檢測技術(shù)與儀表復(fù)習(xí)

10檢測技術(shù)與儀表一、 緒論檢測儀表掌握系統(tǒng)構(gòu)造圖：各單元作用：① 檢測單元：實(shí)現(xiàn)掌握調(diào)整作用的根底，它完成對(duì)全部被控變量的直接測量， 、壓力、流量、液位、成分等；② 變送單元：將檢測的溫度、壓力等參數(shù)轉(zhuǎn)為電信號(hào)〔V、A；③ 顯示單元：掌握系統(tǒng)的附屬單元；④ 調(diào)整單元：完成調(diào)整掌握規(guī)律的運(yùn)算,調(diào)整單元承受的常規(guī)掌握規(guī)律PID調(diào)整⑤ 執(zhí)行單元：實(shí)施掌握策略的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，有電動(dòng)、氣動(dòng)、液動(dòng)等方式。根本概念：測量范圍的最小值和最大值分別稱為測量下限和測量上限，簡稱下限和上限。下限又趁稱為零點(diǎn)；量程:測量上限值－測量下限值。標(biāo)尺特性曲線：零點(diǎn)的變化稱為零點(diǎn)遷移，而量程的變化〔斜率〕則稱為量程遷移。通過儀表的標(biāo)尺特性來反映標(biāo)尺特性：以被測變量值相對(duì)于量程X，以儀表指針位移或轉(zhuǎn)角相對(duì)于標(biāo)尺長度YX－Y線段〔B紅，%〕線段〔綠：測量范圍〔0，%，標(biāo)尺特性：零點(diǎn)遷移〔K不變；線段〔黃：測量范圍〔0，%，標(biāo)尺特性：量程遷移〔K變大，更靈敏；線段〔藍(lán)：測量范圍〔0，%，標(biāo)尺有效范圍〔，%，量程遷移〔K變小〕靈敏度K= 〔標(biāo)尺特性為曲線時(shí)，K為切線斜率〕誤差：① 被測真值〔商定真值：真實(shí)的理論值；② 確定誤差＝示值－商定真值；③ 相對(duì)誤差=確定誤差 ；真值④ 引用誤差=確定誤差 ；量程⑤ 最大引用誤差Qmax=最大確定誤差量程儀表精度為最大引用誤差不帶%

〔最大確定誤差指量程內(nèi)〕(精度等級(jí)：0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5，5.0，數(shù)越小精度越高)P101-1，1-2，作業(yè)題二、 誤差分析根底A平均值：

1nMn i1

nMi準(zhǔn)確度：0〔測量值與真值的偏差n0則接近真值殘差〔剩余誤差vi=Mi-，∑vi=0周密度：即標(biāo)準(zhǔn)差 〔表示測量值間差異〕圖一：準(zhǔn)高(似乎不是)精低； 圖二：準(zhǔn)低、精高； 圖三：都高左圖：AAa、Ab均值，分析得知：1〔誤差小，標(biāo)準(zhǔn)誤差大；2〔誤差大，標(biāo)準(zhǔn)誤差小。只有準(zhǔn)確度和周密度都高，才能稱為準(zhǔn)確的測量。粗大誤差〔明顯錯(cuò)誤的壞值〕剔除計(jì)算〔作業(yè)〕Avi〔檢驗(yàn)∑vi=0〕vi^2④求標(biāo)準(zhǔn)差σvi>3σ，有則剔除，后重復(fù)以上步驟至無壞值〕三、 檢測技術(shù)及方法分析測量方式分類〔１〕偏差式測量：用儀器表指針的位移〔偏差〕來表示被測量的大小，如：萬用表、體重秤〔２〕零位式測量：測量時(shí)用被測量與標(biāo)準(zhǔn)量相比較，如：天平、惠斯登電橋測量電阻〔３〕微差式測量：前兩者結(jié)合檢測系統(tǒng)的信號(hào)選擇性信號(hào)選擇：作用消退干擾信號(hào)方法：⑴補(bǔ)償構(gòu)造②補(bǔ)償后輸出：①示意圖 u1為設(shè)定值、不變，A(測量傳感器)、B(補(bǔ)償傳感器)僅輸入不同②補(bǔ)償后輸出：③級(jí)數(shù)開放化解得：④作用：削減干擾量變化△u2u2還存在△u1△u2③級(jí)數(shù)開放化解得：(2)差分構(gòu)造1 測量參數(shù)反對(duì)稱的發(fā)作用1 1 1使 1 1 2〕u2u2②補(bǔ)償后輸出：①示意圖②補(bǔ)償后輸出：③級(jí)數(shù)開放化解得：④作用：削減△u2③級(jí)數(shù)開放化解得：消退△u1u1四、 溫度檢測㈠．熱電偶溫度傳感器〔重點(diǎn)〕工作原理：熱電效應(yīng)兩種不同材料的金屬導(dǎo)體，構(gòu)成閉合回路，當(dāng)兩結(jié)點(diǎn)溫度不等時(shí)，回路里會(huì)產(chǎn)生熱電勢，形成電流，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱電勢：接觸電勢(主要)+溫差電勢EAB〔T，T0〕與T、T0有關(guān)，T0(參考端)恒定，則E為T(工作端溫度)的單值函數(shù)。熱電偶根本定律⑴均質(zhì)導(dǎo)體定律假設(shè)熱電偶回路中的兩個(gè)熱電極材料一樣，無論兩接點(diǎn)的溫度如何，熱電動(dòng)勢為零。⑵中間導(dǎo)體定律 在熱電偶回路中接入第三種導(dǎo)體CC則回路中總的熱電動(dòng)勢不變?！睺，0〕C〔T，0，C中間再加儀表，則可測熱電勢。⑶中間溫度定律E (t,tAB

)EAB

(t,tn

)EAB

(t,t)n 0當(dāng)當(dāng)T=E )+E T)AB 0=E E T)ABABAB AB 0應(yīng)用：熱電偶分度表熱電偶有用測量電路⑴、測量單點(diǎn)溫度反向串聯(lián)并聯(lián)溫差(反向串聯(lián))(3)、測量〔并聯(lián)〕反向串聯(lián)并聯(lián)冷端處理及補(bǔ)償T0恒定，才能保證輸出熱電勢E為被測溫度T方法：(1)冰浴法：EAB(T，0T；T；作用:將熱電偶冷端(T0T補(bǔ)償?shù)膶?dǎo)線廉價(jià)、易彎曲?！睺n無關(guān),只與TT0有關(guān)〕㈡．熱電阻傳感器——金屬材料熱電阻效應(yīng)：導(dǎo)體的電阻率都隨溫度上升而上升；電阻率越大阻值越大，故TR〔正溫度系數(shù)〕鉑熱電阻：分度號(hào)Pt100(表示T=0°時(shí)R=100Ω)；銅熱電阻：Cu50 (T=0°時(shí)R=50Ω)熱電阻的測量電路①兩線制連接法〔P49a〕測量點(diǎn)與指示儀表距離較近，R2R4=R3Rt〔t=0°〕②三線制〔P49c〕測量點(diǎn)與指示儀表距離較遠(yuǎn)，R2(R4+r4)=(Rt+r1)R3優(yōu)點(diǎn)：消退導(dǎo)線電阻引起的誤差㈢．熱敏電阻傳感器——半導(dǎo)體材料負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻：NTC正溫度系數(shù)熱敏電阻：PTCCTRCTR此特性可用于自動(dòng)控溫順報(bào)警電路中〔溫度開關(guān)〕(四)．非接觸式溫度檢測儀表原理：具有肯定溫度的物體都會(huì)向外輻射能量，其輻射強(qiáng)度與溫度有關(guān)。輻射測溫主要有如下三種根本方法：全輻射溫度計(jì)：全部波長：光電高溫計(jì)：某一波長：比色溫度計(jì)：測量熱輻射體在兩個(gè)或兩個(gè)以上波長的光譜輻射亮度之比來測量溫度的五、壓力檢測壓力定義：壓力是垂直而均勻地作用在單位面積上的力，即物理學(xué)中常稱的壓強(qiáng)。工程P=F/S壓力的表示方法：表壓力:相對(duì)大氣 壓真空度(負(fù)壓)(5)差壓壓力檢測方法及儀表：通過儀表使液柱高度的重力或砝碼的重量與被測壓力相平衡的原理測量壓力。P=P1－P2=ρg(h1+h2)/△輸入=△P/△H=1/ρg，ρU2°.彈性法U下產(chǎn)生的彈性變形來反映被測壓力的大小。㈠應(yīng)變片式電阻傳感器: 1〕不受力時(shí)：R1=R2=R3=R4=R,1〕不受力時(shí)：R1=R2=R3=R4=R,△R=0受力時(shí)：R1‘R3’受拉應(yīng)力△l>0, >0,△R/R>0,△R>0R+△RR2‘R4R-△R2〕應(yīng)變片：金屬，應(yīng)變效應(yīng)：受力發(fā)生氣械變形，阻值變化3〕電阻應(yīng)變片測量電路：URURRRRUo(RR)(RR)1 2 3 423 14i輸出電壓①單臂工作狀況R1R1+△RU R4 U R4 Rio②半橋工作狀況拉應(yīng)力〔R+△R〕和壓應(yīng)力〔R1-△R〕為相鄰橋臂|△R1|=|△R2|=△RUUU R io2 R③全橋工作狀況相對(duì)橋臂承受同方向的力〔同拉/同壓〕|△R1|=|△R2|=|△R3|=|△R4|=△RRU Ro i全橋優(yōu)點(diǎn)：1.消退由外界干擾〔溫度〕引起的誤差；2.靈敏度提高?！疽芤罁?jù)懸臂梁圖(上面放櫻桃的，變長/面積變小R增加為拉應(yīng)力)畫出全橋工作電路并計(jì)算】o壓阻式傳感器——半導(dǎo)體材料壓阻效應(yīng)：受壓力電阻率發(fā)生變化，阻值變化〔區(qū)分應(yīng)變效應(yīng)。3°.電氣式：用壓力敏感元件直接將壓力轉(zhuǎn)換成電阻、電荷量等電量的變化。壓電式傳感器當(dāng)動(dòng)態(tài)力變?yōu)殪o態(tài)力時(shí)，電荷將由于外表漏電而很快泄漏、消逝；輸出電壓的頻率與動(dòng)態(tài)力的頻率一樣。〔測的是動(dòng)態(tài)力〕緣由：極化現(xiàn)象——qqq；U2U；C2C1并聯(lián)(輸出電荷)q

2q；U

U；C

2C； 分析原理：依據(jù)壓電效應(yīng)說明壓力儀表的選擇量程的選擇被測壓力較穩(wěn)定：最大工作壓力不應(yīng)超過儀表滿量程的2/3被測壓力波動(dòng)較大或測脈動(dòng)壓力：最大工作壓力不應(yīng)超過儀表滿量程的1/2為保證測量準(zhǔn)確度：最小工作壓力不應(yīng)低于滿量程的1/3假設(shè)上、下限不能同時(shí)滿足要求，應(yīng)優(yōu)先滿足最大工作壓力條件精度的選擇依據(jù)〔儀表測量允許產(chǎn)生的〕最大絕大誤差確定【例：一壓力容器在正常工作時(shí)壓力范圍為0.4~0.6MPa， 要求使用彈簧管壓力表進(jìn)展檢測，并使5%，試確定該表的量程和精度等級(jí)。解：由題知被測壓力比較穩(wěn)定，設(shè)彈簧管壓力表量則選擇壓力表時(shí)，應(yīng)滿足關(guān)系：可選用量程范圍為0~1.0MPa的彈簧壓力表；

A0.9MPa 3 1A A1.2MPa

程為A，由題意，被測壓力允許的最大確定誤差：

3max＜0.45%＝0.02MPamax要求選用儀表的最大引用誤差： ＜0.02100%2%max1.00按精度等級(jí)，可選用1.5級(jí)壓力表。儀表類型的選擇被測介質(zhì)的性質(zhì)、對(duì)儀表輸出信號(hào)的要求、使用的環(huán)境六、機(jī)械量測量A、位移檢測(一).電感式傳感器自感式(微小位移)自感現(xiàn)象:由于導(dǎo)體本身的電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，叫自感現(xiàn)象；產(chǎn)生的電動(dòng)勢叫感應(yīng)電動(dòng)勢。單線圈式①構(gòu)造:由線圈、鐵芯(靜)、銜鐵(動(dòng),與被測對(duì)象連)三局部組成LNLN2A02IUUZ X U〔σ增大，L減小；LI〕L當(dāng)氣隙變小，銜鐵位移Δσ引起的電感變化為：LLL00LL[1()2L]LLLLL0L01〔留意②靈敏度:KL/△σL0/σ0，③單線圈式電感傳感器常見的形式：變隙式、變截面式、螺線管式差動(dòng)式電感傳感器〔自感〕①構(gòu)造：兩線圈、兩鐵芯、一銜鐵②原理：L1、L2和磁路組成。當(dāng)被測量通過導(dǎo)桿使銜鐵左右位移時(shí)，兩個(gè)回路中LL”2L2L L③靈敏度：0 0 0④優(yōu)點(diǎn)：(作業(yè))靈敏度提高了一倍；(Δσ/σ)Δσ/σ<<1，線性度得到改善。差動(dòng)式的兩個(gè)電感構(gòu)造，可抵消溫度、噪聲干擾的影響。⑤測量轉(zhuǎn)換電路相敏檢波電路，作用：反映位移的大小〔幅值〕和方向〔相位。互感式差動(dòng)變壓器式傳感器〔互感〕①.工作原理：。。當(dāng)一次線圈接入鼓勵(lì)電源之后，二次線圈就將產(chǎn)生感應(yīng)M②．構(gòu)造特點(diǎn)：兩個(gè)二次線圈反向串聯(lián)，組成差動(dòng)輸出形式③．應(yīng)用：電感式滾柱直徑分選裝置〔不是測直徑，測的偏差〕(二).電渦流傳感器①電渦流效應(yīng)：大塊導(dǎo)體置于變化的磁場中時(shí)，導(dǎo)體外表就會(huì)產(chǎn)生旋渦狀感應(yīng)電流，簡稱渦流②渦流損耗：由于導(dǎo)體電阻很小，所以渦流強(qiáng)度會(huì)很大，大量的電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，損失的電能稱為渦流損耗。③集膚效應(yīng)：是均勻分布的，而只集中在金屬導(dǎo)體的外表，這稱為集膚效應(yīng)〔也稱趨膚效應(yīng)。f④電磁爐工作原理：熟鍋內(nèi)的食物。(三).電容式傳感器①工作原理：用兩塊金屬平板作電極，即可構(gòu)成最簡潔的電容器。當(dāng)無視邊緣效應(yīng)時(shí)，其SS②類型：變面積型、變間隙型、變介電常數(shù)型③應(yīng)用：電容式油量表〔P116〕B、速度檢測霍爾式傳感器——磁敏元件①原理：霍爾效應(yīng)當(dāng)磁場垂直(或垂直重量)作用于霍爾元件，通電流I，將產(chǎn)生霍爾電勢。②應(yīng)用：霍爾轉(zhuǎn)速表 (r/min)七、物位檢測物位分為：料位(固、液位、界位(固液的界位)靜壓式液位檢測: AHppppHgB 敞口容器A、B

敞口容器靜壓法液位測量△p：B〔敞口容器〕密閉容器〔P121〕p+=p0+Hρg，p-=p0；△p=p+-p-=Hρg變送器的零點(diǎn)遷移①無遷移上述密閉例子，令H=0，得△p=0，無遷移； A pHρ11+－②正遷移p pp pHghg p pH0pp1p A; p0③負(fù)遷移p隔離罐H③負(fù)遷移p隔離罐Hρh1ρ22p pHgpphg液位零點(diǎn)h1H011222 pp p B;+－負(fù)遷移圖p0遷移量為〔1〕ρg?！纠坑貌顗鹤兯推鳈z測液位。

：ρ11200kg／m^3，

ρ2=950kg／m^3，h1=1.0m，

p ρ2H ρ h1 2推斷是否需要零點(diǎn)遷移

液位零點(diǎn) ρ2－h(huán)－1+解：H解：H0mp(hh)g1 2 2HHmaxpH g(hh)gmax1 2 2(H)：0～3.0mp H g312009.8差壓變化量：35280Pamax max選差變變送器的量程△P40kPa。PPP遷移: Hg(h2h1)2gH=0，(h2h1)2g(5.01.0)9509.837240P遷移方向：負(fù)遷移；遷移量：37240Pa；零點(diǎn)遷移后的上下限：-37.24kPa~2.760kPa八、流量檢測流量：單位時(shí)間內(nèi)，流過管道橫截面的流體量的大小，即瞬時(shí)流量。分為體積流量、質(zhì)量流量。總量：某一段時(shí)間內(nèi)流過管道的流體流量的總和，又稱為累積流量?！搽姳硪话銣y的累積流量〕差壓式流量儀表節(jié)流裝置——節(jié)流孔板；作用：孔板前后形成靜壓差〔孔處靜壓最低，流速最快。九、超聲波傳感器波：運(yùn)動(dòng)形態(tài)聲波：一種機(jī)械波， 條件：介質(zhì)〔真空不能傳播、振動(dòng)聲波分為：次聲波：<20Hz可聽見波: 20Hz~20kHz超聲波:>20kHz 特點(diǎn)：可以被聚焦，具有能量集中的特點(diǎn)。超聲波的傳播方式①縱波：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳播方向全都的波，它能在固體、液體和氣體介質(zhì)中傳播；②橫波：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向垂直于傳播方向的波，它只能在固體介質(zhì)中傳播；③外表波：質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)介于橫波與縱波之間，沿著介質(zhì)外表傳播，其振幅隨深度增加而迅速衰減的波，外表波只在固體的外表傳播?！猜暡▽儆诳v波〕超聲波聲速：V=2*V橫；V=90%*V橫；速度：縱>橫>外表波；溫度越高，聲速越慢；超聲波在不同材料中的傳播速度不同；聲速與頻率的關(guān)系不大。超聲波波長：fc〔9〕指向角、超聲源的直徑、波長的關(guān)系sinsin1.22D傾斜入射時(shí)的反射與折射假設(shè)c1＜c2，入射角α足夠大時(shí)，將導(dǎo)致折射角β＝90°，則折射聲波只能在介質(zhì)分界