检测技术与仪表复习

10检测技术与仪表一、 绪论检测仪表掌握系统构造图：各单元作用：① 检测单元：实现掌握调整作用的根底，它完成对全部被控变量的直接测量， 、压力、流量、液位、成分等；② 变送单元：将检测的温度、压力等参数转为电信号〔V、A；③ 显示单元：掌握系统的附属单元；④ 调整单元：完成调整掌握规律的运算,调整单元承受的常规掌握规律PID调整⑤ 执行单元：实施掌握策略的执行机构，有电动、气动、液动等方式。根本概念：测量范围的最小值和最大值分别称为测量下限和测量上限，简称下限和上限。下限又趁称为零点；量程:测量上限值－测量下限值。标尺特性曲线：零点的变化称为零点迁移，而量程的变化〔斜率〕则称为量程迁移。通过仪表的标尺特性来反映标尺特性：以被测变量值相对于量程X，以仪表指针位移或转角相对于标尺长度YX－Y线段〔B红，%〕线段〔绿：测量范围〔0，%，标尺特性：零点迁移〔K不变；线段〔黄：测量范围〔0，%，标尺特性：量程迁移〔K变大，更灵敏；线段〔蓝：测量范围〔0，%，标尺有效范围〔，%，量程迁移〔K变小〕灵敏度K= 〔标尺特性为曲线时，K为切线斜率〕误差：① 被测真值〔商定真值：真实的理论值；② 确定误差＝示值－商定真值；③ 相对误差=确定误差 ；真值④ 引用误差=确定误差 ；量程⑤ 最大引用误差Qmax=最大确定误差量程仪表精度为最大引用误差不带%

〔最大确定误差指量程内〕(精度等级：0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5，5.0，数越小精度越高)P101-1，1-2，作业题二、 误差分析根底A平均值：

1nMn i1

nMi准确度：0〔测量值与真值的偏差n0则接近真值残差〔剩余误差vi=Mi-，∑vi=0周密度：即标准差 〔表示测量值间差异〕图一：准高(似乎不是)精低； 图二：准低、精高； 图三：都高左图：AAa、Ab均值，分析得知：1〔误差小，标准误差大；2〔误差大，标准误差小。只有准确度和周密度都高，才能称为准确的测量。粗大误差〔明显错误的坏值〕剔除计算〔作业〕Avi〔检验∑vi=0〕vi^2④求标准差σvi>3σ，有则剔除，后重复以上步骤至无坏值〕三、 检测技术及方法分析测量方式分类〔１〕偏差式测量：用仪器表指针的位移〔偏差〕来表示被测量的大小，如：万用表、体重秤〔２〕零位式测量：测量时用被测量与标准量相比较，如：天平、惠斯登电桥测量电阻〔３〕微差式测量：前两者结合检测系统的信号选择性信号选择：作用消退干扰信号方法：⑴补偿构造②补偿后输出：①示意图 u1为设定值、不变，A(测量传感器)、B(补偿传感器)仅输入不同②补偿后输出：③级数开放化解得：④作用：削减干扰量变化△u2u2还存在△u1△u2③级数开放化解得：(2)差分构造1 测量参数反对称的发作用1 1 1使 1 1 2〕u2u2②补偿后输出：①示意图②补偿后输出：③级数开放化解得：④作用：削减△u2③级数开放化解得：消退△u1u1四、 温度检测㈠．热电偶温度传感器〔重点〕工作原理：热电效应两种不同材料的金属导体，构成闭合回路，当两结点温度不等时，回路里会产生热电势，形成电流，这种现象称为热电效应。热电势：接触电势(主要)+温差电势EAB〔T，T0〕与T、T0有关，T0(参考端)恒定，则E为T(工作端温度)的单值函数。热电偶根本定律⑴均质导体定律假设热电偶回路中的两个热电极材料一样，无论两接点的温度如何，热电动势为零。⑵中间导体定律 在热电偶回路中接入第三种导体CC则回路中总的热电动势不变。〔T，0〕C〔T，0，C中间再加仪表，则可测热电势。⑶中间温度定律E (t,tAB

)EAB

(t,tn

)EAB

(t,t)n 0当当T=E )+E T)AB 0=E E T)ABABAB AB 0应用：热电偶分度表热电偶有用测量电路⑴、测量单点温度反向串联并联温差(反向串联)(3)、测量〔并联〕反向串联并联冷端处理及补偿T0恒定，才能保证输出热电势E为被测温度T方法：(1)冰浴法：EAB(T，0T；T；作用:将热电偶冷端(T0T补偿的导线廉价、易弯曲。〔Tn无关,只与TT0有关〕㈡．热电阻传感器——金属材料热电阻效应：导体的电阻率都随温度上升而上升；电阻率越大阻值越大，故TR〔正温度系数〕铂热电阻：分度号Pt100(表示T=0°时R=100Ω)；铜热电阻：Cu50 (T=0°时R=50Ω)热电阻的测量电路①两线制连接法〔P49a〕测量点与指示仪表距离较近，R2R4=R3Rt〔t=0°〕②三线制〔P49c〕测量点与指示仪表距离较远，R2(R4+r4)=(Rt+r1)R3优点：消退导线电阻引起的误差㈢．热敏电阻传感器——半导体材料负温度系数热敏电阻：NTC正温度系数热敏电阻：PTCCTRCTR此特性可用于自动控温顺报警电路中〔温度开关〕(四)．非接触式温度检测仪表原理：具有肯定温度的物体都会向外辐射能量，其辐射强度与温度有关。辐射测温主要有如下三种根本方法：全辐射温度计：全部波长：光电高温计：某一波长：比色温度计：测量热辐射体在两个或两个以上波长的光谱辐射亮度之比来测量温度的五、压力检测压力定义：压力是垂直而均匀地作用在单位面积上的力，即物理学中常称的压强。工程P=F/S压力的表示方法：表压力:相对大气 压真空度(负压)(5)差压压力检测方法及仪表：通过仪表使液柱高度的重力或砝码的重量与被测压力相平衡的原理测量压力。P=P1－P2=ρg(h1+h2)/△输入=△P/△H=1/ρg，ρU2°.弹性法U下产生的弹性变形来反映被测压力的大小。㈠应变片式电阻传感器: 1〕不受力时：R1=R2=R3=R4=R,1〕不受力时：R1=R2=R3=R4=R,△R=0受力时：R1‘R3’受拉应力△l>0, >0,△R/R>0,△R>0R+△RR2‘R4R-△R2〕应变片：金属，应变效应：受力发生气械变形，阻值变化3〕电阻应变片测量电路：URURRRRUo(RR)(RR)1 2 3 423 14i输出电压①单臂工作状况R1R1+△RU R4 U R4 Rio②半桥工作状况拉应力〔R+△R〕和压应力〔R1-△R〕为相邻桥臂|△R1|=|△R2|=△RUUU R io2 R③全桥工作状况相对桥臂承受同方向的力〔同拉/同压〕|△R1|=|△R2|=|△R3|=|△R4|=△RRU Ro i全桥优点：1.消退由外界干扰〔温度〕引起的误差；2.灵敏度提高。【要能依据悬臂梁图(上面放樱桃的，变长/面积变小R增加为拉应力)画出全桥工作电路并计算】o压阻式传感器——半导体材料压阻效应：受压力电阻率发生变化，阻值变化〔区分应变效应。3°.电气式：用压力敏感元件直接将压力转换成电阻、电荷量等电量的变化。压电式传感器当动态力变为静态力时，电荷将由于外表漏电而很快泄漏、消逝；输出电压的频率与动态力的频率一样。〔测的是动态力〕缘由：极化现象——qqq；U2U；C2C1并联(输出电荷)q

2q；U

U；C

2C； 分析原理：依据压电效应说明压力仪表的选择量程的选择被测压力较稳定：最大工作压力不应超过仪表满量程的2/3被测压力波动较大或测脉动压力：最大工作压力不应超过仪表满量程的1/2为保证测量准确度：最小工作压力不应低于满量程的1/3假设上、下限不能同时满足要求，应优先满足最大工作压力条件精度的选择依据〔仪表测量允许产生的〕最大绝大误差确定【例：一压力容器在正常工作时压力范围为0.4~0.6MPa， 要求使用弹簧管压力表进展检测，并使5%，试确定该表的量程和精度等级。解：由题知被测压力比较稳定，设弹簧管压力表量则选择压力表时，应满足关系：可选用量程范围为0~1.0MPa的弹簧压力表；

A0.9MPa 3 1A A1.2MPa

程为A，由题意，被测压力允许的最大确定误差：

3max＜0.45%＝0.02MPamax要求选用仪表的最大引用误差： ＜0.02100%2%max1.00按精度等级，可选用1.5级压力表。仪表类型的选择被测介质的性质、对仪表输出信号的要求、使用的环境六、机械量测量A、位移检测(一).电感式传感器自感式(微小位移)自感现象:由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象，叫自感现象；产生的电动势叫感应电动势。单线圈式①构造:由线圈、铁芯(静)、衔铁(动,与被测对象连)三局部组成LNLN2A02IUUZ X U〔σ增大，L减小；LI〕L当气隙变小，衔铁位移Δσ引起的电感变化为：LLL00LL[1()2L]LLLLL0L01〔留意②灵敏度:KL/△σL0/σ0，③单线圈式电感传感器常见的形式：变隙式、变截面式、螺线管式差动式电感传感器〔自感〕①构造：两线圈、两铁芯、一衔铁②原理：L1、L2和磁路组成。当被测量通过导杆使衔铁左右位移时，两个回路中LL”2L2L L③灵敏度：0 0 0④优点：(作业)灵敏度提高了一倍；(Δσ/σ)Δσ/σ<<1，线性度得到改善。差动式的两个电感构造，可抵消温度、噪声干扰的影响。⑤测量转换电路相敏检波电路，作用：反映位移的大小〔幅值〕和方向〔相位。互感式差动变压器式传感器〔互感〕①.工作原理：。。当一次线圈接入鼓励电源之后，二次线圈就将产生感应M②．构造特点：两个二次线圈反向串联，组成差动输出形式③．应用：电感式滚柱直径分选装置〔不是测直径，测的偏差〕(二).电涡流传感器①电涡流效应：大块导体置于变化的磁场中时，导体外表就会产生旋涡状感应电流，简称涡流②涡流损耗：由于导体电阻很小，所以涡流强度会很大，大量的电能转变为热能，损失的电能称为涡流损耗。③集肤效应：是均匀分布的，而只集中在金属导体的外表，这称为集肤效应〔也称趋肤效应。f④电磁炉工作原理：熟锅内的食物。(三).电容式传感器①工作原理：用两块金属平板作电极，即可构成最简洁的电容器。当无视边缘效应时，其SS②类型：变面积型、变间隙型、变介电常数型③应用：电容式油量表〔P116〕B、速度检测霍尔式传感器——磁敏元件①原理：霍尔效应当磁场垂直(或垂直重量)作用于霍尔元件，通电流I，将产生霍尔电势。②应用：霍尔转速表 (r/min)七、物位检测物位分为：料位(固、液位、界位(固液的界位)静压式液位检测: AHppppHgB 敞口容器A、B

敞口容器静压法液位测量△p：B〔敞口容器〕密闭容器〔P121〕p+=p0+Hρg，p-=p0；△p=p+-p-=Hρg变送器的零点迁移①无迁移上述密闭例子，令H=0，得△p=0，无迁移； A pHρ11+－②正迁移p pp pHghg p pH0pp1p A; p0③负迁移p隔离罐H③负迁移p隔离罐Hρh1ρ22p pHgpphg液位零点h1H011222 pp p B;+－负迁移图p0迁移量为〔1〕ρg。【例】用差压变送器检测液位。

：ρ11200kg／m^3，

ρ2=950kg／m^3，h1=1.0m，

p ρ2H ρ h1 2推断是否需要零点迁移

液位零点 ρ2－h－1+解：H解：H0mp(hh)g1 2 2HHmaxpH g(hh)gmax1 2 2(H)：0～3.0mp H g312009.8差压变化量：35280Pamax max选差变变送器的量程△P40kPa。PPP迁移: Hg(h2h1)2gH=0，(h2h1)2g(5.01.0)9509.837240P迁移方向：负迁移；迁移量：37240Pa；零点迁移后的上下限：-37.24kPa~2.760kPa八、流量检测流量：单位时间内，流过管道横截面的流体量的大小，即瞬时流量。分为体积流量、质量流量。总量：某一段时间内流过管道的流体流量的总和，又称为累积流量。〔电表一般测的累积流量〕差压式流量仪表节流装置——节流孔板；作用：孔板前后形成静压差〔孔处静压最低，流速最快。九、超声波传感器波：运动形态声波：一种机械波， 条件：介质〔真空不能传播、振动声波分为：次声波：<20Hz可听见波: 20Hz~20kHz超声波:>20kHz 特点：可以被聚焦，具有能量集中的特点。超声波的传播方式①纵波：质点振动方向与波的传播方向全都的波，它能在固体、液体和气体介质中传播；②横波：质点振动方向垂直于传播方向的波，它只能在固体介质中传播；③外表波：质点的振动介于横波与纵波之间，沿着介质外表传播，其振幅随深度增加而迅速衰减的波，外表波只在固体的外表传播。〔声波属于纵波〕超声波声速：V=2*V横；V=90%*V横；速度：纵>横>外表波；温度越高，声速越慢；超声波在不同材料中的传播速度不同；声速与频率的关系不大。超声波波长：fc〔9〕指向角、超声源的直径、波长的关系sinsin1.22D倾斜入射时的反射与折射假设c1＜c2，入射角α足够大时，将导致折射角β＝90°，则折射声波只能在介质分界