检测技术及自动化装置复习提纲(第二版)

检测技术及传感器MeasurementTechnology

andSensorsCIST@BUCT©2008-2014第④部分

课程复习葵花子宝典“葵花在手、高分我有”

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难说“欲练神功、必须用功”

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正途TMT&AI

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复习三种难度填空、选择

——基本概念、概念辨析简答、计算

——概念辨析、基本公式分析、设计

——知识运用TMT&AI

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复习1检测技术基础1.1基本概念检测与测量：pg1§1.1par3检测装置：pg2§1.2.1par5敏感元件/检测元件：pg2§1.2.1par8传感器：pg2§1.2.1par9变送器：pg3§1.2.1par1直接测量：pg3§1.2.1par4间接测量：pg3§1.2.1par5

软测量：pg255§4.1.1par3TMT&AI

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复习1检测技术基础1.1基本概念按仪表结构分类：开环结构：pg4§1.2.2par8&fig1.5闭环结构：pg5§1.2.2par6&fig1.6

平衡（反馈）式变换结构：

pg92§3.1.2.4par2&fig3.9TMT&AI

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复习1检测技术基础1.1基本概念仪表基本性能：测量范围和量程：pg6§1.2.3par2灵敏度：pg6§1.2.3par7死区/不灵敏区：pg6§1.2.3par10线性度/非线性误差：pg6§1.2.3par12回差/变差/滞环：pg6§1.2.3par13稳定性：pg8§1.2.3par11重复性与再现性：pg8§1.2.3par18可靠性：pg9TMT&AI

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复习1检测技术基础1.1基本概念仪表基本性能：绝对误差/仪表基本误差：pg7§1.2.3par4&par9相对误差：pg7§1.2.3par6引用误差/最大引用误差/仪表满刻度相对误差：

pg7§1.2.3par8&par10允许误差：pg7§1.2.3par11准确度与准确度等级：pg7§1.2.3par13动态特性：pg8§1.2.3par9TMT&AI

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复习1检测技术基础1.1基本概念误差理论基础：按误差的出现规律分类：pg10§1.3.1par5按使用的工作条件分类：pg11§1.3.1par4随机误差的特征：pg12§1.3.2.1粗大误差的判定：pg14§1.3.2.2系统误差的判定：pg15§1.3.2.3消除和减少误差的一般方法：pg19§1.3.3TMT&AI

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复习1检测技术基础1.1基本概念仪表的防爆等级：L04.ppt防爆标志

常见防爆类型：隔爆型(d)、本安型(ia/ib)爆炸性危险场所分区

Ⅱ类场所：0区、1区、2区

Ⅲ类场所：20区、21区、22区仪表的防护等级：L04.ppt防护标志TMT&AI

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复习1检测技术基础1.1基本概念数据处理的误差：L04.ppt有效数字、科学记数法提高测量精确度的途径：L04.ppt控制测量误差因素（减少不确定因素）选择有利的测量方案（限制各不确定因素的值）满足误差分量的均衡条件（控制最大误差分量）充分利用测量误差的抵偿性仪表的分析设计原则：L04.pptTMT&AI

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复习1检测技术基础1.2基本公式开环结构——传递系数与相对误差：

pg5§1.2.2exp1.1~exp1.2闭环结构——传递系数与相对误差：

pg5§1.2.2exp1.3~exp1.5非线性误差：pg6§1.2.3exp1.7回差：pg7§1.2.3exp1.8相对误差：pg7§1.2.3exp1.10引用误差：pg7§1.2.3exp1.11TMT&AI

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复习1检测技术基础1.2基本公式随机误差的估计与统计处理：标准差：pg12§1.3.2.1exp1.14样本标准差(Bessel公式)：pg12§1.3.2.1exp1.15算术平均值的样本标准差：pg13§1.3.2.1exp1.17粗大误差的估计与统计处理：拉依达法：pg14§1.3.2.2exp1.18系统误差的估计与判定：标准差判据：pg16§1.3.2.3exp1.20~exp1.23TMT&AI

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复习1检测技术基础1.2基本公式误差合成：系统误差合成：

pg17§1.3.2.4exp1.25&exp1.27随机误差合成：pg18§1.3.2.4exp1.31误差的总合成：pg19§1.3.2.4exp1.32&exp1.33TMT&AI

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复习1检测技术基础1.3辨析应用敏感元件/检测元件、传感器和变送器的相互比较回差、非线性误差、相对误差、引用误差、准确度和准确度等级之间的关系参阅L02.ppt回差、重复性、再现性之间的关系：

pg9§1.2.3par4准确度等级：注意量程的计算和最大引用误差的计算。流量检测仪表中的“量程比”TMT&AI

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复习概念辨析测量的误差：随机误差、粗大误差、系统误差仪表的指标：静态特性、动态特性输入输出特性与误差的关系绝对误差：有单位；真值的获取；仪表基本误差相对误差：与真值有关，不反映仪表的好坏最大引用误差：仪表量程；仪表满刻度相对误差非线性误差：回差：上行程(正行程)，下行程(反/逆行程）TMT&AI

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复习概念辨析输入输出特性与误差的关系例：下列判断不正确的是最大引用误差≥非线性误差满刻度相对误差＝相对误差回差≤

2×最大引用误差非线性误差≤

2×回差TMT&AI

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复习1检测技术基础1.3辨析应用误差的估计：真值是否已知：当声明标定某一量值、或给定了测量标准量时，认为真值已知。已知——用标准差：pg12§1.3.2.1exp1.14未知——用样本标准差：pg12§1.3.2.1exp1.15如果没有特殊声明，置信概率都取99%（即置信系数取k=3）。TMT&AI

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复习2仪表构成与设计2.1基本概念参数检测的一般方法：pg23§2.1.1传感器：L02.ppt/L03.ppt电阻式检测元件：

电位器、热电阻、应变片电容型检测元件：

平板形、圆柱形、

球形、并行直导线电感型检测元件：

自感型、互感型、涡流式TMT&AI

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复习2仪表构成与设计2.1基本概念信号变换的结构形式：pg88§3.1.2par2简单变换：pg88§3.1.2.1fig3.3仪表特点：pg88§3.1.2.1par3L06.ppt差动变换：pg89§3.1.2.2fig3.4仪表特点：pg89§3.1.2.2par5TMT&AI

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复习2仪表构成与设计2.1基本概念信号变换的结构形式：pg88§3.1.2par2参比变换：pg90§3.1.2.3fig3.6仪表特点：pg91§3.1.2.3par8平衡式/反馈式变换：pg92§3.1.2.4fig3.9仪表特点：pg94§3.1.2.4par5电桥转换电路的特点：pg101§3.1.3.2par2TMT&AI

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复习2仪表构成与设计2.2基本公式不平衡电桥：等效电路：

pg102§3.1.3.2fig3.27&exp3.31~exp3.32电压输出/电流输出：

pg103§3.1.3.2tab3.2电桥的电源电压和功率：

pg103§3.1.3.2exp3.34~exp3.38TMT&AI

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复习2仪表构成与设计2.3辨析应用不平衡电桥的设计为基础方法，实际问题中如果对电桥输出电压与被测量（非电阻阻值本身）时，还需要考虑检测元件的非线性特性。例如，当检测元件为Pt100

时，其电阻值随温度的变化为。要求电桥对温度t的输出特性非线性误差小于某个值时，在设计电桥时需要将Rt

代入电桥的计算公式，得到，与其线性化的特性进行比较，计算非线性误差。TMT&AI

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复习不平衡电桥设计TMT&AI

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复习不平衡电桥设计单臂工作第二对称不平衡电桥设计桥臂电阻供电电压TMT&AI

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复习不平衡电桥设计电压输出（电压灵敏度）

①相对变化率

确定电阻型检测元件的电阻相对变化率，一般是被测变量的非线性函数。TMT&AI

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复习不平衡电桥设计电压输出（电压灵敏度）

①相对变化率②输出电压

已知，定义，有TMT&AI

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复习不平衡电桥设计电压输出（电压灵敏度）

①相对变化率②输出电压

当m=1时，对应于等臂电桥和第一对称；

当

m

1时，对应于第二对称和一般电桥。

输出值与和E成正比；

电压输出值与电阻的大小无关。TMT&AI

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复习不平衡电桥设计电压输出（电压灵敏度）

①相对变化率②输出电压

③非线性误差

当很小时，线性化输出电压特性

由非线性误差的定义

若给定非线性误差上界则。TMT&AI

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复习不平衡电桥设计电压输出（电压灵敏度）

①相对变化率②输出电压

③非线性误差

若要消除第二对称单臂工作的不平衡电桥的非线性误差，要求m

；

意味着，E。

电流源代替电阻TMT&AI

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复习不平衡电桥设计电压输出（电压灵敏度）

①相对变化率②输出电压

③非线性误差/最大化输出

此时，非线性误差为TMT&AI

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复习不平衡电桥设计电压输出（电压灵敏度）

①相对变化率②输出电压

③非线性误差/最大化输出④供电电压

构成电桥的各个元件都消耗能量，供电电压对元件的耗散功率有要求。

考虑最不利情况TMT&AI

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复习不平衡电桥设计电压输出（电压灵敏度）

①相对变化率②输出电压

③非线性误差/最大化输出④供电电压

给定元件最大耗散功率

同理，对R2

一般情况下，m

1，P20

P10。TMT&AI

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复习3温度检测仪表3.1基本概念温度与温标：

pg116§3.2.1par1&§3.2.1.1par1热电偶/热电极/工作端（测量端/热端）/自由端（参考端/冷端）：pg118§3.2.2par1/参考pg50§2.5.1热电偶自由端处理（自由端的影响）：

pg120§3.2.2.2补偿导线的作用：pg121§3.2.2.2par11冷端补偿的方法：自由端恒温法、计算修正法、自动补偿法TMT&AI

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复习3温度检测仪表3.1基本概念金属热电阻的三线制接法：

pg126§3.2.3.3par4&fig3.55集成温度传感器的工作原理和特点：

pg129§3.2.4.4par1

参考pg54§2.5.23.2基本公式热电势：pg121§3.2.2.2exp3.77TMT&AI

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复习3温度检测仪表3.3辨析应用在热电偶测温系统的分析和设计中，需要注意热电偶的输出热电势为，而热电偶的标准分度表给出的是，在配用补偿导线、自动冷端补偿表头时还需要注意是否为相同的分度号（型号）。在进行分析计算时，将热电偶测温系统按温度分为若干区间，每个区间内采用相应分度号的热电势，然后相加计为总输出电势。金属热电阻的电路设计就是单臂工作的不平衡电桥设计。TMT&AI

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复习4压力检测仪表4.1基本概念压力：pg136§3.3.1par3压力的表示法：pg136§3.3.1par5液体压力计的工作原理：pg137§3.3.2par1液体压力计的误差来源：pg138§3.3.2par5弹性式压力计的工作原理：pg139§3.3.3par1电容式差压变送器工作原理：L09.ppt压阻式压力传感器的特点：pg149§3.3.5par6压力仪表的选用：pg151§3.3.6.1压力检测系统的组成：pg152§3.3.6.2par1TMT&AI

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复习4压力检测仪表4.2基本公式液体压力计：pg137§3.3.2exp3.100压力仪表的量程选择：pg151§3.3.6.1par44.3辨析应用在压力表量程的选择计算中，如果明确说明压力波动较为平稳时可采用3/4满量程法选择仪表满量程，否则一律按2/3满量程法选择仪表满量程。TMT&AI

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复习5物位检测仪表5.1基本概念物位（液位/界面/料位）：pg155§3.4.1par1差压式液位计工作原理：

pg156§3.4.2.1par1量程迁移：pg158§3.4.2.3par1变浮力式液位计工作原理：pg160§3.4.3par3电容式物位计工作原理：pg160§3.4.4par1TMT&AI

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复习5物位检测仪表5.2基本公式差压液位计：pg156§3.4.2.1exp3.122浮筒式液位计：pg160§3.4.3exp3.127~exp3.131电容式物位计：pg161§3.4.45.3辨析应用差压式液位计的量程迁移计算，正压室和负压室的压力分别计算（流体静力学的结论），然后求差压；根据液位为零时的差压值确定量程迁移，为正需要正迁移，为负需要负迁移，为零不需要迁移（零迁移）。采用变浮力式液位计进行界面测量时，需要同时考虑浮筒在两种介质中所受的浮力。TMT&AI

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复习6流量检测仪表6.1基本概念流量（体积流量/质量流量/累计流量）：

pg170§3.5.1par2&par7&par10体积流量检测方法：pg171§3.5.1.2par3质量流量检测方法：pg172§3.5.1.2par3

pg190§3.5.7par1间接式质量流量计：pg172§3.5.1.2par6

pg191§3.5.7par5TMT&AI

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复习6流量检测仪表6.1基本概念节流式流量计/差压式流量计工作原理：

pg172§3.5.2par1节流元件的类型：pg172§3.5.2par2影响节流式流量计流量系数的主要因素：

pg174§3.5.2.2par1压力损失产生的原因：pg177§3.5.2.2par13节流式流量计的组成：pg178§3.5.2.3par1非线性补偿：pg178§3.5.2.3par17特点：pg180§3.5.2.4par3TMT&AI

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复习6流量检测仪表6.1基本概念涡街式流量计工作原理：pg183§3.5.4par3特点：pg185§3.5.4par4电磁式流量计工作原理：pg185§3.5.5par1特点：pg187§3.5.5par12涡轮式流量计工作原理：pg192§3.5.8par1特点：pg193§3.5.8par11超声波流量计工作原理：pg193§3.5.9par1特点：pg194§3.5.9par7TMT&AI

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复习6流量检测仪表6.2基本公式基本流量公式：pg170§3.5.1.1exp3.146~exp3.149节流式流量计流量公式：

pg174§3.5.2.1exp3.160~exp3.164介质密度修正：pg177§3.5.2.2exp3.172~exp3.173涡街式流量计流量公式：pg183§3.5.4exp3.186电磁式流量计流量公式：pg186§3.5.5exp3.189超声波流量计流量公式：L14.pptTMT&AI

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复习超声波流量计时差法

相差法

频差法TMT&AI

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复习6流量检测仪表6.3辨析应用关于流量计的特点，主要都是从以下几个方面进行考虑的：结构、可靠性、适用介质、安装、测量范围、压力损失、输出信号与流量的线性关系、以及其它性能上的考虑。超声波流量计的流量公式只要记