过程参数检测及仪表课件纲要

第一章绪论一、教学要求（1）了解测量的基本概念（2）了解测量方法（3）了解测量系统（4）掌握测量仪表的主要性能指标、仪表的检定二、教学难点（1）测量方法（2）仪表的检定三、教育技术应用（1）现场测量系统设备图片，课件播放（2）测量仪表实物展示：测温热电偶、压力变送器等四、课前预习无五、相关科研进展无—————————————————————————————1.1测量的基本概念1.2测量方法1.3测量系统1.4测量仪表的主要性能指标1.5仪表的检定一、测量的基本概念测量的过程就是比较变换的过程。测量是用实验的方法和专门的工具，将被测量与同种性质的标准量（即测量单位）进行比较，求取二者比值，从而找到被测量数值大小的过程。它是利用各种物理和化学效应，将物质世界的有关信息通过测量的方法赋予定性或定量结果的途径。测量包含三要素：测量单位、测量方法和测量工具。二、测量方法测量方法是实现被测量与其测量单位比较所采用的方法。根据检测仪表与被测对象的特点，测量方法可分为直接测量、间接测量、组合测量；偏差法、零差法、微差法；静态测量、动态测量等。三、测量系统测量系统包含检测部分、分析处理部分、显示记录部分以及通信接口部分。检测部分：将被测量转换成电量或电路元件参数，有时称为传感器；分析处理部分：进行阻抗匹配、信号变换和放大等处理的变换部分，对变换得到的数字信号进行去伪存真和特征提取；显示记录部分：表达测量结果和对结果进行存储；通信接口部分：将信号传送到控制器、其它测量系统或上位机系统。四、测量仪表的主要性能指标仪表的计量性能指标包括量程、准确度、线性度、变差、灵敏度、重复性等。仪表的准确度表示测量结果与被测真值之间的接近程度。准确度合格的仪表，其基本误差不能大于允许误差。仪表的变差反映了仪表工作时所得的上升曲线与下降曲线不重合的程度。在检验一台仪表时，如果该表的准确度或变差不满足规定的要求，则该表为不合格仪表。在使用仪表时，必须明确：仪表的精度等级高，不一定代表测量结果准确度高。它们之间相互依存，但有区别。仪表的可靠性目前主要有三个指标来描述，它们是保险期、有效期和狭义可靠性。五、仪表的检定为评定仪表的计量性能（精确度、灵敏度等），并确定其性能是否合格所进行的全部工作称为检定，又称校验。仪表的检定方法有示值比较法和标准物质法两种。第二章测量误差分析与处理一、教学要求（1）了解测量误差的概念（2）了解直接测量误差的分析与处理（3）了解间接测量误差的分析与处理（4）掌握测量不确定度二、教学难点（1）误差的分析与处理、不确定度的分析三、教育技术应用四、课前预习五、相关科研进展______________________________________________________________________________2.1测量误差的概念2.2直接测量误差的分析与处理2.3间接测量误差的分析与处理2.4测量不确定度一、测量误差的概念在测取被测变量的过程中，由于测量方法、测量仪表、测量环境以及测量者等多方面的原因，使得测量结果不可避免的出现误差。误差的大小反映了测量结果的准确程度。从误差的特点与性质来说，误差可分为系统误差、随机误差和粗大误差。二、直接测量误差的分析与处理系统误差、随机误差和粗大误差产生的原因不相同，各具有不同的特点，因而处理方法不同。如多次重复测量是不能减小系统误差对测量结果的影响的，因此发现和减小或消除系统误差，是十分重要的。而随机误差的分布服从一定的统计规律，因而可在一定的概率意义下估计随机误差的范围，或者求得随机误差出现在给定区间的概率。含粗大误差的测量结果毫无意义，应根据判别准则予以确定后再做处理。三、间接测量误差的分析与处理间接测量是通过直接测量与被测量之间有一定函数关系的其它量，按照已知的函数关系式计算出被测量。由于各个直接测量值中有误差存在，因此间接测量值中也必然有误差。间接测量值中的系统误差和随机误差可利用各自的误差传递公式计算得到。四、测量不确定度测量不确定度是指测量结果的不可信程度，是可用于定量地表达被测参量测量结果分散程度的参数。不确定度可以分为标准不确定度u、合成不确定度uc和扩展不确定度U或Up。标准不确定度有A类和B类两类评定方法。对测量不确定度进行分析与评定后，应给出测量不确定度的最后报告。第三章接触式温度检测及仪表一、教学要求（1）了解并掌握热电偶温度传感器（2）了解并掌握热电阻温度传感器（3）掌握测温实例（4）了解其他温度检测仪表二、教学难点（1）测温实例三、教育技术应用四、课前预习五、相关科研进展___________________________________________________________3.1热电偶温度传感器3.2热电阻温度传感器3.3测温实例3.4其他温度检测仪表一、热电偶温度传感器热电偶温度传感器基于热电效应原理而工作。热电偶测温时的三条基本定律在指导热电偶的实际应用和回路电势分析是非常重要的。热电偶有不同的构造，分为普通型热电偶（由热电极、绝缘管、保护套管及连接盒等组成）、铠装热电偶（将热电极、绝缘管和保护套管三者组合加工成一坚实整体）、热套式热电偶（用于大型机组的主蒸汽温度测量）等。热电偶的种类很多，工业生产中常使用标准化热电偶测温。为了消除热电偶的冷端温度变化对测量的影响，可采用计算法、冷端恒温法、补偿导线法及冷端温度补偿器等，对热电偶的冷端温度进行修正和补偿。测量热电势可使用电位差计。使用热电偶测量温度，要先对热电偶输出的信号进行放大、补偿、线性化、A/D转换后由数据总线传输至CPU进一步进行处理。为了保证测量准确，热电偶在使用前、使用一段时间后要进行周期性的检验。工业用热电偶的检验项目主要有外观检查和允许误差检验两项。二、热电阻温度传感器将热电阻插在测温场所，被测温度变化会引起热电阻阻值变化，测出电阻值，便可得到温度的数值。目前生产中常用的热电阻有铂电阻（分度号Pt10、Pt100）、铜电阻（分度号为Cu50、Cu100）。其中铂电阻的准确度高、稳定性好、性能可靠；铜电阻的线性度好、灵敏度高，但测温上限不超过150℃。热电阻按结构类型不同分为普通型热电阻和铠装热电阻等。除感温元件外，热电阻的其余结构和热电偶基本相同。测量热电阻值可使用电桥。为减小线路电阻随环境温度变化带来的测量误差，热电阻与电桥连接时要采用三线制或四线制接线方式。在热电阻的多路温度检测通道中，首先要将多路电阻值转变为电压信号，然后通过多路开关的选择实现多路温度的测量。其中实现电阻值到电压信号的转换常用的有恒流驱动法与电桥测量法。热电阻的校验一般在实验室中进行。除标准的铂电阻温度计作三定点（水三相点、水沸腾点和锌凝固点）校验外，实验室和工业用的铂或铜电阻温度计的校验方法有比较法和两点法两种。三、测温实例采用接触式测温方法测量温度时，温度计指示的温度只是感温元件本身的温度，与被测温度是有偏差的，且靠提高测温仪表的准确度是不能减小此偏差的。只有通过分析测温对象，选择合理的测温技术，才有可能获得准确的温度值。对管内流体温度、壁面温度、高温烟气温度的测量是生产中经常遇到的，要掌握为减小测温误差采取的措施。四、其他温度检测仪表（1）膨胀式温度计液体膨胀式温度计结构简单，价格低廉，测量范围一般在-50～300℃。双金属温度计的测量范围较宽，为-80～500℃，但测量滞后较大。（2）压力式温度计是基于密闭容器中气体、液体或低沸点蒸发液体受热压力增大的原理工作的，具有结构简单、使用方便等特点。（3）新型温度传感器是近些年来出现的测温元件。这类传感器体积小、灵敏度高、响应快，正在逐步应用起来。需要指出的是，测温仪表的选用要根据测温范围、测温准确度、测温环境、成本等方面进行综合考虑，力求做到对温度的准确、可靠和快速测量。第四章非接触式温度检测及仪表一、教学要求（1）了解热辐射测温的理论基础（2）了解热辐射温度计的分类（3）掌握光学高温计、辐射高温计和比色高温计（4）掌握红外测温仪二、教学难点（1）光学高温计、辐射高温计和比色高温计的比较（2）红外测温仪三、教育技术应用四、课前预习五、相关科研进展—————————————————————————————4.1热辐射测温的理论基础4.2分类4.3光学高温计、辐射高温计和比色高温计的比较4.4红外测温仪一、热辐射测温的理论基础它是利用物体的辐射能随其温度而变化的原理制成的。基于的基本定律有普朗克定律、斯忒藩-玻尔兹曼定律。二、分类这类温度计大致分成两类，一类是通常所说的光学辐射式高温计，包括光学高温计，光电高温计，辐射高温计，比色高温计等。另一类是红外辐射温度计，包括全红外线辐射型、单色红外辐射、比色型等。三、光学高温计、辐射高温计和比色高温计的比较光学高温计是通过测量物体在某一波段的辐射能量来获得物体的温度。它所测出的是目标的亮度温度，经过修正后可得到物体的实际温度。光学高温计工作时一般都采用亮度比较的方法。它的特点是结构简单、灵敏度较高，但测量结果易受物体光谱发射率变化及中间介质吸收的影响。辐射高温计是通过测量物体发出的全辐射能量来获得物体的温度。它所测出的是目标的辐射温度，经过修正后可得到物体的实际温度。辐射高温计的灵敏度较低，测量结果更易受物体发射率变化及中间介质吸收的影响。比色高温计是通过测量物体发出的两个（或多个）相近波段内的辐射能量的比来测量物体的温度。它所测出的是目标的比色温度，经过修正后可得到物体的实际温度。比色测温仪的特点是灵敏度较高，在中高温度范围内使用效果较好，测量结果受物体发射率变化及中间介质吸收的影响小。缺点是结构较为复杂，价格比较昂贵。四、红外测温仪红外测温仪的基本原理是以被测目标的红外辐射能量与温度成一定函数关系而制成的仪器。红外辐射出射度与辐射源的温度之间仍遵循热辐射的基本定律。较低温度的测量要采用红外测温仪表。非接触式测温仪表是目前高温测量中应用广泛的一种仪表。在测量时温度计不必与被测物体接触，因此可以测量运动物体的温度，并不会破坏物体的温度场，从理论上讲测量上限是没有限制的。第五章压力检测及仪表一、教学要求（1）了解压力的表示方法（2）了解压力的检测系统（3）掌握常用的测压仪表二、教学难点（1）压力表的分类及压力表的选用和校验三、教育技术应用四、课前预习五、相关科研进展______________________________________________________________________________5.1压力的表示方法5.2压力的检测系统5.3常用的测压仪表一、压力的表示方法我们这里所说的压力是物理学中的压强。测量的压力有绝对压力、表压力、真空度，这些压力之间有一定的关系。国际单位制中，压力的单位是帕斯卡，工业中常用千帕、兆帕。国外生产的压力表，常用巴(bar)、毫米英寸（mminch）、磅力/英寸2（lbf/in2）等其他非国际单位制的压力单位。这些单位之间有一定的换算关系。二、压力检测系统到目前为止，几乎所有的压力测量都是接触式的。一个完整的压力检测系统包括取压口、引压管路和压力检测仪表。为了保证准确测量压力，检测系统中还需要增加许多附件。p引压管路就地指示的压力表（弹簧管压力表等）)(pp引压管路压力（差压变送器）（电容式压力（差压）变送器等）显示、记录和调节仪表三、常用的测压仪表对压力仪表有不同的分类方法。按压力表的工作原理可分为：液体压力计、弹性式压力计、物性式压力计、活塞式压力计、压力变送器等。生产中常用的是弹性式压力计和压力变送器。1．弹性式压力计它是利用弹性元件受压后产生的变形量大小与所作用的压力之间有确定对应关系的原理工作的。常用的弹性元件有弹簧管、膜片、膜盒、波纹管等。膜盒压力表主要用于微压的测量。弹簧管压力表能测量真空、中压和高压，可靠耐用，价格低廉，是应用范围广、应用历史长的就地指示式压力仪表。其中装有上下限触点机构及相应电气线路的电接点压力表，还可用于双限报警。波纹管差压计主要用作流量和液位测量的显示仪表。2．压力（差压）变送器利用压力（差压）变