檢測(cè)技術(shù)及儀表20141027

檢測(cè)技術(shù)及儀表課程介紹課程說明自動(dòng)化專業(yè)的必修課考核方式1、平時(shí)成績(jī)10%2、實(shí)驗(yàn)成績(jī)30%3、期末考試60%計(jì)劃學(xué)時(shí)34+24

學(xué)時(shí)課程介紹教材《檢測(cè)技術(shù)及儀表》林錦實(shí)主編.機(jī)械工業(yè)出版社，2012.《過程檢測(cè)技術(shù)及儀表》（第二版）杜維等.化學(xué)工業(yè)出版社，2010.課程內(nèi)容組成溫度測(cè)量2物位的測(cè)量4壓力與壓差測(cè)量3331成分參數(shù)的測(cè)量6信號(hào)變換技術(shù)8機(jī)械量的測(cè)量37流量的測(cè)量35檢測(cè)技術(shù)概述及檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)10顯示儀表39任務(wù)及要求本課程的任務(wù)是通過本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生系統(tǒng)地了解掌握自動(dòng)檢測(cè)的基礎(chǔ)理論、基本方法、及相關(guān)知識(shí)；掌握工業(yè)過程主要參數(shù)的檢測(cè)原理及實(shí)現(xiàn)方法熟悉各類儀表的工作原理、特點(diǎn)、技術(shù)指標(biāo)和使用要求；根據(jù)需要能夠制定正確的檢測(cè)方案，設(shè)計(jì)檢測(cè)系統(tǒng)，合理選擇、正確使用各種檢測(cè)儀表。第1章檢測(cè)技術(shù)概述及檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)

本章介紹檢測(cè)技術(shù)的地位發(fā)展和測(cè)量?jī)x表的作用、測(cè)量的基本概念、及儀表性能指標(biāo)的計(jì)算方法和測(cè)量誤差的基本理論；分析了測(cè)量誤差的產(chǎn)生原因及處理方法；測(cè)量準(zhǔn)確度的評(píng)定與表示方法。主要內(nèi)容：1.1檢測(cè)技術(shù)概述1.1.1檢測(cè)技術(shù)的基本概念1.1.2檢測(cè)技術(shù)的地位和作用1.1.3檢測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成

1.1.4檢測(cè)技術(shù)的主要研究?jī)?nèi)容1.1.5檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展方向1.2檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)1.2.1檢測(cè)方法1.2.2檢測(cè)儀表的基本功能1.2.3檢測(cè)儀表的基本性能指標(biāo)1.3測(cè)量誤差1.1.1檢測(cè)技術(shù)的基本概念

式中：x——被測(cè)量值；

q——標(biāo)準(zhǔn)量，即測(cè)量單位；

n——比值（純數(shù)），含有測(cè)量誤差。檢測(cè)：以確定被測(cè)對(duì)象屬性量值為目的的全部操作。所以測(cè)量也就是將被測(cè)量與同種性質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較,確定被測(cè)量對(duì)標(biāo)準(zhǔn)量的倍數(shù)。即依靠實(shí)驗(yàn)和計(jì)算找到被測(cè)量的值，它可由下式表示:或：

檢測(cè)技術(shù)：也稱測(cè)試技術(shù)，是具有試驗(yàn)性質(zhì)的測(cè)量，泛指測(cè)量和試驗(yàn)兩個(gè)方面的技術(shù)。

檢測(cè)目的：為了在限定的時(shí)間內(nèi)，盡可能正確地收集被測(cè)對(duì)象的有關(guān)信息，以便獲取被測(cè)對(duì)象的參數(shù)，從而管理和控制生產(chǎn)。被測(cè)量:（被測(cè)對(duì)象的屬性量值）全部操作：一個(gè)完整的檢測(cè)過程包括信息的提取、信號(hào)的轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)與傳輸、信號(hào)的顯示記錄、信號(hào)處理和分析物理量（光、電、力、熱、磁、聲、…）被測(cè)對(duì)象：宇宙萬物（固液氣體、動(dòng)物、植物、天體……）化學(xué)量（PH、成份…）生物量（酶、葡萄糖、…）……1.1.1檢測(cè)技術(shù)的基本概念例一、確定某人的身高通常采用標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度的米尺(一個(gè)預(yù)定標(biāo)準(zhǔn))對(duì)其進(jìn)行測(cè)量，通過被測(cè)量與預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)之間的定量比較，從而得到此人實(shí)際的身高(被測(cè)對(duì)象的數(shù)值結(jié)果)。

1.1.1檢測(cè)技術(shù)的基本概念例二、汽車乘坐舒適性的臺(tái)架試驗(yàn)

一、檢測(cè)技術(shù)的基本概念信息流是客觀世界的一個(gè)主流二、檢測(cè)技術(shù)的地位和作用

物料流能量流信息流客觀世界信息流組成信息獲取處理

傳輸利用…信息獲取是信息流的一環(huán)。

獲取信息是儀器科學(xué)的基本任務(wù)儀器儀表是信息產(chǎn)業(yè)的重要組成部分儀器儀表是信息工業(yè)的源頭1.1.2檢測(cè)技術(shù)的地位和作用

檢測(cè)技術(shù)的作用1.1.2檢測(cè)技術(shù)的地位和作用

工業(yè)生產(chǎn)的倍增器

科學(xué)研究的先行官

社會(huì)上的物化法官a）機(jī)械手、機(jī)器人中的傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)/移動(dòng)位置傳感器、力傳感器、視覺傳感器、聽覺傳感器、接近距離傳感器、觸覺傳感器、熱覺傳感器、嗅覺傳感器。

在各種自動(dòng)控制系統(tǒng)中，測(cè)試環(huán)節(jié)起著系統(tǒng)感官的作用，是其重要組成部分。密歇根大學(xué)的機(jī)械手裝配模型機(jī)器狗

檢測(cè)技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用1.1.2檢測(cè)技術(shù)的地位和作用b)生產(chǎn)加工過程參數(shù)監(jiān)測(cè)

切削力測(cè)量，機(jī)床振動(dòng)測(cè)量、加工噪聲傳感器，轉(zhuǎn)速、扭矩測(cè)量、溫度測(cè)量、機(jī)架及受力件的應(yīng)力測(cè)量、電機(jī)參數(shù)測(cè)量等。密歇根大學(xué)數(shù)字化工廠1.1.2檢測(cè)技術(shù)的地位和作用c)流程工業(yè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控

在電力、冶金、石化、化工等流程工業(yè)中，生產(chǎn)線上設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)關(guān)系到整個(gè)生產(chǎn)線流程。通常建立24小時(shí)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)?；谠O(shè)備的檢查和檢測(cè)，通過計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)，掌握和評(píng)估設(shè)備狀態(tài)、預(yù)測(cè)故障。1.1.2檢測(cè)技術(shù)的地位和作用

檢測(cè)技術(shù)在日常生活中的應(yīng)用與日俱增

家用電器：數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)：自動(dòng)對(duì)焦---紅外測(cè)距傳感器數(shù)字體溫計(jì)：接觸式---熱敏電阻，非接觸式---紅外傳感器自動(dòng)感應(yīng)燈：亮度檢測(cè)---光敏電阻空調(diào)、冰箱、電飯煲：溫度檢測(cè)---熱敏電阻、熱電偶電話、麥克風(fēng)：話音轉(zhuǎn)換---駐極電容傳感器遙控接收：紅外檢測(cè)---光敏二極管、光敏三極管辦公商務(wù)：可視對(duì)講、可視電話：圖像獲取---面陣CCD掃描儀：文檔掃描---線陣CCD紅外傳輸數(shù)據(jù)：紅外檢測(cè)---光敏二極管、光敏三極管醫(yī)療衛(wèi)生：電子血壓計(jì)：血壓檢測(cè)---壓力傳感器血糖測(cè)試儀、膽固醇檢測(cè)儀---離子傳感器1.1.2檢測(cè)技術(shù)的地位和作用科學(xué)研究的先行官1.1.2檢測(cè)技術(shù)的地位和作用許多重要的科學(xué)分支的確立和發(fā)展歸功于重要的科學(xué)儀器裝置的研制成功。色譜儀的發(fā)明產(chǎn)生了色譜學(xué)，光譜儀的發(fā)明產(chǎn)生了光譜學(xué)。諾貝爾獎(jiǎng)獲得者R.R.Ernst說“現(xiàn)代科學(xué)的進(jìn)步越來越依靠尖端儀器的發(fā)展”?？茖W(xué)儀器是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要前提和根本保障；

約有三分之一的諾貝爾物理和化學(xué)獎(jiǎng)授予了那些在測(cè)試儀器方面有創(chuàng)新的科學(xué)家。

檢測(cè)技術(shù)在航天領(lǐng)域舉足輕重“神舟七號(hào)”載人航天工程由測(cè)控通信系統(tǒng)、著陸場(chǎng)系統(tǒng)、發(fā)射場(chǎng)系統(tǒng)、航天員系統(tǒng)、飛船系統(tǒng)、火箭系統(tǒng)、空間應(yīng)用系統(tǒng)七大部分組成。測(cè)控通信系統(tǒng)主要任務(wù)是跟蹤和獲取航天器的各種信息，進(jìn)行計(jì)算、處理和分析，從而對(duì)航天器進(jìn)行控制和管理。要負(fù)責(zé)運(yùn)載火箭和神舟七號(hào)載人飛船的軌道測(cè)量、圖像及遙測(cè)監(jiān)視、遙控操作、話音通信、飛行控制等。如果沒有測(cè)控通信系統(tǒng)，飛船就會(huì)像斷線的風(fēng)箏一樣失去控制，后果將不堪設(shè)想。因此可以說，測(cè)控通信系統(tǒng)是對(duì)飛船進(jìn)行指揮控制的靈魂，在載人航天工程中起著舉足輕重的作用。1.1.2檢測(cè)技術(shù)的地位和作用“阿波羅10”：火箭部分---2077個(gè)傳感器飛船部分---1218個(gè)傳感器檢測(cè)參數(shù)——坐標(biāo)、速度、加速度、溫度、壓力、振動(dòng)、流量、應(yīng)變、航天員的生理參數(shù)等。神州飛船：185臺(tái)（套）儀器裝置飛行器測(cè)控---飛船飛行軌道及姿態(tài)的計(jì)算與控制、設(shè)備的工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)火箭測(cè)控---檢測(cè)火箭飛行狀況、姿態(tài)、軌跡

1.1.2檢測(cè)技術(shù)的地位和作用社會(huì)的“物化法官”1.1.2檢測(cè)技術(shù)的地位和作用

檢查產(chǎn)品質(zhì)量

監(jiān)測(cè)環(huán)境污染

識(shí)別指紋假鈔

查服違禁藥物總結(jié)：檢測(cè)技術(shù)廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究、航空航天、交通運(yùn)輸、醫(yī)療衛(wèi)生及日常生活的每一個(gè)領(lǐng)域，是人類科學(xué)認(rèn)知客觀世界的手段，起著人的感官的作用。1.1.2檢測(cè)技術(shù)的地位和作用1.1.3檢測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成力位移

速度

加速度

壓力流量溫度電阻式電容式電感式壓電式熱電式光電式磁電式電橋

放大器濾波器調(diào)制器解調(diào)器運(yùn)算器阻抗變換器

筆式記錄儀光線示波器磁帶記錄儀電子示波器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器顯示器磁卡數(shù)據(jù)處理器

頻譜分析儀

FFT

實(shí)時(shí)信號(hào)分析儀

電子計(jì)算機(jī)

被測(cè)對(duì)象

傳感器中間變換測(cè)量裝置

信號(hào)顯示及記錄裝置

信號(hào)處理分析裝置

激發(fā)裝置

典型測(cè)試系統(tǒng)框圖檢測(cè)系統(tǒng)：包含對(duì)被測(cè)量進(jìn)行檢出、變換、傳輸、分析、處理、判斷和顯示等不同功能環(huán)節(jié)所構(gòu)成的一個(gè)總體。檢測(cè)的兩個(gè)過程：能量形式的一次或多次轉(zhuǎn)換過程；被測(cè)變量與其相應(yīng)的測(cè)量單位進(jìn)行比較一次敏感元件變換傳輸處理顯示裝置測(cè)量電路被測(cè)變量第一過程第二過程由若干個(gè)檢測(cè)儀表實(shí)現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)參數(shù)的測(cè)量敏感元件1敏感元件2敏感元件n…….信號(hào)變換處理顯示裝置檢測(cè)系統(tǒng)包括被測(cè)對(duì)象級(jí)檢測(cè)的全過程。檢測(cè)元件和顯示裝置使必需的，其他部分視具體結(jié)構(gòu)而定。檢測(cè)元件顯示裝置光纖溫度傳感器1.1.4檢測(cè)技術(shù)的主要研究?jī)?nèi)容1、發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用新的測(cè)量原理，從事相應(yīng)傳感器的開發(fā)研究；2、選擇合適的測(cè)量原理，確定測(cè)量方法；如：電測(cè)法和非電測(cè)法、直接測(cè)量與間接測(cè)量、絕對(duì)測(cè)量與相對(duì)測(cè)量、開環(huán)測(cè)量與閉環(huán)測(cè)量等。3、設(shè)計(jì)或選用各類裝置組成測(cè)試系統(tǒng)；4、測(cè)量數(shù)據(jù)的分析處理，得出符合客觀實(shí)際的結(jié)論。測(cè)試技術(shù)是指測(cè)試過程中所涉及的測(cè)試?yán)碚摗y(cè)試方法、測(cè)試設(shè)備等。

1.1.5現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

提高自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)分辨率、精度、穩(wěn)定性和可靠性；利用新技術(shù)新原理研制新型傳感器，以組成新型的自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)和填補(bǔ)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的空白；微電子技術(shù)、微型計(jì)算機(jī)技術(shù)與傳感器技術(shù)相結(jié)合構(gòu)成新一代的智能化自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)；采用多傳感器去探索檢測(cè)線的、面的和體的空間參數(shù)及綜合參數(shù)，以構(gòu)成特殊的自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。智能化、虛擬化、網(wǎng)絡(luò)化、微型化、多參數(shù)化1.2.1檢測(cè)方法直接檢測(cè)法：用測(cè)量精確程度較高的儀器測(cè)量被測(cè)量，直接得到測(cè)量結(jié)果的方法。間接檢測(cè)法：利用被測(cè)量與某些物理量間的函數(shù)關(guān)系，先測(cè)出這些物理量（間接量），再得出被測(cè)量數(shù)值的方法。組合檢測(cè)法：被測(cè)量與多個(gè)量存在多元函數(shù)關(guān)系時(shí)，可以直接測(cè)量出這幾個(gè)相關(guān)的量，然后解方程組求出被測(cè)量。1.2.2檢測(cè)儀表的基本功能1.變換功能：利用物質(zhì)的物理、化學(xué)性質(zhì)，把被測(cè)量轉(zhuǎn)變成便于測(cè)量、傳輸和處理的另一種物理量的過程。2.選擇功能：實(shí)現(xiàn)測(cè)量，在設(shè)計(jì)制造儀表或變換元件時(shí)，應(yīng)使其具有選擇的功能，即選擇有用測(cè)量信號(hào)而抑制其他干擾信號(hào)的功能。3.比較功能:被測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較的方法。4.顯示功能：測(cè)量?jī)x表將測(cè)量結(jié)果指示或記錄下來的功能。1.2.3檢測(cè)儀表的基本性能指標(biāo)1、靜態(tài)性能指標(biāo)（1）基本誤差和精度（2）變差（3）非線性誤差（4）靈敏度和靈敏限2、動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)（1）基本誤差和精度在測(cè)量?jī)x表量程范圍內(nèi)，輸出量和理論值的最大偏差與量程比值的百分?jǐn)?shù)，稱做儀表的基本誤差（相對(duì)百分誤差）。即：用來表征測(cè)量?jī)x表基本誤差允許值等級(jí)的量，稱做儀表的精度。例如：0.5級(jí)精度的儀表，其允許基本誤差是-0.5%≤δ允≤0.5%；也就是說，精度數(shù)值前加上正、負(fù)號(hào)后加％即為其允許誤差范圍。反過來，把允許誤差限值去掉正負(fù)號(hào)及％即為精度。1、靜態(tài)性能指標(biāo)國家規(guī)定劃分的等級(jí)有：…,0.05,0.1,0.25,0.35,0.5,1.0,1.5,2.5,4.0…,所謂的1級(jí)就是儀表允許的最大相對(duì)百分誤差為1%。例1-1：有一臺(tái)測(cè)壓儀器，測(cè)量標(biāo)尺范圍為0-500Kpa，絕對(duì)誤差最大值為4Kpa，確定該儀表的精度等級(jí)。解：

先計(jì)算儀表最大誤差大于0.5%，小于1%，按儀表精度等級(jí)劃分，儀表精度為1級(jí)。若絕對(duì)誤差不變，測(cè)量范圍改為200-400kpa，則最大相對(duì)百分誤差為：按儀表精度等級(jí)劃分，該儀表的精度為2.5級(jí)。也說明，儀表的絕對(duì)誤差相等時(shí)，測(cè)量范圍大的儀表精度高，反之精度低。解：該測(cè)溫儀表的最大誤差為

去掉%后，該表的精度值為0.6，介于國家規(guī)定的精度等級(jí)中0.5和1.0之間，而0.5級(jí)表和1.0級(jí)表的允許誤差δ表允分別為±0.5%和±1.0%。則這臺(tái)測(cè)溫儀表的精度等級(jí)只能定為1.0級(jí)。例1-2某臺(tái)溫度檢測(cè)儀表的測(cè)溫范圍為100～600℃，校驗(yàn)該表時(shí)得到的最大絕對(duì)誤差為3℃，試確定該儀表的精度等級(jí)。例題例1-3現(xiàn)需選擇一臺(tái)測(cè)溫范圍為0～500℃的測(cè)溫儀表。根據(jù)工藝要求，溫度指示值的誤差不允許超過±4℃，試問：應(yīng)選哪一級(jí)精度等級(jí)的儀表？解：工藝允許相對(duì)誤差為

去掉±和%后，該表的精度值為0.8，也是介于0.5～1.0之間，而0.5級(jí)表和1.0級(jí)表的允許誤差δ表允分別為±0.5%和±1.0%。應(yīng)選擇0.5級(jí)的儀表才能滿足工藝上的要求。例題（2）變差變差：是指測(cè)量?jī)x表在同一輸入量下，其上行程與下行程輸出量的最大差值。變差通常也表示成相對(duì)百分?jǐn)?shù)的形式，即：原因：主要由于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的間隙、摩擦或者儀表元器件吸收、釋放能量所造成的。測(cè)量?jī)x表的非線性誤差（3）非線性誤差

理論上具有線性特性的檢測(cè)儀表，各種原因使實(shí)際特性偏離線性，是指儀表的特性曲線與端基直線最大輸出偏差值的絕對(duì)值與量程比值的百分?jǐn)?shù)，即：量程=Y上-Y下測(cè)量量程=X上-X下實(shí)際特性偏離線性程度的指標(biāo)（4）靈敏度和靈敏限在穩(wěn)定狀態(tài)下，儀表的輸出增量對(duì)輸入增量的比值，稱為儀表的靈敏度。表征檢測(cè)儀器對(duì)被測(cè)參數(shù)變化的靈敏程度，指被測(cè)參數(shù)單位變化時(shí)，儀表所指示值的變化。它就是儀表靜態(tài)特性曲線上相應(yīng)點(diǎn)的斜率：

靈敏限：引起儀表示值可見變化的被測(cè)變量的最小變化值。一般應(yīng)不大于儀表允許誤差絕對(duì)值的一半。2、動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)儀表的輸入量隨時(shí)間而變化的工作狀態(tài)，稱為動(dòng)態(tài)。儀表在動(dòng)態(tài)下工作出現(xiàn)的輸出特性，稱為動(dòng)態(tài)特性。儀表輸入發(fā)生變化，必然引起輸出值的變化，即引起動(dòng)態(tài)響應(yīng)。輸出值隨時(shí)間變化的曲線，稱為動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線。

（1）階躍響應(yīng)

（2）頻率響應(yīng)

實(shí)際測(cè)量過程中，大部分被測(cè)量是隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)信號(hào)，儀表不僅要精確地反映出被測(cè)量的大小，還應(yīng)該正確再現(xiàn)被測(cè)量隨時(shí)間變化的規(guī)律。動(dòng)態(tài)特性反映了輸出值真實(shí)再現(xiàn)變化著的輸入量的能力。（1）階躍響應(yīng)上升時(shí)間tr：y(t)從10%yH到達(dá)90%yH所需的時(shí)間。峰值時(shí)間tp：y(t)到達(dá)第一次峰值所需要的時(shí)間，稱為峰值時(shí)間。穩(wěn)定時(shí)間ts：y(t)到達(dá)誤差允許范圍±5%所需的時(shí)間稱為穩(wěn)定時(shí)間。二階儀表階躍響應(yīng)性能指標(biāo)（2）頻率響應(yīng)當(dāng)測(cè)量?jī)x表的輸入信號(hào)為一定頻率和幅值的波動(dòng)信號(hào)時(shí)，其輸出值所引起的響應(yīng)，稱做頻率響應(yīng)。

若儀表的頻率響應(yīng)性能不好，會(huì)使儀表輸出值的差動(dòng)加大，甚至引起共振，使儀表不能正常工作。3、檢測(cè)儀表的可靠性（1）可靠度：儀表在規(guī)定的條件和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，實(shí)現(xiàn)規(guī)定功能（2）失效率（3）平均無故障工作時(shí)間

λ(t)-t曲線可靠性：儀表在規(guī)定的條件和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，實(shí)現(xiàn)規(guī)定功能的能力。1.3測(cè)量誤差1.3.1誤差存在的絕對(duì)性1.3.2誤差的分類1.3.3誤差處理的基本方法1按誤差出現(xiàn)的規(guī)律分類（1）系統(tǒng)誤差

系統(tǒng)誤差也稱裝置誤差，它反映了測(cè)量值偏離真值的程度（準(zhǔn)確度）。凡誤差的數(shù)值固定或按一定規(guī)律變化者，均屬于系統(tǒng)誤差。系統(tǒng)誤差是有規(guī)律性的，因此可以通過實(shí)驗(yàn)的方法或引入修正值的方法計(jì)算修正，也可以重新調(diào)整測(cè)量?jī)x表的有關(guān)部件予以消除。

夏天擺鐘變慢的原因是什么？1.3.2誤差的分類（2）隨機(jī)誤差

隨機(jī)誤差也稱偶然誤差，它反映了測(cè)量值離散性的大小（精密度）。隨機(jī)誤差是測(cè)量過程中許多獨(dú)立的、微小的、偶然的因素引起的綜合結(jié)果。在同一條件下，多次測(cè)量同一被測(cè)量，有時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)測(cè)量值時(shí)大時(shí)小，誤差的絕對(duì)值及正、負(fù)以不可預(yù)見的方式變化。例如：測(cè)粉筆的長(zhǎng)度或直徑長(zhǎng)度相對(duì)測(cè)量值（3）粗大誤差

就數(shù)值大小而言，粗大誤差明顯超過正常條件下的誤差。當(dāng)發(fā)現(xiàn)粗大誤差時(shí)，應(yīng)予以剔除。如：讀書讀錯(cuò)，突然外界條件干擾等2.按誤差本身因次（單位）分類：絕對(duì)誤差相對(duì)誤差絕對(duì)誤差=測(cè)量值－真值儀表指示值的絕對(duì)誤差與被測(cè)量的真值的比值相對(duì)百分誤差實(shí)際相對(duì)誤差標(biāo)稱相對(duì)誤差絕對(duì)誤差：不能作為儀表測(cè)量精度的比較尺度。3.按使用的工作條件分類基本誤差：規(guī)定正常工作條件下所產(chǎn)生的誤差附加誤差：偏離規(guī)定的正常工作條件所產(chǎn)生的誤差按誤差的特性分類靜態(tài)誤差：被測(cè)量處于穩(wěn)定不變時(shí)的測(cè)量誤差。動(dòng)態(tài)誤差：被測(cè)量處于變化過程中，檢測(cè)所產(chǎn)生的瞬時(shí)誤差。誤差產(chǎn)生原因系統(tǒng)誤差環(huán)境誤差人員誤差1.3.3誤差處理的基本方法一、誤差分析

粗大誤差是人為造成的，可以通過加強(qiáng)責(zé)任感避免，也可以通過某些判據(jù)發(fā)現(xiàn)并剔除隨機(jī)誤差表現(xiàn)出單次測(cè)量的隨機(jī)性與測(cè)量總體誤差分布的規(guī)律性特征，因此可通過統(tǒng)計(jì)處理的方法對(duì)誤差進(jìn)行最可信估計(jì)系統(tǒng)誤差存在與否的檢驗(yàn)是系統(tǒng)誤差分析與評(píng)價(jià)的核心問題，因?yàn)橄到y(tǒng)誤差的規(guī)律性決定其處理與補(bǔ)償?shù)挠行浴ｋS機(jī)誤差的估計(jì)與統(tǒng)計(jì)處理n次重復(fù)測(cè)量，各個(gè)測(cè)量誤差出現(xiàn)的概率密度分布服從正態(tài)分布，即為測(cè)量值與約定真值之間的誤差，即隨機(jī)誤差，均方根誤差（標(biāo)準(zhǔn)誤差）特點(diǎn)：誤差的對(duì)稱性誤差的單峰性誤差的有界性誤差的抵償性標(biāo)準(zhǔn)差的計(jì)算n趨于無窮大n為有限時(shí)粗大誤差的判別拉依達(dá)（Райта）法（只能用于n≥30)格拉布斯（Grubbs）法系統(tǒng)誤差實(shí)驗(yàn)對(duì)比法殘余誤差觀察法標(biāo)準(zhǔn)差判據(jù)二、誤差的處理系統(tǒng)誤差的合成設(shè)檢測(cè)系統(tǒng)的待測(cè)參數(shù)為隨機(jī)誤差的合成在間接測(cè)量情況下，設(shè)間接測(cè)量量（待測(cè)參數(shù)）誤差的總合成三、消除和減少誤差的一般方法

減小隨機(jī)誤差的方法提高檢測(cè)系統(tǒng)準(zhǔn)確度抑制噪聲干擾對(duì)測(cè)量結(jié)果的統(tǒng)計(jì)處理三、儀表的誤差補(bǔ)償及線性化系統(tǒng)誤差補(bǔ)償恒值修正法差動(dòng)法相互抵消法濾波法減小隨機(jī)誤差方法抑制噪聲干擾對(duì)測(cè)量結(jié)果的統(tǒng)計(jì)處理儀表的線性化直接刻度縮小工作范圍修正法一、自然規(guī)律與檢測(cè)方法

守恒定律：能量、動(dòng)量、電荷量場(chǎng)定律：運(yùn)動(dòng)場(chǎng)、電磁場(chǎng)物質(zhì)定律：如電阻等統(tǒng)計(jì)法則：統(tǒng)計(jì)方法，如熱噪聲型溫度檢測(cè)方法參數(shù)檢測(cè)的一般方法和原理檢測(cè)系統(tǒng)能夠正確傳遞信息、進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換、實(shí)現(xiàn)參數(shù)的檢測(cè)，是因?yàn)槔昧俗匀灰?guī)律中的各種定律、法則和效應(yīng)。二、基礎(chǔ)效應(yīng)

應(yīng)變效應(yīng)光導(dǎo)效應(yīng)壓阻效應(yīng)壓電效應(yīng)熱電效應(yīng)霍爾效應(yīng)

…….參數(shù)的檢測(cè)離不開敏感元件，敏感元件是按照一定的原理把被測(cè)量的信息轉(zhuǎn)換為另外一種可進(jìn)一步進(jìn)行處理或表示的信息，這個(gè)轉(zhuǎn)換過程一般是利用了諸多的效應(yīng)：物理效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)和生物效應(yīng)。第2章溫度的測(cè)量

本章介紹了溫標(biāo)的概念，然后按照測(cè)量方法的分類，分別介紹了各種測(cè)溫方法和儀表：包括接觸式測(cè)溫儀表、非接觸式測(cè)溫儀表、新型溫度傳感器和儀表系列溫度變送器。教學(xué)目錄：2.1概述2.2接觸式測(cè)溫方法及儀表2.3非接觸式測(cè)溫方法及儀表2.4新型溫度傳感器

2.5溫度變送器2.1概述2.1.1溫度和溫標(biāo)

2.1.2測(cè)溫方法分類

重點(diǎn)：幾種常用溫標(biāo)的定義。難點(diǎn)：各種溫標(biāo)之間的換算。重點(diǎn)：分類原則、各種測(cè)溫方法的優(yōu)缺點(diǎn)。2.1.1溫度和溫標(biāo)1.溫度的基本概念溫度是表征物體冷熱程度的物理量。

2.溫標(biāo)溫標(biāo)就是量度物體溫度高低的標(biāo)尺，是溫度的一種數(shù)值表示。

溫標(biāo)包含兩方面：一是溫度數(shù)值化的一套規(guī)則和方法；二是溫度的測(cè)量單位。三種常用溫標(biāo)：（1）經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)：借助于某一種物質(zhì)的物理量與溫度的變化的關(guān)系，用實(shí)驗(yàn)方式或經(jīng)驗(yàn)公式所確定的溫標(biāo)稱作經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)。主要有攝氏溫標(biāo)和華氏溫標(biāo)，都是根據(jù)水銀受熱后體積膨脹的性質(zhì)建立起來的。

攝氏溫標(biāo)（℃）攝氏溫標(biāo)規(guī)定在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，水的冰點(diǎn)為0℃，水的沸點(diǎn)為100℃，并將兩固定點(diǎn)之間等分100份，每一份稱為攝氏一度，一般用“℃”表示攝氏度數(shù)。華氏溫標(biāo)（℉）華氏溫標(biāo)規(guī)定在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，水的冰點(diǎn)為32℉，水的沸點(diǎn)為212℉，在這兩個(gè)固定點(diǎn)之間劃分180等份，每一份稱為華氏一度，用“℉”表示。華氏溫標(biāo)與攝氏溫標(biāo)有如下關(guān)系：m=1.8n+32式中，m、n分別表示華氏溫度值和攝氏溫度值。2.1.1溫度和溫標(biāo)

（2）熱力學(xué)溫標(biāo)（K）熱力學(xué)溫標(biāo)是建立在熱力學(xué)第二定律基礎(chǔ)之上的一種理想溫標(biāo)，它與物質(zhì)性質(zhì)無關(guān)。是純理論性的，無法直接加以實(shí)現(xiàn)。

（3）90國際溫標(biāo)（ITS—90）

ITS—90同時(shí)使用國際開爾文溫度（符號(hào)T90）和國際實(shí)用攝氏溫度（符號(hào)t90）。

T90與t90的關(guān)系為：

t90=T90–273.15式中，T90的單位是開爾文（K），t90的單位是攝氏度（℃）。這里攝氏度與開爾文溫度分度值相同，即溫度間隔lK等于1℃。2.1.1溫度和溫標(biāo)例題例2-1已知某點(diǎn)溫度為10℃，將該溫度轉(zhuǎn)換為華式溫標(biāo)和90國際溫標(biāo)。解：根據(jù)各種溫標(biāo)間的關(guān)系m=1.8n+32=(1.8×10+32)℉=50℉T90=t90+273.15=(10+273.15)K

=283.15K2.1.2測(cè)溫方法分類1.接觸式測(cè)溫：直接接觸充分的熱交換，達(dá)到熱平衡2.非接觸式測(cè)溫：被測(cè)物的熱輻射實(shí)現(xiàn)能量交換膨脹式溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)、熱電偶溫度計(jì)、熱電阻溫度計(jì)等。不改變被測(cè)物的溫度分布，熱慣性小，便于測(cè)量運(yùn)動(dòng)的物體和溫度變化快的物體。光學(xué)高溫計(jì)、光電高溫計(jì)、輻射高溫計(jì)和比色高溫計(jì)等。

敏感元件與被測(cè)介質(zhì)是否接觸：接觸式和非接觸式2.2.1膨脹式溫度計(jì)

2.2.2壓力式溫度計(jì)

2.2.3熱電偶溫度計(jì)

2.2.4熱電阻溫度計(jì)

2.2接觸式測(cè)溫方法及儀表2.2.5接觸式測(cè)溫實(shí)例

2.2.1膨脹式溫度計(jì)1.液體膨脹式溫度計(jì)液體膨脹式溫度計(jì)是一種直讀式的、應(yīng)用最早的溫度測(cè)量?jī)x表，最常見的是玻璃管式溫度計(jì)。

1—安全包2—標(biāo)尺3—毛細(xì)管4—感溫包圖2-1玻璃管式溫度計(jì)2.固體膨脹式溫度計(jì)（1）桿式溫度計(jì)測(cè)溫管6的膨脹系數(shù)大于傳遞管7，溫度升高或降低時(shí)，傳遞桿的上端向下或向上移動(dòng)，通過搖板2使指針3轉(zhuǎn)動(dòng)，指示出被測(cè)溫度的值。1拉簧、2搖板、3指針、4外殼、5彈簧、6測(cè)溫管、7傳遞桿（2）雙金屬式溫度計(jì)是固體膨脹式溫度計(jì)中應(yīng)用較多的一種，感溫元件是由兩片膨脹系數(shù)不同的金屬片疊焊在一起，受熱后，由于膨脹系數(shù)不同產(chǎn)生彎曲，溫度越高，產(chǎn)生的線膨脹長(zhǎng)度差也就越大，引起的彎曲角度也就越大。2.2.2壓力式溫度計(jì)測(cè)量原理：是基于封閉在容器中的液體、氣體或某種低沸點(diǎn)的飽和蒸氣受熱后體積膨脹而使壓力發(fā)生變化的性質(zhì)。特點(diǎn)：簡(jiǎn)單、可靠、抗震性好，具有良好的防爆性，常應(yīng)用在飛機(jī)、汽車上，也可以作為溫度控制裝置，但動(dòng)態(tài)特性能差，示值的滯后性較大，不易測(cè)量迅速變化的溫度。毛細(xì)管2與7一端相連，溫度計(jì)內(nèi)腔壓力變化使彈簧管7的自由端產(chǎn)生角位移，通過拉桿4、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)6和8帶動(dòng)指針10偏移，在刻度盤9上指示出被測(cè)溫度值。1溫包、2毛細(xì)管、3基座、4拉桿、5外殼、6扇形齒輪、7彈簧管、8齒輪軸、9刻度盤、10指針重點(diǎn)：熱電偶的基本定律應(yīng)用、冷端溫度補(bǔ)償、熱電偶的選型、安裝。難點(diǎn)：冷端溫度補(bǔ)償、熱電偶的選型。組成:由熱電偶、連接導(dǎo)線和顯示儀表（電位差計(jì)或動(dòng)圈儀表）組成。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、測(cè)量范圍寬（－271.15℃～2800℃）、熱慣性小、精度高、適于遠(yuǎn)距離測(cè)量和便于自動(dòng)控制等。2.2.3熱電偶溫度計(jì)2.2.3熱電偶溫度計(jì)1.熱電偶的測(cè)溫原理2.熱電偶回路特性3.熱電極材料4.熱電偶的種類5.熱電偶的結(jié)構(gòu)形式6.熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償7.熱電偶的實(shí)用測(cè)溫電路8.熱電偶的校驗(yàn)1.熱電偶的測(cè)溫原理參比端（冷端或自由端）

熱電勢(shì)熱電極A熱電極B

測(cè)量端（熱端或工作端）熱電效應(yīng)：把兩種不同材料的金屬導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）A和B連接成閉合回路，若兩個(gè)接點(diǎn)溫度t與t0不相等，則回路中就會(huì)產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)，這一現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)由溫差電動(dòng)勢(shì)和接觸電動(dòng)勢(shì)兩部分組成。

（1）溫差電動(dòng)勢(shì)

：

tUA(t)t0

UA(t0)UA(t,t0)t>t0

UA(t,t0)=UA(t)-UA(t0)1.熱電偶的測(cè)溫原理一根勻質(zhì)金屬導(dǎo)體一端加熱，另外一端保持原態(tài)，兩端用電流表連接起來，有電流流過，說明導(dǎo)體兩端產(chǎn)生一個(gè)電動(dòng)勢(shì)，原因：高溫端電子能量大于低溫端，自由電子運(yùn)動(dòng)。溫差電動(dòng)勢(shì)比接觸電動(dòng)勢(shì)小的多，可以忽略不計(jì)（2）接觸電動(dòng)勢(shì)電子密度較大的導(dǎo)體A與電子密度比較小的導(dǎo)體B接觸時(shí)，從A向B擴(kuò)散的電子比從B向A擴(kuò)散的電子數(shù)目多，A帶+，B帶-，形成電位差。（3）熱電偶回路的總電動(dòng)勢(shì)當(dāng)t0為一定時(shí)，為常數(shù)C，則對(duì)確定的熱電偶電極，其總電勢(shì)只與溫度t成單值函數(shù)關(guān)系0℃時(shí)用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)出各種不同熱電極組合的熱電偶在不同工作溫度下所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)，列成分度表，溫度與熱電動(dòng)勢(shì)之間的關(guān)系也可以用函數(shù)表示，稱為參考函數(shù)熱電偶回路的熱電動(dòng)勢(shì)僅是熱電偶兩端溫度的函數(shù)差，而不是熱電偶兩端溫度差的函數(shù)。2.熱電偶基本定律（1）中間導(dǎo)體定律在熱電偶回路中引入第三種導(dǎo)體C，只要第三種導(dǎo)體兩端的溫度相同（t0），則此第三種導(dǎo)體的引入不會(huì)影響熱電偶回路的熱電動(dòng)勢(shì)。注意：熱電偶自由端接儀表和連接導(dǎo)線時(shí)，要保證兩個(gè)連接點(diǎn)的溫度一致，不影響熱電偶的輸出中間導(dǎo)體定律具有如下實(shí)用價(jià)值：（1）為在熱電偶回路中連接各種儀表、連接導(dǎo)線提供理論依據(jù)。只要保證接入時(shí)兩端溫度相同，就不影響熱電動(dòng)勢(shì)。中間導(dǎo)體定律具有如下實(shí)用價(jià)值：（2）可以采用開路熱電偶測(cè)量溫度。電極A和電極B可以直接插入到金屬表面進(jìn)行測(cè)量，只要保證電極A和電極B插入位置的溫度相等（或極為相近）1顯示儀表、2連接導(dǎo)線、3熱電極A、4熱電極B、5液態(tài)金屬、6固態(tài)金屬（2）均質(zhì)導(dǎo)體定律由一種均質(zhì)導(dǎo)體組成的閉合回路，不論導(dǎo)體的截面積和各處的溫度如何分布，均不產(chǎn)生熱電勢(shì)。說明熱電偶必須由不同性質(zhì)的材料構(gòu)成。（3）中間溫度定律

中間溫度定律具有如下實(shí)用價(jià)值：1）為在熱電偶回路中應(yīng)用補(bǔ)償導(dǎo)線提供了理論依據(jù)。2）為制定和使用熱電偶分度表奠定了基礎(chǔ)。熱電偶AB在接點(diǎn)溫度為t、t0時(shí)的熱電勢(shì)EAB（t，t0）等于熱電偶AB在接點(diǎn)溫度為t，tc和tc、t0的熱電勢(shì)之和例2-2用鎳鉻—鎳硅（K型）熱電偶測(cè)量爐溫，熱電偶的冷端溫度為40℃，測(cè)得的熱電動(dòng)勢(shì)為35.72mV，問被測(cè)爐溫為多少?解：查K型熱電偶分度表知E(40,0)=1.611mV測(cè)得：E(t,40)=35.72mV則：E(t,0)=E(t,40)+E(40,0)=(35.72+1.611)mV=37.33mV查分度表知t=900.1℃，則被測(cè)爐溫為900.1℃。（4）標(biāo)準(zhǔn)電極定律

實(shí)用價(jià)值：只要知道某兩種金屬導(dǎo)體分別與標(biāo)準(zhǔn)電極相配的分度表，就可以計(jì)算出這兩種導(dǎo)體組成的熱電偶的分度表。實(shí)際應(yīng)用中一般選擇易提純，物理、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，復(fù)現(xiàn)性好、熔點(diǎn)較高的鉑作為標(biāo)準(zhǔn)電極。在接點(diǎn)溫度均為t，t0時(shí)，用導(dǎo)體A、B組成的熱電偶電動(dòng)勢(shì)等于由導(dǎo)體A、C組成的熱電偶和由導(dǎo)體C、B組成的熱電偶的熱電勢(shì)的代數(shù)和（C稱為標(biāo)準(zhǔn)電極）3.熱電極材料1）熱電動(dòng)勢(shì)及熱電動(dòng)勢(shì)率要大，保證足夠的靈敏度。2）熱電特性最好是線性或近似線性的單值函數(shù)關(guān)系。3）能在較寬的溫度范圍內(nèi)使用，物理、化學(xué)性質(zhì)要穩(wěn)定。4）要有高的電導(dǎo)率、小的電阻溫度系數(shù)及小的導(dǎo)熱系數(shù)。5）復(fù)制性要好，即用同一種材料制成的熱電偶其熱電特性要一致，這樣便于制作統(tǒng)一的分度表。6）材料組織要均勻，具有良好的韌性，焊接性能好，以便熱電偶的制作。7）資源要豐富，價(jià)格低廉。4.熱電偶的種類——標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶1）鉑銠10—鉑熱電偶（S型）2）鉑銠13—鉑熱電偶（R型）3）鉑銠30—鉑銠6熱電偶（B型）4）鎳鉻—鎳硅熱電偶（K型）5）鎳鉻硅—鎳硅熱電偶（N型）6）鎳鉻—康銅（E型）7）鐵—康銅（J型）8）銅—康銅（T型）

5.熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償（1）補(bǔ)償導(dǎo)線法補(bǔ)償導(dǎo)線：在100℃以下的溫度范圍內(nèi)，熱電特性與所配熱電偶相同且價(jià)格便宜的導(dǎo)線，稱為補(bǔ)償導(dǎo)線。補(bǔ)償導(dǎo)線的作用：就是延長(zhǎng)熱電極，即將熱電偶的冷端延伸到溫度相對(duì)穩(wěn)定區(qū)。補(bǔ)償導(dǎo)線的型號(hào)：延伸型補(bǔ)償導(dǎo)線——用于廉金屬熱電偶；補(bǔ)償型補(bǔ)償導(dǎo)線——用于貴金屬熱電偶和某些非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶。補(bǔ)償導(dǎo)線使用注意事項(xiàng)

補(bǔ)償導(dǎo)線只能在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)（一般為0-100℃）與熱電偶的熱電勢(shì)相等或相近。不同型號(hào)的熱電偶有不同的補(bǔ)償導(dǎo)線。熱電偶和補(bǔ)償導(dǎo)線的兩個(gè)接點(diǎn)處要保持同溫度。補(bǔ)償導(dǎo)線有正、負(fù)極，需要分別于熱電偶的正、負(fù)極連接。補(bǔ)償導(dǎo)線的作用只是延伸熱電偶的自由端，當(dāng)自由端的溫度t0不等0時(shí)，還需要進(jìn)行其他補(bǔ)償與修正。5.熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償例2-3用鎳鉻—鎳硅熱電偶測(cè)量某一實(shí)際為1000℃的對(duì)象溫度。所配用儀表在溫度為20℃的控制室里，設(shè)熱電偶冷端溫度為50℃。當(dāng)熱電偶與儀表之間用補(bǔ)償導(dǎo)線或普通銅導(dǎo)線連接時(shí)，測(cè)得溫度各為多少?又與實(shí)際溫度相差多少?5.熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償解：查K型熱電偶分度表，得E(1000,0)=41.269mV，E(50,0)=2.022mV，E(20,0)=0.798mV。若用補(bǔ)償導(dǎo)線，儀表測(cè)得熱電動(dòng)勢(shì)值為E(1000,20)=E(1000,0)–E(20,0)=40.471mV查分度表得對(duì)應(yīng)的溫度為979.6℃若用銅導(dǎo)線，儀表測(cè)得熱電動(dòng)勢(shì)值為E(1000,50)=E(1000,0)–E(50,0)=39.247mV查分度表得對(duì)應(yīng)的溫度為948.4℃兩種方法測(cè)得的溫度相差31.2℃，測(cè)量誤差分別為–20.4℃和–51.6℃。5.熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償（2）計(jì)算校正法1）準(zhǔn)確計(jì)算校正法根據(jù)中間溫度定律，對(duì)測(cè)得熱電動(dòng)勢(shì)進(jìn)行修正。適用于實(shí)驗(yàn)室中用直流電位差計(jì)來測(cè)溫的情況。2）近似計(jì)算校正法K的取值：K型熱電偶，在0～1000℃范圍內(nèi)，K≈1；S型熱電偶，在800～1300℃，K=0.6～0.5t冷端溫度，t’儀表的指示溫度5.熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償例2-4用分度號(hào)為S的鉑銠10—鉑熱電偶測(cè)爐溫，其冷端溫度為30℃，而直流電位差計(jì)測(cè)得的熱電動(dòng)勢(shì)為9.481mV，試求被測(cè)溫度。再查該分度表得被測(cè)溫度t=1006.5℃。若不進(jìn)行校正，則所測(cè)9.481mV對(duì)應(yīng)的溫度為991℃，誤差–15.5℃。解：查鉑銠10—鉑熱電偶分度表，得E(30,0)=0.173mV，由式（2-5）得5.熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償例2-5解：在l000℃左右，鉑銠10—鉑熱電偶的校正系數(shù)可近似取0.55，因此按式（2-9）可得爐溫t為t=t′+Ktc=(991+0.55×30)℃=1007.5℃與例2-4相比可以看出，近似計(jì)算法僅比準(zhǔn)確計(jì)算方法相差1℃。這說明此種方法在一些精度要求不高的現(xiàn)場(chǎng)是可以使用的。用S型熱電偶測(cè)爐溫，其冷端溫度為30℃，顯示儀表的指示值為991℃，試求爐溫。5.熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償（3）自由端恒溫法工業(yè)應(yīng)用時(shí)，一般把補(bǔ)償導(dǎo)線的末端（自由端）引導(dǎo)到某一恒溫器中，維持某一恒定的溫度。1）冰浴法（保持0℃）2）恒溫箱法3）恒溫室法5.熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償（4）補(bǔ)償電橋法補(bǔ)償電橋法是利用不平衡電橋產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)來補(bǔ)償熱電偶冷端溫度變化而引起的熱電動(dòng)勢(shì)變化。

5.熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償（5）儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整法用熱電偶測(cè)溫時(shí)，若t0=tn≠0℃，要使指示值不偏低，可先將顯示儀表指針調(diào)整到相當(dāng)于熱電偶冷端溫度tn的位置上。

應(yīng)用于：一些精度要求不高、冷端溫度不經(jīng)常變化的情況下。6.熱電偶的結(jié)構(gòu)形式（1）裝配式熱電偶（2）鎧裝型熱電偶（3）薄膜型熱電偶（4）快速微型熱電偶鎧裝型熱電偶可長(zhǎng)達(dá)上百米7.熱電偶的實(shí)用測(cè)溫電路（1）工業(yè)用熱電偶測(cè)溫的基本線路（2）熱電偶的串聯(lián)1）熱電偶的正向串聯(lián)

若將多支熱電偶的測(cè)量端置于同一測(cè)量點(diǎn)上構(gòu)成熱電堆（如輻射溫度計(jì)），測(cè)量微小溫度變化或輻射能時(shí)，可大大提高靈敏度。

7.熱電偶的實(shí)用測(cè)溫電路2）熱電偶的反向串聯(lián)

將兩支同型號(hào)的熱電偶反接起來，可以測(cè)量?jī)牲c(diǎn)間的溫差。注意：用這種差動(dòng)電路測(cè)量溫差時(shí)，兩支熱電偶的熱電特性必須相同且成線性，否則會(huì)引起測(cè)量誤差。

7.熱電偶的實(shí)用測(cè)溫電路（3）熱電偶的并聯(lián)三支同型號(hào)的熱電偶的并聯(lián)線路，此時(shí)輸入到顯示儀表的電動(dòng)勢(shì)值為：E=(E1+E2+E3)/3。

2.2.4熱電阻及測(cè)溫原理1.熱電阻2.半導(dǎo)體熱敏電阻重點(diǎn)：標(biāo)準(zhǔn)化熱電阻型號(hào)、選型，接線制。難點(diǎn)：接線制。重點(diǎn)：熱敏電阻的特性及分類

。1.熱電阻（1）熱電阻的測(cè)溫原理當(dāng)溫度發(fā)生改變時(shí)，熱電阻的阻值隨之變化。通過變化的電阻值可間接地測(cè)得溫度的變化量，這就是熱電阻的測(cè)溫原理。這種電阻隨溫度變化的特性可用如下三種方法表示：1）列表法（分度表）2）作圖法（特性曲線）3）數(shù)學(xué)表示法1.熱電阻（2）熱電阻的結(jié)構(gòu)普通工業(yè)用鉑電阻和銅電阻由電阻體、引出線、絕緣管、保護(hù)管和接線盒等組成。

1）電阻體（無感雙繞法）1外殼或絕緣片、2鉑絲、3骨架、4引出線（3）熱電阻的結(jié)構(gòu)2）熱電阻的引出線：①兩線制。引線電阻以及引線電阻的變化會(huì)帶來附加誤差。②三線制。可以較好地消除引線電阻的影響，測(cè)量準(zhǔn)確度高于兩線制，所以應(yīng)用較廣。③四線制。精度高，但是麻煩。

（4）標(biāo)準(zhǔn)化熱電阻1）鉑電阻優(yōu)點(diǎn)：鉑是一種貴金屬，具有準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性好、性能可靠以及抗氧化性很強(qiáng)。在–259.3467～961.78℃的溫域內(nèi)以鉑電阻溫度計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)儀器。缺點(diǎn)：鉑電阻的電阻值與溫度為非線性關(guān)系，電阻溫度系數(shù)α比較小，……。工業(yè)用鉑電阻溫度計(jì)的使用范圍：–200～850℃分度號(hào)：Pt10、Pt100（4）標(biāo)準(zhǔn)化熱電阻2）銅電阻優(yōu)點(diǎn)：價(jià)格低廉，具有較大的電阻溫度系數(shù)，材料容易提純，具有較好的復(fù)制性，容易加工成絕緣的銅絲，銅的電阻值與溫度的關(guān)系在測(cè)量范圍內(nèi)幾乎是線性的。缺點(diǎn)：易氧化，氧化后即失去其線性關(guān)系。。工業(yè)用銅電阻溫度計(jì)的使用范圍：–50～150℃分度號(hào)：Cu50、Cu100（5）金屬熱電阻的特點(diǎn)（與熱電偶比）1）同樣溫度下輸出信號(hào)大，易于測(cè)量；2)熱電阻的阻值測(cè)量必須借助于外加電源（把電阻值變化轉(zhuǎn)化為電壓輸出）；3）同類材料做成的熱電阻不如熱電偶測(cè)溫上限高，但在低溫區(qū)（<0℃）用熱電阻測(cè)溫較好；2.半導(dǎo)體熱敏電阻（1）熱敏電阻的特性及分類1）負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻NTC2）正溫度系數(shù)熱敏電阻PTC3）臨界溫度系數(shù)熱敏電阻CTR

利用某些半導(dǎo)體材料的電阻值隨溫度的升高而減?。ɑ蛏撸┑奶匦灾瞥?。2.半導(dǎo)體熱敏電阻（2）熱敏電阻的結(jié)構(gòu)（3）熱敏電阻的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1)靈敏度高，是金屬熱電阻的十多倍；2）電阻值高，不必采用三線制或四線制，使用方便；3）體積小，熱慣性也小，時(shí)間常數(shù)通常在0.5-3s；4)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，化學(xué)穩(wěn)定性好，使用壽命長(zhǎng)。缺點(diǎn)：互換性差；非線性嚴(yán)重；溫度測(cè)量范圍有一定限制，目前只能在-50~300℃。2.2.5接觸式測(cè)溫實(shí)例1.固體表面溫度的測(cè)量（1）熱電偶與被測(cè)表面的接觸形式2.2.5接觸式測(cè)溫實(shí)例2.管道中流體溫度的測(cè)量主要誤差：導(dǎo)熱誤差。（1）感溫元件的安裝要求

1）把感溫元件的外露部分用保溫材料包起來。2）感溫元件應(yīng)逆著介質(zhì)流動(dòng)方向傾斜安裝，至少應(yīng)正交，切不可順流安裝。3）感溫元件應(yīng)有足夠的插入深度。4）感溫元件應(yīng)與被測(cè)介質(zhì)充分接觸。5）應(yīng)使測(cè)溫管或保護(hù)管的壁厚和外徑盡量小一些。2.2.5接觸式測(cè)溫實(shí)例（2）應(yīng)用實(shí)例分析2.3非接觸式測(cè)溫方法及儀表重點(diǎn)：基本概念、各種溫度計(jì)的原理、結(jié)構(gòu)、使用。難點(diǎn)：基本概念。2.3.1輻射測(cè)溫的基礎(chǔ)理論2.3.2非接觸式測(cè)溫實(shí)例2.3.1輻射測(cè)溫的基礎(chǔ)理論1.基本概念（1）輻射式溫度計(jì)：是利用物體的輻射能隨溫度而變化的原理制成的。

只需要把溫度計(jì)對(duì)準(zhǔn)被測(cè)物，不必要與被測(cè)物體直接接觸，可以用于檢測(cè)運(yùn)動(dòng)物體的溫度和小的被測(cè)對(duì)象的溫度，不會(huì)破壞被測(cè)對(duì)象的溫度場(chǎng)。當(dāng)輻射能投射到物體表面時(shí)，一般情況下，其中的一部分被物體吸收，一部分被反射，另一部分可透過物體。式中，α、ρ、τ分別是吸收率、反射率、透射率。1）α=1的物體稱為絕對(duì)黑體，簡(jiǎn)稱為黑體。2）ρ=1的物體稱為絕對(duì)鏡白體，簡(jiǎn)稱白體；或絕對(duì)鏡體，簡(jiǎn)稱鏡體。3）τ=1的物體稱為絕對(duì)透明體，簡(jiǎn)稱為透明體。4）對(duì)于一般工程材料來講，τ=0而α+ρ=1，稱為灰體。輻射測(cè)溫的基本方法：1、全輻射法：測(cè)出物體在整個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)的輻射能量F(T)，用輻射率校正后確定被測(cè)物的溫度。

特點(diǎn)：接受輻射能量大，利于提高儀表靈敏度，但容易受環(huán)境的干擾。環(huán)境溫度不許高于100℃，否則應(yīng)冷卻。隨著感溫器到被測(cè)物體的距離L的不同，對(duì)被測(cè)物體的大?。ㄍǔＶ钢睆紻）有一定的限制值，感溫器要與被測(cè)表面垂直。2、亮度法：測(cè)出物體在某一波長(zhǎng)（實(shí)際上是一波段）上的輻射能量F(T)，經(jīng)輻射率校正后確定被測(cè)物體的溫度。

特點(diǎn)：接受的輻射能量較小，但抗環(huán)境干擾能量強(qiáng)。3、比色法：測(cè)出物體在兩個(gè)特定波段上的輻射能比值?(T)，經(jīng)輻射率校正后確定被測(cè)物體的溫度。

特點(diǎn)：適應(yīng)性強(qiáng)，物體的輻射率影響較小，儀表值接近真實(shí)溫度，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，儀表設(shè)計(jì)和制造要求高。比色溫度可小于、等于或大于真實(shí)溫度。與真實(shí)溫度之差小得多，測(cè)量準(zhǔn)確度高。比色高溫計(jì)可在惡劣環(huán)境中使用。2.3.2非接觸式測(cè)溫實(shí)例1.非接觸式測(cè)溫的干擾分析（1）光路中的干擾：在波長(zhǎng)為1.8～2.8μm、3.0～5.5μm和8～14μm三個(gè)波段內(nèi)輻射能被吸收的較少，稱為大氣窗口。（2）外來光干擾：改變測(cè)量方向的方法來躲過外來光，或設(shè)置遮蔽裝置。（3）黑度變化的影響：

1）在被測(cè)表面上涂已知黑度的涂料。2）人為創(chuàng)造黑體輻射的條件。3）利用前置反射器輻射溫度計(jì)來測(cè)真實(shí)溫度。4）減小由于黑度變化產(chǎn)生的測(cè)量誤差。2.3.2非接觸式測(cè)溫實(shí)例2.熱軋帶鋼表面溫度的測(cè)量從輻射測(cè)溫的角度來觀察熱軋帶鋼生產(chǎn)有如下特點(diǎn)：

1）軋制速度高。2）被軋制材料溫度變化很大，一般為500～1300℃。3）由于軋制和冷卻多次反復(fù)進(jìn)行，所以被軋材料的黑度經(jīng)常變化，周圍的水蒸氣濃度大而且也經(jīng)常變化。4）帶鋼表面某些局部經(jīng)常有水膜，而且水膜的大小和地點(diǎn)變化無常，也常有鱗片狀的銹、渣和灰塵附著在帶鋼的表面。選用：硅光電池光電高溫計(jì)

2.4新型溫度傳感器2.4.1集成溫度傳感器AD590半導(dǎo)體集成溫度傳感器AD590是二端電流源器件，它的輸出電流與器件所處的熱力學(xué)溫度（K）成正比，其溫度系數(shù)為1μA/K，0℃時(shí)該器件的輸出電流為273μA，AD590的工作溫度為–55～+150℃，外接電源電壓在4～30V內(nèi)任意選定。當(dāng)所加電壓變化時(shí)，其輸出電流基本不受影響。利用晶體管PN結(jié)的電流電壓特性與溫度的關(guān)系，把敏感元件、放大電路和補(bǔ)償電路等部分集成化，封裝在一起的一體化測(cè)溫元件。特點(diǎn)：體積小、反應(yīng)快，線性好、性能高、價(jià)格低，一般只能測(cè)150℃以下的溫度。2.4新型溫度傳感器2.4.2光纖溫度傳感器光纖的工作原理是光的全反射。一束光線入射進(jìn)光纖時(shí)，與芯線軸線的夾角小于30°范圍內(nèi)的入射光線將沿光纖傳輸。光纖溫度傳感器是采用光纖作為敏感元件或能量傳輸介質(zhì)而構(gòu)成的新型測(cè)溫儀表。

特點(diǎn)：靈敏度高；電絕緣性能好，可適用于強(qiáng)烈電磁干擾、強(qiáng)輻射的惡劣環(huán)境；體積小、重量輕、可彎曲；可實(shí)現(xiàn)不帶電的全光型探頭等。2.5溫度變送器2.5.1儀表系列溫度變送器特點(diǎn)：①需要24V直流供電，變送器內(nèi)無電源電路。②輸出信號(hào)有4～20mA.DC和1～5V.DC兩種，可根據(jù)需要選用。③采用集成電路運(yùn)算放大器件。④除直流毫伏輸入的品種之外，熱電偶輸入和熱電阻輸入的品種都有線性化功能。⑤兼有安全柵作用，可以用于防爆系統(tǒng)。2.5溫度變送器直流毫伏、熱電偶、熱電阻這三種輸入信號(hào)的量程單元各不相同，但其后所接的放大單元相同，可以互換。2.5溫度變送器1.直流毫伏變送器量程單元2.熱電偶溫度變送器量程單元熱電偶溫度變送器的量程單元必須有冷端溫度補(bǔ)償功能及線性化功能。調(diào)零、調(diào)滿功能。3.熱電阻溫度變送器的量程單元采用三線制接法，也要線性化功能。調(diào)零、調(diào)滿功能。調(diào)零、調(diào)滿功能。2.5溫度變送器2.5.2一體化溫度變送器配熱電偶的SBWR型又分為不同的分度號(hào)，例如有E、K、S、B、T等。配熱電阻的SBWZ型又分為Cu50、Cu100、Pt100等。按輸出信號(hào)有無線性化又分為兩種。一種是輸出信號(hào)與被測(cè)溫度呈線性關(guān)系的；另一種是輸出信號(hào)與輸入電信號(hào)（熱電動(dòng)勢(shì)或電阻值）呈線性關(guān)系的。第3章壓力和差壓的測(cè)量

本章介紹幾種在實(shí)驗(yàn)和工業(yè)生產(chǎn)中使用較多的壓力檢測(cè)儀表的檢測(cè)原理、組成結(jié)構(gòu)和使用方法等。教學(xué)目錄：3.1概述3.2液柱式壓力計(jì)3.3彈性式壓力計(jì)3.4電氣式壓力計(jì)3.5壓力變送器3.6壓力計(jì)的校驗(yàn)和使用3.1概述3.1.1壓力和差壓的概念及表示方法3.1.2壓力的度量單位重點(diǎn)：壓力的概念、壓力表示形式。難點(diǎn)：各種壓力之間的關(guān)系。重點(diǎn)：壓力的國際度量單位、我國常用單位。難點(diǎn)：壓力度量單位之間的換算。3.1.1壓力和差壓的概念及表示方法在工程技術(shù)上，壓力定義為垂直均勻地作用在單位面積上的力。各種壓力關(guān)系示意圖壓力表示方法：大氣壓p0

絕對(duì)壓力pa

表壓力p

真空度pv

差壓Δp

3.1.2壓力的度量單位帕斯卡（Pa）:國際制導(dǎo)出單位

1帕（Pa）=1牛頓/平方米（N/m2）

2.其他常用度量單位（1）工程大氣壓（kgf/cm2

）

1工程大氣壓=1千克力/厘米2（或公斤力/厘米2）

（2）毫米汞柱（mmHg）

（3）毫米水柱（mmH2O）3.1.3壓力檢測(cè)的主要方法和分類液柱式壓力檢測(cè)；彈性式壓力檢測(cè)；電氣式壓力檢測(cè)；活塞式壓力檢測(cè)。敏感元件和轉(zhuǎn)換原理的特性，一般分為四類：3.2液柱式壓力計(jì)液柱式壓力計(jì)的測(cè)壓是基于液體靜力學(xué)原理，利用已知密度的液柱高度對(duì)底面產(chǎn)生的靜壓力來平衡被測(cè)壓力，根據(jù)液柱高度來確定被測(cè)壓力的大小。3.2.1U形管壓力計(jì)3.2.2單管壓力計(jì)3.2.3斜管壓力計(jì)3.2.4液柱式壓力計(jì)的使用3.2.1U形管壓力計(jì)1.U型管壓力計(jì)的結(jié)構(gòu)U型管壓力計(jì)結(jié)構(gòu)圖U型、內(nèi)截面積相同的玻璃管被固定在底板上，在U型管中間設(shè)一個(gè)刻度標(biāo)尺，零點(diǎn)在標(biāo)尺中央。U型玻璃管內(nèi)充入水銀或水等工作液，液體到零點(diǎn)處。2.U型管壓力計(jì)的工作原理

當(dāng)p1=p2時(shí)，兩管中自由液面同處于標(biāo)尺中央零刻度。當(dāng)p2>p1時(shí)，右邊管中液面下降，左邊管中液面上升，一直到液面的高度差H產(chǎn)生的壓力與被測(cè)差壓平衡為止。根據(jù)流體靜力學(xué)原理有如果將兩管分別通大氣壓p0和被測(cè)壓力pa，則測(cè)得壓力為表壓力。

3.2.1U形管壓力計(jì)3.2.2單管壓力計(jì)1.單管壓力計(jì)的結(jié)構(gòu)單管壓力計(jì)結(jié)構(gòu)圖它是U型管壓力計(jì)的一種變形。單管壓力計(jì)把其中一個(gè)管用一個(gè)較大直徑的杯來代替，也稱杯型壓力計(jì)。由于杯的直徑與管的直徑相差較大，所以杯中液面高度下降h2可忽略不計(jì)，因此在測(cè)量時(shí)只要讀數(shù)一次就夠了，減小了讀數(shù)誤差。2.單管壓力計(jì)的工作原理測(cè)表壓時(shí)，被測(cè)壓力通到杯子一側(cè)，當(dāng)被測(cè)壓力大于大氣壓時(shí)，玻璃管內(nèi)液面上升，而杯中液面下降，液面高度差H=h+h2，由于杯內(nèi)下降與細(xì)管上升液體體積相同，即

則由于，可忽略不計(jì)。所以

3.2.2單管壓力計(jì)3.2.3斜管壓力計(jì)1.斜管壓力計(jì)的結(jié)構(gòu)斜管壓力計(jì)結(jié)構(gòu)圖它是單管式壓力計(jì)的一種變形。將單管傾斜一個(gè)角度，這樣可以加長(zhǎng)液柱長(zhǎng)度，提高壓力計(jì)的靈敏度。斜管壓力計(jì)常用于測(cè)量微小的壓力和負(fù)壓。2.斜管壓力計(jì)的原理根據(jù)單管壓力計(jì)原理可知，當(dāng)d2<<D2時(shí)。從式可知，它的讀數(shù)比單管式壓力計(jì)擴(kuò)大1/sinα倍，使讀數(shù)精度有所提高。顯然，在用同一種工作液體，儀表刻度標(biāo)尺也相同的情況下，管子的傾斜角度α愈小，靈敏度越高，但實(shí)際使用時(shí)，α不能小于15°，這是因?yàn)棣撂∈沟靡好胬锰L(zhǎng)，反而難于準(zhǔn)確讀數(shù)，增加讀數(shù)誤差。由于酒精有較小的密度，常用它做斜管微壓計(jì)的工作液體。3.2.2單管壓力計(jì)3.2.4液柱式壓力計(jì)的使用（1）壓力計(jì)在使用前，一定要放置水平，要保證管子處于嚴(yán)格的鉛垂位置，未測(cè)量時(shí)工作液面應(yīng)處于標(biāo)尺零位，否則將產(chǎn)生安裝誤差。（2）在確定液面高度差H時(shí)，可采用各種提高讀數(shù)精度的輔助裝置，如放大尺、游標(biāo)尺、光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)等，減小讀數(shù)誤差。（3）由于毛細(xì)管的作用使管內(nèi)液體呈彎月形，對(duì)于浸潤液體（如水），液面呈凹月面，對(duì)于非浸潤液體（如汞），液面呈凸月面。因此，讀數(shù)時(shí)視線一定要與彎月面頂點(diǎn)相切。（4）當(dāng)使用地點(diǎn)的環(huán)境溫度與重力加速度有較大偏差時(shí)，應(yīng)注意修正。彈性式壓力計(jì)是利用各種形式的彈性元件受壓后變形產(chǎn)生的彈性力與被測(cè)表壓或真空度相平衡的原理制成的。彈性元件的形變大小是壓力的函數(shù)，通過測(cè)量彈性元件的形變就可以間接得到被測(cè)壓力的大小。3.3彈性式壓力計(jì)3.3彈性式壓力計(jì)3.3.1彈性元件3.3.2彈簧管壓力計(jì)重點(diǎn)：彈性元件結(jié)構(gòu)、總類。難點(diǎn)：各彈性元件的量程比較。重點(diǎn)：彈簧管壓力計(jì)的原理、結(jié)構(gòu)、工作過程。難點(diǎn)：彈簧管壓力計(jì)的檢定。3.3.1彈性元件彈性元件是彈性式壓力計(jì)的測(cè)壓敏感元件，是壓力—位移轉(zhuǎn)換元件。不同的彈性元件所適用的測(cè)壓范圍有所不同，工業(yè)上常用的彈性元件有膜片、膜盒、波紋管和彈簧管，結(jié)構(gòu)如下圖所示：1.膜片膜片是一種沿外緣固定的片狀測(cè)壓彈性元件，測(cè)量時(shí)，將壓力或差壓轉(zhuǎn)換成膜片中心位移或集中力輸出，傳給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及指示機(jī)構(gòu)就地指示。膜片的位移較小，靈敏度低，更多的應(yīng)用是與壓力變送器配合使用。有時(shí)膜片也被用來隔離儀表和被測(cè)介質(zhì)，以保護(hù)儀表。膜片按其結(jié)構(gòu)特征分為平膜片、波紋膜片。3.3.1彈性元件2.膜盒為增加膜片的中心位移量，提高儀表的靈敏度，可以把兩塊膜片沿周邊對(duì)焊起來，成一薄膜盒子，稱為膜盒。其撓變?yōu)閱蝹€(gè)膜片的兩倍，在測(cè)微壓時(shí)要使位移量更大，靈敏度更高，還可以把數(shù)個(gè)膜盒串在一起組成膜盒串作為彈性敏感元件。膜盒按其結(jié)構(gòu)特征可分為開口膜盒、真空膜盒和填充膜盒。3.3.1彈性元件3.波紋管

波紋管是一種具有等間距同軸環(huán)狀波紋，能沿軸向伸縮的測(cè)壓彈性元件，又稱波紋箱。波紋管在受到外力作用時(shí)，其膜面產(chǎn)生的機(jī)械位移量主要不是靠膜面的彎曲形變，而是靠波紋柱面的舒展或壓屈來帶動(dòng)膜面中心作用點(diǎn)的移動(dòng)。由于位移相對(duì)較大，一般可直接帶動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、就地指示。靈敏度高，可以用來測(cè)量較低的壓力或壓差。但波紋管遲滯誤差較大，準(zhǔn)確度最高僅為1.5級(jí)。3.3.1彈性元件4.彈簧管彈簧管是一根彎成270°圓弧的空心金屬管子，管子的截面呈扁圓形或橢圓形。管子封閉的一端（B）為自由端，即位移輸出端，管子另一端（A）開口，并被固定在接頭上，作為被測(cè)壓力的輸入端。

當(dāng)被測(cè)壓力介質(zhì)從開口端進(jìn)入并充滿彈簧管的內(nèi)腔時(shí)，橢圓或扁圓截面在被測(cè)壓力p的作用下將趨向圓形。由于彈簧管長(zhǎng)度一定，迫使彈簧管產(chǎn)生向外挺直的擴(kuò)張變形，結(jié)果改變彈簧管的中心角，使其自由端產(chǎn)生位移。3.3.1彈性元件3.3.2彈簧管壓力計(jì)1.單圈彈簧管壓力計(jì)結(jié)構(gòu)彈簧管壓力計(jì)主要由彈簧管、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、指示機(jī)構(gòu)以及表殼等幾個(gè)部分組成。1表殼、2彈簧管、3指針、4上夾板、5拉桿、6刻度盤、7接頭、8示值調(diào)節(jié)螺釘、9扇形齒輪、10中心齒輪、11游絲、12下夾板、13固定游絲螺釘3.3.2彈簧管壓力計(jì)2.多圈彈簧管壓力計(jì)單圈彈簧管壓力計(jì)由于自由端的位移和轉(zhuǎn)動(dòng)力矩小，只能作指示式儀表用，而在工業(yè)生產(chǎn)的壓力測(cè)量中，往往還需要記錄壓力在某段時(shí)間的變化情況，因此需要使用壓力記錄儀，為了能帶動(dòng)記錄機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，就需要彈簧管自由端有較大位移和轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，在設(shè)計(jì)時(shí)可以將單圈彈簧管改為多圈式的。多圈彈簧管也叫螺線管壓力表，彈簧管的圈數(shù)一般有2.5圈至9圈，根據(jù)需要而定，管端的轉(zhuǎn)角一般在54°左右。3.3.2彈簧管壓力計(jì)3.彈簧管壓力表的檢定彈簧管壓力表在使用過程中要定期進(jìn)行檢定，確定其精度等級(jí)。壓力表精度等級(jí)不同，對(duì)檢定環(huán)境溫度有嚴(yán)格要求。精度等級(jí)0.06，0.1，0.16，0.250.4，0.61，1.6，2.5，4檢定環(huán)境溫度/℃20±220±320±5檢定各級(jí)壓力表時(shí)環(huán)境溫度要求3.3.2彈簧管壓力計(jì)3.彈簧管壓力表的檢定壓力表在檢定過程中壓力表指針的轉(zhuǎn)動(dòng)應(yīng)在全量程范圍內(nèi)平穩(wěn)無跳動(dòng)或卡住現(xiàn)象。首先根據(jù)其量程范圍確定檢定點(diǎn)，這些點(diǎn)應(yīng)均勻分布在整個(gè)分度盤上，對(duì)于精密壓力表檢定點(diǎn)不應(yīng)少于8個(gè)，一般壓力表不應(yīng)少于5個(gè)。檢定時(shí)逐漸增加壓力或疏空，當(dāng)示值達(dá)到測(cè)量上限后，須耐壓3min，然后按原檢定點(diǎn)倒序回檢，

檢定時(shí)，每個(gè)檢定點(diǎn)要進(jìn)行兩次讀數(shù)，第一次在輕敲表殼前進(jìn)行，第二次在輕敲表殼后進(jìn)行。3.3.2彈簧管壓力計(jì)3.彈簧管壓力表的檢定壓力表檢定要計(jì)算的誤差有：（1）示值誤差

對(duì)每一檢定點(diǎn)，在升壓和降壓檢定時(shí)，輕敲表殼前、后的示值與標(biāo)準(zhǔn)值之差。（2）回程誤差

對(duì)同一檢定點(diǎn)，在升壓和降壓時(shí)，輕敲表殼后的示值之差。（3）輕敲位移

對(duì)每一檢定點(diǎn)，在升壓和降壓檢定時(shí)，輕敲表殼后引起的指針示值變動(dòng)量。電氣式壓力傳感器是利用壓力敏感元件將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成各種電量，如電阻、頻率、電荷量等來實(shí)現(xiàn)測(cè)量的。電氣式壓力計(jì)測(cè)量范圍大，線性好，便于進(jìn)行壓力的連續(xù)測(cè)量及遠(yuǎn)傳，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，尤其適合于壓力變化快和高真空、超高壓的測(cè)量。3.4電氣式壓力傳感器3.4電氣式壓力傳感器3.4.1應(yīng)變式壓力傳感器重點(diǎn)：應(yīng)變效應(yīng)、壓阻效應(yīng)、應(yīng)變式壓力傳感器組成。難點(diǎn)：力-應(yīng)變型彈性元件及應(yīng)變片粘貼。3.4.2壓電式壓力傳感器重點(diǎn)：壓電效應(yīng)、壓電式壓力傳感器原理、結(jié)構(gòu)。難點(diǎn)：壓電材料特性、壓電式壓力傳感器使用。3.4.1應(yīng)變式壓力傳感器應(yīng)變式壓力計(jì)的工作原理是，被測(cè)壓力引起彈性元件應(yīng)變，通過粘貼在彈性元件上電阻應(yīng)變片將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻值的變化，最后通過測(cè)量電路把電阻值的變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流的變化。應(yīng)變式壓力計(jì)的核心敏感元件是電阻應(yīng)變片，電阻應(yīng)變片有金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩種。3.4.1應(yīng)變式壓力傳感器1.應(yīng)變效應(yīng)和壓阻效應(yīng)金屬電阻絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形，從而引起電阻值發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為應(yīng)變效應(yīng)。半導(dǎo)體電阻體材料在受到外力作用后，其晶格間距發(fā)生變化，從而使電阻率發(fā)生變化，壓力也隨之變化的現(xiàn)象稱為壓阻效應(yīng)。3.4.1應(yīng)變式壓力傳感器2.應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)金屬電阻應(yīng)變片

柵絲式應(yīng)變片結(jié)構(gòu)常用的金屬電阻應(yīng)變片有柵絲式、箔式和薄膜式等種類。結(jié)構(gòu)如圖，一般由敏感柵（金屬絲或箔）、絕緣基底、覆蓋層或保護(hù)膜、引出線等部分組成。1引出線、2覆蓋面、3基層、4電阻絲3.4.1應(yīng)變式壓力傳感器2.應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體應(yīng)變片

體型半導(dǎo)體應(yīng)變片結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體應(yīng)變片的材料有硅、鍺、銻化銦、磷化鎵、砷化鎵等，硅和鍺由于壓阻效應(yīng)大，故多作為壓阻式壓力計(jì)的半導(dǎo)體材料。半導(dǎo)體應(yīng)變片按結(jié)構(gòu)可分為體型應(yīng)變片、擴(kuò)散型應(yīng)變片和薄膜型應(yīng)變片。1硅條、2內(nèi)引線、3基底、4電極、5外引線3.電阻應(yīng)變式壓力傳感器的組成應(yīng)變片的粘貼方法：一種是將應(yīng)變片直接粘貼于壓力–位移型彈性元件的應(yīng)變處（平膜片）。另一種是粘貼在力–應(yīng)變型彈性元件表面，通過壓力–位移彈性元件實(shí)現(xiàn)壓力–力的變換，再通過力–應(yīng)變型彈性元件實(shí)現(xiàn)力–應(yīng)變–電阻值的轉(zhuǎn)換。3.4.1應(yīng)變式壓力傳感器1）力–應(yīng)變型彈性元件柱形彈性元件:3.4.1應(yīng)變式壓力傳感器柱形彈性元件此類彈性元件由于應(yīng)變很小，測(cè)力量程較大，尤其是實(shí)心圓柱在徑向尺寸較大時(shí)，測(cè)力上限可達(dá)數(shù)千噸，常作為荷重式壓力傳感器的敏感元件。1）力–應(yīng)變型彈性元件懸臂梁:懸臂梁是一端固定、一端自由的測(cè)力彈性元件。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，其輸出可以是應(yīng)變，也可是撓度。它靈敏度比圓柱高，適于較小力的測(cè)量。根據(jù)截面形狀，可分為等截面懸臂梁和變截面等強(qiáng)度懸臂梁兩種。梁形彈性元件3.4.1應(yīng)變式壓力傳感器1）力–應(yīng)變型彈性元件薄壁環(huán):3.4.1應(yīng)變式壓力傳感器彈性元件為等截面圓環(huán)。薄壁環(huán)靈敏度高，用于測(cè)量較小的力，但加工困難，且在力F作用下，環(huán)的各部位應(yīng)變不相等。薄壁環(huán)彈性元件2）橋式測(cè)量轉(zhuǎn)換電路電橋的一個(gè)對(duì)角線結(jié)點(diǎn)接入電源電壓Ui，另一個(gè)對(duì)角線結(jié)點(diǎn)為輸出電壓Uo。為了使電橋在測(cè)量前的輸出電壓為零，應(yīng)該選擇4個(gè)橋臂電阻，使R1R3=R2R4或R1/R2=R4/R3，這就是電橋平衡的條件。3.4.1應(yīng)變式壓力傳感器測(cè)量電路2）橋式測(cè)量轉(zhuǎn)換電路當(dāng)每個(gè)橋臂電阻變化值ΔRi<<Ri，且電橋輸出端的負(fù)載電阻為無限大、全等臂形式工作，即R1=R2=R3=R4（初始值）時(shí)，電橋輸出電壓可用下式近似（小信號(hào)時(shí)誤差小于1%）表示

由于ΔR/R=Kεx，當(dāng)各橋臂應(yīng)變片的靈敏度K都相同時(shí)有

3.4.1應(yīng)變式壓力傳感器2）橋式測(cè)量轉(zhuǎn)換電路單臂半橋工作方式:即R1為應(yīng)變片，R2、R3、R4為固定電阻，ΔR2～ΔR4均為零。雙臂半橋工作方式：即R1、R2為應(yīng)變片，R3、R4為固定電阻，ΔR3=ΔR4=0。全橋工作方式：即電橋的4個(gè)橋臂都為應(yīng)變片。其中，全橋4臂工作方式的靈敏度最高，雙臂半橋次之，單臂半橋靈敏度最低。3.4.1應(yīng)變式壓力傳感器4.應(yīng)變式壓力傳感器的類型（1）膜片式壓力傳感器工作時(shí)將傳感器的下端旋入管壁，使被測(cè)壓力均勻分布地作用在膜片的一面，使平膜片產(chǎn)生應(yīng)變，從而使電阻應(yīng)變片產(chǎn)生應(yīng)變而有一定電阻變化輸出，通過測(cè)量電路轉(zhuǎn)換求得被測(cè)壓力的大小。3.4.1應(yīng)變式壓力傳感器膜片式壓力傳感器1插頭座、2螺蓋、3外殼、4墊圈、5膜片4.應(yīng)變式壓力傳感器的類型（2）應(yīng)變筒式壓力傳感器應(yīng)變筒的上端與外殼緊密固定，下端與不銹鋼密封膜片緊密連接，應(yīng)變片R1、R2分別軸向、徑向粘貼在應(yīng)變筒外壁，分別接到測(cè)量橋路的相鄰臂上。3.4.1應(yīng)變式壓力傳感器應(yīng)變筒壓力傳感器1應(yīng)變筒、2應(yīng)變片、3密封膜片、4外殼3.4.2壓電式壓力傳感器壓電式壓力傳感器是基于某些電介質(zhì)的壓電效應(yīng)原理制成的。某些電介質(zhì)物體，對(duì)其沿一定方向施加壓力或拉力發(fā)生機(jī)械應(yīng)變時(shí)，會(huì)在其相對(duì)兩面上產(chǎn)生等量異號(hào)電荷，若將外力去掉時(shí)，電荷隨之消失，它們又重新回到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。1.壓電式壓力傳感器的工作原理石英晶體外形：縱向軸線z叫做光軸；經(jīng)過六面體棱線并與光軸垂直的軸線x叫做電軸；而垂直于對(duì)稱棱面，同時(shí)與光軸和電軸垂直的軸線y稱為機(jī)械軸。3.4.2壓電式壓力傳感器1.壓電式壓力傳感器的工作原理當(dāng)沿電軸方向施加壓力時(shí)，則在與電軸垂直的兩晶體邊界面上產(chǎn)生異性電荷。當(dāng)沿機(jī)械軸方向施加壓力時(shí)，則仍在與電軸垂直的兩晶體邊界面上產(chǎn)生異號(hào)電荷，但符號(hào)相反。而在光軸方向施加壓力則不產(chǎn)生壓電效應(yīng)。3.4.2壓電式壓力傳感器2.壓電式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)壓電元件被夾在兩片膜片之間，彈性元件把壓力傳遞給壓電元件。壓電元件的一個(gè)側(cè)面與膜片接觸并接地，另一側(cè)面通過引線將電荷量引出。送到電荷放大器或電壓放大器放大，轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電壓或電流輸出，其大小與被測(cè)壓力成正比關(guān)系。3.4.2壓電式壓力傳感器壓電式壓力傳感器1壓電元件、2膜片、3彈簧、4引線、5殼體、6絕緣體3.壓電式壓力傳感器的應(yīng)用及特點(diǎn)1）體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠，工作溫度可在250℃以上。2）靈敏度高，線性度好，常用精度有0.5級(jí)和1.0級(jí)。3）測(cè)量范圍寬，可測(cè)100Mpa以下的所有壓力。4）是一種有源傳感器，無須外加電源，可避免電源帶來的噪聲干擾。3.4.2壓電式壓力傳感器壓阻式壓力傳感器是根據(jù)壓阻效應(yīng)原理制造的。壓阻元件是基于壓阻效應(yīng)工作的一種壓力敏感元件，在半導(dǎo)體材料的基片上用集成電路工藝制成的擴(kuò)散電阻，在外力作用下，阻值由于電阻率的變化而變化。擴(kuò)散電阻正常工作依附于彈性元件，常用的是單晶硅膜片。特點(diǎn)：1）體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。2）靈敏系數(shù)高，可測(cè)微小壓力變化。3）動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，可以測(cè)幾千赫茲的脈動(dòng)壓力。4）易受溫度的影響，影響壓阻系數(shù)的大小。3.4.3壓阻式壓力傳感器為了構(gòu)成差動(dòng)電橋，提高輸出靈敏度，在硅膜片上布置電阻時(shí)，可以使R1、R3布置在負(fù)應(yīng)力區(qū)，承受壓應(yīng)力；R2、R4布置在正應(yīng)力區(qū)，承受拉應(yīng)力。這樣，在承受壓力時(shí)，四個(gè)電阻有增有減，將阻值增加的兩個(gè)電阻與阻值減小的兩個(gè)電阻分別相對(duì)接入橋路，構(gòu)成不平衡電橋。電阻分布利用壓感元件本身的諧振頻率與壓力的關(guān)系，通過測(cè)量頻率信號(hào)的變化來檢測(cè)壓力。主要有：振筒、振弦、振膜、石英諧振等多種型式。特點(diǎn)：1）體積小，輸出頻率信號(hào)，重復(fù)性好，耐振；2）精度高，精度為±0.1%和±0.01%，測(cè)量范圍0-0.014Mpa至0-50Mpa，適合測(cè)量氣體。3.4.4振頻式壓力傳感器3.5壓力計(jì)的使用1.壓力計(jì)的選型（1）壓力計(jì)種類和型號(hào)的選擇考慮被測(cè)介質(zhì)壓力大小?？紤]被測(cè)介質(zhì)的性質(zhì)?？紤]使用環(huán)境?？紤]儀表輸出信號(hào)的要求。3.5壓力計(jì)的使用（2）壓力計(jì)量程的選擇測(cè)量穩(wěn)定壓力時(shí)，最大工作壓力不應(yīng)超過量程的3/4；測(cè)量脈動(dòng)壓力時(shí)，最大工作壓力則不應(yīng)超過量程的2/3；測(cè)高壓時(shí)，則不應(yīng)超過3/5。為了保證測(cè)量準(zhǔn)確度，最小工作壓力不應(yīng)低于量程的1/3。當(dāng)被測(cè)壓力變化范圍大，最大和最小工作壓力可能不能同時(shí)滿足上述要求時(shí)，應(yīng)首先滿足最大壓力條件。1.壓力計(jì)的選型3.5壓力計(jì)的使用（3）壓力計(jì)精度等級(jí)的選擇壓力計(jì)的精度等級(jí)主要根據(jù)生產(chǎn)允許的最大誤差來確定。根據(jù)我國壓力表的新標(biāo)準(zhǔn)GB/T1226—2001規(guī)定，一般壓力表的精度等級(jí)分為：1級(jí)、1.6級(jí)、2.5級(jí)、4.0級(jí)。精密壓力計(jì)的精度等級(jí)為：0.1級(jí)，0.16級(jí)，0.25級(jí)，0.4級(jí)。它既可作為檢定一般壓力表的標(biāo)準(zhǔn)器還可以作為高精度壓力測(cè)量之用。1.壓力計(jì)的選型3.5壓力計(jì)的使用2.壓力計(jì)的安裝（1）取壓口位置的確定