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1、宋彤过程检测技术及仪表宋彤过程检测技术及仪表检测技术小结检测技术小结第1章1. 1. 知识要点知识要点知识要点知识要点1.11.1检测技术与检测仪表检测技术与检测仪表检测技术与检测仪表检测技术与检测仪表 检测过程检测过程检测过程检测过程: :能量转换能量转换能量转换能量转换+ +与标准单位比较与标准单位比较与标准单位比较与标准单位比较 检测系统的构成检测系统的构成检测系统的构成检测系统的构成( (方框图方框图方框图方框图) )。1.21.2检测仪表的基本性能检测仪表的基本性能检测仪表的基本性能检测仪表的基本性能 概念及描述式概念及描述式概念及描述式概念及描述式 准确度与精度等级准确度与精度等级
2、准确度与精度等级准确度与精度等级 仪表的准确度通常用仪表满刻度相对百分误差略仪表的准确度通常用仪表满刻度相对百分误差略仪表的准确度通常用仪表满刻度相对百分误差略仪表的准确度通常用仪表满刻度相对百分误差略去百分号来表示，也称精度或精确度。去百分号来表示，也称精度或精确度。去百分号来表示，也称精度或精确度。去百分号来表示，也称精度或精确度。 精度等级的数值越小，仪表的准确度越高，或者精度等级的数值越小，仪表的准确度越高，或者精度等级的数值越小，仪表的准确度越高，或者精度等级的数值越小，仪表的准确度越高，或者说仪表的测量误差越小。说仪表的测量误差越小。说仪表的测量误差越小。说仪表的测量误差越小。第第
3、2章章 检测技术与检测元件检测技术与检测元件 2.1 2.1 各种元件的工作原理及特点各种元件的工作原理及特点各种元件的工作原理及特点各种元件的工作原理及特点知识要点知识要点知识要点知识要点（1 1）机械式检测元件）机械式检测元件）机械式检测元件）机械式检测元件 机械式检测元件是将被测量转换为机械量信号机械式检测元件是将被测量转换为机械量信号机械式检测元件是将被测量转换为机械量信号机械式检测元件是将被测量转换为机械量信号（如位移、振动频率、转角等），主要有弹性式（如位移、振动频率、转角等），主要有弹性式（如位移、振动频率、转角等），主要有弹性式（如位移、振动频率、转角等），主要有弹性式检测元件
4、和振动式检测元件。检测元件和振动式检测元件。检测元件和振动式检测元件。检测元件和振动式检测元件。（2 2）电阻式检测元件）电阻式检测元件）电阻式检测元件）电阻式检测元件 电阻式检测元件的基本原理是将被测物理量转换电阻式检测元件的基本原理是将被测物理量转换电阻式检测元件的基本原理是将被测物理量转换电阻式检测元件的基本原理是将被测物理量转换成元件的电阻值的变化。常用的检测元件有电阻成元件的电阻值的变化。常用的检测元件有电阻成元件的电阻值的变化。常用的检测元件有电阻成元件的电阻值的变化。常用的检测元件有电阻应变元件、热电阻等。应变元件、热电阻等。应变元件、热电阻等。应变元件、热电阻等。 l l应变式
5、检测元件（电阻应变片）应变式检测元件（电阻应变片）应变式检测元件（电阻应变片）应变式检测元件（电阻应变片） 电阻应变片是基于电阻应变片是基于电阻应变片是基于电阻应变片是基于“ “应变效应应变效应应变效应应变效应” ”工作的，即导体工作的，即导体工作的，即导体工作的，即导体或半导体材料在外力作用下产生机械变形，引起或半导体材料在外力作用下产生机械变形，引起或半导体材料在外力作用下产生机械变形，引起或半导体材料在外力作用下产生机械变形，引起其电阻值的改变。其电阻值的改变。其电阻值的改变。其电阻值的改变。l l热电阻式检测元件热电阻式检测元件热电阻式检测元件热电阻式检测元件 物质的电阻率随温度的变化
6、而变化的特性称为热物质的电阻率随温度的变化而变化的特性称为热物质的电阻率随温度的变化而变化的特性称为热物质的电阻率随温度的变化而变化的特性称为热电阻效应，利用热电阻效应制成的检测元件称为电阻效应，利用热电阻效应制成的检测元件称为电阻效应，利用热电阻效应制成的检测元件称为电阻效应，利用热电阻效应制成的检测元件称为热电阻。热电阻分为金属热电阻和半导体热敏电热电阻。热电阻分为金属热电阻和半导体热敏电热电阻。热电阻分为金属热电阻和半导体热敏电热电阻。热电阻分为金属热电阻和半导体热敏电阻两大类。阻两大类。阻两大类。阻两大类。 金属热电阻金属热电阻金属热电阻金属热电阻 常用的金属热电阻有铂电阻和铜电阻等。
7、常用的金属热电阻有铂电阻和铜电阻等。常用的金属热电阻有铂电阻和铜电阻等。常用的金属热电阻有铂电阻和铜电阻等。a .a .铂电阻铂电阻铂电阻铂电阻 铂电阻有很好的化学稳定性，且复现性好，可作铂电阻有很好的化学稳定性，且复现性好，可作铂电阻有很好的化学稳定性，且复现性好，可作铂电阻有很好的化学稳定性，且复现性好，可作为基准电阻和标准热电阻，为基准电阻和标准热电阻，为基准电阻和标准热电阻，为基准电阻和标准热电阻， 温度测量范围为温度测量范围为温度测量范围为温度测量范围为-200 850 -200 850 。b .b .铜电阻铜电阻铜电阻铜电阻 铜电阻具有电阻温度系数大，易加工，线性好等铜电阻具有电阻
8、温度系数大，易加工，线性好等铜电阻具有电阻温度系数大，易加工，线性好等铜电阻具有电阻温度系数大，易加工，线性好等优点。但易被氧化，优点。但易被氧化，优点。但易被氧化，优点。但易被氧化， 测量范围一般为测量范围一般为测量范围一般为测量范围一般为 -50150 -50150 。 热敏电阻热敏电阻热敏电阻热敏电阻 热敏电阻是由金属氧化物或半导体材料制成的热热敏电阻是由金属氧化物或半导体材料制成的热热敏电阻是由金属氧化物或半导体材料制成的热热敏电阻是由金属氧化物或半导体材料制成的热敏元件。敏元件。敏元件。敏元件。种类：种类：种类：种类： 负温度系数（负温度系数（负温度系数（负温度系数（ NTC NTC
9、 ）热敏电阻、）热敏电阻、）热敏电阻、）热敏电阻、 正温度系数正温度系数正温度系数正温度系数 ( P TC ( P TC ）热敏电阻、）热敏电阻、）热敏电阻、）热敏电阻、 临界温度（临界温度（临界温度（临界温度（ CTR CTR ）热敏电阻三种。）热敏电阻三种。）热敏电阻三种。）热敏电阻三种。 热敏电阻的电阻值高，且电阻温度系数大，化学热敏电阻的电阻值高，且电阻温度系数大，化学热敏电阻的电阻值高，且电阻温度系数大，化学热敏电阻的电阻值高，且电阻温度系数大，化学稳定性好，稳定性好，稳定性好，稳定性好， 测温范围在测温范围在测温范围在测温范围在 -100300 -100300 之间。之间。之间。之
10、间。（3 3） 电容式检测元件电容式检测元件电容式检测元件电容式检测元件 电容式检测元件实际上是一种可变电容器，它能将电容式检测元件实际上是一种可变电容器，它能将电容式检测元件实际上是一种可变电容器，它能将电容式检测元件实际上是一种可变电容器，它能将被测量的变化转换为电容量的变化。被测量的变化转换为电容量的变化。被测量的变化转换为电容量的变化。被测量的变化转换为电容量的变化。 变极距式电容器变极距式电容器变极距式电容器变极距式电容器 变面积式电容器变面积式电容器变面积式电容器变面积式电容器 变介电常数式电容器变介电常数式电容器变介电常数式电容器变介电常数式电容器l l利用电容式检测元件可测量压
11、力、差压、物位等参利用电容式检测元件可测量压力、差压、物位等参利用电容式检测元件可测量压力、差压、物位等参利用电容式检测元件可测量压力、差压、物位等参数。数。数。数。l l在构成检测仪表时要注意温度和寄生电容等的影响，在构成检测仪表时要注意温度和寄生电容等的影响，在构成检测仪表时要注意温度和寄生电容等的影响，在构成检测仪表时要注意温度和寄生电容等的影响，并采取必要的补偿和抗干扰措施，以提高测量准确并采取必要的补偿和抗干扰措施，以提高测量准确并采取必要的补偿和抗干扰措施，以提高测量准确并采取必要的补偿和抗干扰措施，以提高测量准确度。度。度。度。（4 4） 热电式检测元件热电式检测元件热电式检测元
12、件热电式检测元件 热电偶检测元件热电偶检测元件热电偶检测元件热电偶检测元件 热电偶的热电势主要由接触电势产生，所以闭合热电偶的热电势主要由接触电势产生，所以闭合热电偶的热电势主要由接触电势产生，所以闭合热电偶的热电势主要由接触电势产生，所以闭合回路的总电势可表示为回路的总电势可表示为回路的总电势可表示为回路的总电势可表示为热电偶基本定律，热电偶基本定律，热电偶基本定律，热电偶基本定律， 均质导体定律均质导体定律均质导体定律均质导体定律 热电势与导体的几何尺寸、接点以热电势与导体的几何尺寸、接点以热电势与导体的几何尺寸、接点以热电势与导体的几何尺寸、接点以 外处的温度无外处的温度无外处的温度无外
13、处的温度无关。关。关。关。 中间导体定律中间导体定律中间导体定律中间导体定律 在热电偶回路中接入第三种导体，只要该导体两在热电偶回路中接入第三种导体，只要该导体两在热电偶回路中接入第三种导体，只要该导体两在热电偶回路中接入第三种导体，只要该导体两端温度相同，则该导体的接入不会改变原热电偶端温度相同，则该导体的接入不会改变原热电偶端温度相同，则该导体的接入不会改变原热电偶端温度相同，则该导体的接入不会改变原热电偶回路的总电势。回路的总电势。回路的总电势。回路的总电势。 中间温度定律中间温度定律中间温度定律中间温度定律 设在热电偶两接点设在热电偶两接点设在热电偶两接点设在热电偶两接点 A A 、
14、B B 间有一点间有一点间有一点间有一点 C C ，则存在，则存在，则存在，则存在l l热电偶回路电势同时与两点温度热电偶回路电势同时与两点温度热电偶回路电势同时与两点温度热电偶回路电势同时与两点温度 T,TT,T0 0 有关，所有关，所有关，所有关，所以在使用时以在使用时以在使用时以在使用时 T T0 0 必须保持恒定或进行补偿，使得必须保持恒定或进行补偿，使得必须保持恒定或进行补偿，使得必须保持恒定或进行补偿，使得热电势只与被测温度有关。热电势只与被测温度有关。热电势只与被测温度有关。热电势只与被测温度有关。晶体管温度检测元件晶体管温度检测元件晶体管温度检测元件晶体管温度检测元件 晶体二极
15、管的晶体二极管的晶体二极管的晶体二极管的 PN PN 结正向电压结正向电压结正向电压结正向电压 U Ud d 和晶体三极管和晶体三极管和晶体三极管和晶体三极管的基极、发射极间的电压的基极、发射极间的电压的基极、发射极间的电压的基极、发射极间的电压 U Ubebe 与温度与温度与温度与温度 T T 有关，利有关，利有关，利有关，利用这个原理可制成晶体管温度检测元件用这个原理可制成晶体管温度检测元件用这个原理可制成晶体管温度检测元件用这个原理可制成晶体管温度检测元件。(5)(5)压电式检测元件压电式检测元件压电式检测元件压电式检测元件l l某些材料在沿一定方向受外力作用时，在特定两某些材料在沿一定
16、方向受外力作用时，在特定两某些材料在沿一定方向受外力作用时，在特定两某些材料在沿一定方向受外力作用时，在特定两个相对表面上产生符号相反，数值相等的电荷现个相对表面上产生符号相反，数值相等的电荷现个相对表面上产生符号相反，数值相等的电荷现个相对表面上产生符号相反，数值相等的电荷现象称为正压电效应。电荷量与所受作用力成正比。象称为正压电效应。电荷量与所受作用力成正比。象称为正压电效应。电荷量与所受作用力成正比。象称为正压电效应。电荷量与所受作用力成正比。压电式检测元件就是基于压电效应利用压电材料压电式检测元件就是基于压电效应利用压电材料压电式检测元件就是基于压电效应利用压电材料压电式检测元件就是基
17、于压电效应利用压电材料作为敏感元件来实现参数测量的。作为敏感元件来实现参数测量的。作为敏感元件来实现参数测量的。作为敏感元件来实现参数测量的。(6)(6)光电式检测元件光电式检测元件光电式检测元件光电式检测元件 光电效应分为外光电效应和内光电效应。光电效应分为外光电效应和内光电效应。光电效应分为外光电效应和内光电效应。光电效应分为外光电效应和内光电效应。l l外光电效应外光电效应外光电效应外光电效应 在光线作用下，使其内部电子逸出物体表面的现象。在光线作用下，使其内部电子逸出物体表面的现象。在光线作用下，使其内部电子逸出物体表面的现象。在光线作用下，使其内部电子逸出物体表面的现象。 基于外光电
18、效应的光电器件有光电管、光电倍增管。基于外光电效应的光电器件有光电管、光电倍增管。基于外光电效应的光电器件有光电管、光电倍增管。基于外光电效应的光电器件有光电管、光电倍增管。l l内光电效应内光电效应内光电效应内光电效应 物体在光线作用下，其内部的原子释放电子，从而导物体在光线作用下，其内部的原子释放电子，从而导物体在光线作用下，其内部的原子释放电子，从而导物体在光线作用下，其内部的原子释放电子，从而导致物体的电阻率发生变化或产生电动势的现象称为内致物体的电阻率发生变化或产生电动势的现象称为内致物体的电阻率发生变化或产生电动势的现象称为内致物体的电阻率发生变化或产生电动势的现象称为内光电效应。
19、光电效应。光电效应。光电效应。 基于该效应的光电器件有光敏电阻、光电池、光敏二基于该效应的光电器件有光敏电阻、光电池、光敏二基于该效应的光电器件有光敏电阻、光电池、光敏二基于该效应的光电器件有光敏电阻、光电池、光敏二极管、光敏三极管等。极管、光敏三极管等。极管、光敏三极管等。极管、光敏三极管等。（7 7）霍尔检测元件）霍尔检测元件）霍尔检测元件）霍尔检测元件 霍尔检测元件是一种基于霍尔效应的检测元件，霍尔检测元件是一种基于霍尔效应的检测元件，霍尔检测元件是一种基于霍尔效应的检测元件，霍尔检测元件是一种基于霍尔效应的检测元件，它可将被测量，如电流、磁场、位移、压力等转它可将被测量，如电流、磁场、
20、位移、压力等转它可将被测量，如电流、磁场、位移、压力等转它可将被测量，如电流、磁场、位移、压力等转换成霍尔电压。换成霍尔电压。换成霍尔电压。换成霍尔电压。（8 8）核辐射式检测元件）核辐射式检测元件）核辐射式检测元件）核辐射式检测元件 核辐射式检测元件是利用被测物质对射线的吸收、核辐射式检测元件是利用被测物质对射线的吸收、核辐射式检测元件是利用被测物质对射线的吸收、核辐射式检测元件是利用被测物质对射线的吸收、散射、反射或射线对被测物质的电离作用而工作散射、反射或射线对被测物质的电离作用而工作散射、反射或射线对被测物质的电离作用而工作散射、反射或射线对被测物质的电离作用而工作的，当射线通过物质时
21、，因能量被吸收其强度逐的，当射线通过物质时，因能量被吸收其强度逐的，当射线通过物质时，因能量被吸收其强度逐的，当射线通过物质时，因能量被吸收其强度逐渐减弱，通过厚度为渐减弱，通过厚度为渐减弱，通过厚度为渐减弱，通过厚度为 x x 的物质后的辐射强度的物质后的辐射强度的物质后的辐射强度的物质后的辐射强度 I I 可可可可表示：表示：表示：表示：2.22.2 检测仪表的信号变换检测仪表的信号变换检测仪表的信号变换检测仪表的信号变换（1 1）常见信号变换方式）常见信号变换方式）常见信号变换方式）常见信号变换方式 信号变换按结构形式来分主要有简单直接式变换、差动信号变换按结构形式来分主要有简单直接式变
22、换、差动信号变换按结构形式来分主要有简单直接式变换、差动信号变换按结构形式来分主要有简单直接式变换、差动式变换、参比式变换和平衡（反馈）式变换。式变换、参比式变换和平衡（反馈）式变换。式变换、参比式变换和平衡（反馈）式变换。式变换、参比式变换和平衡（反馈）式变换。简单直接式变换简单直接式变换简单直接式变换简单直接式变换 简单直接式的特点简单直接式的特点简单直接式变换仪表是一种开环式仪表，结构简单，工作可简单直接式变换仪表是一种开环式仪表，结构简单，工作可靠，但仪表的准确度较低，信息能量传递效率较低。靠，但仪表的准确度较低，信息能量传递效率较低。差动式变换差动式变换差动式变换差动式变换 差动式变
23、换是采用两个转换元件同差动式变换是采用两个转换元件同差动式变换是采用两个转换元件同差动式变换是采用两个转换元件同时感受敏感元件的输出量，并把它转时感受敏感元件的输出量，并把它转时感受敏感元件的输出量，并把它转时感受敏感元件的输出量，并把它转换成两个性质相同，但沿反方向变化换成两个性质相同，但沿反方向变化换成两个性质相同，但沿反方向变化换成两个性质相同，但沿反方向变化的物理量（一般为电学量），如右上的物理量（一般为电学量），如右上的物理量（一般为电学量），如右上的物理量（一般为电学量），如右上图图图图 所示。通过转换电路进行差动放大。所示。通过转换电路进行差动放大。所示。通过转换电路进行差动放大
24、。所示。通过转换电路进行差动放大。右下图右下图右下图右下图 是两个典型的应用实例。是两个典型的应用实例。是两个典型的应用实例。是两个典型的应用实例。差动式变换特点：差动式变换特点：差动式变换特点：差动式变换特点：l l有效输出信号提高一倍，信噪比得有效输出信号提高一倍，信噪比得有效输出信号提高一倍，信噪比得有效输出信号提高一倍，信噪比得到改善；到改善；到改善；到改善；l l非线性误差减小；非线性误差减小；非线性误差减小；非线性误差减小；l l易于实现初始状态（易于实现初始状态（易于实现初始状态（易于实现初始状态（“ “零零零零” ”输人）输人）输人）输人）的零输出；的零输出；的零输出；的零输出
25、；l l能消除部分环境因素的影响。能消除部分环境因素的影响。能消除部分环境因素的影响。能消除部分环境因素的影响。参比式变换参比式变换参比式变换参比式变换l l参比式变换中采用两个性能参比式变换中采用两个性能参比式变换中采用两个性能参比式变换中采用两个性能完全相同的检测元件，它们完全相同的检测元件，它们完全相同的检测元件，它们完全相同的检测元件，它们同时感受环境条件量，但只同时感受环境条件量，但只同时感受环境条件量，但只同时感受环境条件量，但只有一个感受被测量。有一个感受被测量。有一个感受被测量。有一个感受被测量。l l采用参比式变换可以较好地采用参比式变换可以较好地采用参比式变换可以较好地采用
26、参比式变换可以较好地消除干扰来源明确的环境条消除干扰来源明确的环境条消除干扰来源明确的环境条消除干扰来源明确的环境条件量的影响。件量的影响。件量的影响。件量的影响。平衡（反馈）式变换平衡（反馈）式变换平衡（反馈）式变换平衡（反馈）式变换l 变换环节的信号输人、输出关系可近似为反馈系变换环节的信号输人、输出关系可近似为反馈系数的倒数。当反馈系数比较稳定时，整个变换环数的倒数。当反馈系数比较稳定时，整个变换环节就可以达到比较高的准确度。节就可以达到比较高的准确度。l 根据平衡时比较器的输入信号根据平衡时比较器的输入信号 xi 和和 xf 之间是否之间是否有差值，有无差随动式变换和有差随动式变换之有
27、差值，有无差随动式变换和有差随动式变换之分。分。（2 2） 检测仪表中常见的信号变换方法检测仪表中常见的信号变换方法检测仪表中常见的信号变换方法检测仪表中常见的信号变换方法 位移与电信号的变换位移与电信号的变换位移与电信号的变换位移与电信号的变换 常用的转换元件如下。常用的转换元件如下。常用的转换元件如下。常用的转换元件如下。. .霍尔元件霍尔元件霍尔元件霍尔元件: : 将霍尔元件置于非匀强磁场中（一般为将霍尔元件置于非匀强磁场中（一般为将霍尔元件置于非匀强磁场中（一般为将霍尔元件置于非匀强磁场中（一般为线性的），并与敏感元件自由端（产生位移端）相线性的），并与敏感元件自由端（产生位移端）相线
28、性的），并与敏感元件自由端（产生位移端）相线性的），并与敏感元件自由端（产生位移端）相连。当敏感元件的自由端产生位移，并带动霍尔元连。当敏感元件的自由端产生位移，并带动霍尔元连。当敏感元件的自由端产生位移，并带动霍尔元连。当敏感元件的自由端产生位移，并带动霍尔元件时，由于霍尔元件所受磁场强度的变化而改变霍件时，由于霍尔元件所受磁场强度的变化而改变霍件时，由于霍尔元件所受磁场强度的变化而改变霍件时，由于霍尔元件所受磁场强度的变化而改变霍尔电势。尔电势。尔电势。尔电势。. .电容器电容器电容器电容器: : 电容器由固定极板和动极板组成，当动极电容器由固定极板和动极板组成，当动极电容器由固定极板和动
29、极板组成，当动极电容器由固定极板和动极板组成，当动极板随敏感元件自由端变化时，电容器的电容量随之板随敏感元件自由端变化时，电容器的电容量随之板随敏感元件自由端变化时，电容器的电容量随之板随敏感元件自由端变化时，电容器的电容量随之而变，从而把位移转换成电容量。而变，从而把位移转换成电容量。而变，从而把位移转换成电容量。而变，从而把位移转换成电容量。. .差动变压器差动变压器差动变压器差动变压器: : 将敏感元件自由端与位于差动变压器将敏感元件自由端与位于差动变压器将敏感元件自由端与位于差动变压器将敏感元件自由端与位于差动变压器骨架中间的铁芯相连，敏感元件自由端（也就是铁骨架中间的铁芯相连，敏感元
30、件自由端（也就是铁骨架中间的铁芯相连，敏感元件自由端（也就是铁骨架中间的铁芯相连，敏感元件自由端（也就是铁芯）的位移变化改变变压器的互感系数，使变压器芯）的位移变化改变变压器的互感系数，使变压器芯）的位移变化改变变压器的互感系数，使变压器芯）的位移变化改变变压器的互感系数，使变压器副边线圈的感应电动势发生变化。副边线圈的感应电动势发生变化。副边线圈的感应电动势发生变化。副边线圈的感应电动势发生变化。电阻与电压的变换电阻与电压的变换电阻与电压的变换电阻与电压的变换l l电阻是一种很常见的敏电阻是一种很常见的敏电阻是一种很常见的敏电阻是一种很常见的敏感元件，电阻与电压的感元件，电阻与电压的感元件，
31、电阻与电压的感元件，电阻与电压的变换较多地采用电桥变换较多地采用电桥变换较多地采用电桥变换较多地采用电桥. .l l根据初始状态下各桥臂的根据初始状态下各桥臂的根据初始状态下各桥臂的根据初始状态下各桥臂的阻值是否相等，不平衡电阻值是否相等，不平衡电阻值是否相等，不平衡电阻值是否相等，不平衡电桥分等臂电桥和不等臂电桥分等臂电桥和不等臂电桥分等臂电桥和不等臂电桥分等臂电桥和不等臂电桥。根据桥臂的工作方式桥。根据桥臂的工作方式桥。根据桥臂的工作方式桥。根据桥臂的工作方式则有单臂工作、双臂工作则有单臂工作、双臂工作则有单臂工作、双臂工作则有单臂工作、双臂工作和四臂工作方式。和四臂工作方式。和四臂工作方
32、式。和四臂工作方式。 电容与电压的变换电容与电压的变换电容与电压的变换电容与电压的变换把电容量转换成电压信号把电容量转换成电压信号把电容量转换成电压信号把电容量转换成电压信号主要有四种方式。主要有四种方式。主要有四种方式。主要有四种方式。. .桥式电路桥式电路桥式电路桥式电路. . 脉宽调制电路脉宽调制电路脉宽调制电路脉宽调制电路. . 运算放大器电路运算放大器电路运算放大器电路运算放大器电路 . .谐振电路谐振电路谐振电路谐振电路电压一电流的变换电压一电流的变换电压一电流的变换电压一电流的变换第三章第三章 参数检测仪表参数检测仪表1 1温度检测仪表温度检测仪表温度检测仪表温度检测仪表1.11
33、.1知识要点知识要点知识要点知识要点l l温标温标温标温标l l热电偶热电偶热电偶热电偶 8 8种热电偶（主要：种热电偶（主要：种热电偶（主要：种热电偶（主要：K K、E E、S S） 测温范围、补偿导线应用、冷端温度补偿、测温范围、补偿导线应用、冷端温度补偿、测温范围、补偿导线应用、冷端温度补偿、测温范围、补偿导线应用、冷端温度补偿、l l热电阻热电阻热电阻热电阻 金属热电阻：铂电阻、铜铜电阻金属热电阻：铂电阻、铜铜电阻金属热电阻：铂电阻、铜铜电阻金属热电阻：铂电阻、铜铜电阻 半导体热敏电阻半导体热敏电阻半导体热敏电阻半导体热敏电阻 测温范围、接线方式、温度系数测温范围、接线方式、温度系数测
34、温范围、接线方式、温度系数测温范围、接线方式、温度系数1.21.2例题分析例题分析例题分析例题分析 习题习题习题习题1 1 如图如图如图如图 所示的热电偶回路，只将电极所示的热电偶回路，只将电极所示的热电偶回路，只将电极所示的热电偶回路，只将电极B B 一根一根一根一根丝插入冷筒中作为冷端，丝插入冷筒中作为冷端，丝插入冷筒中作为冷端，丝插入冷筒中作为冷端， t t 为待测温度，问为待测温度，问为待测温度，问为待测温度，问 C C 这段导线应采用哪种导线（是这段导线应采用哪种导线（是这段导线应采用哪种导线（是这段导线应采用哪种导线（是 AA、 B B还是铜线）还是铜线）还是铜线）还是铜线）？说明
35、原因。对？说明原因。对？说明原因。对？说明原因。对 t t1 1 和和和和 t t2 2 有什么要求？为什么？有什么要求？为什么？有什么要求？为什么？有什么要求？为什么？解答：解答：这段导线应用这段导线应用 A 导线代替，并且要求导线代替，并且要求t1 = t2因为这相当于由因为这相当于由A 和和 B 两种材料组成的热电回路，两种材料组成的热电回路， t 为为热端，热端， 0 是冷端，加入第三根导线是铜线，在接点处温度是冷端，加入第三根导线是铜线，在接点处温度 t1 = t2时测量回路电势不变，仍为时测量回路电势不变，仍为 EAB ( t , 0 ）。这就是热电偶）。这就是热电偶的中间导体定律
36、。的中间导体定律。题题题题2 2 用分度号为用分度号为用分度号为用分度号为 K K 的镍铬一镍硅热电偶测量温度，在的镍铬一镍硅热电偶测量温度，在的镍铬一镍硅热电偶测量温度，在的镍铬一镍硅热电偶测量温度，在没有采取冷端温度补偿的情况下，显示仪表指示没有采取冷端温度补偿的情况下，显示仪表指示没有采取冷端温度补偿的情况下，显示仪表指示没有采取冷端温度补偿的情况下，显示仪表指示值为值为值为值为 500 500 ，而这时冷端温度为，而这时冷端温度为，而这时冷端温度为，而这时冷端温度为 60 60 。试问实。试问实。试问实。试问实际温度应为多少？如果热端温度不变，设法使冷际温度应为多少？如果热端温度不变，
37、设法使冷际温度应为多少？如果热端温度不变，设法使冷际温度应为多少？如果热端温度不变，设法使冷端温度保持在端温度保持在端温度保持在端温度保持在 20 20 ，此时显示仪表的指示值应，此时显示仪表的指示值应，此时显示仪表的指示值应，此时显示仪表的指示值应为多少？为多少？为多少？为多少？解解解解 显示仪表指示值为显示仪表指示值为显示仪表指示值为显示仪表指示值为 500 500 时，查表可得此时显示时，查表可得此时显示时，查表可得此时显示时，查表可得此时显示仪表的实际输入电势为仪表的实际输入电势为仪表的实际输入电势为仪表的实际输入电势为 20 .644mV , 20 .644mV , 由于这个电由于这
38、个电由于这个电由于这个电势是由热电偶产生的，即势是由热电偶产生的，即势是由热电偶产生的，即势是由热电偶产生的，即同样，查表可得同样，查表可得同样，查表可得同样，查表可得则则2. 2. 压力检测仪表压力检测仪表压力检测仪表压力检测仪表2.12.1知识要点知识要点知识要点知识要点l l弹性式压力检测仪表弹性式压力检测仪表弹性式压力检测仪表弹性式压力检测仪表 常见的弹性式压力表有弹簧管压力表、波纹管压常见的弹性式压力表有弹簧管压力表、波纹管压常见的弹性式压力表有弹簧管压力表、波纹管压常见的弹性式压力表有弹簧管压力表、波纹管压力表、膜盒（片）压力表等，其中弹簧管压力表力表、膜盒（片）压力表等，其中弹簧
39、管压力表力表、膜盒（片）压力表等，其中弹簧管压力表力表、膜盒（片）压力表等，其中弹簧管压力表是最常用的一种指示式压力检测仪表。是最常用的一种指示式压力检测仪表。是最常用的一种指示式压力检测仪表。是最常用的一种指示式压力检测仪表。l l电容式差压变送器电容式差压变送器电容式差压变送器电容式差压变送器l l应变式压力传感器、压阻式压力传感器（将所感应变式压力传感器、压阻式压力传感器（将所感应变式压力传感器、压阻式压力传感器（将所感应变式压力传感器、压阻式压力传感器（将所感受的应力转换成电阻的变化）受的应力转换成电阻的变化）受的应力转换成电阻的变化）受的应力转换成电阻的变化） 基于应变效应基于应变效
40、应基于应变效应基于应变效应l l压电式压力传感器（压电元件为敏感元件，将所压电式压力传感器（压电元件为敏感元件，将所压电式压力传感器（压电元件为敏感元件，将所压电式压力传感器（压电元件为敏感元件，将所感受的作用力转换成压电元件的表面电荷）感受的作用力转换成压电元件的表面电荷）感受的作用力转换成压电元件的表面电荷）感受的作用力转换成压电元件的表面电荷） 基于压电效应基于压电效应基于压电效应基于压电效应 压力检测仪表的使用压力检测仪表的使用压力检测仪表的使用压力检测仪表的使用 （1 1 1 1）压力检测仪表的选用）压力检测仪表的选用）压力检测仪表的选用）压力检测仪表的选用 l l其中在量程选择时，
41、一般应使工作压力在仪表满量其中在量程选择时，一般应使工作压力在仪表满量其中在量程选择时，一般应使工作压力在仪表满量其中在量程选择时，一般应使工作压力在仪表满量程的程的程的程的 1/32/3 1/32/3 范围内；范围内；范围内；范围内；l l在准确度等级选择时，应满足仪表的基本误差小于在准确度等级选择时，应满足仪表的基本误差小于在准确度等级选择时，应满足仪表的基本误差小于在准确度等级选择时，应满足仪表的基本误差小于实际被测压力允许的最大绝对误差。实际被测压力允许的最大绝对误差。实际被测压力允许的最大绝对误差。实际被测压力允许的最大绝对误差。（2 2 2 2）压力检测仪表的应用）压力检测仪表的应
42、用）压力检测仪表的应用）压力检测仪表的应用l l在压力检测仪表使用时应注意取压口位置的选取；在压力检测仪表使用时应注意取压口位置的选取；在压力检测仪表使用时应注意取压口位置的选取；在压力检测仪表使用时应注意取压口位置的选取；引压管路的设计和敷设。引压管路的设计和敷设。引压管路的设计和敷设。引压管路的设计和敷设。l l对于特殊介质（如腐蚀介质、易结块或颗粒性易堵对于特殊介质（如腐蚀介质、易结块或颗粒性易堵对于特殊介质（如腐蚀介质、易结块或颗粒性易堵对于特殊介质（如腐蚀介质、易结块或颗粒性易堵介质和两相流介质）还需采取特殊的方式以保证压介质和两相流介质）还需采取特殊的方式以保证压介质和两相流介质）
43、还需采取特殊的方式以保证压介质和两相流介质）还需采取特殊的方式以保证压力的传递和压力的准确测量。力的传递和压力的准确测量。力的传递和压力的准确测量。力的传递和压力的准确测量。l l当压力表与被测对象不在同一水平面上时，必须考当压力表与被测对象不在同一水平面上时，必须考当压力表与被测对象不在同一水平面上时，必须考当压力表与被测对象不在同一水平面上时，必须考虑由于压力表到被测对象间液柱高度引起的附加压虑由于压力表到被测对象间液柱高度引起的附加压虑由于压力表到被测对象间液柱高度引起的附加压虑由于压力表到被测对象间液柱高度引起的附加压力，并进行相应的修正。力，并进行相应的修正。力，并进行相应的修正。力
44、，并进行相应的修正。 2.2 2.2 例题分析例题分析例题分析例题分析 若被测压力变化范围为若被测压力变化范围为若被测压力变化范围为若被测压力变化范围为 0.51.4MPa 0.51.4MPa ，要求测量误差不，要求测量误差不，要求测量误差不，要求测量误差不大于压力示值的士大于压力示值的士大于压力示值的士大于压力示值的士 5 5 。可供选择的压力表规格有量程。可供选择的压力表规格有量程。可供选择的压力表规格有量程。可供选择的压力表规格有量程为为为为01.6MPa 01.6MPa 、02.5MPa 02.5MPa 、 00 4MPa 4MPa ，精度等级为，精度等级为，精度等级为，精度等级为 1
45、.0 1.0 级、级、级、级、1.5 1.5 级、级、级、级、2.5 2.5 级三种。试选择合适量程和精度的级三种。试选择合适量程和精度的级三种。试选择合适量程和精度的级三种。试选择合适量程和精度的压力表。压力表。压力表。压力表。解解解解: :l l考虑选择量程为考虑选择量程为考虑选择量程为考虑选择量程为02.5MPa 02.5MPa 的压力表的压力表的压力表的压力表l l根据要求：根据要求：根据要求：根据要求：所以选测量范围为所以选测量范围为所以选测量范围为所以选测量范围为02.5MP02.5MP，精度为，精度为，精度为，精度为1.01.0级级级级3. 3.物位物位物位物位检测仪检测仪表表表
46、表3.1 3.1 知知知知识识要点要点要点要点l l物位包括液位（液体介物位包括液位（液体介物位包括液位（液体介物位包括液位（液体介质质液面的高低）、界面液面的高低）、界面液面的高低）、界面液面的高低）、界面（两种液体介（两种液体介（两种液体介（两种液体介质质的分界面）和料位（的分界面）和料位（的分界面）和料位（的分界面）和料位（块块状、状、状、状、颗颗粒粒粒粒状物状物状物状物质质的堆的堆的堆的堆积积高度）三高度）三高度）三高度）三类类，相，相，相，相应应的的的的检测仪检测仪表称表称表称表称为为液位液位液位液位计计、界面、界面、界面、界面计计和料位和料位和料位和料位计计，统统称称称称为为物位物
47、位物位物位计计。l l物位物位物位物位测测量有量有量有量有连续测连续测量和定点量和定点量和定点量和定点测测量两种，前者能量两种，前者能量两种，前者能量两种，前者能连连续测续测出物位的任何高度，后者只能出物位的任何高度，后者只能出物位的任何高度，后者只能出物位的任何高度，后者只能给给出物位是否出物位是否出物位是否出物位是否到达某一个高度。到达某一个高度。到达某一个高度。到达某一个高度。(1)(1)静静静静压压式液位式液位式液位式液位计计l l差差差差压计压计是液位是液位是液位是液位计计的重要的重要的重要的重要组组成部分，根据流体静力成部分，根据流体静力成部分，根据流体静力成部分，根据流体静力学原
48、理，差学原理，差学原理，差学原理，差压计压计所感受的差所感受的差所感受的差所感受的差压压与液位高度与液位高度与液位高度与液位高度 有如下有如下有如下有如下关系，即关系，即关系，即关系，即特特别注意：注意：如果差如果差压计的安装位置不在液位零面水平的安装位置不在液位零面水平线上上应考考虑应用用零点迁移。零点迁移。迁移量：当迁移量：当 H=0 时，差，差压计感受的差感受的差压值。迁移方向：根据迁移方向：根据 H=0 时差差压计所感受差所感受差压值的正的正负，迁，迁移有正迁移和移有正迁移和负迁移。迁移。(2)(2)浮力式液位浮力式液位浮力式液位浮力式液位计计 浮力式液位浮力式液位浮力式液位浮力式液位
49、计计有恒浮力式和有恒浮力式和有恒浮力式和有恒浮力式和变变浮力式两种：浮力式两种：浮力式两种：浮力式两种：l l恒浮力式液位恒浮力式液位恒浮力式液位恒浮力式液位计计采用漂浮于液面上的浮子，由浮子采用漂浮于液面上的浮子，由浮子采用漂浮于液面上的浮子，由浮子采用漂浮于液面上的浮子，由浮子带带动动其他其他其他其他显显示装置指示液面的高低；示装置指示液面的高低；示装置指示液面的高低；示装置指示液面的高低；l l变变浮力式液位浮力式液位浮力式液位浮力式液位计计利用沉浸在被利用沉浸在被利用沉浸在被利用沉浸在被测测液体中的浮筒所受的液体中的浮筒所受的液体中的浮筒所受的液体中的浮筒所受的浮力与液面的位置有关浮力
50、与液面的位置有关浮力与液面的位置有关浮力与液面的位置有关检测检测液位。液位。液位。液位。特点：特点： 变浮式液位计能测量液位、界位，测量精度较高。变浮式液位计能测量液位、界位，测量精度较高。 测量值易受介质密度的影响；测量值易受介质密度的影响； 由于浮筒不可能做得很长，液位测量范围比较有限；由于浮筒不可能做得很长，液位测量范围比较有限； 这种液位计的维护比较麻烦。这种液位计的维护比较麻烦。(3)(3)电电容式物位容式物位容式物位容式物位计计 物位物位物位物位变变化改化改化改化改变变平均介平均介平均介平均介电电常数从而改常数从而改常数从而改常数从而改变电变电容量。容量。容量。容量。通通通通过对电
51、过对电容量的容量的容量的容量的测测量量量量获获取物位信息。取物位信息。取物位信息。取物位信息。l l能能能能测测量液位、界位和料位。量液位、界位和料位。量液位、界位和料位。量液位、界位和料位。l l注意注意注意注意对对于于于于导电导电解解解解质质物位物位物位物位测测量的量的量的量的问题问题。(4)(4)超声波物位超声波物位超声波物位超声波物位计计l l利用超声波在物位界面的反射特性，通利用超声波在物位界面的反射特性，通利用超声波在物位界面的反射特性，通利用超声波在物位界面的反射特性，通过测过测出超声出超声出超声出超声探探探探头头从从从从发发出声波到接收到反射声波出声波到接收到反射声波出声波到接
52、收到反射声波出声波到接收到反射声波 t t 时间时间求得物位。求得物位。求得物位。求得物位。l l超声波物位超声波物位超声波物位超声波物位计计可以可以可以可以测测量液位，也可以量液位，也可以量液位，也可以量液位，也可以测测量料位。量料位。量料位。量料位。l l超声波超声波超声波超声波传传播速度般与介播速度般与介播速度般与介播速度般与介质质和温度有关，所以在和温度有关，所以在和温度有关，所以在和温度有关，所以在测测量量量量时时必必必必须对须对声速声速声速声速变变化的影响化的影响化的影响化的影响进进行行行行补偿补偿。补偿补偿方法。方法。方法。方法。 温度温度温度温度补偿补偿法法法法测测出被出被出被
53、出被测测介介介介质质的温度，根据已知的声的温度，根据已知的声的温度，根据已知的声的温度，根据已知的声速与温度之速与温度之速与温度之速与温度之间间的关系自的关系自的关系自的关系自动补偿动补偿。 设设置校正具法先通置校正具法先通置校正具法先通置校正具法先通过过安装在介安装在介安装在介安装在介质质内固定距离的一内固定距离的一内固定距离的一内固定距离的一组组探探探探头测头测出声波在介出声波在介出声波在介出声波在介质质中的速度，中的速度，中的速度，中的速度，进进而用而用而用而用测测量探量探量探量探头头得到物位。得到物位。得到物位。得到物位。(5)(5)射射射射线线式物位式物位式物位式物位计计l l射射射
54、射线线穿穿穿穿过过厚度厚度厚度厚度为为 H H 的介的介的介的介质质，由于部分能量被吸收，由于部分能量被吸收，由于部分能量被吸收，由于部分能量被吸收，所穿透的射所穿透的射所穿透的射所穿透的射线线强强强强度随着所通度随着所通度随着所通度随着所通过过的介的介的介的介质质厚度的增加厚度的增加厚度的增加厚度的增加而减弱，而减弱，而减弱，而减弱，l l射射射射线线式物位式物位式物位式物位计计可以可以可以可以实现实现非接触式非接触式非接触式非接触式测测量，特量，特量，特量，特别别是用是用是用是用于极低温、高温、高于极低温、高温、高于极低温、高温、高于极低温、高温、高压压容器的高粘度、高腐容器的高粘度、高腐
55、容器的高粘度、高腐容器的高粘度、高腐蚀蚀性、性、性、性、易燃、易爆等特殊易燃、易爆等特殊易燃、易爆等特殊易燃、易爆等特殊测测量量量量对对象（介象（介象（介象（介质质）的物位）的物位）的物位）的物位检测检测。例题分析例题分析例题分析例题分析 根据已学的知识分析下列情况的物位测量，可采根据已学的知识分析下列情况的物位测量，可采根据已学的知识分析下列情况的物位测量，可采根据已学的知识分析下列情况的物位测量，可采用哪些物位检测仪表用哪些物位检测仪表用哪些物位检测仪表用哪些物位检测仪表 普通容器的液位测量；普通容器的液位测量；普通容器的液位测量；普通容器的液位测量； 粘性大、易结晶介质的液位测量；粘性大
56、、易结晶介质的液位测量；粘性大、易结晶介质的液位测量；粘性大、易结晶介质的液位测量； 粉末状固体颗粒的料位测量；粉末状固体颗粒的料位测量；粉末状固体颗粒的料位测量；粉末状固体颗粒的料位测量； 强腐蚀、有害有毒介质的液位测量。强腐蚀、有害有毒介质的液位测量。强腐蚀、有害有毒介质的液位测量。强腐蚀、有害有毒介质的液位测量。4. 4.流量流量流量流量仪仪表表表表4.1 4.1 知知知知识识要点要点要点要点l l流量是指流量是指流量是指流量是指单单位位位位时间时间内流体流内流体流内流体流内流体流经经管道某一截面的数管道某一截面的数管道某一截面的数管道某一截面的数量，也称瞬量，也称瞬量，也称瞬量，也称瞬
57、时时流量。流量。流量。流量。l l在某一段在某一段在某一段在某一段时间时间内流内流内流内流过过的流体的流体的流体的流体总总和称和称和称和称为为累累累累积积流量。流量。流量。流量。流体流流体流流体流流体流过过的量用体的量用体的量用体的量用体积积表示的称表示的称表示的称表示的称为为体体体体积积流量，流量，流量，流量，l l用用用用质质量表示的称量表示的称量表示的称量表示的称为质为质量流量。量流量。量流量。量流量。(1)(1)节节流式流量流式流量流式流量流式流量计计 节节流式流量流式流量流式流量流式流量计计由由由由节节流装置（流装置（流装置（流装置（节节流元件及取流元件及取流元件及取流元件及取压压装
58、置）、装置）、装置）、装置）、差差差差压变压变送器和送器和送器和送器和显显示示示示仪仪表表表表组组成。成。成。成。 常常常常见见的的的的节节流元件有孔板、文丘里管和流元件有孔板、文丘里管和流元件有孔板、文丘里管和流元件有孔板、文丘里管和喷喷嘴等嘴等嘴等嘴等 检测检测原理原理原理原理 由流体力学原理可知，流体流由流体力学原理可知，流体流由流体力学原理可知，流体流由流体力学原理可知，流体流过节过节流元件流元件流元件流元件时时，在，在，在，在节节流元件前后要流元件前后要流元件前后要流元件前后要产产生一定的差生一定的差生一定的差生一定的差压压，差，差，差，差压压的大小与的大小与的大小与的大小与取取取取
59、压压方式（位置）、方式（位置）、方式（位置）、方式（位置）、节节流件的形式和流量的大小流件的形式和流量的大小流件的形式和流量的大小流件的形式和流量的大小等因素有关。等因素有关。等因素有关。等因素有关。对对于孔板，流于孔板，流于孔板，流于孔板，流过节过节流元件的流量流元件的流量流元件的流量流元件的流量 与与与与节节流元件前后的差流元件前后的差流元件前后的差流元件前后的差压压 有如下关系，即有如下关系，即有如下关系，即有如下关系，即l l 节流式流量计是目前应用最广泛的一种流量计，节流式流量计是目前应用最广泛的一种流量计，节流式流量计是目前应用最广泛的一种流量计，节流式流量计是目前应用最广泛的一种
60、流量计，可测气体、液体和蒸汽等各种流体的流量。可测气体、液体和蒸汽等各种流体的流量。可测气体、液体和蒸汽等各种流体的流量。可测气体、液体和蒸汽等各种流体的流量。l l 主要缺点是阻力损失较大，主要缺点是阻力损失较大，主要缺点是阻力损失较大，主要缺点是阻力损失较大， 可测的最大流量与最小流量之比（量程比）较小，可测的最大流量与最小流量之比（量程比）较小，可测的最大流量与最小流量之比（量程比）较小，可测的最大流量与最小流量之比（量程比）较小，一般只有一般只有一般只有一般只有3:13:1l l 密度标定密度标定密度标定密度标定(2) (2) 转转子流量子流量子流量子流量计计 常用的常用的常用的常用的
61、转转子流量子流量子流量子流量计计是利用在下窄上是利用在下窄上是利用在下窄上是利用在下窄上宽宽的的的的锥锥形管中形管中形管中形管中的浮子所受的力平衡原理工作的。的浮子所受的力平衡原理工作的。的浮子所受的力平衡原理工作的。的浮子所受的力平衡原理工作的。 转转子流量子流量子流量子流量计计属于恒属于恒属于恒属于恒压压差、差、差、差、变节变节流面流面流面流面积积式流量式流量式流量式流量计计。 被被被被测测流量流量流量流量 与浮子的高度与浮子的高度与浮子的高度与浮子的高度 之之之之间间有如下关系有如下关系有如下关系有如下关系l l换算公式为换算公式为换算公式为换算公式为l l改变量程改变量程改变量程改变量
62、程 改变转子材料（密度）。改变转子材料（密度）。改变转子材料（密度）。改变转子材料（密度）。转子流量计主要用于中小管径流量的测量，可以是直转子流量计主要用于中小管径流量的测量，可以是直读式，也可以是电远传式读式，也可以是电远传式（3 3）涡涡街流量街流量街流量街流量计计l l工作原理是，流体流工作原理是，流体流工作原理是，流体流工作原理是，流体流经经一非流一非流一非流一非流线线型的物体型的物体型的物体型的物体时时，在，在，在，在它的下游两它的下游两它的下游两它的下游两侧侧就会交替出就会交替出就会交替出就会交替出现现旋旋旋旋涡涡，旋，旋，旋，旋涡涡的的的的频频率率率率 f f 与柱体附近的流体流
63、速与柱体附近的流体流速与柱体附近的流体流速与柱体附近的流体流速 v v 成正比，即成正比，即成正比，即成正比，即测出旋涡的频率就可以得到流体的流速，从而测测出旋涡的频率就可以得到流体的流速，从而测得体积流量。得体积流量。涡街流量计可以测量气体、液体及蒸汽的流量，涡街流量计可以测量气体、液体及蒸汽的流量，适用范围较广，量程比也较宽适用范围较广，量程比也较宽。（4 4）电电磁流量磁流量磁流量磁流量计计l l根据法拉第根据法拉第根据法拉第根据法拉第电电磁感磁感磁感磁感应应定律定律定律定律进进行流量行流量行流量行流量测测量的量的量的量的l lEx = BDvEx = BDv 感感感感应电动势应电动势的
64、大小直接反映了流量的大小。的大小直接反映了流量的大小。的大小直接反映了流量的大小。的大小直接反映了流量的大小。 电电磁流量磁流量磁流量磁流量计计无可无可无可无可动动或侵入部件，或侵入部件，或侵入部件，或侵入部件，对对流体几乎无流体几乎无流体几乎无流体几乎无压压力力力力损损失，被失，被失，被失，被测测流体可以是含有流体可以是含有流体可以是含有流体可以是含有颗颗粒、粒、粒、粒、悬悬浮物等，浮物等，浮物等，浮物等，量程比量程比量程比量程比较宽较宽。 但是，但是，但是，但是，电电磁流量磁流量磁流量磁流量计计不能用于气体、蒸汽及非不能用于气体、蒸汽及非不能用于气体、蒸汽及非不能用于气体、蒸汽及非导电导电
65、的液体介的液体介的液体介的液体介质质的流量的流量的流量的流量侧侧量。量。量。量。（5 5）容）容）容）容积积式流量式流量式流量式流量计计l l是一种直接式流量是一种直接式流量是一种直接式流量是一种直接式流量测测量方法，它是量方法，它是量方法，它是量方法，它是让让被被被被测测流体充流体充流体充流体充满满具有一定容具有一定容具有一定容具有一定容积积的空的空的空的空间间，然后再把，然后再把，然后再把，然后再把这这部分流体从部分流体从部分流体从部分流体从出口排出，根据出口排出，根据出口排出，根据出口排出，根据单单位位位位时间时间或一定或一定或一定或一定时间时间内排出的流内排出的流内排出的流内排出的流体
66、体体体体体体体积积得到相得到相得到相得到相应应的瞬的瞬的瞬的瞬时时流量和累流量和累流量和累流量和累计计流量。流量。流量。流量。l l容容容容积积式流量式流量式流量式流量计计的的的的测测量准确度一般量准确度一般量准确度一般量准确度一般较较高，但在高，但在高，但在高，但在测测小小小小流量流量流量流量时时因泄漏而使因泄漏而使因泄漏而使因泄漏而使测测量量量量误误差差差差较较大，大流量大，大流量大，大流量大，大流量时则压时则压力力力力损损失失失失较较大，并随流体粘度的增加而加大。大，并随流体粘度的增加而加大。大，并随流体粘度的增加而加大。大，并随流体粘度的增加而加大。代表流量代表流量代表流量代表流量计计
67、 椭圆齿轮椭圆齿轮流量流量流量流量计计 测测量高粘度清量高粘度清量高粘度清量高粘度清洁洁流体。流体。流体。流体。 动动能来自流体。能来自流体。能来自流体。能来自流体。（6 6）质质量流量量流量量流量量流量计计 有有有有间间接法和直接法两种：接法和直接法两种：接法和直接法两种：接法和直接法两种：l l间间接法是通接法是通接法是通接法是通过过体体体体积积流量与流体的密度的流量与流体的密度的流量与流体的密度的流量与流体的密度的组组合合合合测测得到得到得到得到的；的；的；的；l l直接法中有基于科氏力直接法中有基于科氏力直接法中有基于科氏力直接法中有基于科氏力质质量流量量流量量流量量流量计计和和和和热
68、热式式式式质质量流量量流量量流量量流量计计等。等。等。等。l l科氏力科氏力科氏力科氏力质质量流量量流量量流量量流量计计的的的的测测量准确度量准确度量准确度量准确度较较高，主要用于粘高，主要用于粘高，主要用于粘高，主要用于粘度和密度相度和密度相度和密度相度和密度相对较对较大的流体的流量大的流体的流量大的流体的流量大的流体的流量测测量。量。量。量。5 5成分分析成分分析成分分析成分分析仪仪表表表表5.1 5.1 氧化氧化氧化氧化锆锆氧量分析氧量分析氧量分析氧量分析仪仪l l知知知知识识要点要点要点要点 氧化氧化氧化氧化锆测锆测氧遵循的是固体氧遵循的是固体氧遵循的是固体氧遵循的是固体电电解解解解质
69、浓质浓差差差差电电池的原理，池的原理，池的原理，池的原理， 高温下，氧化高温下，氧化高温下，氧化高温下，氧化锆锆材料成可使氧离子材料成可使氧离子材料成可使氧离子材料成可使氧离子顺顺利通利通利通利通过过的固的固的固的固体体体体电电解解解解质质。 如果如果如果如果电电极两极两极两极两侧侧气体的氧含量（分气体的氧含量（分气体的氧含量（分气体的氧含量（分压压）不一）不一）不一）不一样样，则则会会会会产产生生生生电动势电动势 E E称称称称为为氧氧氧氧浓浓差差差差电动势电动势。电动势电动势的大的大的大的大小由下式小由下式小由下式小由下式 确定。确定。确定。确定。l l测量条件测量条件测量条件测量条件恒定
70、高温，恒定高温，恒定高温，恒定高温，600850600850测量时需要有浓度一定的参比气体，常用空气作为参比测量时需要有浓度一定的参比气体，常用空气作为参比测量时需要有浓度一定的参比气体，常用空气作为参比测量时需要有浓度一定的参比气体，常用空气作为参比气体。气体。气体。气体。测量时保证测量侧与参比侧总压相等测量时保证测量侧与参比侧总压相等测量时保证测量侧与参比侧总压相等测量时保证测量侧与参比侧总压相等 且要保证被侧气体与参比气体均具有一定的流速。且要保证被侧气体与参比气体均具有一定的流速。且要保证被侧气体与参比气体均具有一定的流速。且要保证被侧气体与参比气体均具有一定的流速。l l当参比气体用
71、空气时，由于空气中的氧含量约为当参比气体用空气时，由于空气中的氧含量约为当参比气体用空气时，由于空气中的氧含量约为当参比气体用空气时，由于空气中的氧含量约为20.920.9，根据道尔顿分压定律有，根据道尔顿分压定律有，根据道尔顿分压定律有，根据道尔顿分压定律有 由式看出，氧浓差电势不仅与氧含量有关，也与探由式看出，氧浓差电势不仅与氧含量有关，也与探由式看出，氧浓差电势不仅与氧含量有关，也与探由式看出，氧浓差电势不仅与氧含量有关，也与探头所处的温度有关。头所处的温度有关。头所处的温度有关。头所处的温度有关。5.2 5.2 热导热导式气体分析式气体分析式气体分析式气体分析仪仪l l测量原理：利用混
72、合气体的总热导率随被测组分的含测量原理：利用混合气体的总热导率随被测组分的含测量原理：利用混合气体的总热导率随被测组分的含测量原理：利用混合气体的总热导率随被测组分的含量而变化的特性量而变化的特性量而变化的特性量而变化的特性l l样品条件：样品条件：样品条件：样品条件： 被测混合气体待测组分的热导率与其他气体的热导被测混合气体待测组分的热导率与其他气体的热导被测混合气体待测组分的热导率与其他气体的热导被测混合气体待测组分的热导率与其他气体的热导率有较大差别，率有较大差别，率有较大差别，率有较大差别， 其他组分的热导率近似相等，其他组分的热导率近似相等，其他组分的热导率近似相等，其他组分的热导率
73、近似相等，l l关系式关系式关系式关系式l l特点：简单、稳定、使用方便特点：简单、稳定、使用方便特点：简单、稳定、使用方便特点：简单、稳定、使用方便l l主要用于测量主要用于测量主要用于测量主要用于测量 H H2 2，SOSO2 2，COCO2 2等气体的含量。等气体的含量。等气体的含量。等气体的含量。5.35.3 红红外式气体分析外式气体分析外式气体分析外式气体分析仪仪l l测测量原理：量原理：量原理：量原理： 主要利用了不同气体主要利用了不同气体主要利用了不同气体主要利用了不同气体对红对红外外外外线线的波的波的波的波长长有有有有选择选择的可吸的可吸的可吸的可吸收性和收性和收性和收性和热热
74、效效效效应应两个特点。两个特点。两个特点。两个特点。l l主要包括：主要包括：主要包括：主要包括：测测量气室及参比气室和量气室及参比气室和量气室及参比气室和量气室及参比气室和滤滤波气室，波气室，波气室，波气室，检测检测器器器器l l其中参比气室主要作用其中参比气室主要作用其中参比气室主要作用其中参比气室主要作用为补偿为补偿光源波光源波光源波光源波动动等等等等环环境因素境因素境因素境因素的影响。的影响。的影响。的影响。l l滤滤波气室的作用是消除混合气体中某些波气室的作用是消除混合气体中某些波气室的作用是消除混合气体中某些波气室的作用是消除混合气体中某些组组分分分分对红对红外外外外线线的吸收光的
75、吸收光的吸收光的吸收光谱谱与待与待与待与待测组测组分的相同或相近引起的干分的相同或相近引起的干分的相同或相近引起的干分的相同或相近引起的干扰扰，保保保保证测证测量量量量结结果不因其他果不因其他果不因其他果不因其他组组分的存在而改分的存在而改分的存在而改分的存在而改变变。l l检测检测器采用薄膜器采用薄膜器采用薄膜器采用薄膜电电容器容器容器容器结结构，它能把接收到的构，它能把接收到的构，它能把接收到的构，它能把接收到的红红外外外外线线强强强强度度度度转换转换成成成成电电容的大小，并容的大小，并容的大小，并容的大小，并进进一步一步一步一步转变为电转变为电信号信号信号信号输输出。出。出。出。l l特
76、点：灵敏度和准确度都较高，反应速度较快，特点：灵敏度和准确度都较高，反应速度较快，特点：灵敏度和准确度都较高，反应速度较快，特点：灵敏度和准确度都较高，反应速度较快，主要用于测量主要用于测量主要用于测量主要用于测量 COCO，COCO2 2，CHCH4 4，C C2 2H H2 2，C C2 2H H4 4，C C2 2H H6 6等气体的含量。等气体的含量。等气体的含量。等气体的含量。5.4 5.4 色色色色谱仪谱仪l l特点：色谱仪能鉴定气体或液体样品中是由哪些组特点：色谱仪能鉴定气体或液体样品中是由哪些组特点：色谱仪能鉴定气体或液体样品中是由哪些组特点：色谱仪能鉴定气体或液体样品中是由哪
77、些组分组成，并能测出样品中各组分的含量。分组成，并能测出样品中各组分的含量。分组成，并能测出样品中各组分的含量。分组成，并能测出样品中各组分的含量。l l色色色色谱谱法的关法的关法的关法的关键键是混合物的分离，是混合物的分离，是混合物的分离，是混合物的分离，这这是一种物理化学是一种物理化学是一种物理化学是一种物理化学过过程，由色程，由色程，由色程，由色谱谱柱来完成。柱来完成。柱来完成。柱来完成。 色色色色谱谱柱中的固定相柱中的固定相柱中的固定相柱中的固定相对样对样品中的各品中的各品中的各品中的各组组分具有不同的吸分具有不同的吸分具有不同的吸分具有不同的吸收或溶解能力，从而使各收或溶解能力，从而
78、使各收或溶解能力，从而使各收或溶解能力，从而使各组组分在沿色分在沿色分在沿色分在沿色谱谱柱的流柱的流柱的流柱的流动动中中中中得到分离，并按照先后得到分离，并按照先后得到分离，并按照先后得到分离，并按照先后顺顺序流出色序流出色序流出色序流出色谱谱柱。柱。柱。柱。l l检测检测器器器器( (热导仪热导仪、氢氢火焰）火焰）火焰）火焰）检测检测到某个到某个到某个到某个组组分流入分流入分流入分流入时时，将将将将输输出一个出一个出一个出一个对应对应于于于于该组该组分分分分浓浓度（度（度（度（质质量）大小的量）大小的量）大小的量）大小的电电信信信信号，形成色号，形成色号，形成色号，形成色谱图谱图。l l色色
79、色色谱图谱图分辨力分辨力分辨力分辨力l l根据各根据各根据各根据各组组分在色分在色分在色分在色谱图谱图中出中出中出中出现现的的的的时间时间及峰及峰及峰及峰值值的大小可的大小可的大小可的大小可确定混合物的确定混合物的确定混合物的确定混合物的组组成及各成及各成及各成及各组组分的分的分的分的浓浓度。度。度。度。定性分析方法：定性分析方法：定性分析方法：定性分析方法： 滞留时间法，加入纯物质法。滞留时间法，加入纯物质法。滞留时间法，加入纯物质法。滞留时间法，加入纯物质法。定量分析：定量分析：定量分析：定量分析： 定量进样法定量进样法定量进样法定量进样法 面积归一化法面积归一化法面积归一化法面积归一化法
80、 l l工业色谱仪中一般配有若干根不同的色谱柱，以实工业色谱仪中一般配有若干根不同的色谱柱，以实工业色谱仪中一般配有若干根不同的色谱柱，以实工业色谱仪中一般配有若干根不同的色谱柱，以实现对各种组分的分离。改变色谱柱的工作温度也能现对各种组分的分离。改变色谱柱的工作温度也能现对各种组分的分离。改变色谱柱的工作温度也能现对各种组分的分离。改变色谱柱的工作温度也能改变各种组分的分离效果。改变各种组分的分离效果。改变各种组分的分离效果。改变各种组分的分离效果。6. 6. 显显示示示示仪仪表表表表l l在科学研究和生在科学研究和生在科学研究和生在科学研究和生产过产过程中，程中，程中，程中，为为了使人了使
81、人了使人了使人们对们对所研究所研究所研究所研究的的的的对对象有所了解，必象有所了解，必象有所了解，必象有所了解，必须对过须对过程程程程进进行行行行检测检测并将信息并将信息并将信息并将信息显显示出来，示出来，示出来，示出来，显显示示示示仪仪表就起到了人机表就起到了人机表就起到了人机表就起到了人机联联系的系的系的系的桥桥梁作梁作梁作梁作用。用。用。用。l l从从从从显显示方式上看，可以分示方式上看，可以分示方式上看，可以分示方式上看，可以分为为模模模模拟拟式式式式显显示、数字式示、数字式示、数字式示、数字式显显示、示、示、示、图图形形形形显显示以及声、光示以及声、光示以及声、光示以及声、光报报警等
82、。警等。警等。警等。6.16.1 模模模模拟拟式式式式显显示示示示仪仪表表表表 以指以指以指以指针针或或或或记录记录笔的偏笔的偏笔的偏笔的偏转转角或位移量来角或位移量来角或位移量来角或位移量来显显示被示被示被示被测测参参参参数的数的数的数的连续变连续变化的。化的。化的。化的。这类仪这类仪表表表表简单简单可靠、价格可靠、价格可靠、价格可靠、价格较较低，低，低，低，能反映能反映能反映能反映测测量量量量值值的的的的变变化化化化趋势趋势。类类型：直接式，平衡式型：直接式，平衡式型：直接式，平衡式型：直接式，平衡式l l自自自自动动平衡平衡平衡平衡电电子子子子电电位差位差位差位差计计 输入信号：电势信号
83、。输入信号：电势信号。输入信号：电势信号。输入信号：电势信号。一次元件：热电偶一次元件：热电偶一次元件：热电偶一次元件：热电偶要点：要点：要点：要点： 各电阻的作用各电阻的作用各电阻的作用各电阻的作用 工作过程分析工作过程分析工作过程分析工作过程分析 热电偶冷端补偿原理分析热电偶冷端补偿原理分析热电偶冷端补偿原理分析热电偶冷端补偿原理分析 l l自动平衡电桥测量信号：电阻信号测量信号：电阻信号测量信号：电阻信号测量信号：电阻信号一次元件：热电组一次元件：热电组一次元件：热电组一次元件：热电组要点：要点：要点：要点： 各电阻的作用各电阻的作用各电阻的作用各电阻的作用 平衡分析平衡分析平衡分析平衡
84、分析 工作过程分析工作过程分析工作过程分析工作过程分析6.2 6.2 数字数字数字数字显显示示示示仪仪表表表表l l数字数字数字数字显显示示示示仪仪表原理框表原理框表原理框表原理框图图如如如如图图 所示，它包括前置放所示，它包括前置放所示，它包括前置放所示，它包括前置放大器、大器、大器、大器、 A / D A / D 转换转换器、非器、非器、非器、非线线性性性性补偿补偿、标标度度度度变换变换及及及及显显示装置等部分。示装置等部分。示装置等部分。示装置等部分。l l前置放大前置放大前置放大前置放大 前置放大的作用是把检测元件的输出信号放大并变前置放大的作用是把检测元件的输出信号放大并变前置放大的
85、作用是把检测元件的输出信号放大并变前置放大的作用是把检测元件的输出信号放大并变换到换到换到换到 A / D A / D 转换器所需的电压值。如果检测元件是转换器所需的电压值。如果检测元件是转换器所需的电压值。如果检测元件是转换器所需的电压值。如果检测元件是非线性的，则可以在前置放大电路中增加线性化处非线性的，则可以在前置放大电路中增加线性化处非线性的，则可以在前置放大电路中增加线性化处非线性的，则可以在前置放大电路中增加线性化处理电路。理电路。理电路。理电路。l l A / D A / D 转换转换转换转换 A / D A / D 转换是数字显示仪表的关键单元之一，它的转换是数字显示仪表的关键
86、单元之一，它的转换是数字显示仪表的关键单元之一，它的转换是数字显示仪表的关键单元之一，它的主要任务是把连续变化的模拟量转换成断续的数字主要任务是把连续变化的模拟量转换成断续的数字主要任务是把连续变化的模拟量转换成断续的数字主要任务是把连续变化的模拟量转换成断续的数字量，具体包括采样和量化（编码）两个过程。量，具体包括采样和量化（编码）两个过程。量，具体包括采样和量化（编码）两个过程。量，具体包括采样和量化（编码）两个过程。 A / D A / D 转换器的位数代表着其分辨率，位数越多，转换器的位数代表着其分辨率，位数越多，转换器的位数代表着其分辨率，位数越多，转换器的位数代表着其分辨率，位数越
87、多，分辨率越高，则量化误差越小；分辨率越高，则量化误差越小；分辨率越高，则量化误差越小；分辨率越高，则量化误差越小； A / D A / D 转换器的输转换器的输转换器的输转换器的输入信号的范围越小，量化误差也越小。入信号的范围越小，量化误差也越小。入信号的范围越小，量化误差也越小。入信号的范围越小，量化误差也越小。l l标度变换标度变换标度变换标度变换 标度变换实际上是一种系数运算，即标度变换实际上是一种系数运算，即标度变换实际上是一种系数运算，即标度变换实际上是一种系数运算，即, , 使输出的数字使输出的数字使输出的数字使输出的数字量与被测变量的一般物理描述方式一致。量与被测变量的一般物理
88、描述方式一致。量与被测变量的一般物理描述方式一致。量与被测变量的一般物理描述方式一致。方法：模拟量标度变换方法：模拟量标度变换方法：模拟量标度变换方法：模拟量标度变换 数字量标度变换数字量标度变换数字量标度变换数字量标度变换 查表法标度变换查表法标度变换查表法标度变换查表法标度变换l l非线性处理非线性处理是检测中的一个重要问题，非线性处理非线性处理是检测中的一个重要问题，非线性处理非线性处理是检测中的一个重要问题，非线性处理非线性处理是检测中的一个重要问题，通常可采用的方法包括硬件直接线性化、反馈线性通常可采用的方法包括硬件直接线性化、反馈线性通常可采用的方法包括硬件直接线性化、反馈线性通常
89、可采用的方法包括硬件直接线性化、反馈线性化、分段线性化和查表线性化等方法。化、分段线性化和查表线性化等方法。化、分段线性化和查表线性化等方法。化、分段线性化和查表线性化等方法。要求：要求：要求：要求： 掌握图解法掌握图解法掌握图解法掌握图解法第第5章现代检测技术章现代检测技术包括：软测量技术、虚拟仪器技术、智能检测系统、包括：软测量技术、虚拟仪器技术、智能检测系统、包括：软测量技术、虚拟仪器技术、智能检测系统、包括：软测量技术、虚拟仪器技术、智能检测系统、多传感器技术多传感器技术多传感器技术多传感器技术知识要点：知识要点：知识要点：知识要点：l l何谓软测量技术？何谓软测量技术？何谓软测量技术
90、？何谓软测量技术？ 软测量技术是间接测量技术，它通过检测某些可以软测量技术是间接测量技术，它通过检测某些可以软测量技术是间接测量技术，它通过检测某些可以软测量技术是间接测量技术，它通过检测某些可以直接获取的过程变量（辅助变量），根据与待测变直接获取的过程变量（辅助变量），根据与待测变直接获取的过程变量（辅助变量），根据与待测变直接获取的过程变量（辅助变量），根据与待测变量（主导变量）之间的关系（数学模型即软测量模量（主导变量）之间的关系（数学模型即软测量模量（主导变量）之间的关系（数学模型即软测量模量（主导变量）之间的关系（数学模型即软测量模型），来估计无法通过仪表直接测量的待测变量。型），来
91、估计无法通过仪表直接测量的待测变量。型），来估计无法通过仪表直接测量的待测变量。型），来估计无法通过仪表直接测量的待测变量。l l实现软测量包括那几步骤？其关键是什么？实现软测量包括那几步骤？其关键是什么？实现软测量包括那几步骤？其关键是什么？实现软测量包括那几步骤？其关键是什么？ 辅助变量的选择、数据处理、软测量模型的建立、辅助变量的选择、数据处理、软测量模型的建立、辅助变量的选择、数据处理、软测量模型的建立、辅助变量的选择、数据处理、软测量模型的建立、模型校正，其核心及关键技术是建立软测量模型模型校正，其核心及关键技术是建立软测量模型模型校正，其核心及关键技术是建立软测量模型模型校正，其核
92、心及关键技术是建立软测量模型l l软测量技术应用特点软测量技术应用特点软测量技术应用特点软测量技术应用特点软测量技术易于实现，软测量技术易于实现，软测量技术易于实现，软测量技术易于实现，基于传感器技术，存在大量数据处理基于传感器技术，存在大量数据处理基于传感器技术，存在大量数据处理基于传感器技术，存在大量数据处理通用性好，灵活性高，能解决传统测量中不可测通用性好，灵活性高，能解决传统测量中不可测通用性好，灵活性高，能解决传统测量中不可测通用性好，灵活性高，能解决传统测量中不可测的物理量的检测。的物理量的检测。的物理量的检测。的物理量的检测。成本低、研制周期短。成本低、研制周期短。成本低、研制周期短。成本低、研制周期短。
