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1、,检测技术与自动化仪表,参数检测,河南理工大学精品课程,第二章 参数检测,本章主要对自然界的非电量参数，诸如温度、压力、物位、流量、机械量、成分等几种参数的组成原理、检测方法及其实现技术等问题进行简要介绍。,第一节 概述,一、 参数检测的意义 参数检测是把反映生产过程状态的参数定量化，并提供出对控制生产有效而适当的信息，从而使生产管理、质量管理、原材料和能源消耗等处于最佳化。,二、参数检测的一般方法,参数的检测是以自然规律为基础，利用某些敏感元件特有的物理、化学和生物等效应，把被测变量的变化转换为敏感元件某一物理(化学)量的变化。,第一节 概述,光学法：利用光的发射、透射、折射、和反射定律或性
2、质进行检测,红外测温仪,第一节 概述,力学法：利用敏感元件把被测量转变成机械位移、变形,弹簧秤,第一节 概述,热学法：根据被测介质的热物理量(参数)的差异以及热平衡原理进行参数的检测,热线风速仪,第一节 概述,电学法：利用敏感元件把被测变量转换成电压、电阻、电容等电学量,电子体温计用 NTC热敏电阻,第一节 概述,声学法：利用超声波在介质中的传播以及在介质间界面处的反射等性质进行参数的检测,超声波流量计,第一节 概述,磁学法：利用被测介质有关磁性参数的差异及被测介质或敏感元件在磁场中表现出的特性，检测被测变量,电磁流量计,第一节 概述,射线法：放射线穿过介质时部分能量会被物质吸收，吸收程度与射
3、线所穿过的物质层厚度、物质的密度等性质有关,X射线探伤,第一节 概述,对于同一参数的检测，可以用不同的敏感元件来实现，但由于被测对象是千差万别的，敏感元件的特性也不一样，因此在选择敏感元件时要考虑以下因素：,（1）敏感元件的适用范围,（2）敏感元件的参数测量范围,（3）敏感元件的输出特性,第一节 概述,三、常见的检测参数,热工量： 温度t（ 、K、 ） 例：0 等于32 ， 20 等于68 ， 100 等于212 压力（压强）p（Pa）、压差 p 、真空度、流量q（t、m 3 ）、流速v（m/s）、物位、液位h（m） 机械量： 尺寸（长度、厚度、角度）、直线位移x（m）、角位移、速度、加速度a
4、（ m/s2） 、转速n（r/min）、应变 （m/m ）、力矩T（Nm）、振动、噪声、质量（重量）m（kg、t）,第一节 概述,物体的性质和成分量： 空气的湿度（绝对、相对）、气体的化学成分、浓度、液体的粘度、浊度等 状态量： 颜色、透明度、缺陷、表面质量（粗糙度、白度、灰度）等。 电工量（U、I、f、R、Z、E、B 在电工、电子等课程中讲授，大多数不属于本课程的范围。）,常见的检测参数（续）,第一节 概述,第二节 温度的检测,一、 概述 1、温度的概念 温度是表征物体冷热程度的物理量。 温度的宏观概念是建立在热平衡基础上的。任意两个温度不同的物体，只要有温度差存在，热量就会从高温物体向低温
5、物体传递，直到两物体温度相等，即达到热平衡为止。 温度的微观概念是大量分子运动平均强度的表示。分子运动愈激烈其温度表现越高。,当两个物体同处于一个系统中而达到热平衡时，则它们就具有相同的温度。因此可以从一个物体的温度得知另一个物体的温度，这就是测温的依据。如果事先已经知道一个物体的某些性质或状态随温度变化的确定关系，就可以以温度来量度其性质或状态的变化情况，这就是设计与制作温度计的数学物理基础。,温度的测量：,第二节 温度的检测,2、温标,为了保证温度量值的准确和统一，应该建立一个用来衡量温度的标准尺度，简称为温标。,建立现代化的温标必须具备以下三个条件： （1）固定温度点 （2）测温仪器 （
6、3）温标方程,第二节 温度的检测,常用温标：,（1）经验温标 借助于某一种物质的物理量与温度变化的关系，用实验的方法或经验公式所确定的温标称为经验温标。（、 ）,摄氏温标 摄氏温标规定标准大气压下纯水的冰融点为0度，水沸点为100度，中间等分为100格，每格为摄氏1度，符号为,华氏温标 华氏温标规定标准大气压下纯水的冰融点为32度，水沸点为212度，中间等分180格，每格为华氏1度，符号为。,缺点：局限性和随意性,第二节 温度的检测,（2）热力学温标 以热力学第二定律为基础的一种理论温标，已被国际计量大会采纳作为国际统一的基本温标。 （ K ）,它规定分子运动停止时的温度为绝对零度。它建于热力
7、学基础，体现出温度仅与热量有关而与测温物质的任何物理性质无关的理想温标。,缺点：不适于实际应用,第二节 温度的检测,（3）国际实用温标 为了使用方便，国际上协商确定，建立一种既使用方便、容易实现，又能体现热力学温度(即具有较高准确度)的温标，这就是国际实用温标，又称国际温标。（ K ）,具备的条件： （1）尽可能接近热力学温标 （2）复现精度高，各国均能以很高的准确度复现同样的温标，确保温度量值的统一 （3）用于复现温标的标准温度计，使用方便，性能稳定,第二节 温度的检测,4、测温方法,（1）接触式测温 （2）非接触式测温,感温元件直接与被测对象相接触，两者进行充分的热交换，最后达到热平衡，此
8、时感温元件的温度与被测对象的温度必然相等，温度计的示值就是被测对象的温度。,感温元件不与被测对象直接接触，而是通过接受被测物体的热辐射能实现热交换，据此测出被测对象的温度。,第二节 温度的检测,接触式与非接触式测温特点比较,接触式测温：,膨胀式温度计：测温敏感元件在受热后尺寸或体积会发生变化，该变化与温度具有一定的函数关系,玻璃液体温度计,第二节 温度的检测,双金属温度计,固体膨胀式温度计,第二节 温度的检测,第二节 温度的检测,压力式温度计：根据一定质量的液体、气体在定容条件下其压力与温度呈确定函数关系的原理制成的,第二节 温度的检测,第二节 温度的检测,热电阻温度计：利用金属(包括合金)导
9、体或金属氧化物半导体做测温质，利用随温度而变化的电阻值来进行测温的,第二节 温度的检测,热电偶温度计：基于塞贝克热电动势效应,第二节 温度的检测,热敏电阻温度计：用电阻值随电阻体温度而显著变化的半导体电阻制成的,第二节 温度的检测,非接触式测温：,任何物体，若其温度超过绝对零度，就会以电磁波的形式向周围辐射能量。其中与物体本身温度有关的传播热能的那部分辐射，称为热辐射。而把能检测被测物体热辐射能量，进而确定被测物体温度的仪表，通称为辐射式温度计。,第二节 温度的检测,辐射测温仪表主要组成,第二节 温度的检测,光学高温计：将物体的光谱辐射亮度和标准光源的光谱辐射亮度进行比较，来确定待测物体的温度
10、。,第二节 温度的检测,光电高温计：克服了光学高温计的主要缺点,第二节 温度的检测,全辐射温度计：基于被测物体的辐射热效应进行工作,第二节 温度的检测,比色温度计：通过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,第二节 温度的检测,红外温测：基于辐射原理,第二节 温度的检测,第三节 压力的检测,一、 概述 1、基本概念 工程上把垂直均匀作用在单位面积上的力称为压力，即物理学中定义的压强。（Pa）,（1）绝对压力 作用与物体表面上的全部压力,描述方法：,（2）大气压力 地球表面上的空气柱重力所产生 的平均压力,（3）相对压力 绝对压力与大气压力之差,（4）差压 任意两个压力之
11、差,第三节 压力的检测,二、压力检测的主要方法及检测仪表,1.平衡法：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 2.弹性法：利用各种形式的弹性元件，在被测介质的表压力或负压力作用下产生的弹性变形来反映被测压力的大小 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,第三节 压力的检测,（1）液柱式压力检测 根据流体静力学原理，把被测压力转换成液柱高度来实现测量,U型压力计,第三节 压力的检测,U形管压力计,P=P1P2 =g(h1+h2),提高工作液密度将增加压力的测量范围，但灵敏度要降低。,第三节 压力的检测,（2）弹性式压力检测 根据弹性元件受力
12、变形的原理，将被 测压力转换成位移来实现测量,常用弹性元件,第三节 压力的检测,弹性压力计的组成框图,第三节 压力的检测,弹簧管压力计,第三节 压力的检测,（3）负荷式压力检测 基于静力平衡原理进行压力测量,活塞式压力计,第三节 压力的检测,第三节 压力的检测,（4）电气式压力检测 利用敏感元件将被测压力转换成各种电量，如电阻、电感、电容、电位差等,压电式压力传感器,第三节 压力的检测,一般用压力表传递压力信息的距离不能很远，要向远距离传输压力信息，往往是将弹性测压元件与电气传感器相结合构成压力变送器，工业上常称为差压变送器。它能以统一信号进行传输、显示和控制。,（5）压力变送器,第三节 压力
13、的检测,电容式压力变送器,第三节 压力的检测,三、 压力仪表的选择,1. 仪表量程的选择 被测压力较稳定：最大工作压力不应超过 仪表满量程的3/4 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2/3 为保证测量准确度：最小工作压力不应低于满量程的1/3 优先满足最大工作压力条件,第三节 压力的检测,2、仪表精度的选择,压力检测仪表的精度主要根据生产允许的最大误差来确定，即要求实际被测压力允许的最大绝对误差应小于仪表的基本误差。 根据生产允许的最大测量误差确定仪表的精度尽可能选用精度较低，价廉耐用的压力仪表,第三节 压力的检测,3、仪表类型的选择,被测介质的性质 对仪表输出信号
14、的要求 使用的环境,第四节 流量的检测,一、 基本概念 流体的流量是指在短暂时间内流过某一流通截面的流体数量与通过时间之比，该时间足够短以致可认为在此期间的流动是稳定的，此流量又称瞬时流量。,流体数量以体积表示称为体积流量 ：,流体数量以质量表示称为质量流量 ：,生产过程中有时还需要测量某段时间之内流体通过的累积总量，称为累积流量，也常被称为总流量。,第四节 流量的检测,二、流量检测方法及常用的流量检测仪表,1、节流差压法 在管路内安装上节流元件，使流体在此处流动状态发生变化，造成节流元件的上、下游间产生压力差。由于此压力差和流量间有一定函数关系，因此，检测此压差，即可变换出流量。,第四节 流
15、量的检测,第四节 流量的检测,节流孔板,流速变快，压力变小,第四节 流量的检测,节流装置（取压管及内部的节流孔板）,节流孔板,后取压管,前取压管,流体通过节流孔板时，流速加快，后取压管处的压力减小。,第四节 流量的检测,2、容积法 按一定的容积空间输送流体，容积空间的运动次数(或运动速度)与流量成正比。记录运动次数或速度，则可得出一段时间内的累积流量。容积式流量计，有椭园齿轮式流量计、膜式煤气表及旋转叶轮式水表等。,第四节 流量的检测,第四节 流量的检测,每转一周，两个齿轮共送出四个标准体积的流体。,第四节 流量的检测,3、速度法 测出流体的流速，再乘以管道截面即可得出流量。按对流速测量的办法
16、不同，能构成多种多样的流量仪表和检测系统。,第四节 流量的检测,4、流体阻力法 利用流体流动给设置在管道中的阻力体以作用力，作用力大小和流量大小有关。,靶式流量计,第四节 流量的检测,（5）流体振动法 在管道的特定条件下，使流体流过后产生振动，可得到与流量成正比的频率输出信号,旋涡分离情况示意图,第四节 流量的检测,上海肯特智能有限公司卡门涡街流量计演示,气体或液体管道及涡流发生锥体,第四节 流量的检测,在工业生产中，由于物料平衡，热平衡以及储存、经济核算等所需要的都是质量，并非体积，所以在测量工作中，常需将测出的体积流量，乘以密度换算成质量流量。 但由于密度随温度、压力而变化，所以在测量流体体积流量时，要同时测量流体的压力和密度，进而求出质量流量。在温度、压力变化比较频繁的情况下，难以达到测量的目的。这样便希望用质量流量计来测量质量流量，而无需再人工进行上述换算。,6、质量流量检测,第四节 流量的检测,直接法：,科里奥利质量
