3过程检测技术(1).ppt

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1、过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院1过程装备控制技术及应用过程装备控制技术及应用第三章第三章 过程检测技术（过程检测技术（1 1）过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院2内容提要内容提要n测量与误差的基本知识测量与误差的基本知识n测量过程与测量误差测量过程与测量误差n仪表的性能指标仪表的性能指标n工业仪表的分类工业仪表的分类n传感器传

2、感器概述概述n传感器基本概念及组成传感器基本概念及组成n传感器分类传感器分类n传感器特性及标定传感器特性及标定n新型传感器介绍新型传感器介绍n传感器的选用传感器的选用n现代传感器技术的发展现代传感器技术的发展n压力测压力测量量n压力单位及测压仪表压力单位及测压仪表n弹性式压力计弹性式压力计n电气式压力计电气式压力计n智能型压力变送器智能型压力变送器n压力计的选用及安装压力计的选用及安装过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院3内容提要内容提要n温度检测及仪表温度检测及

3、仪表n温度检测方法温度检测方法n热电偶温度计热电偶温度计n热电阻温度计热电阻温度计n电动温度变送器电动温度变送器n一体化温度变送器一体化温度变送器n智能式温度变送器智能式温度变送器n测温元件的安装测温元件的安装过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院4内容提要内容提要n流量检测及仪表流量检测及仪表n概述概述n差压式流量计差压式流量计n转子流量计转子流量计n椭圆齿轮流量计椭圆齿轮流量计n涡轮流量计涡轮流量计n电磁流量计电磁流量计n漩涡流量计漩涡流量计n质量流量计质量流量

4、计n物位检测及仪表物位检测及仪表n概述概述n差压式液位变速器差压式液位变速器n电容式物位传感器电容式物位传感器n核辐射物位计核辐射物位计n称重式液罐计量仪称重式液罐计量仪过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院63.1 测量与误差的基本知识测量与误差的基本知识n3.1.1 测量的基本概念n3.1.1.1 测量定义n测量是人类对自然界的客观事物取得数量概念的一种认识过程。在这一过程中，借助于专门的设备，通过实验方法，求出被测未知量的数值。即测量就是为取得任一未知参数而做

5、的全部工作。n3.1.1.2 测量方法n测量方法是指实现被测量与单位进行比较并取得比值所采用的方法。n测量原理是指仪器、仪表工作所依据的物理、化学等具体效应。n根据分类依据的不同，测量方法主要有以下几种分类方法。过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院73.1.1 测量的基本概念测量的基本概念(1)直接测量与间接测量n直接测量法n将被测量与被测量的单位直接比较，立即得到比值，或者仪表能直接显示出被测量数值的测量方法称之。n例如，用米尺测物体长度、用水银温度计测温度等。

6、n特点：可以直接得出测量结果，测量过程简单、迅速；缺点是测量精度不容易达到很高。n工程技术中应用最广的一种方法。n间接测量法 n先测出一个或几个与被测量有一定函数关系的其他量，然后计算出被测量的数值，这种方法称之。过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院83.1.1 测量的基本概念测量的基本概念（2）等精度测量与不等精度测量n根据测量条件的不同，测量方法可以分为等精度测量法和不等精度测量法。n等精度测量法 n在测量过程中，使影响测量误差的各因素保持不变，对同一被测量值

7、进行次数相同的重复测量，这种测量方法称为等精度测量法。n等精度测量所获得的测量结果，其可靠程度是相同的。通常工程技术中采用n不等精度测量法 n在测量过程中，测量环境条件有部分不相同或全部不相同，所得测量结果的可靠程度不同，这种方法称为不等精度测量法。n通常在科学研究及重要的精密测量或检定工作中采用。为了获得更可靠和精确度更高的测量结果过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院93.1.1 测量的基本概念测量的基本概念(3)接触测量与非接触测量n接触测量：仪表的某一部分(

8、一般为传感器部分)必须接触被测对象(被测介质)。n非接触测量：仪表的任何部分均不与被测对象接触。n过程检测多数采用接触测量法。(4)静态测量与动态测量n按照被测量在测量过程中的状态不同，测量可分为静态测量与动态测量n静态测量：在测量过程中，被测参数恒定不变。n动态测量：被测参数随时间变化而变。n动态测量的分析与处理比静态测量复杂得多。n过程检测中的被测参数严格讲均属动态测量。可近似成静态测量对待。过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院103.1.1 测量的基本概念测

9、量的基本概念n 3.1.1.3 测量仪器与设备n组成:传感器、变送器、显示器几个环节，如图3-1所示。(1)感受件(传感器)n传感器（敏感元件、一次仪表等）作用：感受被测量的变化，直接从对象中提取被测量的信息，并转换成相应的输出信号。n传感器是检测仪表的重要部件，有如下要求。n准确性 传感器的输出信号必须及时准确地反映被测量的变化。单值函数关系；最好是线性关系。n稳定性 函数关系不随时间和温度而变化，受其他因素的影响小，能准确地复现。过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化

10、工学院113.1.1 测量的基本概念测量的基本概念n灵敏性：较小的输入量便可得到较大的输出信号。n其他：经济性、耐腐蚀、低能耗等。(2)中间件(变送器或变换器)n变送器是检测仪表中的中间环节，它的作用是将传感器的输出信号进行变换，实现放大、远距离传送、线性化处理或转变成规定的统一信号，供给显示器等。n对变迭器的要求是：能正确稳定地传输、放大和转换信号，且受外界其他因素的干扰影响小，变换信号的误差小。过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院123.1.1 测量的基本概念

11、测量的基本概念(3)显示件(显示器)n作用：显示被测量数值的大小。它可以是瞬时量的显示、累积量的显示、越限报警等，也可以是相应的记录显示。通常称为二次仪表。n显示方式有三种类型：指示式(模拟式显示)、数字式和n屏幕式(图像显示式)。过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院133.1.2 测量误差的基本概念测量误差的基本概念分析测量误差的目的，是根据测量误差的规律性，找出消除或减少误差的方法，科学地表达测量结果，合理地设计测量系统。n3.2.1.1 测量误差及分类n测量

12、过程是将被测变量与其的标准量进行比较的过程。n测量误差：测量值与其真值之差。任何测量过程都不可避免地存在误差，其真值是未知的。n静态误差：当被测变量不随时间变化时，其测量误差称之。n动态误差：当被测变量随时间而变化时，在测量过程中所产生的附加误差称之。一般在未加特别说明的情况下，测量误差指静态误差。过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院143.2.1.1 测量误差及分类测量误差及分类分类：按其性质可分为 系统误差、随机误差、粗大误差(1)系统误差n定义：在相同条件下

13、，多次测量同一被测量值的过程中出现的、绝对值和符号或者保持不变，或者在条件变化时按某一规律变化的误差。n产生原因：n测量工具不准确或安装调整不正确；n测试人员的分辨能力或固有的读数习惯；n测量方法的理论依据有缺陷或采用了近似公式，等n处理方法：过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院153.2.1.1 测量误差及分类测量误差及分类(2)随机误差（偶然误差）n定义：在相同条件下多次测量同一被测量值的过程中所出现的、绝对值和符号都以不可预计的方式变化的误差。n产生原因：大

14、多是由测量过程中大量彼此独立的微小因素，即随机因素，对被测值的综合影响产生的。这些因素通常是测量者所不知道的，或者因其变化过分微小而无法加以严格控制的。n处理方法：随机误差服从统计规律，可以利用概率论和数理统计的方法来估计其影响。过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院163.2.1.1 测量误差及分类测量误差及分类(3)粗大误差（疏失误差）n定义：明显地歪曲测量结果的误差称为粗大误差。n产生原因：n测量者的粗心(如读错、记错、算错数据等)，操作不正确；n实验条件不正

15、确n坏值：含有粗大误差的测量值称为异常值或坏值。n处理方法：所有的坏值均应从测量结果中剔除。n注意：测量数列中包含坏值，不可能得到真实测量结果。把正常测量数据当坏值删除，会对测量结果造成歪曲。只有利用相关理论，经过正确的分析判断，才能确认那些属于坏值。过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院173.2.1.2 粗大误差的检验与剔除粗大误差的检验与剔除n坏值判断方法：统计判别法。n基本思路：规定一个置信概率和相应的置信系数，即置信区间，误差超过此区间的测量值，都属于坏值

16、。n统计判别法准则很多，根据理论上的严密性和使用上的简便性，介绍以下几个准则。在准则中，表示标准差，用贝塞尔(Bessel)公式求得。即：式中：n-测量次数；xi-第i个测量值；-xi的算术平均值；vi-xi的剩余误差。过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院183.2.1.2 粗大误差的检验与剔除粗大误差的检验与剔除(1)拉依达准则(3准则)对某一测量值xk(1kn)的剩余误差Vk，如果：则该测量值存在粗大误差。n按上述准则剔除坏值xk后，应重新计算剔除坏值后的标准

17、误差。，再按准则判断，直至余下的值无坏值存在。n3准则是建立在无限次测量的基础上的，当进行有限次测量时，该方法并不可靠。n特点：简单，可用作粗大误差的近似判断。过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院193.2.1.2 粗大误差的检验与剔除粗大误差的检验与剔除(2)肖维奈(Chauvenet)准则在一系列等精度测量数据 中，若：则：xb可判别为可疑值或坏值剔除。式中，Vb为测量值xb(1bK，因而剩余的11个数中无坏值。过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系

18、过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院243.2.1.2 粗大误差的检验与剔除粗大误差的检验与剔除方法三：按格拉布斯法选a为0.05，由表3-2可得，当n12时，g(n,a)2.28，g(n,a)=2.28VmaxV92.4 g(n,a)，x9届于粗大误差，即该组数中的41.2为坏值，剔除。对剩余的11个数值再进行粗大误差判别。算得 n11，剩余误差Vi-0.08,-0.78，0.72，0.12，0.02，-1.18，1.22，-0.58，-0.18,0.52，0.22=0.687 选a为0.05，由表32可得，

19、当n12时，g(n,a)2.23，g(n,a)=1.532,vi中无一数值的绝对值g(n,a)，剩余的11个数中无坏值。过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院253.1.3 仪器仪表的主要性能指标仪器仪表的主要性能指标n仪表的性能指标很多，主要有技术、经济及使用三方面n技术方面：误差、精度等级、灵敏度、变差、量程、响应时间、漂移等。n经济方面：使用寿命、功耗、价格等n对性能好的仪表，总是希望：n使用寿命长、功耗低、价格便宜。过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及

20、控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院263.1.3.1 量程与精度量程与精度 (1)仪表的量程n测量范围：仪表在保证规定精确度的前提下所能测量的被测量的区域称为仪表的测量范围。n上限、下限：仪表在保证规定精确度的前提下所能测量的被测量的最高、最低值分别称为仪表测量范围的上限和下限(简称上、下限，又称仪表的零位和满量程值)。n量程：仪表的量程是指上限与下限的代数差。n 例如，某温度计的测量范围为-200一800，那么该表的测量上限即为800，下限为-200，而量程为1000。过程装备及控制系过程装备及控制系

21、过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院273.1.3.1 量程与精度量程与精度n在整个测量范围内，仪表所提供被测量信息的可靠程度并不相同，在下限值附近的测量误差较大。n更合理的量程概念应规定为：在仪表工作量程内的相对误差不超过某个设定值。n仪表的量程涉及仪表的精度。n在介绍精度之前，需先了解误差的表示方法过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院28测量误差的表示方法测量误

22、差的表示方法测量误差的表示方法测量误差的表示方法测量误差测量误差:仪表测得的仪表测得的测量值测量值 与与被测真值被测真值 之差之差 因因因因 在在在在理理理理论论论论上上上上是是是是无无无无法法法法真真真真正正正正获获获获取取取取，因因因因此此此此，测测测测量量量量误误误误差差差差就就就就是是是是指指指指检检检检测测测测仪仪仪仪表表表表（精精精精度度度度较较较较低低低低）和和和和标标标标准准准准表表表表（精精精精度度度度较较较较高高高高）在在在在同同同同一一一一时时时时刻刻刻刻对对对对同同同同一一一一被被被被测测测测变变变变量量量量进进进进行测量所得到的行测量所得到的行测量所得到的行测量所得到

23、的2 2 2 2个读数之差。个读数之差。个读数之差。个读数之差。即：即：即：即：x x0 0标准表读数标准表读数标准表读数标准表读数测量误差的表示形式：测量误差的表示形式：测量误差的表示形式：测量误差的表示形式：绝对误差绝对误差绝对误差绝对误差实际相对误差实际相对误差实际相对误差实际相对误差标称相对误差标称相对误差标称相对误差标称相对误差相对百分误差相对百分误差相对百分误差相对百分误差3.1.3.1 量程与精度量程与精度过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院293.

24、1.3.1 量程与精度量程与精度（2 2）精确度）精确度(简称精度简称精度)说说明明：仪表的测量误差可以用绝对误差来表示。但是，仪表的绝对误差在测量范围内的各点不相同。因此，常说的“绝对误差”指的是绝对误差中的最大值max。两大影响因素绝对误差和仪表的测量范围相对百分误差允许误差过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院303.1.3.1 量程与精度量程与精度 仪表的允越大，表示它的精确度越低；反之，仪表的允越小，表示仪表的精确度越高。将仪表的允许相对百分误差去掉“”号

25、及“”号，便可以用来确定仪表的精确度等级。目前常用的精确度等级有0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等。小结小结过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院313.1.3.1 量程与精度量程与精度举例某台测温仪表的测温范围为200700，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。解解 该仪表的相对百分误差为 如果将该仪表的去掉“”号与“”号，其数值为0.8。由于国家规定的精度等级中没有0.8级仪表，

26、同时，该仪表的误差超过了0.5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1.0级。过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院323.1.3.1 量程与精度量程与精度例例某台测温仪表的测温范围为1000。根据工艺要求，温度指示值的误差不允许超过，试问应如何选择仪表的精度等级才能满足以上要求？解解 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0.51.0之间，如果选择精度等级为1.0级的仪表，其允许的误差为1.0，超过了

27、工艺上允许的数值，故应选择0.5级仪表才能满足工艺要求。过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院333.1.3.1 量程与精度量程与精度仪表的精度等级仪表的精度等级是衡量仪表质量优劣的重要指标之一。是衡量仪表质量优劣的重要指标之一。精度等级数值越小，就表征该仪表的精确度等级越高，也说明该仪表的精确度越高。0.05级以上的仪表，常用来作为标准表；工业现场用的测量仪表，其精度大多在0.5以下。仪表的精度等级一般可用不同的符号形式标志在仪表面板上。举例举例1.51.0如：过

28、程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院343.1.3.1 量程与精度量程与精度根根据据仪仪表表校校验验数数据据来来确确定定仪仪表表精精度度等等级级和和根根据据工工艺艺要要求求来来选选择择仪表精度等级，情况是不一样的：仪表精度等级，情况是不一样的：根根据据仪仪表表校校验验数数据据来来确确定定仪仪表表精精度度等等级级时时，仪仪表表的的允允许许误误差应该大于（至少等于）仪表校验所得的相对百分误差；差应该大于（至少等于）仪表校验所得的相对百分误差；根根据据工工艺艺要要求求来来

29、选选择择仪仪表表精精度度等等级级时时，仪仪表表的的允允许许误误差差应应该小于（至多等于）工艺上所允许的最大相对百分误差。该小于（至多等于）工艺上所允许的最大相对百分误差。小结小结过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院353.1.3.2 静态性能指标静态性能指标仪表的特性：仪表的输出与输入之间的对应关系。n静态特性：处于稳定状态时，仪表的输出与输入之间的关系称为静态特性。n动态特性：处于非稳定状态时，仪表的输出与输入之间的关系称为静态特性。介绍几个主要的静态持性指标。

30、(1)灵敏度灵敏度K：输出增量 y与输入增量 x之比，即：K=y/x式中：K-灵敏度；y-输出变量y的增量；x-输入变量x的增量。过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院363.1.3.2 静态性能指标静态性能指标-灵敏度灵敏度n对于带有指针和标度盘的仪表，灵敏度亦可定义为：单位输入变量所引起的指针偏转角度或位移量，即：式中，K：灵敏度；为指针的线位移或角位移；x：引起所需的被测参数变化量。n当仪表的“输出输入”关系为线性时，其灵敏度为一常数；反之，当仪表具有非线性特

31、性时，其灵敏度将随着输入变量的变化而攻变。n灵敏限：引起仪表指针发生动作的被测参数的最小变化量。n分辨力：是指数字显示器的最末位数字间隔所代表的被测参数变化量。过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院373.1.3.2 静态性能指标静态性能指标-线性度线性度(2)线性度线性度是表征线性刻度仪表的输出量与输入量的实际校准曲线与理论直线的吻合程度。通常总是希望测量仪表的输出与输入之间呈线性关系。图中图中图中图中a a a a：标定曲线；：标定曲线；：标定曲线；：标定曲线；

32、b b b b：拟合直线。：拟合直线。：拟合直线。：拟合直线。过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院383.1.3.2 静态性能指标静态性能指标-迟滞误差迟滞误差n(3)迟滞误差（变差）n迟滞误差（变差）是指在外界条件不变的情况下，用同一仪表对被测量在仪表全部测量范围内进行正反行程（即被测参数逐渐由小到大和逐渐由大到小）测量时，被测量值正行和反行所得到的两条特性曲线之间的最大偏差。过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化

33、学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院393.1.3.2 静态性能指标静态性能指标-漂移漂移(4)漂移n漂移是指输入量不变时，经过一定的时间后输出量产生的变化。n温漂：由于温度变化而产生的漂移称温漂。n零漂：输入在零点不变时，输出量的变化称为零漂n一般情况下，用变化值与满量程的比值来表示漂移。它们是衡量仪表稳定值的重要指标。n漂移产生原因：仪表弹性元件的失效、电子元件的老化等(5)重复性n重复性：指在同一工作条件下，对同一输入值按同一方向连续多次测量时，所得输出值之间的相互一致程度。过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿

34、贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院403.1.3.2 静态性能指标静态性能指标其它其它反应时间反应时间 反反应应时时间间就是用来衡量仪表能不能尽快反映出参数变化的品质指标。反应时间长，说明仪表需要较长时间才能给出准确的指示值，那就不宜用来测量变化频繁的参数。仪表反应时间的长短，实际上反映了仪表动态特性的好坏。仪表的反应时间有不同的表示方法 当输入信号突然变化一个数值后，输出信号将由原始值逐渐变化到新的稳态值。仪表的输出信号由开始变化到新稳态值的63.2（95）所用的时间，可用来表示反应时间。过程装备及控制系过程装备及控制系过程装

35、备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院413.2 传感器概述传感器概述传感器对被测量进行精确可靠测量和转换，是实现自动测试和自动控制的首要环节，是自动检测和自动控制的最重要的组成部分。n本节介绍：n传感器的基本概念及组成n传感器分类n传感器特性及标定n新型传感器介绍n传感器的选用n传感器的发展方向过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院423.2.1 传感器的基本概念及组成传感

36、器的基本概念及组成1)传惑器基本概念定义：传感器是将被测物理量转换为与之有确定对应关系的输出量的器件或装置。传感器把从被测对象中感受到的有用信息进行变换、传送。传感器的作用 将被测量（如温度、压力、流量等）转换为电量（电压、电流等）。过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院433.2.1 传感器的基本概念及组成传感器的基本概念及组成(2)传感器的组成传感器一般是利用物理、化学和生物等学科的某些效应或原理按照一定的制造工艺研制出来的。传感器的组成形式随其用途、检测原理、

37、方式等的不同而有差异。一般说来，敏感元件、转换元件、测量电路与其他辅助部件组成，如图34所示。过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院443.2.1 传感器的基本概念及组成传感器的基本概念及组成n敏感元件：能直接感受、获取被测量并能输出与被测量有确定函数关系的其他物理量的元件。当敏感元件输出为电量时，称为一次转换型传感器，此时敏感元件和转换元件合为一体，例如，热电偶敏感元件是整个传感器的核心元件，它是每个传感器必须具有的组成部分。过程装备及控制系过程装备及控制系过程装

38、备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院453.2.1 传感器的基本概念及组成传感器的基本概念及组成n转换元件：将敏感元件感受到的非电量直接转换成电量。当敏感元件的输出是非电量时，转换元件就成为传感器不可缺少的重要组成部分。例如应变式压力传感器由弹性膜片和电阻应变片组成。电阻应变片就是转换元件。过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院463.2.1 传感器的基本概念及组成传感器的

39、基本概念及组成n测量电路：把转换元件(或敏感元件)输出的电信号转换成便于测量、显示、记录、控制和处理的电信号后输出。测量电路的具体形式随转换元件的类型而定，如电桥电路，高阻抗输入电路、脉冲调宽电路等。当转换元件输出的电信号较强时，可以不用测量电路。当转换元件的输出信号微弱时，测量电路中一般还包括放大器。n辅助电路通常包括电源电路等。过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院473.2.2 传感器分类传感器分类(1)按被测物理量分可分为：温度传感器、湿度传感器、流量传感器

40、、压力传感器、位移传感器、速度传感器等。优点：明确地表达了传感器的用途，使于选择。缺点：难以看出传感器的转换工作原理，对掌握传感器的基本原理及分析方法不利。(2)按工作原理分可分为：压电式、压阻式、热阻式等。优点：能比较清楚地说明传感器的转换原理；分类少；有利于对传感器的深入研究分析与设计。过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院483.2.2 传感器分类传感器分类(3)按能量的关系分类 两大类可分为有源传感器和无源传感器。有源传感器将非电能量转换为电能量，称为能量转

41、换型传感器，或换能器。通常配有电压测量电路和放大器。如压电式、热电式、电磁式等。无源传感器又称为能量控制型传感器。被测非电量仅对传感器中的能量起控制或调节作用。如电阻式、电容式和电感式等。(4)按输出信号的性质分类可分为模拟式和数字式两大类。过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院493.2.3 传感器特性及标定传感器特性及标定(1)传感器特性被测量的两种形式：静态信号、动态信号静态特性 传感器在被测量处于稳定状态时的输出、输入关系，一般用表格或曲线表示。通常要求静态

42、特性是线性关系。静态特性是在静态标准条件下进行标定的。静态标准条件：没有加速度、振动和冲击(除非这些参数本身就是被测物理量)；环境温度一般为室温(205)；相对湿度不大于85；大气压力(76060)133.322Pa。静态特性重要指标有：线性度、迟滞、重复性等。过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院503.2.3 传感器特性及标定传感器特性及标定 动态特性：传感器对随时间变化的输入量的响应特性。希望其输出量尽可能快速准确地跟随被测量的变化。n在讨论动态特性时，常用的

43、典型输入信号：两种n正弦函数阶跃函数。n动态特性表示方法：n传递函数、频率特性（幅频特性、相频特性）。n动态特性指标：主要有：响应时间、频率响应范围等过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院513.2.3 传感器特性及标定传感器特性及标定n响应时间：n阶跃输入时，输出从它的初始值第一次(在过冲之前或无过冲)到达最终值的规定范围时所需时间。n考虑振荡影响时，可定义为：当输入阶跃信号时，输出从它的初始值进入最终值的规定范围时所需时间。n规定范围：最终值的90或95n频率响

44、应范围：指幅频特性曲线相对幅值变化在3dB时所对应的频率范围。过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院523.2.3 传感器特性及标定传感器特性及标定(2)传感器的标定n标定：用试验的方法确定传感器的性能参数的过程称之。标定就是利用某种规定的标准或标准器具对传感器进行刻度。过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院533.2.4 新型传感器介绍

45、（略）新型传感器介绍（略）(1)光纤传感器(2)激光传感器(3)仿生传感器(4)霍尔传感器(5)气、湿敏传感器(6)数字式传感器(7)智能式传感器(8)其他新型传感器过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院543.2.5 传感器的选用传感器的选用选择传感器时应考虑的几方面准则(1)对传感器的技术性能要求n精度高；n灵敏度高，线性范围宽广；n响应快，滞后、漂移小；n输出信号信躁比高；n稳定性、重复性好；n动态性能好；n负载效应低；n超标准过大的输入信号保护过程装备及控制

46、系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院553.2.5 传感器的选用传感器的选用(2)传感器的选用原则按测量方式选 针对被测对象的工作条件、工作方式，选择不同的测量方式。如：接触与非接触测量；破坏与非破坏性测量；在线与离线测量等。按测量要求选 测量要求不同，选择的传感器不同按使用方便选 便于安装、调试和维修。按性能价格比选过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化

47、工学院563.2.6 传感器的发展方向传感器的发展方向传感器的发展有以下几个方面。(1)采用新原理新的理论不断产生，促进了新的种类的传感器不断涌现。(2)固态化和小型化结构型传感器 发展早，已趋于成熟。特点：原理明确，受环境影响小，结构复杂、体积偏大、价格偏高。物性型（固态）传感器 包括半导体、电介质和强滋体三类。半导体传感器 灵敏度高、响应速度快，小型化。电路可以做在半导体传感器的硅片上，并实现温度、非线性补偿。如：单晶硅、多晶硅压力传感器。过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工

48、大学化学化工学院573.2.6 传感器的发展方向传感器的发展方向(3)传感器的集成化和多功能化随着半导体的蒸镀技术、扩散技术、光刻技术、精密细微加工及组装技术等的发展，传感器从单个元件，单一功能向集成化和多功能化方向发展。集成化主要是指将敏感元件、信息处理或转换单元以及电源等部分，集成在同一芯片上。多功能化是指一块芯片具有多种参数的检测功能，即一次可测量许多信息，如半导体温度湿敏传感器和多功能气体传感器等。目前先进的固态传感器，在一块芯片上能同时集成差压、静压、温度三个传感器，使差压传感器具有温度和压力补偿功能。过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大

49、学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院583.2.6 传感器的发展方向传感器的发展方向(4)传感器的智能化智能传感器：集成有微型计算机的传感器。将传感器功能、逻辑功能、存贮功能等集成于同一半导体芯片上，智能传感器。(5)仿生传感器的研制仿制生物体感觉器官的机理，制成相应的传感器。仿生传感器是传感器的发展方向之一。过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院593.3 压力测量压力测量3.3.1 概述n压力单位及测量仪表n n

50、压力压力：均匀垂直地作用在单位面积上的力，即：n n压力压力的单位：帕斯卡，简称帕（Pa）n几种单位之间的换算 见关系表过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系过程装备及控制系贺鸿贺鸿太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院太原理工大学化学化工学院60压力单位帕/Pa兆帕/MPa工程大气压/(kgf/cm2)物理大气压/atm汞柱/mmHg水柱/mH2O（磅/英寸2）/（1b/in2）巴/bar帕1110106 61.01971 10 0-5-59.8691010-6-67.5011010-3-31.01971010-4-41.4501010-4-411