第五章 工艺参数温度检测1.ppt
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1、第五章第五章 工艺参数检测工艺参数检测v 要使一个控制系统正常有效运行,需要检测元件要使一个控制系统正常有效运行,需要检测元件和变送器迅速、准确的测出被测参数的值,反映出和变送器迅速、准确的测出被测参数的值,反映出被控参数的变化,调节器应根据被控参数的变化正被控参数的变化,调节器应根据被控参数的变化正确及时的发出相应的控制信号确及时的发出相应的控制信号 本章主要介绍温度、压力、流量和物位的常用本章主要介绍温度、压力、流量和物位的常用检测方法及仪表。检测方法及仪表。第一节第一节 检测技术基础知识检测技术基础知识v5.1.1 误差的基本概念误差的基本概念v1、误差的来源与误差的概念、误差的来源与误
2、差的概念v 每一参数的测量都是由测试人员使用一定仪器,每一参数的测量都是由测试人员使用一定仪器,在一定环境条件下按照一定测量方法和程序进行。在一定环境条件下按照一定测量方法和程序进行。v 任何测量过程都存在测量误差,即检测仪表指示任何测量过程都存在测量误差,即检测仪表指示值与被测参数真实值之间的差异。值与被测参数真实值之间的差异。v5.1.1 误差的基本概念误差的基本概念v1、误差的来源与误差的概念、误差的来源与误差的概念v在任何测量中都存在误差,是不可避免的。因此,在任何测量中都存在误差,是不可避免的。因此,对所得到的每一测量结果必须指出其误差范围,否对所得到的每一测量结果必须指出其误差范围
3、,否则该测量结果就无价值。则该测量结果就无价值。v5.1.1 误差的基本概念误差的基本概念v2、误差的定义及表示法、误差的定义及表示法v 测量误差定义为测量值与被测值的真值之差。检测量误差定义为测量值与被测值的真值之差。检测系统测系统(仪器仪器)的基本误差有以下几种表示形式:的基本误差有以下几种表示形式:v(1)绝对误差绝对误差v 检测系统的测量值与被测量的真值之间的代数检测系统的测量值与被测量的真值之间的代数差值。差值。v v5.1.1 误差的基本概念误差的基本概念v2、误差的定义及表示法、误差的定义及表示法v(2)相对误差相对误差v 检测系统的测量值的绝对误差与被测参量真值的检测系统的测量
4、值的绝对误差与被测参量真值的比值,常用百分数表示。比值,常用百分数表示。v5.1.1 误差的基本概念误差的基本概念v2、误差的定义及表示法、误差的定义及表示法(3)引用误差引用误差v 检测系统的测量值的绝对误差与系统量程的比值,检测系统的测量值的绝对误差与系统量程的比值,常用百分数表示。常用百分数表示。v5.1.1 误差的基本概念误差的基本概念v2、误差的定义及表示法、误差的定义及表示法v(4)最大引用误差最大引用误差v 在规定的工作条件下,当被测量平稳增加或减少时,在在规定的工作条件下,当被测量平稳增加或减少时,在检测系统全量程所有测量值引用误差检测系统全量程所有测量值引用误差(绝对值绝对值
5、)的最大者。的最大者。v 即所有测量值中最大绝对误差即所有测量值中最大绝对误差(绝对值绝对值)与量程的比值的与量程的比值的百分数,称为该系统的最大引用误差。百分数,称为该系统的最大引用误差。v 最大引用误差是检测系统基本误差的主要形式。最大引用误差是检测系统基本误差的主要形式。v5.1.2 检测仪器的精度等级检测仪器的精度等级v 人为规定:取最大引用误差的人为规定:取最大引用误差的分子分子作为检测仪器精作为检测仪器精度等级的标志,即用最大引用误差度等级的标志,即用最大引用误差去掉正负号和百分去掉正负号和百分号后的数字号后的数字来表示精度等级,用符号来表示精度等级,用符号G表示。表示。v 国标国
6、标GB776-76规定,规定,G分分0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0七个等级。七个等级。v5.1.2 检测仪器的精度等级检测仪器的精度等级v例例1:量程为:量程为01000V的数字电压表,其整个量程中最的数字电压表,其整个量程中最大绝对误差为大绝对误差为0.5V,v(1)试说明国家标准试说明国家标准GB776-76规定的测量指示仪表的规定的测量指示仪表的精度等级精度等级G分几个等级?分几个等级?v(2)试说明按照什么原则得到检测仪器的精度等级?试说明按照什么原则得到检测仪器的精度等级?v(3)在上述已知条件下,该数字电压表的精度等级在上述已知条件下,该数字电压表的精度等级
7、G是是几级?几级?v5.1.2 检测仪器的精度等级检测仪器的精度等级v例例2:被测电压实际值约为:被测电压实际值约为21.7V,现有四种电压表:,现有四种电压表:1.5级、量程为级、量程为030V的的A表;表;1.5级、量程为级、量程为050V的的B表;表;1.0级、量程为级、量程为050V的的C表;表;1.2级、量程级、量程为为0360V的的D表。请问选用哪种规格的电压表进行表。请问选用哪种规格的电压表进行测量产生的测量误差较小?测量产生的测量误差较小?例例1.例例2B B表有表有,C C表有表有,D D表有表有,答:四者比较,选用答:四者比较,选用A A表的测量误差通常较小。表的测量误差通
8、常较小。A表有表有,v由上例知,检测仪表产生的测量误差不仅与所选仪由上例知,检测仪表产生的测量误差不仅与所选仪表精度等级表精度等级G有关,而且与所选仪表的量程有关。有关,而且与所选仪表的量程有关。v通常量程通常量程L和测量值和测量值X相差愈小,测量准确度较高。相差愈小,测量准确度较高。所以,在选择仪表时,应选择测量值尽可能接近的所以,在选择仪表时,应选择测量值尽可能接近的仪表量程。仪表量程。第二节第二节 温度检测温温度度是是国国际际单单位位制制给给出出的的基基本本物物理理量量之之一一,它它是是工工农农业业生生产产、科科学学试试验验中中需需要要经经常常测测量量和和控控制制的的主主要要参数;参数;
9、从从热热平平衡衡的的观观点点看看,温温度度可可以以作作为为物物体体内内部部分分子子无无规则热运动剧烈程度的标志;规则热运动剧烈程度的标志;温度与人们日常生活紧密相关。温度与人们日常生活紧密相关。第二节第二节 温度检测温度检测v 热力学第零定律指出热力学第零定律指出:具有相同温度的两个物体,:具有相同温度的两个物体,它们必然处于热平衡状态;当两个物体分别与第三个它们必然处于热平衡状态;当两个物体分别与第三个物体处于热平衡状态时,这两个物体也处于热平衡状物体处于热平衡状态时,这两个物体也处于热平衡状态,即这三个物体处于同一温度。态,即这三个物体处于同一温度。v 温度不能直接加以测量,只能借助于冷热
10、不同的物温度不能直接加以测量,只能借助于冷热不同的物体之间的热交换,以及物体的某些物理性质随冷热不体之间的热交换,以及物体的某些物理性质随冷热不同而变化的特性,来加以间接测量。同而变化的特性,来加以间接测量。5.2.1 测温方法分类及其特点测温方法分类及其特点根据传感器的测温方式,温度基本测量方法通常根据传感器的测温方式,温度基本测量方法通常可分成可分成接触式接触式和和非接触式非接触式两大类。两大类。l接触式温度测量接触式温度测量l非接触式温度测量非接触式温度测量接触式温度测量接触式温度测量测温精度测温精度相对较高,直观可靠及测温仪表价格相相对较高,直观可靠及测温仪表价格相对较低;对较低;由于
11、感温元件与被测介质由于感温元件与被测介质直接接触直接接触,从而要影响,从而要影响被测介质热平衡状态,而接触不良则会增加测温被测介质热平衡状态,而接触不良则会增加测温误差;被测介质具有误差;被测介质具有腐蚀性腐蚀性及及温度太高温度太高亦将严重亦将严重影响感温元件性能和寿命等缺点。影响感温元件性能和寿命等缺点。非接触式温度测量非接触式温度测量感温元件不与被测对象感温元件不与被测对象直接接触直接接触,而是通过接受被,而是通过接受被测物体的测物体的热辐射热辐射能实现热交换,据此测出被测对象能实现热交换,据此测出被测对象的温度的温度;非接触式测温非接触式测温具有不改变被测物体的温度分布,热具有不改变被测
12、物体的温度分布,热惯性小,测温上限可设计得很高,便于测量运动物惯性小,测温上限可设计得很高,便于测量运动物体的温度和快速变化的温度等优点。体的温度和快速变化的温度等优点。接触式与非接触式测温特点比较接触式与非接触式测温特点比较方 式 接 触 式 非 接 触 式 测量 条件 感温元件要与被测对象良好接触;感温元件的加入几乎不改变对象的温度;被测温度不超过感温元件能承受的上限温度;被测对象不对感温元件产生腐蚀 需准确知道被测对象表面发射率;被测对象的辐射能充分照射到检测元件上 测量 范围 特别适合1200以下、热容大、无腐蚀性 对象的连续在线测温,对高于l 300以上 的温度测量较困难 原理上测量
13、范围可以从超低温到极高温,但1000以下,测量误差大,能测运动物 体和热容小的物体温度 精 度 工业用表通常为1.0、0.5、0.2及0.1级,实验室用表可达0.01级 通常为1.0、1.5、2.5级 响应 速度慢,通常为几十秒到几分钟 快,通常为23秒钟 其它 特点 整个测温系统结构简单、体积小、可靠、维 护方便、价格低廉,仪表读数直接反映被 测物体实际温度;可方便地组成多路集中 测量与控制系统 整个测温系统结构复杂、体积大、调整麻烦、价格昂贵;仪表读数通常只反映被测物体表现温度(需进一步转换);不易组成测温、控温一体化的温度控制装置 各类温度检测方法构成的测温仪表的大体测温范围各类温度检测
14、方法构成的测温仪表的大体测温范围5.2.2 热膨胀式测温方法热膨胀式测温方法根根据据测测温温转转换换的的原原理理,接接触触式式测测温温又又可可分分为为膨膨胀胀式式,热热阻阻式式、热电热电(包括热电偶和包括热电偶和PN结结)式等多种形式。式等多种形式。膨膨胀胀式式测测温温是是基基于于物物体体受受热热时时产产生生膨膨胀胀的的原原理理,分分为为液液体体膨膨胀式和固体膨胀式两类。胀式和固体膨胀式两类。膨膨胀胀式式温温度度计计种种类类很很多多,按按膨膨胀胀基基体体可可分分成成液液体体膨膨胀胀式式玻玻璃璃温温度度计计、液液体体或或气气体体膨膨胀胀式式压压力力温温度度计计及及固固体体膨膨胀胀式式双双金金属属
15、温度计温度计。5.2.2 热膨胀式测温方法热膨胀式测温方法(1)玻璃温度计玻璃温度计(2)压力温度计压力温度计(3)双金属温度计双金属温度计玻璃温度计玻璃温度计玻璃液体温度计玻璃液体温度计简称玻璃温度计,是一种直读式仪表。简称玻璃温度计,是一种直读式仪表。水银水银是玻璃温度计最常用的液体,其凝固点为是玻璃温度计最常用的液体,其凝固点为-38.9、测温上限为测温上限为538。玻玻璃璃温温度度计计特特点点:结结构构简简单单,制制作作容容易易,价价格格低低廉廉,测测温温范范围围较较广广,安安装装使使用用方方便便,现现场场直直接接读读数数,一一般般无无需需能源,易破损,测温值难自动远传记录。能源,易破
16、损,测温值难自动远传记录。玻璃棒式温度计玻璃棒式温度计 V形工业玻璃温度计形工业玻璃温度计压力温度计压力温度计压力温度计压力温度计是根据一定质量是根据一定质量的液体、气体、蒸汽在体积的液体、气体、蒸汽在体积不变的条件下其不变的条件下其压力与温度压力与温度呈确定函数关系的原理实现呈确定函数关系的原理实现其测温功能的。其测温功能的。压力温度计压力温度计的典型结构示意的典型结构示意图图这类压力温度计其这类压力温度计其毛细管细而长毛细管细而长(规格为规格为160m)它的作它的作用主要是传递压力,长度愈长,则使温度计响应愈慢,在用主要是传递压力,长度愈长,则使温度计响应愈慢,在长度相等条件下,管愈细,则
17、准确度愈高。长度相等条件下,管愈细,则准确度愈高。电接点压力式温度计电接点压力式温度计XH-105压力式温度计压力式温度计压力温度计压力温度计v压力温度计和玻璃温度计相比,具有强度大、压力温度计和玻璃温度计相比,具有强度大、不易破损、读数方便,但准确度较低、耐腐蚀不易破损、读数方便,但准确度较低、耐腐蚀性较差等特点。性较差等特点。双金属温度计双金属温度计固体长度随固体长度随温度变化温度变化的情况可用下式表示:的情况可用下式表示:基于固体受基于固体受热膨胀原理热膨胀原理,测量温度通常是把两片线膨胀,测量温度通常是把两片线膨胀系数差异相对很大的金属片叠焊在一起,构成双金属片系数差异相对很大的金属片
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