检测技术与原理
文章目錄
- 檢測技術(shù)基本概念
- 檢測技術(shù)基礎(chǔ)
- 檢測系統(tǒng)基本構(gòu)成及概念
- 構(gòu)成單元及各單元功能
- 測量參數(shù)與測量方法
- 測量參數(shù)
- 測量方法
- 檢測儀表分類
- 參量
- 檢測方法
- 儀表應(yīng)用能源
- 轉(zhuǎn)換方法
- 儀表使用性質(zhì)
- 顯示方式
- 儀表構(gòu)成
- 儀表簡要發(fā)展過程
- 檢測儀表的基本性能
- 檢測范圍和量程
- 輸入輸出特性
- 靈敏度和分辨率
- 死區(qū)
- 變差
- 線性度
- 穩(wěn)定性
- 時間穩(wěn)定性
- 條件變化穩(wěn)定性
- 重復(fù)性與再現(xiàn)性
- 可靠性
- 誤差
- 檢測相關(guān)值
- 絕對誤差
- 相對誤差
- 相對百分誤差 (引用誤差)
- 最大相對百分誤差 (最大引用誤差)
- 允許誤差
- 工作誤差
- 固有誤差
- 影響誤差 僅有一個參量處在檢測儀器規(guī)定工作范圍內(nèi)，而
- 穩(wěn)定性誤差
- 動態(tài)響應(yīng)特性
- 精度與精度等級
- 儀表精度與量程選用
- 測量誤差的理論基礎(chǔ)
- 誤差產(chǎn)生原因
- 測量誤差分類
- 按誤差量綱分
- 按誤差性質(zhì)分
- 誤差估計和評價處理方法
- 隨機誤差的估計和統(tǒng)計處理
- 隨機誤差分析處理
- 系統(tǒng)誤差判定與處理
- 系統(tǒng)誤差估計與判定
- 系統(tǒng)誤差處理
- 儀表誤差的縮減和補償
- 檢測技術(shù)與檢測元件
- 檢測技術(shù)的原理與方法
- 自然規(guī)律與檢測應(yīng)用
- 守恒定律
- 參數(shù)檢測
- 敏感元件簡介
- 機械式檢測元件
- 彈性式檢測元件
- 彈性元件的基本特性
- ①彈性特性
- 彈性元件的滯彈性
- 彈性元件的熱彈效應(yīng)
- 彈性元件的固有頻率
- 彈性元件的種類
- 彈簧管
- 薄壁圓筒
- 波紋管
- 膜片
- 振動式檢測元件
- 電阻式檢測元件
- 電阻應(yīng)變片
- 絲式應(yīng)變片
- 箔式應(yīng)變片
- 應(yīng)變元件工作原理
- 應(yīng)變式元件特點
- 半導(dǎo)體應(yīng)變片
- 熱電阻式檢測元件
- 金屬熱電阻
- 兩線制，三線制，四線制區(qū)別
- 熱敏電阻
- 電容式檢測元件
- 電容描述式
- 平板電容器
- 圓筒電容器
- 電容元件的極距和特性
- 變極距式電容器
- 單極板
- 差動變極距式
- 變面積式
- 變介電常數(shù)式
- 熱電勢檢測元件
- 熱電偶
- 熱電效應(yīng)
- 接觸電勢和溫差電勢
- 熱電偶基本定律
- 熱電偶冷端溫度補償
- 晶體管溫度檢測元件
- PN結(jié)溫度檢測元件
- 晶體三極管溫度檢測元件
- 壓電式檢測元件
- 壓電效應(yīng)
- 壓電響應(yīng)
- 等效元件
- 光電式檢測元件
- 光電效應(yīng)
- 外光電效應(yīng)
- 內(nèi)光電效應(yīng)
- 電磁式檢測元件
- 霍爾元件
- 霍爾效應(yīng)
- 檢測儀表
- 檢測儀表的構(gòu)成和信號變化的方法
- 檢測儀表的組成和結(jié)構(gòu)方式
- 組成
- 結(jié)構(gòu)形式
- 一體化型儀表
- 組合型儀表
- 檢測儀表的信號變換
- 簡單直接式變換
- 差動式變換
- 參比式變換
- 平衡式變換
- 有差隨動式變換
- 無差隨動式變換
- 常見信號間的轉(zhuǎn)換
- 位移轉(zhuǎn)換電信號
- 霍爾元件
- 電容器
- 差動變壓器
- 電感器和光學(xué)器件
- 電阻-電壓變換
- 串聯(lián)式檢測電路
- 利用電橋轉(zhuǎn)換
- 不平衡電橋的電壓靈敏度
- 不平衡電橋的電流靈敏度
- 電橋設(shè)計
- 雙電橋
- 電容-電壓變換
- 橋式電路
- 單臂接法
- 差動橋式接法
- 脈寬調(diào)制電路
- 電壓-電流轉(zhuǎn)換
- 溫度檢測儀表
- 溫標(biāo)
- 常用溫標(biāo)
- a. 經(jīng)驗溫標(biāo)
- b. 熱力學(xué)溫標(biāo)(開爾文溫標(biāo)，K)
- c. 國際實用溫標(biāo)
- 溫度檢測方法分類
- 接觸式溫度檢測
- 熱膨脹式測溫方法
- 熱電偶測溫
- 常用標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶
- 熱電偶的熱電勢曲線及相應(yīng)結(jié)論
- 熱電偶自由端處理
- 熱電偶應(yīng)用注意事項
- 熱電偶結(jié)構(gòu)形式
- 熱電阻測溫
- 集成溫度傳感器
- 非接觸式溫度檢測
- 壓力檢測儀表
- 壓力單位
- 壓力檢測的基本方法
- 常用壓力檢測儀表
- ①液柱式壓力檢測
- a. U形管壓力計
- b. 單管壓力計
- c. 斜管壓力計
- 誤差來源
- ②彈性式壓力檢測
- ③電遠傳式壓力檢測儀表(壓力傳感器、壓力變送器）
- ④應(yīng)變片式壓力傳感器
- ⑤壓阻式壓力傳感器(固態(tài)壓力傳感器、集成壓力傳 感器)
- 壓力儀表選擇
- 壓力儀表安裝
- 物位檢測儀表
- 物位的定義
- 檢測原理及分類
- 檢測原理
- 物位儀表分類
- 靜壓式物位檢測
- 敞口容器
- 密閉容器
- 注意事項
- 變送器量程遷移
- 量程調(diào)整
- 浮力式物位檢測
- 變浮力式液位計
- 電氣式物位檢測
- 電容式物位檢測
- 聲學(xué)式物位檢測
- 射線式物位檢測
- 料位檢測
- 流量檢測儀表
- 基本概念
- 流量
- 節(jié)流式流量檢測儀表
- 組成
- 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流元件
- 節(jié)流公式
- 轉(zhuǎn)子（浮子）流量計
- 公式
- 渦街流量計
- 渦街流量計的安裝
- 電磁流量計
- 容積式流量計
- 橢圓齒輪流量計
- 腰輪流量計
- 渦輪流量計
- 超聲波式流量計
- ① 時差法
- ② 相差法
- ③ 頻差法
- 成分檢測儀表
- 成分檢測儀表
- 檢測方法及系統(tǒng)構(gòu)成
- 熱導(dǎo)式檢測技術(shù)
- 紅外線式成分檢測
- 色譜分析方法
- 氧化鋯氧量檢測儀
- 顯示儀表
- 模擬式顯示儀表
- ①直接變換式儀表
- ②平衡式儀表
- a. 有差隨動式儀表
- b. 無差隨動式儀表
- 自動平衡式電子電位差計
- ①手動電位差計
- ② 自動平衡電子電位差計
- 橋路設(shè)計
- 電橋式自動平衡顯示儀表
- 橋路設(shè)計
- 數(shù)字式顯示儀表
- 信號的標(biāo)準(zhǔn)化及標(biāo)度變換
- ①模擬量標(biāo)度變換
- ② 數(shù)字量標(biāo)度變換
- 檢測技術(shù)相關(guān)習(xí)題
檢測技術(shù)基本概念
檢測技術(shù)基礎(chǔ)
什么是檢測
用專門的技術(shù)工具，依靠實驗和計算獲得所關(guān)心參數(shù)（被測參數(shù))的特性和數(shù)值的過程
檢測儀表的基本性能
檢測系統(tǒng)基本構(gòu)成及概念
構(gòu)成單元及各單元功能
傳感器： 檢測系統(tǒng)與被測對象直接發(fā)生聯(lián)系的器件或裝置
信號調(diào)理電路：為方便檢測系統(tǒng)后續(xù)環(huán)節(jié)處理或顯示，完成對檢測系統(tǒng)組成框圖
傳感器輸出的微弱信號進行檢波、轉(zhuǎn)換、濾波、放 大等處理的功能電路。
數(shù)據(jù)采集及信號處理：對連續(xù)模擬信號作離散化處理
輸出、顯示：顯示被測信號的瞬時值、累積值及變化狀態(tài)
標(biāo)準(zhǔn)輸出信號：
0～100KPa氣動信號；
4～20 mA的電流信號；
1～5 V電壓信號；數(shù)字信號及開關(guān)量信號等多種形式
顯示方式 ? 指示式顯示又稱模擬式顯示 ? 數(shù)字式顯示 ? 屏幕式顯示
動力源 氣動儀表 140KPa壓縮空氣 電動儀表 220V AC; 24V DC
測量參數(shù)與測量方法
測量參數(shù)
a. 被測參數(shù)：敏感元件直接感受的變量參數(shù) b. 待測參數(shù)：需要獲取的變量參數(shù)
測量方法
a. 直接測量：直接測量待測參數(shù)的測量方法。待測 參數(shù)為被測參數(shù)。
b. 間接測量：通過測量與待測參數(shù)有關(guān)系的其他參 數(shù)，并通過數(shù)學(xué)處理獲取待測參數(shù)的測量方法
檢測儀表分類
參量
可分為：電工量，熱工量，機械量，物性和成分量，光學(xué)量，狀態(tài)量
檢測方法
有源式和無源式：有源式如熱電阻測溫；無源式如熱電偶測溫
接觸式和非接觸式
儀表應(yīng)用能源
機械式，電動式，氣動儀表，光電式儀表
轉(zhuǎn)換方法
電、磁轉(zhuǎn)換
光電轉(zhuǎn)換等
儀表使用性質(zhì)
①國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，測量指示儀表的精度等級G分為
0.005, 0.02, 0.05, 0.1, 0.2, 0.35, 1.0, 1.5, 2.5, 4 , 5.0等
標(biāo)準(zhǔn)表： 各級計量部門專門用于精確計量、校準(zhǔn)送檢樣品 和樣機的標(biāo)準(zhǔn)儀表，一般精度等級高于0.1級
實驗室儀表： 主要用于各類實驗室中，一般精度等級高于0.1級
工業(yè)儀表：工業(yè)用儀表精度等級為：0.1, 0.2, 0.35, 1.0, 1.5, 2.5, 5.0
顯示方式
? 模擬儀表：一般指針式儀表
? 數(shù)字儀表：以數(shù)字形式顯示參數(shù)量
儀表構(gòu)成
開環(huán)結(jié)構(gòu)和閉環(huán)結(jié)構(gòu)
儀表簡要發(fā)展過程
檢測儀表的基本性能
檢測范圍和量程
測量范圍：儀表上限值和下線值范圍
量程：儀表測量上限值與下限值的代數(shù)差
輸入輸出特性
靈敏度和分辨率
靈敏度：
s=ΔyΔxs=\frac{\Delta y}{\Delta x}s=ΔxΔy?
△y：達到穩(wěn)態(tài)時儀表輸出的變化量（指針的直
線位移或轉(zhuǎn)角）
△x：被測變量的變化值
分辨率：在儀表測量范圍內(nèi)，能檢測出的被測變量的最小變化量
死區(qū)
輸入信號的變化量不能引起輸出量發(fā)生可觀察變 化的有限區(qū)間
變差
變差=Δmax測量上限?測量下限?100變差=\frac{\Delta_{max}} {測量上限-測量下限} *100變差=測量上限?測量下限Δmax???100%
在測量范圍內(nèi)正反特性間指示值的 最大絕對誤差與儀表量程之 比的百分?jǐn)?shù)
線性度
實際值與理論值之間的絕對誤差的 最大值與儀表量程之比的 百分?jǐn)?shù)
穩(wěn)定性
時間穩(wěn)定性
表示在工作條件保持恒定時，在規(guī)定時間內(nèi)儀表輸 出值與標(biāo)稱值之間的最大誤差
條件變化穩(wěn)定性
表示儀表在規(guī)定的使用條件內(nèi)，某個條件的變化對 儀表輸出的影響
重復(fù)性與再現(xiàn)性
重復(fù)性 （隨機性） 在相同測量條件下，對同一被測量，按同一方
向(由小到大或由大到小)多次測量時，檢測儀表 提供相近輸出值的一致程度
再現(xiàn)性（穩(wěn)定性） 指在相同的測量條件下，在規(guī)定的相對較長的時
間內(nèi)，對同一被測量從兩個方向(由小到大以及由 大到小)上重復(fù)測量時，檢測儀表的各輸出值之間 的一致程度。
可靠性
可靠度R(t)：儀表在規(guī)定工作時間內(nèi)無故障的概率
不可靠度F(t)：儀表在規(guī)定工作時間內(nèi)有故障的概率
故障率λ： 儀表工作到 t 時刻時，單位時間內(nèi)發(fā)生故障的概率
有R(t)=e?λtR(t)=e^{-\lambda t}R(t)=e?λt
元件串聯(lián)可靠度：單個元件可靠度相乘
平均無故障工作時間MTBF：儀表在相鄰兩次故障間隔內(nèi)有效工作時的平均時間。 它的倒數(shù)就是故障率。
誤差
檢測相關(guān)值
真值：嚴(yán)格定義理論值，如三角形內(nèi)角和180
約定真值：根據(jù)國際計量委員會通過并發(fā)布的各種物理參量
單位的定義，利用當(dāng)今最先進科學(xué)技術(shù)復(fù)現(xiàn)這些實 物單位基準(zhǔn)
相對真值 如果高一級檢測儀器(計量器具)的誤差僅為低一級檢 測儀器誤差的1／3～1／10，則可認(rèn)為前者是后者的相 對真值
實際值： 高精度儀表有限次測量的算術(shù)平均值
標(biāo)稱值 計量或測量器具上標(biāo)注的量值，稱為標(biāo)稱值
示值：由檢測儀器(或系統(tǒng))指示或顯示的被測參量的數(shù)值
絕對誤差
檢測系統(tǒng)的測量值(即示值) X 與被測量的真值X0 之間的代數(shù)差值△X 稱為檢測系統(tǒng)測量值的絕對 誤差。（可正可負(fù)）
相對誤差
檢測系統(tǒng)測量值的絕對誤差△X 與被測參量真值
X0 的比值，稱為檢測系統(tǒng)測量(示值)的相對誤差 δ， 常用百分?jǐn)?shù)表示
相對百分誤差 (引用誤差)
檢測系統(tǒng)測量值的絕對誤差△X 與系統(tǒng)量程L 比的 百分?jǐn)?shù)稱為檢測系統(tǒng)測量值的相對百分誤差(引用誤 差) δ百。
最大相對百分誤差 (最大引用誤差)
在規(guī)定的工作條件下，當(dāng)被測量平穩(wěn)增加或減少時， 檢測系統(tǒng)全量程所有測量值中最大絕對誤差與量程 之比的百分?jǐn)?shù)
允許誤差
儀表生產(chǎn)廠家設(shè)定的，在規(guī)定使用條件下可能產(chǎn)生的最大誤差范圍，是衡量檢測儀器的最重要的質(zhì)量指 標(biāo)之一。
工作誤差
檢測儀器在規(guī)定工作條件下正常工作時可能產(chǎn)生的最大誤差(往往偏大）
固有誤差
當(dāng)環(huán)境和各種試驗條件均處于基準(zhǔn)條件下時，檢測儀器所反映的誤差稱固有誤差
影響誤差 僅有一個參量處在檢測儀器規(guī)定工作范圍內(nèi)，而
其他所有參量均處在基準(zhǔn)條件時檢測儀器所具有的 誤差。
穩(wěn)定性誤差
指儀表工作條件保持不變的情況下，在規(guī)定的
時間內(nèi)，檢測儀器各測量值與其標(biāo)稱值之間的最 大偏差。
動態(tài)響應(yīng)特性
指檢測系統(tǒng)受外部擾動作用后，被測變量處于變動狀態(tài)下儀表示值與參數(shù)實際值之間的差異，衡量各種運動慣性的大小，以及能量傳遞的快慢常 采用時間常數(shù)T 和傳遞滯后時間(純滯后時間) τ 兩個 參數(shù)表示
精度與精度等級
工業(yè)檢測儀表以其最大相對百分誤差作為判斷儀表精度等級的尺度
工業(yè)測量指示儀表的精度等級G分為 0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0 七個等級
儀表精度與量程選用
①確定儀表精度時，選數(shù)值上最接近又比準(zhǔn)確 度大的準(zhǔn)確度等級作為該儀表的準(zhǔn)確度等級
②儀表的精度等級選擇應(yīng)保證利用該儀表進行測量所 引入的誤差小于測量上要求的允許測量誤差
測量誤差的理論基礎(chǔ)
誤差產(chǎn)生原因
1.檢測系統(tǒng)誤差
2.環(huán)境誤差
3.方法誤差
4.人員誤差（粗大誤差）
測量誤差分類
按誤差量綱分
a.絕對誤差
b.相對誤差
1.相對誤差
2.相對百分誤差
3.最大相對百分誤差
按誤差性質(zhì)分
a.系統(tǒng)誤差：在相同條件下，多次重復(fù)測量同一被測參量時，其 測量誤差的大小和符號保持不變;或在條件改變時，多次重復(fù)測量同一被測參量時，其 測量誤差按某一確定的規(guī)律變化
b.隨機誤差：在相同條件下多次重復(fù)測量同一被測參量時，測 量誤差的大小與符號均無規(guī)律變化
c.緩變誤差 經(jīng)過一段時間使用后，儀表輸出表現(xiàn)出在數(shù)值上隨時間緩慢單調(diào)變化的誤差
d. 疏忽（粗大）誤差 指明顯不合理且無任何規(guī)律可循的誤差
誤差估計和評價處理方法
隨機誤差的估計和統(tǒng)計處理
隨機誤差基本符合正態(tài)分布規(guī)律
隨機誤差分析處理
系統(tǒng)誤差判定與處理
系統(tǒng)誤差估計與判定
系統(tǒng)誤差：
相對誤差：
系統(tǒng)誤差的確定方法：
恒差系統(tǒng)誤差確定：
實驗比對法：1.標(biāo)準(zhǔn)器件法2.標(biāo)準(zhǔn)儀器法
變差系統(tǒng)誤差確定：
殘差觀察法：
馬爾科夫準(zhǔn)則：馬利科夫準(zhǔn)則適用于判斷、發(fā)現(xiàn)和確定線性系統(tǒng)誤差。
系統(tǒng)誤差處理
1.消除產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的主要原因
2.誤差修正
3.系統(tǒng)誤差的綜合與分配
? 誤差綜合： 根據(jù)各環(huán)節(jié)系統(tǒng)誤差分量求取總系統(tǒng)誤差。 用于現(xiàn)有檢測儀表（系統(tǒng)）分析。
? 誤差分配： 將總系統(tǒng)誤差分配給系統(tǒng)的各環(huán)節(jié)。 主要用于檢測儀表（系統(tǒng)）設(shè)計和制造。
系統(tǒng)誤差綜合：
由系統(tǒng)誤差描述式得。
實際應(yīng)用中誤差分量不可能同時出現(xiàn)，常常用統(tǒng)計特征值來描述
誤差分配:已知規(guī)定系統(tǒng)誤差總量求各環(huán)節(jié)系統(tǒng)誤差分量
①求解測量值的誤差式，得到測量誤差和各誤差分量的關(guān)系
②定性分析：通常使系數(shù)最大的誤差最小
③定量計算：各誤差分量的具體數(shù)值按統(tǒng)計特征進行計算
根據(jù)計算得出各相對百分誤差大小
④依據(jù)求得的誤差分配計算式子外的誤差分量
儀表誤差的縮減和補償
a.計算修正法：事先計算出或給出系統(tǒng)誤差的關(guān)系式，并利用其對測量值 進行修正的方法
b.比較法測量：用準(zhǔn)確度較高的，不含或含很小系統(tǒng)誤差的檢測裝置與被測 量進行完全或部分比較，以消除或減少測量中的系統(tǒng)誤差
零示法：用可調(diào)標(biāo)準(zhǔn)量完全平衡被測量
微差法：將被測量與同它只有微小誤差的已知標(biāo)準(zhǔn)量相比 較（總量比較，微量測量）
c. 差動（差分結(jié)構(gòu)）法 原理：
利用結(jié)構(gòu)上的對稱性使測量信號反對稱的發(fā)生作用。干擾信 號的影響則對稱的發(fā)生，通過對比計算，加強特定信號值， 從而排除干擾
d. 相互抵消法 原理：
將影響因素信號同時引入敏感元件的正負(fù)端，消除干擾影響
檢測技術(shù)與檢測元件
介紹敏感元件的特性 及基于各種敏感元件的檢測原理和方法
檢測技術(shù)的原理與方法
自然規(guī)律與檢測應(yīng)用
主要自然定律：守恒定律，場的定律，物質(zhì)定律，統(tǒng)計法則
守恒定律
質(zhì)量，能量，動量，電荷等守恒
例子：畢托管流量計：
②場的定律：運動定律，電磁感應(yīng)定律，光的干涉定率等
③基于物質(zhì)特性的固定規(guī)律
參數(shù)檢測
參數(shù)檢測是以自然規(guī)律為基礎(chǔ)，利用敏感元件特有的物理、化學(xué)和生物等效應(yīng)，把被 測變量的變化轉(zhuǎn)換為敏感元件某一物理(化學(xué)) 量的變化。
檢測原理分類：光學(xué)法，力學(xué)法，熱學(xué)法，電學(xué)法，聲學(xué)法，磁學(xué)法，射線法
敏感元件簡介
敏感元件： 一種能夠靈敏地感受被測參數(shù)，并將被測參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換成另一種物理量變化的元件。
敏感元件分類：
機械式檢測元件； 電阻式檢測元件 ；電容式檢測元件 ；熱電式檢測元件 ；壓電式檢測元件； 光電式檢測元件； 磁電式檢測元件； 核輻射式檢測元件；
機械式檢測元件
機械式檢測元件是將被測量轉(zhuǎn)換為機械量信號(通
常是位移、振動頻率、轉(zhuǎn)角等)輸出，具有結(jié)構(gòu)簡單、 使用安全可靠、抗干擾能力強等特點。
彈性式檢測元件
依據(jù)彈性變形原理，將被測參數(shù)（外力）變化轉(zhuǎn)換為彈性元件的變形、位移、應(yīng)力等物理量輸出
彈性元件的基本特性
①彈性特性
剛度：彈性元件產(chǎn)生單位變形所需要的外加作用力。
靈敏度： 單位輸入量引起輸出量變化，對于彈性元件來說是剛度的倒數(shù)
彈性元件的滯彈性
彈性滯后：彈性元件在外力加載和卸載的正反行程中，應(yīng)力(σ)和應(yīng)
變(ε)曲線不重合的現(xiàn)象稱為彈性滯后，如圖
彈性后效：彈性變形范圍內(nèi)，應(yīng)力保持不變的情況下，應(yīng)變 ε隨時間的延續(xù)而緩慢增加，直到最后達到平衡應(yīng)變值的現(xiàn)象稱為 彈性后效，也稱蠕變。
應(yīng)力松弛：總應(yīng)變量恒定情況下，應(yīng)力隨時間的延續(xù)而逐漸降低的現(xiàn)象
彈性元件的熱彈效應(yīng)
彈性模量的溫度系數(shù)：單位時間彈性模量的變化率
頻率的溫度系數(shù)：單位時間頻率的變化率
線膨脹系數(shù)：單位時間線長度變化率
彈性元件的固有頻率
固有頻率越高，則彈性元件響應(yīng)越快
彈性元件的種類
彈簧管
在一定壓力范圍內(nèi)，彈簧管具有線性彈性特性
薄壁圓筒
工作時，筒壁的每一單元面積都將在軸向和徑向產(chǎn)生拉伸應(yīng) 力和應(yīng)變
波紋管
一種具有等間距同軸環(huán)狀波紋，能夠依據(jù)管內(nèi)或管外所 加軸向集中力沿軸向伸縮的測壓彈性元件
波紋管的特點是靈敏度高(特別是在低壓區(qū))；常用 于檢測較低的壓力(1.0～106Pa)，
波紋管遲滯誤差較大，精度一般只能達到1.5級。
膜片
用中心的位移d和被測壓力p的關(guān)系來表征其關(guān)系
由于膜片的位移較小，靈敏度低，指示精度也不高， 一般為2.5級。
膜片一般是與其他轉(zhuǎn)換元件結(jié)合應(yīng)用，通過膜片和 轉(zhuǎn)換元件把壓力轉(zhuǎn)換成電信號。
有
電容式壓力傳感器
光纖式壓力傳感器
光強比值 I1／I2隨被測壓 力線性下降
振動式檢測元件
振動檢測元件是較為新型的機械式檢測元件，它將 被測量(如力、壓力、密度等)的變化轉(zhuǎn)換為諧振元件 的固有頻率的變化，利用諧振技術(shù)完成參數(shù)的檢測
電阻式檢測元件
將被測物理量轉(zhuǎn)換成電阻值的變化，然后，利用測量電路測出電阻的變化值，從而達到對被測物理 量檢測的目的
電阻應(yīng)變片
由其變形可導(dǎo)致自身電阻變化的檢測元件
絲式應(yīng)變片
箔式應(yīng)變片
表面積與截面積之比大，散熱條件好，能承受較大 電流和較高電壓，因而輸出靈敏度高；
可制成各種需要的形狀，便于大批量生產(chǎn)。
由于上述優(yōu)點，它已逐漸取代絲式應(yīng)變式。
應(yīng)變元件工作原理
由歐姆定律可以推得
：
由應(yīng)變=長度相對變化量得到0
尺寸變化引起的阻值相對變化(1+2μ)ε，稱為幾何尺寸效應(yīng)
電阻率變化引起的阻值相對變化(πEε)，稱為壓阻效應(yīng)
也可寫成
其中K稱作電阻應(yīng)變系數(shù)
應(yīng)變式元件特點
1.測量范圍寬、準(zhǔn)確度高
2.測量速度快，適合靜態(tài)和動態(tài)測量；
3.使用壽命長、性能穩(wěn)定可靠
4. 價格便宜、品種繁多，可以測量多種物理量；
5. 可在高低溫、高速、高壓、強振動、強磁場、核輻射 和化學(xué)腐蝕性強等惡劣環(huán)境下工作
6. 輸出信號微弱，抗干擾能力較差，需要采取屏蔽措施；
7. 在大應(yīng)變狀態(tài)下具有較大的非線性。
半導(dǎo)體應(yīng)變片
半導(dǎo)體應(yīng)變片的影響主項為：
熱電阻式檢測元件
熱電阻是利用電阻的熱效應(yīng)(金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻 值隨溫度變化)實現(xiàn)溫度檢測的元件
金屬熱電阻
目前使用的金屬熱電阻材料有鉑、銅、鎳、鐵等，
其中應(yīng)用最為廣泛的是鉑、銅材料，并已實現(xiàn)了標(biāo) 準(zhǔn)化生產(chǎn)，具有較高的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度
電阻溫度系數(shù)定義為：
鉑熱電阻特性：電阻與溫度為非線性關(guān)系；溫度越高，電阻 的變化率越小
銅熱電阻溫度計特點：溫度系數(shù)大，而且?guī)缀醪浑S溫度而變，銅熱 電阻的特性比較接近直線
兩線制，三線制，四線制區(qū)別
兩線制接線：
有導(dǎo)線電阻影響，不適用于高精度測溫
三線制接線：
引線電阻的變化同時引進電 橋相鄰的兩臂，可以消除引線電阻 的影響，測量精度高于兩線制
四線制接線：
其中兩 根引線為熱電阻提供恒流源，在 熱電阻上產(chǎn)生的壓降U= Rt I, 通過 另兩根引線引至電位差計進行測 量。因此，它完全能消除引線電 阻對測量的影響。
熱敏電阻
利用金屬氧化物或某些半導(dǎo)體材料的電阻值隨 溫度的升高而減小(或升高)的特性制成的。
? NTC型熱敏電阻：負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻
? PTC型熱敏電阻：正溫度系數(shù)熱敏電阻
? CTR 型熱敏電阻：負(fù)溫度系數(shù)臨界溫度熱 敏電阻
a. NTC熱電阻
NTC型熱敏電阻的 溫度系數(shù)αT為：
b. PTC型熱敏電阻
分為開關(guān)型和緩變型
緩變型：
c. CTR熱敏電阻
具有負(fù)的溫度系數(shù)的開關(guān)型熱敏電阻。
電容式檢測元件
電容式檢測元件實際上是各種類型的可變電容器，
它能將被測量的改變轉(zhuǎn)換為電容量的變化。通過一 定的測量線路，將電容變化量進一步轉(zhuǎn)換為電壓、 電流、頻率等電信號
電容描述式
平板電容器
圓筒電容器
電容元件的極距和特性
變極距式電容器
被測量變化引起極板的位移，從而改變極板間 的距離d，導(dǎo)致電容量C的變化
單極板
差動變極距式
在單極板基礎(chǔ)上提高了靈敏度
變面積式
變面積式電容元件的輸入—輸出關(guān)系在理論上 是線性的。
變介電常數(shù)式
熱電勢檢測元件
熱電偶
熱電效應(yīng)
將兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A、B連接成閉環(huán)回路，并將兩個接點分別置于溫度為T及T0的熱源中，則在該 回路內(nèi)將產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)
接觸電勢和溫差電勢
? 接觸電勢：由于兩種材料的電子密度不同引起的在 接觸面上發(fā)生材料間電子轉(zhuǎn)移而產(chǎn)生的電動勢。
? 溫差電勢：單一材料由于兩端溫度不同引起內(nèi)部電子 轉(zhuǎn)移而產(chǎn)生的電動勢
溫差電勢比接觸電勢小很多，可忽 略不計，熱電偶的電勢可表示為
接觸電勢：
熱電偶基本定律
① 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
截面如何以及各處的溫度分布如何，都不能產(chǎn)生熱 電勢。
② 中間導(dǎo)體定律 斷開熱電偶回路，接入第三種導(dǎo)體C，若導(dǎo)體C兩端的 溫度相等，則接入導(dǎo)體C后對熱電偶回路中的總電勢沒 有影響。
根據(jù)熱電偶的這一性質(zhì)，可以在熱電偶回路中引入各種儀表、連接導(dǎo)線等實現(xiàn)對溫度的測量。
③ 中間溫度定律 熱電偶AB在接點溫度為T、T0時的熱電勢EAB(T，T0)等于熱電偶AB在接點溫度為T，TC和TC，T0的熱電勢 EAB(T，TC)和EAB(TC，T0)的代數(shù)和
根據(jù)這一定律，只需列出熱電偶在參比端溫度為0℃的分度表，既可以求出參比端在其他溫度時的熱電偶的 熱電勢。
④ 等值替代定律 如果使熱電偶AB在某一溫度范圍內(nèi)所產(chǎn)生的熱電勢
等于熱電偶CD在同一溫度范圍內(nèi)所產(chǎn)生的熱電勢， 即
EAB(T，T0)===ECD(T，T0) 則這兩支熱電偶在該溫度范圍內(nèi)可以互相代用。
此定理提供了補償導(dǎo)線應(yīng)用的依據(jù)。
熱電偶冷端溫度補償
a.補償導(dǎo)線法
b.計算修正法
c. 冰浴法(實驗室應(yīng)用)、自由端恒溫法(工業(yè)應(yīng)用)
d.補償電橋法
晶體管溫度檢測元件
PN結(jié)溫度檢測元件
測溫原理：依據(jù)PN結(jié)伏安特性與溫度關(guān)系
晶體三極管溫度檢測元件
壓電式檢測元件
壓電式檢測元件以其受外力作用時在晶體表面產(chǎn)生電荷的壓 電效應(yīng)為基礎(chǔ)實現(xiàn)參數(shù)測量
壓電效應(yīng)
正壓電效應(yīng):
壓電材料在沿一定方向受外力(壓力或拉力)作用時，其 幾何尺寸變化而發(fā)生變形，同時導(dǎo)致材料內(nèi)部電荷分布發(fā) 生變化，從而使在其一定的兩個相對表面上產(chǎn)生符號相反、 數(shù)值相等的電荷；當(dāng)外力去掉后它們又恢復(fù)到不帶電狀 態(tài)的現(xiàn)象稱為正壓電效
逆壓電效應(yīng)：
在壓電材料的特定面上施加電場，會在相應(yīng)的面上產(chǎn)生 形變和應(yīng)力，去掉電場后，材料的形變和應(yīng)力消失的現(xiàn)象
常用的壓電材料：石英晶體、壓電陶瓷
壓電響應(yīng)
沿電軸的壓電響應(yīng)：
沿機械軸（y軸）方向施加作用力：
沿機械軸方向的力作用在晶體上產(chǎn)生的電荷大小與晶體 切片的幾何尺寸有關(guān)
等效元件
等效成電容
光電式檢測元件
光電效應(yīng)
外光電效應(yīng)
物體在光線作用下，其內(nèi)部電子逸出物體表面的現(xiàn)象 稱為外光電效應(yīng)，亦稱為光電發(fā)射效應(yīng)（光電管、光電倍增管）
內(nèi)光電效應(yīng)
物體在光線作用下，其內(nèi)部的原子釋放電子，但這 些電子并不逸出物體表面，而仍然留在內(nèi)部，從而 導(dǎo)致物體的電阻率發(fā)生變化或產(chǎn)生電動勢，這種現(xiàn) 象稱為內(nèi)光電效應(yīng)
光電導(dǎo)效應(yīng)（使電阻率發(fā)生變化）：光敏電阻
光生伏特效應(yīng)（產(chǎn)生電動勢）：光電池，光敏二極管，三極管
電磁式檢測元件
霍爾元件
霍爾效應(yīng)
半導(dǎo)體薄片垂直放置于磁場中，當(dāng)有電流通過時，在垂直于電流和磁場方向?qū)a(chǎn)生電動 勢的現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。
檢測儀表
在敏感元件的基礎(chǔ)上配上適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換元件或轉(zhuǎn)換
電路后能直接顯示被測量的大小，或能輸出易于被 常規(guī)儀表（裝置）接收的信號的裝置。
檢測儀表的構(gòu)成和信號變化的方法
檢測儀表的組成和結(jié)構(gòu)方式
組成
結(jié)構(gòu)形式
一體化型儀表
敏感元件、信號變換和顯示裝置等為一個整體，使用時不能分開。大部分的現(xiàn)場指示型儀表屬于這一類。
玻璃管溫度計，彈簧管壓力表、U形管壓力計等
組合型儀表
敏感元件、信號變換以及顯示裝置等是分開的，可以單獨使用，也可以根據(jù)需要組合使用。組合使用時實際 上構(gòu)成了檢測系統(tǒng)。此類儀表多為信號遠傳式測量儀表
檢測儀表的信號變換
將敏感元件輸出物理量經(jīng)轉(zhuǎn)換元件及轉(zhuǎn)換電路變換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號
轉(zhuǎn)換元件： 能將敏感元件輸出的非電物理量，如位移、應(yīng)變、光強等轉(zhuǎn)換為電學(xué)量，如電流、電壓及其他電路參數(shù)量 (如電阻、電容、電感等)的元件。
轉(zhuǎn)換電路(變送器) ：
? 將敏感元件或轉(zhuǎn)換元件輸出的電路參數(shù)量轉(zhuǎn)換成便于 測量的電學(xué)量，
?將非標(biāo)準(zhǔn)的電流、電壓轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號。
信號變換的方式有：
? 簡單直接式變換 ? 差動式變換 ? 參比式變換 ? 平衡(反饋)式變換
簡單直接式變換
(a) 只有轉(zhuǎn)換電路的信號變換
(b) 轉(zhuǎn)換元件+轉(zhuǎn)換電路形式
a. 有源檢測元件與轉(zhuǎn)換電路連接
b. 無源檢測元件與轉(zhuǎn)換電路連接
特點：
開環(huán)式儀表，精度較低，線性度差，信息能量傳遞效率低，但結(jié)構(gòu)簡單，結(jié)果可靠
差動式變換
采用兩個完全對稱且性能相同的 轉(zhuǎn)換元件；當(dāng)被測變量變化時， 能使兩元件相應(yīng)的變換輸出在數(shù) 值上相同，但方向相反的變換方 式稱為差動式變換
1.差動式變換比簡單直接式變換的有效輸出信號提高了一倍， 信噪比得到改善。
2.消除了非線性項(△x1)2，改善了檢測儀表的非線性。
3.若x1與x2的關(guān)系為算術(shù)疊加，即f(x1,x2)=a1f1(x1)±a2f2(x2)，差動變換式的二次項為零，干擾量x2的 影響可以完全消除
但是，若外界干擾使兩轉(zhuǎn)換元件輸出按比例變化，此類干擾仍然影響變換輸出，且 不能克服敏感元件存在的非線性
參比式變換
消除環(huán)境條件變化(如溫度變化，電源電壓 波動等)對敏感元件的影響；解決在差動式變換中所出 現(xiàn)的問題
如果干擾量的作用效果是相加的：
干擾量的作用效果是相乘的：
? 與差動式變換一樣，兩個檢測元件的性能要求完全一致， 否則會引起附加誤差。
? 應(yīng)用參比式變換方法時，應(yīng)根據(jù)干擾量相對被測量的作用 效果確定兩個檢測元件輸出信號的處理形式，以達到對環(huán) 境條件量的完全補償。
? 這種補償方式不能改善檢測元件的非線性
平衡式變換
平衡式變換也稱反饋式變換，是指信號變換環(huán)節(jié)(包括轉(zhuǎn)換元件和轉(zhuǎn)換電路)為閉環(huán)式結(jié)構(gòu)。具有平衡式變換環(huán) 節(jié)的儀表稱為平衡式儀表
根據(jù)平衡時比較器的輸入信號xi和xf之間的差值關(guān)系，
平衡式變換可分為有差隨動式變換和無差隨動式變換
有差隨動式變換
這種閉環(huán)結(jié)構(gòu)式儀表較開環(huán)結(jié)構(gòu)式儀表的時間響應(yīng)快 (1+K1β)倍，但是，同時對輸入信號的靈敏度下降(1+K1β)倍。
? 處理方法：可用增加放大器的放大倍數(shù)來補救靈敏度的下降
無差隨動式變換
由于無差隨動變換式儀表的顯示裝置是由電機直接 驅(qū)動的，利用電機轉(zhuǎn)角φ顯示被測量，因此，儀表的輸出 在反饋環(huán)節(jié)后（圖中y處），而不是在y’處
無差隨動式變換儀表是典型的二階系統(tǒng)，儀表的穩(wěn)定性和精度取決于ξ。
處理方法： ? 選擇適當(dāng)?shù)腒1K2β值，在保證儀表具有一定的穩(wěn)定性的條件下， 盡可能使儀表有較快的響應(yīng)速度和較高的精度；
? 加校正環(huán)節(jié)，即在不降低儀表精度(保證K1K2β值)的條件下， 通過在回路中加入適當(dāng)?shù)男Ｕh(huán)節(jié)，使ξ達到0.7左右，保證儀 表具有足夠的穩(wěn)定裕度
常見信號間的轉(zhuǎn)換
位移轉(zhuǎn)換電信號
霍爾元件
電容器
差動變壓器
電感器和光學(xué)器件
敏感元件帶動銜鐵移動改變與鐵
心之間的氣隙長度δ，從而改變線 圈的感抗。
光學(xué)法：
電阻-電壓變換
串聯(lián)式檢測電路
利用電橋轉(zhuǎn)換
不平衡電橋的電壓靈敏度
初始狀態(tài)下，R10R40 = R20R30，電橋平衡，輸出電壓uAC=0。
1.等臂電橋：初始狀態(tài)時電橋四臂 的電阻均相等
單臂工作：只有R1為敏感元件， R1=R10+△R
RL足夠大甚至無窮：
2. 第一對稱：R10=R20，R30=R40，
單臂電阻： R1=R10+△R1
在單臂工作下第一對稱和等臂電橋輸出電壓完全一樣
3.等臂電橋： R10=R20=R30=R40=R
雙臂工作：R1=R10+△R1，R2=R20-△R2
雙臂工作電橋輸出約為單臂工作電橋輸出的二倍，且沒有非線性誤差
4.等臂電橋：R10=R20=R30=R40=R，
四臂工作：R1=R10+△R1，R2=R20-△R2， R3=R30-△R3，R4=R40+△R4
四臂工作電橋輸出電壓是單臂工作電橋輸出電壓的四倍，且沒有非線性誤差
不平衡電橋的電流靈敏度
主要考慮電橋輸出接至磁電式儀表(如動圈式儀表)作直接顯示 時，由于儀表的內(nèi)阻較小，其驅(qū)動動圈的力矩與電流值有關(guān)
根據(jù)戴維南定理，電橋部分的等效電路為：
按照信息能量傳遞效率最高原則，負(fù)載電阻RL必須與等效 電阻RTH匹配，即 RL=RTH0
1.等臂電橋單臂工作：
2. 第一對稱，單臂工作:
3.等臂電橋，雙臂工作
4.等臂電橋，四臂工作：
電橋設(shè)計
電橋設(shè)計的任務(wù)是確定電橋所需的電源電壓、電橋的工作方 式和電橋各橋臂上的電阻值。
提高電阻的相對變化量ε會使非線性誤差上升；
提高電源電壓E雖然不影響非線性，但受到元件允許耗散功率 的限制。
1.電源選擇：
2.電橋工作方式
從提高靈敏度和減小非線性考慮，電橋最好采用多臂工作，如 雙臂工作或四臂工作方式。
? 若用單臂工作方式，要選擇電橋形式。 如等臂電橋、第一對稱或是第二對稱等
3.電阻選擇：
設(shè)計電橋電阻時只要根據(jù)敏感元件的R10大小，選R20=R10； R30和R40的選擇在理論上沒有任何約束條件。一般適當(dāng)選大一些，可以減小電源的功耗
為了減小非線性誤差，電橋采用第二對稱方式， 即：
R10=R30, R20=R40
雙電橋
?雙電橋式測量在單電橋的基礎(chǔ)上增加一個參比電橋的 參比式測量方法
電容-電壓變換
?將電容作為一個阻抗元件，按照電阻—電壓轉(zhuǎn)換的 方式進行交換，其中電源采用交流電
橋式電路
單臂接法
差動橋式接法
脈寬調(diào)制電路
電壓-電流轉(zhuǎn)換
溫度檢測儀表
溫標(biāo)
?溫標(biāo)是用來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)主要包括內(nèi)容：
? 溫度數(shù)值化的規(guī)則和方法，例如規(guī)定溫度的讀數(shù) 零點；
? 溫度的測量單位
常用溫標(biāo)
a. 經(jīng)驗溫標(biāo)
借助于某一種物質(zhì)的物理量與溫度變化的關(guān)系，用實驗方法或經(jīng)驗公式所確定的溫標(biāo)
?攝氏溫標(biāo)(℃)：將標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的冰點定為零度，水的沸點定為100度的一種溫標(biāo)。在零度到100度之間劃分100等分， 每一等分為一攝氏度。
?華氏溫標(biāo)(F)： 規(guī)定氯化銨和冰水混合物的溫度為零度，人體溫度
為100度，在零度到100度之間劃分100等分，每一等 分為一華氏度。按照華氏溫標(biāo)，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的冰 點為32度，水的沸點為212度。
?華氏溫度與攝氏溫度的關(guān)系式：
注意：超過了這個溫區(qū)，攝氏溫標(biāo)將不能進 行溫度標(biāo)定。
b. 熱力學(xué)溫標(biāo)(開爾文溫標(biāo)，K)
?該溫標(biāo)為了在分度上和攝氏溫標(biāo)相一致，把理想 氣體壓力為零時對應(yīng)的溫度——絕對零度(在實驗 中無法達到的理論溫度，低于0 K的溫度不可能 存在) 與水的三相點溫度分成273.16份，每份為1 K(Kelvin)。
c. 國際實用溫標(biāo)
?由國際上協(xié)商決定，建立的一種既能體現(xiàn)熱力學(xué)溫 度(即能保證較高的準(zhǔn)確度)，又使用方便、容易實 現(xiàn)的溫標(biāo)，又稱國際溫標(biāo)
使用溫標(biāo)單位為K，1K等于水的三相點溫度值的 1/237.16。
?把水的三相點溫度值定義為0.01℃(攝氏度)，同 時相應(yīng)地把絕對零度修訂為-273.15℃
溫度檢測方法分類
接觸式溫度檢測
熱膨脹式測溫方法
①玻璃（液體）溫度計
?結(jié)構(gòu)簡單，制作容易，價格低廉，測溫范圍較廣， 安裝使用方便，現(xiàn)場直接讀數(shù)，一般無需能源
②壓力溫度計
?該壓力經(jīng)毛細(xì)管傳遞給彈簧 管并使其產(chǎn)生形變，帶動指 針轉(zhuǎn)動，指示相應(yīng)的溫度
③雙金屬溫度計
熱電偶測溫
常用標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶
a. 鉑銠10—鉑熱電偶(分度號：S)（貴金屬）
b. 鉑銠30 —鉑銠6熱電偶(B型)（貴金屬）
c. 鎳鉻—鎳硅熱電偶(K型)(賤金屬）
d. 鎳鉻—銅鎳合金熱電偶(E型) (鎳鉻—康銅熱電偶)(賤金屬）
熱電偶的熱電勢曲線及相應(yīng)結(jié)論
在所有標(biāo)準(zhǔn)化熱電 偶中，B型熱電偶的熱電勢 為最小，E型熱電偶為最大，且一般呈現(xiàn)非線性關(guān)系
熱電偶自由端處理
a. 補償導(dǎo)線的應(yīng)用：在一定溫度范圍內(nèi)，具有與所匹配的熱電偶的熱電勢標(biāo)稱 值相同的一對帶絕緣包覆的導(dǎo)線
b. 自由端(冷端)溫度補償：
? 計算修正法
? 自由端恒溫法
? 補償電橋法
補償電橋法是利用不平衡電橋產(chǎn)生的電勢來補償熱 電偶因自由端溫度變化而引起的熱電勢的變化值
熱電偶應(yīng)用注意事項
a. 補償導(dǎo)線應(yīng)用錯誤的影響
正負(fù)接反：熱電勢相加變成相減
型號選錯：熱電勢大型號用小型號，電勢比原來小，顯示溫度小；反之，電勢比原來大，顯示溫度大
顯示儀表匹配：熱電勢大型號使用小型號，顯示溫度變大，反之顯示溫度變小
熱電偶結(jié)構(gòu)形式
a. 普通裝熱電偶
b. 鎧裝熱電偶
由熱電偶絲、絕緣材料和金屬套管三者經(jīng)拉伸加工 而成的柔軟堅實組合體。在使用中可以隨測量需要 任意彎曲
熱電阻測溫
集成溫度傳感器
把敏感元件、放大電 路和補償電路等部分集成 化，并把它們封裝在同一 殼體里的一種一體化溫度 檢測元件
非接觸式溫度檢測
輻射式溫度計
光電溫度計
比色溫度計
壓力檢測儀表
壓力單位
國際單位制：帕斯卡
工程單位：工程大氣壓、物理大氣壓、巴、毫米汞柱和毫米水柱等
壓力表示方式：
絕對壓力(Pa) ：物體所受的實際壓力
表壓力§：高于大氣壓的絕對壓力與大氣 壓力P0之差
真空度(Ph)：大氣壓與低于大氣壓的絕對壓 力之差，有時也稱負(fù)
壓力檢測的基本方法
a. 重力平衡方法：例如液柱式壓力計和活塞式壓力計。
b. 彈性力平衡方法
c. 機械力平衡方法
d. 物性測量方法：應(yīng)變式、壓電式、電容式壓力傳感器等。
常用壓力檢測儀表
①液柱式壓力檢測
a. U形管壓力計
b. 單管壓力計
c. 斜管壓力計
誤差來源
溫度 誤差：? 標(biāo)尺長度隨溫度的變化； ? 工作液密度隨溫度的變化
安裝誤差：U形管安裝不垂直
重力加速度誤差
傳壓介質(zhì)誤差，讀數(shù)誤差
②彈性式壓力檢測
a. 彈簧管壓力表
b. 波紋管壓力計
③電遠傳式壓力檢測儀表(壓力傳感器、壓力變送器）
利用彈性元件作為敏感元件， 在儀表中增加了轉(zhuǎn)換元件和轉(zhuǎn)換電路，將彈性元 件的位移轉(zhuǎn)換為電信號輸出，實現(xiàn)信號遠傳
利用彈性元件作為敏感元件， 在儀表中增加了轉(zhuǎn)換元件和轉(zhuǎn)換電路，將彈性元 件的位移轉(zhuǎn)換為電信號輸出，實現(xiàn)信號遠傳
④應(yīng)變片式壓力傳感器
⑤壓阻式壓力傳感器(固態(tài)壓力傳感器、集成壓力傳 感器)
壓力儀表選擇
儀表量程選擇：
?一般性原則： ? 被測壓力較穩(wěn)定場合：最大工作壓力不應(yīng)超過儀 表滿量程的3/4；
? 被測壓力波動較大或測脈動壓力場合：最大工作 壓力不應(yīng)超過儀表滿量程的2/3；
? 最小工作壓力：不應(yīng)低于滿量程的1/3。
? 注意：被測壓力變化范圍大，最大和最小工作壓力 可能不能同時滿足上述要求時，選擇儀表量程應(yīng)首 先要滿足最大工作壓力條件
壓力儀表安裝
取壓口：液體：取壓口在設(shè)備橫截面的中下側(cè)，使 引壓管路不積存氣體；氣體：取壓口在設(shè)備橫截面的上部， 使引壓管路不積存液體。
物位檢測儀表
物位的定義
?液位： 描述設(shè)備和容器中液體介質(zhì)表面的高低。
?料位： 描述設(shè)備和容器中所儲存的塊狀、顆?；蚍勰罟?br /> 體物料的堆積高度。
?界位： 描述界面位置。一般指容器中液一液、液一固相
界面的位置。
檢測原理及分類
檢測原理
基于力學(xué)原理：靜壓式、浮力式和重錘式物位檢測等
基于相對變化原理：聲學(xué)法、微波法和光學(xué)法等
基于某強度性物理量隨物位的變化而增減的原理：射線的吸收強度，電容器的電容量等。
物位儀表分類
按測量方式分：連續(xù)測量和定點測量
按工作原理分：直讀式，靜壓式，浮力式，機械式，電氣式
靜壓式物位檢測
敞口容器
密閉容器
注意事項
被測介質(zhì)含有結(jié)晶顆粒，或具有腐蝕性以及粘度 大、易凝固特性時，應(yīng)注意引壓導(dǎo)管易被腐蝕或 堵塞。
? 預(yù)防措施：應(yīng)用法蘭式壓力(差壓)變送器。
變送器量程遷移
由于安裝和介質(zhì)特性引入了附加靜壓，零液位時變送器 感受非零輸入，儀表輸出非零。
?量程遷移作用： 使變送器在只受附加靜壓(靜壓差)作用時輸出為“零”
量程調(diào)整
對于靜壓式物位測量
①通過液位可變化的范圍得到測量壓強變化范圍，進而確定選用的儀表量程（大于等于壓強變化）。
②通過零液位時壓力差的正負(fù)數(shù)值進行量程遷移。
③如果選用的是DDZ-III型差壓變送器，其標(biāo)準(zhǔn)輸出電流是4-20ma，此時，零液位對應(yīng)的輸出應(yīng)是4ma。（注意上面的量程遷移的縱軸是電流變化量）
④量程調(diào)整：如果①中量程選用的是大于類型的，可以知道當(dāng)輸出電流為20ma時，液位在理論上已經(jīng)超過了最高液位，需要使最高液位時的輸出為20ma，就需要進行量程調(diào)整。
如果量程遷移是改變零點位置，量程調(diào)整就是改變直線的斜率，使得最高液位輸出為20ma
浮力式物位檢測
變浮力式液位計
電氣式物位檢測
電容式物位檢測
聲學(xué)式物位檢測
射線式物位檢測
γ射線：一種從原子核中發(fā)出的電磁波，波 長較短，不帶電荷，γ射線在物質(zhì)中的穿透 能力最強
料位檢測
①重錘探測法
①重錘探測法
③聲學(xué)法(音叉）
流量檢測儀表
基本概念
流量
體積流量 單位時間內(nèi)通過某截面的流體的體積，用符號qv 表示，單位為m3/
如果流體在該截面上的流速處處相等，則可簡寫為：
質(zhì)量流量 單位時間內(nèi)通過某截面的流體的質(zhì)量，用符號qm 表示，單位為kg/s。
如果流體在該截面上的密度和流速處處相等，則
? 流體總量 在某段時間內(nèi)流體通過的體積或質(zhì)量總量稱為累積流量或流過總量
節(jié)流式流量檢測儀表
組成
標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流元件
標(biāo)準(zhǔn)孔板：
結(jié)構(gòu)簡單，體積小，加工方便，成 本低。
? 測量精度較低，壓力損失較大，而 且只能用于清潔的流體。
標(biāo)準(zhǔn)噴嘴：
測量精度較高。
? 結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，體積大，加工困難，成本較高。 ? 噴嘴具有堅固性，一般選擇噴嘴用于高速的蒸 汽流量測量。。
文丘里管：高精度測量的場合。
? 它的流道連續(xù)變化，所以可以用于臟污流體的流量測量
節(jié)流公式
修正公式：
轉(zhuǎn)子（浮子）流量計
轉(zhuǎn)子(浮子)流量計是以浮子在垂直錐形管中隨著 流量變化而升降(改變流通面積)方式來進行測量的 體積流量儀表
公式
修正公式：
渦街流量計
它利用流體自然振動的卡門旋渦列原理進行流量 測量（通過測量振動頻率獲得流量信號
由
得到
渦街流量計的安裝
電磁流量計
容積式流量計
橢圓齒輪流量計
腰輪流量計
與橢圓齒輪流量計公式相同，但腰輪流量計的轉(zhuǎn)子線型比較合理，允許測量 含有微小顆粒的流體
渦輪流量計
葉輪的轉(zhuǎn)速正比于流量，葉輪的轉(zhuǎn)數(shù)正比于流過的總量
對被測介質(zhì)的清潔度要求較高。
超聲波式流量計
超聲波在流體中傳播時，受到流體速度的
影響而載有流速信息，通過檢測接收到的超 聲波信號可以測知流體流速，從而求得流體 流量
① 時差法
依據(jù)超聲波順流和逆流的傳播時間差測量流量
② 相差法
③ 頻差法
頻差法是通過測量順流和逆流時超聲脈沖的循環(huán)頻
率之差檢測流量
成分檢測儀表
成分檢測儀表
成分檢測儀表：對物質(zhì)的成分及性質(zhì)進行 分析和測量的儀表
檢測方法及系統(tǒng)構(gòu)成
熱導(dǎo)式檢測技術(shù)
熱導(dǎo)式氣體分析儀是利用各種氣體具有不同的導(dǎo)熱特
性，通過測量混合氣體的導(dǎo)熱系數(shù)的變化，間接獲得待 測組分的含量。
設(shè)被測組分的熱導(dǎo)率為λ1，其余組分為背景組分，并
假定它們的熱導(dǎo)率近似等于λ2：
紅外線式成分檢測
根據(jù)氣體對紅外線的吸收特性來檢測混合氣體中某一組分含量的檢測儀器
?單原子分子氣體和無極性的雙原子分子氣體不吸收 紅外線；而具有異核分子的大多數(shù)氣體對紅外線具 有吸收能力
色譜分析方法
?色譜儀是基于介質(zhì)中不同的組分相對于某一物質(zhì)具 有不同的吸附（溶解）力，利用色譜柱實現(xiàn)混合物 各組分的分離，同時按各組分從色譜柱排出的先后 順序分別測量，并根據(jù)各組分出現(xiàn)的時間以及測量 值的大小確定混合物的組成以及各組分的濃度
色譜柱：組分分離元件。
? 流動相：攜帶樣品通過色譜柱的氣體 (載氣) 或液 體 (載液) 。 具有不能被固定相吸附或溶解的性質(zhì)。
? 固定相：色譜柱內(nèi)填裝的不隨流動相移動、具有一 定粒度及形狀要求的固體顆粒或涂有液體的擔(dān)體
峰面積：
考慮到峰的底部兩邊比三角形要擴大些，當(dāng)要求較精確 計算時可用
分辨率：
定性分析法：
①滯留時間法
各組分的滯留時間是一定的，可根據(jù)滯留時間辨別色譜圖中的色譜峰是屬什 么組分。
② 加入純物質(zhì)法
首先作出被測樣品的色譜圖。 ? 在該樣品中加入某種組分的純物質(zhì)，再作一個色譜圖。 ? 比較兩個色譜圖： ? 若后者中某一色譜峰加高，說明在原樣品中存在所 加入純物質(zhì)的組分；
? 若后者出現(xiàn)新的色譜峰，則說明原樣品中不含有該 組分
（盲目）
定量分析法：
a. 定量進樣法
注意：這種方法需要準(zhǔn)確地知道進樣量m，要求操作 條件很穩(wěn)定
b. 面積歸一化法
注意：本方法不需要知道進樣量m 以及 f、qv、u 等參 數(shù)，但必須預(yù)先知道樣品中所有各組分的靈敏度
c. 外標(biāo)法
通過配制已知濃度的標(biāo)準(zhǔn)樣品的色譜試驗，測量各
組分的峰面積(或峰高)，作出峰面積Ai(或峰高hi)與組 分含量ci關(guān)系的標(biāo)準(zhǔn)曲線
氧化鋯氧量檢測儀
將待測氣體相對于某一已知氧含量氣體的氧濃度差轉(zhuǎn)換成 相應(yīng)的濃差電勢，利用濃差電勢描述氣體中的氧含量
根據(jù)道爾頓分壓定律，若被測氣體與參比氣體的氣壓相等 (均為P)：
顯示儀表
模擬式顯示儀表
①直接變換式儀表
②平衡式儀表
a. 有差隨動式儀表
b. 無差隨動式儀表
自動平衡式電子電位差計
①手動電位差計
② 自動平衡電子電位差計
橋路設(shè)計
電橋式自動平衡顯示儀表
當(dāng)被測溫度升高時，Rt增大，電橋不平衡，Uab>0，經(jīng) 過放大器A放大后，驅(qū)動可逆電機M，使滑線電阻的 滑動觸頭a向左移動，使r2減小， r1增大，直到重新恢 復(fù)平衡，反之同理
橋路設(shè)計
數(shù)字式顯示儀表
前置放大：把檢測元件的輸出信號(常見是電阻或毫伏信 號)放大并變換到A／D轉(zhuǎn)換器所需的電壓值
A／D轉(zhuǎn)換：主要任務(wù)是使連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換成斷 續(xù)的數(shù)字量，具體包括采樣和量化
標(biāo)度變換：量綱還原。 數(shù)字儀表顯示要求用被測變量的形式顯示
信號的標(biāo)準(zhǔn)化及標(biāo)度變換
①模擬量標(biāo)度變換
② 數(shù)字量標(biāo)度變換
查表法標(biāo)度變換
檢測技術(shù)相關(guān)習(xí)題
1.軟測量技術(shù)有什么特點（四點）？
2.什么是軟測量技術(shù)？
3.電子平衡橋的工作原理是什么？當(dāng)溫度升高時，工作狀況如何？
4.電子電位差計各電阻的作用？
它是如何進行工作的？
當(dāng)測量溫度上升時，其工作狀況？
只改變量程，不改變熱電偶分度號，需改變哪幾個電阻？
改變量程和熱電偶分度號，需改變哪幾個電阻？
5.數(shù)字顯示儀表主要包括哪幾部分，各有何作用？
6.簡述氣相色譜分析儀的測量原理，它的基本組成環(huán)節(jié)及作用？
7.簡述氧化鋯氧量分析儀的工作原理及分析儀的基本工作條件？
8.簡述紅外氣體分析儀的測量原理，它的基本環(huán)節(jié)和作用？
9.簡述熱導(dǎo)式氣體分析儀的工作原理，它對測量條件有何要求？
10.色譜分析氣體含量的面積歸一法？
11.容積式流量計需要直管段嗎？
12.無論是層流還是紊流，電磁流量計和容積式流量計，渦輪流量計都可以使用嗎？
13.容積式流量計的工作原理是？
14.容積式流量計可以用于含有固體顆粒的流體嗎？
15.電磁流量計的工作公式是？
16.渦輪流量計的計算公式是？
17.橢圓齒輪流量計的計算公式是？
18.節(jié)流式流量計和轉(zhuǎn)子流量計受被測流體密度的影響嗎？它的密度修正式是？
19.
20超聲波物位計測量的原理是？影響超聲波物位計測量因素的是？
21.電容式物位計測量導(dǎo)電和非導(dǎo)電介質(zhì)時，其測量原理有什么不同？
22.請從測溫原理和應(yīng)用方面比較熱電偶和熱電阻測溫方法有何不同？
23.不平衡電橋的非線性誤差怎么求？
24.在設(shè)計不平衡電橋時應(yīng)注意那些問題？
25.現(xiàn)用分度號為Cul00的熱電阻檢測溫度，用動圈儀表來顯示， 請設(shè)計相應(yīng)的電橋(設(shè)熱電阻的允許耗散功率為3.6mw)
26.差動式變換和參比式變換各有什么特點？
27.
28.溫度變化對電阻應(yīng)變片的輸出有何影響？原因？
29.金屬和半導(dǎo)體的電阻應(yīng)變效應(yīng)有何不同？
30.
總結(jié)
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