響應(yīng)時間響應(yīng)時間的計算：響應(yīng)時間的計算：從輸入一個階躍信號開始，到儀表的輸出信號（即指示值）從輸入一個階躍信號開始，到儀表的輸出信號（即指示值）

8、變化到新穩(wěn)態(tài)值的變化到新穩(wěn)態(tài)值的95所用的時間。所用的時間。2.22.2溫度檢測及儀表溫度檢測及儀表2.2.1溫度檢測方法溫度檢測方法接觸式測溫通過測溫元件與被測物體的接觸而感知物體的溫度。非接觸式測溫通過接受被測物體發(fā)出的熱輻射熱來感知溫度。接觸式測溫儀表有：1、膨脹式溫度計基于物體受熱時體積膨脹的性質(zhì)而制成的。液體膨脹式溫度計：利用液體（水銀、酒精）受熱時體積膨脹的特性測溫。 固體膨脹式溫度計：用兩片線膨脹系數(shù)不同的金屬片疊焊接在一起制成雙金屬片。受熱后，由于兩金屬片的膨脹長度不同而產(chǎn)生彎曲。 若將雙金屬片制成螺旋形，當(dāng)溫度變化時，螺旋的自由端便圍繞著中心軸偏轉(zhuǎn)，帶動指針在刻度盤上指示出相

9、應(yīng)溫度值。2.22.2溫度檢測及儀表溫度檢測及儀表2.2.1溫度檢測方法溫度檢測方法雙金屬片常用來做溫度報警或控制 隨著溫度上升，雙金屬片逐漸彎曲，當(dāng)其觸點接觸到固定觸點時，報警燈和繼電器回路被接通。 調(diào)節(jié)螺釘用來調(diào)整固定觸點的位置，以調(diào)整報警溫度。雙金屬片調(diào)節(jié)螺釘絕緣柱 如圖是一雙金屬溫控器。繼電器2.22.2溫度檢測及儀表溫度檢測及儀表2.2.1溫度檢測方法溫度檢測方法原理: 封閉容器中的液體、氣體或低沸點液體的飽和蒸汽，受熱后體積膨脹，壓力增大。2、壓力式溫度計利用封閉容器中的介質(zhì)壓力隨溫度變化的現(xiàn)象來測溫。 用壓力表指示溫度。2.22.2溫度檢測及儀表溫度檢測及儀表2.2.1溫度檢測方

10、法溫度檢測方法3 3、熱電偶溫度計、熱電偶溫度計 利用物體的熱電性質(zhì)測溫。4 4、熱電阻溫度計、熱電阻溫度計 利用金屬電阻值或半導(dǎo)體電阻值隨溫度變化的性質(zhì)測溫。5 5、半導(dǎo)體溫度計、半導(dǎo)體溫度計 利用半導(dǎo)體PN結(jié)的結(jié)電壓隨溫度變化的特性，通過測量感溫器元件（結(jié)）電壓變化來測量溫度。 2.22.2溫度檢測及儀表溫度檢測及儀表2.2.1溫度檢測方法溫度檢測方法非接觸式測溫的具體方法有：非接觸式測溫的具體方法有：1、 輻射式溫度計 通過測量物體熱輻射功率來測量溫度。2、 紅外式溫度計 通過測量物體紅外波段熱輻射功率來測量溫度。紅外線測溫計光學(xué)高溫計2.22.2溫度檢測及儀表溫度檢測及儀表2.2.1溫

11、度檢測方法溫度檢測方法2.22.2溫度檢測及儀表溫度檢測及儀表2.2.2 2.2.2 熱電偶熱電偶2.2.2.1 2.2.2.1 熱電偶的測溫原理熱電偶的測溫原理 將兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體連接成閉合回路，若兩個連接點溫度不同，回路中會產(chǎn)生電勢。此電勢稱為熱電勢。t熱端t0冷端1、接觸電勢 當(dāng)不同導(dǎo)體A、B接觸時，兩邊的自由電子密度不同，在交界面上產(chǎn)生電子的相互擴散，致使在接觸處產(chǎn)生接觸電勢。 其大小取決于兩種材料的種類和接觸點的溫度。tt02.22.2溫度檢測及儀表溫度檢測及儀表2.2.2 2.2.2 熱電偶熱電偶2.2.2.1 2.2.2.1 熱電偶的測溫原理熱電偶的測溫原理2、溫差電勢 對

12、于同一金屬A（或B），其兩端溫度不同，自由電子所具有的動能不同，也會產(chǎn)生相應(yīng)的電勢，稱為溫差電勢。 熱電勢由兩部分組成：接觸電勢和溫差電勢。但溫差電勢值遠小于接觸電勢，常忽略不計。3、回路總電勢、回路總電勢 熱電偶回路總電勢由接觸電勢和溫差電勢疊加而成，稱熱電勢。由熱電偶回路總電勢由接觸電勢和溫差電勢疊加而成，稱熱電勢。由于溫差電勢很小，熱電勢基本由接觸電勢構(gòu)成：于溫差電勢很小，熱電勢基本由接觸電勢構(gòu)成： EAB （t，t0）= e AB （t）- e AB（t0） 對于確定的熱電偶，熱電勢只與熱端和冷端溫度有關(guān)。對于確定的熱電偶，熱電勢只與熱端和冷端溫度有關(guān)。當(dāng)冷端溫度固定時，當(dāng)冷端溫度固定

13、時， E（t，t0）是熱端溫度是熱端溫度 t 的單值函數(shù)。的單值函數(shù)。2.22.2溫度檢測及儀表溫度檢測及儀表2.2.2 2.2.2 熱電偶熱電偶2.2.2.1 2.2.2.1 熱電偶的測溫原理熱電偶的測溫原理2.2.2.2 熱電偶的基本定律1 1、均質(zhì)導(dǎo)體定律、均質(zhì)導(dǎo)體定律 由一種均質(zhì)導(dǎo)體或半導(dǎo)體組成的閉合回路中，不論由一種均質(zhì)導(dǎo)體或半導(dǎo)體組成的閉合回路中，不論其截面和長度如何，以及沿長度方向上各處的溫度分布如何，其截面和長度如何，以及沿長度方向上各處的溫度分布如何，都不能產(chǎn)生熱電勢。都不能產(chǎn)生熱電勢。 因此，熱電偶必須因此，熱電偶必須由兩種不同材料的均質(zhì)導(dǎo)體或半由兩種不同材料的均質(zhì)導(dǎo)體或半

14、導(dǎo)體導(dǎo)體組成。但其截面和長度不限。組成。但其截面和長度不限。2.22.2溫度檢測及儀表溫度檢測及儀表2.2.2 2.2.2 熱電偶熱電偶2 2、中間導(dǎo)體定律、中間導(dǎo)體定律 在熱電偶回路中接入另一種中間導(dǎo)體后，只要中間在熱電偶回路中接入另一種中間導(dǎo)體后，只要中間導(dǎo)體兩端溫度相同，中間導(dǎo)體的引入對熱電偶回路的熱電勢導(dǎo)體兩端溫度相同，中間導(dǎo)體的引入對熱電偶回路的熱電勢沒有影響。沒有影響。因為熱電偶在使用時，總要將熱電偶回路打開，接入測量儀表，即插入第三種導(dǎo)體。 測量儀表2.2.2.2 熱電偶的基本定律2.22.2溫度檢測及儀表溫度檢測及儀表2.2.2 2.2.2 熱電偶熱電偶有 EABC (t，t0

15、)=eAB(t)+ eBC(t0)+ eCA(t0) 當(dāng) t = t0 時 有 eAB(t0)+ eBC(t0)+ eCA(t0)= 0 即 eBC(t0)+e CA(t0)= e AB(t0) 則 EABC (t，t0)= e AB(t) e AB(t0)設(shè)將熱電偶AB一端打開，接入第三種導(dǎo)體C v 由此可知，只要接入第三種導(dǎo)體的兩個連接點溫度相等，只要接入第三種導(dǎo)體的兩個連接點溫度相等，它的接入對回路電勢毫無影響它的接入對回路電勢毫無影響。這一結(jié)論可以推廣至接入多種導(dǎo)體。ABCt 0t 0t 2.2.2.2 熱電偶的基本定律2.22.2溫度檢測及儀表溫度檢測及儀表2.2.2 2.2.2 熱

16、電偶熱電偶3、中間溫度定律 一支熱電偶在兩接點溫度為t 、t0 時的熱電勢，等于兩支同溫度特性熱電偶在接點溫度為t 、ta和ta、t0時的熱電勢之代數(shù)和。即 E AB ( t ，to ) = E AB( t , 0 ) E AB( to , 0 ) 據(jù)此，只要給出冷端為0時的熱電勢關(guān)系EAB( t ,0 ) ，便可求出冷端任意溫度時的熱電勢。=符合分度表要求ABt0t AB0t AB0t0 2.2.2.2 熱電偶的基本定律2.22.2溫度檢測及儀表溫度檢測及儀表2.2.2 2.2.2 熱電偶熱電偶 熱電偶是用兩種不同材料的偶絲或薄膜一端焊接而成。其構(gòu)造分普通型、鎧裝型、簿膜型等。2.2.2.3熱電偶的構(gòu)造2.22.2溫度檢測及儀表溫度檢測及儀表2.2.2 2.2.2 熱電偶熱電偶普通型鎧裝型普通熱電偶2-1 某一標(biāo)尺為01000的溫度計出廠前經(jīng)校驗得到如下數(shù)據(jù)：標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)/02004006008001000被校表讀數(shù)/02014026048061001求：1）該表最大絕對誤差；2）該表精度；3）如果工藝允許最大測量誤差為5，該表是否能用？2-2 一臺壓力表量程為010MPa，經(jīng)校驗有以下測量