《过程参数检测及仪表》A教学大纲
课程名称：过程参数检测及仪表(A)
英文名称：Measurement Instrument of Process Parameter (A) 学时：70(讲课学时：60，实验学时：10)
学分：3.5
一、课程的目的和任务
《过程参数检测及仪表》是测控技术与仪器专业本科生一门必修的专业课程。课程的内容是从事过程参数自动检测、生产过程自动化、计量测试技术等工程技术人员必需的专业知识。通过本课程的教学，使学生掌握课程的主要内容，并具备一定的实验技能基础。
二、课程的基本要求
1．掌握生产过程参数的检测方法，检测元件（传感器），变换器，显示仪表的基本组成和工作原理。
2．掌握典型的过程参数检测系统的组成，误差分析以及消除减弱误差的方法和措施。
3．熟悉典型的检测元件，变换器，显示仪表的结构，性能及其选型使用。
4．了解过程参数检测、变换、显示技术的新发展、新技术。
三、课程与其它课程的联系
本课程的先修课程是传热学、工程流体力学、电子技术基础。本课程的内容是自动控制系统、热工计量技术、自动显示技术等课程的先修课。
四、课程的基本内容
1．绪论
①测量、测量误差、测量方法。
②仪表的组成与分类。
③仪表的质量指标。
2．温度测量
①ITS-90温标简介。
②测温仪表分类。
③热电偶测温。
热电势产生、热电偶定律、冷端处理方法、标准化热电偶、热电势测量。
④热电阻测温。
测温原理、标准化热电阻、热电阻测量。
⑤接触测温的传热误差。
⑥非接触法测温仪表。
光学高温计、辐射高温计、比色高温计。
3．压力测量
①压力测量的基本知识。
②液柱式压力计。
③弹性式压力计。
④压力信号的远传方法。
⑤1151电容式压力（差压）变送器。
⑥扩散硅式压力（差压）变送器。
⑦压力表的选择与测压系统。
4．流体流量测量
①流量测量的基本知识。
②涡轮流量计。
③转子流量计。
④测点流速法流量测量。
测量原理、测点流速的测量。
⑤质量式流量计。
⑥其它流量计的简介。
5．节流式流量计
①标准节流装置。
②流量公式。
③标准节流装置的计算命题
流量计算、标准节流装置的设计计算。
④标准节流装置流量测量的不确定度。
⑤流量测量的补偿。
6．液位测量
①液位测量的方法。
②锅炉汽包水位测量的基本知识。
③云母水位计。
④双色水位计。
⑤差压水位计。
⑥电接点水位计。
7．火电厂生产过程中物质成分分析
①锅炉烟气的氧量测量：氧化锆氧量计。
②热导式氢分析仪。
③电导式分析仪。
8．机械量测量
①振动测量。
②转速测量。
五、课外习题及课堂讨论
1．温度测量习题
2．压力测量习题
3．流量测量习题
4．汽包水位测量习题
5．氧化锆氧量计测量习题
六、实验
①热电偶测温系统实验。
②动圈表的检定及量程更改实验。
③自动电位差计的检定及量程更改实验。
④弹簧管压力计的检定与调整实验。
实验在课程内容之后进行。实验学时占用计划学时。实验应有实验指导书。
七、学时分配建议：
九、考核方式
考试（闭卷笔试）
十、推荐教材及参考书
1．教材
《热工过程检测仪表》，程大亨编，中国电力出版社。2．参考书
《热工参数测量及仪表》，何适生编，水利电力出版社。《热工测量及仪表》，吴永生编，水利电力出版社。
<检测技术及仪表>题库 一、填空与选择 1、差压式流量计，流量Q与成正比，转子流量计，流量Q与成 正比。 2、转子流量计在出厂时必须用介质标定，测量液体用标定，测量气体用标定。 3、铂铑一铂材料所组成的热电偶，其分度号为；镍铬一镍硅材料组成的热电偶，其分度号为。 4、铂电阻温度计，其分度号为P t100，是指在温度为时，其电阻值为。 5、差压式液位计因安装位置及介质情况不同，在液位H=0时会出现差压△P 、△P 和△P 三种情况，我们分别称差压式液位计、、。 6、电子自动电位差计的工作原理是采用工作的，是根据已知来读 取。 7、动圈显示仪表与温度传感器配接使用时应相互，XCZ-101型是与配接 使用，XCZ-102型是与配接使用。 8、差压式流量计是一种截面、压降流量计。 转子式流量计是一种截面、压降流量计。 9、热电偶温度计是以为基础的测温仪表，分度号为K是指电极材料 为、热电阻温度计是利用金属导体的随温度变化而变化的特性来测温、分度号为Pt100是指温度为时，电阻值为。 10、使用热电偶温度计测温需考虑冷端温度补偿问题，常用的四种补偿方法为、、和。 11、电位差计是根据原理工作的，是将被测电势与相比较，当平衡后由读取。 12、自动电子电位差计与热电偶配套测温冷端温度补偿是利用桥路电阻实现的，它是一个随温度变化的。 13、绝对误差在理论上是指仪表和被测量的之间的差值。工业 上经常将绝对误差折合到仪表测量范围的表示，称为。 14、测量物位仪表的种类按其工作原理主要有下列几类、、 、、、、和。 15、热电偶测量元件是由两种不同的材料焊接而成，感受到被测温度一端 称。 16、检测仪表的组成基本上是由、、三部分组成。 17、在国际单位制中，压力的单位为，记作，称为符 号以表示，简称为。 18、在压力测量中，常有、、之分。 19、工业上所用的压力仪表指示值多数为，即和
自动化专业 《过程检测技术及仪表》 实验指导书 周雪莲张建成编 西南大学计算机与信息科学学院 2006年12月19日
目录 前言……………………………………………………………………… 第一章基本要求和安全操作规程及误差理论与数据处理 1 基本要求………………………………………… 2 安全操作规程…………………………………………………… 3 误差的基本概念…………………………………………………… 4 误差的计算………………………………………………………… 5 检测结果处理……………………………………………… 第二章实验指导书 实验一热电偶温度变送器实验……………………………………………… 实验二压力表检定实验……………………………………………… 实验三扩散硅压力变送器实验……………………………… 实验四电容式差压变送器实验……………………………… 实验五数字显示仪表实验…………………………………………… 实验六压力检测系统实验…………………………………… 实验七流量检测系统实验…………………………………………
前言 本实验指导书是专为自动化专业的过程检测和控制仪表课程而编写的。自动化是一门实践性很强的学科，实践教学环节对于培养和发展学生的各种能力有着非常重要的作用，尤其对培养学生的动手能力、分析解决实际问题的能力、科学研究能力和创新能力，是不可缺少的重要环节。开好实验课对于全面实施教学大纲和提高教学质量都是必要的。 本实验指导书分两部分：基本要求和安全操作规程及误差理论及数据处理、实验指导书。误差理论及数据处理部分主要讲述误差的基本概念、表示方法、计算公式、有效位取舍等内容。实验指导书部分主要包括检测仪表、显示仪表、控制仪表和仪表控制系统的实验。通过实验，了解各种参数检测的方法、所用仪表的性能特征、学会用仪表构成测量系统，并分析系统误差原因等。 本实验指导书的教学目标是：拓宽加深学生对理论知识的理解，从而掌握比较全面的专业知识，掌握仪表和自动化系统的专业操作技能，具备一定的分析解决工程实际问题的能力，形成科学的工作作风和良好的人才素质： 1) 掌握知识、加深理解通过对所学仪表进行校验、调整、拆装等操作，熟悉 仪表的结构和各部件的作用，更深刻地理解仪表的工作原理、功能和仪表 的整机特性。通过这些实验，可以促使学生把理论与实际结合起来，从而 掌握比较全面的、完整的仪表和过程自动化知识； 2) 掌握技能、提高能力通过实验学会对仪表技术参数的测试手段和调校方 法，熟悉常用标准仪器、仪表等设备的性能、作用、工作原理和操作方法。 通过各实验，尤其是综合实验的锻炼，使学生逐步具备仪表和自动化专业 的操作技能和实验能力，形成初步的解决专业工程问题的能力； 3) 培养人才、提高素质学生的素质是在每一个实验过程中不断培养和逐步提 高的，这些素质包括：实事求是、严肃认真的工作作风；有条有理、勤于 思考的行为习惯；分工协作、协调一致的合作精神和遵守纪律、爱护公物
过程参数检测及仪表 小馒头总结 一、绪论 测量过程有三要素：一是测量单位；二是测量方法；三是测量工具。 测量的定义：测量是利用某种工具并以实验或计算的方法获取被测参数数值的过程。绝对误差：仪表的测量值和真实值之间的代数差。 相对误差：测量值的绝对误差与其真实值的比值的百分数 引用误差：测量值的绝对误差与测量仪表的量程之比的百分数 示值误差：示值误差是指仪表的某一个测量值（示值）的误差，它反映在该点仪表示值的准确性。 基本误差：在规定的正常工作条件下，仪表整个量程范围内各点示值误差中绝对值最大的误差称为仪表的基本误差。 允许误差：按国家计量部门的规定，仪表厂家保证某一类仪表的基本误差不超过某个规定的数值，此数值就被称为仪表的允许误差（容许误差）[允许误差去掉百分数为精度等级] 注意: 允许误差是一种极限误差，在仪表刻度范围内各点的示值误差均应保证小于至多等于允许误差值。 真值：被测参数的真实数值。一般无法准确已知。 约定真值：一般将某一物理量的理论值、定义值作为真值使用，称为约定真值，用
表示。 粗大误差：明显歪曲结果，由粗心大意造成，使测量值无效的误差 原因：测量者主观过失，操作错误，测量系统突发故障 处理方法：剔除坏值 随机误差：在相同条件下对同一被测量进行多次重复测量，误差的大小和符号的变化没有一定规律、且不可预知。 特点：单次测量值误差的大小和正负不确定；但对一系列重复测量，误差的分布有规律：服从统计规律。 随机误差与系统误差之间即有区别又有联系；二者无绝对界限，一定条件可相互转化。 系统误差：同一被测量多次测量，误差的绝对值和符号保持不变，或按某种确定规律变化。 特点: 增加测量次数不能减小该误差 原因：仪表本身原因，使用不当，测量环境发生大的改变 处理方法：校正——求得与误差数值相等、符号相反的校正值，加上测量值随机误差 测量误差的来源有三个方面：测量仪器的精度，观测者技术水平，外界条件的影响。该三个方面条件相同的观测称为等精度测量。 精确度等级:以引用误差（γa）的形式表示的允许误差去掉百分号剩下的数值就称为仪表的精确度等级（或准确度等级），俗称精度级。 误差的合成：一个测量系统由m个彼此独立的环节构成，各环节的精度等级分别为 , ，…，
过程检测与控制仪表知识 员工培训教材 马仁
过程控制与检测仪表课件 一、过程控制仪表： 1）是实现工业生产过程自动化的重要工具。控制检测仪表可分为八大单元：变动单元、调节单元、计算单元、显示单元、转换单元、给定单元、执行单元和辅助单元。（理论以“够用为度”，实践以“实用为主”） LT 控制系统方框图 说明：图中控制对象代表生产过程中的某个环节，控制对象输出的是被控变量（如压力、流量、温度、液位等温度变量）。这些工艺变量经变动单元转换成相应的电信号或气压信号后，一方面送显示单元供指示和记录，同时又送到调节单元中与给定单元送来的给定值进行比较，调节单元将比较后的偏差值进行一定的运算后，发出控制信号，控制执行单元的动作，将阀门开大或关小。改变控制量（如燃料油、蒸汽等介质流量的多少）直至被控变量与给定值相等为止，此时阀门会
平衡在某一位置，使工艺介质达到工艺要求。 ①LT—检测锅炉汽包水位的变化并将汽包水位高低这一物理量转换成仪表间的标准统一信号。 ②LC—接受液位测量变送器的输出标准信号，与工艺控制调节（控制器）器要求的水位信号相比较得出偏差信号的大小和方向，并按一定的规律运算后输送一个对应的标准统一信号。 ③LV—接受控制器的输出信号后，根据信号的大小和方向控制阀门的开度，从而改变给水量，经过反复测量和控制使锅炉汽包水位达到工艺要求。 一个控制系统基本由给定单元、控制对象、变送单元、调节（控制）单元、执行单元组成。 锅炉汽包水位控制系统原理图 二、检测与过程控制仪表（通常称自动化仪表）分类方法很多，根据不同原则可以进行相应的分类，如： 按照能源（所使用的）：气动仪表、电动仪表、液动仪表。 根据是否引入微处理机可分为：智能仪表和非智能仪表。 根据信号形式可分为：模拟仪表和数字仪表。 检测与过程控制仪表最通用的分类是按照仪表在测量与控制系统中的作用划分的：
绪言 练习与思考 1．简述过程检测技术发展的起源？ 2．过程检测技术当前的主流技术和主要应用场合？ 3．请谈谈过程检测技术的发展方向是什么？ 4．谈谈你所知道的检测仪表？ 5．你认为过程检测技术及仪表与传感技术的关系是怎么样的？ 第一章 练习与思考 1．什么叫过程检测，它的主要内容有哪些？ 2．检测仪表的技术指标有哪些？如何确定检测仪表的基本技术指标？ 3．过程检测系统和过程控制系统的区别何在？它们之间相互关系如何？ 4．开环结构仪表和闭环结构仪表各有什么优缺点？为什么？ 5．开环结构设表的灵敏度1 n i i S S ==∏，相对误差1 n i i δ δ==∑。请考虑图1—4所示闭环 结构仪表的灵敏度1 f S S （f S 为反馈通道的灵敏度），而相对误差f δδ- （f δ为反馈通道的相对误差），对吗？请证明之。 提示：闭环结构仪表的灵敏度S y x =；闭环结构仪表的相对误差dS S δ=。 6．由孔板节流件、差压变送器、开方器和显示仪表组成的流量检测系统，可能会出现下列情况： （1）各环节精度相差不多； （2）其中某一环节精度较低，而其他环节精度都较高。 问该检测系统总误差如何计算？ 7．理论上如何确定仪表精度等级？但是实际应用中如何检验仪表精度等级？ 8．用300kPa 标准压力表来校验200kPa 1.5级压力表，问标准压力表应选何级精度？ 9．对某参数进行了精度测量，其数据列表如下：
试求检测过程中可能出现的最大误差？ 10．求用下列手动平衡电桥测量热电阻x R 的绝对误差和相对误差。设电源E 和检流计D 引起的误差可忽略不计。已知：10x R =Ω，2100R =Ω，100N R =Ω， 31000R =Ω，各桥臂电阻可能误差为20.1R ?=Ω，0.01N R ?=Ω，31R ?=Ω（如图 1— 23所示）。 11．某测量仪表中的分压器有五挡。总电阻R 要求能精确地保持11111Ω，且其相对误差小于0.01％，问各电阻的误差如何分配？图中各电阻值如下： 110000R =Ω，21000R =Ω，3100R =Ω，410R =Ω，51R =Ω（如图 1—24所示）。 12．贮罐内液体质量的检测，常采用测量贮罐内液面高度h ，然后乘以贮罐截面积A ，再乘以液体密度ρ，就可求得贮罐内液体质量储量，即M hA ρ=。但采用该法测量M 时，随着环境温度的变化，液体密度ρ也将随着变化，这就需要不断校正，否则将产生系统误差。试设计一种检测方法，可自动消除（补偿）该系统误差。
检测技术及仪表课程设计报告 1、1 课程设计目的针对“应用技术主导型”普通工科高等教育的特点，从工程创新的理念出发，以工程思维模式为主，旨在培养突出“实践能力、创新意识和创业精神”特色的、适应当前经济社会发展需要的“工程应用型人才”。通过在模拟的实战环境中系统锻炼，使学生的学习能力、思维能力、动手能力、工程创新能力和承受挫折能力都得到综合提高。以增强就业竞争力和工作适应力。 1、2课题介绍本课设题目以多功能动态实验装置为对象，要求综合以前所学知识，完成此实验装置所需参数的检测。设计检测方案，包括检测方法，仪表种类选用以及需要注意事项，并分析误差产生的原因等等。 1、3 实验背景知识换热设备污垢的形成过程是一个极其复杂的能量、质量和动量传递的物理化学过程，污垢的存在给广泛应用于各工业企业的换热设备造成极大的经济损失，因而污垢问题成为传热学界和工业界分关注而又至今未能解决的难题之一。 1、4 实验原理 1、4、1 检测方法按对沉积物的监测手段分有：热学法和非传热量的污垢监测法。热学法中又可分为热阻表示法和温差表示法两种；非传热量的污垢监测法又有直接称重法、厚度测量法、压降测量法、放射技术、时间推移电影法、显微照相法、电解法
和化学法。这些监测方法中，对换热设备而言，最直接而且与换热设备性能联系最密切的莫过于热学法。这里选择热学法中的污垢热阻法。 1、4、2 热阻法原理简介表示换热面上污垢沉积量的特征参数有：单位面积上的污垢沉积质量mf，污垢层平均厚度δf和污垢热阻Rf。这三者之间的关系由式表示： （1-1）图1-1 清洁和有污垢时的温度分布及热阻通常测量污垢热阻的原理如下：设传热过程是在热流密度q为常数情况下进行的，图1a为换热面两侧处于清洁状态下的温度分布，其总的传热热阻为： （1-2）图1b为两侧有污垢时的温度分布，其总传热热阻为： （1-3）忽略换热面上污垢的积聚对壁面与流体的对流传热系数影响，则可认为（1-4）于是两式相减得： （1-5）该式表明污垢热阻可以通过清洁状态和受污染状态下总传热系数的测量而间接测量出来。实验研究或实际生产则常常要求测量局部污垢热阻，这可通过测量所要求部位的壁温表示。为明晰起见，假定换热面只有一侧有污垢存在，则有：（1-6）（1-7）若在结垢过程中，q、Tb均得持不变，且同样假定（1-8）则两式相减有： （1-9）这样，换热面有垢一侧的污垢热阻可以通过测量清洁状态和污染状态下的壁温和热流而被间接测量出来。
目录 第1章绪论........................................................................................................................ - 1 - 1.1 课题背景与意义........................................................................................................... - 1 - 1.2 总实验装置以及监测原理........................................................................................... - 1 - 1.3 检测和控制参数........................................................................................................... - 4 - 第2章温度的测量............................................................................................................ - 5 - 2.1 实验管流体进出口温度测量和控制.......................................................................... - 5 - 2.1.1 检测方法设计以及依据................................................................................ - 5 - 2.1.2 仪表种类选用以及设计依据........................................................................ - 5 - 2.1.3 测量注意事项................................................................................................ - 7 - 2.1.4 误差分析........................................................................................................ - 7 - 2.2 水浴温度的测量........................................................................................................ - 7 - 2.2.1 检测方法设计以及依据................................................................................ - 7 - 2.2.2 仪表种类选用以及设计依据........................................................................ - 8 - 2.2.3 测量注意事项................................................................................................ - 9 - 2.2.4 误差分析........................................................................................................ - 9 - 2.3 管壁温度测量............................................................................................................ - 9 - 2.3.1 检测方法设计以及依据................................................................................ - 9 - 2.3.2 仪表种类选用以及设计依据........................................................................ - 9 - 2.3.3 测量注意事项.............................................................................................. - 10 - 2.3.4 误差分析...................................................................................................... - 11 -第2章水位的测量.................................................................................................................. - 12 - 3.1 补水箱水位测量...................................................................................................... - 12 - 3.1.1 检测方法设计以及依据.............................................................................. - 12 - 3.1.2 仪表种类选用以及设计依据...................................................................... - 12 - 3.1.3 测量注意事项.............................................................................................. - 13 - 3.1.4 误差分析...................................................................................................... - 14 -第4章流量的测量.................................................................................................................. - 15 - 4.1 试验管内流体的流量测量...................................................................................... - 15 - 4.1.1 检测方法设计以及依据.............................................................................. - 15 - 4.1.2 仪表种类选用以及设计依据...................................................................... - 15 - 4.1.3 测量注意事项.............................................................................................. - 17 - 4.1.4 误差分析...................................................................................................... - 18 -第5章差压的测量................................................................................................................ - 19 - 5.1 实验管出入口差压.................................................................................................. - 19 - 5.1.1 检测方法设计以及依据.............................................................................. - 19 - 5.1.2 仪表种类选用以及设计依据...................................................................... - 19 - 5.1.3 测量注意事项.............................................................................................. - 21 - 5.1.4 误差分析...................................................................................................... - 21 -设计心得体会............................................................................................................................ - 22 -参考文献.............................................................................................................................. - 23 -
《过程参数检测及仪表》课程设计 任务书 目的与要求 本课程设计为检测技术与仪器、自动化专业《过程参数检测及仪表》专业课的综合实践 环节。通过本课程设计，使学生加深过程参数检测基本概念的理解, 掌握仪表的基本设计方 法和设计步骤。 主要内容 通过本门课程设计，使学生了解流量测量的基本原理，流量仪表的基本结构，掌握节流 式流量计的设计方法和一般设计步骤。 四、设计（实验）成果要求 提交设计图纸及设计说明书 五、考核方式 答辩 学生姓名：蔡攀指导教师：田沛 2015 年6月19日
、课程设计目的与要求 本课程设计为检测技术与仪器、自动化专业《过程参数检测及仪表》专业课的综合实践 环节。通过本课程设计，使学生加深过程参数检测基本概念的理解，掌握仪表的基本设计方法和设计步骤。 二、课程设计正文 1.第一类命题 （第一题）已知条件：流体为水，工作压力P = 0.58MPa，工作温度t =30 C；管道 D2O =100mm，材料为20号钢旧无缝钢管；节流件为角接取压标准孔板，材料为 1Cr18Ni9Ti ；d?。=50.38mm ；差压i p =5"04Pa，求给定差压值下的水流量q m ? 解: 1.1设计任务书 序号项目符号单位数值 被测介质名称水1 2 流量状态参数：工作压力P MPa 0.58（绝对压力） 3 工作温度t C 30 4 管道直径（20 C下实测值）D20 mm 100 5 管道材料20号钢旧无缝钢管 6 节流件的形式角接取压标准孔板 7 节流件的材料1Cr18Ni9Ti mm 50.38 8 节流件孔径（20 C下实测值）d 20 9 差压值3Pa 50000 1.2辅助计算 （1）查表可得水的密度耳=995.511kg/m3，水的动力粘度=828.005咒10-6Pa-s , 管道线膨胀系数兀=11.16咒10°/C，节流件线膨胀系数S =16.60咒10°化。 由已知的管道直径D20和节流件开孔直径d20计算工作状态下的管道内径D t及节流件开孔 直径d t，即: D t=D20[1 +k D(t -20)] =1OO[1+11.16咒10"x10]=100.01116mm ) d t=d20[1r d(t - 20)] =50.38[1+16.60X10" "0]= 50.38836 mm ) (2)计算直径比 竺鰹6 =0.50383 D t100.01116
第二章过程参数的检测与仪表 教学要求：掌握检测仪表的基本性能指标（精度等级、变差、灵敏度等） 掌握压力的检测方法（液柱测压法、弹性变形法、电测压法） 学会正确选用压力计 掌握应用静压原理测量液位和差压变送器测量液位时的零点迁移 差压式流量计测量原理，常用节流元件，转子流量计结构、测量原理 掌握容积式流量计（腰轮流量计）结构、工作原理、使用场合 掌握应用热电效应测温原理 掌握补偿导线的选用 掌握冷端温度补偿的四种方法；了解热电偶结构，分类 重点：弹性变形法、电测压法 压力计选用 应用差压变送器测量液位的零点迁移问题 补偿导线的选用和冷端温度补偿 难点：确定精度等级，压电式测量原理 应用差压变送器测量液位的零点迁移问题 第三导体定理 电桥补偿法 §2.1 概述 一、检测过程及误差 1．检测过程 检测过程的实质在于被测参数都要经过能量形式的一次或多次转换，最后得到便于测量的信号形式，然后与相应的测量单位进行比较，由指针位移或数字形式显示出来。 检测误差 误差-------测量值和真实值之间的差值 误差产生的原因：选用的仪表精确度有限，实验手段不够完善、环境中存在各种干扰 因素，以及检测技术水平的限制等原因， 根据误差的性质及产生的原因，误差分为三类。 （1）系统误差 ------------在同一测量条件下，对同一被测参数进行多次重复测量时，误差的大小和符号保持不变或按一定规律变化 特点：有一定规律的，一般可通过实验或分析的方法找出其规律和影响因素，引入相应的校正补偿措施，便可以消除或大大减小。 误差产生的原因：系统误差主要是由于检测仪表本身的不完善、检测中使用仪表 的方法不正确以及测量者固有的不良习惯等引起的。 （2）疏忽误差 ------------明显地歪曲测量结果的误差，又称粗差， 特点：无任何规律可循。 误差产生的原因：引起的原因主要是由于操作者的粗心（如读错、算错数据等）、
《过程检测技术及仪表》课程设计 学院： 班级： 姓名： 学号：
课程设计说明书 1、设计背景及任务 1.1背景知识 换热设备污垢的形成过程是一个极其复杂的能量、质量和动量传递的物理化学过程，污垢的存在给广泛应用于各工业企业的换热设备造成极大的经济损失，因而污垢问题成为传热学界和工业界十分关注而又至今未能解决的难题之一。 按对沉积物的监测手段分有：热学法和非传热量的污垢监测法。热学法中又可分为热阻表示法和温差表示法两种； 非传热量的污垢监测法又有直接称重法、厚度测量法、压降测量法、放射性技术、时间推移电影法、显微照相法、电解法和化学法。这些监测方法中，对换热设备而言，最直接而且与换热设备性能联系最密切的莫过于热学法。 1.2实验装置简介 图1-1 实验装置流程图 1-恒温槽体；2-试验管段；3-试验管入口压力；4-管段出口温度测点；5-管壁温度测点；6-管段出口温度测点；7-试验管出口压力；8-流量测量；9-集水箱；10-循环水泵；11-补水箱；12-电加热管 上图是东北电力大学节能与测控研究中心杨善让教授为首的课题组基于测量新技术—软测量技术开发的多功能实验装置。本实验装置的模拟换热器是由恒温水浴作为热源加热实验管段（约2m ），水浴温度由温控器、电加热管以及保温箱体构成。水浴中平行放置两实验管，独自拥有补水箱和集水箱，构成两套独立的实验系统。可以做平行样实验和对比实验。为获取水处理药剂的效果、强化换1 2 5 8 3 4 6 7 9 10 11 12 220V 冷却水入口 出口
热管的污垢特性、污垢状态下强化管的换热效果等等，管内流体一般为人工配制的易结垢的高硬度水或是含有固体微粒等致垢物质。 1.3题目简介 本课设题目以上述动态实验装置为对象，要求综合以前所学知识，完成此实验装置所需检测参数的检测。设计检测方案，包括检测方法、仪表种类选用以及需要注意事项，并分析误差产生的原因等等。 1.4需要检测和控制的参数主要有： 1、温度：包括实验管流体进口（20℃-40℃）、出口温度（20℃-80℃） 2、实验管壁温（20℃—80℃）以及水浴温度（20℃—80℃） 3、水位：补水箱上位安装，距地面2m，其水位要求测量并控制，以适应不同流速的需要，水位变动范围200mm—500mm 4、流量：实验管内流体流量需要测量，管径Φ25mm，流量范围0.5—4m3/h 5、差压：由于结垢导致管内流动阻力增大，需要测量流动压降，范围为0—50mm水柱 1.5目的 针对“应用技术主导型”普通工科高等教育的特点，从工程创新的理念出发，以工程思维模式为主，旨在培养突出“实践能力、创新意识和创业精神”特色的、适应当前经济社会发展需要的“工程应用型人才”。 通过在模拟的实战环境中系统锻炼，使学生的学习能力、思维能力、动手能力、工程创新能力和承受挫折能力都得到综合提高。以增强就业竞争力和工作适应力。 2、入口、出口及水浴温度均选用铂电阻进行检测 2.1选择依据 由于入口、出口及水浴温度均在20℃-80℃范围内，属于中低温，所以选用铂电阻进行检测。热电阻是电阻性的元件，由金属制成如铂，镍，铜等，所选金属必须具有可以预测的电阻值随温度变化的特性，其物理性能要易于加工制造，电阻温度系数必须足够大，使其电阻随温度的改变易于准确测量。其他的温度检测器件，如热电偶，并不能让设计人员有一种相当线性的电阻随温度变化特性，
课设目的 (2) 1、背景知识 (2) 2、仪表选用与参数检测及分析 (4) 2.1 恒温水浴 (4) 2.1.1 恒温水浴特点： (4) 2.1.2 恒温水浴技术参数： (4) 2.1.3 恒温水浴使用方法： (4) 2.1.4 恒温水浴使用维护： (4) 2.2 基地式水位调节器水位测量校验装置设计 (5) 2.2.1 基地式水位调节器水位测量检验法 (5) 2.3 铠装热电阻 (7) 2.3.1 铠装热电阻概述 (7) 2.3.2 铠装热电阻特点 (7) 2.3.3 铠装热电阻工作原理 (7) 2.3.4 铠装热电阻主要技术参数 (8) 2.3.5 铠装热电阻测量范围 (8) 2.3.6 铠装热电阻偶丝直径材料 (8) 2.3.7 测量范围及允差 (9) 2.3.8 热响应时间 (9) 2.4弹簧管压力表 (9) 2.4.1 压力表的结构与原理 (9) 2.4.2 压力表精度 (10) 2.4.3 选用的压力表 (11) 2.5 ZK-LG孔板流量计 (11) 2.5.1 ZK-LG孔板流量计概述 (11) 2.5.2孔板流量计使用范围 (12) 2.5.3 ZK-LG孔板流量计工作原理 (12) 2.5.2 孔板流量计适用范围 (13) 结论 (13) 参考文献 (13)
《过程检测技术及仪表》课程设计 课设目的 通过在模拟的实战环境中系统锻炼，提高学习能力、思维能力、动手能力工程创新能力和承受挫折能力。 1、背景知识 换热设备污垢的形成过程是一个极其复杂的能量、质量和动量传递的物理化学过程，污垢的存在给广泛应用于各工业企业的换热设备造成极大的经济损失，因而污垢问题成为传热学界和工业界十分关注而又至今未能解决的难题之一。 按对沉积物的监测手段分有：热学法和非传热量的污垢监测法。热学法中又可分为热阻表示法和温差表示法两种； 非传热量的污垢监测法又有直接称重法、厚度测量法、压降测量法、放射性技术、时间推移电影法、显微照相法、电解法和化学法。这些监测方法中，对换热设备而言，最直接而且与换热设备性能联系最密切的莫过于热学法。这里简单介绍污垢监测的热学法中的污垢热阻法。 表示换热面上污垢沉积量的特征参数有：单位面积上的污垢沉积质量m f ，污垢层平均厚度δf 和污垢热阻R f 。这三者之间的关系由下式表示： f f f f f f m R δλλρ1== (1) 通常测量污垢热阻的原理如下： 设传热过程是在热流密度q 为常数情况下进行的，图1a 为换热面两侧处于清洁状态下的温度分布，其总的传热热阻为：
智能检测技术及仪表习题答案 1．1什么是测量的绝对误差、相对误差、引用误差？ 被测量的测量值x与被测量的真值A0之间的代数差Δ，称为绝对误差（Δ=x- A0）。 相对误差是指绝对误差Δ与被测量X百分比。有实际相对误差和公称相对误差两种表示方式。实际相对误差是指绝对误差Δ与被测量的约定真值（实际值）X0之比(δA=Δ/ X0×100%)；公称相对误差是指绝对误差Δ与仪表公称值（示值）X之比（δx=Δ/ X×100%）。 引用误差是指绝对误差Δ与测量范围上限值、量程或表度盘满刻度B之比(δm=Δ/B×100%)。 1.2 什么是测量误差？测量误差有几种表示方法？他们通常应用在什么场合？ 测量误差是指被测量与其真值之间存在的差异。测量误差有绝对误差、相对误差、引用误差三种表示方法。绝对误差通常用于对单一个体的单一被测量的多次测量分析，相对误差通常用于不同个体的同一被测量的比较分析，引用误差用于用具体仪表测量。 1．3 用测量范围为-50～＋150kPa的压力传感器车辆140kPa压力时，传感器测得示值为142kPa,求该示值的绝对误差、实际相对误差和引用误差。 Δ=142-140=2kPa; δA=2/140=1.43%;δx=2/142=1.41%;δm=2/(50+150)=1% 1.7 什么是直接测量、间接测量和组合测量？ 通常测量仪表已标定好，用它对某个未知量进行测量时，就能直接读出测量值称为直接测量；首先确定被测量的函数关系式，然后用标定好的仪器测量函数关系式中的有关量，最后代入函数式中进行计算得到被测量，称为将直接测量。在一个测量过程中既有直接测量又有间接测量称为组合测量。 1.9 什么是测量部确定度？有哪几种评定方法？ 测量不确定度：表征合理地赋予被测量真值的分散性与测量结果相联系的参数。 通常评定方法有两种：A类和B类评定方法。 不确定度的A类评定：用对观测列进行统计分析的方法来评定不确定度。 不确定度的B类评定：用不同于对观测列进行统计分析的方法来评定不确定度。 1.10检定一块精度为1.0级100mA的电流表，发现最大误差在50mA处为1.4mA,试判定该表是否合格？它实际的精度等级是多少？ 解：δm=1.4/100=1.4%,它实际的精度为1.5,低于标称精度等级所以不合格。 1．11某节流元件（孔板）开孔直径d20尺寸进行15次测量，测量数据如下（单位：mm）: 120.42 ,120.43,120.40,120.42,120,43,120.39,120.30,120.40,120.43,120.41,120.43,120.42,120.39,120.39,120.40试检查其中有无粗大误差？并写出测量结果。 解：首先求出测量烈的算术平均值： X =120.40mm 根据贝塞尔公式计算出标准差 ?=（∑v i2/(15-1)）1/2=0.0289 3 ?=0.0868 所以，120.30是坏值，存在粗大误差。 去除坏值后X =120.41mm，?=（∑v i2/(14-1)）1/2=0.011 3 ?=0.033 再无坏值 求出算术平均值的标准偏差?x= ?/(n)1/2=0.011/3.87=0.003 写出最后结果：（Pc=0.95,Kt=2.33） 120.41±Kt?x=120.41±0.01mm 2.3 什么是热电效应？热电势有哪几部分组成的？热电偶产生热电势的必要条件是什么？ 在两种不同金属所组成的闭合回路中，当两接触的温度不同时，回路中就要产生热电势，这种物理现象称为热电效应。热电势由接触电势和温差电势两部分组成。热电偶产生热电势的必要条件是：两种不同金属和两个端点温度不同。 2.5什么是热电偶的中间温度定律。说明该定律在热电偶实际测温中的意义。 热电偶在接点温度为T、T0时的热电势等于该热电偶在接点温度为T,Tn和Tn、T0时相应的热电势的代数和。 E AB(T、T0)= E AB(T、Tn)+ E AB(Tn、T0)。这主要用于冷端温度补偿。 2.9热电偶的补偿导线的作用是什么？选择使用补偿导线的原则是什么？
第一章 练习与思考 1．什么叫过程检测，它的主要内容有哪些？ 2．检测仪表的技术指标有哪些？如何确定检测仪表的基本技术指标？ 3．过程检测系统和过程控制系统的区别何在？它们之间相互关系如何？ 4．开环结构仪表和闭环结构仪表各有什么优缺点？为什么？ 5．开环结构设表的灵敏度1 n i i S S ==∏，相对误差1 n i i δ δ==∑。请考虑图1—4所示闭环 结构仪表的灵敏度1 f S S （f S 为反馈通道的灵敏度），而相对误差f δδ-（f δ为 反馈通道的相对误差），对吗？请证明之。 提示：闭环结构仪表的灵敏度S y x =；闭环结构仪表的相对误差dS S δ=。 6．由孔板节流件、差压变送器、开方器和显示仪表组成的流量检测系统，可能会出现下列情况： （1）各环节精度相差不多； （2）其中某一环节精度较低，而其他环节精度都较高。 问该检测系统总误差如何计算？ 7．理论上如何确定仪表精度等级？但是实际应用中如何检验仪表精度等级？ 8．用300kPa 标准压力表来校验200kPa 1.5级压力表，问标准压力表应选何级精 度？ 9．对某参数进行了精度测量，其数据列表如下： 试求检测过程中可能出现的最大误差？ 10．求用下列手动平衡电桥测量热电阻x R 的绝对误差和相对误差。设电源E 和检流计D 引起的误差可忽略不计。已知：10x R =Ω，2100R =Ω，100N R =Ω， 31000R =Ω，各桥臂电阻可能误差为20.1R ?=Ω，0.01N R ?=Ω，31R ?=Ω（如图 1—
23所示）。 11．某测量仪表中的分压器有五挡。总电阻R要求能精确地保持11111Ω，且其相对误差小于0.01％，问各电阻的误差如何分配？图中各电阻值如下： 110000 R=Ω，21000 R=Ω，3100 R=Ω，410 R=Ω，51 R=Ω（如图1—24所示）。 12．贮罐内液体质量的检测，常采用测量贮罐内液面高度h，然后乘以贮罐截面积A，再乘以液体密度ρ，就可求得贮罐内液体质量储量，即M hAρ =。但采用该法测量M时，随着环境温度的变化，液体密度ρ也将随着变化，这就需要不断校正，否则将产生系统误差。试设计一种检测方法，可自动消除（补偿）该系统误差。 第二章练习与思考 1．什么叫温标？什么叫国际实用温标？请简要说明ITS-90的主要内容。2．试比较热电偶测温与热电阻测温有什么不同（可以从原理、系统组成和应用场合三方面来考虑）？ 3．用测温件热电偶或热电阻构成测温仪表（系统）测量温度时，应各自注意哪些问题？ 4．如图2—11，已知热电偶的分度号为K型，在工作时，自由端温度 030o t C =，
=+平均无故障工作时间有效度平均无故障工作时间平均故障修复时间 1基本知识引论 1、测量范围、测量上、下限及量程 测量范围：仪器按照规定的精度进行测量的被测变量的范围 测量下限：测量范围的最小值 测量上限：测量范围的最大值 量程:量程=测量上限值—测量下限值 1.２．３灵敏度：被测参数改变时，经过足够时间仪表指示值达到稳定状态后，仪表输出变化量与引起此变化的输入变化量之比 灵敏度Y U ?= ? 1。2.4误差 绝对误差：?max δ 绝对误差 = 示值-约定真值 相对误差:δ 相对误差(％)= 绝对误差/约定真值 引用误差:max δ 引用误差（％)= 绝对误差/量程 最大引用误差: 最大引用误差（％) = 最大绝对误差/量程 允许误差: 最大引用误差≤允许误差 1.2。5精确度 仪表的精确度通常是用允许的最大引用误差去掉百分号后的数字来衡量。精确度划分为若干等级，简称精度等级，精度等级的数字越小,精度越高 1。2。8可靠度： 衡量仪表能够正常工作并发挥其同能的程度 课后习题 1.１检测及仪表在控制系统中起什么作用,两者关系如何? 检测单元完成对各种参数过程的测量，并实现必要的数据处理；仪表单元则是实现各种控制作用的手段和条件,它将检测得到的数据进行运算处理，并通过相应的单元实现对被控变量的调节。 关系:二者紧密相关，相辅相成,是控制系统的重要基础 １。2 典型检测仪表控制系统的结构是怎样的，各单元主要起什么作用? 被控——检测单元—-变送单元——显示单元——操作人员 对象——执行单元-—调节单元—
作用:被控对象：是控制系统的核心 检测单元:是控制系统实现控制调节作用的及基础，它完成对所有被控变量的直接测量，也可实现某些参数的间接测量。 变送单元：完成对被测变量信号的转换和传输，其转换结果须符合国际标准的信号制式。变：将各种参数转变成相应的统一标准信号;送:以供显示或下一步调整控制用。 显示单元：将控制过程中的参数变化被控对象的过渡过程显示和记录下来,供操作人员及时了解控制系统的变化情况。分为模拟式，数字式，图形式。 调节单元：将来自变送器的测量信号与给定信号相比较，并对由此产生的偏差进行比例积分微分处理后，输出调节信号控制执行器的动作,以实现对不同被测或被控参数的自动调节。执行单元:是控制系统实施控制策略的执行机构，它负责将调节器的控制输出信号按执行结构的需要产生相应的信号，以驱动执行机构实现被控变量的调节作用。 1。4 什么是仪表的测量范围,上下限和量程?彼此有什么关系? 测量范围:是该仪表按规定的精度进行测量的被测变量的范围. 上下限:测量范围的最小值和最大值． 量程:用来表示仪表测量范围的大小。 关系：量程=测量上限值—测量下限值 1。６什么是仪表的灵敏度和分辨率?两者存在什么关系? 灵敏度是仪表对被测参数变化的灵敏程度。 分辨率是仪表输出能响应和分辨的最小输入量,又称仪表灵敏限. 关系:分辨率是灵敏度的一种反应,一般说仪器的灵敏度高，则分辨率同样也高。 ４温度检测 ４．1 测温方法及温标 4.1．1测温原理及方法 原理：通过温度敏感元件与被测对象的热交换,测量相关的物理量,即可确定被测对象的温度。 方法:接触式测温：传热和对流需要较好的热接触由于测量环境特点，对温度敏感元件的结构和性能要求高 非接触式测温：热辐射特点:测温响应快,对被测对象干扰小,可测量高温、运动的被测对象。 4.１。2 温标 9 tF=32+tC 5 表4-1 ℃ t()=T-273.15 k 国际温标由定义固定点、内插标准仪器和内插公式三部分组成。 ４.２接触式测温 4.２.1 热电偶测温 1.特点:测温范围宽，性能稳定，有足够的的测量精度,结构简单,动态效应好,输出为电信号,可远传,便于集中监测和自动控制。 2．原理:基于热电效应，即将两种不同的导体或半导体练成闭合回路,当两个接点处