检测技术及仪表课件

第1章測量技術及誤差理論基礎

本章介紹檢測技術和測量儀錶的作用、測量的基本概念、儀錶性能指標的計算方法和測量誤差的基本理論；分析了測量誤差的產生原因及處理方法；測量準確度的評定與表示方法。返總目錄1.1概述1.1.1測量的概念1.1.2測量方法重點：測量的概念。重點：測量方法的分類。難點：組合測量法。返總目錄返本章目錄重點：測量的變換功能。難點：測量的變換功能。1.1.4測量儀錶的基本性能指標重點：靜態特性指標。難點：動態特性指標。1.1.3測量儀錶的基本功能返總目錄返本章目錄1.1.1測量的概念測量：就是借助專用的工具或裝置，通過適當的實驗方法或計算，對被測對象收集資訊的過程。包括：狹義測量，廣義測量

X為被測量；X0為標準量，即單位；K為比值倍數。返本章目錄返本節目錄1.1.2測量方法直接測量法：用測量精確程度較高的儀器測量被測量，直接得到測量結果的方法。間接測量法：利用被測量與某些物理量間的函數關係，先測出這些物理量（間接量），再得出被測量數值的方法。組合測量法：被測量與多個量存在多元函數關係時，可以直接測量出這幾個相關的量，然後解方程組求出被測量。返本章目錄返本節目錄1.1.3測量儀錶的基本功能1.變換功能：利用物質的物理、化學性質，把被測量轉變成便於測量、傳輸和處理的另一種物理量的過程。2.選擇功能：實現測量，在設計製造儀錶或變換元件時，應使其具有選擇的功能，即選擇有用測量信號而抑制其他干擾信號的功能。3.比較功能4.顯示功能：測量儀錶將測量結果指示或記錄下來的功能。返本章目錄返本節目錄1.1.4測量儀錶的基本性能指標1、靜態性能指標（1）非線性度（2）靈敏度（3）變差（4）基本誤差和精度2、動態性能指標返本章目錄返本節目錄1、靜態性能指標測量儀錶的非線性度（1）非線性度

是指儀錶的特性曲線與端基直線最大輸出偏差值的絕對值與量程比值的百分數，即：量程=Y上-Y下測量量程=X上-X下返本章目錄返本節目錄（2）靈敏度在穩定狀態下，儀錶的輸出增量對輸入增量的比值，稱為儀錶的靈敏度。它就是儀錶靜態特性曲線上相應點的斜率：返本章目錄返本節目錄（3）變差變差：是指測量儀錶在同一輸入量下，其上行程與下行程輸出量的最大差值。變差通常也表示成相對百分數的形式，即：原因：主要由於傳動機構的間隙、摩擦或者儀錶元器件吸收、釋放能量所造成的。返本章目錄返本節目錄（4）基本誤差和精度

在測量儀錶量程範圍內，輸出量和理論值的最大偏差與量程比值的百分數，稱做儀錶的基本誤差。即：用來表徵測量儀錶基本誤差允許值等級的量，稱做儀錶的精度。例如：0.5級精度的儀錶，其允許基本誤差是-0.5%≤δ允≤0.5%；也就是說，精度數值前加上正、負號後加％即為其允許誤差範圍。反過來，把允許誤差限值去掉正負號及％即為精度。返本章目錄返本節目錄2、動態性能指標儀錶的輸入量隨時間而變化的工作狀態，稱為動態。儀錶在動態下工作出現的輸出特性，稱為動態特性。儀錶輸入發生變化，必然引起輸出值的變化，即引起動態回應。輸出值隨時間變化的曲線，稱為動態回應曲線。

（1）階躍回應

（2）頻率回應返本章目錄返本節目錄（1）階躍回應上升時間tr：y(t)從10%yH到達90%yH所需的時間。峰值時間tp：y(t)到達第一次峰值所需要的時間，稱為峰值時間。穩定時間ts：y(t)到達誤差允許範圍±5%所需的時間稱為穩定時間。二階儀錶階躍回應性能指標返本章目錄返本節目錄（2）頻率回應當測量儀錶的輸入信號為一定頻率和幅值的波動信號時，其輸出值所引起的回應，稱做頻率回應。返本章目錄返本節目錄3、測量儀錶的可靠性（1）可靠度（2）失效率（3）平均無故障工作時間

λ(t)-t曲線返本章目錄返本節目錄1.2測量誤差1.2.1誤差存在的絕對性1.2.2誤差的表示形式1.2.3誤差的的分類1.2.4儀錶的準確度重點：誤差的表示形式、誤差的分類。難點：誤差的表示形式。返本章目錄1.2測量誤差1.2.2

誤差的表示形式（1）絕對誤差測量值與真實值的差值：Δx=x-x0（2）相對誤差測量結果的絕對誤差與真值比值的百分數稱為相對誤差，即：

返本章目錄返本節目錄（3）引用誤差

所謂引用誤差，就是測量儀錶的在量程範圍內某點的示值的絕對誤差與其量程比值的百分數。用最大引用誤差確定儀錶精度和選擇儀錶精度的方法通過例題講解。返本章目錄返本節目錄解：該測溫儀錶的最大引用誤差為

去掉%後，該表的精度值為0.6，介於國家規定的精度等級中0.5和1.0之間，而0.5級表和1.0級表的允許誤差δ表允分別為±0.5%和±1.0%。則這臺測溫儀錶的精度等級只能定為1.0級。例1-1某臺溫度檢測儀錶的測溫範圍為100～600℃，校驗該表時得到的最大絕對誤差為3℃，試確定該儀錶的精度等級。例題返本章目錄返本節目錄例1-2現需選擇一臺測溫範圍為0～500℃的測溫儀錶。根據工藝要求，溫度指示值的誤差不允許超過±4℃，試問：應選哪一級精度等級的儀錶？解：工藝允許相對誤差為

去掉±和%後，該表的精度值為0.8，也是介於0.5～1.0之間，而0.5級表和1.0級表的允許誤差δ表允分別為±0.5%和±1.0%。應選擇0.5級的儀錶才能滿足工藝上的要求。例題返本章目錄返本節目錄1.2.3

誤差的的分類系統誤差大小和方向保持固定，或按一定規律變化的誤差。隨機誤差各次測量誤差的大小和方向沒有規律性。但是，若對這些誤差進行大量統計，其出現是符合統計規律的。疏忽誤差由於操作者的粗心大意或失誤所造成的測量誤差，稱為疏忽誤差。緩變誤差誤差的數值隨著時間而緩慢變化的誤差，稱為緩變誤差（按照產生的原因及其性質來分）返本章目錄返本節目錄1.2.4儀錶的準確度1.正確度系統誤差直接影響測量值與真值的差值，它是表徵測量結果正確度的誤差。2.精密度用隨機誤差來表徵測量結果的精密度。3.準確度同時表徵測量結果與真值的接近程度和多次測量值的離散程度的物理量，又稱精確度。它是反映系統誤差和隨機誤差合成情況的一個物理量。

返本章目錄返本節目錄第2章溫度的測量

本章介紹了溫標的概念，然後按照測量方法的分類，分別介紹了各種測溫方法和儀錶：包括接觸式測溫儀錶、非接觸式測溫儀錶、新型溫度感測器和儀錶系列溫度變送器。返總目錄教學目錄：2.1概述2.2接觸式測溫方法及儀錶2.3非接觸式測溫方法及儀錶2.4新型溫度感測器

2.5溫度變送器返總目錄2.1概述2.1.1溫度和溫標

2.1.2測溫方法分類

重點：幾種常用溫標的定義。難點：各種溫標之間的換算。重點：分類原則、各種測溫方法的優缺點。返本章目錄返總目錄2.1.1溫度和溫標1.溫度的基本概念溫度是表徵物體冷熱程度的物理量。

2.溫度的測量3.溫標溫標就是溫度的數值表示方法。溫標的三要素（三個基本條件）：溫度計、固定點和內插方程。4.溫標的傳遞返本節目錄返本章目錄四種常用溫標：（1）攝氏溫標（℃）攝氏溫標規定在標準大氣壓下，水的冰點為0℃，水的沸點為100℃，並將兩固定點之間等分100份，每一份稱為攝氏一度，一般用“℃”表示攝氏度數。（2）華氏溫標（℉）華氏溫標規定在標準大氣壓下，水的冰點為32℉，水的沸點為212℉，在這兩個固定點之間劃分180等份，每一份稱為華氏一度，用“℉”表示。華氏溫標與攝氏溫標有如下關係：m=1.8n+32式中，m、n分別表示華氏溫度值和攝氏溫度值。2.1.1溫度和溫標

返本節目錄返本章目錄（3）熱力學溫標（K）熱力學溫標是建立在熱力學第二定律基礎之上的一種理想溫標，它與物質性質無關。是純理論性的，無法直接加以實現。

（4）90國際溫標（ITS—90）

ITS—90同時使用國際開爾文溫度（符號T90）和國際實用攝氏溫度（符號t90）。

T90與t90的關係為：

t90=T90–273.15式中，T90的單位是開爾文（K），t90的單位是攝氏度（℃）。這裏攝氏度與開爾文溫度分度值相同，即溫度間隔lK等於1℃。2.1.1溫度和溫標返本節目錄返本章目錄例題例2-1已知某點溫度為10℃，將該溫度轉換為華式溫標和90國際溫標。解：根據各種溫標間的關係m=1.8n+32=(1.8×10+32)℉=50℉T90=t90+273.15=(10+273.15)K

=283.15K返本節目錄返本章目錄2.1.2測溫方法分類1.接觸式測溫2.非接觸式測溫膨脹式溫度計、壓力式溫度計、熱電偶溫度計、熱電阻溫度計等。光學高溫計、光電高溫計、輻射高溫計和比色高溫計等。

返本節目錄返本章目錄2.2.1膨脹式溫度計

2.2.2壓力式溫度計

2.2.3熱電偶溫度計

2.2.4熱電阻溫度計

2.2接觸式測溫方法及儀錶2.2.5接觸式測溫實例

返本章目錄2.2.1膨脹式溫度計1.液體膨脹式溫度計液體膨脹式溫度計是一種直讀式的、應用最早的溫度測量儀錶，最常見的是玻璃管式溫度計。

1—安全包2—尺規3—毛細管4—感溫包圖2-1玻璃管式溫度計返本節目錄返本章目錄2.固體膨脹式溫度計（1）杆式溫度計（2）雙金屬式溫度計

返本節目錄返本章目錄2.2.2壓力式溫度計測量原理：是基於封閉在容器中的液體、氣體或某種低沸點的飽和蒸氣受熱後體積膨脹而使壓力發生變化的性質。返本節目錄返本章目錄重點：熱電偶的基本定律應用、冷端溫度補償、熱電偶的選型、安裝。難點：冷端溫度補償、熱電偶的選型。組成:由熱電偶、連接導線和顯示儀錶（電位差計或動圈儀錶）組成。優點：結構簡單、製造方便、測量範圍寬（－271.15℃～2800℃）、熱慣性小、精度高、適於遠距離測量和便於自動控制等。2.2.3熱電偶溫度計返本節目錄返本章目錄2.2.3熱電偶溫度計1.熱電偶的測溫原理2.熱電偶回路特性3.熱電極材料4.熱電偶的種類5.熱電偶的結構形式6.熱電偶的冷端溫度補償7.熱電偶的實用測溫電路8.熱電偶的校驗返本節目錄返本章目錄1.熱電偶的測溫原理熱電效應：把兩種不同材料的金屬導體（或半導體）A和B連接成閉合回路，若兩個接點溫度t與t0不相等，則回路中就會產生熱電動勢，這一現象稱為熱電效應。參比端（冷端或自由端）

熱電勢熱電極A熱電極B

測量端（熱端或工作端）

返本節目錄返本章目錄

（1）溫差電動勢

：

tUA(t)t0

UA(t0)UA(t,t0)t>t0

UA(t,t0)=UA(t)-UA(t0)1.熱電偶的測溫原理

返本節目錄返本章目錄（2）接觸電動勢1.熱電偶的測溫原理

返本節目錄返本章目錄（3）熱電偶回路的總電動勢返本節目錄返本章目錄2.熱電偶回路特性（1）中間導體定律在熱電偶回路中引入第三種導體，只要第三種導體兩端的溫度相同，則此第三種導體的引入不會影響熱電偶回路的熱電動勢。返本節目錄返本章目錄中間導體定律具有如下實用價值：2.熱電偶回路特性返本節目錄返本章目錄（2）中間溫度定律

中間溫度定律具有如下實用價值：1）為在熱電偶回路中應用補償導線提供了理論依據。2）為制定和使用熱電偶分度表奠定了基礎。返本節目錄返本章目錄例2-2用鎳鉻—鎳矽（K型）熱電偶測量爐溫，熱電偶的冷端溫度為40℃，測得的熱電動勢為35.72mV，問被測爐溫為多少?解：查K型熱電偶分度表知E(40,0)=1.611mV測得：E(t,40)=35.72mV則：E(t,0)=E(t,40)+E(40,0)=(35.72+1.611)mV=37.33mV查分度表知t=900.1℃，則被測爐溫為900.1℃。返本節目錄返本章目錄（3）標準電極定律

實用價值：只要知道某兩種金屬導體分別與標準電極相配的分度表，就可以計算出這兩種導體組成的熱電偶的分度表。返本節目錄返本章目錄3.熱電極材料1）熱電動勢及熱電動勢率要大，保證足夠的靈敏度。2）熱電特性最好是線性或近似線性的單值函數關係。3）能在較寬的溫度範圍內使用，物理、化學性質要穩定。4）要有高的電導率、小的電阻溫度係數及小的導熱係數。5）複製性要好，即用同一種材料製成的熱電偶其熱電特性要一致，這樣便於製作統一的分度表。6）材料組織要均勻，具有良好的韌性，焊接性能好，以便熱電偶的製作。7）資源要豐富，價格低廉。返本節目錄返本章目錄4.熱電偶的種類——標準化熱電偶1）鉑銠10—鉑熱電偶（S型）2）鉑銠13—鉑熱電偶（R型）3）鉑銠30—鉑銠6熱電偶（B型）4）鎳鉻—鎳矽熱電偶（K型）5）鎳鉻矽—鎳矽熱電偶（N型）6）鎳鉻—康銅（E型）7）鐵—康銅（J型）8）銅—康銅（T型）

返本節目錄返本章目錄5.熱電偶的結構形式（1）裝配式熱電偶（2）鎧裝型熱電偶（3）薄膜型熱電偶（4）快速微型熱電偶鎧裝型熱電偶可長達上百米返本節目錄返本章目錄6.熱電偶的冷端溫度補償（1）補償導線法補償導線：在100℃以下的溫度範圍內，熱電特性與所配熱電偶相同且價格便宜的導線，稱為補償導線。補償導線的作用：就是延長熱電極，即將熱電偶的冷端延伸到溫度相對穩定區。補償導線的型號：延伸型補償導線——用於廉金屬熱電偶；補償型補償導線——用於貴金屬熱電偶和某些非標準熱電偶。補償導線使用注意事項

返本節目錄返本章目錄6.熱電偶的冷端溫度補償例2-3用鎳鉻—鎳矽熱電偶測量某一實際為1000℃的對象溫度。所配用儀錶在溫度為20℃的控制室裏，設熱電偶冷端溫度為50℃。當熱電偶與儀錶之間用補償導線或普通銅導線連接時，測得溫度各為多少?又與實際溫度相差多少?返本節目錄返本章目錄6.熱電偶的冷端溫度補償解：查K型熱電偶分度表，得E(1000,0)=41.269mV，E(50,0)=2.022mV，E(20,0)=0.798mV。若用補償導線，儀錶測得熱電動勢值為E(1000,20)=E(1000,0)–E(20,0)=40.471mV查分度表得對應的溫度為979.6℃若用銅導線，儀錶測得熱電動勢值為E(1000,50)=E(1000,0)–E(50,0)=39.247mV查分度表得對應的溫度為948.4℃兩種方法測得的溫度相差31.2℃，測量誤差分別為–20.4℃和–51.6℃。返本節目錄返本章目錄6.熱電偶的冷端溫度補償（2）冷端恒溫法1）冰浴法2）恒溫箱法3）恒溫室法返本節目錄返本章目錄6.熱電偶的冷端溫度補償（3）計算校正法1）準確計算校正法根據中間溫度定律，對測得熱電動勢進行修正。適用於實驗室中用直流電位差計來測溫的情況。2）近似計算校正法K的取值：K型熱電偶，在0～1000℃範圍內，K≈1；S型熱電偶，在800～1300℃，K=0.6～0.5返本節目錄返本章目錄6.熱電偶的冷端溫度補償例2-4用分度號為S的鉑銠10—鉑熱電偶測爐溫，其冷端溫度為30℃，而直流電位差計測得的熱電動勢為9.481mV，試求被測溫度。再查該分度表得被測溫度t=1006.5℃。若不進行校正，則所測9.481mV對應的溫度為991℃，誤差–15.5℃。解：查鉑銠10—鉑熱電偶分度表，得E(30,0)=0.173mV，由式（2-5）得返本節目錄返本章目錄6.熱電偶的冷端溫度補償例2-5解：在l000℃左右，鉑銠10—鉑熱電偶的校正係數可近似取0.55，因此按式（2-9）可得爐溫t為t=t′+Ktn=(991+0.55×30)℃=1007.5℃與例2-4相比可以看出，近似計算法僅比準確計算方法相差1℃。這說明此種方法在一些精度要求不高的現場是可以使用的。用S型熱電偶測爐溫，其冷端溫度為30℃，顯示儀錶的指示值為991℃，試求爐溫。返本節目錄返本章目錄6.熱電偶的冷端溫度補償（4）儀錶機械零點調整法用熱電偶測溫時，若t0=tn≠0℃，要使指示值不偏低，可先將顯示儀錶指針調整到相當於熱電偶冷端溫度tn的位置上。

應用於：一些精度要求不高、冷端溫度不經常變化的情況下。返本節目錄返本章目錄6.熱電偶的冷端溫度補償（5）補償電橋法補償電橋法是利用不平衡電橋產生的電動勢來補償熱電偶冷端溫度變化而引起的熱電動勢變化。

返本節目錄返本章目錄7.熱電偶的實用測溫電路（1）工業用熱電偶測溫的基本線路（2）熱電偶的串聯1）熱電偶的正向串聯

若將多支熱電偶的測量端置於同一測量點上構成熱電堆（如輻射溫度計），測量微小溫度變化或輻射能時，可大大提高靈敏度。

返本節目錄返本章目錄7.熱電偶的實用測溫電路2）熱電偶的反向串聯

將兩支同型號的熱電偶反接起來，可以測量兩點間的溫差。注意：用這種差動電路測量溫差時，兩支熱電偶的熱電特性必須相同且成線性，否則會引起測量誤差。

返本節目錄返本章目錄7.熱電偶的實用測溫電路（3）熱電偶的並聯三支同型號的熱電偶的並聯線路，此時輸入到顯示儀錶的電動勢值為：E=(E1+E2+E3)/3。

返本節目錄返本章目錄8.熱電偶的校驗（1）溫度校驗點各種不同型號的熱電偶必須在表2-7規定的校驗點進行校驗，且每個溫度校驗點應控制在±10℃範圍內。表2-7工業用熱電偶校驗點溫度熱電偶名稱校驗點溫度/℃鉑銠10—鉑600，800，1000，1200鎳鉻—鎳矽（鎳鉻—鎳鋁）400，600，800，1000鎳鉻—康銅300，400（或500），600返本節目錄返本章目錄8.熱電偶的校驗2）校驗用儀器與設備返本節目錄返本章目錄8.熱電偶的校驗（3）校驗方法熱電偶插入爐中的深度一般為300mm，熱電偶的冷端置於冰點槽中以保持其為0℃。用自耦變壓器來調節爐溫，當達到預定校驗點溫度±10℃以內，並且每分鐘變化不超過0.2℃時，便可開始讀數。在每一個校驗點上的讀數不應少於四次。當同時校驗幾支熱電偶時，其讀數順序：標準→被檢l→被檢2→…→被檢n→被檢n→…→被檢2→被檢1→標準→標準→被檢l→…的迴圈順序讀數，再進行數據處理。

返本節目錄返本章目錄8.熱電偶的校驗（4）數據處理熱電偶校驗後進行數據處理時，一定要考慮標準熱電偶本身的測量值也有一定誤差，必須考慮這部分誤差後計算出測量點的真實溫度。例2-6

在1000℃下，測得被校K型熱電偶的熱電動勢之算術平均值為41.347mV，二等標準S型熱電偶的熱電動勢之算術平均值為9.601mV。該標準熱電偶證書上寫明，在測量端為1000℃、冷端為0℃時的熱電動勢為9.624mV。求此被校K型熱電偶在1000℃時的誤差，並驗證是否合格。返本節目錄返本章目錄8.熱電偶的校驗解：查S型熱電偶的分度表，E(1000,0)=9.585mV，則該標準熱電偶的修正值為9.624–9.585=0.039mV，因此要把標準熱電偶熱電動勢的算術平均值減去修正值：

9.601–0.039=9.562mV。再查S型熱電偶的分度表得998℃，即真實溫度。從K型熱電偶的分度表中查得41.347mV相當於1002℃，所以此被校熱電偶在1000℃時的誤差為：1002–998=4℃。根據表2-3可以看出，被校K型熱電偶在–40～1300℃的溫度範圍內，允許偏差為±0.75%|t|，所以4℃<998×0.75%=7.5℃。此熱電偶在該校驗點合格。返本節目錄返本章目錄2.2.4熱電阻溫度計1.熱電阻2.半導體熱敏電阻重點：標準化熱電阻型號、選型，接線制。難點：接線制。重點：熱敏電阻的特性及分類

。返本節目錄返本章目錄1.熱電阻（1）熱電阻的材料與溫度的關係電阻溫度係數與電阻比W100=R100/R0

的關係可見：W100越大，電阻絲的純度越高，α值越大；W100越小，電阻絲的雜質越多，α值越小，而且不穩定。因此，熱電阻常用純金屬製成。返本節目錄返本章目錄1.熱電阻（2）熱電阻的測溫原理當溫度發生改變時，熱電阻的阻值隨之變化。通過變化的電阻值可間接地測得溫度的變化量，這就是熱電阻的測溫原理。這種電阻隨溫度變化的特性可用如下三種方法表示：1）列表法（分度表）2）作圖法（特性曲線）3）數學表示法返本節目錄返本章目錄1.熱電阻（3）熱電阻的結構普通工業用鉑電阻和銅電阻由電阻體、引出線、絕緣管、保護管和接線盒等組成。

1）電阻體（無感雙繞法）返本節目錄返本章目錄（3）熱電阻的結構2）熱電阻的引出線：①兩線制。引線電阻以及引線電阻的變化會帶來附加誤差。②三線制。可以較好地消除引線電阻的影響，測量準確度高於兩線制，所以應用較廣。③四線制。精度高，但是麻煩。

返本節目錄返本章目錄（4）標準化熱電阻1）鉑電阻優點：鉑是一種貴金屬，具有準確度高、穩定性好、性能可靠以及抗氧化性很強。在–259.3467～961.78℃的溫域內以鉑電阻溫度計作為標準儀器。缺點：鉑電阻的電阻值與溫度為非線性關係，電阻溫度係數α比較小，……。工業用鉑電阻溫度計的使用範圍：–200～850℃分度號：Pt10、Pt100返本節目錄返本章目錄（4）標準化熱電阻2）銅電阻優點：價格低廉，具有較大的電阻溫度係數，材料容易提純，具有較好的複製性，容易加工成絕緣的銅絲，銅的電阻值與溫度的關係在測量範圍內幾乎是線性的。缺點：易氧化，氧化後即失去其線性關係。。工業用銅電阻溫度計的使用範圍：–50～150℃分度號：Cu50、Cu100返本節目錄返本章目錄（6）熱電阻的校驗方法Rt=(Ut/UN)RN

返本節目錄返本章目錄2.半導體熱敏電阻1）負溫度係數熱敏電阻NTC2）正溫度係數熱敏電阻PTC3）臨界溫度係數熱敏電阻CTR

（1）熱敏電阻的特性及分類返本節目錄返本章目錄2.半導體熱敏電阻（2）熱敏電阻的結構（3）熱敏電阻的特點返本節目錄返本章目錄2.2.5接觸式測溫實例1.固體表面溫度的測量（1）熱電偶與被測表面的接觸形式返本節目錄返本章目錄2.2.5接觸式測溫實例2.管道中流體溫度的測量主要誤差：導熱誤差。（1）感溫元件的安裝要求

1）把感溫元件的外露部分用保溫材料包起來。2）感溫元件應逆著介質流動方向傾斜安裝，至少應正交，切不可順流安裝。3）感溫元件應有足夠的插入深度。4）感溫元件應與被測介質充分接觸。5）應使測溫管或保護管的壁厚和外徑儘量小一些。返本節目錄返本章目錄2.2.5接觸式測溫實例（2）應用實例分析返本節目錄返本章目錄2.2.5接觸式測溫實例3.高溫氣體溫度的測量（1）主要誤差：熱輻射誤差（輻射散熱誤差）（2）感溫元件的安裝要求返本節目錄返本章目錄2.3非接觸式測溫方法及儀錶重點：基本概念、黑體輻射定律，各種溫度計的原理、結構、使用。難點：基本概念。2.3.1輻射測溫的基礎理論2.3.2光學高溫計2.3.3光電高溫計2.3.4全輻射高溫計2.3.5比色高溫計2.3.6前置反射器輻射溫度計2.3.7非接觸式測溫實例返本章目錄2.3.1輻射測溫的基礎理論1.基本概念（1）輻射能（2）熱輻射（3）輻射功率：物體在單位時間內從單位面積向半球空間發射的全部波長的總輻射能量。符號W，單位W/m2。（4）單色輻射功率：物體在一定波長下的輻射功率。用符號Wλ表示，單位為W/m2μm。（5）發射率（6）單色發射率

返本節目錄返本章目錄2.3.1輻射測溫的基礎理論——2.輻射能的分配

當輻射能投射到物體表面時，一般情況下，其中的一部分被物體吸收，一部分被反射，另一部分可透過物體。式中，α、ρ、τ分別是吸收率、反射率、透射率。1）α=1的物體稱為絕對黑體，簡稱為黑體。2）ρ=1的物體稱為絕對鏡白體，簡稱白體；或絕對鏡體，簡稱鏡體。3）τ=1的物體稱為絕對透明體，簡稱為透明體。

4）對於一般工程材料來講，τ=0而α+ρ=1，稱為灰體。返本節目錄返本章目錄2.3.1輻射測溫的基礎理論——3.黑體輻射定律（2）維恩位移定律（1）普朗克定律（3）斯蒂芬—玻爾茲曼定律返本節目錄返本章目錄2.3.2光學高溫計1.光學高溫計的工作原理受熱物體亮度大小也反映了物體溫度的高低。但因為各種物體的單色發射率是不相同的，因此即使它們亮度相同，而溫度卻不一定相同。光學高溫計用黑體的溫度來進行儀錶刻度。亮度溫度TL

：在波長為λ的光線中，物體在溫度T時的亮度與黑體在溫度為TL時的亮度相等，則稱TL為這個物體在波長為λ時的亮度溫度。

返本節目錄返本章目錄2.3.2光學高溫計2.光學高溫計的結構返本節目錄返本章目錄2.3.2光學高溫計3.光學高溫計的使用例2-6

用光學高溫計測量有氧化層表面光滑的鋼板溫度，光學高溫計的讀數為1250℃，求鋼板的真實溫度。解：根據鋼板表面狀態在表2-10中查出單色發射率ε0.66=0.8，在圖2-54中，從橫坐標為1250℃、ε0.66=0.8，查出24℃，此值即為修正值。T=(1250+24)℃=1274℃返本節目錄返本章目錄2.3.3光電高溫計光學高溫計在測量時要靠手動平衡亮度，用人眼判斷亮度是否平衡，所以不能連續測溫，在應用上受到了一定限制。光電高溫計可以自動平衡亮度，它是在光學高溫計基礎上發展起來的自動連續測溫儀錶。返本節目錄返本章目錄2.3.4全輻射高溫計1.全輻射高溫計的測溫原理輻射溫度：返本節目錄返本章目錄2.3.4全輻射高溫計全輻射高溫計的使用1）正確連接線路和外接電阻。2）環境溫度不許高於100℃，否則應冷卻。3）隨著感溫器到被測物體的距離L的不同，對被測物體的大小（通常指直徑D）有一定的限制值，感溫器要與被測表面垂直。4）顯示儀錶上讀數為輻射溫度，要修正得到物體的真實溫度。返本節目錄返本章目錄2.3.5比色高溫計1.比色高溫計的測溫原理及特點根據維恩位移定律，測得亮度比的變化便可測得相應的溫度。比色溫度：特點：

1）比色溫度可小於、等於或大於真實溫度。2）與真實溫度之差小得多，測量準確度高。3）比色高溫計可在惡劣環境中使用。返本節目錄返本章目錄2.3.6前置反射器輻射溫度計只要被測表面的發射率大於0.6（無需知道確切值）就可直接測得真實溫度，而不需進行任何修正。返本節目錄返本章目錄2.3.7非接觸式測溫實例1.非接觸式測溫的干擾分析（1）光路中的干擾：在波長為1.8～2.8µm、3.0～5.5µm和8～14µm三個波段內輻射能被吸收的較少，稱為大氣窗口。（2）外來光干擾：改變測量方向的方法來躲過外來光，或設置遮蔽裝置。（3）黑度變化的影響：

1）在被測表面上塗已知黑度的塗料。2）人為創造黑體輻射的條件。3）利用前置反射器輻射溫度計來測真實溫度。4）減小由於黑度變化產生的測量誤差。返本節目錄返本章目錄2.3.7非接觸式測溫實例2.熱軋帶鋼表面溫度的測量從輻射測溫的角度來觀察熱軋帶鋼生產有如下特點：

1）軋製速度高。2）被軋製材料溫度變化很大，一般為500～1300℃。3）由於軋製和冷卻多次反復進行，所以被軋材料的黑度經常變化，周圍的水蒸氣濃度大而且也經常變化。4）帶鋼表面某些局部經常有水膜，而且水膜的大小和地點變化無常，也常有鱗片狀的鏽、渣和灰塵附著在帶鋼的表面。選用：矽光電池光電高溫計

返本節目錄返本章目錄2.4新型溫度感測器2.4.1集成溫度感測器AD590半導體集成溫度感測器

AD590是二端電流源器件，它的輸出電流與器件所處的熱力學溫度（K）成正比，其溫度係數為1μA/K，0℃時該器件的輸出電流為273μA，AD590的工作溫度為–55～+150℃，外接電源電壓在4～30V內任意選定。當所加電壓變化時，其輸出電流基本不受影響。

返本章目錄2.4新型溫度感測器2.4.2光纖溫度感測器光纖的工作原理是光的全反射。一束光線入射進光纖時，與芯線軸線的夾角小於30°範圍內的入射光線將沿光纖傳輸。光纖溫度感測器是採用光纖作為敏感元件或能量傳輸介質而構成的新型測溫儀錶。

特點：靈敏度高；電絕緣性能好，可適用於強烈電磁干擾、強輻射的惡劣環境；體積小、重量輕、可彎曲；可實現不帶電的全光型探頭等。返本章目錄2.5溫度變送器2.5.1儀錶系列溫度變送器特點：①需要24V直流供電，變送器內無電源電路。②輸出信號有4～20mA.DC和1～5V.DC兩種，可根據需要選用。③採用積體電路運算放大器件。④除直流毫伏輸入的品種之外，熱電偶輸入和熱電阻輸入的品種都有線性化功能。⑤兼有安全柵作用，可以用於防爆系統。返本章目錄2.5溫度變送器直流毫伏、熱電偶、熱電阻這三種輸入信號的量程單元各不相同，但其後所接的放大單元相同，可以互換。返本章目錄2.5溫度變送器1.直流毫伏變送器量程單元2.熱電偶溫度變送器量程單元熱電偶溫度變送器的量程單元必須有冷端溫度補償功能及線性化功能。調零、調滿功能。3.熱電阻溫度變送器的量程單元採用三線制接法，也要線性化功能。調零、調滿功能。調零、調滿功能。返本章目錄2.5溫度變送器2.5.2一體化溫度變送器配熱電偶的SBWR型又分為不同的分度號，例如有E、K、S、B、T等。配熱電阻的SBWZ型又分為Cu50、Cu100、Pt100等。按輸出信號有無線性化又分為兩種。一種是輸出信號與被測溫度呈線性關係的；另一種是輸出信號與輸入電信號（熱電動勢或電阻值）呈線性關係的。返本章目錄本章小結在溫標概念中，重點介紹了90國際溫標，常用幾種溫標間的換算方法。在接觸式測溫方法中，重點是熱電偶溫度計和熱電阻溫度計。其中熱電偶的幾個重要的定則、標準熱電偶的特性、熱電偶的冷端處理與補償、標準熱電阻的特性、熱電阻連線方式以及熱電阻的分度表等均應很好地理解和應用。在非接觸測溫方法中重點介紹了光學高溫計、光電高溫計、輻射溫度計和比色溫度計，重點是它們的測量原理，真實溫度的換算等問題。返本章目錄第3章壓力和差壓的測量

本章介紹幾種在實驗和工業生產中使用較多的壓力檢測儀錶的檢測原理、組成結構和使用方法等。返總目錄教學目錄：3.1概述3.2液柱式壓力計3.3彈性式壓力計3.4電氣式壓力計3.5壓力變送器3.6壓力計的校驗和使用返總目錄3.1概述3.1.1壓力和差壓的概念及表示方法3.1.2壓力的度量單位重點：壓力的概念、壓力錶示形式。難點：各種壓力之間的關係。重點：壓力的國際度量單位、我國常用單位。難點：壓力度量單位之間的換算。返本章目錄3.1.1壓力和差壓的概念及表示方法在工程技術上，壓力定義為垂直均勻地作用在單位面積上的力。各種壓力關係示意圖壓力錶示方法：大氣壓p0

絕對壓力pa

表壓力p

真空度pv

差壓Δp

返本節目錄返本章目錄3.1.2壓力的度量單位帕斯卡（Pa）:國際制導出單位

1帕（Pa）=1牛頓/平方米（N/m2）

2.其他常用度量單位（1）工程大氣壓（kgf/cm2

）

1工程大氣壓=1千克力/釐米2（或公斤力/釐米2）

（2）毫米汞柱（mmHg）

（3）毫米水柱（mmH2O）返本節目錄返本章目錄3.2液柱式壓力計液柱式壓力計的測壓是基於液體靜力學原理，利用已知密度的液柱高度對底面產生的靜壓力來平衡被測壓力，根據液柱高度來確定被測壓力的大小。返本章目錄3.2.1U形管壓力計3.2.2單管壓力計3.2.3斜管壓力計3.2.4液柱式壓力計的使用重點：液柱式壓力計的原理、結構、特點。難點：三種液柱式壓力計比較，使用注意事項。3.2液柱式壓力計返本章目錄3.2.1U形管壓力計1.U型管壓力計的結構U型管壓力計結構圖U型、內截面積相同的玻璃管被固定在底板上，在U型管中間設一個刻度尺規，零點在尺規中央。U型玻璃管內充入水銀或水等工作液，液體到零點處。返本節目錄返本章目錄2.U型管壓力計的工作原理

當p1=p2時，兩管中自由液面同處於尺規中央零刻度。當p2>p1時，右邊管中液面下降，左邊管中液面上升，一直到液面的高度差H產生的壓力與被測差壓平衡為止。根據流體靜力學原理有如果將兩管分別通大氣壓p0和被測壓力pa，則測得壓力為表壓力。

3.2.1U形管壓力計返本節目錄返本章目錄3.2.2單管壓力計1.單管壓力計的結構單管壓力計結構圖它是U型管壓力計的一種變形。單管壓力計把其中一個管用一個較大直徑的杯來代替，也稱杯型壓力計。由於杯的直徑與管的直徑相差較大，所以杯中液面高度下降h2可忽略不計，因此在測量時只要讀數一次就夠了，減小了讀數誤差。返本節目錄返本章目錄2.單管壓力計的工作原理測表壓時，被測壓力通到杯子一側，當被測壓力大於大氣壓時，玻璃管內液面上升，而杯中液面下降，液面高度差H=h+h2，由於杯內下降與細管上升液體體積相同，即

則由於，可忽略不計。所以

3.2.2單管壓力計返本節目錄返本章目錄3.2.3斜管壓力計1.斜管壓力計的結構斜管壓力計結構圖它是單管式壓力計的一種變形。將單管傾斜一個角度，這樣可以加長液柱長度，提高壓力計的靈敏度。斜管壓力計常用於測量微小的壓力和負壓。返本節目錄返本章目錄2.斜管壓力計的原理根據單管壓力計原理可知，當d2<<D2時。從式可知，它的讀數比單管式壓力計擴大1/sinα倍，使讀數精度有所提高。顯然，在用同一種工作液體，儀錶刻度尺規也相同的情況下，管子的傾斜角度α愈小，靈敏度越高，但實際使用時，α不能小於15°，這是因為α太小使得液面拉得太長，反而難於準確讀數，增加讀數誤差。由於酒精有較小的密度，常用它做斜管微壓計的工作液體。3.2.2單管壓力計返本節目錄返本章目錄3.2.4液柱式壓力計的使用（1）壓力計在使用前，一定要放置水準，要保證管子處於嚴格的鉛垂位置，未測量時工作液面應處於尺規零位，否則將產生安裝誤差。（2）在確定液面高度差H時，可採用各種提高讀數精度的輔助裝置，如放大尺、游標尺、光學讀數系統等，減小讀數誤差。（3）由於毛細管的作用使管內液體呈彎月形，對於浸潤液體（如水），液面呈凹月面，對於非浸潤液體（如汞），液面呈凸月面。因此，讀數時視線一定要與彎月面頂點相切。（4）當使用地點的環境溫度與重力加速度有較大偏差時，應注意修正。返本節目錄返本章目錄彈性式壓力計是利用各種形式的彈性元件受壓後變形產生的彈性力與被測表壓或真空度相平衡的原理製成的。彈性元件的形變大小是壓力的函數，通過測量彈性元件的形變就可以間接得到被測壓力的大小。3.3彈性式壓力計返本章目錄3.3彈性式壓力計3.3.1彈性元件3.3.2彈簧管壓力計重點：彈性元件結構、總類。難點：各彈性元件的量程比較。重點：彈簧管壓力計的原理、結構、工作過程。難點：彈簧管壓力計的檢定。返本章目錄3.3.1彈性元件彈性元件是彈性式壓力計的測壓敏感元件，是壓力—位移轉換元件。不同的彈性元件所適用的測壓範圍有所不同，工業上常用的彈性元件有膜片、膜盒、波紋管和彈簧管，結構如下圖所示：返本節目錄返本章目錄1.膜片膜片是一種沿外緣固定的片狀測壓彈性元件，測量時，將壓力或差壓轉換成膜片中心位移或集中力輸出，傳給傳動機構及指示機構就地指示。膜片的位移較小，靈敏度低，更多的應用是與壓力變送器配合使用。有時膜片也被用來隔離儀錶和被測介質，以保護儀錶。膜片按其結構特徵分為平膜片、波紋膜片。3.3.1彈性元件返本節目錄返本章目錄2.膜盒為增加膜片的中心位移量，提高儀錶的靈敏度，可以把兩塊膜片沿周邊對焊起來，成一薄膜盒子，稱為膜盒。其撓變為單個膜片的兩倍，在測微壓時要使位移量更大，靈敏度更高，還可以把數個膜盒串在一起組成膜盒串作為彈性敏感元件。膜盒按其結構特徵可分為開口膜盒、真空膜盒和填充膜盒。3.3.1彈性元件返本節目錄返本章目錄3.波紋管

波紋管是一種具有等間距同軸環狀波紋，能沿軸向伸縮的測壓彈性元件，又稱波紋箱。波紋管在受到外力作用時，其膜面產生的機械位移量主要不是靠膜面的彎曲形變，而是靠波紋柱面的舒展或壓屈來帶動膜面中心作用點的移動。由於位移相對較大，一般可直接帶動傳動機構、就地指示。靈敏度高，可以用來測量較低的壓力或壓差。但波紋管遲滯誤差較大，準確度最高僅為1.5級。3.3.1彈性元件返本節目錄返本章目錄4.彈簧管彈簧管是一根彎成270°圓弧的空心金屬管子，管子的截面呈扁圓形或橢圓形。管子封閉的一端（B）為自由端，即位移輸出端，管子另一端（A）開口，並被固定在接頭上，作為被測壓力的輸入端。

當被測壓力介質從開口端進入並充滿彈簧管的內腔時，橢圓或扁圓截面在被測壓力p的作用下將趨向圓形。由於彈簧管長度一定，迫使彈簧管產生向外挺直的擴張變形，結果改變彈簧管的中心角，使其自由端產生位移。3.3.1彈性元件返本節目錄返本章目錄3.3.2彈簧管壓力計1.單圈彈簧管壓力計結構彈簧管壓力計主要由彈簧管、齒輪傳動機構、指示機構以及表殼等幾個部分組成。返本節目錄返本章目錄3.3.2彈簧管壓力計2.多圈彈簧管壓力計單圈彈簧管壓力計由於自由端的位移和轉動力矩小，只能作指示式儀錶用，而在工業生產的壓力測量中，往往還需要記錄壓力在某段時間的變化情況，因此需要使用壓力記錄儀，為了能帶動記錄機構的運動，就需要彈簧管自由端有較大位移和轉動力矩，在設計時可以將單圈彈簧管改為多圈式的。多圈彈簧管也叫螺線管壓力錶，彈簧管的圈數一般有2.5圈至9圈，根據需要而定，管端的轉角一般在54°左右。返本節目錄返本章目錄3.3.2彈簧管壓力計3.彈簧管壓力錶的檢定彈簧管壓力錶在使用過程中要定期進行檢定，確定其精度等級。壓力錶精度等級不同，對檢定環境溫度有嚴格要求。精度等級0.06，0.1，0.16，0.250.4，0.61，1.6，2.5，4檢定環境溫度/℃20±220±320±5檢定各級壓力錶時環境溫度要求返本節目錄返本章目錄3.3.2彈簧管壓力計3.彈簧管壓力錶的檢定壓力錶在檢定過程中壓力錶指針的轉動應在全量程範圍內平穩無跳動或卡住現象。首先根據其量程範圍確定檢定點，這些點應均勻分佈在整個分度盤上，對於精密壓力錶檢定點不應少於8個，一般壓力錶不應少於5個。檢定時逐漸增加壓力或疏空，當示值達到測量上限後，須耐壓3min，然後按原檢定點倒序回檢，

檢定時，每個檢定點要進行兩次讀數，第一次在輕敲表殼前進行，第二次在輕敲表殼後進行。返本節目錄返本章目錄3.3.2彈簧管壓力計3.彈簧管壓力錶的檢定壓力錶檢定要計算的誤差有：（1）示值誤差

對每一檢定點，在升壓和降壓檢定時，輕敲表殼前、後的示值與標準值之差。（2）回程誤差

對同一檢定點，在升壓和降壓時，輕敲表殼後的示值之差。（3）輕敲位移

對每一檢定點，在升壓和降壓檢定時，輕敲表殼後引起的指針示值變動量。返本節目錄返本章目錄電氣式壓力感測器是利用壓力敏感元件將被測壓力轉換成各種電量，如電阻、頻率、電荷量等來實現測量的。電氣式壓力計測量範圍大，線性好，便於進行壓力的連續測量及遠傳，實現自動控制，尤其適合於壓力變化快和高真空、超高壓的測量。3.4電氣式壓力感測器返本章目錄3.4電氣式壓力感測器3.4.1應變式壓力感測器重點：應變效應、壓阻效應、應變式壓力感測器組成。難點：力-應變型彈性元件及應變片粘貼。3.4.2壓電式壓力感測器重點：壓電效應、壓電式壓力感測器原理、結構。難點：壓電材料特性、壓電式壓力感測器使用。返本章目錄3.4.1應變式壓力感測器應變式壓力計的工作原理是，被測壓力引起彈性元件應變，通過粘貼在彈性元件上電阻應變片將應變轉換為電阻值的變化，最後通過測量電路把電阻值的變化轉換成電壓或電流的變化。應變式壓力計的核心敏感元件是電阻應變片，電阻應變片有金屬電阻應變片和半導體應變片兩種。返本節目錄返本章目錄3.4.1應變式壓力感測器1.應變效應和壓阻效應金屬電阻絲在外力作用下發生機械變形，從而引起電阻值發生變化的現象稱為應變效應。半導體電阻體材料在受到外力作用後，其晶格間距發生變化，從而使電阻率發生變化，壓力也隨之變化的現象稱為壓阻效應。返本節目錄返本章目錄3.4.1應變式壓力感測器2.應變片的結構金屬電阻應變片

柵絲式應變片結構常用的金屬電阻應變片有柵絲式、箔式和薄膜式等種類。結構如圖，一般由敏感柵（金屬絲或箔）、絕緣基底、覆蓋層或保護膜、引出線等部分組成。返本節目錄返本章目錄3.4.1應變式壓力感測器2.應變片的結構半導體應變片

體型半導體應變片結構半導體應變片的材料有矽、鍺、銻化銦、磷化鎵、砷化鎵等，矽和鍺由於壓阻效應大，故多作為壓阻式壓力計的半導體材料。半導體應變片按結構可分為體型應變片、擴散型應變片和薄膜型應變片。返本節目錄返本章目錄3.電阻應變式壓力感測器的組成應變片的粘貼方法：一種是將應變片直接粘貼於壓力–位移型彈性元件的應變處（平膜片）。另一種是粘貼在力–應變型彈性元件表面，通過壓力–位移彈性元件實現壓力–力的變換，再通過力–應變型彈性元件實現力–應變–電阻值的轉換。3.4.1應變式壓力感測器返本節目錄返本章目錄1）力–應變型彈性元件柱形彈性元件:3.4.1應變式壓力感測器柱形彈性元件此類彈性元件由於應變很小，測力量程較大，尤其是實心圓柱在徑向尺寸較大時，測力上限可達數千噸，常作為荷重式壓力感測器的敏感元件。返本節目錄返本章目錄1）力–應變型彈性元件柱形彈性元件（動畫演示）3.4.1應變式壓力感測器返本節目錄返本章目錄1）力–應變型彈性元件懸臂梁:懸臂梁是一端固定、一端自由的測力彈性元件。其特點是結構簡單，加工方便，其輸出可以是應變，也可是撓度。它靈敏度比圓柱高，適於較小力的測量。根據截面形狀，可分為等截面懸臂梁和變截面等強度懸臂梁兩種。梁形彈性元件3.4.1應變式壓力感測器返本節目錄返本章目錄1）力–應變型彈性元件懸臂梁（動畫演示）3.4.1應變式壓力感測器返本節目錄返本章目錄1）力–應變型彈性元件薄壁環:3.4.1應變式壓力感測器彈性元件為等截面圓環。薄壁環靈敏度高，用於測量較小的力，但加工困難，且在力F作用下，環的各部位應變不相等。薄壁環彈性元件返本節目錄返本章目錄2）橋式測量轉換電路電橋的一個對角線結點接入電源電壓Ui，另一個對角線結點為輸出電壓Uo。為了使電橋在測量前的輸出電壓為零，應該選擇4個橋臂電阻，使R1R3=R2R4或R1/R2=R4/R3，這就是電橋平衡的條件。3.4.1應變式壓力感測器測量電路返本節目錄返本章目錄2）橋式測量轉換電路當每個橋臂電阻變化值ΔRi<<Ri，且電橋輸出端的負載電阻為無限大、全等臂形式工作，即R1=R2=R3=R4（初始值）時，電橋輸出電壓可用下式近似（小信號時誤差小於1%）表示

由於ΔR/R=Kεx，當各橋臂應變片的靈敏度K都相同時有

3.4.1應變式壓力感測器返本節目錄返本章目錄2）橋式測量轉換電路單臂半橋工作方式:即R1為應變片，R2、R3、R4為固定電阻，ΔR2～ΔR4均為零。雙臂半橋工作方式：即R1、R2為應變片，R3、R4為固定電阻，ΔR3=ΔR4=0。全橋工作方式：即電橋的4個橋臂都為應變片。其中，全橋4臂工作方式的靈敏度最高，雙臂半橋次之，單臂半橋靈敏度最低。3.4.1應變式壓力感測器返本節目錄返本章目錄4.應變式壓力感測器的類型（1）膜片式壓力感測器工作時將感測器的下端旋入管壁，使被測壓力均勻分佈地作用在膜片的一面，使平膜片產生應變，從而使電阻應變片產生應變而有一定電阻變化輸出，通過測量電路轉換求得被測壓力的大小。3.4.1應變式壓力感測器膜片式壓力感測器返本節目錄返本章目錄4.應變式壓力感測器的類型（2）應變筒式壓力感測器應變筒的上端與外殼緊密固定，下端與不銹鋼密封膜片緊密連接，應變片R1、R2分別軸向、徑向粘貼在應變筒外壁，分別接到測量橋路的相鄰臂上。3.4.1應變式壓力感測器應變筒壓力感測器返本節目錄返本章目錄3.4.2壓電式壓力感測器壓電式壓力感測器是基於某些電介質的壓電效應原理製成的。某些電介質物體，對其沿一定方向施加壓力或拉力發生機械應變時，會在其相對兩面上產生等量異號電荷，若將外力去掉時，電荷隨之消失，它們又重新回到不帶電的狀態，這種現象稱為壓電效應。返本節目錄返本章目錄1.壓電式壓力感測器的工作原理石英晶體外形：縱向軸線z叫做光軸；經過六面體棱線並與光軸垂直的軸線x叫做電軸；而垂直於對稱棱面，同時與光軸和電軸垂直的軸線y稱為機械軸。3.4.2壓電式壓力感測器返本節目錄返本章目錄1.壓電式壓力感測器的工作原理當沿電軸方向施加壓力時，則在與電軸垂直的兩晶體邊界面上產生異性電荷。當沿機械軸方向施加壓力時，則仍在與電軸垂直的兩晶體邊界面上產生異號電荷，但符號相反。而在光軸方向施加壓力則不產生壓電效應。3.4.2壓電式壓力感測器返本節目錄返本章目錄3.4.2壓電式壓力感測器返本節目錄返本章目錄2.壓電式壓力感測器的結構壓電元件被夾在兩片膜片之間，彈性元件把壓力傳遞給壓電元件。壓電元件的一個側面與膜片接觸並接地，另一側面通過引線將電荷量引出。送到電荷放大器或電壓放大器放大，轉換成標準電壓或電流輸出，其大小與被測壓力成正比關係。3.4.2壓電式壓力感測器壓電式壓力感測器返本節目錄返本章目錄3.壓電式壓力感測器的應用及特點1）體積小、重量輕、結構簡單、工作可靠，工作溫度可在250℃以上。2）靈敏度高，線性度好，常用精度有0.5級和1.0級。3）測量範圍寬，可測100Mpa以下的所有壓力。4）是一種有源感測器，無須外加電源，可避免電源帶來的雜訊干擾。3.4.2壓電式壓力感測器返本節目錄返本章目錄壓力信號不能直接進行遠傳，一方面因為敷設引壓導管較麻煩，另一方面長距離傳輸要造成較大的壓力損失。因而要向遠距離傳輸壓力信號，往往是將彈性測壓元件與電氣感測器相結合構成壓力變送器，工業上常稱為差壓變送器。將壓力或差壓轉換為便於傳輸、指示、記錄的統一信號進行輸出，而且輸出信號與輸入壓力之間通常有連續線性函數關係。3.5壓力變送器返本章目錄3.5壓力變送器3.5.1電容式壓力變送器3.5.2擴散矽差壓變送器重點：電容式壓力變送器原理、結構、使用。難點：量程調整，零點調整和零點遷移。重點：擴散矽差壓變送器的原理、結構、使用。難點：膜片應力分佈及應變片粘貼。返本章目錄3.5.1電容式壓力變送器1.電容式差壓變送器原理測量時，被測壓力加在隔離膜片上，通過矽油的不可壓縮性和流動性將差壓傳遞到測量膜片的兩側，從而使膜片產生位移Δd，如圖中虛線所示，使一個電容器的極距變小，電容量增大，另一個電容器的極距變大，電容量減小。返本節目錄返本章目錄1.電容式差壓變送器原理轉換電路:(常數)3.5.1電容式壓力變送器轉換電路原理圖返本節目錄返本章目錄2.變送器的使用零點調整和零點遷移：使變送器輸出的下限值與測量參數的下限值對應。零點遷移:在測量參數的下限值xmin≠0時，使輸出ymin=4mA的調整過程稱為零點遷移，零點遷移分為正遷移和負遷移兩種。3.5.1電容式壓力變送器零點調整:在測量參數的下限值xmin=0時，使ymin=4mA的調整就叫零點調整；返本節目錄返本章目錄2.變送器的使用量程調整(滿度調整):調整的目的是為了使變送器輸出的上限值與測量參數的上限值相對應。量程調整實際就是通過改變變送器的放大增益，改變其輸入—輸出特性斜率，使被測信號的最大值與變送器輸出的最大值對應。3.5.1電容式壓力變送器返本節目錄返本章目錄2.變送器的使用線性度調整：3.5.1電容式壓力變送器為了使變送器的輸入—輸出特性達到高度的線性，因此在放大器線路板焊接面上，還備有線性調節電位器。在通常情況下，線性度調整工作已在變送器出廠時調好，一般不必進行調節。如有必要（需要在某一特定範圍內改善線性），而且條件具備時（校正時需要高精度的標準儀錶），也可進行，但必須按規程進行調整。返本節目錄返本章目錄2.變送器的使用阻尼的調整：3.5.1電容式壓力變送器變送器的放大器線路板有阻尼調節電位器，變送器出廠校驗時，已將電位器逆時針旋轉到底（阻尼時間約0.2s），即阻尼最小位置。由於變送器標定不受阻尼調節的影響，阻尼調節可在變送器安裝好以後進行。需要調節阻尼時可順時針方向轉動阻尼電位器。所謂阻尼時間即變送器的輸出隨被測壓力變化的反應速度。一般電容式差壓變送器的最大阻尼時間常數為≥1.67s。返本節目錄返本章目錄2.變送器的使用變送器的接線3.5.1電容式壓力變送器返本節目錄返本章目錄3.5.2擴散矽型壓力變送器1.擴散矽壓阻式感測器測壓原理在矽膜片上，用擴散摻雜法做成四個阻值相等的電阻，構成平衡電橋。儀錶被矽膜片分成高壓和低壓兩個腔室。當膜片兩邊存在壓力差時，膜片發生變形，產生應力應變，從而使擴散電阻的阻值發生變化，電橋失去平衡，輸出相應電壓，該電壓大小與膜片兩邊的壓力差成正比，從而可以測取膜片所受壓力差值。擴散矽壓阻式感測器返本節目錄返本章目錄3.5.2擴散矽型壓力變送器1.擴散矽壓阻式感測器測壓原理為了構成差動電橋，提高輸出靈敏度，在矽膜片上佈置電阻時，可以使R1、R3佈置在負應力區，承受壓應力；R2、R4佈置在正應力區，承受拉應力。這樣，在承受壓力時，四個電阻有增有減，將阻值增加的兩個電阻與阻值減小的兩個電阻分別相對接入橋路，構成不平衡電橋。電阻分佈返本節目錄返本章目錄3.6壓力計的校驗使用3.6.1活塞式壓力計及壓力計的校驗重點：活塞式壓力計原理、結構、校驗壓力計的方法。難點：活塞式壓力計的使用、維護。3.6.2壓力計的使用重點：壓力計的選型、安裝等知識。難點：選型原則。返本章目錄活塞式壓力計是基於流體靜力學平衡原理和帕斯卡定律，利用壓力作用在活塞上的力與砝碼的重力相平衡的原理來測壓力。活塞式壓力計是壓力計量中的基準儀器，也是一種標準壓力發生器，用來檢驗其他儀錶，一般不能直接測量壓力。3.6.1活塞式壓力計及壓力計的校驗返本節目錄返本章目錄1.活塞式壓力計的結構及原理活塞式壓力計主要由活塞測量系統（砝碼、活塞和測量活塞筒等）和壓力發生泵（手搖泵、油杯組件）組成。3.6.1活塞式壓力計及壓力計的校驗活塞式壓力計返本節目錄返本章目錄1.活塞式壓力計的結構及原理3.6.1活塞式壓力計及壓力計的校驗活塞式壓力計中的壓力發生泵，是通過手輪旋轉絲杆，推動加壓活塞擠壓內腔中的工作液，以產生所需的壓力，根據流體靜力學中液體壓力傳遞平衡原理，該外加壓力經工作液均勻傳遞給測量系統中的活塞和被校壓力錶。當測量系統中活塞和託盤本身的重量，以及加在託盤上的專用矽碼的重量作用在活塞上的力與壓力發生泵所產生的力相等時，測量活塞浮起在某一位置上。這時工作液的壓力為返本節目錄返本章目錄3.6.1活塞式壓力計及壓力計的校驗

2.活塞式壓力計校驗壓力計的方法1）測量前，將活塞壓力計放置水準。2）把工作液灌入油杯，反復旋轉手輪，排除內腔的空氣。3）用加壓泵加壓，檢查油路是否暢通，並裝上被校壓力錶。4）將進油口閥門打開，反時針旋轉手輪，將油吸入油路。5）關閉進油閥，順時針旋轉手輪產生壓力，加上砝碼進行校驗。6）旋轉手輪加壓，使活塞盤升起，並與定位指示板刻度線相齊。7）活塞式壓力計的活塞杆、底盤、砝碼等必須根據其出廠的編號配套使用，不能互換。返本節目錄返本章目錄3.6.2壓力計的使用1.壓力計的選型（1）壓力計種類和型號的選擇考慮被測介質壓力大小。考慮被測介質的性質。考慮使用環境。考慮儀錶輸出信號的要求。返本節目錄返本章目錄3.6.2壓力計的使用（2）壓力計量程的選擇測量穩定壓力時，最大工作壓力不應超過量程的3/4；測量脈動壓力時，最大工作壓力則不應超過量程的2/3；測高壓時，則不應超過3/5。為了保證測量準確度，最小工作壓力不應低於量程的1/3。當被測壓力變化範圍大，最大和最小工作壓力可能不能同時滿足上述要求時，應首先滿足最大壓力條件。1.壓力計的選型返本節目錄返本章目錄3.6.2壓力計的使用（3）壓力計精度等級的選擇壓力計的精度等級主要根據生產允許的最大誤差來確定。根據我國壓力錶的新標準GB/T1226—2001規定，一般壓力錶的精度等級分為：1級、1.6級、2.5級、4.0級。精密壓力計的精度等級為：0.1級，0.16級，0.25級，0.4級。它既可作為檢定一般壓力錶的標準器還可以作為高精度壓力測量之用。1.壓力計的選型返本節目錄返本章目錄3.6.2壓力計的使用2.壓力計的安裝（1）取壓口位置的確定取壓點應選在被測介質流動的直管道上取壓口開孔位置的選擇應使壓力信號走向合理取壓口應無機械振動或振動不至於引起設備損壞測量差壓時，兩個取壓口應在同一水平面上在管壁上開一形狀規整的取壓口取壓口與儀錶（測壓口）應在同一水平面上返本節目錄返本章目錄3.6.2壓力計的使用2.壓力計的安裝（2）導壓管的敷設導壓管的長度與直徑一般在工業測量中，為減小壓力損失，管路長度不得超過60m，測量高溫介質時不得小於3m；導壓管直徑一般在7～38mm之間。返本節目錄返本章目錄3.6.2壓力計的使用2.壓力計的安裝（2）導壓管的敷設管路應垂直或傾斜敷設，傾斜度至少為3/100，一般為1/12；測量液體時最高處安裝集氣器；測量氣體時最低處應安裝水分離器；當被測介質有可能產生沉澱物析出時，應安裝沉降器和排汙閥；測量差壓時，兩根導壓管要平行放置，並儘量靠近以使兩導壓管內的介質溫度相等，壓力損失相等；導壓管的敷設返本節目錄返本章目錄3.6.2壓力計的使用1.壓力計的安裝（3）壓力錶的安裝安裝位置應易於檢修、觀察。測高溫流體或蒸汽壓力時應加裝回轉冷凝管；對於測量波動頻繁的壓力，如壓縮機出口、泵出口等，可增裝阻尼裝置；測量腐蝕介質時，必須採取保護措施，安裝隔離罐。返本節目錄返本章目錄第4章流量的測量本章介紹了體積式流量計、品質流量計和流量標準裝置。返總目錄教學目錄：4.1概述4.2差壓式流量計4.3轉子流量計4.4靶式流量計4.5速度式流量計4.6容積式流量計4.7品質流量計4.8流量校驗系統4.9流量計的應用返總目錄4.1概述4.1.2流量計的分類重點：流量的概念。難點：流量的計算公式。重點：流量的測量方法。難點：流量計的測量特性。4.1.1流量的概念返本章目錄4.1.1流量的概念流體的流量是指在短暫時間內流過某一流通截面的流體數量與通過時間之比。體積流量品質流量返本節目錄返本章目錄4.1.2流量計的分類1．流量測量方法流量檢測方法可以歸納為體積流量檢測和品質流量檢測兩種方式。

2.流量計的測量特性（1）流量方程式

（2）儀錶係數（3）壓力損失

返本節目錄返本章目錄4.2差壓式流量計差壓式流量計是在流通管道上設置流動阻力件，流體通過阻力件時將產生壓力差，此壓力差與流體流量之間有確定的數值關係，通過測量差壓值可以求得流體流量。最常用的差壓式流量計是由產生差壓的裝置和差壓計組合而成。返本章目錄4.2差壓式流量計4.2.2節流裝置

重點：節流式流量計測量原理。難點：流量係數。重點：標準節流裝置、取壓方式。難點：取壓方式。4.2.1節流式流量計測量原理4.2.3節流裝置的其他輔件

重點：冷凝器、集氣器和沉降器。難點：隔離器。返本章目錄4.2差壓式流量計4.2.4節流式流量計的安裝使用

重點：節流裝置、差壓計、引壓管的安裝。難點：導壓管路的安裝。重點：均速管流量計。難點：彎管流量計。4.2.5其他差壓式流量計

返本章目錄4.2.1節流式流量計測量原理1.節流的概念節流就是流體在流動中因流通面積變小而受到局部收縮的現象。

返本節目錄返本章目錄vpP1δP2v1v3x3.可壓縮流體的流量方程式表示為4.2.1節流式流量計測量原理

α是流量係數，與節流元件形式、直徑比、取壓方式、流動雷諾數Re及管道粗糙度等多種因素有關。由於影響因素複雜，通常流量係數α要由實驗來確定。

返本節目錄返本章目錄2.不可壓縮流