《过程检测技术及仪表》实验指导书

1、过程检测技术及仪表 前言第一章 基本要求和安全操作规程及误差理论与数据处理1 基本要求2 安全操作规程3 误差的基本概念 4 误差的计算 5 检测结果处理 第二章 实验指导书实验一 热电偶温度变送器实验实验二 压力表检定实验实验三 扩散硅压力变送器实验实验四 电容式差压变送器实验实验五 数字显示仪表实验实验六 压力检测系统实验实验七 流量检测系统实验 要的作用，尤其对培养学生的动手能力、分析解决实际问题的能力、科学研究能力 本实验指导书分两部分：基本要求和安全操作规程及误差理论及数据处理、实验 指导书。误差理论及数据处理部分主要讲述误差的基本概念、表示方法、计算公式、 有效位取舍等内容。实验指

2、导书部分主要包括检测仪表、显示仪表、控制仪表和仪表 控制系统的实验。通过实验，了解各种参数检测的方法、所用仪表的性能特征、学会 用仪表构成测量系统，并分析系统误差原因等。本实验指导书的教学目标是：拓宽加深学生对理论知识的理解，从而掌握比较全 际问题的能力，形成科学的工作作风和良好的人才素质：1) 掌握知识、加深理解 通过对所学仪表进行校验、调整、拆装等操作，熟悉仪表的结构和各部件的作用，更深刻地理解仪表的工作原理、功能和仪表 的整机特性。通过这些实验，可以促使学生把理论与实际结合起来，从而 掌握比较全面的、完整的仪表和过程自动化知识；2) 掌握技能、提高能力 通过实验学会对仪表技术参数的测试手

3、段和调校方 法，熟悉常用标准仪器、仪表等设备的性能、作用、工作原理和操作方法。 通过各实验，尤其是综合实验的锻炼，使学生逐步具备仪表和自动化专业 的操作技能和实验能力，形成初步的解决专业工程问题的能力；3) 培养人才、提高素质 学生的素质是在每一个实验过程中不断培养和逐步提 高的，这些素质包括：实事求是、严肃认真的工作作风；有条有理、勤于思考的行为习惯；分工协作、协调一致的合作精神和遵守纪律、爱护公物 的优良品质。人才素质的养成，不仅对于顺利地完成学习任务，而且对于 将来从事任何一项工作都是十分有益的。 过程检测技术及仪器仪表实验课的目的在于培养学生掌握基本的实验方法与操 作技能。培养学生学会

4、根据实验目的、实验内容及实验设备拟定实验线路、选择所需 仪表、确定实验步骤、测取所需数据，进行分析研究，得出必要结论，从而完成实验 报告。在整个实验过程中，必须集中精力，及时认真做好实验。现按实验过程提出下 a) 实验前的准备实验前应复习教科书有关章节，认真研读实验指导书,了解实验目的、项目、方 法与步骤，明确实验过程中应注意的问题(有些内容可到实验室对照仪器仪表使用说 明书预习)，并按照实验项目准备记录表等。认真作好实验前的准备工作，对于培养同学独立工作能力，提高实验质量和保护 实验设备都是很重要的。因此，实验前应写好预习报告,经指导教师检查认为确实作 好了实验前的准备，方可开始作实验。 实

5、验过程中的接线、调节、记录数据等工作每人应有明确的分工，以保证实验操作协调，记录数据准确可靠；2) 选择组件和仪表 实验前先熟悉该次实验所用的仪器设备，记录被测仪器3) 实验电路连接 根据实验线路图接线，线路力求简单明了，按接线原则 是先接串联主回路，再接并联支路。为查找线路方便，每路可用相同颜色4) 启动电源，观察仪表 启动电源，观察所有仪表是否正常(如电源电压值是否正常等)。如果出现异常，应立即切断电源，并排除故障；如果一切 正常，即可正式开始实验。5) 测取数据 预习时对实验结果应心中有数。正式实验时,根据实验步骤逐6) 认真负责，实验有始有终 实验完毕，须将数据交指导教师审阅。经指导教

6、师认可后，才允许拆线并把实验所用的导线、工具及仪器仪表等物品整 c) 实验报告实验报告是根据实测数据和在实验中观察和发现的问题，经过自己分析研究或分 析讨论后写出的心得体会。实验报告要简明扼要、字迹清楚、图表整洁、结论明确。1) 实验名称、专业班级、学号、姓名、实验日期、室温；2) 列出实验中所用组件的名称、量程及编号等；3) 列出实验项目,并绘出实验时所用的线路图；4) 实时记录的数据和计算处理结果；5) 根据计算处理结果，说明实验结果与理论是否符合，可对某些问题提出一些自己的见解并最后写出结论。实验报告应写在一定规格的报告纸上，保持整 6) 每次实验每人独立完成一份报告，按时送交指导教师批

7、阅。2 实验安全操作规程为了安全按时完成过程检测技术及仪器仪表实验，确保实验时人身安全与设备安 全，要严格遵守如下规定的安全操作规程： 3） 学生独立完成接线或改接线路后必须经指导教师的检查和允许，并提醒组内 其他同学引起注意后方可接通电源。实验中如发生异常情况和故障，应立即 切断电源，经查清问题和妥善处理故障后，才能继续进行实验；i i 量程i i 4） 仪表实验线路接好后应先检查功率表和电流表的量程是否符合要求，有否短 路回路存在，以免损坏仪表或电源。5） 爱护国家财产和实验设备，任何人不得随意在实验台和实验装置上乱填写 3 误差的基本概念 指仪表在规定的工作条件下所产生的误差，一般用相对

8、百分误差表示； 对于一个输入的给定行程，通过输出值对先前的行程经历和当时的移动方向 指仪表输入在小到一定范围后，不足以引起输出（或指示）的任何变化，这 一范围称为死区；或：不致引起输出产生可察觉变化而能达到的最大输入变化； 衡量线性仪表输出特性偏离线性的程度；表示：规定曲线与实际特性曲线在 上、下限值上重合时，实际特性曲线（上行程和下行程读数的平均值）与规定曲 范围上限值与范围下限值间的代数差。 量程 = 范围上限值 - 范围下限值相对百分误差 = i i 100% 输入量程i i 100% 输入量程i 100% i 非线性误差 第i试验点的非线性误差;i规定误差曲线值 第i试验点规定误差曲线

9、值.ix 第i试验点上行程输入值;i下i i i上 i下 i i 死区 第i试验点死区;i上x 第i试验点下行程输入值.指示误差 = i指示误差 第i试验点指示误差;i 理论指示值L 第i试验点理论指示值.5 检测结果处理 1) 实验记录中数据有效数的选择该有效位数的选择是最终结果有效位数确定的基础，当实验内容中有明确规定时，一般实验记录按小数部分位数与实验内容中标明的数值的小数 部分位数多一位记录。如：实验内容中规定误差为量程的 0.2%，而量程为 4V，则 0.2%4V=0.008V，则原始数据应保留小数点后4位。当实验内容中 没有明确规定时，一般按设备的最小分度来读数。读数时，小数末尾零

10、不能 2) 计算过程中有效位的选择，按如下规则进行：加减 以小数部分位数最少的一数为准，其余各数均修约到比该数多乘除 以有效位数最少的一数为准，其余各数均修约到比该数多一位乘方或开方 原有几位有效为数，计算结果仍保留几位，若还参加运常数 加、可根据需要确定有效位数。3) 最终检验结果数据有效位数的确定除非实验内容上没有明确规定，其余均要比规定的有效位数多一位。b) 数据修约规则在数据处理的各个环节中，当有效位数确定以后，应对有效位数之后的数 字进行修约处理。进舍规则为：1) 拟舍弃数字的最左一位数字小于5时，则舍去，即保留的各位数字不2) 拟舍弃数字的最左一位数字大于5或者是5，而其后跟有并非

11、全部为0的数字时，则进一，即保留的末尾数字加1； 末尾数字为奇数则进一，为偶数则舍弃。 12.1498修约成两位有效为数，得12；1268修约成三位有效为数，得12710； c) 检测结果处理1) 将各试验点测得的相对百分误差中最大正误差和最大负误差作为被测2) 将各试验点测得的回差中最大值作为被测仪表的回差列入报告；3) 将各试验点测得的非线性误差中最大值作为被测仪表的非线性误差列4) 在影响量实验中，将各实验点测得的最大变化量作为影响量的影响列入当实验内容中有明确的指标要求时，应根据实测值给予结论，即合格或不合 格；当实验内容中没有明确的指标要求时，不下结论。 实验一 热电偶（温度检测单元

12、）实验 a) 掌握温度变送器工作原理，了解热电偶温度变送器的外型、结构、组成，加 b) 熟悉温度变送器的输入、输出特性；c) 熟悉温度变送器的实验配置、连接及实验仪器的使用等； b) 热电偶基本性能检测：包括基本误差、非线性误差； 被测仪表：热电偶温度变送器实验仪器：精密电阻箱、万用表、数显表等 a) 阅读被测仪表说明书，结合实物，了解结构、组成，了解技术参数（包括供 b) 阅读实验仪器说明书，了解其使用和注意事项；c) 按下图进行测试系统的连接.220V.ac220V.ac 热电偶热电偶 温度变送器配电器数显表 一般往返调试两遍，就能使温度变送器精度满足要求。a) 基本性能测试在测试正式开始

13、之前应使被测温度变送器和试验设备在所允许的规定条件下使 其稳定，对所有可能影响试验的条件随时进行观察，并作相应记录。 这些测试点应均匀分布在整个测量范围内。在测试正式开始之前，变送器应从0到100，然后再从100到 0的全范围内移动三次，测试时输入信号必须按初始输入信号的同一方向 信号值的输出值列于表一：基本性能测试由于实验条件限制以室温和热水为主测试。 处理测试数据，填具实验报告，将全部原始记录表格附于实验报告之后. 表一：基本性能测试 输入 实测值 误差 实测值( ) 误差 %） 测试内容 基本误差 非线性误差 实验二 压力表检定实验 a) 掌握弹簧压力表工作原理，了解弹簧压力表和膜盒压力

14、表的外型、结构、组 成，加深对弹簧压力表和膜盒压力表工作原理的理解；b) 掌握弹簧压力表和膜盒压力表检定方法； 被测仪表：弹簧压力表或膜盒压力表；实验仪器：压力发生器、精密压力指示仪、扳手等 a) 阅读被测仪表说明书，结合实物，了解结构、组成，了解技术参数（包括使 用环境、量程范围、测量范围、输出信号、精度等级等），同时了解零点、量程和零 点迁移的检定方法，了解使用方法和注意事项等；b) 按下图进行测试系统的连接弹簧压力弹簧压力 表压力发生 器精密压力 指示仪 a) 测量范围调整 给簧压力表输入0kPa的压力信号；对比弹簧压力表与精密压力指给弹簧压力表量程的25%压力，对比弹簧压力表与精密压力

15、指示仪 给弹簧压力表量程的50%压力，对比弹簧压力表与精密压力指示仪 给弹簧压力表量程的75%压力，对比弹簧压力表与精密压力指示仪 b) 测试压力表的基本误差测试点应包括上、下限值在内的至少五个点，这些测试点应均匀分布在整 个测量范围内。测试时输入信号必须按初始输入信号的同一方向逼近测试点， 不允许有过冲现象发生，在每个测试点上输入信号应保持稳定，直至输出稳定 ， 出值列于表一：基本性能测试c) 测试压力表的指示误差 i i 100%指示值理论输出 li 指示误差 = i指示误差i i6 实验报告要求、格式处理测试数据，填具实验报告，将全部原始记录表格附于实验报告之后。表一：基本性能测试 表二

16、：指示误差 实验三 扩散硅压力变送器实验 a) 掌握扩散硅压力变送器工作原理，了解扩散硅压力变送器的外型、结构、组 成，加深对变送器信号转换原理的理解； c) 熟悉变送器的实验配置、连接及实验仪器的使用等；d) 掌握变送器零点、量程的调整方法及检测方法； b) 变送器基本性能检测：包括基本误差、回差、非线性误差； d) 变送器输出交流分量检测。 被测仪表：扩散硅压力变送器实验仪器：压力发生器、精密电阻箱、万用表 a) 阅读被测仪表说明书，结合实物，了解结构、组成，了解技术参数（包括供）， 了解零点、量程的调整方法、使用方法和注意事项等；b) 阅读实验仪器说明书，了解其使用和注意事项；c) 按下

17、图进行测试系统的连接变送器压力发生器变送器压力发生器 万用表250-24V.dc压力表d) 检查线路无误，且电阻箱至于 250后，方能打开电源进行测试，去输出电流在电阻箱（250）上的压降作为输出测量值。 a) 零点、量程调整输入量程0%信号，调变送器零点调节电位器，使输出满足精度要求； 输入量程100%信号，调变送器量程调节电位器，使输出满足精度要求；输入信号回到量程的 0%，观察输出满足精度要求吗？满足，检查输入 50%时输出精度是否满足要求？满足，调试结束，否则，重复a、b，直 一般往返调试三遍，就能使变送器精度满足要求。b) 基本性能测试在测试正式开始之前应使被测变送器和试验设备在所允

18、许的规定条件下使 其稳定，对所有可能影响试验的条件随时进行观察，并作相应记录。 100，这些测试点应均匀分布在整个测量范围内。在测试正式开始之前，变送器应从0到100，然后再从100到 0的全范围内移动三次，测试时输入信号必须按初始输入信号的同一方向 逼近测试点，不允许有过冲现象发生，在每个测试点上输入信号应保持稳定，直 至输出稳定并记录其对应的输出为止。测试时不允许轻敲或振动被测变送器。 ， 输入信号值的输出值列于表一：基本性能测试c) 死区测试死区应在上限值（或量程的90下限值（或量程的10处）和中点值上 首先将输入信号调到量程的10左右, 缓慢改变（增加或减少）输入， 直到观察到一个可察

19、觉的输出变化，观察记录输入值； 入量程的百分数来表示。 试结果中。测试数据记于表二：死区；d) 交流分量测试输入信号为量程的 10%、50%、90%，分别在250电阻上测量交流电压值， 一最大值作为仪表的输出交流分量。测试数据记于表三。 处理测试数据，填具实验报告，将全部原始记录表格附于实验报告之后。 表一：基本性能测试 输入 实测值 误差 实测值( ) 误差 % %） 检验结果测试内容 基本误差非线性误差 实验四 电容式差压变送器实验 a) 掌握电容式压力变送器工作原理，了解电容式差压变送器的外型、结构、组成，加深对电容式差压变送器信号转换原理的理解；b) 掌握变送器零点迁移及量程调整方法；

20、 e) 了解安装位置对变送器性能的影响。 a) 将变送器的测量范围调整为-80kPa-20kPa； d) 测试工作电源对变送器性能的影响；e) 测试安装位置对变送器性能的影响。 被测仪表：电容式差压变送器；实验仪器：压力发生器、精密电阻箱、万用表 a) 阅读被测仪表说明书，结合实物，了解结构、组成，了解技术参数（包括供）， 了解零点、量程和零点迁移的调整方法，了解使用方法和注意事项等；b) 按下图进行测试系统的连接24V.dc24V.dc 变送器变送器+压力发生器-压力表万用表250c) 检查线路无误，且电阻箱电阻值为250、电源电压为24Vd.c，打开电源，取输出电流在电阻箱（250）上的压

21、降作为输出测量值。 a) 测量范围调整1) 先将变送器的测量范围调整为0kPa60kPa在变送器的高压侧输入 0kPa 的压力信号，调变送器零点调节电位 器，使变送器的输出为1V；在变送器的高压侧输入60kPa的压力信号，调变送器量程调节电位 器，使变送器的输出为5V；输入信号回到0kPa，观察输出为1V吗？是，调试结束，否则，重 复前面两步骤，直到满足要求。 将变送器的测量范围调整为-80kPa-20kPa在变送器的低压侧输入80kPa的压力信号，调变送器零点调节电位器，使变送器的输出为1V。 或改变零点迁移跨接线。 测试点应包括上、下限值在内的至少五个点，这些测试点应均匀分布在整i i 1

22、00%指示值理论输出 li指示值实际输出L 第i试验点实际输出值 ） 个测量范围内。测试时输入信号必须按初始输入信号的同一方向逼近测试点， 不允许有过冲现象发生，在每个测试点上输入信号应保持稳定，直至输出稳定 并记录其对应的输出为止。测试时不允许轻敲或振动被测变送器。测试从0 输出值列于表一：基本性能测试c) 测试变送器的指示误差 指示误差 = i指示误差i指示值理论输出l 第i试验点理论输出值id) 测试工作电源对变送器性能的影响变送器的输出设定在范围上限值，将电源电压降低到公称值的75%（即18V记录输出值；将电源电压继续降低，观察并记录变送器输出在基本 误差范围内的最低工作电源电压值。记

23、录表格见表三：电源影响。e) 测试安装位置对变送器性能的影响变送器的输出设定在量程的 50%，前、后、左、右倾斜变送器，观察并记录变送器的输出值。记录表格见表四：安装位置影响。 6 实验报告要求、格式处理测试数据，填具实验报告，将全部原始记录表格附于实验报告之后。表一：基本性能测试 表二：指示误差 -+56信号-+56信号 发生器 实验五 数字显示仪表实验 a) 掌握数字显示仪表工作原理，了解数字显示仪表的外型、结构、组成，加深 对数字显示仪表原理的理解；b) 掌握万能数字显示仪表输入信号类型、量程、分度号及量程迁移的方法； a) 将显示仪表设置为K型热电偶输入，且测量范围为01200；b)

24、测试显示仪表的热电偶温度显示误差； 被测仪表：万能数字显示仪实验仪器：校验信号发生器、万用表 a) 阅读被测仪表说明书，结合实物，了解结构、组成，了解技术参数（包括供 ）， 及量程迁移等的设置方法，了解使用方法和注意事项等；b) 按下图进行测试系统的连接数显仪12 220V.ac 13万用表c) 检查线路无误，进行试验。 a) 打开数字显示仪表的外壳，正确跳接跨线，设置输入信号类型为热电偶；i i 100%显示值 di i i b) 装好仪表，打开电源，按仪表说明书，设置仪表为K型热电偶输 入，且测量、显示范围为01200；c) 测试显示仪表的热电偶温度显示误差测试点应包括上、下限值在内的至少

25、五个点，这些测试点应均匀分布在整个 测量范围内，每一温度值对应的输入信号查K分度号表得：加入输入信号，使输入信号缓慢增大，记录每一测试点对应输入信号 加入输入信号，使输入信号缓慢减小，记录每一测试点对应输入信号 显示误差 = i i 1 0 实验六 压力检测系统实验 掌握压力变送器等的工作原理，利用我们已具备的单一仪表实验基础，了解、熟 悉典型压力检测系统配电器 +变送器 + 数显表的实验配置、连接及系统调试方 如图需用法兰式差压变送器测密闭容器中液体的液位，差压变送器的输出信号范 变送器正、负压法兰中心线距离H=9.00m，毛细管硅油密度 =950kg/m3。现需用配电器给差压变送器配电、用万能数字显示仪表直接显示液位的高度， 各仪表应如何调校、设定，范围如何，请写出实验步骤，并画出实验接线图，再进行 实验，测试系统基本误差。P0HHh 力表、信号发生器等4 实验步骤及记录a) 单表调校2 差压变送器量程迁移量；差压变送器零点、量