安全檢測復(fù)習(xí)

安全檢測與監(jiān)控技術(shù)

知識點第1章緒論1.1.4生產(chǎn)安全關(guān)鍵技術(shù)

1.災(zāi)前抑制例：熱量

事故或災(zāi)害。災(zāi)前抑制措施：感知異常，彌補或消除熱量具體措施：阻燃

2.前兆檢測例：事故前所表現(xiàn)出來的溫度或熱特性火災(zāi)、爆炸等事故熱像技術(shù)材料的破損缺陷直接導(dǎo)致熱或能量的異常集中分布缺陷檢測技術(shù)

3.早期監(jiān)測智能監(jiān)測：傳感手段、信號處理算法模糊邏輯和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、現(xiàn)場總線、專用集成芯片等技術(shù)，計算機模擬、虛擬實驗。

用于災(zāi)害監(jiān)測的傳感器非常多，如化學(xué)傳感器、聲學(xué)傳感器、機械傳感器、磁傳感器、輻射傳感器、熱傳感器、生物傳感器、膜傳感器、光纖傳感器、硅傳感器、應(yīng)用MEMS的微傳感器等。

4.災(zāi)害撲救

有效的撲救技術(shù)可以大幅度地減小災(zāi)害損失。撲救過程涉及清潔、高效救災(zāi)，人員疏散，人員防護，防排煙等技術(shù)。智能機器人技術(shù)定義：被測信息：傳感器、檢測儀器、檢測裝置、檢測系統(tǒng)全部操作：檢測過程：確定被測對象的屬性和量值為目的的全部操作2、檢測的基本概念信號采集、信號處理、信號顯示、信號輸出物理量（光、電、力、熱、磁、聲、…）被測對象：宇宙萬物（固液氣體、動物、植物、天體……）檢測器具：化學(xué)量（PH、成份…）生物量（酶、葡萄糖、…）……廣義上是人的認(rèn)知行為，用科學(xué)的方法發(fā)現(xiàn)、度量一個客觀存在的過程,(從定性到定量的過程,例如“熱”)3、檢測方法分類：（1）按測量手續(xù)：直接測量、間接測量（2）按測量值的獲得方式：偏移法測量、零位法測量、差分式測量（3）按傳感器與被測對象是否直接接觸：接觸式測量、非接觸式測量（4）根據(jù)對象變化的特點：靜態(tài)測量、動態(tài)測量*直接測量與間接測量

直接測量----與同類基準(zhǔn)進行簡單的比較以得到被測量尺----物體尺寸、天平----物體重量

間接測量----被測量無法或不易進行直接測量

自變量目標(biāo)變量

負(fù)載電阻功率=電壓

電流（關(guān)系）（直接測量）

傳感器是獲取自然領(lǐng)域中信息的主要手段。在檢測和自動控制系統(tǒng)中，相當(dāng)于人的五官。人有五感：

視覺、聽覺、觸覺、味覺、嗅覺

傳感器測量電路電源指示儀記錄儀數(shù)據(jù)處理器被測量

開環(huán)

檢測系統(tǒng)*傳感器的位置（2）敏感器：把被測量轉(zhuǎn)換為可用非電量傳感器的組成框圖可用非電量(2)檢測系統(tǒng)的組成檢測系統(tǒng)，是指為完成某項測量所使用的一系列儀器，即指由相關(guān)的器件、儀器和測量裝置有機組合而成的具有獲取某種信息之功能的整體。檢測系統(tǒng)由傳感器、信號調(diào)理、信號傳輸、信號處理、顯示記錄等環(huán)節(jié)組成。典型組成見下圖所示。5、安全檢測監(jiān)控系統(tǒng)(1)幾個概念：安全監(jiān)測儀器、安全監(jiān)測系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)(P7)接口總線存儲顯示分析監(jiān)控判斷決策一般構(gòu)成：信號檢出┇信號檢出信號檢出信號轉(zhuǎn)換信號轉(zhuǎn)換信號轉(zhuǎn)換處理顯示處理顯示處理顯示信號檢出：功能---將被測信號的轉(zhuǎn)換為電信號的變化（detection）器件---傳感器（sensor,transducer）信號轉(zhuǎn)換：功能---將傳感器的輸出信號轉(zhuǎn)換為便于處理的形式（conversion）器件---信號調(diào)理電路（signalconditioningcircuit）處理顯示：功能---分析（analysis）、處理（processing）、顯示（display）通訊接口/總線接口(RS232、RS485、GPIB、PCI、······)其它環(huán)節(jié)：存儲、監(jiān)控、決策力位移

速度

加速度

壓力流量溫度電阻式電容式電感式壓電式熱電式光電式磁電式電橋

放大器濾波器調(diào)制器解調(diào)器運算器

阻抗變換器

筆式記錄儀光線示波器磁帶記錄儀電子示波器半導(dǎo)體存儲器顯示器磁卡數(shù)據(jù)處理器

頻譜分析儀

FFT

實時信號分析儀

電子計算機

被測對象

傳感器

中間變換測量裝置

顯示及記錄裝置

實驗結(jié)果處理裝置

激發(fā)裝置

信息獲取轉(zhuǎn)換顯示和處理（信號檢出部分）（信號變換部分）（分析處理部分、通信接口及總線）1.2.2安全檢測的意義

概念：安全檢測與控制技術(shù):

借助于儀器、儀表、傳感器、探測設(shè)備等工具迅速而準(zhǔn)確地了解生產(chǎn)系統(tǒng)及作業(yè)環(huán)境中危險因素與有毒有害因素的類型、危害程度、范圍及動態(tài)變化，對職業(yè)安全與衛(wèi)生狀態(tài)進行評價，對安全技術(shù)及設(shè)施進行監(jiān)督，對安全技術(shù)措施的效果進行檢測，提供可靠而準(zhǔn)確的信息，以改善勞動作業(yè)條件，改進生產(chǎn)工藝過程，控制系統(tǒng)或設(shè)備的事故（故障）發(fā)生，所有這些運作過程被稱為安全檢測與控制技術(shù)。

通過這種檢測和控制技術(shù)，使生產(chǎn)過程或特定系統(tǒng)按預(yù)定的指標(biāo)運行，避免和控制系統(tǒng)因受意外的干擾或波動而偏離正常（安全）運行狀態(tài)并導(dǎo)致故障或事故。它是現(xiàn)代化工業(yè)安全生產(chǎn)不可缺少的技術(shù)手段，化工、石油、石化、礦山、航空、航天、航海、鐵路、電業(yè)、建筑、冶金、核工業(yè)等部門都存在安全檢測與控制技術(shù)的問題。安全檢測的工作對象：勞動者作業(yè)場所有毒有害物質(zhì)和物理危害因素的檢測

狹義的安全檢測，側(cè)重于測量，是對生產(chǎn)過程中某些與不安全、不衛(wèi)生因素有關(guān)的量連續(xù)或斷續(xù)監(jiān)視測量，有時還要取得反饋信息，用以對生產(chǎn)過程進行檢查、監(jiān)督、保護、調(diào)整、預(yù)測，或者積累數(shù)據(jù)，尋求規(guī)律。廣義的安全檢測，是把安全檢測與安全監(jiān)控統(tǒng)稱為安全檢測，認(rèn)為安全檢測是指借助于儀器、傳感器、探測設(shè)備迅速而準(zhǔn)確地了解生產(chǎn)系統(tǒng)與作業(yè)環(huán)境中危險因素與有毒因素的類型、危害程度、范圍及動態(tài)變化的一種手段。安全監(jiān)控的工作對象：對生產(chǎn)設(shè)備和設(shè)施的安全狀態(tài)和安全水平進行監(jiān)督檢測

工業(yè)危險源工業(yè)事故人（勞動者）機（生產(chǎn)過程和設(shè)備）環(huán)境（工作場所）人造系統(tǒng)可觀測性可控性

特點：狀態(tài)信息

(1)能及時、正確地對設(shè)備的運行參數(shù)和運行狀況做出全面檢測，預(yù)防和消除事故隱患。

(2)對設(shè)備的運行進行必要的指導(dǎo)，提高設(shè)備運行的安全性、可靠性和有效性，以期把運行設(shè)備發(fā)生事故的概率降低到最低水平，將事故造成的損失減低到最低程度。

(3)通過對運行設(shè)備進行檢測、隱患分析和性能評估等，為設(shè)備的結(jié)構(gòu)修改、設(shè)計優(yōu)化和安全運行提供數(shù)據(jù)和信息。1．安全檢測的目的

是為職業(yè)健康安全狀態(tài)進行評價、為安全技術(shù)及設(shè)施進行監(jiān)督、為安全技術(shù)措施的效果進行評價等提供可靠而準(zhǔn)確的信息，達(dá)到改善勞動作業(yè)條件，改進生產(chǎn)工藝過程，控制系統(tǒng)或設(shè)備的事故（故障）發(fā)生。

1.2.3安全檢測的目的

新檢測方法與技術(shù)的 研究應(yīng)用實時在線安全檢測技術(shù)檢測與安全評價一體化發(fā)展趨勢第2章檢測技術(shù)基礎(chǔ)知識［例］被測電壓實際值大約為21.7V，現(xiàn)有1.5級、量程為0～30V的A表，1.5級、量程為0～50V的B表，1.0級、量程為0～50V的C表，0.2級、量程為0～360V的D表，四種電壓表，請問選用哪種規(guī)格的電壓表進行測量所產(chǎn)生的測量誤差較小?

［解］：根據(jù)（1-6）式分別用四種表進行測量由此可能產(chǎn)生的最大絕對誤差分別如下所示。A表有,B表有,C表有,D表有,答：四者比較，選用A表進行測量所產(chǎn)生的測量誤差通常較小。

各類特征系統(tǒng)誤差圖示系統(tǒng)誤差(systematicerror)偶然誤差(accidentalerror)引起因素出現(xiàn)情況規(guī)律性減免方法確定因素偶然因素大小、方向固定大小、方向不固定重復(fù)出現(xiàn)隨機出現(xiàn)函數(shù)規(guī)律統(tǒng)計規(guī)律加校正值校正增加平行測定次數(shù)控制

系統(tǒng)誤差和偶然誤差對比(5)有效數(shù)字的計算規(guī)則

加減法:以小數(shù)點后位數(shù)最少的為準(zhǔn)先修約后加減，結(jié)果位數(shù)也按點后位數(shù)最少的算。

例如,0.0121+12.56+7.8432可先修約后計算,即0.01+12.56+7.84=20.41乘除法:結(jié)果保留位數(shù)應(yīng)與

有效數(shù)字位數(shù)最少者相同。例如,(0.0142×24.43×305.84)/28.67可先修約后計算,(0.0142×24.4×306)/28.7=3.69。乘方或開方:結(jié)果有效數(shù)字位數(shù)不變。例如,6.542=42.8對數(shù)計算:對數(shù)尾數(shù)的位數(shù)應(yīng)與真數(shù)的有效數(shù)字位數(shù)相同。例如：

表示分析結(jié)果的精密度和準(zhǔn)確度時,誤差和偏差等只取一位或兩位有效數(shù)字。例如：E=0.123%表示為：0.1%或0.12%計算中涉及到常數(shù)以及非測量值,如自然數(shù)、分?jǐn)?shù)時,不考慮其有效數(shù)字的位數(shù),視為準(zhǔn)確數(shù)值。3.有效數(shù)字修約規(guī)則各測量值有效數(shù)字位數(shù)可能不同,因此計算前要先對各測量值進行修約。應(yīng)保留的有效數(shù)字位數(shù)確定之后,其余尾數(shù)一律舍棄的過程稱為修約。修約應(yīng)一次到位,不得連續(xù)多次修約。修約規(guī)則:為四舍六入五成雙（尾留雙），被修約≤4，舍棄，被修約數(shù)≥6則進位，若是5將有兩種情況：前面是奇數(shù)則進位為偶數(shù)，若前面是偶數(shù)則舍棄，若5后面還有不為0的數(shù)，則不管前面數(shù)字奇偶一律進位。四舍六入五成雙

怎么解釋呢？就是；在需要保留的下一位數(shù)如果是4或小于4就舍去。大于等于6就進一位。如果是5放入話就必須根據(jù)上位數(shù)是奇數(shù)還是偶數(shù)來判斷，奇數(shù)則進，偶數(shù)則舍。如1.245保留三位有效數(shù)字為1.24.還有就是如果5后面還有不為0的數(shù)字，也必須進位。如1.2451保留三位有效數(shù)字為1.25.

例如,將下列數(shù)據(jù)修約為兩位有效數(shù)字8.3698.47.5497.47.45007.57.35007.47.45017.52.2.2檢測信號的時域分析幾個概念：均值、絕對均值、平均功率、有效值、峰值(正峰值或負(fù)峰值)、峰峰值、方差等。反映信號幅值隨時間變化關(guān)系

準(zhǔn)確度與精密度的關(guān)系準(zhǔn)確度精密度x與μ接近的程度x與接近的程度誤差表示偏差表示系統(tǒng)誤差的大小偶然誤差的大小測量結(jié)果的正確性測量結(jié)果的重現(xiàn)性準(zhǔn)確度與精密度小結(jié)準(zhǔn)確度與精密度的關(guān)系goodaccuracygoodprecisionpooraccuracygoodprecisiongoodaccuracypoorprecisionpooraccuracyPoorprecision結(jié)果可靠系統(tǒng)誤差大誤差抵消結(jié)果不可靠？

準(zhǔn)確度與精密度的關(guān)系⑴準(zhǔn)確度高，精密度一定高；但精密度高，準(zhǔn)確度不一定高。⑵在消除系統(tǒng)誤差的前提下，精密度高，準(zhǔn)確度也會高。⑶精密度差的，準(zhǔn)確度不大可能高，故精密度好是準(zhǔn)確度高的前提。

結(jié)論：只有精密度和準(zhǔn)確度都高的測量值才是可靠的。

儀表的準(zhǔn)確度等級和基本誤差

例：某指針式電壓表的精度為2.5級，用它來測量電壓時可能產(chǎn)生的滿度相對誤差為2.5%。例．萬用表電壓、電流擋量程選擇與測量誤差加深對準(zhǔn)確度、精度、量程、絕對誤差等概念的綜合理解萬用表的準(zhǔn)確度等級一般分為0.1、0.5、1.5、2.5、5等幾個等級

準(zhǔn)確度（精確度）等級的標(biāo)定是由其最大絕對允許誤差△X與所選量程滿度值的百分?jǐn)?shù)表示的。以公式表示：A％=(△X/滿度值)×100％例如：有一個10V標(biāo)準(zhǔn)電壓，用100V擋、0.5級和15V擋、2.5級的兩塊萬用表測量，問哪塊表測量誤差??？

由公式得：第一塊表測：最大絕對允許誤差

△X1=±0.5％×100V=±0．50V。第二塊表測：最大絕對允許誤差

△X2=±2．5％×l5V=±0.375V。(1)采用準(zhǔn)確度不同的萬用表測量同一個電壓所產(chǎn)生的誤差雖然第一塊表準(zhǔn)確度比第二塊表準(zhǔn)確度高，但用第一塊表測量所產(chǎn)生的誤差卻比第二塊表測量所產(chǎn)生的誤差大。

選用萬用表時，并非準(zhǔn)確度越高越好。有了準(zhǔn)確度高的萬用表，還要選用合適的量程。

(2)用一塊萬用表的不同量程測量同一個電壓所產(chǎn)生的誤差例如：MF－30型萬用表，其準(zhǔn)確度為2.5級，選用100V擋和25V擋測量一個23V標(biāo)準(zhǔn)電壓，問哪一擋誤差小？

解：100V擋最大絕對允許誤差：

X(100)=±2.5％×100V=±2.5V。25V擋最大絕對允許誤差：△X（25）=±2.5％×25V=±0.625V。

用100V擋測量23V標(biāo)準(zhǔn)電壓，在萬用表上的示值在20.5V－25.5V之間。用25V擋測量23V標(biāo)準(zhǔn)電壓，在萬用表上的示值在22.375V－23.625V之間。由以上結(jié)果來看，△X（100）大于△X（25），即100V擋測量的誤差比25V擋測量的誤差大得多。因此一塊萬用表測量不同電壓時，用不同量程測量所產(chǎn)生的誤差是不相同的。在滿足被測信號數(shù)值的情況下，應(yīng)盡量選用量程小的擋。這樣可以提高測量的精確度。(3)用一塊萬用表的同一個量程測量不同的兩個電壓所產(chǎn)生的誤差例如：MF－30型萬用表，其準(zhǔn)確度為2.5級，用100V擋測量一個20V和80V的標(biāo)準(zhǔn)電壓，問哪一擋誤差小？解：100V擋的最大絕對誤差△X（100）=±2.5％×100V=±2.5V。對于20V而言，其示值介于17.5V－22.5V之間。其最大相對誤差為：A（20）％=(±2.5V/20V)×100％=±12.5％。對于80V而言，其示值介于77.5V－82.5V之間。其最大相對誤差為：

A（80）％=±(2.5V/80V)×100％=±3.1％。比較被測電壓20V和80V的最大相對誤差可以看出：前者比后者的誤差大的多。因此，用一塊萬用表的同一個量程測量兩個不同電壓的時候，誰離滿擋值近，誰的準(zhǔn)確度就高。所以，在測量電壓時，應(yīng)使被測電壓指示在萬用表量程的2/3以上。只有這樣才能減小測量誤差。3.1.1傳感器作用1敏感作用感受被測量的變化，完成信號的拾取。2轉(zhuǎn)換作用

完成信號的轉(zhuǎn)換，將信號轉(zhuǎn)換成容易處理的形式，一般是將非電量轉(zhuǎn)換成電量。3.1傳感器的作用與分類第3章安全檢測常用傳感器按原理分類物理傳感器化學(xué)傳感器生物傳感器3.1傳感器的作用與分類3.1.2傳感器的分類物理傳感器物理傳感器

物性型傳感器利用某些轉(zhuǎn)換元件的物理以及某些功能 材料的特殊物理性能制成的傳感器

結(jié)構(gòu)型傳感器

基于傳感器機械結(jié)構(gòu)的工作原理3.1傳感器的作用與分類3.1.2傳感器的分類物性傳感器舉例熱電阻熱電偶壓電型傳感器霍爾元件傳感器等3.1傳感器的作用與分類3.1.2傳感器的分類熱電阻熱電偶壓電薄膜傳感器霍爾元件傳感器3.1傳感器的作用與分類**按能量轉(zhuǎn)換方式分類3.1.2傳感器的分類3.2結(jié)構(gòu)型傳感器3.2.1電阻式傳感器

用于將力、位移、形變、速度、加速度和扭矩等轉(zhuǎn)換為電阻變化。3.2結(jié)構(gòu)型傳感器3.2.1電阻式傳感器電阻式傳感器原理參數(shù)變化結(jié)果l、A和ρ電阻應(yīng)變片

l

ρ電位器式傳感器熱敏電阻3.2結(jié)構(gòu)型傳感器3.2.1電阻式傳感器電位器式傳感器3.2結(jié)構(gòu)型傳感器3.2.1電阻式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外界力的作用下，會產(chǎn)生機械變形，其電阻值也將隨著發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)變效應(yīng)。

電阻應(yīng)變式傳感器彈性敏感元件電阻應(yīng)變片測量轉(zhuǎn)換電路3.2結(jié)構(gòu)型傳感器3.2.1電阻式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器1）工作原理及結(jié)構(gòu)參數(shù)“電阻應(yīng)變效應(yīng)”和“壓阻效應(yīng)”

從半導(dǎo)體的物理性質(zhì)可知，半導(dǎo)體在壓力、溫度及光輻射作用下，均能使其電阻率

發(fā)生很大的變化。

壓阻效應(yīng)指單晶半導(dǎo)體材料在沿某一軸向受到外力作用時，其電阻率

發(fā)生變化的現(xiàn)象。半導(dǎo)體應(yīng)變片的使用方法與金屬電阻應(yīng)變片相同，即粘帖在被測物體上，隨被測試件的應(yīng)變變化其電阻發(fā)生相應(yīng)變化。

半導(dǎo)體應(yīng)變片式：材料的壓阻效應(yīng)

3.2結(jié)構(gòu)型傳感器3.2.1電阻式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器

目前箔式應(yīng)變片應(yīng)用較多。金屬絲式應(yīng)變片使用最早。由于金屬絲式應(yīng)變片蠕變較大，金屬絲易脫膠，有逐漸被箔式所取代的趨勢。但其價格便宜，多用于應(yīng)變、應(yīng)力的大批量、一次性試驗。箔式應(yīng)變片中的箔柵是金屬箔通過光刻、腐蝕等工藝制成的。箔的材料多為電阻率高、熱穩(wěn)定性好的銅鎳合金。箔式應(yīng)變片與片基的接觸面積大得多，散熱條件較好，在長時間測量時的蠕變較小，一致性較好，適合于大批量生產(chǎn)。應(yīng)變片金屬應(yīng)變片半導(dǎo)體應(yīng)變片：體型、包模型、擴散型金屬絲式箔式薄膜式2）電阻應(yīng)變片的分類和機構(gòu)分類半導(dǎo)體應(yīng)變片*.半導(dǎo)體應(yīng)變片優(yōu)點：靈敏度大;體積小;固有頻率高，響應(yīng)快，結(jié)構(gòu)簡單，能制成具有一定應(yīng)變電阻的元件。缺點：溫度誤差大，其穩(wěn)定性和可重復(fù)性不如金屬應(yīng)變片，故需溫度補償。應(yīng)變計體型薄膜型擴散型電橋平衡的條件：R1/R2=R4/R3

3.2.1電阻式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器3)電阻應(yīng)變式傳感器的測量電路

調(diào)節(jié)RP，最終可以使R1

/R2

=R4/R3（R1

、R2

是R1、R2并聯(lián)RP后的等效電阻），電橋趨于平衡，Uo被預(yù)調(diào)到零位，這一過程稱為調(diào)零。圖中的R5是用于減小調(diào)節(jié)范圍的限流電阻。

單臂電橋電阻應(yīng)變式傳感器3.2.1電阻式傳感器材料重量的自動檢測--配料設(shè)備

比較重量設(shè)定

原材料原理：彈簧->力->位移->電位器->電阻反饋將被測物理量的變化轉(zhuǎn)化為電容量的變化。兩平行極板組成的電容器,其電容量為:+++

A

0－真空介電常數(shù)，

0＝8.85×10-12F/m；

－極板間介質(zhì)的介電常數(shù)，當(dāng)介質(zhì)為空氣時，

＝1；A－極板面積，m2;

－兩極板間的距離，m。3.2結(jié)構(gòu)型傳感器3.2.2電容式傳感器電容應(yīng)式傳感器工作原理1)極距變化型+++3)介質(zhì)變化型2)面積變化型:平面線位移型,角位移型,柱體線位移型分類3.2結(jié)構(gòu)型傳感器3.2.2電容式傳感器

差動式3.2.2電容式傳感器

靈敏度

3.2結(jié)構(gòu)型傳感器優(yōu)點：溫度穩(wěn)定性好，結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度高，分辨力高，動態(tài)響應(yīng)好，可作非接觸式測量。變極距型：小位移測量，高精度。變面積型：大位移測量。變介電常數(shù)型：位移測量，溫度測量。電容式傳感器的特點缺點：輸出阻抗高，負(fù)載能力差；寄生電容大；極距變化型輸出的非線性。應(yīng)用3.2.2電容式傳感器

3.2結(jié)構(gòu)型傳感器

電容器的容量受三個因素影響，即：極距x、相對面積A和極間介電常數(shù)

。固定其中兩個變量，電容量C就是另一個變量的一元函數(shù)。只要想辦法將被測非電量轉(zhuǎn)換成極距或者面積、介電常數(shù)的變化，就可以通過測量電容量這個電參數(shù)來達(dá)到非電量電測的目的。

電容式傳感器的應(yīng)用3.2.2電容式傳感器

3.2結(jié)構(gòu)型傳感器電容式油量表

當(dāng)油箱中注滿油時，液位上升，指針停留在轉(zhuǎn)角為

m處。當(dāng)油箱中的油位降低時，電容傳感器的電容量Cx減小，電橋失去平衡，伺服電動機反轉(zhuǎn)，指針逆時針偏轉(zhuǎn)（示值減小），同時帶動RP的滑動臂移動。當(dāng)RP阻值達(dá)到一定值時，電橋又達(dá)到新的平衡狀態(tài)，伺服電動機停轉(zhuǎn)，指針停留在新的位置（

x處）。

該油量表屬于開環(huán)系統(tǒng)還是閉環(huán)系統(tǒng)？3.2.3電感式傳感器3.2結(jié)構(gòu)型傳感器

電感式傳感器的敏感元件是電感線圈，是基于電磁感應(yīng)原理，把被測量轉(zhuǎn)化為電感量的一種裝置。特征是具有線圈繞組。分類:按變換方式不同電感式傳感器

自感型

可變磁阻型

渦流式互感型差動變壓器式

自感式電感傳感器3.2.3電感式傳感器3.2結(jié)構(gòu)型傳感器1）原理:電磁感應(yīng)效應(yīng)N:線圈匝數(shù)；l:鐵芯導(dǎo)磁長度；

：鐵芯磁導(dǎo)率；

0：空氣磁導(dǎo)率；A：鐵芯導(dǎo)磁截面積；A0：空氣導(dǎo)磁截面積；Rm：磁路總磁阻。可變磁阻式傳感器結(jié)構(gòu)原理1.線圈2.鐵芯3.銜鐵

間隙變化型可變磁阻式傳感器結(jié)構(gòu)

當(dāng)

0、A0固定不變，改變

時，L與

呈雙曲線關(guān)系。

L與

的雙曲線關(guān)系

傳感器靈敏度：自感式電感傳感器3.2.3電感式傳感器3.2結(jié)構(gòu)型傳感器2）變氣隙長度式電感傳感器面積變化型可變磁阻式傳感器結(jié)構(gòu)

當(dāng)

0

、

固定不變，改變A0時，L與A0呈線性關(guān)系。傳感器靈敏度：

L與A0的線性關(guān)系=常數(shù)自感式電感傳感器3.2.3電感式傳感器3.2結(jié)構(gòu)型傳感器3)面積變化型輸出特性傳感器靈敏度：變間隙型差動變壓器①②自感式電感傳感器3.2.3電感式傳感器3.2結(jié)構(gòu)型傳感器4)差動型

當(dāng)其它參數(shù)不變，僅改變l，使Rm變化，從而產(chǎn)生線圈電感的變化。鐵心自感式電感傳感器3.2.3電感式傳感器3.2結(jié)構(gòu)型傳感器5)螺線管型其中，n為轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速；f為脈沖頻率；z為轉(zhuǎn)軸上的槽數(shù)或齒數(shù)。例:轉(zhuǎn)速的測量渦流式電感傳感器3.2.3電感式傳感器3.2結(jié)構(gòu)型傳感器互感式電感傳感器1）工作原理:把被測量的變化轉(zhuǎn)化成互感系數(shù)M的變化。M－互感系數(shù)(H)；表示兩線圈之間的耦合程度。其大小與兩線圈相對位置及周圍介質(zhì)的導(dǎo)磁能力等因素有關(guān)。i1－一次側(cè)線圈的勵磁電流；e12－二次側(cè)線圈的感應(yīng)電動勢。3.2.3電感式傳感器3.2結(jié)構(gòu)型傳感器4）應(yīng)用:厚度,角度,表面粗糙度;拉伸,壓縮,垂直度;壓力,流量,液位;張力,重力,負(fù)荷量;扭矩,應(yīng)力,動力;氣壓,溫度;振動,速度,加速度,等。例：板的厚度均勻測量~例：張力測量▲互感式電感傳感器3.2.3電感式傳感器3.2結(jié)構(gòu)型傳感器

變換原理

磁電式傳感器是把被測物理量轉(zhuǎn)換為感應(yīng)電動勢的一種轉(zhuǎn)換器，是一種機－電能量變換型傳感器。

一個匝數(shù)為N的線圈，當(dāng)穿過線圈的磁通

發(fā)生變化時，線圈的感應(yīng)電動勢e為

磁通變化率與磁場強度B、磁阻Rm、線圈運動速度v有關(guān)，改變其中一個因素，都會改變線圈的感應(yīng)電動勢e。

3.2.4磁電式傳感器3.2結(jié)構(gòu)型傳感器磁電式動圈式磁阻式線速度型角速度型N

分類3.2.4磁電式傳感器3.2結(jié)構(gòu)型傳感器

動圈式磁電傳感器l:每匝線圈的平均長度；B:線圈所在磁場的磁感應(yīng)強度；A:每匝線圈的截面積；

:線圈運動方向與磁場方向的夾角；k:傳感器的結(jié)構(gòu)系數(shù)。線圈3.2.4磁電式傳感器3.2結(jié)構(gòu)型傳感器

線圈、磁鐵靜止不動，測量齒輪安裝在被測旋轉(zhuǎn)體上，隨之一起轉(zhuǎn)動。每轉(zhuǎn)動一個齒，齒的凸引起磁路磁阻變化一次，磁通也就變化一次，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電勢，其變化頻率等于被測轉(zhuǎn)速與測量齒輪齒數(shù)的乘積。這種傳感器結(jié)構(gòu)簡單，但輸出信號較小，且因高速軸上加裝齒輪較危險而不宜測量高轉(zhuǎn)速。開磁路變磁通式4）磁阻式傳感器3.2.磁電式傳感器3.2結(jié)構(gòu)型傳感器*電感式滾柱直徑分選裝置圖

滾柱直徑分選裝置1—氣缸2—活塞3—推桿4—被測滾柱5—落料管6—電感測微器7—鎢鋼測頭8—限位擋板9—電磁翻板10—容器（料斗）

動畫*電感傳感器在仿形機床中的應(yīng)用

1—標(biāo)準(zhǔn)靠模樣板2—測端（靠模輪）3—電感測微器4—銑刀龍門框架5—立柱6—伺服電動機7—銑刀8—毛坯2024/1/22

3.3物性傳感器3.3.1壓電式傳感器3.3.2半導(dǎo)體敏感元件3.3.3光電傳感器3.3.4霍爾傳感器2024/1/22

1.變換原理:壓電效應(yīng)

自然界某些物質(zhì)，如石英、鈦酸鋇等，當(dāng)受到外力作用時，不僅幾何尺寸會發(fā)生變化，且內(nèi)部被極化，表面上會產(chǎn)生電荷，形成電場；當(dāng)外力去掉時，又重新回到原來的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。若在電介質(zhì)的極化方向上施加交變電壓，它就會產(chǎn)生機械變形。當(dāng)去掉外加電場時，電介質(zhì)的變形隨之消失，這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)（電致伸縮效應(yīng)）天然結(jié)構(gòu)的石英晶體外形。它是一個正六面體。石英晶體各個方向的特性是不同的。石英晶體并不是在任何方向都存在壓電效應(yīng)。其中縱向軸z稱為光軸，經(jīng)過六面體棱線并垂直于光軸的x軸稱為電軸，與x和z軸同時垂直的軸y稱為機械軸。通常把沿電軸x方向的力作用下產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)稱為“縱向壓電效應(yīng)”，而把沿機械y方向的作用下產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)稱為“橫向壓電效應(yīng)”。而沿光軸z方向受力時不產(chǎn)生壓電效應(yīng)。3.壓電式傳感器等效電路

1）等效電路

壓電式傳感器等效成一個與電容相并聯(lián)的電荷源，也可以等效為一個電壓源與電容串聯(lián)。3）壓電元件的結(jié)構(gòu)形式①并聯(lián)C′=2Cu′=uq′=2q時間常數(shù)大，動態(tài)響應(yīng)差，適合于慢變信號的測量。以電荷量輸出的場合。②串聯(lián)C′=C/2u′=2uq′=q時間常數(shù)小，動態(tài)響應(yīng)好，適合于快變信號的測量。以電壓作為輸出的場合。3.3.2半導(dǎo)體敏感元件1.半導(dǎo)體熱敏電阻2.氣敏電阻3.濕敏電阻1.半導(dǎo)體熱敏電阻1）分類及特形半導(dǎo)體熱敏電阻PTCNTCCTR正溫度熱敏電阻負(fù)溫度熱敏電阻臨界溫度熱敏電阻PositiveTemperatureCoefficientNegativeTemperatureCoefficientCriticalTemperatureResistor熱敏電阻指針式顯示從頭儀表調(diào)零電位器調(diào)零度電位器熱敏電阻測量溫度的電路圖熱敏電阻應(yīng)用實例動畫電動機過熱保護裝置組成電路原理

2.氣敏電阻使用氣敏電阻傳感器（以下簡稱氣敏電阻），可以把某種氣體的成分、濃度等參數(shù)轉(zhuǎn)換成電阻變化量，再轉(zhuǎn)換為電流、電壓信號。氣敏傳感器是—種氣—電轉(zhuǎn)換元件1）材料：N型半導(dǎo)體，P型半導(dǎo)體2）工作原理：利用半導(dǎo)體氣敏元件與氣體接觸后，造成半導(dǎo)體性質(zhì)（載流子）變化來測定特定氣體成分或濃度。1.光的特性光具有波粒二象性，具有能量光電效應(yīng)——光電傳感器的基本轉(zhuǎn)換原理是將被測量參數(shù)轉(zhuǎn)換成光信號的變化，然后將光信號作用于光電元件轉(zhuǎn)換成電信號的輸出◆光敏二極管的結(jié)構(gòu)與一般二極管相似。它裝在透明玻璃外殼中，其PN結(jié)裝在管的頂部，可以直接受到光照射。光照射到光敏二極管的PN結(jié)時，電子-空穴對數(shù)量增加，光電流與照度成正比。

6.光敏二極管和光敏三極管1）光敏二極管（1）光敏二極管結(jié)構(gòu)和原理光敏二極管的反向偏置接法

光敏二極管在電路中一般是處于反向工作狀態(tài)。在沒有光照時，由于二極管反向偏置，所以反向電流很小，這時的電流稱為暗電流，相當(dāng)于普通二極管的反向飽和漏電流。當(dāng)光照射在二極管的PN結(jié)（又稱耗盡層）上時，在PN結(jié)附近產(chǎn)生的電子-空穴對數(shù)量也隨之增加，光電流也相應(yīng)增大，光電流與照度成正比。

光敏二極管的反向偏置接線（參考上頁圖）及光電特性演示

在沒有光照時，由于二極管反向偏置，反向電流（暗電流）很小。

當(dāng)光照增加時，光電流IΦ與光照度成正比關(guān)系。

光敏二極管的反向偏置接法UO+—光照4.光電自動門自動門光電傳感器放大圖有效檢測區(qū)域

四、被測物遮擋光通量的應(yīng)用實例

1.光電式帶材跑偏檢測器

光電傳感器

帶材走偏時，邊緣經(jīng)常與傳送機械發(fā)生碰撞，易出現(xiàn)卷邊，造成廢品。

當(dāng)帶材處于正確位置（中間位置）時，放大器輸出電壓Uo為零；當(dāng)帶材左偏時，遮光面積減小，輸出電壓反映了帶材跑偏的方向及大小。

光電式帶材跑偏檢測控制器原理1—

被測帶材2—卷取電機3—卷取輥4—液壓缸5—活塞6—滑臺7—光電檢測裝置

8—光源

9、10—透鏡

11-光敏電阻R112—遮光罩

指針將偏向左邊還是右邊？光電開關(guān)在流水線上的應(yīng)用送料器定區(qū)域式光電開關(guān)咖啡罐流水線運行方向罐裝高度檢測儲料倉落料口遮斷式光電開關(guān)（計數(shù)）

光幕應(yīng)用

當(dāng)有物體遮擋住光線時，傳感器發(fā)出報警信號，起保護、預(yù)警等作用。光線被遮斷（報警）2024/1/22

光電傳感器的其他用途（續(xù)）斷裂檢測電梯自動運行條件判斷

3.3.4霍爾傳感器1、霍爾效應(yīng)3、霍爾傳感器應(yīng)用2、霍爾元件1霍爾效應(yīng)

半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強度為B的磁場中，磁場方向垂直于薄片，當(dāng)有電流I流過薄片時，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動勢EH，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。

磁感應(yīng)強度B為0時的情況cdab磁感應(yīng)強度B較大時的情況

作用在半導(dǎo)體薄片上的磁場強度B越強，霍爾電勢也就越高?；魻栯妱軪H可用下式表示：

EH=KHIB2、霍爾元件3霍爾傳感器的應(yīng)用

霍爾電勢是關(guān)于I、B、

三個變量的函數(shù)，即EH=KHIBcos

。利用這個關(guān)系可以使其中兩個量不變，將第三個量作為變量，或者固定其中一個量，其余兩個量都作為變量。這使得霍爾傳感器有許多用途。第4章生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測儀表22一月2024安全與環(huán)境工程學(xué)院4.1溫度檢測與儀表4.2壓力檢測與儀表4.4物位檢測與儀表4.3流量檢測與儀表22一月2024安全與環(huán)境工程學(xué)院經(jīng)驗溫標(biāo)*熱力學(xué)溫標(biāo)*國際實用溫標(biāo)*1溫標(biāo)C22一月2024安全與環(huán)境工程學(xué)院1）經(jīng)驗溫標(biāo)(1)華氏溫標(biāo)(2)攝氏溫標(biāo)(3)列氏溫標(biāo)

1溫標(biāo)

22一月2024安全與環(huán)境工程學(xué)院1）經(jīng)驗溫標(biāo)攝氏、華氏、列氏溫度之間的換算關(guān)系為式中:C——攝氏溫度值；F——華氏溫度值；R——列氏溫度值。攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)都是用水銀作為溫度計的測溫介質(zhì)，而列氏溫標(biāo)則是用水和酒精的混合物來作為測溫物質(zhì)的。但它們均是依據(jù)液體受熱膨脹的原理來建立溫標(biāo)和制造溫度計的。

舉例：熱水器顯示溫度為50℃則華氏溫度為122℉則列氏溫度為40°R22一月2024安全與環(huán)境工程學(xué)院2溫度檢測的主要方法及分類根據(jù)傳感器的測溫方式，溫度基本測量方法通?？煞殖山佑|式和非接觸式兩大類。22一月2024安全與環(huán)境工程學(xué)院根據(jù)測溫轉(zhuǎn)換的原理，接觸式測溫可分為：1、膨脹式(包括液體和固體膨脹式)2、熱電式(包括熱電偶和PN結(jié))3、熱阻式(包括金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱電阻)4、溫度變送器4.1.2接觸式溫度檢測22一月2024安全與環(huán)境工程學(xué)院1熱膨脹式測溫方法

基于物體受熱時產(chǎn)生膨脹的原理，分為液體膨脹式和固體膨脹式兩類。按膨脹基體可分成：液體膨脹式玻璃溫度計、液體或氣體膨脹式壓力溫度計及固體膨脹式雙金屬溫度計

特點：1、測量范圍大都在-50℃～550℃內(nèi)2、用于溫度測量或控制精度要求較低，不需自動記錄的場合。22一月2024安全與環(huán)境工程學(xué)院2）雙金屬溫度計固體長度隨溫度變化的情況可用下式表示：基于固體受熱膨脹原理，測量溫度通常是把兩片線膨脹系數(shù)差異相對很大的金屬片疊焊在一起，構(gòu)成雙金屬片感溫元件當(dāng)溫度變化時，因雙金屬片的兩種不同材料線膨脹系數(shù)差異相對很大而產(chǎn)生不同的膨脹和收縮，導(dǎo)致雙金屬片產(chǎn)生彎曲變形。下圖是雙金屬溫度計原理圖：22一月2024安全與環(huán)境工程學(xué)院2）雙金屬溫度計22一月2024安全與環(huán)境工程學(xué)院2）雙金屬溫度計22一月2024安全與環(huán)境工程學(xué)院3）壓力溫度計壓力溫度計是根據(jù)一定質(zhì)量的液體、氣體、蒸汽在體積不變的條件下其壓力與溫度呈確定函數(shù)關(guān)系的原理實現(xiàn)其測溫功能的。壓力溫度計的典型結(jié)構(gòu)示意圖22一月2024安全與環(huán)境工程學(xué)院2熱電偶在工業(yè)生產(chǎn)過程中，溫度是需要測量和控制的重要參數(shù)之一。在溫度測量中，熱電偶的應(yīng)用極為廣泛。熱電偶是一種有源傳感器22一月2024安全與環(huán)境工程學(xué)院結(jié)論：當(dāng)兩個結(jié)點溫度不相同時，回路中將產(chǎn)生電動勢。先看一個實驗——熱電偶工作原理演示右端稱為：自由端（參考端、冷端）左端稱為：測量端（工作端、熱端）熱電極B熱電勢AB熱電極A(1)熱電效應(yīng)2）熱電偶的測溫原理22一月2024安全與環(huán)境工程學(xué)院通過以上演示得出結(jié)論——有關(guān)熱電偶熱電勢的討論將兩種不同的導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）A、B組合成閉合回路。若兩結(jié)點處溫度不同，則回路中將有電流流動，即回路中有熱電動勢存在。此電動勢的大小除了與材料本身的性質(zhì)有關(guān)以外,還決定于結(jié)點處的溫差，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)或塞貝克效應(yīng)。熱電偶就是根據(jù)此原理設(shè)計制作的將溫差轉(zhuǎn)換為電勢量的熱電式傳感器。熱電效應(yīng)產(chǎn)生的熱電勢是由接觸電勢和溫差電勢兩部分組成的。AB

(1)熱電效應(yīng)22一月2024安全與環(huán)境工程學(xué)院

**---如果熱電偶的兩個電極材料相同(NA=NB)，則不會產(chǎn)生接觸電勢。因此，熱電偶的兩個電極材料必須不同。**---熱電偶回路總接觸電勢的大小只與熱電極材料及兩接點的溫度有關(guān)，當(dāng)兩接點的溫度相等時，總接觸電勢為零。（2）接觸電勢22一月2024安全與環(huán)境工程學(xué)院3）熱電偶基本定律

利用熱電偶進行測溫,必須在回路中引入連接導(dǎo)線和儀表,接入導(dǎo)線和儀表后會不會影響回路中的熱電勢呢？（1）中間導(dǎo)體定律中間導(dǎo)體定律：在熱電偶測溫回路內(nèi),接入第三種導(dǎo)體C,只要其兩端溫度相同,則對回路的總熱電勢沒有影響。結(jié)論：熱電勢的大小僅與材料的性質(zhì)及其兩端點的溫度有關(guān)，而與熱電偶的形狀、大小無關(guān)。

燒斷的熱電偶可重新焊接，用于測溫。22一月2024安全與環(huán)境工程學(xué)院利用熱電偶測溫時，連接導(dǎo)線和顯示儀表等均可看成中間導(dǎo)體。根據(jù)中間導(dǎo)體定律只要保證連接導(dǎo)線和顯示儀表各自兩端的溫度相同，則對熱電偶的熱電勢沒有影響。因此中間導(dǎo)體定律對熱電偶的實際應(yīng)用有十分重要的意義。根據(jù)此定律，除可在熱電偶測溫回路中接入各種類型的顯示儀表或調(diào)節(jié)器外，也可以推廣到對液態(tài)金屬材料和固態(tài)金屬材料表面的溫度測量，如圖所示。有時為了提高測量精度，或者為了使用上的方便，將熱電極A和B直接插入液態(tài)金屬或焊在固體金屬表面上。例如，用熱電偶連續(xù)測量鐵水的溫度就是這樣的。在連續(xù)測量過程中，熱電極不斷地被鐵水熔掉，而根據(jù)這個定律，就不需要先焊接了。（1）中間導(dǎo)體定律22一月2024安全與環(huán)境工程學(xué)院（1）中間導(dǎo)體定律22一月2024安全與環(huán)境工程學(xué)院

熱電偶在結(jié)點溫度為（T，T0）時的熱電勢，等于在結(jié)點溫度為（T，Tn）及（Tn，T0）時的熱電勢之和，其中，Tn稱為中間溫度，如圖4-9所示。其熱電勢可用下式表示：EAB（T，T0）=EAB（T，Tn）+EAB（Tn，T0）

（2）中間溫度定律結(jié)論：熱電偶AB的熱電勢與A、B材料的中間溫度無關(guān)，只與結(jié)點溫度有關(guān)

中間溫度定律的實用價值在于：(1)當(dāng)熱電偶冷端不為0℃時，可用中間溫度定律加以修正；(2)由于熱電偶電極不能做得很長，可根據(jù)中間溫度定律選用適當(dāng)?shù)难a償導(dǎo)線。

22一月2024安全與環(huán)境工程學(xué)院由分度表查得E(20,0)=0.113mv則E(t,0)=E(t,t0)+E(t0,0)=7.32+0.113=7.434mv再查分度表得其對應(yīng)的被測溫度t=808℃例用S型熱電偶測溫，熱電偶的冷端溫度t0=20℃，測得熱電勢為7.32mv，求被測對象的實際溫度t。解（2）中間溫度定律分度表-----熱電勢與熱端溫度之間關(guān)系列成表格注：熱電勢與熱端溫度之間關(guān)系是非線性22一月2024安全與環(huán)境工程學(xué)院當(dāng)結(jié)點溫度為t,t0時，用導(dǎo)體A，B組成的熱電偶的熱電動勢等于AC熱電偶和CB熱電偶的熱電動勢的代數(shù)和。如圖，導(dǎo)體A、B分別與標(biāo)準(zhǔn)電極C（第三種導(dǎo)體）組成熱電偶，若它們所產(chǎn)生的熱電動勢為已知，即那么，導(dǎo)體A與B組成的熱電偶，其熱電動勢可由下式求得：（3）標(biāo)準(zhǔn)電極定律實用價值：簡化熱電偶的選配工作。22一月2024安全與環(huán)境工程學(xué)院應(yīng)用：標(biāo)準(zhǔn)電極定律是一個極為實用的定律。純金屬的種類很多，合金類型更多。要得出這些金屬之間組合而成熱電偶的熱電動勢，工作量極大。由于鉑的物理、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，熔點高，易提純，所以，通常選用高純鉑絲作為標(biāo)準(zhǔn)電極，只要測得各種金屬與純鉑組成的熱電偶的熱電動勢，則各種金屬之間相互組合而成的熱電偶的熱電動勢可直接計算。例如：熱端為100℃，冷端為0℃時，鎳鉻合金與純鉑組成的熱電偶的熱電動勢為2.95mV，考銅與純鉑組成的熱電偶的熱電動勢為-4.0mV；則鎳鉻和考銅組合成的熱電偶所產(chǎn)生的熱電動勢：2.95mV-(-4.0mV)=6.95mV用于制造鉑熱電偶的各種鉑熱電偶絲（3）標(biāo)準(zhǔn)電極定律22一月2024安全與環(huán)境工程學(xué)院如果構(gòu)成熱電偶的兩個熱電極為材料相同的均質(zhì)導(dǎo)體，則無論兩結(jié)點溫度如何，熱電偶回路內(nèi)的總熱電勢為零——均質(zhì)導(dǎo)體定律

必須采用兩種不同的材料作為熱電極?！邷夭铍妱觿葜徽紭O小部分（4）均質(zhì)導(dǎo)體定律22一月2024安全與環(huán)境工程學(xué)院7）熱電偶參考端的處理熱電效應(yīng)的原理可知，熱電偶產(chǎn)生的熱電動勢與兩端溫度有關(guān)。只有將冷端的溫度恒定，熱電動勢才是熱端溫度的單值函數(shù)。問題引出：**用熱電偶的分度表查毫伏數(shù)-溫度時，必須滿足t0=0

C的條件。與熱電偶配套使用的顯示儀表就是根據(jù)這一關(guān)系進行刻度的。在實際測溫中，冷端溫度常隨環(huán)境溫度而變化，這樣t0不但不是0

C，而且也不恒定，因此將產(chǎn)生誤差。**一般情況下，冷端溫度均高于0

C，熱電勢總是偏小。應(yīng)想辦法消除或補償熱電偶的冷端損失。22一月2024安全與環(huán)境工程學(xué)院

解決方法冷端恒溫法

補償導(dǎo)線法

補償電橋法

7）熱電偶參考端的處理溫度修正法

22一月2024安全與環(huán)境工程學(xué)院（1）補償導(dǎo)線法采用相對廉價的補償導(dǎo)線，可延長熱電偶的冷端，使之遠(yuǎn)離高溫區(qū)；可節(jié)約大量貴金屬；易彎曲，便于敷設(shè)。所謂補償導(dǎo)線：實際上是一對材料化學(xué)成分不同的導(dǎo)線，在0～100℃溫度范圍內(nèi)與配接的熱電偶有一致的熱電特性，但價格相對要便宜。若利用補償導(dǎo)線，將熱電偶的冷端延伸到溫度恒定的場所(如儀表室)，其實質(zhì)是相當(dāng)于將熱電極延長。7）熱電偶參考端的處理解決方法熱電偶冷端暴露于空間，受環(huán)境溫度影響熱電極長度有限，冷端受到被測溫度變化的影響問題引出功能其一實現(xiàn)了冷端遷移；其二是降低了成本。補償導(dǎo)線22一月2024安全與環(huán)境工程學(xué)院在使用延長線時的應(yīng)注意以下幾方面：

①各種延長線只能與相應(yīng)型號的熱電偶配用，而且必須在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)使用；②注意極性，不能接反，否則會造成更大的誤差；③延長線與熱電偶連接的兩個結(jié)點，其溫度必須相同。（1）補償導(dǎo)線法22一月2024安全與環(huán)境工程學(xué)院例:采用鎳鉻-鎳硅熱電偶測量爐溫。熱端溫度為800℃，冷端溫度為50℃。為了進行爐溫的調(diào)節(jié)及顯示，必須將熱電偶產(chǎn)生的熱電動勢信號送到儀表室，儀表室的環(huán)境溫度恒為20℃。由鎳鉻-鎳硅熱電偶分度表查出它在冷端溫度為0℃，熱端溫度為800℃時的熱電動勢為E(800，0)=33.275mV；熱端溫度為50℃時的熱電動勢為E(50，0)=2.023mV；熱端溫度為20℃時的熱電動勢為E(20，0)=0.798mV。如果熱電偶與儀表之間直接用銅導(dǎo)線連接，根據(jù)中間導(dǎo)體定律，輸入儀表的熱電動勢為：E(800，50)=E(800，0)-E(50，0)=(33.277-2.022)mV=31.255mV(相當(dāng)于751℃)。如果熱電偶與儀表之間用補償導(dǎo)線連接，相當(dāng)于將熱電偶延伸到儀表室，輸入儀表的熱電動勢為：E(800，20)=E(800，0)-E(20，0)=(33.277-0.798)mV=32.479mV(相當(dāng)于781℃)。與爐內(nèi)的真實溫度相差分別為：

751℃-800℃=-49℃781℃-800℃=-19℃可見，補償導(dǎo)線的作用是很明顯的。（1）補償導(dǎo)線法22一月2024安全與環(huán)境工程學(xué)院（2）冷端恒溫法

A、0℃恒溫器將熱電偶的冷端置于溫度為0℃的恒溫器內(nèi)(如冰水混合物)，使冷端溫度處于0℃。這種裝置通常用于實驗室或精密的溫度測量。在冰杯中，冰水混合物的溫度能較長時間地保持在0

C不變。冰浴法，它消除了t0不等于0℃而引入的誤差，由于冰融化較快，所以一般只適用于實驗室中。22一月2024安全與環(huán)境工程學(xué)院B、其他恒溫器將熱電偶的冷端置于各種恒溫器內(nèi)，使之保持溫度恒定，避免由于環(huán)境溫度的波動而引入誤差。這類恒溫器可以是盛有變壓器油的容器，利用變壓器油的熱惰性恒溫；也可以是電加熱的恒溫器。這類恒溫器的溫度不為0℃，故最后還需對熱電偶進行冷端溫度修正。1—被測流體管道2—熱電偶3—接線盒4—補償導(dǎo)線5—銅質(zhì)導(dǎo)線6—毫伏表7—恒溫器8—混合物9—試管10—新冷端（2）冷端恒溫法

22一月2024安全與環(huán)境工程學(xué)院3熱電阻

基于熱電阻原理測溫是根據(jù)金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化的性質(zhì)，將電阻值的變化轉(zhuǎn)換為電信號，從而達(dá)到測溫的目的。熱電阻的材料：電阻率、電阻溫度系數(shù)要大，熱容量、熱慣性要小，電阻與溫度的關(guān)系最好近于線性；物理、化學(xué)性質(zhì)要穩(wěn)定，復(fù)現(xiàn)性好，易提純，同時價格盡可能便宜。22一月2024安全與環(huán)境工程學(xué)院3熱電阻

1）工作原理導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化

測量原理TR熱電阻熱電阻是利用物質(zhì)在溫度變化時，其電阻也隨著發(fā)生變化的特征來測量溫度的。當(dāng)阻值變化時，工作儀表便顯示出阻值所對應(yīng)的溫度值。熱電阻的材料要求：電阻溫度系數(shù)要大；電阻率盡可能大，熱容量要小，在測量范圍內(nèi)，應(yīng)具有穩(wěn)定的物理和化學(xué)性能；電阻與溫度的關(guān)系最好接近于線性；應(yīng)有良好的可加工性，且價格便宜。22一月2024安全與環(huán)境工程學(xué)院

2014-3-22（2）銅電阻鉑電阻雖然優(yōu)點多，但價格昂貴電阻值與溫度的關(guān)系幾乎呈線性，電阻溫度系數(shù)也較大，而且其材料易提純，價格比較便宜，但缺點是在100℃以上易被氧化工業(yè)用銅熱電阻的分度號為Cu50和Cu100在-50～150℃的溫度范圍內(nèi)，銅電阻與溫度近似呈現(xiàn)性關(guān)系，可用下式表示，即由于B、C比A小得多，所以可以簡化為（4-23）例：見P13222一月2024安全與環(huán)境工程學(xué)院補充內(nèi)容測溫元件安裝注意事項插入深度要求測量端應(yīng)有足夠的插入深度，應(yīng)使保護套管的測量端超過管道中心線5~10mm。流體流動方向插入方向要求保證測溫元件與流體充分接觸，最好是迎著被測介質(zhì)流向插入，正交90°也可，但切勿與被測介質(zhì)形成順流。22一月2024安全與環(huán)境工程學(xué)院1、黑體輻射定律（自學(xué)）2、輻射測溫方法3、輻射測溫儀表4.1.3非接觸式溫度檢測22一月2024安全與環(huán)境工程學(xué)院4.1溫度檢測與儀表4.2壓力檢測與儀表4.4物位檢測與儀表4.3流量檢測與儀表22一月20244.2壓力檢測與儀表4.2.1壓力檢測的概念與分類4.2.2液柱式壓力計4.2.3彈性式壓力計4.2.4負(fù)荷式壓力計4.2.5電測式壓力儀表4.2.6壓力儀表的選用22一月20244.2.1壓力檢測的概念與分類定義

壓力—均勻而垂直作用在單位面積上的力稱壓力.壓力的單位是“帕斯卡”，簡稱“帕”，符號為“Pa”

即1N的力垂直均勻作用在1m2的面積上所形成的壓力值為1Pa。

式中Ｐ——壓力（Pa）

Ｆ——均勻垂直作用力（N）

Ｓ——受力面積（m2）22一月2024壓力表示方式絕對壓力（PJ):設(shè)備內(nèi)部真實壓力.PJ

=

PB

+

PD大氣壓力（PD):由于空氣柱重力垂直作用在底面積上所產(chǎn)生的壓力。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的PD=101325Pa表壓力（PB):設(shè)備內(nèi)部或某處絕對壓力與大氣壓之差。表壓力是一個相對壓力，它以環(huán)境大氣壓力為參照點.PB=PJ

－PD真空度（PZ負(fù)壓）:PZ＝

PD－PJ4.2.1壓力檢測的概念與分類22一月20244.2.1壓力檢測的概念與分類表壓（正壓）絕對壓力的零線大氣壓力線絕對壓力絕對壓力真空度22一月20242、壓力儀表的分類1）壓力范圍的劃分P1412）壓力儀表的分類P142

（1）按敏感元件和轉(zhuǎn)換原理的特性分類。如表4－9所示。

①液柱式壓力計。根據(jù)液體靜力學(xué)原理，把被測壓力轉(zhuǎn)換為液柱的高度來實現(xiàn)測量。如U形管壓力計、單管壓力計和斜管壓力計等；

②彈性式壓力計。根據(jù)彈性元件受力變形的原理，把被測壓力轉(zhuǎn)換為位移來實現(xiàn)測量。如彈簧管壓力計、膜片壓力計和波紋管壓力計等；

③負(fù)荷式壓力計?；陟o力平衡原理測量。如活塞式壓力計、浮球式壓力計等；

④電測式壓力儀表。利用敏感元件將被測壓力轉(zhuǎn)換為各種電量，根據(jù)電量的大小間接進行檢測。22一月2024

根據(jù)流體靜力學(xué)原理，將被測壓力轉(zhuǎn)換成液柱高度進行測量hh12211p1p2h2P0h1h211p200

常用的壓力表有U形管壓力表、單管壓力表、斜管壓力表測量原理4.2.2液柱式壓力計22一月20244.2.2液柱式壓力計或P表＝ρghP絕＝（ρgh＋P0）22一月2024單管壓力計故由于D>>d,所以項可以忽略被測壓力P表可寫成P表＝ρgh1

22一月2024斜管壓力計22一月2024原理：將壓力信號轉(zhuǎn)化為彈性元件的機械變形量通過傳動機構(gòu)直接帶動指針指示壓力或(壓差)，也可通過某種電氣元件組成變送器，實現(xiàn)壓力(或壓差)信號的遠(yuǎn)傳。

結(jié)構(gòu)：彈簧管、拉桿、扇形齒輪、中心齒輪、面板、游絲接頭。優(yōu)點：測量范圍大，成本低缺點：精度差、測量范圍有限分類:膜片、彈簧管、波紋管4.2.3彈性式壓力計22一月2024測量原理P彈簧管式彈性元件P膜片式彈性元件4.2.3彈性式壓力計22一月2024當(dāng)彈性元件在軸向受到外力作用時，就會產(chǎn)生拉伸或壓縮位移，即

式中F——軸向外力x——位移C——彈性元件的剛度系數(shù)

式中A——彈性元件承受壓力的有效面積P——被測壓力

測量原理x

~P4.2.3彈性式壓力計22一月20244.2.4負(fù)荷式壓力計1、活塞式壓力計校準(zhǔn)其他壓力儀表22一月2024壓力發(fā)生部分測量部分4.2.4負(fù)荷式壓力計22一月20244.2.4負(fù)荷式壓力計2、浮球式壓力計22一月2024

利用轉(zhuǎn)換元件（如某些機械和電氣元件）直接把被測壓力變換為電信號來進行測量的。

測量原理*彈性元件附加一些變換裝置，使彈性元件自由端的位移量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號，如電阻式、電感式、電容式、霍爾片式、應(yīng)變式、振弦式等；

*非彈性元件組成的快速測壓元件，主要利用某些物體的某一物理性質(zhì)與壓力有關(guān)，如壓電式、壓阻式、壓磁式等。4.2.5電測式壓力儀表22一月20241、電容式壓力計采用變電容原理，利用彈性元件受壓變形來改變可變電容器的電容量，然后通過測量電容量C便可以知道被測壓力的大小，從而實現(xiàn)壓力-電容轉(zhuǎn)換的。定極板彈性元件動極板被測壓力測量原理

ε——電容器極板間絕緣介質(zhì)的介電常數(shù)，F(xiàn)/mA——電容器兩平行板覆蓋的面積，m2

d——兩平行板之間的距離，mC——電容量，F(xiàn)4.2.5電測式壓力儀表22一月20241）微位移式變送器---電容式壓差計I0

測量部分包括電容膜盒、高低壓室及法蘭組件等.測量原理:將被測壓力的變化轉(zhuǎn)換成電容量的變化。。填充液（硅油）固定電極可動電極P1轉(zhuǎn)換放大單元

P2電容式壓力傳感器隔離膜片4.2.5電測式壓力儀表22一月20242.電感式壓力計

在電感式壓力計中，大都采用變隙式電感作為檢測元件，它和彈性元件組合在一起構(gòu)成電感式壓力計。圖4-38為這種壓力計的工作原理圖。圖4-49變隙式電感壓力計工作原理圖4.2.5電測式壓力儀表22一月2024

如果給傳感器線圈通以交流電源，流過線圈電流Ｉ與氣隙之間有如下關(guān)系:（4-50）

式中:Ｕ為交流電壓（Ｖ）；ω為交流電源角頻率（rad/s）。通過測量線圈中電流I的大小便可得知壓力的大小4.2.5電測式壓力儀表2.電感式壓力計22一月20243、壓電式壓力計根據(jù)“壓電效應(yīng)”把被測壓力變換為電信號的。（a）單晶體

（b）剖面圖

（c）X截割的石英片

受力面積作用在受力面積上的壓力壓電常數(shù)電荷數(shù)4.2.5電測式壓力儀表22一月2024

彈簧管霍爾片

K——霍爾式壓力傳感器輸出系數(shù)χ——自由端霍爾元件的位移量磁鋼霍爾片+彈簧管4.2.5電測式壓力儀表5、霍爾式壓力計

產(chǎn)生的霍爾電勢與其位移成正比，若膜盒中心的位移與被測壓力P成線性關(guān)系，則霍爾電勢的大小即反映壓力的大小。22一月2024電動單元組合儀表（簡稱為DDZ儀表）6、差壓（壓力）變送器

作用：將各種物理量轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號差壓變送器力平衡式變送器

位移平衡式變送器氣動單元組合儀表（簡稱為QDZ儀表）

DDZ-Ⅱ型儀表為0～10mADC

DDZ-Ⅲ型儀表為4～20mADC20～100KPa4.2.5電測式壓力儀表22一月2024變送器考慮到系統(tǒng)中傳感器與其他裝置的兼容性與互換性，他們之間用標(biāo)準(zhǔn)信號進行傳輸國際標(biāo)準(zhǔn)：過程控制系統(tǒng)的模擬直流信號為4~20mA，模擬直流電壓信號為1~5V一般輸出為非標(biāo)準(zhǔn)信號的傳感器需把傳感器的輸出信號通過變送器變換成標(biāo)準(zhǔn)信號，無論是儀表還是計算機只要有同樣的輸入電路或接口，就可以從各種變送器獲得被測量變量的信息，而且便于組成檢測系統(tǒng)或控制系統(tǒng)。4.2.5電測式壓力儀表6、差壓（壓力）變送器

22一月2024安全與環(huán)境工程學(xué)院4.1溫度檢測與儀表4.2壓力檢測與儀表4.4物位檢測與儀表4.3流量檢測與儀表22一月2024

流量是指單位時間內(nèi)流過管道某截面流體的體積或質(zhì)量（體積流量，質(zhì)量流量）。在一段時間內(nèi)流過的流體量就是流體總量，即瞬時流量對時間的累積。

1.流量的概念

1）瞬時體積流量

體積流量Qv是以體積計算的單位時間內(nèi)通過的流體量，在工程中可用l/h（升/小時）或m3/h（立方米/小時）等單位表示。若設(shè)被測管道內(nèi)某個橫截面S的截面積為A（m），取其上的面積微元ds，對應(yīng)流速為v（m/s），則（4-51）

4.3.1流量檢測的概念與方法22一月2024

若設(shè)被測管道內(nèi)整個橫截面S上的各處流速相等，均為v（m/s），則Qv=vS。但在工程中，管道內(nèi)各處的流體流速往往是不相等的。為了解決流體中各點速度往往不相等的問題，設(shè)定截面S上各點有一個平均流速v（m/s），則有（4-52）

2）瞬時質(zhì)量流量

質(zhì)量流量Qm是以質(zhì)量表示單位時間內(nèi)通過的流體量，工程中常用kg/h（千克/小時）表示。顯然質(zhì)量流量Qm等于體積流量Qv與流體密度ρ的乘積，用數(shù)學(xué)表達(dá)式可以表示為（4-53）

4.3.1流量檢測的概念與方法22一月2024

3）累積體積流量

累積體積流量V是以體積計算的某段時間內(nèi)通過的流體量，在工程中可用l（升）或m3（立方米）等單位表示。若設(shè)被測管道內(nèi)某個橫截面S上的瞬時體積流量為Qv，則在t時間內(nèi)流體的累積體積流量則為（4-54）

若設(shè)被測管道內(nèi)整個橫截面S上的瞬時體積流量在t時刻內(nèi)相等，則V=Qvt。

4）累積質(zhì)量流量累積質(zhì)量流量M等于累積體積流量V與流體密度ρ的乘積(M=Vρ)。4.3.1流量檢測的概念與方法22一月2024瞬時流量－單位時間內(nèi)流體通過一定截面積的數(shù)量。體積流量－用流體的體積來表示（qv），單位為m3/h。質(zhì)量流量－用流量的質(zhì)量來表示（qm），單位為kg/h。累積流量：一段時間內(nèi)流體體積流量或質(zhì)量流量的累積值累積體積流量累積質(zhì)量流量流量計量－對在一定通道內(nèi)流動流體的流量進行測量。例：設(shè)測得流速v=10m/s，圓管道的直徑D=1m，則截面積A=0.79m2

，流量qV=7.9m3/s。在一小時內(nèi)流過的流體總量為7.9*3600=28440m3

。4.3.1流量檢測的概念與方法22一月2024

2.流量的檢測方法

流體的粘度、腐蝕性、導(dǎo)電性等不一樣，測量其流量方法不同。常用流量檢測方法有節(jié)流差壓法、容積法、速度法、流體阻力法、渦輪法、卡門渦街法、質(zhì)量流量測量等。

4.3.1流量檢測的概念與方法22一月2024

節(jié)流元件附近流速和壓力分布情況

檢測原理當(dāng)流體流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流件時，流體將在節(jié)流件處形成局部收縮，因而流速增加，靜壓力降低，于是在節(jié)流件前后便產(chǎn)生了壓差。（節(jié)流式流量計） 流體流量愈大，產(chǎn)生的壓差愈大，這樣可依據(jù)壓差來衡量流量的大小?；A(chǔ)：流體連續(xù)性方程（質(zhì)量守恒定律）和伯努利方程（能量守恒定律）。壓差影響因素： 流量、節(jié)流裝置形式、管道內(nèi)流體的物理性質(zhì)（密度、粘度）4.3.2差壓式流量計22一月2024體積流量質(zhì)量流量

式中：α——流量系數(shù)

ε——流束膨脹系數(shù)

A0——節(jié)流裝置的開孔截面積

ρ——流體密度Δр——節(jié)流裝置前后實際測得的壓力差流量與壓力差的平方根成正比4.3.2差壓式流量計22一月20244.3.3容積式流量計容積式流量計又稱定排量流量計，用來測量各種液體和氣體的體積流量。它是使被測流體充滿具有一定容積的空間，然后再把這部分流體從出口排出，所以叫容積式流量計。它利用機械測量元件將流體連續(xù)不斷地分割成單個已知的體積部分，根據(jù)計量室逐次、重復(fù)地充滿和排放該體積部分流體的次數(shù)來測量流體體積總量。容積式流量計一般不具有時間基準(zhǔn)，為得到瞬時流量值，需要另外附加測量時間的裝置。22一月2024

容積式流量檢測單位時間內(nèi)所排出固定容積的數(shù)目作為測量依據(jù)測量原理設(shè)：V0——計量室的容積

n——轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)次數(shù)則排出的流體總量

根據(jù)轉(zhuǎn)子的形狀分為：

橢圓齒輪流量計（液體型）

腰輪流量計（氣體型和液體）

刮板式流量計（液體型）4.3.3容積式流量計22一月20241、橢圓齒輪型容積流量計(奧巴爾容積流量計)橢圓齒輪容積流量計直接依靠測量輪嚙合，對介質(zhì)的清潔要求較高，不允許有固體顆粒雜質(zhì)流過流量計。計量室體積齒輪轉(zhuǎn)速體積流量4.3.3容積式流量計22一月2024例：橢圓齒輪流量計的半月形空腔體積為0.5L，今要求機械齒輪每轉(zhuǎn)一周跳一個字代表100L，試求傳動系統(tǒng)的減速比。解：橢圓齒輪流量計的體積流量由題設(shè)可以得到所以減速比為：50：14.3.3容積式流量計22一月20242、腰輪流量計（羅茨型容積流量計）腰形輪每轉(zhuǎn)動一周，就把轉(zhuǎn)子與殼體之間所構(gòu)成的具有一定容積的計量室流體的四倍體積，從流入口送到流出口。測量原理計量室體積腰輪轉(zhuǎn)速體積流量4.3.3容積式流量計22一月2024刮板式流量計也是一種較常見的容積式流量計，流量計的轉(zhuǎn)子上裝有兩對可以徑向內(nèi)外滑動的刮板，轉(zhuǎn)子在流量計進出口差壓作用下轉(zhuǎn)動，每轉(zhuǎn)動一周排出四份“計量空間”的流體體積。只要測出轉(zhuǎn)動次數(shù)，就可以計算出排出流體的體積量。3、刮板式容積流量計刮板式流量計工作原理原理：利用刮板的縮進、突出固流、排流。1.刮板2.凸輪3.轉(zhuǎn)子4.3.3容積式流量計22一月20242、渦輪式流量計

4.3.4速度式流量計當(dāng)被測流體流過傳感器時，葉輪受力旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速與管道平均流速成正比，葉輪的轉(zhuǎn)動周期地改變磁電轉(zhuǎn)換器的磁阻值。檢測線圈中的磁通隨之發(fā)生周期性的變化，產(chǎn)生周期性的感應(yīng)電勢，即電脈沖信號，經(jīng)放大器放大后，送至顯示儀表顯示K為儀表常數(shù)22一月20243、電磁流量計

電磁流量計是基于電磁感應(yīng)原理工作的流量儀表。它能測量具有一定電導(dǎo)率的流體體積流量。電勢差與流速關(guān)系為

4.3.4速度式流量計B為什么要采用交變磁場？22一月20241）超聲波的基礎(chǔ)知識4、超聲波流量計4.3.4速度式流量計22一月2024當(dāng)超聲波在流體中傳播時，會載帶流體流速的信息。因此，根據(jù)對接收到的超聲波信號進行分析計算，可以檢測到流體的流速，進而可以得到流量值。傳播速度差法的基本原理為：

測量超聲波脈沖在順流和逆流傳播過程中的速度之差來得到被測流體的流速。4.3.4速度式流量計22一月2024按測量原理分為：

傳播速度差

（時差法、頻差法、相差法）多普勒式相關(guān)法22一月2024安全與環(huán)境工程學(xué)院4.1溫度檢測與儀表4.2壓力檢測與儀表4.4物位檢測與儀表4.3流量檢測與儀表4.4物位檢測與儀表4.4.1浮力式液位計4.4.5雷達(dá)物位計4.4.2壓力式液位計4.4.3電容式物位計4.4.4超聲波物位計4.4.6物位儀表的選用4.4.1浮力式液位計1、恒浮力式液位計2、變浮力式液位計3、磁性浮子式液位計1.恒浮力式液位計原理：把液位的變化傳給浮在液面上的浮子，浮子受液體的浮