检测技术复习提纲

1、总复习 1总复习检测技术及仪表总复习 检测技术及仪表检测技术及仪表课程内容课程内容第一篇第一篇 基础知识引论基础知识引论 1.绪论、绪论、2.误差分析基础、误差分析基础、3.检测技术及方法分析检测技术及方法分析第二篇第二篇 过程参数检测技术过程参数检测技术 4.温度检测、温度检测、5.压力检测、压力检测、6.流量检测、流量检测、7.物位检测、物位检测、 8.机械量检测、机械量检测、9.成分检测成分检测 第三篇第三篇 仪表系统分析仪表系统分析 10. 仪表系统及其理论分析仪表系统及其理论分析、11.变送单元、变送单元、12.显示单显示单元、元、13.调节控制单元、调节控制单元、14. 执行单元执

2、行单元第四篇第四篇 系统控制技术系统控制技术 15. 计算机仪表控制系统、计算机仪表控制系统、16.现场总线现场总线第五篇第五篇 现代检测技术与仪表现代检测技术与仪表 17.虚拟仪器、虚拟仪器、18.软测量方法与技术、软测量方法与技术、19.多传感器数据多传感器数据融合技术、融合技术、20.传感器网络传感器网络总复习 31.检测技术基础1.1 检测检测技术的基本概念技术的基本概念 掌握检测的基本概念、常见的检测分类方掌握检测的基本概念、常见的检测分类方法，会识别不同的检测方法法，会识别不同的检测方法1.2 检测仪表的基本概念检测仪表的基本概念 熟悉检测仪表（系统）基本组成、掌握检熟悉检测仪表（

3、系统）基本组成、掌握检测系统各部分的主要作用；测系统各部分的主要作用； 了解检测仪表的分类；了解检测仪表的分类； 熟练掌握检测仪表的静态性能和动态性能；熟练掌握检测仪表的静态性能和动态性能；总复习 1.1 检测检测技术的基本概念技术的基本概念 检测：利用专门的技术工具，依靠实验、计算及数据处理检测：利用专门的技术工具，依靠实验、计算及数据处理找到被测变量的值。找到被测变量的值。 检测的目的：将被测对象的参数转换为简单且易于处理的检测的目的：将被测对象的参数转换为简单且易于处理的物理量值，从而方便参数管理和控制。物理量值，从而方便参数管理和控制。 检测：工业过程参数检测：工业过程参数 简单易处理

4、的物理量简单易处理的物理量 传感：各种物理量、参数传感：各种物理量、参数易处理传输的电量（易处理传输的电量（U,I,f,R,C,L） 被测参数类型：连续量、开关或状态量被测参数类型：连续量、开关或状态量 输出信号：机械式位移或长度、开关信号（输出信号：机械式位移或长度、开关信号（0或或1）、模拟）、模拟（电）信号、数字信号（电）信号、数字信号 生产过程自动化：指用各种自动化仪表将生产过程中的各生产过程自动化：指用各种自动化仪表将生产过程中的各种有用信息检测出来，并通过它们对生产进行有效控制，种有用信息检测出来，并通过它们对生产进行有效控制，使生产在无需人的直接干预下优质高产的运行。使生产在无需

5、人的直接干预下优质高产的运行。总复习 2021-12-29自动检测技术及仪表控制系统5传感器定义及组成：传感器定义及组成： 定义：传感器是一种以测量为目的，以一定义：传感器是一种以测量为目的，以一定的精度把被测量转换为与之有确定关系定的精度把被测量转换为与之有确定关系的，便于处理的另一种物理量的测量器件，的，便于处理的另一种物理量的测量器件，其输出多为易处理的电量，如电流、电压、其输出多为易处理的电量，如电流、电压、频频 率等。率等。 传感器由敏感元件、传感元件和转换电路传感器由敏感元件、传感元件和转换电路三部分组成。三部分组成。敏感元敏感元件件传感元传感元件件测量转换电测量转换电路路非电量非

6、电量（被测（被测量）量）非电量非电量电参量电参量电量电量总复习 2021-12-29自动检测技术及仪表控制系统6传感器传感器(sensor, transducer)种类很多，它种类很多，它的的分类分类方法有很多种：方法有很多种：根据根据检测对象检测对象分类，如温度、压力、位移等。分类，如温度、压力、位移等。从从传感器原理或反应效应传感器原理或反应效应分类，如热阻分类，如热阻/ /热电热电/ /压阻压阻/ /电磁感应电磁感应/ /霍尔霍尔/ /光电光电/ /压电等。压电等。根据传感器的根据传感器的材料材料分类，如导电体、半导体等。分类，如导电体、半导体等。按按应用领域应用领域分类，如化工、纺织、

7、造纸、环保分类，如化工、纺织、造纸、环保等等5. 5. 按按输出信号形式输出信号形式分类，如模拟和数字式等。分类，如模拟和数字式等。6. 6. 按按反映形式或能量供给方式反映形式或能量供给方式分类，如能动型和分类，如能动型和被动型、能量变换型和能量控制型等。被动型、能量变换型和能量控制型等。总复习 2021-12-29自动检测技术及仪表控制系统73.1 3.1 检测方法及基本概念检测方法及基本概念3.1.1 3.1.1 开环开环(open loop)型检测与闭环型检测与闭环(closed loop)型检型检测测开环型检测系统如图开环型检测系统如图 ( (a)a)所示。所示。对象对象信息处理器信

8、息处理器传感器传感器输出输出(a)闭环型检测系统如图闭环型检测系统如图 ( (b)b)所示。所示。+反变换器反变换器变换器变换器放大器放大器被测量被测量输出输出-(b)平衡式仪表及检测系统一般采用这种结构。平衡式仪表及检测系统一般采用这种结构。总复习 2021-12-29自动检测技术及仪表控制系统83.1.5 3.1.5 强度变量检测与容量变量检强度变量检测与容量变量检测测强度变量检测：强度变量检测：力、压力、温度、电压等表示作用的大小，与体积（空力、压力、温度、电压等表示作用的大小，与体积（空间）、质量间）、质量的称强度变量；的称强度变量；容量变量检测：容量变量检测：长度、重量、热量、电流等

9、与占据空间相关，与体积、长度、重量、热量、电流等与占据空间相关，与体积、质量质量的，为容量变量。的，为容量变量。Intensive/Extensive Variable，与空间、质量有无关系；，与空间、质量有无关系；输入输出端共轭存在的变量；输入输出端共轭存在的变量；乘积表示能量乘积表示能量 ；一方为一方为信号变量信号变量传递信息传递信息，另一方为误差变量；，另一方为误差变量；传感器传感器容量变量容量变量A A容量变量容量变量B B强度变量强度变量A A强度变量强度变量B B热电偶热电偶热流热流电流电流温度差温度差热电势热电势总复习 2021-12-29自动检测技术及仪表控制系统9 以热电偶测

10、温为例，温度差即强度变量是输以热电偶测温为例，温度差即强度变量是输入信号，输出信号是热电势，也是强度变量。输入信号，输出信号是热电势，也是强度变量。输入端的容量变量是热流，输出端的容量变量是电入端的容量变量是热流，输出端的容量变量是电流流, ,如图所示如图所示。热电偶热电偶热流热流温度差温度差电流电流热电势热电势 热流和电流虽不是输入输出变量。但它们都对检热流和电流虽不是输入输出变量。但它们都对检测系统有影响：被检测物体的热容量过小或检测系统测系统有影响：被检测物体的热容量过小或检测系统的热容过大，都将使被测物温度发生变化而产生误差。的热容过大，都将使被测物温度发生变化而产生误差。输出端电路里

11、有电流流动，受内阻影响输出信号的电输出端电路里有电流流动，受内阻影响输出信号的电压有所降低，也会造成系统误差。压有所降低，也会造成系统误差。强度变量与容量变强度变量与容量变量是在检测系统的输入输出端共轭存在的变量。一方量是在检测系统的输入输出端共轭存在的变量。一方传递信息的同时，另一方总是直接或间接地与误差有传递信息的同时，另一方总是直接或间接地与误差有关。为减少测量误差，需尽量抑制共轭变量的影响。关。为减少测量误差，需尽量抑制共轭变量的影响。总复习 2021-12-29自动检测技术及仪表控制系统10一个传感器的输入信号，除被测参数以外，一个传感器的输入信号，除被测参数以外，还有其他未知参数或

12、干扰参数，因此，可视为多还有其他未知参数或干扰参数，因此，可视为多输入单输出系统。输入单输出系统。传感器传感器输入量输入量输出量输出量x1x2x3y3.2.3 3.2.3 检测系统的结构分析检测系统的结构分析 为为减小和消除减小和消除这些多余信号，实际上常常采取一这些多余信号，实际上常常采取一些特殊结构。些特殊结构。常见的结构有：补偿结构、差分结构。常见的结构有：补偿结构、差分结构。总复习 2021-12-29自动检测技术及仪表控制系统11设被检测量为设被检测量为u u1 1，干扰量为，干扰量为u u2 2，传感器传感器A A为为测量用测量用传感传感器，同时受器，同时受u u1 1、u u2

13、2 的作用，在的作用，在u u1 1、u u2 2有微小变化的前后有微小变化的前后，输输出信号分别为：出信号分别为：y yA A=f=fA A( (u u1 1，u u2 2) ) y yA A=f=fA A( (u u1 1+ +u u1 1，u u2 2+ +u u2 2) )。 传感器传感器B B为为补偿用补偿用传感器，受干扰量传感器，受干扰量u u2 2及其微小变化及其微小变化的影响。在固定的影响。在固定u u1 1时，输出分别为：时，输出分别为： y yB B=f=fB B( (u u1 1，u u2 2) ) y yB B=f=fB B( (u u1 1，u u2 2+ +u u2

14、 2) )。1.1.补偿补偿(compensation)结构结构 补偿结构补偿结构是利用传感器是利用传感器B B的输出结果，补偿传感的输出结果，补偿传感器器A A中的干扰量作用，使检测系统的输出结果不受被中的干扰量作用，使检测系统的输出结果不受被测参数以外的干扰参数的影响，实现信号选择性。测参数以外的干扰参数的影响，实现信号选择性。补偿结果输出为补偿结果输出为: :y=yA- - yB =fA(u1+u1，u2+u2)- - fB(u1，u2+u2) 。 总复习 2021-12-29自动检测技术及仪表控制系统12 差分结构可以看作是补偿结构的特例，是排除干扰、选差分结构可以看作是补偿结构的特例

15、，是排除干扰、选择必要的测量参数的重要方法择必要的测量参数的重要方法。 差动结构的两传感要素一般采用差动结构的两传感要素一般采用空间对称结构形式空间对称结构形式即：即： 2.2.差分差分(difference)结构结构工作原理工作原理: :互感现象互感现象.EwEout总复习 2021-12-29自动检测技术及仪表控制系统13补偿结构补偿结构&差动结构差动结构ABA1122A122222AAA11122111 2(,)( ,)12yyyf uu uuf u uufffuuu uuuuu 减小了干扰量减小了干扰量u2的影响的影响总复习 2021-12-29自动检测技术及仪表控制系统14补

16、偿结构补偿结构&差动结构差动结构ABA1122A11222AA112112(,)(,)22yyyf uu uuf uu uuffuu uuuu 进一步减小了干扰量进一步减小了干扰量u2的影响，灵敏度提高的影响，灵敏度提高1倍，倍，改善线性度、抑制共模干扰。改善线性度、抑制共模干扰。总复习 2021-12-29自动检测技术及仪表控制系统15abbabSC00C线性关系灵敏度C1-C2C2C100/00(4-10) 差动电容特性12cck灵敏度灵敏度例：差动法消除电容传感器非线性误差例：差动法消除电容传感器非线性误差总复习 2021-12-29自动检测技术及仪表控制系统16差动检测结构特点

17、差动检测结构特点结构特点结构特点: 两个空间对称结构；两个空间对称结构； 测量参数反对称作用；测量参数反对称作用； 干扰或影响参数对称作用。干扰或影响参数对称作用。 处理方法：处理方法： 取两结构差值取两结构差值功能特点：功能特点： n1 1、普通方式：小范围测量；、普通方式：小范围测量；n2 2、差动式工作优点；、差动式工作优点；n （1 1）使灵敏度扩大一倍；）使灵敏度扩大一倍；n （2 2）改善了线性；）改善了线性；C1-C2C2C100/00(4-10) 差动电容特性总复习 方块图中，方块图中， x 指设定值；指设定值；z 指输出信号；指输出信号；e 指偏差信指偏差信号；号；p 指发出

18、信号；指发出信号；q 指进（或出）系统的流量（或指进（或出）系统的流量（或能量）信号；能量）信号；y 指被控变量；指被控变量；f 指扰动作用。当指扰动作用。当x 取正取正值，值，z取负值，取负值，e= x- z，负反馈；，负反馈；x 取正值，取正值，z取正值，取正值， e= x+ z，正反馈。，正反馈。自动控制的方块图自动控制系统方块图1.2 检测仪表控制系统（自动控制系统）的一般组成检测仪表控制系统（自动控制系统）的一般组成总复习 单元组合仪表的构成：单元组合仪表的构成： 基本单元：基本单元：变送、显示、控制、运算、执变送、显示、控制、运算、执行、转换、给定、辅助单元。行、转换、给定、辅助单

19、元。 气动单元组合仪表气动单元组合仪表QDZQDZ：QDZ-IQDZ-I、QDZ-IIQDZ-II、QDZ-IIIQDZ-III。 电动单元组合仪表电动单元组合仪表DDZDDZ：DDZ-IDDZ-I、DDZ-IIDDZ-II、DDZ-III DDZ-III 。总复习 单元组合仪表标准信号：单元组合仪表标准信号： DDZ-II：010mA D.C. DDZ-III: 420mA D.C. ，15V D.C. QDZ: 0.21kgf/cm2 (0.020.1Mpa) 通过变送器通过变送器 将输出信号变成统一标准信号；将输出信号变成统一标准信号； 统一标准信号：即各仪表之间的通信协议：统一标准信号

20、：即各仪表之间的通信协议：010mA、02V、20100kPa; 420mA、15V数字信号。数字信号。总复习 本节关于仪表性能的基本概念本节关于仪表性能的基本概念 测量范围、上下限、量程测量范围、上下限、量程 仪表的输入输出特性仪表的输入输出特性 零点迁移、量程迁移零点迁移、量程迁移 滞环、死区和回差滞环、死区和回差 测量精度等级测量精度等级 重复性和再现性重复性和再现性总复习 21 1.3 测量误差的理论基础测量误差的理论基础 掌握各种误差的概念掌握各种误差的概念 掌握误差的分类、产生原因，会识别不同掌握误差的分类、产生原因，会识别不同类型的误差类型的误差 了解误差的估计、评价处理方法了解

21、误差的估计、评价处理方法 掌握消除误差的方法。掌握消除误差的方法。总复习 误差误差 绝对误差：绝对误差：绝对误差绝对误差= =示值示值- -被测真值被测真值 绝对误差绝对误差= =示值示值- -约定约定真值真值 %100约定真值绝对误差相对误差n相对误差（%）：n引用误差（%） ：%100量程绝对误差引用误差n最大引用误差（%） ：%100量程最大绝对误差最大引用误差总复习 2021-12-2923232.2.2 2.2.2 几种误差的定义几种误差的定义残差（残余误差）：各测量值与平均值的差vi=Mi-A 由平均值A的定义式可知：vi=0 （特征）22110niinMA方差： niAMin12

22、01 标准误差： 标准误差是方差的均方根值，它是表示测量值偏离真值的重要参数。（偏差小的测量精密度高）2111niinMM实验标准误差：总复习 5.5.精确度精确度 100仪表量程最大可能的绝对误差精度级图1-6精度等级确定过程（两曲线和直线的接近程度）输入(被测量)输出0标准输入输出特性曲线 实际上升校验曲线实际上升校验曲线 实际下降校验曲线误差上限误差下限基本误差限总复习 仪表精度计算题：仪表精度计算题：%8 . 0%1002007004举例例1某台测温仪表的测温范围为200700，校验该表时得到的最大绝对误差为4，试确定该仪表的精度等级。 解 该仪表的相对百分误差为 如果将该仪表的去掉“

23、”号与“”号，其数值为0.8。由于国家规定的精度等级中没有0.8级仪表，同时，该仪表的误差超过了0.5级仪表所允许的最大误差，所以，这台测温仪表的精度等级为1.0级。 100仪表量程最大可能的绝对误差精度级总复习 %7 . 0%100010007允例2某台测温仪表的测温范围为1000。根据工艺要求，温度指示值的误差不允许超过，试问应如何选择仪表的精度等级才能满足以上要求？ 解 根据工艺上的要求，仪表的允许误差为 如果将仪表的允许误差去掉“”号与“”号，其数值介于0.51.0之间，如果选择精度等级为1.0级的仪表，其允许的误差为1.0，超过了工艺上允许的数值，故应选择0.5级仪表才能满足工艺要求

24、。 仪表精度计算题：仪表精度计算题：总复习 仪表的精度等级是衡量仪表质量优劣的重要指标之一。 精度等级数值越小，就表征该仪表的精确度等级越高，也说明该仪表的精确度越高。0.05级以上的仪表，常用来作为标准表；工业现场用的测量仪表，其精度大多在0.5以下。 仪表的精度等级一般可用不同的符号形式标志在仪表面板上。举例1.51.0如：选择仪表精度等级往小精度级别号“靠拢”。确定仪表精度等级往大精度级别号“靠拢”。总复习 282.检测技术与检测元件第一节第一节 检测技术的原理与方法检测技术的原理与方法 了解参数检测的一般方法；了解参数检测的一般方法；第二节 机械式检测元件 理解弹性元件的基本性能理解弹

25、性元件的基本性能 熟悉常见的弹性元件熟悉常见的弹性元件总复习 29第3节 电阻式检测元件 熟悉电阻式检测元件的基本原理和常见的熟悉电阻式检测元件的基本原理和常见的电阻式检测元件电阻式检测元件 掌握电阻应变元件的工作原理和分类掌握电阻应变元件的工作原理和分类 掌握应变效应、压阻效应掌握应变效应、压阻效应 理解应变片的主要特性理解应变片的主要特性 理解电阻应变片的应用理解电阻应变片的应用总复习 30第3节 电阻式检测元件 掌握热电阻式检测元件的工作原理、分类、掌握热电阻式检测元件的工作原理、分类、应用及常见的热电阻式检测元件应用及常见的热电阻式检测元件 热敏电阻的分类及各类的特性热敏电阻的分类及各

26、类的特性总复习 31第4节 电容式检测元件 掌握电容式检测元件的基本工作原理掌握电容式检测元件的基本工作原理 掌握电容式检测元件的类型及特性掌握电容式检测元件的类型及特性变极距型：单极板、差动变间隙式、固定介质与变极距型：单极板、差动变间隙式、固定介质与可变间隙式可变间隙式变面积型：平板式线位移、圆柱式线位移、角位变面积型：平板式线位移、圆柱式线位移、角位移式（移式（位移与输出电容都为线性关系，灵敏系数位移与输出电容都为线性关系，灵敏系数为常数为常数）变介电常数型变介电常数型 掌握电容式检测元件典型应用：差压传感器、加掌握电容式检测元件典型应用：差压传感器、加速度传感器、荷重传感器、振动、位移

27、测量仪速度传感器、荷重传感器、振动、位移测量仪总复习 32第5节 热电式检测元件 掌握热电式检测元件的基本工作原理：热电效应掌握热电式检测元件的基本工作原理：热电效应 掌握基本概念：掌握基本概念：热电极、热电偶、工作端、参比热电极、热电偶、工作端、参比端、热电动势以及热电动势的组成端、热电动势以及热电动势的组成 掌握掌握接触电势、温差电势产生的主要原因接触电势、温差电势产生的主要原因 掌握掌握热电偶的基本定律及应用热电偶的基本定律及应用均质导体定律均质导体定律中间导体定律中间导体定律中间温度定律中间温度定律标准电极定律标准电极定律总复习 33第6节 压电式检测元件1.1.掌握压电式传感器的工作

28、原理：压电效应掌握压电式传感器的工作原理：压电效应2.2.掌握常用的压电材料：石英晶体和压电陶瓷掌握常用的压电材料：石英晶体和压电陶瓷3.3.掌握压电元件常用结构形式：串联和并联掌握压电元件常用结构形式：串联和并联4.4.了解压电元件的等效电路（静电发生器或电容）了解压电元件的等效电路（静电发生器或电容）5.5.了解压电式传感器的测量电路：电压放大器和电了解压电式传感器的测量电路：电压放大器和电荷放大器荷放大器6.6.掌握压电式加速度传感器工作原理，掌握压电式掌握压电式加速度传感器工作原理，掌握压电式压力传感器的原理；压力传感器的原理；7.7.压电式压电式传感器典型特征：能量转换型传感器传感器

29、典型特征：能量转换型传感器总复习 34第7节 光电式检测元件 掌握光电式检测元件的工作原理：光电效应掌握光电式检测元件的工作原理：光电效应外光电效应外光电效应内光电效应：光电导效应和光生伏特效应内光电效应：光电导效应和光生伏特效应 掌握掌握常见的光电器件及其工作原理常见的光电器件及其工作原理光敏电阻、光电池、光敏晶体管、光电管光敏电阻、光电池、光敏晶体管、光电管 掌握掌握典型应用：典型应用：溶液浓度检测溶液浓度检测、转速测量转速测量 掌握掌握光谱特性光谱特性总复习 35第8节 磁电式检测元件 掌握磁电感应式检测元件的基本工作原理：电磁掌握磁电感应式检测元件的基本工作原理：电磁感应定律感应定律

30、掌握磁电感应式检测元件的类型：掌握磁电感应式检测元件的类型：恒定磁通式恒定磁通式变磁通式变磁通式 掌握霍尔式检测元件的基本工作原理：霍尔效应掌握霍尔式检测元件的基本工作原理：霍尔效应 掌握磁电感应式检测元件、霍尔式检测元件的应掌握磁电感应式检测元件、霍尔式检测元件的应用：测转速、压力、液位用：测转速、压力、液位总复习 363.检测仪表第1节检测仪表的构成和设计方法 掌握检测仪表的组成掌握检测仪表的组成 掌握掌握信号变换的基本形式和信号变换的方法及相信号变换的基本形式和信号变换的方法及相应的转换元件应的转换元件位移位移电信号电信号(利用霍尔元件、电容器、差动变压利用霍尔元件、电容器、差动变压器、

31、电感等器、电感等)电阻电阻电压（利用电桥）电压（利用电桥）电容电容电压（电桥、脉宽调制电路、运放）电压（电桥、脉宽调制电路、运放）电压电压电流（运放）电流（运放）电流电流电压（运放）电压（运放）总复习 37第2节 温度检测仪表 掌握温度、温标的概念、温度检测仪表的分类掌握温度、温标的概念、温度检测仪表的分类 掌握掌握热电偶温度计测温原理、自由端（参比端）温热电偶温度计测温原理、自由端（参比端）温度的处理方法度的处理方法 掌握热电偶的结构形式掌握热电偶的结构形式 掌握掌握热电阻测温原理、结构类型热电阻测温原理、结构类型 掌握掌握 了解了解玻璃管温度计、双金属温度计、压力式温度计玻璃管温度计、双金

32、属温度计、压力式温度计的测温原理的测温原理 了解了解辐射测温原理及主要的方法辐射测温原理及主要的方法总复习 热电偶热电势的产生：热电偶热电势的产生： 热电偶闭合回路中产生的热电势由两种电势组成：热电偶闭合回路中产生的热电势由两种电势组成：温差电温差电势势和和接触电势接触电势。 温差电势温差电势是指同一热电极两端因温度不同而产生的电势。是指同一热电极两端因温度不同而产生的电势。 接触电势接触电势是指两热电极由于材料不同而具有不同的自由电是指两热电极由于材料不同而具有不同的自由电子密度，而热电极接点接触面处就产生自由电子的扩散现子密度，而热电极接点接触面处就产生自由电子的扩散现象，当达到动态平衡时

33、，在热电极接点处便产生一个稳定象，当达到动态平衡时，在热电极接点处便产生一个稳定电势差。电势差。（取决于两热电极材料和接触点温度，接点温度（取决于两热电极材料和接触点温度，接点温度越高，接触电势越大）越高，接触电势越大）自由自由电子电子AB三点结论三点结论：1 1）电极材料）电极材料相同，总电势为零；相同，总电势为零；2 2）冷、热端温度相同，总电冷、热端温度相同，总电势为零；势为零；3 3）电极材料不）电极材料不同的热电偶，温度相同，同的热电偶，温度相同，热电势不同热电势不同。总复习 热电偶两热电极分别叫热电偶两热电极分别叫 A（正极）和（正极）和B（负极），（负极），两端温度分别为两端温度

34、分别为T，To，且，且T To；则热电偶回路；则热电偶回路总总电势电势为：为：eAB(T, T0)=eAB(T)eB(T,T0)eAB(T0)eA(T,T0)温差电势温差电势接触电势接触电势eAB(T, T0)eAB(T) eAB(T0) 总复习 热电偶测温应用基热电偶测温应用基本定则本定则1)1)均质导体定则均质导体定则 由一种均质导体组成的闭合回路，不论导由一种均质导体组成的闭合回路，不论导体的横截面积、长度以及温度分布如何均不产体的横截面积、长度以及温度分布如何均不产生热电动势。生热电动势。有助于检验两个热电极材料成分是否相同及材料的有助于检验两个热电极材料成分是否相同及材料的均匀性。均

35、匀性。 T TT T0 02)2)中间导体定则中间导体定则 在热电偶回路中接入第三种材料的导体，只在热电偶回路中接入第三种材料的导体，只要其两端的温度相等，该导体的接入就不会影响要其两端的温度相等，该导体的接入就不会影响热电偶回路的总热电动势。热电偶回路的总热电动势。（引入仪表、接线，方便测（引入仪表、接线，方便测量热电势）量热电势）T TT T0 0V V总复习 2)2)中间导体定则中间导体定则TABAC0BC0( )( )( )EeTeTeTT=T0时，ET=0，即AB0AC0BC0( )( )( ) 0eTeTeT故TABAB0( )( )EeTeT结论：在热电偶回路中接入第三种材料的导

36、体，只要其两端的温度相等，该导结论：在热电偶回路中接入第三种材料的导体，只要其两端的温度相等，该导体的接入就不会影响热电偶回路的总热电动势。体的接入就不会影响热电偶回路的总热电动势。总复习 3)3)中间温度定则中间温度定则 热电偶回路中，热端为热电偶回路中，热端为T T，冷端为，冷端为T T0 0时热电势，时热电势，等于此热电偶热端为等于此热电偶热端为T T冷端为冷端为T TC C及同一热电偶热端及同一热电偶热端为为T TC C冷端为冷端为T T0 0时热电势代数和。时热电势代数和。),(),(),(00TTETTETTECABCABABA AB BT TT T0 0= =A AB BT TT

37、 TC C+ +A AB BT TC CT T0 0一般工程测量冷端温度一般工程测量冷端温度T TC C不为零，因此只要测出热端不为零，因此只要测出热端T T和冷端和冷端T TC C的热电势，利用参比端为的热电势，利用参比端为00的分度表，可以求出热端为的分度表，可以求出热端为T T和和冷端为冷端为00时的热电势。时的热电势。（修正参考端温度不为修正参考端温度不为00的热电势和导线的热电势和导线补偿的理论依据）补偿的理论依据）总复习 4)4)参考（或标准）电极定则参考（或标准）电极定则 两种导体两种导体A,BA,B分别与参考电极分别与参考电极C C组成热电偶，如组成热电偶，如果他们所产生的热电

38、动势为已知，果他们所产生的热电动势为已知，A A和和B B两极配对后两极配对后的热电动势可用下式求得：的热电动势可用下式求得：000( ,)( ,)( ,)ABACCBET TET TET TABTT0=ACTT0+CBTT0由于铂易提纯，熔点高，物理化学性质稳定，人们多采用铂作为由于铂易提纯，熔点高，物理化学性质稳定，人们多采用铂作为标准参考电极，由此简化电偶的选配工作。标准参考电极，由此简化电偶的选配工作。只要测得铂与各种金属组成的热电偶的热电动势，则各种金属间只要测得铂与各种金属组成的热电偶的热电动势，则各种金属间相互组合成热电偶的热电动势就可根据标准电极定律计算出来。相互组合成热电偶的

39、热电动势就可根据标准电极定律计算出来。总复习 测量平均温度（并联或正向串联）测量平均温度（并联或正向串联） 并联特点：并联特点：测量平均温度。测量平均温度。当有一只热电偶烧断时，难当有一只热电偶烧断时，难以觉察出来。当然，它也不以觉察出来。当然，它也不会中断整个测温系统的工作。会中断整个测温系统的工作。正向串联特点：正向串联特点：获得较大热电动势，获得较大热电动势，提高仪表的灵敏度提高仪表的灵敏度，且避免了热电，且避免了热电偶并联线路存在的缺点，可立即可偶并联线路存在的缺点，可立即可以发现有断路。缺点：只要有一支以发现有断路。缺点：只要有一支热电偶断路，整个测温系统将停止热电偶断路，整个测温系

40、统将停止工作。工作。总复习 6)6)补偿导线定则补偿导线定则TABAE1BF1EF0( )( )( )()EeTeTeTeTT=T1=T0时，ET=0，即AB0AE0BF0EF0()()()()0eTeTeTeT TABAB0AE0AE1BF0BF1( )()()( )()( )EeTeTeTeTeTeT01,TTTAEBFAEBFAEBF()()eTeTkTkTkkT选取合适的补偿导体E、F分别与A、B配套使用，可使得TABAB0( )()EeTeTE、F选取准则：选取准则：A、E热电极灵敏热电极灵敏度与度与B、F热点极灵敏度相同，即热点极灵敏度相同，即kAE=kBF结论：补偿导线的接入将热

41、电偶的冷端延伸出去，且热电偶的输出热电势只与热端温结论：补偿导线的接入将热电偶的冷端延伸出去，且热电偶的输出热电势只与热端温度和补偿导线终端温度有关。度和补偿导线终端温度有关。总复习 冷端温度补偿的方法冷端温度补偿的方法 一、冷端恒温法：一、冷端恒温法： 二、计算修正法二、计算修正法 三、仪表机械零点调整法三、仪表机械零点调整法 四、电桥补偿法四、电桥补偿法总复习 例例1：用：用K型热电偶测炉温时，测得参型热电偶测炉温时，测得参比端温度比端温度t130；测得测量端和参比端间；测得测量端和参比端间的热电动势的热电动势E(t, 30 )21.995 mV，试求实，试求实际炉温。际炉温。解解 由由K

42、型分度表查得型分度表查得E(30,0)1.203 mV，由中间温度定则可得到：，由中间温度定则可得到： E(t，0)E(t, t1 ) + E(t1, 0 ) E(t, 30 ) + E(30, 0 ) 21.995 +1.203= 23.198mV，反查反查K型分度表，由型分度表，由23.198mV查得到实际查得到实际炉温炉温560 。总复习 2.铂热电阻铂热电阻 概述概述l 铂电阻铂电阻(IEC)(IEC)的电阻率较大，电阻的电阻率较大，电阻温度关系呈非线性，温度关系呈非线性，但测温范围广，精度高，且材料易提纯，复现性好；在但测温范围广，精度高，且材料易提纯，复现性好；在氧化性介质中，甚至

43、高温下，其物理、化学性质都很稳氧化性介质中，甚至高温下，其物理、化学性质都很稳定。定。l 铂热电阻的使用温度范围为铂热电阻的使用温度范围为-200-200850850。铂热电阻的特。铂热电阻的特性方程为：性方程为： 当当 0850时时 当当-2000时时 2301100R tRAtBtCtt 201R tRAtBt在在ITS90 中，这些常数规定为：中，这些常数规定为：A=3.908310-13/，B=-5.77510-7/2 ， C=-4.18310-12/4 总复习 在一些测量精度要求不高且温度较低的场合，可采用铜在一些测量精度要求不高且温度较低的场合，可采用铜热电阻进行测温，热电阻进行测

44、温， 它的测量范围为它的测量范围为-50150。 铜热电阻在测量范围内其电阻值与温度的关系几乎是线铜热电阻在测量范围内其电阻值与温度的关系几乎是线性的，可近似地表示为性的，可近似地表示为Rt=R0(1+t），其中），其中=4.2810-3/ 两种分度号：两种分度号：Cu50(R0=50)和和Cu100（R0=100）。）。3.铜热电阻铜热电阻铜热电阻特点铜热电阻特点：铜热电阻的电阻温度系数较大、线性性好、价格便宜。铜热电阻的电阻温度系数较大、线性性好、价格便宜。缺点：电阻率较低，电阻体的体积较大，热惯性较大，稳定性较缺点：电阻率较低，电阻体的体积较大，热惯性较大，稳定性较差，在差，在100 以

45、上时容易氧化，因此只能用于低温及没有浸蚀性以上时容易氧化，因此只能用于低温及没有浸蚀性的介质中。的介质中。总复习 l 内引线是热电阻出厂时自身具备的引线，其功能内引线是热电阻出厂时自身具备的引线，其功能是使感温元件能与外部测量及控制装置相连接。是使感温元件能与外部测量及控制装置相连接。l 热电阻的外引线有热电阻的外引线有两线制、三线制及四线制两线制、三线制及四线制三种，三种，如图如图4-8所示。所示。5热电阻的引线方式热电阻的引线方式总复习 两线制两线制方法简便，但引线随方法简便，但引线随环环境温度变化境温度变化会带来误差；会带来误差；三线制三线制 线路补偿法，能基本消线路补偿法，能基本消除引

46、线电阻的影响，测除引线电阻的影响，测量精度较高量精度较高四线制四线制能完全消除引线电阻能完全消除引线电阻的影响，测量精度高。的影响，测量精度高。总复习 二、热敏电阻二、热敏电阻电阻体材料（敏感元件）：金属氧化物或半导体电阻体材料（敏感元件）：金属氧化物或半导体三种三种热敏电阻热敏电阻：正温度系数（：正温度系数（PTCPTC）、负温度系数）、负温度系数（NTCNTC）和临界温度（）和临界温度（CTRCTR）总复习 53 第3节 压力检测仪表 掌握压力的基本概念及表示方法掌握压力的基本概念及表示方法 掌握四类压力传感器工作原理的测量方法掌握四类压力传感器工作原理的测量方法 掌握压力仪表的量程选择、

47、精度等级选择及掌握压力仪表的量程选择、精度等级选择及类型选则类型选则 了解压力表的安装了解压力表的安装 取压口、引压管路及附件的安装取压口、引压管路及附件的安装总复习 三、压力检测的主要方法及分类三、压力检测的主要方法及分类 根据不同工作原理分类：(1)重力平衡方法（液柱式压力计，活塞式压力计）(2)机械力平衡方法（力平衡仪表）(3)弹性力平衡方法（弹性压力计，应用最为广泛）(4)物性测量方法（压电、压阻效应）总复习 第二节第二节 常用压力检测仪表常用压力检测仪表 一、弹性压力计一、弹性压力计原理：弹性元件在压力作用下产生变形原理：弹性元件在压力作用下产生变形 (即机械位即机械位移移)。根据变

48、形量的大小，可以测得被测压力的数值。根据变形量的大小，可以测得被测压力的数值。 1弹性压力计的组成环节弹性压力计的组成环节弹性元件：核心部分，其作用是感受压力并产生弹性变形，弹性元件采用何种形式要根据测量要求选择和设计；变换放大机构：在弹性元件与指示机构之间，将弹性元件的变形进行变换和放大；指示机构：(如指针与刻度标尺)用于给出压力示值；调整机构：用于调整零点和量程总复习 2、弹性元件弹性元件在弹性限度内受压后会产生变形，变形大小与被测压力成正比关系。 弹簧管式：单圈、多圈 薄膜式：平薄膜、波纹膜、挠性膜 波纹管式：弹性元件特点：构造简单，价格便宜，测压范围宽，被测压力低至几帕，高达数百兆帕都

49、可使用，测量精度也较高，在目前的测压仪表中占有统治地位。其中波纹膜片和波纹管多用于微压和低压测量；单圈和多圈弹簧管可用于高、中、低压或真空度的测量。总复习 . .弹性测压计信号的远传方式弹性测压计信号的远传方式 电位计式电位计式 总复习 .弹性测压计信号的远传方式弹性测压计信号的远传方式电感式总复习 三、压力传感器三、压力传感器 压力传感器定义：能够检测压力值并提供远传信号的装置。压力传感器定义：能够检测压力值并提供远传信号的装置。 1 1应变式压力传感器应变式压力传感器压力敏感元件：应变片压力敏感元件：应变片工作原理工作原理：导体和半导体：导体和半导体材料材料的电阻的电阻应变效应应变效应：当

50、应变片受外当应变片受外力作用力作用产生形变产生形变时，应变片的电阻值也将发生相应的变化。时，应变片的电阻值也将发生相应的变化。电阻值的相对变化与应变的关系：电阻值的相对变化与应变的关系：KRR半导体应变片的灵敏系数比金属丝式高5080倍，但半导体材料的温度系数大，应变时非线性比较严重，使它的应用范围受到一定的限制。结构：应变式传感器由弹性元件上粘贴电阻应变片构成。应用：广泛用于力、力矩、压力、加速度、重量等参数的测量。总复习 三、压力传感器三、压力传感器 总复习 差动变压器式.弹性测压计信号的远传方式弹性测压计信号的远传方式总复习 3. 3. 电容式压力传感器电容式压力传感器 测压原理测压原理

51、:利用转换元件将压力变化转换成电容变化，再通利用转换元件将压力变化转换成电容变化，再通过检测电容的方法来测量压力的。过检测电容的方法来测量压力的。 差动平板电容器的电容变化量与差动平板电容器的电容变化量与板间距离板间距离变化的差系为：变化的差系为：002ddCC三、压力传感器总复习 3. 3. 电容式压力传感器电容式压力传感器 特点：结构坚实、简单（小型特点：结构坚实、简单（小型化、轻量化）、性能稳定、可化、轻量化）、性能稳定、可靠，灵敏度高，过载能力大；靠，灵敏度高，过载能力大；精度高，可达精度高，可达0.25级到级到0.05级。级。可测压力和差压。可测压力和差压。电容式面积开关电容式面积开

52、关总复习 4 4振频式压力传感器振频式压力传感器 利用感压元件本身的谐振频率与利用感压元件本身的谐振频率与压力的关系，通过测量频率信号压力的关系，通过测量频率信号的变化来检测压力。的变化来检测压力。 感压元件：振筒、振弦、振膜、感压元件：振筒、振弦、振膜、石英谐振石英谐振 在一定压力作用下，变化后的振在一定压力作用下，变化后的振筒频率可近似表示为：筒频率可近似表示为： 特点：体积信号小，输出频率信特点：体积信号小，输出频率信号，重复性好，耐振；精度高，号，重复性好，耐振；精度高，精度可达精度可达0.1%0.01%0.1%0.01%。适于气体。适于气体测量。测量。pffp10三、压力传感器总复习

53、 5 5压电式压力传感器压电式压力传感器 感压元件：压电材料感压元件：压电材料单晶体：如石英、酒石酸钾钠、单晶体：如石英、酒石酸钾钠、 铌酸锂等；铌酸锂等；多晶体：如压电陶瓷、钛酸钡、多晶体：如压电陶瓷、钛酸钡、 锆钛酸铅等。锆钛酸铅等。 高分子压电电缆用于测量汽车速度总复习 6 6集成压力传感器集成压力传感器 以压阻式压力传感器为基础，测量静压、压差、温度，以压阻式压力传感器为基础，测量静压、压差、温度，经微处理器对信号进行线性化与修正，输出经微处理器对信号进行线性化与修正，输出420MA电电流。流。三、压力传感器总复习 第三节第三节 测压仪表的使用及测压仪表的使用及 压力检测系统压力检测系

54、统 测量点的选取注意事项：测量点的选取注意事项： 1.1.引压管长度引压管长度5050米米 2.2.测微压时，测压口与仪表应在同一水平面上；测微压时，测压口与仪表应在同一水平面上； 3.3.测液体压力时，取压口应在管道下部，引压管测液体压力时，取压口应在管道下部，引压管向下倾斜向下倾斜35%；测气体压力时，取压口应在管测气体压力时，取压口应在管道上部，引压管向上倾斜道上部，引压管向上倾斜35%。 4.4.测高温介质时，应加冷凝管；测易结冻或冷凝测高温介质时，应加冷凝管；测易结冻或冷凝的介质时，引压管应有保温伴热措施。的介质时，引压管应有保温伴热措施。 5.5.测腐蚀性介质时需有测腐蚀性介质时需

55、有隔离装置隔离装置。总复习 68第4节 物位检测仪表 掌握物位的基本概念掌握物位的基本概念 掌握物位检测的方法掌握物位检测的方法静压式物位计静压式物位计浮力式物位计：恒浮力法和变浮力法浮力式物位计：恒浮力法和变浮力法电容式液位计：结构、电容式液位计：结构、电容和液位之间的关系电容和液位之间的关系 声学式物位计声学式物位计 射线式物位计射线式物位计 掌握无迁移、正迁移、负迁移及与其相关的题目掌握无迁移、正迁移、负迁移及与其相关的题目总复习 69 第5节 流量检测仪表 掌握流量的基本概念及表示方法掌握流量的基本概念及表示方法 掌握流量检测方法的分类掌握流量检测方法的分类 掌握掌握流量检测仪表的分类

56、流量检测仪表的分类 掌握流量的测量方法和原理：节流式流量计、转掌握流量的测量方法和原理：节流式流量计、转子流量计、涡街流量计、电磁流量计、靶式流量子流量计、涡街流量计、电磁流量计、靶式流量计、容积式流量计、质量流量计、涡轮流量计、计、容积式流量计、质量流量计、涡轮流量计、超声波流量计超声波流量计总复习 流量检测方法及分类流量检测方法及分类流流体积体积容积式容积式（直接式）（直接式） 椭圆齿轮流量计、旋转活塞式、刮板流量计、椭圆齿轮流量计、旋转活塞式、刮板流量计、腰轮流量计、皮膜式流量计腰轮流量计、皮膜式流量计量量流量流量差压式差压式 节流流量计、均速管、弯管、靶式、浮子节流流量计、均速管、弯管

57、、靶式、浮子 检检计计速度式速度式 涡轮、涡街、电磁、超声波涡轮、涡街、电磁、超声波 测测质量质量直接式直接式 科氏力式（科里奥利力式）、热式、冲量式科氏力式（科里奥利力式）、热式、冲量式 流量流量计计推导式推导式（间接式）（间接式） 由两个检测元件分别测出两个相应参数，通由两个检测元件分别测出两个相应参数，通过运算间接获取流体的质量流量过运算间接获取流体的质量流量 总复习 71 第6节 气体成分分析仪表 掌握掌握热导式气体分析仪的检测原理热导式气体分析仪的检测原理 掌握掌握红外式气体分析仪检测原理红外式气体分析仪检测原理 了解了解色谱仪检测原理色谱仪检测原理 了解了解氧量分析仪氧量分析仪 的

58、工作原理的工作原理 了解湿度检测的方法和传感器了解湿度检测的方法和传感器总复习 72第七节第七节 机械量测量仪表机械量测量仪表 掌握机械量的检测原理掌握机械量的检测原理 位移检测：电阻、电容、电感（电涡流）、位移检测：电阻、电容、电感（电涡流）、 光栅光栅 直流电桥、交流电桥、调幅、直流电桥、交流电桥、调幅、 调频等方法调频等方法 转速检测：光电、霍尔、磁电、编码器转速检测：光电、霍尔、磁电、编码器 力加速度检测力加速度检测总复习 第八章第八章 机械量检测机械量检测总复习 74第八节第八节 变送器变送器开环模式：开环模式： 闭环模式：闭环模式：测量环节测量环节放大环节放大环节总复习 二、常用变

59、送器工作原理二、常用变送器工作原理 、力矩平衡式原理、力矩平衡式原理ffiidFdFdF00信号信号力矩力矩位移位移放大放大处理处理总复习 、桥式电路原理、桥式电路原理反馈平衡电桥反馈平衡电桥二、常用变送器工作原理iabf0,vvv电压型输入：电压型输入：iabfvvv电阻型输入：电阻型输入：总复习 、差动方式原理、差动方式原理特点：无论敏感元件特点：无论敏感元件的特性是线性的还的特性是线性的还是非线性的，均可是非线性的，均可采用差动方式时得采用差动方式时得到自动抵消，从而到自动抵消，从而提供具有线性特性提供具有线性特性的输入输出关系。的输入输出关系。二、常用变送器工作原理总复习 78检测检测

60、部分部分感压感压膜片膜片差动差动电容电容电容电容-电流电流转换电路转换电路 放大和输放大和输出限制电路出限制电路反馈反馈电路电路调零、迁移信号调零、迁移信号反馈反馈信号信号iPd2121iiiiCCCC21II0I转换部分转换部分3、电容式差压变送器电容式差压变送器电容式差压电容式差压变送器变送器构成方框图构成方框图总复习 420mA二线制仪表接线方法（420mA）+黑-总复习 第九节第九节 显示器显示器 闭环模式的显示仪表闭环模式的显示仪表特点：自动跟踪显示，显示量精确可靠。特点：自动跟踪显示，显示量精确可靠。 总复习 第八节第八节 显示器显示器 动圈式显示仪表动圈式显示仪表 电子自动平衡电桥 数字式显示仪