自动检测技术与装置复习资料

自动检测技术与装置复习大纲

一、检测技术的基本知识

检测仪表的基本组成；仪表的检测范围、量程及误差；检测仪表的基本性能（精度、变差、灵敏度及线性度）

检测仪表的组成：传感器+变送放大机构+显示器 仪表的工作条件：

参比工作条件：仪表校验、标定的环境条件

附加误差 A 、绝对误差：△X=X －X 0 （ X ：仪表示值 X0：标准值）

B 、相对误差：

C 、相对百分误差：

例子：某温度计检测范围是0~200℃，测100 ℃时显示是110 ℃ ，测10 ℃时显示是20 ℃ 。 △X 1=10 ℃ △X 2=10 ℃ Δ引=±5% δ1=10% δ2=100% 检测仪表的性能指标

1、精度：反映仪表检测精密和准确程度的指标。

表示方法：根据仪表的相对百分误差，去掉“±”号与“%”号后的数值。（规范化：形成精度等级）

我国仪表常用的精度等级 ：

一级标准精度 二级标准精度 工业用表精度

a 、仪表精度的确定： （例1） 结论：将计算结果往大近靠。 例1 某台测温仪表的测温范围为200~700℃，校验该表时得到的最大绝对误差为＋4℃，试确定该仪表的精度等级。

解:该仪表的相对百分误差为

如果将该仪表的δ去掉“＋”号与“％”号，其数值为。由于国家规定的精度等级中没有级仪表，同时，该仪表的误差超过了级仪表所允许的最大误差，所以，这台测温仪表的精度等级为级。

%1000??=X X δ%100min

max max

?-?±=X X X 引δ%8.0%100200

-7004

δ+=×+=

b 、仪表精度的选择： （例2） 结论：将计算结果往小近靠。

例2 某台测温仪表的测温范围为0～1000℃。根据工艺要求，温度指示值的误差不允许超过±７℃，试问应如何选择仪表的精度等级才能满足以上要求

解:根据工艺上的要求，仪表的允许误差为

如果将仪表的允许误差去掉“±”号与“％”号，其数值介于～之间，如果选择精度等级为级的仪表，其允许的误差为±％，超过了工艺上允许的数值，故应选择级仪表才能满足工艺要求。

%

7.0%1000

-10007

δ±=×±=允

说明：①热电偶产生的热电势不仅与所用材料种类有关，还与两接点温度有关；与热电偶几何尺寸无关；当材料、t0一定时，热电势只与t 有关（但不是线性关系），通过测电势

即可测温度。

②t=t o EAB（t， to）＝０

③A=B EAB（t， to）＝０(均质导体定律)

2、基本定律

a、均质导体定律

b、中间导体定律

在热电偶回路中，只要保证接入导体两端温度相等，则回路电势E AB(t, t0)不受影响。

c、中间温度定律

E AB(t, t0)与中间温度t n无关。

E AB(t, t0) = E AB(t,t n)+ E AB(t n, t0)E AB(t,0) = E AB(t,t0)+ E AB(t0 ,0)

小结

1、温度基本概念：t＝T－

2、热电偶基本结构、测温原理：E AB(t,0) = E AB(t,t0)+ E AB(t0 ,0)

3、常用标准热电偶：

铂铑10—铂：S镍铬—镍硅：K 镍铬—铜镍：E

主要特点比较：

线性好

注意：1、不同分度号分度表不同。

分度表：t0 = 0 ℃；E～t 关系表（具体参见P440附录1）

2、热电势与温度之间是非线性关系。

E AB(t,0) = E AB(t,t0)+ E AB(t0 ,0)

3、热电偶前标电极为正极，后标电极为负极。

当t> t0 时； E AB(t,t0)>0

常用补偿导线：

铂铑10—铂（S）铜—铜镍

镍铬—镍硅延伸型

镍铬—镍硅（K ）铜—康铜替代型

镍铬—铜镍（E ）镍铬—铜镍

使用注意：①正负不能接错；②与所配热电偶同型号；

③接点温度相同；④使用环境温度范围小于100℃。补偿导线的方法也称是热偶冷端温度的部分（不完全）补偿法

作业：如图为S型热偶测温线路，由于疏忽将第二段补偿导线接反，求：

①输入到显示仪表的总电势为多少

②由于第二段补偿导线接反引入的误差是多少

计算法例：

例：K型热电偶测温，冷端温度为30℃，测得的热电势为，求热端温度。

解： E AB（t，0）＝ E AB（t，30）＋ E AB（30，0）＝＋＝查分度表得t＝℃

2、常用热电阻：

R Pt＝R0(1+At+Bt2) 0≤t ≤650

Rcu＝R0(1+αt)

3、热电阻的结构：电阻体、绝缘管、保护管、接线盒

弹簧管压力表

一、检测原理：

弹性原理：弹性元件受压的变形量，与所受作用力成正比。 F=CS 二、弹簧管压力表的结构：

弹簧管：

传送放大机构：

显示装置：

三、显示装置:指针：

刻度盘：0～270O

四、液位检测

静压式液位计 (计算*）

浮力式

电容式

液位

物位：料位实际就是高度问题单位：米（m)

界位

分类：

（1）直读式：连通器

（2）静压式：利用静力学原理

（3）浮力式：恒浮力浮子高度随液位变化。

变浮力浮子（沉筒）所受浮力随液位高度变化。

（4）电气式：将物位转变成电量。R 、 L 、 C

（5）声学式：利用超声波的反射特性

（6）射线式：利用核辐射（γ射线）透过物料时，强度随物料层厚度而变化。

2、差压变送器：

电动差压变送器

～ Mpa

标准信号 4～20 mA (1～5V)

0～10 mA (0～5V)

电流为传输信号，电压为联络信号。

A、差压变送器输入输出关系：（以电Ⅲ型为例）

△P=0→Imin （4mA) ; △Pmax→Imax (20mA)

公式：

迁移结论(注意）

（1）迁移只改变零点，即测量范围，量程大小不变；

（2）迁移后的差压最大不能超过规定值。

例：０～６００～６０００Pa

最大差压允许值6000 Pa 最大正迁移量5400 Pa 最大负迁移量－6000 Pa

五、流量检测

差压式流量计

转子流量计

椭圆齿轮流量计

一、流量的概念：

流量：单位时间内流过管道某一截面的流体数量。（瞬时流量）

体积流量 (q v) m3/s q m= ρ q v

质量流量 (q m) kg/s q v =Av

总量：某段时间内流过管道某一截面的流体数量。（累计流量）

节流件：实质是阻力件

标准节流件：孔板、喷嘴、文丘利管

特殊节流件：偏心孔板、双重孔板、1/4圆缺喷嘴等取压装置：

A、角接取压：节流件前后端面处。

B、法兰取压：节流件前后。

标准节流装置：

复习引入

设：流体为不可压缩理想流体——ρ1 =ρ2 = ρ 同时引入流速不均匀修正系数：C 1 、C 2

考虑压力损失：

由流体连续性方程得：A 1υ1= A 2υ2 υ 1= A 2 υ2／ A 1 设：m=A 0/A 1 μ =A 2/A 0 υ 1= m μv 2

引入取压系数：

q v = A 2υ2 =

对于可压缩流体，为用统一公式，引入体膨胀校正系数ε

流量系数α常用流出系数表示C

∴ 2

222

22221211v C P v C P 22222

2221211v 2ξ+v 2C +ρP =v 2C +ρP )(2

1212221222P P m C C --+=ρμξν/2/12

1P P P P --=

ψ)(2/2/

122212

22P P m C C --+=ρ

μξψνP m

C C A ?-+=ρμξψμ2

22212

20P A q v ?=ρα20P A q m ?=ρα20P A q v ?=102ραεP A q m ?=102ραε41βα-=C D

d

=β1

4

211ρεβP

A C q v ?-=

3、公式单位：

从前面推导流量公式可知 q m 和q v 的单位是 kg/s 和m 3/h ， 而 A 0 的单位是m 2

。 在工程实际流量计算中常选用如下单位： d 、D 用mm

4、公式中有关系数的确定： ①流出系数C

流出系数定义为通用节流装置的实际流量值与理论流量值之比，将它应用到理论流量方程中以获得实际的流量。

影响C 的因素主要有：节流装置、取压方式、β、雷诺数Re 、管道粗糙度等， β ↓→C↓→△P↑→δp↑

对于特定节流装置，当Re ＞Rek 时，流出系数为常数。 标准孔板： 角接取压 ：

法兰取压 ：

标准喷嘴:

C=（106

/Re ）

②可膨胀性系数ε 液体： ε=1 气体： ε＜1

ε=1-（+β4

）△p/κp 1 ③材料的热膨胀系数λ d ＝d20［1+λd （t － 20）］ D ＝D20［1+λD （t － 20） ④被测流体的密度ρ

（1）液体：ρ＝ρ20［1+μ（t － 20）］ （2）干气体：

式中：ρ0 、 ρ1 和PN 、 P1 和T0 、 T1 ——分别为标准、工作状态下气体的

P A C q m ?-=104

211ρεβ4

/4/2220

D d A πβπ==75.065

.281.2)Re 10(0029.01840.00312.05959.0Dcom

J C C βββ+-+==

密度，kg／m3 ，绝对压力，Pa，绝对温度，K

Z P

T

T

P

n

1

1

1

ρ

ρ=

（3）湿气体

湿气体：含有水分的气体。用湿度来描述含水分的程度。

湿度：相对湿度ψ（%）和绝对湿度f（ kg／m3 ）

相对湿度：单位体积的湿气体中所含水蒸气的质量与在同等状态下湿气体中所含水蒸气的最大可能质量之比。

绝对湿度：单位体积的湿气体中所含水蒸气的质量。

已知相对湿度：ρ＝ρg + ρs

已知绝对湿度：

⑤压力损失δp

P

C

C

P

?

+

-

-

-

=

2

4

2

4

1

1

β

β

β

β

δ

三、标准节流装置

结构、尺寸和技术条件有统一标准，计算数据有统一图表，不必经个别标定就可使用的节流装置。

a、标准节流件

b、标准取压方式

c、直管段

四、标准节流装置的设计计算

标准节流节流装置的设计计算命题有两种形式：

命题1：

已知管道内径、节流元件开孔直径、取压方式、被测流体参数及其它必要条件，根据所测的差压值，求被测流体的流量。

命题2：

已知管道内径、被测流体参数、流量及其它必要条件，要求选择适当的流量标尺上限、差压上限、节流装置的形式，并计算节流元件的开孔直径。

命题1属于已经有了标准节流装置，要求根据所测的差压值算出所对应的流量；命题2要求

Z

T

T

P

P

P

n

s

g

1

max

1

?

?

-

=

?

ρ

ρmax

s

s

ρ

?

ρ?

=

Z

P

T

T

P

f

f

n

1

1

1804

.0

)

(

804

.0

?

+

+

=

ρ

ρ

设计新的节流装置。

(校验）（设计）

（3）装截止阀，对气体在低部装冷凝器、对液体在上部装集气器、最低点装沉降器注意三阀组的正确使用

原则：a．不能让导压管内的凝结水或隔离液流失；

b．不可使差压变送器过压。

（4）装隔离器和隔离液用于高温、腐蚀性、粘性介质，隔离器一般水平安装

六、显示仪表

动圈式显示仪表

电子自动电位差计 (计算*）

电子自动平衡电桥

第一节动圈式显示仪表

1、分类

（1）配热电偶（XCZ－101）的动圈式显示仪表（2）配热电阻（XCZ－102）的动圈式显示仪表2、基本组成