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
,
，…，
则该系统的精度等级
为：
仪表的灵敏度：仪表的灵敏度是指其输出信号的变化值与对应的输入信号变化值的比值。
线性度反映仪表的输入一输出特性曲线与选用的对比直线之间的偏离程度。线性度又称为非线性误差。用输入一输出特性曲线与理想拟合直线之间的最大偏差与量程之比的百分数来衡量。
回差（滞后误差，变差）：输入-输出曲线之间的最大偏差与量程之比的百分数称为仪表的。
产生的原因：它通常是由于仪表运动系统的摩擦、间隙、弹性元件的弹性滞后等原因造成的。
重复性：同一工作条件下，按同一方向输入信号，并在全量程范围内多次变换信号时，对应同一输入值，仪表输出值的一致性成为重复性。
仪表的可靠性：保险期：仪表使用后能有效地完成规定任务的期限，超过了这一期限可靠性就逐渐降低。
有效性：仪表在规定时间内能正常工作的概率。概率的大小取决于系统故障率的高低、发现故障的快慢和故障修复时间的长短。
狭义可靠性：由结构可靠性和性能可靠性两部分组成。前者指仪表在工作时不出故障的概率，后者指仪表能满足原定要求的概率。
定量描述检测仪表可靠性的度量指标有可靠度、故障率、平均无故障工作时间、平均故障修复时间等。
仪表的检定方法：
（l）标准物质检定法：标准物质是指能提供某一种参数的标准量值的物质。用被检定仪
表去测标准物质提供的标准量以确定其性能的方法就称为标准物质检定法。
（2）示值比较检定法:这种方法是用标准表对被检定仪表进行检定。被检表和标准表同时测同一被测量，把标准表的示值当成真值（约定真值），比较二者的示值以确定被检仪表有关性能指标，这就是示值比较检定法。
二、温度测量
温标：定量地表示物体温度数值大小的尺度称为温度标尺，简称温标。水的三相点温定
义为
建立温标
（1） 选定测温物质的性质；（2）定义固定点温度（3）确定内插仪器和公式，得到温度的单位。
热电偶测温特点：热电偶具有性能稳定、测温高、结构简单、使用方便、经济耐用、容易维护和体积小等优点，还便于信号远传和实现多点切换测量。
热电偶由两种不同材料的导体（或半导体）A 和B 组成。A 、B 是热偶丝，也叫热电极。 放在被测对象中，感受温度变化的那端称为工作端或热端，另一端称为自由端或冷端。
热电现象：当热端和冷端温度不同时回路中有电流流过，此电流称为热电流，产生热电流的电动势称为热电势，这种物理现象称为热电现象。
00000(,)()(,)()(,)
ln AB AB B AB A T
AT
T BT E T T e T e T T e T e T T N K dt
e
N =+--=?
理论和实践都证实，热电现象中产生的热电势是由接触电势和温差电势两种电势的综合效果。
接触电势，记为()AB e T ，其大小为：
()ln AT
AB BT
N K T e T e N =
式中，K ：玻尔兹曼常量。e ：电子电量。AT N 、BT N 分别是导体A 、B 在绝对温标T （K ）时的自由电子密度。
（1）热电偶的热电势是热电偶两端温度的函数之差，其大小取决于热电偶两个热电极材料的性质和两端接点温度，而与热电极几何尺寸无关。
（2）如果保持热电偶冷端温度t0恒定不变，对一定材料的热电偶，其eAB （t0）亦为常数，设为C ，则热电偶的热电势只与热电偶热端温度t 有关，若测得EAB(t,t0) 值，便可知温度t 值，这就是热电偶测温原理。即EAB(t,t0)=fAB(t) – C
热电偶的基本定律：
1、均质导体定律：该定律内容是：由一种均质导体或半导体组成的闭合回路不论导体或半导体的截面积、长度和各处温度分布如何，都不能产生热电势
2、中间导体定律：该定律内容是：由不同材料组成的闭合回路中，若各种材料接触点的温度都相同，则回路中热电势的总和等于零。
3、中间温度定律：热电偶A 、B 在接点温度为t1、t3时的热电势等于热电偶A 、B 在接
点温度分别为t1，t2和t2，t3时热电势的代数和，即 EAB （t1，t3）＝EAB （t1，t2）＋EAB （t2，t3）
证明：
122312231313(,)(,)()()()()
()()(,)
AB AB AB AB AB AB AB AB AB E t t E t t f t f t f t f t f t f t E t t +=-+-=-=
标准化热电偶是指制造工艺较成熟、应用广泛、能成批生产、性能优良而稳定并已列入专业或国家工业标准化文件中的那些热电偶 。
非标准化热电偶是为适应更高或更低的温度以及特殊的介质气氛而出现的,它们没有统一的国家标准和统一的分度号。它们是标准化热电偶的补充。
手动电位差计：
三个回路：
1.工作电流回路
2.工作电流标准化回路
3.测量回路
三步调零：
1.机械调零（移动触电B ，使检流计J 指零）
2.工作电流标准化（用标准电池EN 和标准电阻RN 来校准IS ）
3.测量调零（调RS 使检流计J 指零）
回路电压方程：Ux-IsRab=I ∑R
影响电位差计准确性测量的关键是工作电流值和电阻值Rab 的准确度以及测差装置（检流计）的灵敏度
对热电偶冷端温度进行处理的原因：
热电偶的测温原理表明：热电偶的热电势是两个接点温度的函数差，只有当冷端温度不变时，热电势才是热端温度的单值函数。
但在实际应用中，热电偶冷端所处环境温度总有波动，从而使测量得不到正确结果，因此
必须对热电偶冷端温度变化的影响采取补偿措施，使热电偶的热电势只反映热端温度（被
测温度）的变化，而不受冷端温度变化的影响。
常用的热电偶冷端温度处理办法： 1、计算修正法
2、仪表机械零点调整法
3、恒温法：恒温法分为冰点槽法和恒温箱法
4、补偿电桥法（冷端补偿器）：补偿电桥法是利用不平衡电桥产生的电压来补偿热电偶冷端温度变化所引起的热电势的变化。
5、补偿导线法。
热电偶测温的误差分析
（1）热电偶的分度误差（2）热电偶冷端温度补偿误差 3）（4）总误差
热电偶的校验：
1.定点法，就是在国际温标规定的定点温度下进行校验。这种方法的特点是精确度高，但设备复杂、校验点数少，而且校验操作复杂。该方法只用于对高精确度的铂铑一铂热电偶的校验。
2.比较法，它是广泛采用的方法，可用于实验室和工业用热电偶的校验。
2.2常用8种标准化热电偶
要求：名称、分度号、电极材料、测温范围、适用场合、优缺点、特点
分度号：S R B K N E J T
贵金属热电偶：S R B
廉金属热电偶：K N E J T
①铂铑10-铂热电偶（分度号S）
测温范围：长期使用1300℃，短期使用1600℃。
适用场合：宜在氧化性及中性气氛中长期使用，在真空中短期使用，不能在还原性气氛及含有金属或非金属蒸汽中使用，除非外面套有非常适合的非金属保护套管，防止这些气氛和它直接接触。
优点：复现性好，准确度高。
缺点：热电势率小，灵敏度低，高温下机械强度下降，对污染敏感，价格昂贵。
特点：（未介绍）
②铂铑13-铂热电偶（分度号R）
国内很少使用。R型热电偶综合性能与S型相当，在稳定性和复现性方面均好于S型热电偶。
③铂铑30-铂铑6热电偶（分度号B）
测温范围：长期使用1600℃，短期使用1700℃。
适用场合：宜在氧化性和惰性气氛中使用，可在真空中短期使用，不适用于还原性气氛、金属或非金属蒸汽气氛中。
优点：准确性高，稳定性好，测温范围宽，使用寿命长，参比端无需进行冷端补偿。
缺点：同S型热电偶。
特点：（未介绍）
④镍铬-镍硅热电偶（分度号K）
测温范围：-200℃1300℃。
适用场合：能在氧化性和惰性气氛中使用，不能在真空中使用，高温下不能直接用于硫、还原性或还原、氧化交替的气氛中。
优点：线性度好，热电势率较大，灵敏度较高，稳定性好，复现性好，抗氧化性强，价格便宜。
缺点：（未介绍）
特点：使用最多，线性度最好。
⑤镍铬硅-镍硅镁热电偶（分度号N）
测温范围：-200℃1300℃。
适用场合：
优点：同K型热电偶，综合性能优于K型热电偶。
缺点：不能用于真空中，高温下不能直接用于硫、还原性或还原、氧化交替的气氛中。
特点：（未介绍）
⑥镍铬-康铜热电偶（分度号E）
测温范围：-200℃900℃。
适用场合：可用于湿度较大的环境。
优点：稳定性好，抗氧化性能高，价格便宜。
缺点：高温下不能用于硫、还原性气氛中。
特点：热电势率最大，灵敏度最高。
⑦铁-康铜热电偶（分度号J）
测温范围：-40℃750℃，常用范围0750℃。
适用场合：可用于真空、氧化、还原、惰性气氛中。
优点：线性度好，热电势率大，灵敏度高，稳定性好，复现性好，价格便宜。
缺点：正极铁在高温下氧化较快，测温上限收到限制。
特点：适用场合广（可用于真空、氧化、还原、惰性气氛中）
⑧铜-康铜热电偶（分度号T）
测温范围：-200℃350℃。
适用场合：（未介绍）
优点：同J型热电偶。
缺点：正极铜在高温下氧化较快，测温上限收到限制。
特点：最好用来测量低温
标准化热电阻：是指具有统一分度号、互换性强的工业热电阻，主要有铂电阻、铜电阻、镍电阻。
标准化热电阻测温材料有3种：铂(Pt),铜(Cu),镍(Ni)。
(1)铂电阻
分度号：
P,100t P
t
10
用途：测量给水温度，排烟温度。
特点：准确度高，可作基准内插仪。
(2)铜电阻
分度号：
C，100u C
50
u
用途：测量油温。
特点：线性度好。
(3)镍电阻
分度号：
N，300i N，500i N
100
i
用途：测量电机定子线圈温度。
特点：灵敏度高。
热电阻测温特点:
1.准确度高；
2.在中低温下（ 500℃以下）测温, 它的输出信号比热电偶的要大得多,故灵敏度高；
3.电阻温度计的输出是电信号，因此便于信号的远传和实现多点切换测量。
组成:由热电阻、显示仪表和连接导线组成，热电阻由电阻体、绝缘套管和保护套管等主要部件组成。
原理：根据金属导体或半导体的电阻随温度变化而改变的性质而工作的。
三线制接法（平衡）热电阻引线的三线制
热电阻的误差分析
（1）动态误差
（2）连线电阻变化引起测量误差
（3）热电阻通电发热引起误差
（4）机械力带来的误差
（5）氧化带来的误差
（6）淬火效应的误差
三、非接触式测温
特点：
1.不存在因接触传热而产生的测温传热误差；
2.理论上讲，测温上限不受测温传感器材料的限制，可高达2000℃以上；
3.动态性能好，反应快等,可测运动物体的温度。
因低温下物体的辐射能力很弱，因此辐射式仪表多用来测700℃以上的高温。但用红外测量仪表，也可测低达100℃左右的温度。
非接触式测温仪表是利用物体的辐射能随其温度变化的原理而制成的。
光学高温计：由光学系统与电气系统两部分组成
理论依据：普朗克定律
光学系统包括物镜、目镜、灯泡、红色滤光片、灰色吸收玻璃等。
电气系统包括灯泡、电源、调整电阻及测量线路。
如全辐射体的单色亮度与温度为T的实际物体的单色亮度相等，则全辐射体的温度称为该实际物体的亮度温度，并以Ts表示。
光学高温计基本原理：由普朗克定律知道，物体的光谱辐射出射率Mλ与温度有关，而物体在高温下会发光，称亮度，因亮度Lλ与光谱辐射出射率Mλ成正比，故通过测物体亮度Lλ可求物体的温度。
Lλ=cMλ=cελ M0 λ亮度温度T s：
当物体在辐射波长为λ，温度为时T，其光谱辐射亮度Lλ和黑体在辐射波长为λ，温度为T s时的光谱辐射亮度L0λ相等，则把T s称为这个物体在波长λ下的亮度温度。
灰色吸收玻璃的作用：减弱进入光学高温计的辐射强度，在保证标准灯泡钨丝不过热的情况下，加大光学高温计的测量范围。
红色滤光片的作用：造成单色光，造成窄的光谱段，使其在波长范围0.6-0.7μm内进行亮度比较。
影响光学高温计测量精确度的因素（1）发射率ελ的影响（2）中间介质的影响
光电高温计由光学系统与测量、放大显示两大部分组成。
原理：光电原件感受辐射源亮度的变化，并根据被测物体亮度与温度的关系确定温度的高低。辐射高温计原理：物体的辐射出射度与其温度的关系为M =εσT4对确定的物体，可为
其发射率ε为定值近似认，那么M与T将呈单值对应关系，测出辐射出射度M与其发射率ε即可知其温度。辐射高温计能连续自动测温。
组成：辐射高温计由辐射传感器和显示仪表组成，辐射传感器又由光学系统与辐射变换器两部分构成。
若温度为T的物体的辐射出射度与全辐射体在温度T0下的辐射出射度相等，则把全辐射体的温度Tp称为该物体的辐射温度（辐射温度低于被测物体的实际温度）
影响辐射高温计测量精确度的主要因素如下：
1）发射率ε的影响
2）热电堆冷端温度的影响
3）距离系数L／D的影响
比色高温计原理：根据被测物体在两个不同波长下的光谱辐射出射度的相互比值与被测温度的关系，通过测二者的比值进而测知被测温度。
温度为T的物体在波长λ1和λ2下的光谱辐射出射度的比值，与温度为Tc的全辐射体在同样的波长λ1和λ2下的光谱辐射出射度的比值如果相等，则把全辐射体的温度称为该物体的比色温度。
特点:它的测量准确度高，中间介质的影响小，可在恶劣环境下工作。
红外测温仪依据的是光谱辐射原理，以被测目标的红外辐射能量与温度成一定函数关系而制成的仪器。
组成：由光学系统、红外探测器、信号处理放大部分及显示仪表和其他附属部分（包括目标瞄准器、供电电源与整体机械结构）等部分组成。
四、压力测量
绝对压力：以参考零点０所表示的压力称为绝对压力。
表压力：以大气压力为参考零点所表示压力称为表压力。
按压力表的工作原理可分为：液柱式压力计、弹性式压力计、物性式压力计、活塞式压力计等。
按压力表的功能可分为；指示式压力表、压力变送器。
液柱式压力计工作原理：液柱式压力计是利用一定高度的液柱所产生的压力平衡被测压力，而用相应的液柱高度去显示被测压力的。
分类：有U形管压力计、单管压力计、多管压力计、斜管微压计、补偿式微压计、差动式微压计、钟罩式压力计、水银气压计等。
U形管压力计组成有三部分：U形的玻璃管、标尺及管内的工作液体(称为封液)。
单管压力计是由一个宽容器(杯形容器)、一支肘管、标尺、封液等构成的。
液体压力计的测量误差分析及其修正：
1. 毛细现象
2．温度变化对测量结果的影响与修正
3．重力加速度对测量结果的影响与修正
4．读数误差
弹性式压力计
特点：它的结构简单，使用操作方便，性能可靠，价格便宜，可以直接测量气体、油、水、蒸汽等介质的压力。其测量范围很宽，可以从几十帕到数吉帕。它可以测量正压、负压和差压。
分类：可分为机械弹性式压力计和弹性式压力变送器两类。
弹性式压力计：主要由弹性元件、机械传动放大机构、指示机构、外壳、机座等部分构成。弹性式压力计中的弹性元件：主要有膜片、膜盒、弹簧管、波纹管等。
弹性元件的特性
(1)蠕变和疲劳形变：弹性元件经过长时间的负荷作用，当负荷取消后，不能恢复原来的形态，这种特性称为弹性元件的蠕变。
(2)弹性迟滞：弹性元件在弹性范围内加负荷与减负荷时其弹性形变输出特性曲线不重合，这种特性称为弹性迟滞。
(3)弹性后效：当加在弹性元件上的负荷停止变化或被取消时，弹性元件的形变并不是立即就完成，而是要经过一定的时间才完成相应的形变，这种特性称为弹性后效。 （4）弹性特性（5）刚度和灵敏度（6）温度特性 1151系列电容式压力(压差)变送器基本工作原理：将激励电压加于电容器，产生的交变电流经整流、控制、放大，输出4—20mA 直流电流
特点：它具有精确度高，性能稳定，单向过载保护性能好，调整方便，体积小，重量轻等一系列优点。
应用：使用在电力、石油、化工等各领域的生产过程中。在火力发电厂使用1151电容式压力(差压)变送器几乎有一种替代其他种类压力(差压)变送器的趋势。
组成： 变送器由两部分组成：差动式压力(差压)—电容转换和测量电路。
差动式压力(差压)—电容转换关系
测量膜片预张力很大，输入差压p ?与测量膜片位移d ?的关系为
1d K p ?=?，其中12p p p ?=-，1K 为常系数。未通入差压之前，测
量膜片与两边电极距离相等，均为0d ，初始电容00
A
C K
d ε=。通入
差压之后，不妨设0p ?>，则测量膜片产生微小位移d ?，两边电容
分别为10A C K d d ε=+?，20A
C K d d
ε=-?。注意到21210C C d
C C d -?=+，可
见差动电容的相对变化值与p ?成线性关系。设计一个电路处理
2121C C C C -+信号，可得
21
221
C C K p C C -=?+。
处理21
21
C C C C -+信号的优点：
①与差压成正比，不存在非线性误差。 ②与充液的介电常数无关。
③正压室与负压室对称，消除静压误差。
2121d d
C C C C ?=+-
测量电路的作用：
一完成电容—电流的转换，转换成的电流为直流并与⊿d成正比。这由解调器、振荡器、振荡控制放大器完成。
二对转换成的直流电流信号进行控制放大使之成为4～20mA，DC输出，并能实现零点、量程、阻尼调整等功能。这由调零电路、量程调整电路、电流控制放大器、电流转换电路(功率放大)、阻尼调整电路等完成。
三输出电流限制和外接电压保护功能，这由电流限制电路和反极性保护电路完成。
四线性调整功能，这由线性调整电路完成。
工业弹簧管压力表的检定与调整
(1)检定方法: 比较法
(2)主要检定项目:基本误差、变差、零位、指针移动的平稳性、轻敲表示值的变动量、外观检查等.
(3)调整可调整的部位：指针的定位、曲柄长度（OB=r)、拉杆与曲柄之间的初始夹角以及游丝的松紧等。
为什么采用差动平板电容：为提高灵敏度和改善非线性，采用差动形式
应变式压力变送器原理：利用金属应变片或半导体应变片将测压弹性元件的应变转换成电阻变化。
应变式压力变送器的型式组成：感压弹性元件和应变片。也可将二者结合成一体。
测量电路的工作：将应变片电阻的变化转换成电流或电压输出是由测量电路完成的。
常用压力仪表的准确度有1.0级、1.6级、2.5级、4.0级等四个级别。
五、流量测量
按不同的测量原理：流量仪表可分为容积式、速度式和质量式三类
按测量对象：分为封闭管道流量计和明渠流量计两类。
按测量方法和结构：分为差压式流量计、容积式流量计、浮子流量计、叶轮式流量计、电磁流量计、流体振荡流量计、超声波流量计、质量流量计、插入式流量计、明渠流量计和其它流量计（包括激光流量计，靶式流量计、冲量流量计和标记法流量计等）11大类。
流量计特性曲线是描述随流量变化流量计性能变化的曲线，主要有两种不同的表示形式：
1.表示流量计的某种特性（通常是流量系数或仪表系数，也有的是某一与流量有关的输出量）与流量q或雷诺数Re的关系；
2.表示流量计测量误差随流量q或雷诺数Re变化的关系，这种特性曲线一般称为流量计的误差特性曲线。
量程比：在保证仪器准确度的条件下可测的最大流量与最小流量的比值
流量系数表示通过流量计的实际流量与理论流量的比值，一般是通过实验确定。
仪表系数表示通过流量计的单位体积流量所对应的信号脉冲数。
重复性表示用该流量计连续多次测量同一流量时给出相同结果的能力
线性度是表示在整个流量范围上的特性曲线偏离最佳拟合直线的程度。流体流经节流元件时，因为节流元件很短，其与外界的热交换及摩擦生热均可忽略，所以该过程可近似认为是等熵的。在此过程中，流体的压力p与比容v的k次方的乘积为常数，即常数k 称为等熵指数。
转子流量计按锥形管材料的不同，分为玻璃管转子流量计和金属管转子流量计。
玻璃管转子流量计耐压能力低，一般为就地直读式。
金属管转子流量计耐压能力高，一般有就地指示型和信号远传型。
特点：
1、适用于小管径和低雷诺数的中小流量测量；
2、压力损失较低；
3、上游直管段的要求较低；
4、测量范围宽。
容积式流量计工作原理：如果使流体以固定的、已知大小的体积V逐次从流量计中排放流出，则计数单位时间内排放次数就可以求得通过仪器的体积流量。
这就是容积法的工作原理：qv＝nV
测量特点
1 适用于小口径流量和高粘度流体流量的测量。
2 惯性较大，动态特性不好（仪表有可动部分）
3 存在漏油量，有测量误差，小流量不精确。
速度式流量计分类：涡轮式，电磁式，超声波式，热式和差压式。
涡轮流量计工作原理：
（1）在仪表中装一旋转叶轮，流体流过时，推动涡轮旋转，涡轮的转速与流速成正比。（2）涡轮转动时，涡轮上导磁的叶片顺次接近管壁上的线圈，改变线圈磁回路的磁阻，使线圈磁通量发生变化，产生与流量成正比的脉冲信号。
（3）将此脉冲转换成电流信号给出瞬时流量信号，同时累积得到累计流量。这种将转速转换成脉冲信号的方法叫磁阻法。
涡街流量计工作原理：漩涡流量计是利用流体流过阻碍物时产生稳定的漩涡，通过测量其漩涡产生频率而实现流量计量的。
卡门涡街：在流动的流体中放置一根其轴线与流向垂直的非流线性柱形体(加三角柱、圆柱等)，称之为漩涡发生体。当流体沿漩涡发生体绕流时，会在漩涡发生体下游产生不对称但有规律的交替漩涡列，这就是所谓的卡门涡街。
检测方法：热检法、差压法
特点：频率只与流速有关，在一定雷诺数范围内，不受流体性质（压力、温度、粘度和密度等）的影响，故可不需单独标定。（2）测量精度高，误差约为1级，重复性约±0.5级，不存在零点漂移的问题。（3）压力损失小，流量测量范围宽。涡街流量计特别适于大口径管道的流量测量。
超声波流量计工作原理：超声波脉冲在流体中向上游流和向下游的传播速度不同（叠加了流体流速），故可根据超生波向上、下游传播速度之差测得流体的流速。
测速度之差法：时差法(测量顺、逆流传播时由于超声波传播速度不同而引起的时间差)、相差法(测量超声波在顺、逆流中传播的相位差) 频差法（是目前常用的测量方法）。
差压式流量测量工作原理：伯努利定律，通过测量流体流动过程中产生的差压来测量流速或流量。
种类：毕托管、均速管、节流变压降流量计
毕托管：1）对毕托管部件尺寸有要求；2）测量时必须将毕托管固定，3）毕托管探头的轴线必须与管道中心轴线平行，4）前后要有足够长的直管段
特点怎样测平均流速(1)毕托管只能测管道某一点的流速，并不是平均流速。(2)在层流中，平均流速从管壁算起为y=0.2929R处(3)紊流由于截面的流速与雷诺数有关，故用实验法在截面上取若干个测点处,确定平均流速.
六、节流装置
节流式流量计工作原理：在管道中放置一节流元件，流体流经节流元件时发生节流，在节流元件的前后两侧产生压力差（差压）。当流体、工况、管道、节流件、差压取出方式一定时，管道流量与差压有确定的关系。因此可通过测量差压来测量流量。节流式流量计也称为变压
降式流量计。
分类：节流式流量计有标准化和非标准化两类。
非标准化流量计是非通用仪表，即安装在生产过程中使用着的节流式流量计仅适用于该地的情况和工况。因此节流式流量计是根据要求具体设计、安装、使用的。
节流式流量计的测量系统由节流装置、差压计或差压变送器、二次显示仪表（动圈表、自动电位差计）等组成。
标准节流装置由三部分组成：节流件、取压装置、测量直管段（节流件前10D，后5D）。定义：按照国际标准和国家标准规定的技术条件设计定制使用的节流装置
取压装置：
角接取压分为环室取压和单独钻孔取压, 上、下侧压力在节流件前后端面处取出。
法兰取压装置上、下侧压力在连接法兰上距节流件前后端面25.4mm处取出。
径距取压上、下侧压力在测量管段上距节流件前端面Ｄ和后Ｄ处取出。
节流变压降流量计作原理：
1)在管道内装入节流件，流束将在节流件处形成局部收缩，使流速增大，静压力降低，于是在节流件前后产生压力差．
2) 在节流件一定；流体状态一定；管道工况一定；取压方式一定的条件下，管道流量与节流差压流量计的差压信号有确定的关系。
3）因此可通过测量差压来测流量。
常用的节流装置：标准孔板、喷嘴、文丘里管，1/4圆喷嘴等。。3 节流变压降流量计的显示：显示仪表为差压计，不过按流量刻度
标准节流装置的管道条件：要求在节流件前2~4D处的管道截面上已基本形成典型的紊流速度分布，节流件下游的阻力件不影响流速的正常恢复。
我国GB/T2624—93标准中规定的标准节流装置有：
角接取压标准孔板、法兰取压标准孔板、D和1/2D取压标准孔板、角接取压标准喷嘴（ISA1932喷嘴）、长径喷嘴（D和1/2D取压）、经典文丘里管（入口圆筒段上取压和喉部取压）、文丘里喷嘴（上游角接取压和喉部取压）
角接取压标准孔板的适用范围：d≥12.5mm，50mm≤D≤1000mm， 0.2≤β≤0.75， ReD≥5×103（0.2≤β≤0.45）， ReD＞104（β＞0.45）。
法兰取压和径距取压标准孔板的适用范围：d≥12.5mm，50mm≤D≤1000mm，0.2≤β≤0.75，ReD≥1260β2D（D：m）。
流量公式
七、液位测量
测量液位的方法1.浮力式2.静压式3.电气式4.声波式
根据锅炉汽包水位测量的重要性和测量技术的特点，锅炉汽包水位测量系统至少应满足下列基本要求：(1)准确性好。(2)可靠性高(3)维护性好
汽包水位沿其长度方向常常是不一致的，甚至会有很大偏差，其原因有以下几方面： 1、汽包安装条件的影响 2、下降管的影响3、燃烧偏差的影响
锅炉汽包水位测量对象的动态特性是指锅炉给水流量、蒸汽流量或燃烧率扰动时汽包水位变化的特性。
1.给水流量扰动造成给水流量与蒸汽流量不平衡时，汽包水位响应特性
2.蒸汽流量扰动时，汽包水位响应特性
当锅炉负荷急剧变化时，例如蒸汽流量快速增加，此时，汽包压力将随之快速降低，对应的饱和水温度降低，于是汽包水平面以下的水容积中的一部分水会汽化而生成汽泡，造成汽包水位抬高，由于炉水汽化造成的水位抬高速度快于汽水不平衡造成的水位下降速度，因而出现“假水位”现象。反之，当蒸汽流量快速减少时，汽包压力增加，由于对应的饱和水温度升高，使汽包水平面以下水容积中的一部分汽泡变成水，汽泡含量减少，造成水位先行降低的“假水位”现象。
危害：当“假水位”超过汽包水位紧急停炉水位值时，同样也会造成炉水被带入过热器，甚至汽轮机中，轻则造成蒸汽品质恶化、含盐量增加，重则进入主蒸汽管道和汽轮机的蒸汽中含水造成水冲击。
汽包正常水位(Normal Water Level，NWL)是指锅炉正常运行过程中汽包中的水位应该保持的高度，一般称为汽包的零水位。 #
推荐新建锅炉应配置
1套就地水位计、3套差压式水位测量装置和3套电极式水位测量装置，这三种工作原理共存的配置方式较为理想。
3套差压式水位测量装置用于汽包水位控制系统，
3套电极式水位测量装置用于汽包水位保护系统，
1套就地水位表因是无电源的，可以作为电源消失时的最后监视保证。
建议锅炉启动时应以电极式汽包水位测量装置为主要监视仪表，这种配置也能满足这种要求。
云母水位计：由于汽包内汽水界面不像一般储水容器中那样分明，所以汽包水位的测量目前都是测量汽包内的重量水位。
工作原理：此时，在汽包水位测量基准线开一导压口所引出的压力与假想运行状态时在该导压口处引出的压力是相同的,所引出压力的变化代表了水位的变化。
重量水位，即假想某一瞬时汽包出口与入口都封闭起来，汽侧中的水回到水一侧，水侧中的汽回到汽一侧，而且汽、水平静下来时的水位。
由于云母水位计温度低于汽包内温度，因此云母水位计的示值水柱高度低于汽包重量水位高度
误差原因：云母水位计中的水的平均密度ρav不等于汽包内饱和水的密度时ρw，
使得液位计显示的液位不同于容器中的液位，影响因素主要在于：由于液位计中与被测容器中的液温有差别，另外与锅炉汽包压力的变化有关．
减小误差措施：常采用保温、加热、校正等手段．
云母水位计的特点：最大优点：直接反映汽包水位，直观，可靠，缺点：但只能就地监视，并且液位显示不够清晰
双色水位计工作原理：改进了云母水位计结构，辅以光学系统，利用光从空气进入蒸汽或水产生不同的折射，使汽水分界面显示成红、绿两色的分界面，显示清晰，并有利于用工业电视等方式远传显示。
具体方法：当红绿光以不同的角度进入到蒸汽空间，由于蒸汽与空气的光学性质相近，所以折射小，红光通过到影屏上显示，绿光不被显示。当红绿光以不同的角度进入到水空间，由于水棱镜的折射作用，绿光通过到影屏上显示，红光不被显示。结论：水位计中汽柱呈红色，水柱呈绿色。
电接点水位计工作原理：电接点水位计使利用汽包内汽、水介质的电阻率相差极大的性质来测量汽包水位。
电接点水位计由水位传感器和电气显示仪表组成。水位传感器就是一个带有若干个电接点的连通容器，利用其中汽、水导电性能的差别：被水淹没的电接点所在电路处于低电阻(相当于开关闭合)，因此被水接通的电接点位置可表示水位．显示电接点已被导通(即水位位置)的方法很多，最简单的如灯泡亮，也有用带放大器的发光二极管等．
特点：散热引起的误差比云母水位计小，但指示不连续，两电极间的距离就是仪表的不灵敏区。接点之间在高度上的间距不是均匀的，在正常水位附近要密一些。
双室平衡容器特点:温度补偿给固定水柱增装了蒸汽保温室，使得固定水柱的温度达到了汽包内的汽水温度，因而消除了固定水柱非饱和状态时温度的影响。
误差原因
(1) 输出的信号差压与成负线性关系(压力不变时)。
(2) 汽包压力变化时，输出仍受压力的影响(水位不变时)。
(3) 不同水位时压力影响所产生的误差是不同的，在不变的情况下，汽包压力的变化所产生的输出误差为——————误差原因:汽包压力的变化
校正原理通：过引入汽包压力信号进行一定的校正计算，从而消除压力对测量影响的一种补偿方法
差压水位计工作原理：利用平衡容器将水位转换成差压信号，通过测量差压来得到水位。水位—差压转换装置称为平衡容器，其结构形式如图所示，
B卷 北京科技大学2012—2013学年度第1学期 参数检测及仪表试题答案及评分标准 一、填空题（20分） 1，温标是温度的标尺，常用温标包括：经验温标、热力学温标和_国际实用温标_。2，流量测量仪表中，速度式流量计很多，例如电磁流量计、_涡轮流量计_、涡阶流量计、超声波流量计等。 3，物位是指物料相对于某一基准位置的距离，是液位、料位和_相界面_的总称。 4，同型号热电偶异名极串联在一起，总的热电势为各热电偶热电势之和，这种接法称为__热电堆__。 5，弹性膜片分为平膜片和_波纹膜片_，将两膜片焊接在一起内有硬座及填充液，还可构成__膜盒___。 6，金属热电阻温度计的测量电路采用三线制的目的是在将热电阻的变化变成电压信号输出的同时，消除_引线电阻的影响__。 7，在工程上压力的表示主要有三种：绝对压力、表压和_真空度____。 8，节流式差压流量计的取压方式包括：_角接取压_、法兰取压、D/D/2取压、理论取压和损失取压等。 9，热电偶冷端温度处理方法主要有冰点槽法、恒温冰箱法和_补偿电桥法__等。 二，判断对错 1，电容式液位计容易受到虚假液位的影响。（ⅴ） 2，辐射测温仪表只能测量物体的表观温度，无法测量物体的真实温度。（ⅴ） 3，玻璃液体温度计无法在太空中使用。（×） 4，偏心孔板作为非标准节流装置主要是针对低雷诺数流体的流量测量。（×） 5，弹簧管压力计中的弹簧管是圆形的空心金属管子。（×）
三、问答题（40分） 1，什么是热电偶的补偿导线？为什么要使用补偿导线(10) （1）答案 热电偶补偿导线： 在一定温度范围内，与热电偶的热电特性相同的一对带有绝缘层的廉价金属导线称为补偿导线。 使用补偿导线的意义： A，为了使热电势和被测温度对应，热电偶的冷端必须恒定。实际应用中热电偶的长度一般为几十厘米至一、两米。冷端离被测对象很近，易受热源影响，难以恒定。 B，通常热电偶信号要传至数十米的控制室二次仪表处。 上述原因都需要将热电偶延长，但是： A，工业上的热电偶结构都比较固定，不允许随便拉长电极。 B，尤其对于贵金属热电偶，电极比较昂贵，不宜拉长。 C，既使是廉价金属热电偶，电极比较粗，也不宜拉长。 因此要采用补偿导线将电极延长，这样： 可以： A，将热电偶冷端延伸至远离热源或环境温度比较恒定的地方，减小测量误差。 B，降低成本。 C，提高线路的柔性，便于安装。 （2）评分标准 补偿导线定义（3），补偿导线使用的意义（7）。 2，回答全辐射温度计中补偿光阑的作用是什么？ （1）答案 全辐射温度计中感受全波段辐射出度的探测器为热电堆，热电堆式热电偶异名端串连形成的感温器件，其准确性依赖于热电偶冷端温度的恒定，当全辐射温度计所处的环境温度变化时，热电堆冷端温度变化，即环境温度升高时，冷端温度升高，热电堆热电势减小，反之热电势增加，使热电势与热电堆接受的辐射能不相对应。 解决的办法是采用补偿光阑，补偿光阑由双金属感温元件构成，当环境温度升高时，双金属感温元件向外弯曲，光阑的通光孔径变大，有更多的辐射能量进入全辐射温度计，
<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
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 , ，…，
过程控制系统与仪表王再英刘淮霞陈毅静编着 习题与思考题解答 机械工业出版社
第1章思考题与习题 1-1 过程控制有哪些主要特点为什么说过程控制多属慢过程参数控制 解答： 1．控制对象复杂、控制要求多样 2. 控制方案丰富 3．控制多属慢过程参数控制 4．定值控制是过程控制的一种主要控制形式 5．过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成 1-2 什么是过程控制系统典型过程控制系统由哪几部分组成 解答： 过程控制系统：一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。 组成：参照图1-1。 1-4 说明过程控制系统的分类方法，通常过程控制系统可分为哪几类 解答： 分类方法说明： 按所控制的参数来分，有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等；按控制系统所处理的信号方式来分，有模拟控制系统与数字控制系统；按控制器类型来分，有常规仪表控制系统与计算机控制系统；按控制系统的结构和所完成的功能来分，有串级控制系统、均匀控制系统、自适应控制系统等；按其动作规律来分，有比例（P）控制、比例积分（PI）控制，比例、积分、微分（PID）控制系统等；按控制系统组成回路的情况来分，有单回路与多回路控制系统、开环与闭环控制系统；按被控参数的数量可分为单变量和多变量控制系统等。 通常分类： 1．按设定值的形式不同划分：（1）定值控制系统 （2）随动控制系统 （3）程序控制系统 2．按系统的结构特点分类：（1）反馈控制系统 （2）前馈控制系统 （3）前馈—反馈复合控制系统 1-5 什么是定值控制系统
解答： 在定值控制系统中设定值是恒定不变的，引起系统被控参数变化的就是扰动信号。 1-6 什么是被控对象的静态特性什么是被控对象的动态特性二者之间有什么关系 解答： 被控对象的静态特性：稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。 被控对象的动态特性：。系统在动态过程中，被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性。 二者之间的关系： 1-7 试说明定值控制系统稳态与动态的含义。为什么在分析过程控制系统得性能时更关注其动态特性解答： 稳态： 对于定值控制，当控制系统输入（设定值和扰动）不变时，整个系统若能达 到一种平衡状态，系统中各个组成环节暂不动作，它们的输出信号都处于相对静 止状态，这种状态称为稳态（或静态）。 动态： 从外部扰动出现、平衡状态遭到破坏、自动控制装置开始动作，到整个系统 又建立新的稳态（达到新的平衡）、调节过程结束的这一段时间，整个系统各个环节的状态和参数都处于变化的过程之中，这种状态称为动态。 在实际的生产过程中，被控过程常常受到各种振动的影响，不可能一直工作在稳态。只有将控制系统研究与分析的重点放在各个环节的动态特性，才能设计出良好的控制系统。 1-8 评价控制系统动态性能的常用单项指标有哪些各自的定义是什么 解答： 单项性能指标主要有：衰减比、超调量与最大动态偏差、静差、调节时间、振荡频率、上升时间和峰值时间等。 衰减比：等于两个相邻的同向波峰值之比n； 过渡过程的最大动态偏差：对于定值控制系统，是指被控参数偏离设定值的最大值A； y与最终稳态值y（∞）之比的百分数σ； 超调量：第一个波峰值 1
过程参数检测技术实验报告 班级： 学号： 姓名：
实验一压力表和压力变送器的校验、使用及特性分析 1实验目的 1.1了解压力表和霍尔式压力变送器的测量原理及使用方法。 1.2掌握用活塞式压力计校验测压仪表的方法。 1.3通过对压力表和压力变送器的校验进一步了解仪表变差、绝对误差、相对误 差及精度等基本概念。 2实验内容 2.1学习活塞式压力计的操作方法。 2.2对弹簧管压力表进行精度校验。 2.3对霍尔式压力变送器进行精度校验和量程调整。 3实验所用仪器设备 ?活塞式压力计1台 ?标准压力表1块 ?弹簧管压力表1块 ? HYD-2型霍尔式压力变送器1块 ?数字万用表1台 4校验步骤和方法 校验仪器连接图如图 用活塞式压力计作为压力表的压力输入源，关闭活塞式压力计上的切断阀a、b、c、d。将标准压力表、被校压力表或压力变送器分别安装在相应的压力输出端口。 4.1弹簧管压力表的校验
4.1.1检查活塞式压力计是否正常 ?打开进油阀，转动手轮将螺旋杆旋出再旋进往复几次，将管内的空气挤出（在顺时针转动手轮将螺旋杆旋进时，观察油罐内没有气泡出现为止）。 ?逆时针转动手轮，将油罐中的油抽到发生器中来（螺旋杆旋出10cm左右即可）。然后关闭进油阀d，打开切断阀b、c。 ?顺时针转动手轮产生压力，观察标准表指针上升到被校表最大压力时，停止加压，保持五分钟，检查发生器是否有泄漏。若标准表指针保持不动，说明没有泄露。若标准表指针下移，说明有泄漏，查处漏处，减压后进行处理。 然后再重新检查指导不泄漏为止。然后逆时针旋转手轮是标准表指针指零。 4.1.2精度校验 在被校表量程范围内均匀取5点，填入表“被校表示值”一栏。 分别进行正行程校验和反行程校验 4.1.3将校验数据列表，计算仪器的绝对误差、变差及精度。
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。
第 2 章思考题与习题 2-1某一标尺为0～1000℃的温度计出厂前经校验得到如下数据： 标准表读数/℃0 200 400 600 800 1000 被校表读数/℃0 201 402 604 806 1001 2）该表精度； 3）如果工艺允许最大测量误差为±5℃，该表是否能用？ 2-2一台压力表量程为0～10MPa，经校验有以下测量结果： 标准表读数/MPa 0 2 4 6 8 10 被校表读数/MPa 正行程0 1.98 3.96 5.94 7.97 9.99 反行程0 2.02 4.03 6.06 8.03 10.01 2）基本误差； 3）该表是否符合1.0 级精度？ 2-3某压力表的测量范围为0～10MPa，精度等级为1.0 级。试问此压力表允许的最大绝对误差是多少？若用标准压力计来校验该压力表，在校验点为5MPa 时，标准压力计上读数为5.08MPa，试问被校压力表在这一点上是否符合1 级精度，为什么？ 解答： 1）基本误差= ?100% 最大绝对误差?max＝0.01×10＝0.1MPa 2）校验点为5 MPa 时的基本误差：=5.08 - 5 ?100% = 0.8% 10 0.8％<1％，所以符合1.0 级表。
2-4 为什么测量仪表的测量范围要根据被测量大小来选取？选一台量程很大的仪表来测量很小的参数值有什么问题？ 解答： 1） 2） 2-5 有两块直流电流表，它们的精度和量程分别为 1) 1.0 级，0～250mA 2）2.5 级，0～75mA 现要测量 50mA 的直流电流，从准确性、经济性考虑哪块表更合适？ 解答： 分析它们的最大误差： 1）?max ＝250×1％＝2.5mA ；= ± 2.5 ?100% = ±5% 50 2）?max ＝75×2.5％＝1.875mA ；= ± 1.875 ?100% = ±3.75% 50 选择 2.5 级，0～75mA 的表。 2-11 某 DDZ-Ⅲ型温度变送器输入量程为 200～1000℃，输出为 4～20mA 。当变送器输出电流为 10mA 时，对应的被测温度是多少？ 解答： 1000 - 200 = 20 - 4 T ； T=500 ?C 。 10 2-12 试简述弹簧管压力计的工作原理。现有某工艺要求压力范围为 1.2 ±0.05MPa ，可选用的弹簧管压力计精度有 1.0、1.5、 2.0、2.5 和 4.0 五个等级， 可选用的量程规格有 0～1.6MPa 、0～2.5MPa 和 0～4MPa 。请说明选用何种精度和量程（见附录 E ）的弹簧管压力计最合适？ 解答： 1） 工作原理： 2） 根据题意：压力范围为 1.2＋0.5 MPa ，即允许的最大绝对误差?max ＝0.05
第1章过程控制 1-1 过程控制有哪些主要特点？为什么说过程控制多属慢过程参数控制？ 解：1．控制对象复杂、控制要求多样 2. 控制方案丰富3．控制多属慢过程参数控制4．定值控制是过程控制的一种主要控制形式5．过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成 1-2 什么是过程控制系统？典型过程控制系统由哪几部分组成？ 解：过程控制系统：一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。 组成：由被控过程和过程检测控制仪表（包括测量元件，变送器，调节器和执行器）两部分组成。 1-4 说明过程控制系统的分类方法，通常过程控制系统可分为哪几类？ 解：分类方法说明：按所控制的参数来分，有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等；按控制系统所处理的信号方式来分，有模拟控制系统与数字控制系统；按控制器类型来分，有常规仪表控制系统与计算机控制系统；按控制系统的结构和所完成的功能来分，有串级控制系统、均匀控制系统、自适应控制系统等；按其动作规律来分，有比例（P）控制、比例积分（PI）控制，比例、积分、微分（PID）控制系统等；按控制系统组成回路的情况来分，有单回路与多回路控制系统、开环与闭环控制系统；按被控参数的数量可分为单变量和多变量控制系统等。 通常分类：1．按设定值的形式不同划分：（1）定值控制系统（2）随动控制系统（3）程序控制系统 2．按系统的结构特点分类：（1）反馈控制系统（2）前馈控制系统（3）前馈—反馈复合控制系统 1-5 什么是定值控制系统? 解：在定值控制系统中设定值是恒定不变的，引起系统被控参数变化的就是扰动信号。
1-6 什么是被控对象的静态特性？什么是被控对象的动态特性？二者之间有什么关系？ 解：被控对象的静态特性：稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。 被控对象的动态特性：。系统在动态过程中，被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性。 1-7 试说明定值控制系统稳态与动态的含义。为什么在分析过程控制系统得性能时更关注其动 态特性？ 解： 稳态：对于定值控制，当控制系统输入（设定值和扰动）不变时，整个系统若能达到 一种平衡状态，系统中各个组成环节暂不动作，它们的输出信号都处于相对静止状态，这种状态称为稳态（或静态）。 动态：从外部扰动出现、平衡状态遭到破坏、自动控制装置开始动作，到整个系统又建立新的稳态（达到新的平衡）、调节过程结束的这一段时间，整个系统各个环节的状态和参数都处于变化的过程之中，这种状态称为动态。 在实际的生产过程中，被控过程常常受到各种振动的影响，不可能一直工作在稳态。只有将控制系统研究与分析的重点放在 各个环节的动态特性，才能设计出良好的控制系统。 1-8 评价控制系统动态性能的常用单项指标有哪些？各自的定义是什么？ 解：单项性能指标主要有：衰减比、超调量与最大动态偏差、静差、调节时间、振荡频率、上升时间和峰值时间等。 衰减比：等于两个相邻的同向波峰值之比n ； 过渡过程的最大动态偏差：对于定值控制系统，是指被控参数偏离设定值的最大值A ； 超调量：第一个波峰值1y 与最终稳态值y （∞）之比的百分数σ；1 100%() y y σ= ?∞ 残余偏差C ： 过渡过程结束后，被控参数所达到的新稳态值y （∞）与设定值之间的偏差C 称为残余偏差，简称残差；
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。
《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
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 -
过程控制系统与仪表王再英刘淮霞陈毅静编著 习题与思考题解答 机械工业出版社
第1章思考题与习题 1-1 过程控制有哪些主要特点？为什么说过程控制多属慢过程参数控制？ 解答： 1．控制对象复杂、控制要求多样 2. 控制方案丰富 3．控制多属慢过程参数控制 4．定值控制是过程控制的一种主要控制形式 5．过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成 1-2 什么是过程控制系统？典型过程控制系统由哪几部分组成？ 解答： 过程控制系统：一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。 组成：参照图1-1。 1-4 说明过程控制系统的分类方法，通常过程控制系统可分为哪几类？ 解答： 分类方法说明： 按所控制的参数来分，有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等；按控制系统所处理的信号方式来分，有模拟控制系统与数字控制系统；按控制器类型来分，有常规仪表控制系统与计算机控制系统；按控制系统的结构和所完成的功能来分，有串级控制系统、均匀控制系统、自适应控制系统等；按其动作规律来分，有比例（P）控制、比例积分（PI）控制，比例、积分、微分（PID）控制系统等；按控制系统组成回路的情况来分，有单回路与多回路控制系统、开环与闭环控制系统；按被控参数的数量可分为单变量和多变量控制系统等。 通常分类： 1．按设定值的形式不同划分：（1）定值控制系统 （2）随动控制系统 （3）程序控制系统 2．按系统的结构特点分类：（1）反馈控制系统 （2）前馈控制系统 （3）前馈—反馈复合控制系统 1-5 什么是定值控制系统?
解答： 在定值控制系统中设定值是恒定不变的，引起系统被控参数变化的就是扰动信号。 1-6 什么是被控对象的静态特性？什么是被控对象的动态特性？二者之间有什么关系？ 解答： 被控对象的静态特性：稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。 被控对象的动态特性：。系统在动态过程中，被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性。 二者之间的关系： 1-7 试说明定值控制系统稳态与动态的含义。为什么在分析过程控制系统得性能时更关注其动态特性？ 解答： 稳态： 对于定值控制，当控制系统输入（设定值和扰动）不变时，整个系统若能达 到一种平衡状态，系统中各个组成环节暂不动作，它们的输出信号都处于相对静 止状态，这种状态称为稳态（或静态）。 动态： 从外部扰动出现、平衡状态遭到破坏、自动控制装置开始动作，到整个系统 又建立新的稳态（达到新的平衡）、调节过程结束的这一段时间，整个系统各个环节的状态和参数都处于变化的过程之中，这种状态称为动态。 在实际的生产过程中，被控过程常常受到各种振动的影响，不可能一直工作在稳态。只有将控制系统研究与分析的重点放在各个环节的动态特性，才能设计出良好的控制系统。 1-8 评价控制系统动态性能的常用单项指标有哪些？各自的定义是什么？ 解答： 单项性能指标主要有：衰减比、超调量与最大动态偏差、静差、调节时间、振荡频率、上升时间和峰值时间等。 衰减比：等于两个相邻的同向波峰值之比n； 过渡过程的最大动态偏差：对于定值控制系统，是指被控参数偏离设定值的最大值A； y与最终稳态值y（∞）之比的百分数σ； 超调量：第一个波峰值 1
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：
一、某化学反应器，工艺规定操作温度为200±10℃，考虑安全因素，调节过程中温度规定值最大不得超过15℃。现设计运行的温度定值调节系统，在最大阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如下图所示，试求：该系统的过渡过程品质指标（最大偏差、余差、衰减比、振荡周期和过渡时间），并问该调节系统是否满足工艺要求。 参考答案： 最大偏差 A = 230-200 = 30℃ 余差C= 205-200 = 5℃ 衰减比n = y1: y3 = 25:5 = 5:1 振荡周期T = 20 – 5 = 15 （min） 设被控变量进入稳态值的土2％，就认为过渡过程结束，则误差区域=205 ×（±2％）＝±4.1℃ 在新稳态值（205℃）两侧以宽度为±4.1℃画一区域（阴影线）。曲线进入时间点Ts = 22min 工艺规定操作温度为200±10℃，考虑安全因素，调节过程中温度规定值最大不得超过15℃，而该调节系统A=30℃，不满足工艺要求。
最大偏差 A = 230-200 = 30℃ 余差C= 205-200 = 5℃ 衰减比n = y1: y3 = 25:5 = 5:1 二、如图所示，用差压变送器检测液位。已知ρ1＝1200kg／m3，ρ2＝950kg ／m3，h1＝1.0m，h2＝5.0m，液位变化的范围为0～3.0m，如果当地重力加速度g＝9.8m／s，求差压变送器的量程和迁移量。 当液位在0～3.0m变化时，差压的变化量为 ρ1gHmax＝1200×9.8×3.0＝35280 Pa 根据差压变送器的量程系列，可选差变的量程为40kPa 当H＝0时，有 Δp＝－ρ2g（h2－h1）＝－950×9.8×（5.0－1.0）＝－37240 Pa 所以，差压变送器需要进行负迁移，负迁移量为37.24kPa 迁移后该差变的测量范围为－37.24～2.76kPa 若选用DDZ-Ⅲ型仪表，则当变送器输出I＝4mA时，表示H＝0；当I＝20mA时，H＝40×3.0／35.28＝3.4m，即实际可测液位范围为0～3.4m。