检测技术与仪表总结.doc

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1、检测技术与仪表总结检测技术与仪表总结*开环和闭环的特点：开环，全部信息变换只沿着一个方向进行，缺点，开环结构仪表很难获得高精度。闭环，一为正向通道，一为反馈通道，优点，较方便地（相对开环而言）获得高精度和高灵敏度。%还有图*误差的分类：按规律分，系统误差，随即误差，缓变误差，忽略误差；按误差因次，绝对误差，相对误差；按工作条件，基本误差，附加误差；按状态分类，静态误差，动态误差。*误差处理：一种是已知各环节的系统误差分量，最终求取检测系统或仪表的系统误差总量，叫误差综合，另一种是将检测系统或仪表的系统误差分量分配给各环节，叫误差分配*对系统误差的补偿方法：恒值修正法，相互抵消法，差动法，滤波法

2、*基础效应与检测方法：1光电效应，指物质在光的作用下释放电子的现象（分为，光电子发射，光导效应，光生伏特效应）2热电效应3电磁效应4压电效应5应变效应与压阻效应*参数检测的一般方法：光学法，力学，热学，电学，声学，磁学，射线*S型热电偶，铂铑10-铂热电偶。贵金属，直径0.5mm以下的铂铑合金丝和纯铂丝制成，可用于精密温度测量，在1300度以下范围内可长时间使用，价格昂贵，热电势小，热电特性曲线非线性大。K型，镍铬-镍硅热电偶，贱金属热电偶，热电丝直径1.2-2.5mm，可在氧化性或中性介质中长时间测量900度以下的温度，复现性好，产生的热电势大，线性好，价格便宜。缺点，如果用于还原性介质中，

3、热电极会很快腐蚀，在此情况下，只能用于测量500度以下。*热电偶自由端温度的处理：补偿导线法，计算修正法，自由端恒温法，补偿电桥法*热电阻及其测温原理：电阻的热点效应，即电阻体的阻值随温度的升高而增加或减小。目前国际上最常见的热电阻有铂，铜及半导体热敏电阻。分度号和含义，我国规定工业用铂电阻温度计有R。=10欧和100欧两种，分度号为Pt10和Pt100（温度为0时，电阻为10欧）铜电阻温度计有R。=50欧和100欧，分度号Cu50,100.*金属热电阻使用热点：同样温度下输出信号大易于测量，热电阻的阻值测量必须借助于外加电源，和热电偶相比热电阻的感温体结构复杂体积较大热惯性大，同类材料制成的

4、热电阻不如热电偶测温上限高。*铂电阻温度计特点是精度高，稳定性好，性能可靠*三线制：在热电阻感温体的一端连接两根引线，另一端连接一根引线。当热电阻与电桥配套使用时，这种引线方式可以较好的消除引线对电阻的影响，提高测量精度，工业热电阻多半采用三线制*半导体热敏电阻：利用某些半导体材料的电阻值随温度的升高而减小，多数半导体热敏电阻具有负温度系数，称为NTC型热敏电阻，低温段比高温段灵敏*电气式压力检测。弹性压力检测仪表，结构简单，价格便宜，使用和维修方便*电气式压力检测方法，一般是用压力敏感元件直接将压力转换成电阻，电荷量等电量的变化，这种压力-电量转换的压敏元件主要有压电材料（压电效应），应变片

5、和压阻元件（应变效应和压阻效应）*压力检测仪表的选用从哪几方面考虑：仪表量程的选择，仪表精度的选择，仪表类型的选择*物位检测的主要方法和分类：静压式物位检测，浮力式，电气式，声学式，射线式*静压式物位检测，注意，仪表与零液位在同一水平面上，否则用迁移的方法修正。对于有腐蚀性或含有结晶颗粒以及粘度大易凝固的液体介质，引压管易被腐蚀或堵塞，影响精度，这时应用法兰式变送器。*标准节流装置：包括节流件，取压装置和符合要求的前后直通段，标准节流装置是指节流件和取压装置都标准化，节流件前后的测量管道也符合有关规定。*节流式流量计特点：结构简单，便于制造，工作可靠，使用寿命长，适应性强，几乎能测量各种工况下

6、的介质流量，是一种应用很普遍的流量计。使用标准节流装置，只要严格按照有关规定和规程设计，加工和安装节流装置，流量计不需进行标定可直接使用，但是流量产生的压力损失大，流量计的刻度一般是非线性的，流量测量范围也较窄，正常情况下量程比只有3:1，不能测量直径在50mm以下的小口径与大于1000mm的大口径的流量，也不能测量脏污介质和粘度较大的介质的流量，同时还要求流体的雷诺数要大于某个临界值*电磁式流量检测：根据法拉第电磁感应定律，能检测具有一定电导率的酸，碱，盐溶液，腐蚀性液体以及含有固体颗粒的液体流量但不能检测气体，蒸汽和非导电液体的流量。*电磁式流量计的特点：1测量导管内无可动部件或突出于管道

7、内部的部件因而压力损失极小2只要是导电的被测流体可以是含有颗粒，悬浮物等，也可以是酸碱盐等腐蚀性介质3流量计的输出电流与体积流量成线性关系，并且不受液体的温度，压力，密度，粘度等参数的影响4电磁流量计的量程比一般是10:1，精度较高的量程比可达100:1，测量口径范围大，可以从1mm到2m以上，特别适用于1m以上口径的水流量测量，测量精度一般优于0.5%，5电磁流量计反应迅速，可以测量脉动流量*电磁流量计的主要缺点：被测物体必须是导电的，不能测量气体，蒸汽和石油制品的流量，由于衬里材料的限制，一般使用温度为0-200度，因电极是嵌装在测量导管上的，这也是使最高工作压力收到一定限制。*容积式流量

8、计：常见有椭圆齿轮流量计，适合高粘度的液体（油体）*容积式流量计特点：1测量精度较高，积算精度可达正负0.2%-正负0.5%，有的甚至达到正负0.1%，量程比一般为10:1，测量口径在10-150mm左右。2容积式流量计适宜测量较高粘度的液体流量，在正常的工作范围内，温度和压力对测量结果的影响很小，3安装方便，对仪表前后直管长度没有严格要求，4由于仪表的精度主要取决于壳体与活动壁之间的间隙，因次对仪表制造，装配的精度要求高，传动机构也比较复杂，5要求被测介质干净，不含固体颗粒，否则会使仪表卡住，甚至损坏仪表，为此要求在流量计前安装过滤器，6不适宜测量较大的流量，当测量口径较大时，成本高，重量和

9、体积大，维护不方便*转子流量计的特点：1转子流量计主要适合于检测中小管径，较低雷诺数的中小流量，2流量计结构简单，使用方便，工作可靠，仪表前直管段长度要求不高，3流量计的基本误差约为仪表量程的正负2%，量程比为10:1。4流量计的测量精度易受被测介质密度，粘度，温度，压力，纯净度，安装质量的影响*漩涡式流量检测：它是按流体振荡原理工作的，目前有两种，一种是应用自然振荡的卡门漩涡列原理，另一种是应用强迫振荡的漩涡旋进原理，特点是管道内无可动部件。*涡轮式流量检测，是以动量矩守恒原理为基础。涡轮流量计的测量精度较高，可达到0.5级以上，反应迅速，可测脉动流量，流量与涡轮转速之间成线性关系，量程比一

10、般为10:1，主要用于中小口径的流量检测，但涡轮流量计仅适用洁净的被测介质，通常在涡轮前要安装过滤装置，流量计前后需有一定得直管段长度，一般上游侧和下游侧的直管长度要求在10D和5D以上，流量计的转换系数一般是在常温下用水标定的，当介质的密度和粘度发生变化时需重新标定或进行补偿。*科氏力质量流量计的特点：测量精度较高，主要用于粘度和密度相对较大的单相流体和混相流体的流量测量，由于结构原因，这种流量计适用于中小尺寸的管道的流量*热导式检测技术的原理：根据待测组分的导热系数与其他组分的导热系数有明显的这一事实，当被测气体的待测组分含量变化时，将引起导热系数的变化，通过热导池，转换成电热丝电阻值的变

11、化，从而间接得知待测组分的含量*热磁式检测技术原理：利用被测气体混合物中待测组分比其他气体有高得多的磁化率以及磁化率随温度的升高而降低等热磁效应来检测待测气体组分的含量。它主要用来检测混合气体中氧含量，测量范围为0-100%，具有反应快，稳定性好等特点。*热磁式气体分析仪是利用气体磁化率的以下特性：1待测组分（氧气）较混合气体中其他组分的磁化率大得多，并且后者的磁化率近似相等2随温度的升高，气体的磁化率将迅速下降3在满足条件一的情况下，混合气体的磁化率近似为待测组分的磁化率与该组分所占浓度的乘机。*色谱分析法：原理：利用色谱柱将混合物各组分分离开来，然后按各组分从色谱柱出现的先后顺序测量，根据

12、各组分出现的时间以及测量值的大小可确定混合物的组成以及各组分的浓度*混合物的分离是色谱分析法的关键，分离过程是一种物理化学过程，它是通过色谱柱来完成的，需分离的样品由气体或液体携带着沿色谱柱连续流过，该携带样品的气体或液体称为载气或载液，统称为流动相。色谱柱就是利用色谱柱中固定相对被测样品中各组分具有不同的吸收或溶解能力*色谱法可分为：气相色谱和液相色谱。定性分析：滞留时间法，利用加入纯物质法。*定量分析：定量进样法，面积归一化法，外标法*电子显示仪表分为：模拟式，数字式，屏幕显示*模拟式显示仪表：直接变换式仪表的组成和特点：直接变换式仪表线性刻度较困难，要想获得较高精度较困难，信息的转换效率

13、很低*平衡式显示仪表组成和特点：（平衡式仪表既由闭环结构的平衡式测量线路构成的仪表）闭环结构的平衡式仪表反应速度快，线性好，精度高，但由于是闭环系统，就有可能产生自振，顾稳定性较差，灵敏度低（可用放大器补救），结构复杂*平衡线路分类：有差随动式，无差随动式，程序平衡式*数字式显示仪表构成：前置放大器，A/D，非线性补偿，标度变换以及显示装置*屏幕显示仪表构成：在数字显示仪表基础上增加了CPU，储存器，显示屏以及与之配套的一些辅助设备*CPU的作用：对输入的数字量信号，进行仪表各种功能所需的处理*测量桥路的作用：产生比较电势，实现热电偶冷端温度补偿，改变工作起点及量程*数字式仪表三要素：模数转换

14、，非线性补偿，标度变换*非线性补偿作用：使被测量与补偿的输出信号之间为线性关系。标度变换作用：使输出信号与被测信号对应起来，输出以被测量形式来显示。*模拟-数字转换：把连续变化的模拟量转换成数字量，量化单位越小，整量化的误差越小。*直接比较性A/D转换特点：转换速度快，精度高，但抗干扰能力差，只能做到五位读数，结构复杂*间接比较型A/D转换特点：对积分元件R,C要求大大降低，对时标的要求大大降低，抗干扰能力强，测量速度快*由于数字技术的不断发展，A/D转换的品种越来越多，它们各有优点，例如：直接比较型一般精度较高，速度快，但抗干扰能力差；积分型（间接比较型）一般抗干扰能力强，但速度慢，而且精度

15、提高也有限。复合型A/D转换是把上述两种技术结合起来，利用了它们的各自优点，因而精度高，抗干扰能力强，顾称之为高精度A/D转换技术*非线性补偿（线性化）定义：使被测量与补偿的信号之间成线性关系或近似线性关系。作用：消除或减小非线性误差*A/D转换线性化：通过A/D转换直接进行线性化处理的一种方法*数字线性化：在模-数转换之后的计数过程中，进行系数运算而实现非线性补偿的一种方法，将不同斜率的斜线段乘以不同的系数，就可以使非线性的输入信号转换有着同一斜率的线性输出*信号的标准化及标度变换：使输出信号与被测信号对应起来，输出以被测量形式显示扩展阅读：自动检测技术及仪表控制系统总结静态特性-检测系统在

16、被测量处于稳定状态时的输入输出关系。灵敏度-测量系统在稳态下输出量的增量与输入量的增量之比。检测系统的结构：补偿结构和差分结构。温度-表征物体或系统的冷热程度的物理量，给冷热程度以数值的表示称为温度。温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量。温标-温度的一种数值表示方法，并给出了温度数值化的一套规则和方法，同时明确了温度的起点和基本单位，线性度-是检测系统输入与输出的曲线与理想直线的偏差程度，理想直线过端点连线法、最佳直线法和最小二乘法拟合而得。用光学高温计读出的物体温度的量度少于物体的实际温度。测量-是根据一个约定的一个单位给研究对象赋予一定的性质。辐射测温的常用方法：亮度法、全辐射法

17、、比色法、多色法。半导体气敏传感器有哪几种类型？电阻型和非电阻型。压力检测的主要方法：重力平衡方法、机械平衡方法、弹性力平衡方法、物性平衡方法。三种标准节流型件：孔板、喷嘴、文丘里管。孔板通常取压方式有角接取压法、理论取压法、径距取压法、法兰取压法成分分析的方法有：定期取样和自动分析仪表。质量流量检测方法分为：间接式质量流量测量方法和直接式质量流量计。仪表线性化过程主要有哪几种方式？串联式连接和反馈式连接、仪表系统的模型可分为时域模型、频域模型和离散模型。仪表系统时域分析指标：衰减率、静态误差、过渡过程时间。频域信号选择的方法：滤波放大和调频放大方法、陷波放大方法、锁定放大方法。测量不确定度的

18、表示方法：标准不确定度、合成标准不确定度、扩展不确定度。物位检测仪表有：直读式、静压式、浮力式、机械接触式、电气式。物位开关分类有：浮球式、电导式、振动叉式。压力的概念和压力的表示方法压力-垂直均匀的作用单位面积的力。单位：帕斯卡。表示方法：（1）绝对压力；（2）大气压力（3）表压力；（4）真空度；（5）差压差压节流式流量计的工作原理差压是流量计基于在流通管道上设置流动阻力件，流体通过阻力件时将产生压力差，此压力差与流体流量之间有确定的数值关系，通过测量差压值可以求得流体流量。节流式流量计测量原理是以能量守恒定律和流动连续性定律为基础的。稳定流动的流体沿水平管道流经孔板，在其前后产生压力和速度

19、的变化。流束在孔板前前开始收缩，位于边缘的流体向中心加速，流束中央的压力开始下降。在截面2出流速最大，压力最小，之后流束开始扩张，流速逐渐减慢静压逐渐恢复。涡街流量计的工作原理涡街流量计是里利用流体振荡的原理进行测量的。当流体流过非流线型阻力件时会产生稳定的漩涡列。漩涡的产生频率与流体流速有着确定的对应关系，通过测量频率的变化，就可以得知流体的流量。电解质系湿敏传感器的工作原理典型的是氯化钾湿敏元件。氯化锂是潮解性盐类，吸潮后电阻变小，在干燥环境中又会脱潮而电阻增大。通过检测电阻的大小，即可知相对湿度。红外线气体分析器的工作原理它利用不同波长的红外线具有选择性吸收的特性来进行分析。从红外光源发

20、出强度为I的平行红外线，被测组分选择吸收其特征波长的辐射能，红外线强度将减弱了。通过测量红外线的透过强度就可以确定被测组分浓度的大小。热导池的工作原理热导池的热丝的热平衡温度将随被测气体的热导率变化而改变。热丝温度的变化使其电阻值亦发生变化。通过电阻的变化可知气体组分的变化，。应变式压力传感器的工作原理应变元件与弹性元件结合，组成应变式传感器，应变元件的工作原理基于导体和半导体的“应变效应”，即当导体和半导体材料发生机械变形时，其电阻值将发生变化。弹性压力计的工作原理弹性压力计利用弹性元件受压变形的原理，弹性元件在弹性限度内受压变形，其变形大小与外力成正比，外作用力消失后，元件将恢复原有形状，

21、。利用变形与外力的关系，对弹性元件的变形大小进行测量，可以求得被测压力。多传感器数据融合技术传感器相互之间的工作方式主要分为：1互补方式；2竞争方式；3协同方式多传感器数据融合-是一种针对单一传感器或多传感器数据或信息的处理技术。通过数据关联、相关和结合等方式以获得对被测环境或对象的更加精确的定位，身份识别及对着当前态势和威胁的全面而及时的评估。与传统的单一传感器技术相比，其优点：1.增加检测的可信度；2.降低不确定度；3.改善信噪比，增加测量精度；4.增加系统的鲁棒性；5.增加对被检测量的时间和空间覆盖程度；6.降低成本。软测量技术软测量技术是一种间接测量技术。它通过检测某些可以直接获取的过

22、程变量，并根据其和待检测变量之间的相互关系，来估计用仪表较难直接测量的变量。与传统的仪表和测量方法相比，其优点：1.2.软测量不仅能够解决许多用传统仪表和检测手段无法解决的难题；而且在成本，维护和灵活性等方面更具有巨大优势。建模方法和技术回归分析、状态估计、模式识别、模糊数学、神经元网络技术软测量技术的分类1.2.基于机理分析的软测量方法基于统计分析的软测量方法3.基于神经元网络技术的软测量方法科里奥利质量流量计的工作原理它是利用流体在振荡管中流动时，将产生与质量流量成正比的科里奥利力的测量原理，。U形管中的流体在沿管道流动的同时又随管道作垂直运动，此时流体将产生以科里奥利加速度，并以科里奥利

23、反作用于U形管。由于流体在U形管两侧的流动方向相反，所以作用于U形管两侧的力大小相等，方向相反，从而形成一个作用力矩。U形管在此例句的作用下发生扭曲，U形管的扭角与通过的流体质量流量相关。在U形管两侧中心平面安装两个电磁传感器，可以测出扭曲量-扭角的大小，就可以得到质量流量。辐射测温的优点：辐射测温时，辐射感温元件不会与被测介质接触，不会破坏被测温度场，可实现遥测；测量元件不必达到与被测对象相同的温度，测量上限可以很高；在检测过程中传感器不必和被测对象达到热平衡，故检测速度快，响应时间短，适于快速测温。数字式显示仪表的特点数字式显示仪表在保留模拟仪表显示直观特性的同时。用微计算机取代了常规自动

24、显示及纪律仪表的测量电路，从而大大减少了仪表的机械机构，使新一代的显示仪表变得小巧、精确、灵活和可靠。功能：1数据和曲线打印2数字线束3多种设定功能4故障诊断及报警5断电保护。超声流量计的原理超声流量计利用超声波在流体中的传播特性实现流量测量。超声波在流体中传播，将受到流体速度的影响，检测接受的超声波信号可以测知流速，从而求得流体流量。超声波测量的方法：传播速度差法、多普勒效应法、声束偏移法、相关法。特点：超声流量计可夹装在管道外表面，仪表阻力损失极小，还可以做成便携式仪表，探头安装方便，通用性好。这种仪表可以测量各种液体的流量，尤其适用于大口径管道测量，多探头设置时最大径口可达几米，缺点：超声流量计的范围度一般为20:1，误差为+-2%=-3%。但由于测量电路复杂，价格昂贵。第 14 页 共 14 页