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1、1.1 1.1 过程参数检测基本概念过程参数检测基本概念 过程检测技术：研究对生产过程和运动对象实施自动定性检查和定量测量的技术。检测技术：人们为了对自然界的物质进行定量掌握或定性判断所采取技术措施的总称。 检测仪表：进行测量所需要的技术工具的总称。 检测系统：检测仪表的有机组合。 浓度计双金属温度计1.2 1.2 检测仪表（方法）的分类检测仪表（方法）的分类 1.2.1 按被测参数分类 电气参数：电能、电流、电压、频率等； 机械参数：重量、距离、振动、缺陷检查、故障诊断等; 过程参数：主要指热工参数，包括 温度、压力、流量、物位、成份等。 1.2.2 按使用性质分类 工业用表：在实际工业现场
2、长期使用的仪表； 实验室仪表：在实验室条件下使用 的仪表； 标准表：专用于校准工业用表和实验室仪表的仪表。 1.2.3 按是否接触被测物质分类 接触式仪表：检测元件与被测对象（或介质）直接接触 ； 非接触式仪表：检测元件不与被测对象（或介质）直接接触。1.2.4 按仪表各环节连接方式分类 开环式仪表 闭环式仪表 1.2.5 按获得检测结果的手段分类 直接测量 间接测量 组合测量 1.2.6 按检测方式分类 偏差式 零位式 微差式 1.2.7 按检测系统是否向被测对象施加能量分类 主动式 被动式 1.3 1.3 检测仪表的性能指标检测仪表的性能指标1.3.1 检测仪表的静态特性 精确度 精确度：
3、仪表给出接近于被测量真值的示值的能力。精确度等级：仪表符合一定的测量要求，使其误差保持在规定极限以内的级别。通常采用仪表允许的最大绝对误差与仪表量程之比的百分数 表示，称为相对百分误差，即目前，常用仪表的精确度等级有：0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等。工业自动化仪表的精度等级一般在0.24.0级之间。 例：一台仪表的相对百分误差为1.0%，则其精确度等级为1.0级；另一台仪表的相对百分误差为0.3%，由于国家规定的标准精确度等级中没有0.3级，所以该仪表的精确度等级为0.5级。举例例：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
4、准确度等级。 解：该仪表的相对百分误差为 如果将该仪表的去掉“”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。 线性度 线性度：仪表的实测输入输出特性曲线偏离理想直线型输入输出特性曲线的程度。 灵敏度灵敏度：仪表的响应变化（输出量增量）与相应激励变化（输入量增量）之比，它表示单位被测量的变化所引起的仪表输出量的变化量。 灵敏度阈、分辨率只有当输入量的变化大于某个限值以后，才会引起输出量的变化。这个限值就称为仪器的灵敏度阈，其单位与输入量的单位相同。分辨率是指测量装置能够区分被测
5、量最小变化量的能力。 变差变差也称回差，表示在外界条件不变的情况下，同一仪表对某一参数进行正反行程（即被测参数逐渐由小到大和逐渐由大到小）测量时，其输出特性（仪表的正向特性与反向特性）不一致的程度， 重复性 重复性有别于变差，是指仪表在同一工作环境且被测对象参数不变的条件下，输入量按同一方向进行多次（三次以上）全量程(0100%)测量，其输入输出特性曲线不一致的程度。1.3.2 检测仪表的动态特性动态特性是指检测仪表对随时间而变化的被测参数进行响应的性能。 动态误差动态误差：测量系统中被测参数信息处于变动状态下仪表示值与被测参数实际值之间的差异。 瞬态响应特性与稳态响应特性 确定检测仪表或系统
6、的动态特性通常有两种方法：一是在突然瞬变的非周期（如阶跃脉冲、斜坡）激励作用下，二是在振幅稳定不变的正弦激励作用下。 瞬态响应特性参数 a）时间常数T。 b）滞后时间。 稳态响应特性 1.4 1.4 检测技术及仪表的发展检测技术及仪表的发展 虚拟仪器 软测量技术 模糊传感器 多传感器数据融合1.5 1.5 测量误差测量误差测量误差是指检测仪表的测量值与被测物理量的真实值之间的差值。它的大小反映检测仪表的检测精度。1.5.1 测量误差的表示方法 绝对误差被测变量的测量值x与真实值x0之间的差值称为绝对误差x， 相对误差相对误差比绝对误差更能说明测量值的准确程度。 实际相对误差实际相对误差是指被测
7、变量的绝对误差与真实值的比值。 示值相对误差示值相对误差也叫标称相对误差，是指被测变量的绝对误差与测量值的比值。 引用相对误差引用相对误差也叫相对百分误差，是指被测变量的绝对误差与仪表量程比值的百分数。 在实际应用中，通常采用最大引用相对误差来描述测量的准确程度。 1.5.2 测量误差的分类及来源1.5.2.1 测量误差的分类 系统误差 随机误差 粗大误差 1.5.2.2 测量误差的来源 测量过程中产生的误差 测量方法 装置（或仪器）误差 环境误差 主观误差 测量数据处理时产生的误差 有效数字的化整误差 各种数学或物理常数引起的误差 各种近似计算方法带来的误差2 温度检测技术及仪表过程检测技术
8、及仪表2.1 概述 2.2 膨胀式温度计 2.3 热电阻温度计 2.4 热电偶温度计 2.5 辐射式温度计 2.6 光纤温度计 2.7 集成温度传感器 2.8 温度检测仪表的选用 内容安排 ：2.1 2.1 概述概述温度：表征物体冷热程度的物理量。是物体内部分子热运动平均动能的标志。 温度的测量方法：只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量。 2.1.2 温标2.1.1 温度的基本概念温标：为了保证温度量值的统一和准确而建立起来的温度标尺。它规定了温度的读数起点（零点）和测量温度的基本单位。 温标三要素： 固定的温度点（即基准点）、 测温仪器、 温标方程。 2.1.2.1 华氏温标标准大气压
9、下，氯化氨和冰的混合物为0华氏度，水的冰点为32华氏度，水的沸点为212华氏度，在沸点和冰点两固定点中间等分180份，每份为1华氏度，单位符号记为F。 低 温高 温2.1.2.2 摄氏温标标准大气压下，水的冰点为0摄氏度，水的沸点为100摄氏度，中间划分100等份，每份为1摄氏度，用符号t表示，单位符号记为。 2.1.2.3 热力学温标（绝对温标）以水的三相点(固、液、气三相并存)作为273.16，将1/273.16定义为1K。热力学温度的起点为绝对零度，所以它不可能为负值，且冰点为273.15K，沸点为373.15K。注意水的冰点和三相点是不一样的，两者相差0.01K。 2.1.2.4 国际
10、实用温标国际温标规定以开尔文表示热力学温度，以K为单位，1K等于水三相点热力学温度的1/273.16。 几种温标的对比几种温标的对比 人体的 正常体温为 37 C ，相 当于华氏温 度多少度？2.1.3 温度检测仪表分类2.2 2.2 膨胀式温度计膨胀式温度计膨胀式温度计：基于物质的热胀冷缩现象，通过测量物质的膨胀或收缩量来反映 被测温度的高低。 2.2.1 玻璃管液体温度计组成：玻璃温包、毛细管和刻度标尺。液体受热后体积的变化量公式 除了水银温度计以外，还有有机液体温度计，它们主要用于测量低温。 实验室用玻璃管液体温度计适用于科研单位使用，具有较高的精度和灵敏度。 工业用水银温度计的尾部有直
11、的、90弯角的和135弯角的三种。 2.2.2 双金属温度计用两片线膨胀系数不同的金属片叠焊在一起制成的，将其一端固定，另一端（称为自由端）通过传动机构与指针相连。 双金属片 螺旋形感温元件是用双金属片制成的，它的一端固定，另一端(自由端)连接在芯轴上，外部加一金属套管。 可以直接测量生产过程中的-80+500范围内液体、蒸汽和气体介质温度。 工业上广泛采用的指示式双金属温度计 用双金属片制成的温度计通常还被用作温度继电控制器、极值温度信号器或某一仪表的温度补偿器 双金属温度信号器 2.2.3 压力式温度计基于物质受热膨胀的原理测量温度。它不是靠物质受热膨胀后体积变化来指示温度，而是靠在密闭容
12、器中液体、气体或蒸气受热后压力的变化来测温的。 内装工作物质 ： 气体式一般充氮气；液体式一般充二甲苯或甲醇；蒸气式一般充有丙酮、氯甲烷或乙醚等。 组成：温包、毛细管和弹簧管。 热电阻温度传感器材料的选择标准：（1）电阻温度系数要大，以得到高敏感度；（2）在测温范围内化学与物理性能要稳定；（3）复现性要好；（4）电阻率要大，以得到小体积的元件，进而保证热容量和热惯性小，使得对温度变化的响应比较快；（5）电阻温度特性尽可能接近线性，以便于分度和读数；（6）价格相对低廉。2.3 2.3 热电阻温度计热电阻温度计利用金属导体或半导体材料的电阻率随温度而变化的特性进行温度测量。 2.3.1 金属热电阻
13、温度计优点：测温准确度高，信号便于传送。缺点：不能测太高的温度，需外部电源供电，连接导线的电阻易受环境温度影响而产生测量误差。2.3.1.1 2.3.1.1 常用热电阻常用热电阻 铂热电阻u 优点：精度高，稳定性好，性能可靠。在氧化性的气氛中，甚至在高温下的物理化学性质都非常稳定。它易于提纯，复现性好，有良好的工艺性，可以制成极细的铂丝或极薄的铂箔。与其他热电阻材料相比，有较高的电阻率。u 缺点：电阻温度系数较小，在还原性气氛中，特别是在高温下易被沾污变脆，价格较贵。电阻温度关系式：在200 0范围内，铂的电阻温度关系为 Rt = R0 1 + At + Bt2 + C( t100 )t3 在
14、0 650范围内，其关系为 Rt = R0 ( 1 + At + Bt2 )附表21 Pt100热电阻分度表目前，工业铂电阻的R0值有10和100两种，对应的分度号分别为Pt10和Pt100，其分度表（给出阻值和温度的关系）见附录二。 铜热电阻在50150的温度范围内，铜热电阻与温度之间的关系为目前，国内工业用铜热电阻的R0值有50和100两种，对应的分度号分别为Cu50和Cu100，相应的分度表见附录二。特点：它的电阻值与温度的关系是线性的，电阻温度系数也比较大，而且材料易提纯，价格比较便宜，但它的电阻率低，易于氧化。铜热电阻结构示意图 铂热电阻结构示意图铠装热电阻的结构 1不锈钢管；2感温
15、元件；3内引线；4氧化镁绝缘材料2.3.1.2 热电阻的结构 普通工业用热电阻的结构 1热电阻丝；2电阻体支架；3引线；4绝缘瓷管；5保护套管；6连接法兰；7接线盒；8引线孔。2.3.2 半导体热敏电阻温度计优点：热敏电阻的温度系数比金属大，约大49倍；电阻率大，因此 可以制成极小的电阻元件，体积小；结构简单、机械性能好。 热敏电阻可分为正温度系数(PTC)、负温度系数(NTC)和临界温度系数(CTR)三种类型。 热敏电阻的主要特性 温度特性 伏安特性 热敏电阻的结构 热敏电阻的主要参数 标称电阻值RH 耗散系数H 热容量C 能量灵敏度G 时间常数 额定功率PE 热敏电阻的线性化NTC的几种组
16、合电路及其热电特性曲线：2.3.3 热电阻温度传感器的应用热电阻测温电桥的三线制接法 热电阻与测量电桥连接有二线制、三线制和四线制三种。热电阻测温电桥的二线制接法 在使用热电阻测温时，应注意如下问题： 应根据测温范围及被测温度场气氛等因素选择热电阻的类型和规格参数； 安装地点应避开加热源和炉门； 热电阻最好垂直安装； 热电阻的插入深度应大于其保护套管外径的810倍； 使用中应保持电阻丝与保护套管之间具有良好的绝缘。热电阻测温电桥的四线制接法 先看一个实验热电偶工作原理演示 结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。 热电极A右端称为 ： 自 由端、 参考端 、冷端 左端称为 ：测量 端、工
