第2章過程控制檢測儀表

過程控制目錄組成環(huán)節(jié)復(fù)雜控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)測量與變送裝置調(diào)節(jié)器執(zhí)行器過程控制系統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容概述被控對象建模簡單控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和參數(shù)整定應(yīng)用實(shí)例第2章檢測儀表章節(jié)目錄第1章緒論第1章緒論第1章緒論2.1檢測儀表的基本技術(shù)指標(biāo)第2章檢測儀表1.絕對誤差檢測儀表的指示值X與被測量真值Xt之間存在的差值稱為絕對誤差Δ。表示為：

Δ=X－Xt

由于真值是無法得到的理論值。實(shí)際計(jì)算時(shí)，可用精確度較高的標(biāo)準(zhǔn)表所測得的標(biāo)準(zhǔn)值X0代替真值Xt，表示為：Δ=X－X0

儀表在其標(biāo)尺范圍內(nèi)各點(diǎn)讀數(shù)的絕對誤差中最大的絕對誤差稱為最大絕對誤差Δmax。2．基本誤差基本誤差是一種簡化的相對誤差，又稱引用誤差或相對百分誤差。定義為：

而：儀表量程=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時(shí)，允許出現(xiàn)的最大誤差。

2.1檢測儀表的基本技術(shù)指標(biāo)第2章檢測儀表3．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。如0.5級，1.0級，1.5級等。儀表精度的確定方法：將儀表的基本誤差去掉“±”號及“％”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±1.0％，則確認(rèn)該表的精確度等級符合1.0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1.5級。2.1檢測儀表的基本技術(shù)指標(biāo)第2章檢測儀表

例1：某臺測溫儀表的測溫范圍為－100～700℃，校驗(yàn)該表時(shí)測得全量程內(nèi)最大絕對誤差為＋5℃，試確定該儀表的精度等級。

解：該儀表的基本誤差為：2.1檢測儀表的基本技術(shù)指標(biāo)第2章檢測儀表2.1檢測儀表的基本技術(shù)指標(biāo)第2章檢測儀表例2某臺測壓儀表的測壓范圍為0～8MPa。根據(jù)工藝要求，測壓示值的誤差不允許超過±0.05MPa，問應(yīng)如何選擇儀表的精度等級才能滿足以上要求？

解：根據(jù)工藝要求，儀表的允許基本誤差為：2.1檢測儀表的基本技術(shù)指標(biāo)第2章檢測儀表4、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，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：靈敏限表示指針式儀表在量程起點(diǎn)處，能引起儀表指針動作的最小被測參數(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限。2.1檢測儀表的基本技術(shù)指標(biāo)第2章檢測儀表分辨率表示儀表顯示值的精細(xì)程度。分辨力是指儀表能夠顯示的、最小被測值。

5、變差

造成變差的原因:

傳動機(jī)構(gòu)間存在的間隙和摩擦力;彈性元件的彈性滯后等。2.1檢測儀表的基本技術(shù)指標(biāo)第2章檢測儀表6、響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間的計(jì)算：從輸入一個(gè)階躍信號開始，到儀表的輸出信號（即指示值）變化到新穩(wěn)態(tài)值的95％所用的時(shí)間。2.2溫度檢測及儀表2.2.1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(jì)—基于物體受熱時(shí)體積膨脹的性質(zhì)而制成的。液體膨脹式溫度計(jì)：利用液體（水銀、酒精）受熱時(shí)體積膨脹的特性測溫。

固體膨脹式溫度計(jì)：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(shí)，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應(yīng)溫度值。2.2溫度檢測及儀表2.2.1溫度檢測方法雙金屬片常用來做溫度報(bào)警或控制隨著溫度上升，雙金屬片逐漸彎曲，當(dāng)其觸點(diǎn)接觸到固定觸點(diǎn)時(shí)，報(bào)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(diǎn)的位置，以調(diào)整報(bào)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2.2溫度檢測及儀表2.2.1溫度檢測方法原理:封閉容器中的液體、氣體或低沸點(diǎn)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(jì)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。2.2溫度檢測及儀表2.2.1溫度檢測方法3、熱電偶溫度計(jì)

利用物體的熱電性質(zhì)測溫。4、熱電阻溫度計(jì)

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、半導(dǎo)體溫度計(jì)

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。

2.2溫度檢測及儀表2.2.1溫度檢測方法非接觸式測溫的具體方法有：1、輻射式溫度計(jì)通過測量物體熱輻射功率來測量溫度。2、紅外式溫度計(jì)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(jì)光學(xué)高溫計(jì)2.2溫度檢測及儀表2.2.1溫度檢測方法2.2溫度檢測及儀表2.2.2熱電偶2.2.2.1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(gè)連接點(diǎn)溫度不同，回路中會產(chǎn)生電勢。此電勢稱為熱電勢。t熱端A

Bt0冷端1、接觸電勢當(dāng)不同導(dǎo)體A、B接觸時(shí)，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(kuò)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(diǎn)的溫度。tA

Bt02.2溫度檢測及儀表2.2.2熱電偶2.2.2.1熱電偶的測溫原理2、溫差電勢對于同一金屬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(yuǎn)小于接觸電勢，常忽略不計(jì)。3、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。由于溫差電勢很小，熱電勢基本由接觸電勢構(gòu)成：

EAB

（t，t0）=eAB（t）-eAB（t0）

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(shí)，E（t，t0）是熱端溫度

t的單值函數(shù)。2.2溫度檢測及儀表2.2.2熱電偶2.2.2.1熱電偶的測溫原理2.2.2.2熱電偶的基本定律1、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。因此，熱電偶必須由兩種不同材料的均質(zhì)導(dǎo)體或半導(dǎo)體組成。但其截面和長度不限。2.2溫度檢測及儀表2.2.2熱電偶2、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。因?yàn)闊犭娕荚谑褂脮r(shí)，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2.2溫度檢測及儀表2.2.2熱電偶有

EABC

(t，t0)=eAB(t)+eBC(t0)+eCA(t0)當(dāng)t=t0

時(shí)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

由此可知，只要接入第三種導(dǎo)體的兩個(gè)連接點(diǎn)溫度相等，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。ABCt0t0t2.2.2.2熱電偶的基本定律2.2溫度檢測及儀表2.2.2熱電偶3、中間溫度定律一支熱電偶在兩接點(diǎn)溫度為t、t0時(shí)的熱電勢，等于兩支同溫度特性熱電偶在接點(diǎn)溫度為t、ta和ta、t0時(shí)的熱電勢之代數(shù)和。即EAB

(t，to)=E

AB(t,0)－

E

AB(to,0)據(jù)此，只要給出冷端為0℃時(shí)的熱電勢關(guān)系EAB(t,0)，便可求出冷端任意溫度時(shí)的熱電勢。－=符合分度表要求ABt0t

AB0tAB0t0

2.2.2.2熱電偶的基本定律2.2溫度檢測及儀表2.2.2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2.2溫度檢測及儀表2.2.2熱電偶普通型鎧裝型普通熱電偶2-1某一標(biāo)尺為0～1000℃的溫度計(jì)出廠前經(jīng)校驗(yàn)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0～10MPa，經(jīng)校驗(yàn)有以下測量結(jié)果：標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)/MPa0246810被校表