化工儀表檢測技術(shù)儀表總復習

化工儀表及自動化

第一章檢測儀表基本知識一、測量誤差及其各自的特點》》測量誤差按其產(chǎn)生原因的不同,可以分為三類：》》系統(tǒng)誤差：在測量過程中容易消除和加以修正。》》疏忽誤差》》偶然誤差：不易被發(fā)覺和修正。

二、檢測儀表的品質(zhì)指標

(1).測量儀表的準確度（精確度）：兩大影響因素絕對誤差和儀表的標尺范圍》》相對百分誤差δ

δ=Δmax×100%

標尺上限值標尺下限值允許誤差

儀表允許的最大絕對誤差值δ允=±×100%

標尺上限值標尺下限值儀表準確度等級的確定？》》會進行計算：13頁3、7小結(jié)：儀表的準確度等級數(shù)值越大，儀表的精度越低。兩臺量程不同的儀表，如果它們的絕對誤差相等的話，量程小的儀表準確度越低。線性度：線性度通常用實際測得的輸入-輸出與理論擬合直線之間的最大偏差與檢測儀表滿量程輸出范圍之比的百分數(shù)來表示。

δf=Δfmax×100%

儀表量程三、檢測系統(tǒng)中信號的傳遞形式（1）模擬信號

連續(xù)變化的物理量和化學量。（2）數(shù)字信號（3）開關(guān)信號第二章壓力檢測1、壓力單位2、

圖1-2線性度示意

p真空度=p大氣壓力p絕對壓力

3、壓力計及真空表的分類：液柱式壓力計

彈性式壓力計電氣式壓力：可以遠距離傳送信號，進行遠程控制�；钊�式壓力計：一般作為標準型壓力測量儀器。一、彈性式壓力計

1.彈性式壓力計是利用各種形式的彈性元件，在被測介質(zhì)壓力的作用下，使彈性元件受壓后產(chǎn)生彈性變形的原理而制成的測壓儀表。2.常用的彈性元件有：二、電氣式壓力計》》壓力傳感器的作用：三、壓力計的選用及安裝1.儀表類型的選用》》氨用壓力計彈簧管的材料都采用碳鋼，不允許采用銅合金。氧用壓力計要嚴格禁油。2.儀表測量范圍的確定

上限選取壓力平穩(wěn)：最大工作壓力不超過量程2/3

脈動壓力：最大工作壓力不超過量程的1/2下限選取被測壓力的最小值不低于滿量程的1/32.壓力計的安裝

測量液（氣）體壓力時，取壓點應在管道下（上）部，使導壓管內(nèi)不積存氣（液）體。

取壓口到壓力計之間應裝有切斷閥，以備檢修壓力計時使用。切斷閥應裝設(shè)在靠近取壓口的地方。第三章流量檢測流量計的分類

速度式流量計：靶式流量計、旋渦流量計、渦輪流量計電磁流量計轉(zhuǎn)子流量計

差壓式流量計

容積式流量計：活塞式流量計、橢圓齒輪流量計

質(zhì)量流量計：補償式質(zhì)量流量計慣性式質(zhì)量流量計一、差壓式流量計

1.差壓式（也稱節(jié)流式）流量計是基于流體流動的節(jié)流原理，利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置時產(chǎn)生的壓力差而實現(xiàn)流量測量的

2.標準節(jié)流裝置(孔板、噴嘴),一般都用于直D≥50mm的管道中3.工作原理：流過管道的流量越大，節(jié)流裝置前后的壓差也越大。

Q=αεF02Δpρ1M=αεF02ρ1Δp流量與壓力差ΔP的平方根成正比。

二、轉(zhuǎn)子流量計

1.差壓式（也稱節(jié)流式）流量計是變節(jié)流面積、恒壓降。2.轉(zhuǎn)子流量計：恒壓降、變節(jié)流面積。3.流量越大，轉(zhuǎn)子的位置越高。三、橢圓齒輪流量計

1.適用于高黏度介質(zhì)的流量測量。v2.橢圓齒輪每轉(zhuǎn)一周所排出的被測介質(zhì)流量為半月形容積的4倍。

第四章物位檢測一、差壓式液位計

差壓式液位計，是利用容器內(nèi)的液位改變時，由液柱產(chǎn)生的靜壓也相應

圖3-19橢圓齒輪流量計結(jié)構(gòu)原理變化的原理而工作的。

零點遷移問題：

無遷移：取壓點與液位零位在同一水平面上正遷移：取壓口低于容器底部圖4-4負遷移：介質(zhì)具有腐蝕性，且差壓計低于容器

遷移同時改變了測量范圍的上、下限，相當于測量范圍的平移，它不改變量程的大小。

q4Vn二、電容式物位計

1、在平行板電容器之間，充以不同介質(zhì)時，電容量的大小也有所不同。

2、測量非導電介質(zhì)時，電容量的變化為

CX=CC0=2πεε0H=KiHDlnd()圖4-3正負遷移示意圖

（ε-ε0）值越大，儀表越靈敏。電容器兩極間的距離越小，儀表越靈敏。三、核輻射物位計

I=I0eμH射線的透射強度隨著通過介質(zhì)層厚度的增加而減弱。

特點：適用于高溫、高壓容器、強腐蝕、劇毒、有爆炸性、黏滯性、易結(jié)晶或沸騰狀態(tài)的介質(zhì)的物位測量，還可以測量高溫融熔金屬的液位�？稍诟邷�、煙霧等環(huán)境下工作。

但由于放射線對人體有害，使用范圍受到一些限制。稱重式液罐計量儀可以直接稱量儲罐內(nèi)液體的質(zhì)量。第五章溫度檢測

溫度參數(shù)是不能直接測量的，一般只能根據(jù)物質(zhì)的某些特性值與溫度之間的函數(shù)關(guān)系，通過對這些特性參數(shù)的測量間接地獲得。分類按測量方式接觸式與非接觸式

一、溫度檢測的基本原理》1.應用熱膨脹原理測溫、雙金屬溫度計》》2.應用壓力隨溫度變化的原理測溫》》3.應用熱阻效應測溫》》4.應用熱電效應測溫》》5.應用熱輻射原理測溫一、熱電偶溫度計

1.熱電偶溫度計是基于熱電效應這一原理測量溫度的。2.熱電偶溫度計是把溫度的變化通過測溫元件-熱電偶轉(zhuǎn)化為熱電勢的變化來測量溫度的。3.第三導體定律4.冷端溫度補償問題

EAB(t,t0)=EAB(t,0)-EAB(t0,0)

例5-2某支鉑銠10-鉑熱電偶在工作時，自由端溫度t0=30℃,測得熱電勢E(t,t0)=14.195mV，求被測介質(zhì)的實際溫度。解:由附錄一可以查得E(30,0)=0.173(mV)代入式(5-3)變換得

E(t,0)=E(t,30)+E(30,0)=0.173+14.195=14.368(mV)再由附錄一可以查得14.368mV對應的溫度t為1400℃。

5.熱電偶的構(gòu)造及各部分作用熱電極

絕緣管保護套管接線盒工業(yè)上對熱電極材料的要求圖5-10熱電偶的結(jié)構(gòu)

在測溫范圍內(nèi)其熱電性質(zhì)要穩(wěn)定,不隨時間變化;

在測溫范圍內(nèi)要有足夠物理、化學穩(wěn)定性,不易被氧化或腐蝕;電阻溫度系數(shù)要小,電導率要高,組成熱電偶后產(chǎn)生的熱電勢要大,其值與溫度成線性關(guān)系或有簡單的函數(shù)關(guān)系;

復現(xiàn)性要好,這樣便于成批生產(chǎn),而且在應用上也可保證良好的互換性;材料組織均勻、要有韌性,便于加工成絲。一、熱電阻溫度計1.測溫原理：利用熱電阻的電阻值隨溫度變化而變化的特性來進行溫度測量的。

Rt=R01+αtt0

2.熱電阻溫度計是把溫度的變化通過測溫元件-熱電阻轉(zhuǎn)化為電阻值的變化來測量溫度的。

作為熱電阻的材料一般要求是：

電阻溫度系數(shù)、電阻率要大；熱容量要��；

在整個測溫范圍內(nèi)，應具有穩(wěn)定的物理、化學性質(zhì)和良好的復制性；電阻值隨溫度的變化關(guān)系，最好呈線性；價格便宜。

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檢測技術(shù)及儀表

總復習

Ⅰ、復習大綱

一）期末考試概況

考試范圍：第一章到第六章考卷體型

一、填空題20%基礎(chǔ)知識

二、判斷題15%基礎(chǔ)知識、基礎(chǔ)知識擴展三、選擇題10%基礎(chǔ)知識、基礎(chǔ)知識擴展四、簡答題25%基礎(chǔ)知識五、計算題30%基礎(chǔ)知識應用考試內(nèi)容：以課件上的知識點為主

二）章節(jié)知識第一章基礎(chǔ)知識

*本章以填空和判斷題為主

一）檢測三要素：

測量單位（并以實物復現(xiàn)）、測量工具、測量方法。二）測量用途分類：

生活測量（一般測量）技術(shù)測量（工業(yè)測量）實驗室測量（精密測量）

直接測量間接測量三）按測量方法分類：組合測量軟測量理論真值約定真值四）獲取真值的方法：最佳估計值傳遞值原理誤差裝誤差五）誤差產(chǎn)生的原因：環(huán)境誤差人員誤差系統(tǒng)誤差六）誤差的種類：隨機誤差

粗大誤差七）不確定度與誤差的區(qū)別

八）儀表的基本組成：

傳感器（即敏感元件）變換器顯示裝

九）儀表的靈敏度P17

儀表輸入/輸出特性曲線的斜率十）儀表的分辨率P17

使測量儀表產(chǎn)生未察覺的響應變化的最大激勵變化值

十一）儀表的死區(qū)P17

使儀表產(chǎn)生可察覺響應時的最小激勵值十二）儀表的引用誤差

1、是相對誤差，但分母是儀表量程2、最大引用誤差：

儀表最大引用誤差（%）

量程最大絕對誤差100%量程十三）儀表的允許誤差

1、允許儀表具有的誤差最大值；

2、可以用絕對誤差或引用誤差的形式表達。十四）儀表的精度等級

儀表的精度等級就是用引用誤差表示允許誤差（即儀表的最大引用誤差）去掉%號后的數(shù)字經(jīng)過圓整后的數(shù)值。

十五）儀表的可靠度

在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)完成規(guī)定功能的概率

十六）失效率

系統(tǒng)運行到t時刻后的單位時間內(nèi)發(fā)生故障的系統(tǒng)

數(shù)與時刻t時完好系統(tǒng)數(shù)之比。

十七）儀表的防爆1、結(jié)構(gòu)防爆

（1）定義：在結(jié)構(gòu)上用隔離措施，把電路和周圍環(huán)

境隔絕，使電路正常工作時所產(chǎn)生的熱量和故障狀態(tài)下形成的電火花及高溫局限于密閉殼體之內(nèi)，不致把外界易燃易爆氣體引燃。

（2）具體措施：密封外殼、充壓縮空氣、充油、充

石英砂。

2、本質(zhì)安全防爆

（1）定義：從電路的能量上加以限制，使電路無論

在工作正常中或發(fā)生短路、斷路等故障狀態(tài)下，所產(chǎn)生的火花都不足以引燃易燃易爆氣體，它產(chǎn)生的溫度也不足以使易燃易爆物自燃。

（2）具體措施：限制電壓、電流、功率。

第二章溫度測量

一）溫標三條件：

固定溫度點（基準點）測溫儀器溫標方程二）華氏溫標

華倫海特

0：氯化氨和冰的混合物32：水的冰點212：水的沸點

三）華氏溫度和攝氏溫度之間的關(guān)系：

9tFtC325四）熱電偶溫度計P36

電阻變化的熱電式傳感器熱電阻溫度變化電勢變化的熱電式傳感器熱電偶溫度變化五）熱電勢

1、溫差電勢：單一導體兩端溫度不同產(chǎn)生的電勢

TeA(T,T0)dteA(T)eA(T0)T0

2、接觸電勢：不同導體接觸時接點產(chǎn)生的電動勢TNAeAB(T)lneNB3、回路總電動勢：

EAB(T,T0)eAB(T)eA(T,T0)eAB(T0)eB(T,T0)[eAB(T)eA(T)eB(T)][eAB(T0)eA(T0)eB(T0)fAB(T)fBA(T0)六）熱電勢大小只與熱電極材料、兩端溫度差有關(guān)，而與材料粗細、長短無關(guān)。

七）均質(zhì)導體定則

一種均質(zhì)材料不能構(gòu)成熱電偶八）中間導體定則

1、熱電偶回路中接入中間導體后，只要中間導體兩端的溫度相同，對熱電偶回路的總熱電勢值沒有影響。

2、測量回路不影響電勢。九）標準電極定律如果導體A、B分別對標準電極C材料的熱電動勢已知，則A、B構(gòu)成熱電偶時的熱電動勢為他們分別對C構(gòu)成熱電偶時產(chǎn)生的熱電動勢的代數(shù)和。EAC(T,T0)ECB(T,T0)EAB(T,T0)

十）連接導線定律

若導體A、B分別與連接導體A’、B’相連接，接點溫度為T、T0、Tn，回路總熱電勢等于熱電偶電勢TEAB(T，n)與連接導體電勢B代數(shù)和。EA(Tn,T0)E(T,T,T,T)E(T,T)E(T,T)ABBAn0nABnA"B"n0●可用廉價導線來延長熱電偶十一）中間溫度定律

兩種均質(zhì)材料A、B構(gòu)成熱電偶，接點溫度分別為T、T0，如果一個中間溫度Tn，那么熱電偶回路的總熱電動勢不受溫度的影響。

ABBA(T,Tn,T0,Tn)EAB(T,Tn)EAB(Tn,T0)　EEAB(T,T0)只需測出熱電偶在參比端溫度為0度時的分度表，就可求出參比端在其它溫度時的熱電勢值。

十二）標準化熱電偶

IEC推薦了8種標準化熱電偶：

1）屬貴金屬熱電偶，分度號：R、B、S

2）廉價金屬熱電偶，分度號：K、N、E、T、JK型，鎳鉻-鎳硅熱電偶，用量最大。

十三）熱電偶的冷端處理：

補償導線法；

參比端溫度測量計算法；參比端冰浴法；補償電橋法；

十四）鉑熱電阻（-200～850℃）

10分度號Pt10工作區(qū)為650C以上　　R0選用：100分度號P工作區(qū)為650C以下t100

十五）管道內(nèi)液體溫度的測量：

1、通常應保證測溫元件有一定的插入深度，元件的感溫點應處于管道中心流速最大處；

2、對于直徑大的管道，測溫元件可垂直插入；3、為增加插入深度，可迎著流體流動的方向斜向插入測溫元件；

4、對于內(nèi)徑較小的管道，測溫元件可插入彎頭處或加裝擴大管。

十六）煙道中煙氣溫度的測量

①對象：鍛造加熱爐、鍋爐中，燃燒后產(chǎn)生的大量煙氣，一般溫度有幾百上千度。

②測溫的意義：正確測溫有利于分析其燃燒狀況，實現(xiàn)余熱利用。

③測溫方式：采用熱電偶，插入到被測煙氣中。

④測溫原理：通過和測溫熱電偶套管之間的對流熱交換，使熱電偶溫度升至接近于煙氣溫度。

1）溫度誤差原因：

①.煙氣和熱電偶間對流熱交換系數(shù)比流體下的要小很多，使得熱電偶溫度一般比煙氣溫度小很多，使得測量誤差增大；

②.煙氣溫度高，熱電偶插入部分被加熱到較高溫度，而未插入部分溫度低，沿熱電偶往外的導熱損失，引起導熱誤差，從而帶來測量誤差；

③.煙道管壁溫度低，熱電偶對管壁的輻射損失大，引起輻射誤差，從而帶來測量誤差；

2）措施

①.測溫元件（熱電偶）外圍加熱屏幕罩減少對管壁的輻射誤差；

②.盡量增加熱電偶的插入深度，并對熱電偶根部處的管道壁加強保溫，以提高壁面溫度減少導熱誤差；

③.采用抽氣方式加大對流，增強對流交換減少輻射誤差。

如圖：熱電偶裝于有多層

屏蔽的管中，屏蔽管的后部

與抽氣器連接。當蒸汽或壓

縮空氣通過抽氣器時，會夾

帶著煙氣以很高的流速流

過熱電偶測量端。在抽氣管

路上加裝的孔板是為了測

量抽氣流量，以計算測量處

的流速來估計誤差。

第三章壓力和壓差測量

一）絕對壓力Pi

被測介質(zhì)作用在容器表面積上的全部壓力稱為絕對壓力，用符號Pi表示。用絕對壓力表測量。

二）大氣壓力Pd

由地球表面空氣柱重量形成的壓力，稱為大氣壓力。它隨地理緯度、海拔高度及氣象條件而變化。用符號Pd表示。用氣壓計測定。

三）表壓力Pb

通常壓力測量儀表是處于大氣之中，其測得的壓力值等于絕對壓力和大氣壓力之差，稱為表壓力，用符號pb表示。

表壓力=絕對壓力-大氣壓力四）真空度Pz

當絕對壓力小于大氣壓力時，表壓力為負值(負壓力)，其絕對值稱為真空度，用符號pz表示，

有：pz＝pd－pi.

(真空度=大氣壓力-絕對壓力)

五）彈性膜片：

一種外緣固定的片狀彈性元件，膜片的彈性特性一般由中心位移與壓力的關(guān)系表示。

按剖面形狀及特性分：

平膜片的使用位移很小，彈性特性有良好平膜片：

的線性關(guān)系。

波紋膜片是壓有環(huán)狀同心波紋的圓膜波紋膜片：片，波紋的形狀有正弦形、鋸齒形、梯

形等。其位移與壓力的關(guān)系，由波紋的形狀、深度和波紋數(shù)確定。

撓性膜片僅作為隔離膜片使用，它要與撓性膜片：

測力彈簧配用。

六）波紋管

由整片彈性材料加工而成，是一種壁面具有多個同心環(huán)狀波紋，一端封閉的薄壁圓管。波紋管的開口端固定，由此引入被測壓力。在其內(nèi)腔及周圍介質(zhì)的壓差作用下，封閉端將產(chǎn)生位移，此位移與壓力在一定的范圍內(nèi)呈線性關(guān)系。在使用時一般要應用在線性段，也可以在波紋管內(nèi)加螺旋彈簧以改善特性。用波紋管作彈性元件的壓力計，一般用于測量較低壓力或壓差。

七）彈簧管

是一根彎成圓弧狀的、具有不等軸截面的金屬管。常見

的不等軸截面是扁圓和橢圓形。彈簧管的一端封閉并處于自由狀態(tài)為自由端，另一端開口為固定端，被測壓力由固定端通人彈簧管內(nèi)腔。在壓力的作用下，彈簧管橫截面有變圓的趨向，彈簧管亦隨之產(chǎn)生向外伸直的變形，從而引起自由端位移。

八）霍爾元件用來測量位移1、霍爾效應：

如圖，N型半導體薄片尺寸為：L*b*d；磁場B垂直半導體薄片；半導體薄片通以電流I，內(nèi)部電子反向（向右）運動。

B

fLbvIUHfE

dL

電子在右移（電流左移）過程中，受到電磁力fL的作用，電子實際運動方向如圖中紅色箭頭方向。

最終電子在霍爾元件里側(cè)積累，正電荷在外側(cè)積累。形成縱向電場，該電場阻止電子繼續(xù)向里側(cè)偏移。

當電子受到的電場力fE和電磁力fL相等時，電子積累達到動態(tài)平衡。此時元件里、外端面間的電場稱為：霍爾電場EH，對應的電勢稱為霍爾電場UH。

2、霍爾電勢大�。�

RIBUHHKHIBdRH霍爾常數(shù)

控制電流IB磁感應強度RH霍爾元件靈敏度，表示在單位磁感應KHd

強度和單位控制電流作用下，霍爾電勢的大小，是

數(shù)，要求越大越好霍爾元件的一個重要參d霍爾元件厚度3、（1）方向：

控制電流方向改變輸出電勢UH方向改變；

輸出電勢UH方向改變；磁場方向改變輸出電勢UH方向不變；二者方向均改變（2）霍爾元件尺寸對其性能的影響：一定范圍內(nèi)，元件厚度d越小，靈敏度越高；

但過小的d將導致元件的輸入、輸出電阻增加；（3）霍爾元件符號及命名方法：

H

（4）.應用：霍爾元件式彈性壓力傳感器。

壓力敏感電阻彈簧管一端固定，另一端為自由端，安裝霍爾元件，并處于磁極組件的間隙中。磁極組件為兩對磁場方向相反的磁極，在其空隙部分構(gòu)成線性不均勻磁場�；魻栐�件

被自由端帶動而在不均勻磁場中移動時，將感受不同的磁場強度。在霍爾元件的兩端通以恒定電流，在垂直于磁場和電流方向的另兩側(cè)將產(chǎn)生霍爾電勢，此輸出電勢即對應于自由端位移，從而給出被測壓力值。這種儀表結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度高，壽命長，但對外部磁場敏感，耐振性差。

九）壓力傳感器

能夠檢測壓力值并提供遠傳信號（電信號）的裝統(tǒng)稱為壓力傳感器。

◆常見的形式：

應變式、壓阻式、電容式、壓電式等1）應變效應

即當導體和半導體材料發(fā)生機械變形時，其電阻值將發(fā)生變化。

dRdlRlKKsRl

dl:　應變，表示金屬絲長度的相對變化ldR數(shù)，電阻靈敏度系數(shù)KdlR:　　材料的電阻應變系l

K反映了單位應變引起的電阻相對變化，對于確定的應變片，該值為一個常數(shù)：

對于金屬材料：　　K約為2~6對于半導體材料：　K約為60~180　�。�1）結(jié)構(gòu)

絲式應變片：用金屬絲貼在塑料薄膜上、腐蝕等工藝在基板上加工成的金屬箔柵箔式應變片：利用光刻　　　　　　　形式的薄膜電阻　

（2）溫度誤差及補償方法：

2）壓阻效應

*特殊半導體承受應力時

用集成電路工藝直接在硅平膜片上按一定晶向制成擴散壓敏電阻，當硅平膜片某一軸向施加一定應力時，膜片變形使擴散電阻的電阻率、電阻值發(fā)生變化的現(xiàn)象。

3）前者（應變效應）是因為外部的機械形變引起電阻變化，后者（壓阻效應）是由于半導體內(nèi)部載流子的遷移引起電阻變化

4）電容式傳感器極間介質(zhì)的介電常數(shù)sC　　s極板面積dd極板間距將壓力引起的彈性元件的位移轉(zhuǎn)換成電容量的變化，實現(xiàn)壓力測量的傳感器。

（1）電容式傳感器原理

①.變極間距d型：

差動式結(jié)構(gòu)：如圖，活動極板位于兩個固定極板之間，未開始測量時，將活動極板調(diào)至中間位，此時兩邊電容相等，設(shè)為C0；測量時，假設(shè)中間活動極板右移△d，則C1C2。

定片②.變面積s型：

◆直線位移式：如圖。bd動片

a

ab(aa)bba

電容變化量：Cddd

abaa極板超始遮蓋長度　　　　　　　　b極板寬da　a極板超始遮蓋長度a動極板位移d極板間距極板寬b　a動極板位移d極板間距

CC靈敏度：K0aa

C0K　　　a不能太大。否則，邊緣效應將　　　使傳感器產(chǎn)生非線性變化

◆角位移式（略）

③.變介質(zhì)（介電常數(shù)）型：

量可進行介質(zhì)介電常數(shù)測　　可進行介質(zhì)厚度測量

5）壓電效應

一些結(jié)晶材料、高分子材料在壓力作用下，內(nèi)部分子的極化情況發(fā)生變化，使材料表面帶電荷，稱為壓電效應。

這些表面電荷會很快與環(huán)境中的雜散電荷或材料內(nèi)部自由電荷中和，呈電中性，因此壓電效應不能用來檢測恒定壓力。但由于電荷中和時間遠遠大于在壓力作用下的極化變化時間，所以它可以響應動態(tài)壓力，用于加速度與振動檢測。

①.壓電式壓力傳感器原理：

利用壓電材料的壓電效應將被測壓力轉(zhuǎn)換為電信號，實現(xiàn)動態(tài)壓力檢測，不適宜測量緩慢變化的壓力和靜態(tài)壓力。

壓電材料制成的壓電元件受到壓力作用時將產(chǎn)生電荷，當外力去除后電荷將消失。在彈性范圍內(nèi)，壓電元件產(chǎn)生的電荷量與作用力之間呈線性關(guān)系。電荷輸出為：

測知電荷量可知被測壓力大小。其中：p為壓力；S為作用面積；q為電荷量；k為壓電常數(shù)。

十）儀表量程選擇

2最大被測壓力Pmax的測量上限1、被測壓力較穩(wěn)定時：312、測量脈動壓力時：最大被測壓力Pmax的測量上限2　　33、測量高壓時：最大被測壓力Pmax的測量上限514、被測壓力的最小值Pmin的測量上限3Pmax被測壓力最大值根據(jù)　　計算儀表的上下限被測壓力最小值Pmin再按壓力儀表的標準系列選定量程

◆若上、下限不能同時滿足要求，應首先滿足最大工作壓力。

十一）取壓點位和取壓口形式

為真實反映被測壓力的大小，要合理選擇取壓點，注意取壓口形式。工業(yè)系統(tǒng)中設(shè)取壓點的選取原則遵循以下幾條：

①.取壓點位避免處于管路彎曲、分叉、死角或流動形成渦流的區(qū)域。不要靠近有局部阻力或其他干擾的地點，當管路中有突出物體時（如測溫元件），取壓點應在其前方。需要在閥門前后取壓時，應與閥門有必要的距離。

②.取壓口開孔的軸線應垂直設(shè)備的壁面，其內(nèi)端面與設(shè)

備內(nèi)壁平齊，不應有毛刺或突出物。

③.測量液體介質(zhì)的壓力時，取壓口應在管道下部，以避免氣體進入引壓管；測量氣體介質(zhì)的壓力時，取壓口應在管道上部，以避免液體進入引壓管。

例一壓力容器在正常工作時壓力范圍為0.4-0.6MPa，要求使用彈簧管壓力表進行檢測，并使測量誤差小于被測壓力的5%，試確定該表的量程和精度等級。

解：由題知被測壓力比較穩(wěn)定，設(shè)彈簧管壓力表量程為A，

則選擇壓力表時，應滿足以下關(guān)系：2最大工作壓力（0.6）AA0.9MPa31最小工作壓力（0.4）AA1.2MPa3

因此，可選用量程范圍為0~1.0MPa的彈簧壓力表。

由題意，被測壓力允許的最大絕對誤差

max＜0.45%＝0.02MPa

要求選用儀表的最大引用誤差

0.02max＜100%2%1.00

按精度等級，可選用1.5級壓力表。

第四章機械量測量**填空、判斷、簡答

一）機械量：

長度、位移、速度、轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速、力、力矩、振動等二）電氣式位移測量：

電容式差動電容式自感式差動自感式差動變壓器式

1）電容式位移檢測方法（1）變極距法：s11Cs　　ddd

極間介質(zhì)的介電常數(shù)　　　ab）s極板面積（d極板間距位移

（2）變面積法：極間介質(zhì)的介電常數(shù)sabas極板面積(ab)Cbb　　dddd極板間距b對應位移

2）差動電容式位移檢測方法兩個固定極板之間設(shè)可移動極板。如圖

sC1sC2　dxdxC1

C2

x　　可見：

采用差動式電路，可明顯改善線性，具有較高的

靈敏度，此外，因靜電、溫度、電源變化等因素引起的誤差也大為減少。

3）自感式

匝數(shù)N�、�.原理圖：

鐵心線圈　銜鐵

0②.原理：l2d02d　磁阻R　ms0s0sN20sNL電感L2dN2ILINRm　　Rm

Lf(s)sN20sL曲線：12dLf(d)d采用差動式電橋電路，如圖。則有：

ss

　2C1Edxdx2xECUssC2C1　dxdx

圖中實線代表理論特性，虛線代表實際特性，兩者在

曲線的端部有所差別，即在位移d較小、較大時，曲線線性差，表明電感式位移檢測法的線性范圍非常有限。

③.銜鐵位移變化時，電感量變化

分析：

電感變化量△L和銜鐵位移變化量△x之間呈線性關(guān)

系的前提是忽略高次項，即高次項的存在是產(chǎn)生非線性誤差的原因。

4）差動自感式：

將位移d轉(zhuǎn)換成電信號的差動電感變換如圖所示。

隨著銜鐵的移動，電感L1、L2反對稱變化，將L1、

L2接入交流電橋電路，實現(xiàn)位移變化的交流電壓信號線性輸出。

分析：

設(shè)初始時，銜鐵處于中間位，即d1=d2=d0；兩個單

線圈的參數(shù)完全相同，即L1=L2=L0.

當銜鐵△x移動時，一個線圈電感量增加,另加一個減

少，設(shè)L1增加，L2減少。222N0sN0sN0s11LL1L22(d0x)2(d0x)2d01x1xd0d0　　2L0

　xLx　　　相對變化量22xx2L0d0d0d0d0

N0sN0sN0s11LL1L22(d0x)2(d0x)2d01x1xd0d0xLx　　2L0　　　相對變化量22x2L0d0xd0d0d0222　相對變化量　和單線圈自感式比較：

①.靈敏度提高一倍，即銜鐵位移相同，輸出信號大一倍②.非線性量的偶次項為零，即非線性特性得到改善；③.溫度變化、電源變化、外界干擾等共模信號對傳感器精度的影響，能通過差動方式互相抵消而減少。

5）差動變壓器位移檢測

（1）結(jié)構(gòu)：實質(zhì)為互感式位移傳感器。

（2）原理：

被測對象位移變化，帶動鐵心移動，一次線圈和上下對稱的兩個二次線圈之間的互感應隨鐵心的位而發(fā)生變化。

將兩個二次線圈反向串聯(lián)，其輸出電勢和鐵心位移關(guān)系

xx3x5Lx2　2d...x2L0dd000d0d0

為差動方式。在鐵心位于中央位時，差動信號輸出電壓為零；為當鐵心因位移而偏離中央位時，差動信號的輸出為與位移成正比的交流電壓。其波形關(guān)系：

三）光柵標尺結(jié)構(gòu)：

①.標尺光柵G1：②.指示光柵G2：③.光源、透鏡：④.光電元件S1、S2:

輸出信號大小和接收光線強弱有近似線性關(guān)系。

1)測量位移2)測量原理

固定G2，G1隨被測對象移動，G1每移動一個柵距，S1、S2都輸出一個周期的近似正弦波形，通過對G1波形整形，對整形脈沖計數(shù)，反映位移。

3）辨向原理

G2上、下兩排光柵錯位(1/4)p，使得S1、S2輸出信號也

錯位(1/4)周期，用于判斷移動方向：1G1右移時：　S1相位超前S2相位周期4G1左移時：　S1相位滯后S2相位1周期4

四）莫爾條紋標尺結(jié)構(gòu)：

在光柵標尺的基礎(chǔ)上，將G2、G1的光柵刻線錯開一個很小的夾角θ，G1、G2片間留有很小的間隙。如圖：

莫爾條紋：

光源照射時，在近似于垂直G2柵線方向上出現(xiàn)明暗相間的條紋，稱為莫爾條紋。

其中：

pa-a線：兩光柵柵線彼此重合，亮帶莫爾條紋間距:　W光線從縫隙中通過b-b線：兩光柵柵線彼此錯開，光線通不過暗帶

1）測量位移2）測量原理

當G1左右移動一個柵距，則莫爾條紋上下移動一個條紋間距。通過測定移過的莫爾條紋數(shù)目，就可以測出光柵的位移量。條紋間距:　Wp由于位移相當于，用莫爾條紋標尺檢測

(弧度)一般很小

放大了柵距p，更容易實現(xiàn)條紋光強的檢測。

莫爾條紋的寬度W由光柵常數(shù)p與光柵的夾角θ決定。對于給定光柵常數(shù)p的兩光柵，夾角θ愈小，條紋寬度愈大，即條紋愈稀。也更便于測量。

3）辨向原理

大部分被測物體的移動往往不是單向的，既有正向運動，也可能有反向運動。單個光電元件接收一固定點的莫爾條紋信號，只能判別明暗的變化而不能辨別莫爾條紋的移動方向，因而就不能判別運動零件的運動方向，以致不能正確測量位移。

設(shè)G1隨被測零件正向移動10個柵距后，又反向移動一個柵距，也就是相當于正向移動了9個柵距�？墒�，單個光電元件由于缺乏辨向本領(lǐng)，從正向運動的10個柵距得到10個條紋信號，從反向運動的一個柵距又得到一個條紋信號，總計得到11個條紋信號。這和正向移動11個柵距得到的條紋信號數(shù)相同。因而這種測量結(jié)果是不正確的。

如果能夠在物體正向移動時，將得到的脈沖數(shù)累加，而

物體反向移動時可從已累加的脈沖數(shù)中減去反向移動的脈沖數(shù)，這樣就能得到正確的測量結(jié)果。

完成這種辨向任務(wù)的電路就是辨向電路。為了能夠辨向，需要兩個具有

1相位差（P）的24莫爾條紋信號。為此在莫爾條紋相距

W處各安裝兩個光電元件S1、S2，4如圖。

兩個光電元件S1、S2的輸出uo1、uo2為正弦信號，相位差90度，其相位關(guān)系和光柵移動方向有關(guān)。

當光柵向A方向移動時，莫爾條紋向下移動，光電元件S1輸出信號uo1超前S2輸出信號Uo2

；2。2當光柵向B方向移動時，莫爾條紋向上移動，光電元件S2輸出信號uo2超前S1輸出信號Uo1

五）絕對式光電碼盤1、測轉(zhuǎn)速

建立在編碼器基礎(chǔ)上的轉(zhuǎn)速檢測法。通過編碼盤將轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換成代碼輸出，即不同的代碼代表不同的轉(zhuǎn)角大小。

2、編碼

二進制碼循環(huán)碼

（1）碼盤與編碼：

以四位的二進制光電式碼盤為例。盤面分為4個同心環(huán)，稱為碼道。外面的園環(huán)為低位，里面的園環(huán)為高位。沿園周方向分成16個扇區(qū)。

每個扇區(qū)的各個碼道按編碼方式不同設(shè)成透光區(qū)或非透光區(qū)。假設(shè)透光區(qū)表示1，非透光區(qū)表示0，得到相應的編碼。如圖：

①.二進制碼：編碼方式簡單；

缺點：制作、安裝要求高，一量出現(xiàn)錯碼，將產(chǎn)生較大誤差。

分析：因為當二進制碼的某一較高位的數(shù)碼改變時，所有比它低位的數(shù)碼應同時改變，若由于刻線誤差等原因，某一較高位的數(shù)碼不能同時改變，而是提前或延后改變，將造成較大的誤差。

例如從01111000時，可能被檢測為0000或1111。

②.格雷碼（循環(huán)碼）：

分析：任何兩個相鄰的位，其輸出代碼中，只有一位碼改變，因此即使制作和安裝不準，產(chǎn)生的誤差最多也

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