工業(yè)自動(dòng)化儀表 第三次課

小結(jié)誤差根據(jù)誤差的性質(zhì)及產(chǎn)生的原因，分為系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差、疏忽誤差三類。絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差重點(diǎn)：性能指標(biāo)靜態(tài)特性精確度（相對(duì)百分誤差、允許誤差）穩(wěn)定性輸入——輸出特性主要取決于誤差的形成及其誤差特性動(dòng)態(tài)特性靈敏度與靈敏限線性度變差重復(fù)性目前一頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于五點(diǎn)§2-1基本概念§2-2傳感器與變送器§2-3溫度檢測(cè)儀表§2-4壓力檢測(cè)儀表§2-5流量檢測(cè)儀表§2-6物位檢測(cè)儀表第二章檢測(cè)儀表與變送器目前二頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于五點(diǎn)一、基本概念測(cè)量?jī)x表§2-1基本概念用來(lái)檢測(cè)生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)有關(guān)參數(shù)的技術(shù)工具稱為檢測(cè)儀表。變送器傳感器用來(lái)將這些參數(shù)轉(zhuǎn)換為一定的便于傳送的信號(hào)（例如電信號(hào)或氣壓信號(hào)）的儀表通常稱為傳感器。將傳感器的輸出為單元組合儀表中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)（信號(hào)制）時(shí)，通常稱為變送器。目前三頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于五點(diǎn)二、檢測(cè)儀表的基本結(jié)構(gòu)檢測(cè)儀表包括信號(hào)獲取、信號(hào)處理及信號(hào)的顯示輸出三部分。根據(jù)儀器的安裝，檢測(cè)儀表分為信號(hào)獲取部分及信號(hào)處理輸出部分兩大塊。目前四頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于五點(diǎn)三、檢測(cè)儀表的測(cè)量方法根據(jù)被測(cè)對(duì)象、測(cè)量環(huán)境和對(duì)象參數(shù)特性要求等，檢測(cè)儀表的測(cè)量方法有電工/電磁學(xué)法、半導(dǎo)體法、光學(xué)法、紅外線法、超聲波法、激光法、紫外線法等。根據(jù)測(cè)量所得結(jié)果的顯示，檢測(cè)儀表的測(cè)量方法分為直接測(cè)量和間接測(cè)量。目前五頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于五點(diǎn)

與同類基準(zhǔn)進(jìn)行簡(jiǎn)單的比較，就能得到測(cè)量值的檢測(cè)方法稱為直接檢測(cè)。比如：用電壓表測(cè)電壓、溫度計(jì)測(cè)溫度等。直接測(cè)量一般可以直接讀出被測(cè)量的量值。

直接測(cè)量間接測(cè)量

間接檢測(cè)就是測(cè)量與被測(cè)量有一定關(guān)系的2個(gè)或2個(gè)以上物理量，然后再推算出被測(cè)量。比如，測(cè)量電流和電阻求電壓。間接測(cè)量需要進(jìn)行2次以上的測(cè)量，一般要分析誤差的傳遞。目前六頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于五點(diǎn)一、傳感器分類§2-2傳感器與變送器根據(jù)輸入物理量分為位移傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器等。溫度傳感器目前七頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于五點(diǎn)壓力傳感器目前八頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于五點(diǎn)流量傳感器目前九頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于五點(diǎn)物位傳感器目前十頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于五點(diǎn)

與被測(cè)對(duì)象進(jìn)行實(shí)體接觸，其敏感元件得到的是被測(cè)對(duì)象在接觸點(diǎn)上的變化率的測(cè)量方式稱為接觸式測(cè)量。比如：直接接觸人體皮膚測(cè)量溫度。

接觸式測(cè)量非接觸式測(cè)量二、傳感器的測(cè)量方法

與被測(cè)對(duì)象進(jìn)行非實(shí)體接觸，其敏感元件得到的是被測(cè)對(duì)象所形成的一個(gè)場(chǎng)內(nèi)感知變化的測(cè)量方式稱為非接觸式測(cè)量。比如：磁場(chǎng)、聲場(chǎng)等。

目前十一頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于五點(diǎn)

將各種物理量轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，以輸入和輸出呈線性關(guān)系的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)為技術(shù)點(diǎn)。由0~10mA(0~5V,0~10V)→4~20mA(1~5V)直流 變送器的信號(hào)變送器的發(fā)展三、變送器首先是傳感器和變送器分離。傳感器是借助敏感元件按一定的規(guī)律（物理、化學(xué)等）將非電物理量形式的信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。變送器是將傳感器輸出的電信號(hào)（微弱的電流、電壓等）轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。現(xiàn)在是傳感器和變送器功能合一。變送器為輸出標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的傳感器，由于微機(jī)械加工技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，敏感元件和信號(hào)調(diào)理電路一體化，構(gòu)成集成變送器或智能變送器。目前十二頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于五點(diǎn)一、溫度與溫標(biāo)§2-3溫度傳感器溫度

溫度是表征物體冷熱程度的物理量。溫度標(biāo)志著物質(zhì)內(nèi)部大量分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的劇烈程度。溫度越高，表示物體內(nèi)部分子熱運(yùn)動(dòng)越劇烈。

模擬圖：在一個(gè)密閉的空間里，氣體分子在高溫時(shí)的運(yùn)動(dòng)速度比低溫時(shí)快！

溫標(biāo)：一個(gè)用來(lái)衡量溫度的標(biāo)準(zhǔn)尺度，就是溫度的數(shù)值表示方法。

溫標(biāo)的三要素：測(cè)溫物質(zhì)性質(zhì)、固定點(diǎn)的溫度數(shù)值和溫度單位。目前十三頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于五點(diǎn)國(guó)際上規(guī)定的溫標(biāo)有：攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)等。

（1）攝氏溫標(biāo)（℃）—汞隨溫的線性體膨脹

攝氏溫標(biāo)規(guī)定在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，水的冰點(diǎn)為零點(diǎn)，水的沸點(diǎn)為100度，并將兩固定點(diǎn)之間等分100份，每一份稱為一攝氏度，一般用“℃”表示攝氏度數(shù)。目前十四頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于五點(diǎn)（2）華式溫標(biāo)（F）—汞隨溫的線性體膨脹

華式溫標(biāo)規(guī)定在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，水的冰點(diǎn)為32度，水的沸點(diǎn)為212度，在這兩個(gè)固定點(diǎn)之間劃分180等份，每一份稱為華式一度。華式溫標(biāo)與攝氏溫標(biāo)有如下的關(guān)系：m=1.8n+32(F)式中，m、n分別表示華式溫度值和攝氏溫度值。目前十五頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于五點(diǎn)(3)熱力學(xué)溫標(biāo)（K）—以熱力學(xué)為基礎(chǔ)

熱力學(xué)溫標(biāo)是建立在熱力學(xué)第二定律基礎(chǔ)上的最科學(xué)的溫標(biāo)，是由開爾文（Kelvin）根據(jù)熱力學(xué)定律提出來(lái)的，因此又稱開氏溫標(biāo)。它的符號(hào)是T，單位是開爾文（K）

。熱力學(xué)溫標(biāo)規(guī)定在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，水的三相點(diǎn)為273.16℃，沸點(diǎn)與三相點(diǎn)之間劃分100等份，每一份稱為一度。T=t+273.16

T是熱力學(xué)溫標(biāo)，t是攝氏度

目前十六頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于五點(diǎn)(4)1990國(guó)際溫標(biāo)(ITS-90)

從1990年1月1日開始在全世界范圍內(nèi)采用1990年國(guó)際溫標(biāo)，簡(jiǎn)稱ITS-90。它定義了一系列溫度的固定點(diǎn)，測(cè)量和重現(xiàn)這些固定點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)儀器以及計(jì)算公式。

目前十七頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于五點(diǎn)幾種溫標(biāo)的對(duì)比目前十八頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于五點(diǎn)例如：某點(diǎn)攝氏溫度為100℃，將該溫度轉(zhuǎn)換為華式溫標(biāo)和國(guó)標(biāo)溫標(biāo)。m=1.8n+32(F)=1.8*100+32=212FT90=t90+273.15=100+273.15=373.15K目前十九頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于五點(diǎn)溫度概念的建立及測(cè)量以熱平衡為基礎(chǔ)的溫度最本質(zhì)的性質(zhì)當(dāng)兩個(gè)冷熱程度不同的物體接觸后就會(huì)產(chǎn)生導(dǎo)熱換熱即熱交換過(guò)程，換熱結(jié)束后兩物體處于熱平衡狀態(tài)，則它們具有相同的溫度?！瘛衲壳岸?yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于五點(diǎn)溫度測(cè)量范圍甚廣，有的處于接近絕對(duì)零度的低溫，有的要在幾千度的高溫下進(jìn)行，這樣寬的測(cè)量范圍，需要各種不同的測(cè)溫方法和測(cè)溫儀表。

按測(cè)量方式分為接觸式和非接觸式按工作原理分為膨脹式溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)、熱電偶溫度計(jì)、熱電阻溫度計(jì)和輻射高溫計(jì)。二、溫度傳感器的分類目前二十一頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于五點(diǎn)測(cè)溫方式溫度計(jì)種類優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)使用范圍／℃接觸式測(cè)溫儀表玻璃液體溫度計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、測(cè)量準(zhǔn)確、價(jià)格低廉容易破損、讀數(shù)麻煩、一般只能現(xiàn)場(chǎng)指示,不能記錄與遠(yuǎn)傳-100～100（150）有機(jī)液體0～350（-30～650）水銀雙金屬溫度計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、機(jī)械強(qiáng)度大、價(jià)格低、能記錄、報(bào)警與自控精度低、不能離開測(cè)量點(diǎn)測(cè)量,量程與使用范圍均有限0～300（-50～600）壓力式溫度計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、不怕震動(dòng)、具有防爆性、價(jià)格低廉、能記錄、報(bào)警與自控精度低、測(cè)量距離較遠(yuǎn)時(shí),儀表的滯后性較大、一般離開測(cè)量點(diǎn)不超過(guò)10米0～500（-50～600）液體型0～100（-50～200）蒸汽型電阻溫度計(jì)測(cè)量精度高,便于遠(yuǎn)距離、多點(diǎn)、集中測(cè)量和自動(dòng)控制結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不能測(cè)量高溫,由于體積大,測(cè)點(diǎn)溫度較困難-150～500（-200～600）鉑電阻0～100（-50～150）銅電阻-50～150（180）鎳電阻-100～200（300）熱敏電阻熱電偶溫度計(jì)測(cè)溫范圍廣,精度高,便于遠(yuǎn)距離、多點(diǎn)、集中測(cè)量和自動(dòng)控制需冷端溫度補(bǔ)償,在低溫段測(cè)量精度較低-20～1300（1600）鉑銠10-鉑-50～1000（1200）鎳鉻-鎳硅-40～800（900）鎳鉻-銅鎳-40～300（350）銅-銅鎳非接觸式測(cè)溫儀表光學(xué)高溫計(jì)攜帶用、可測(cè)量高溫、測(cè)溫時(shí)不破壞被測(cè)物體溫度場(chǎng)測(cè)量時(shí),必須經(jīng)過(guò)人工調(diào)整,有人為誤差,不能作遠(yuǎn)距離測(cè)量,記錄和自控900～2000（700～2000）輻射高溫計(jì)測(cè)溫元件不破壞被測(cè)物體溫度場(chǎng),能作遠(yuǎn)距離測(cè)量、報(bào)警和自控、測(cè)溫范圍廣只能測(cè)高溫,低溫段測(cè)量不準(zhǔn),環(huán)境條件會(huì)影響測(cè)量精度,連續(xù)測(cè)高溫時(shí)須作水冷卻或氣冷卻100～2000（50～2000）各種溫度計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)及使用范圍目前二十二頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于五點(diǎn)1．接觸法測(cè)溫：敏感元件直接與被測(cè)對(duì)象接觸，通過(guò)傳導(dǎo)或?qū)α鬟_(dá)到熱平衡，反映被測(cè)對(duì)象的溫度。優(yōu)點(diǎn)：直觀、可靠。缺點(diǎn)：①存在負(fù)載效應(yīng)，②受到測(cè)量條件的限制，不能充分接觸，使檢測(cè)元件溫度與被測(cè)對(duì)象溫度不一致。③熱量傳遞需要一定時(shí)間造成測(cè)溫滯后現(xiàn)象。（動(dòng)態(tài)誤差）2．非接觸法測(cè)溫：檢測(cè)部分與被測(cè)對(duì)象不直接接觸，所以不破壞原有溫度場(chǎng)。通常用來(lái)測(cè)量1000℃以上的移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、或反映迅速的高溫物體。目前二十三頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于五點(diǎn)膨脹式溫度計(jì)是基于物體受熱時(shí)體積膨脹的性質(zhì)制成的，測(cè)溫敏感元件在受熱后尺寸或體積發(fā)生變化，采取一些簡(jiǎn)便方法，測(cè)出它的尺寸或體積變化的大小。分類：液體膨脹式、氣體膨脹式、固體膨脹式三、膨脹式溫度計(jì)目前二十四頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于五點(diǎn)（一）工作原理利用玻璃管內(nèi)液體的體積隨溫度的升高而膨脹的原理。組成：液體感應(yīng)包、毛細(xì)管、標(biāo)尺三部分。液體可為：水銀、酒精、甲苯等。當(dāng)溫度超過(guò)300℃時(shí)，應(yīng)采用硅硼玻璃，500℃以上要采用石英玻璃。4玻璃管液體溫度計(jì)目前二十五頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于五點(diǎn)玻璃棒溫度計(jì)目前二十六頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于五點(diǎn)工作液體的熱膨脹計(jì)算

式中：△V—工作液體在t1、t2溫度下的體積差

α—工作液體體膨脹系數(shù)α’—玻璃的體膨脹系數(shù)目前二十七頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于五點(diǎn)（一）工作原理與結(jié)構(gòu)形式1原理

壓力式溫度計(jì)是利用密封系統(tǒng)中測(cè)溫物質(zhì)的壓力隨溫度變化來(lái)測(cè)溫；2分類按所充物質(zhì)相態(tài)分充氣式、充液式、蒸發(fā)式按功能分：指示式、記錄式、報(bào)警式和溫度調(diào)節(jié)式等壓力式溫度計(jì)目前二十八頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于五點(diǎn)利用液體的蒸發(fā)或氣體的膨脹而引起的壓力變化進(jìn)行測(cè)量。溫包：傳熱、容納膨脹介質(zhì)；毛細(xì)管：傳遞壓力；彈簧管：顯示壓力（溫度）?？拐饓毫Ρ?組成

溫包、毛細(xì)管、感壓元件（彈簧管、波紋管等）目前二十九頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于五點(diǎn)（二）使用方法與特點(diǎn)對(duì)毛細(xì)管采取保護(hù)措施，防止損壞；注意安裝方式與位置對(duì)精度的影響。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，刻度清晰，防爆。精度差，示值滯后時(shí)間長(zhǎng)，毛細(xì)管易損壞。目前三十頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于五點(diǎn)河北凱瑞賀儀表廠壓力式溫度計(jì)目前三十一頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于五點(diǎn)它的感溫元件是由膨脹系數(shù)不同的兩種金屬片牢固地結(jié)合在一起制成?？勺鳒囟壤^電控制、極值溫度控制信號(hào)固定端自由端雙金屬溫度計(jì)目前三十二頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于五點(diǎn)雙金屬溫度計(jì)目前三十三頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于五點(diǎn)熱電阻溫度計(jì)組成1、熱電阻2、顯示儀表3、連接導(dǎo)線四、熱電阻溫度計(jì)熱電阻溫度計(jì)特點(diǎn)在-200到+500攝氏度范圍內(nèi)精度高,性能穩(wěn)定可靠,不需要冷端溫度補(bǔ)償,測(cè)溫范圍比熱電偶低,存在非線性.適用于中低溫測(cè)量。目前三十四頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于五點(diǎn)TRt鉑電阻熱敏電阻對(duì)于一個(gè)給定電阻，其電阻值是溫度的單值函數(shù)，因而可以通過(guò)測(cè)量電阻值來(lái)推算溫度。熱電阻溫度計(jì)測(cè)量原理目前三十五頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于五點(diǎn)金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化

T

R熱電阻溫度t℃時(shí)的電阻值

電阻溫度系數(shù)

溫度0℃時(shí)的電阻值

電阻值與溫度的關(guān)系為目前三十六頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于五點(diǎn)電阻溫度系數(shù)：在某一溫度間隔內(nèi)，溫度變化1℃時(shí)的電阻相對(duì)變化量，單位為1/℃。

平均電阻溫度系數(shù)金屬導(dǎo)體電阻溫度系數(shù)一般為正值純金屬一般為0.38~0.68%，金屬純度越高，其電阻溫度系數(shù)越大目前三十七頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于五點(diǎn)特點(diǎn)：準(zhǔn)確度高，穩(wěn)定性好、性能可靠、有較高電阻率，廣泛應(yīng)用于基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)化儀器中，是目前測(cè)溫復(fù)現(xiàn)性最好的一種。使用范圍：-200～850℃，在90年國(guó)際溫標(biāo)中規(guī)定平衡氫三相點(diǎn)13.8k到凝固點(diǎn)961.78℃標(biāo)準(zhǔn)儀器應(yīng)用鉑電阻。鉑熱電阻目前三十八頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于五點(diǎn)在0～630.74℃范圍內(nèi)，金屬鉑的電阻值與溫度的關(guān)系為工業(yè)上用的鉑電阻有兩種，一種是R0=10Ω，對(duì)應(yīng)的分度號(hào)位Pt10。另一種是R0=100Ω，對(duì)應(yīng)的分度號(hào)為Pt100。目前三十九頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于五點(diǎn)結(jié)構(gòu)(1）電阻絲(2)絕緣管(3)保護(hù)套管(4)接線盒目前四十頁(yè)\總數(shù)四十八頁(yè)\編于五點(diǎn)鉑電阻目前