第2章 參數(shù)檢測(cè)PPt

第2章過程參數(shù)檢測(cè)與變送本章要點(diǎn)1）了解參數(shù)檢測(cè)的意義、檢測(cè)儀表的基本構(gòu)成及儀表的統(tǒng)一信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)；2）了解檢測(cè)誤差的概念、熟悉儀表的性能以及零點(diǎn)遷移與量程調(diào)整的確定與計(jì)算；3）熟悉變送器的構(gòu)成原理、信號(hào)傳輸與接線方式；4）了解溫度檢測(cè)方法、熟悉溫度變速器的工資原理、掌握其使用方法；5）掌握壓力、流量、物位等檢測(cè)儀表的工作原理與使用方法，熟悉壓力變送器的工作原理及使用特點(diǎn)；6）熟悉智能式變送器的特點(diǎn)及硬件構(gòu)成；7）熟悉成分檢測(cè)儀表的工作原理及適用范圍。

2.1.2檢測(cè)誤差

（3）相對(duì)誤差（或標(biāo)稱相對(duì)誤差）

1.檢測(cè)誤差的描述檢測(cè)誤差是指檢測(cè)儀表的測(cè)量值與被測(cè)物理量的真值之間的差值，它反映了儀表的檢測(cè)精度

（1）真值即被測(cè)物理量的真實(shí)（或客觀）取值。在當(dāng)前現(xiàn)行的檢測(cè)體系中，是將“認(rèn)定設(shè)備”的檢測(cè)結(jié)果作為真值。（2）絕對(duì)誤差儀表的實(shí)測(cè)值與“真值”之差記為△＝

絕對(duì)誤差不能說明檢測(cè)精度，如。。。（4）引用誤差記為

（5）基本誤差

使用標(biāo)準(zhǔn):220V±5％、（50±2）Hz、（20±5）℃、65％±5％

通常，各國（或國際組織）將其法定計(jì)量機(jī)構(gòu)的專用設(shè)備作為認(rèn)定設(shè)備，它的檢測(cè)精度在這個(gè)國家（或國際組織）內(nèi)被認(rèn)為是最高的。顯而易見，用這種方法確定的“真值”稱為“約定真值”。

（6）附加誤差（溫度附加、頻率附加、電源電壓附加）

2.檢測(cè)誤差的規(guī)律性（1）系統(tǒng)誤差對(duì)同一被測(cè)參數(shù)進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量時(shí)，按一定規(guī)律出現(xiàn)的誤差。如。。?？朔到y(tǒng)誤差的辦法：負(fù)反饋結(jié)構(gòu)？

（2）隨機(jī)誤差或統(tǒng)計(jì)誤差：統(tǒng)計(jì)計(jì)算、濾波消除

（3）粗大誤差（疏忽誤差）：剔除2.1.3檢測(cè)儀表的基本特性1.儀表的固有特性及性能指標(biāo)（1）精確度及其等級(jí)1）不能用絕對(duì)誤差或相對(duì)誤差表示?如。。2）用最大引用誤差度量？（量程、最大絕對(duì)誤差）度量辦法：去掉最大引用誤差中的“±”和“％”表示：0.001、0.005、0.02、0.05、0.1、0.2、0.4、0.5、1.0、1.5、2.5。（2）非線性誤差圖示（2－2）計(jì)算：（3）變差：正、反行程測(cè)量時(shí)的最大差值與量程之比的百分?jǐn)?shù)計(jì)算：（4）靈敏度與分辨力計(jì)算

分辨力又稱靈敏限：儀表輸出能響應(yīng)和分辨輸入的最小變化量，數(shù)字顯示儀表變化一個(gè)二進(jìn)制最低有效位時(shí)輸入的最小變化量（5）漂移時(shí)漂與溫漂（6）動(dòng)態(tài)誤差，原因。。。參數(shù)。。。2.檢測(cè)儀表的工作特性適應(yīng)參數(shù)測(cè)量和系統(tǒng)運(yùn)行的需要具有的輸入/輸出特性（1）理想工作特性：（2）零點(diǎn)調(diào)整與遷移被測(cè)參數(shù)的下限值或?qū)?yīng)儀表輸出下限值的被測(cè)參數(shù)最大值；使輸入下限值為零的過程稱為零點(diǎn)調(diào)整，否則為零點(diǎn)遷移。零點(diǎn)遷移前后的輸入/輸出特性(3)

量程調(diào)整量程是指與檢測(cè)儀表規(guī)定的輸出范圍相對(duì)應(yīng)的輸入范圍量程調(diào)整是指在零點(diǎn)不變時(shí)將輸出上限值與輸入上限值相對(duì)應(yīng)量程調(diào)整前后的輸入/輸出特性實(shí)例某測(cè)溫儀表的量程為0～500℃，輸出信號(hào)為4～20mA

，現(xiàn)欲測(cè)量200～1000℃應(yīng)如何調(diào)整？2.1.4變送器的構(gòu)成原理1.模擬式變送器的構(gòu)成（圖2－9）1）原理說明2)

輸入/輸出關(guān)系理想線性特性

2.數(shù)字式變送器的構(gòu)成原理（基于CPU的硬件電路、系統(tǒng)程序和功能模塊的軟件）（1）數(shù)字式變送器的硬件構(gòu)成（圖2－10）工作過程。。。（2）軟件構(gòu)成系統(tǒng)程序：硬件管理，其基本功能為模/數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)通訊、自檢；功能模塊：組態(tài)功能。2.1.5變送器的信號(hào)傳輸方式1.四線制和二線制方式（圖2－11）二線制滿足的條件：2.HART（HighwayAddressableTransduce)協(xié)議傳輸方式圖2－12模擬信號(hào)和基于頻移鍵控（FSK)的疊加傳輸速率為1200bit/s2.2溫度的檢測(cè)與變送2.2.1溫度檢測(cè)方法一、接觸式測(cè)溫1、熱電阻及其測(cè)溫原理基于熱－阻效應(yīng)，測(cè)溫元件測(cè)溫原理測(cè)溫范圍/℃主要特點(diǎn)熱電偶熱電效應(yīng)0～1600測(cè)溫范圍廣，測(cè)量精度高，便于遠(yuǎn)距離、多點(diǎn)、集中檢測(cè)和自動(dòng)控制，應(yīng)用廣泛；需進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償，低溫測(cè)量精度低。鉑電阻熱阻效應(yīng)－200～600測(cè)溫范圍廣，測(cè)量精度高，便于遠(yuǎn)距離、多點(diǎn)、集中檢測(cè)和自動(dòng)控制，應(yīng)用廣泛；不能測(cè)高溫。銅電阻－50～150半導(dǎo)體熱敏電阻－50～150靈敏度高，體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便；互換性較差，測(cè)量范圍有一定限制。常用測(cè)溫元件1)

金屬熱電阻的測(cè)溫,計(jì)算：熱電阻名稱分度號(hào)0℃時(shí)阻值(Ω)測(cè)溫范圍（℃）特點(diǎn)銅電阻Cu5050±0.05－50～150線性好，價(jià)格低，適用于無腐蝕性介質(zhì)Cu100100±0.1鉑電阻Pt5050±0.003-200～500精度高，價(jià)格貴，適用于中性和氧化性介質(zhì)，但線性度差Pt100100±0.006常用熱電阻工業(yè)常用熱電阻的分度表附表A附表A-1鉑熱電阻（分度號(hào)Pt100）分度表（，）溫度/℃00102030405060708090

電阻值Ω－200－100－018．4960．25100．0－56．1996．06－52．1192．16－48．0088．22－43．3784．27－39．7180．31－35．5376．32－31．3272．33－27．0268．33－22．8064．300100200300400500600700800100．00138．50175．84212．02247．04280．90313．59345．13375．51103．90142．29179．51215．57250．48284．22316．80348．22378．48107．79146．06183．17219．12253．90287．53319．99351．30381．45111．67149．82186．32222．65257．32290．83323．18354．37384．40115．54153．58190．45226．17260．72294．11326．35357．42387．34119．40157．31194．07229．67264．11297．39329．51360．47390．26123．24161．04197．69233．17267．49300．65332．66363．50－127．07164．76201．29236．65270．86303．91335．79366．52－130．89168．46204．88240．13274．22307．15338．92369．53－134．70172．16208．45243．59277．56310．38342．03372．52－熱敏電阻的溫度特性（圖2－13）三種特性的用。。。優(yōu)點(diǎn)：溫度系數(shù)大；缺點(diǎn)：互換性差，非線性嚴(yán)重，測(cè)溫范圍低：－50～300℃。適用于家電和汽車的測(cè)溫。

（2）熱電阻的接線方式（圖2－14）a)

用于測(cè)量精度不高的場(chǎng)合b)電橋平衡，與導(dǎo)線電阻無關(guān)C）用于高精度的溫度測(cè)量，如用內(nèi)阻很高的電子電位差計(jì)測(cè)量2.熱電偶及其測(cè)溫原理（＞500℃）（1）熱電偶的測(cè)溫原理：熱電效應(yīng)（圖2－15）接觸電勢(shì)的形成。。。，溫差電勢(shì)。三點(diǎn)結(jié)論：1）電極材料相同，總電勢(shì)為零；2）冷、熱端溫度相同，總電勢(shì)為零；3）電極材料不同，溫度相同，熱電勢(shì)不同。（2）熱電勢(shì)的檢測(cè)與第三導(dǎo)體定律(圖2－16）當(dāng)，有第三導(dǎo)體定律：只要第三導(dǎo)體兩接點(diǎn)溫度相同，回路中熱電勢(shì)不變（3）冷端延伸與等值替換原理為什么要延伸？補(bǔ)償導(dǎo)線的作用？等值替換原理（圖2－17）等值替換的條件：熱電回路的總熱電勢(shì)：→因而有依據(jù)則有結(jié)論：將滿足的補(bǔ)償導(dǎo)線代替熱電偶使冷端延伸，不會(huì)改變熱電偶的熱電勢(shì)補(bǔ)償導(dǎo)線的連接示意圖（4）標(biāo)準(zhǔn)熱電偶及其補(bǔ)償導(dǎo)線標(biāo)準(zhǔn)熱電偶：熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系、允許誤差、型號(hào)（分度號(hào)）按國際標(biāo)準(zhǔn)（IEC)統(tǒng)一規(guī)定。表2－3我國部分標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶及其補(bǔ)償導(dǎo)線熱電偶配套的補(bǔ)償導(dǎo)線（絕緣層著色）分度號(hào)熱電偶材料①測(cè)溫范圍/℃型號(hào)②正極材料負(fù)極材料長(zhǎng)期短期S

鉑銠10

－鉑③0～13001600SC銅（紅）銅鎳（綠）B鉑銠30－鉑銠6

0～16001800BC銅（紅）銅（灰）K鎳鉻－鎳硅－50～10001300KX鎳鉻（紅）鎳硅（黑）T銅－康銅－200～300350TX銅（紅）康銅（白）（5）熱電偶的冷端溫度校正為什么要校正？1）查表法：示例：K型熱偶，測(cè)t,冷端溫度測(cè)得E(t,30)=21.995mV,E(30,0)=1.203mV,經(jīng)計(jì)算：E(t,0)=E(t,30)+E(30,0)=23.198m，反查分度表：t=560℃2)電橋補(bǔ)償法：利用電橋某橋臂電阻因環(huán)境溫度變化產(chǎn)生的附加電壓補(bǔ)償熱電偶冷端溫度變化引起的熱電勢(shì)的變化

(圖2－19及說明）工作原理。。。示例：鉑銠－鉑銠熱偶，0～100℃：6μv/℃，橋臂電流為0.5mA,α＝0.004/℃。全補(bǔ)償?shù)臈l件為：經(jīng)計(jì)算：加保護(hù)套管：可延長(zhǎng)使用壽命；但使慣性滯后↑（1.5～4min).不加為毫秒級(jí)接觸式測(cè)溫優(yōu)點(diǎn)：精度高、小范圍線性度與穩(wěn)定性好測(cè)溫范圍寬（500～2000℃；缺點(diǎn)：高于2000℃時(shí)，不能長(zhǎng)期使用，對(duì)運(yùn)動(dòng)物體的測(cè)溫，不能使用二非接觸式測(cè)溫（輻射式測(cè)溫）1.非接觸式測(cè)溫及其特點(diǎn)

原理：載熱體→熱能→輻射能→受體溫度↑。特點(diǎn)：無媒介，無上限，測(cè)速快，對(duì)熱場(chǎng)無干擾，用于運(yùn)動(dòng)物體、腐蝕性介質(zhì)的測(cè)溫；缺點(diǎn)：測(cè)量誤差大、標(biāo)定難結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格貴2.常用元件及共性高溫輻射計(jì)、低溫輻射計(jì)、光電溫度計(jì)；：熱輻射→透鏡（反射鏡）→熱電堆（熱敏電阻、硅光電池）→電信號(hào)。（1）.高溫輻射計(jì)：光學(xué)玻璃透鏡（光波長(zhǎng)0.7～1.1μm）與硅光電池(700～2000℃→20mV)組成；誤差：＜1500℃，±0.7%;＞1500℃，

±1%；響應(yīng)時(shí)間＜1毫秒

（2）.

低溫輻射計(jì)：鍺透鏡與半導(dǎo)體熱敏電阻組成；接收2～15μm紅外波；范圍：0～200℃；誤差：±1%；響應(yīng)時(shí)間＜2毫秒，信號(hào)需放大。

（3）光電溫度計(jì)：光透鏡（光波長(zhǎng)0.6～2.7μm

）＋流化鉛光敏電阻；范圍：400

～800℃；誤差：±1%；響應(yīng)時(shí)間＜1.5毫秒,信號(hào)需放大。2.3壓力的檢測(cè)與變送（意義）2.3.1壓力的概念及其檢測(cè)一.壓力的概念：垂直作用于單位面積上的力（1Pa=1N/mm、換算:P43，表2－4）1.差壓(△P)；2.絕對(duì)壓力/大氣壓；3.表壓；4.負(fù)壓；壓力關(guān)系（圖2－29）二.彈性式測(cè)壓元件及原理1.彈簧管（波登管）、多圈彈管，角位移→電信號(hào)；2.波紋管、波/簧組合→提高線性度；3.膜片與膜盒(說明)2.4流量的檢測(cè)與變送2.4.1流量的概念與檢測(cè)方法1.流量的基本概念：瞬時(shí)流量（單位時(shí)間內(nèi)流過工藝管道某截面的流體數(shù)量）與累積流量（某段時(shí)間內(nèi)流過工藝管道某截面的流體總量）；體積、重量與質(zhì)量流量。（1）體積流量：(2)

重量流量：(N/h)(N)(3)

質(zhì)量流量：