检测技术及仪表1

机械工业出版社机械工业出版社《检测技术及仪表》教学课件总目录第1章测量技术及误差理论基础第2章温度的测量第3章压力和压差的测量第4章流量的测量第5章物位的测量第6章机械量的测量机械工业出版社第1章测量技术及误差理论基础本章介绍检测技术和测量仪表的作用、测量的基本概念、仪表性能指标的计算方法和测量误差的基本理论；分析了测量误差的产生原因及处理方法；测量准确度的评定与表示方法。返总目录机械工业出版社教学目录：1.1概述1.2测量误差返总目录机械工业出版社1.1概述1.1.1测量的概念1.1.2测量方法重点：测量的概念。重点：测量方法的分类。难点：组合测量法。返总目录返本章目录机械工业出版社重点：测量的变换功能。难点：测量的变换功能。1.1.4测量仪表的基本性能指标重点：静态特性指标。难点：动态特性指标。1.1.3测量仪表的基本功能返总目录返本章目录机械工业出版社1.1.1测量的概念测量：就是借助专用的工具或装置，通过适当的实验方法或计算，对被测对象收集信息的过程。包括：狭义测量，广义测量0XXKX为被测量；X0为标准量，即单位；K为比值倍数。返本章目录返本节目录机械工业出版社1.1.2测量方法直接测量法：用测量精确程度较高的仪器测量被测量，直接得到测量结果的方法。间接测量法：利用被测量与某些物理量间的函数关系，先测出这些物理量（间接量），再得出被测量数值的方法。组合测量法：被测量与多个量存在多元函数关系时，可以直接测量出这几个相关的量，然后解方程组求出被测量。返本章目录返本节目录机械工业出版社1.1.3测量仪表的基本功能1.变换功能：利用物质的物理、化学性质，把被测量转变成便于测量、传输和处理的另一种物理量的过程。2.选择功能：实现测量，在设计制造仪表或变换元件时，应使其具有选择的功能，即选择有用测量信号而抑制其他干扰信号的功能。3.比较功能4.显示功能：测量仪表将测量结果指示或记录下来的功能。返本章目录返本节目录机械工业出版社1.1.4测量仪表的基本性能指标1、静态性能指标（1）非线性度（2）灵敏度（3）变差（4）基本误差和精度2、动态性能指标返本章目录返本节目录机械工业出版社1、静态性能指标测量仪表的非线性度（1）非线性度是指仪表的特性曲线与端基直线最大输出偏差值的绝对值与量程比值的百分数，即：%100max/下上yyyyEiie量程=Y上-Y下测量量程=X上-X下返本章目录返本节目录机械工业出版社（2）灵敏度在稳定状态下，仪表的输出增量对输入增量的比值，称为仪表的灵敏度。它就是仪表静态特性曲线上相应点的斜率：返本章目录返本节目录机械工业出版社（3）变差变差：是指测量仪表在同一输入量下，其上行程与下行程输出量的最大差值。变差通常也表示成相对百分数的形式，即：%100max/下上yyyyEiib原因：主要由于传动机构的间隙、摩擦或者仪表元器件吸收、释放能量所造成的。返本章目录返本节目录机械工业出版社（4）基本误差和精度在测量仪表量程范围内，输出量和理论值的最大偏差与量程比值的百分数，称做仪表的基本误差。即：%100max下上yyy用来表征测量仪表基本误差允许值等级的量，称做仪表的精度。例如：0.5级精度的仪表，其允许基本误差是-0.5%≤δ允≤0.5%；也就是说，精度数值前加上正、负号后加％即为其允许误差范围。反过来，把允许误差限值去掉正负号及％即为精度。返本章目录返本节目录机械工业出版社2、动态性能指标仪表的输入量随时间而变化的工作状态，称为动态。仪表在动态下工作出现的输出特性，称为动态特性。仪表输入发生变化，必然引起输出值的变化，即引起动态响应。输出值随时间变化的曲线，称为动态响应曲线。（1）阶跃响应（2）频率响应返本章目录返本节目录机械工业出版社（1）阶跃响应上升时间tr：y(t)从10%yH到达90%yH所需的时间。峰值时间tp：y(t)到达第一次峰值所需要的时间，称为峰值时间。稳定时间ts：y(t)到达误差允许范围±5%所需的时间称为稳定时间。二阶仪表阶跃响应性能指标返本章目录返本节目录机械工业出版社（2）频率响应当测量仪表的输入信号为一定频率和幅值的波动信号时，其输出值所引起的响应，称做频率响应。返本章目录返本节目录机械工业出版社3、测量仪表的可靠性（1）可靠度（2）失效率（3）平均无故障工作时间λ(t)-t曲线返本章目录返本节目录机械工业出版社1.2测量误差1.2.1误差存在的绝对性1.2.2误差的表示形式1.2.3误差的的分类1.2.4仪表的准确度重点：误差的表示形式、误差的分类。难点：误差的表示形式。返本章目录机械工业出版社1.2测量误差1.2.2误差的表示形式（1）绝对误差测量值与真实值的差值：Δx=x-x0（2）相对误差测量结果的绝对误差与真值比值的百分数称为相对误差，即：%100%1000下上下上yyyyyyy返本章目录返本节目录机械工业出版社（3）引用误差所谓引用误差，就是测量仪表的在量程范围内某点的示值的绝对误差与其量程比值的百分数。用最大引用误差确定仪表精度和选择仪表精度的方法通过例题讲解。%100%100000xxxxx返本章目录返本节目录机械工业出版社%6.0%1001006003%100maxmaxMΔ引解：该测温仪表的最大引用误差为去掉%后，该表的精度值为0.6，介于国家规定的精度等级中0.5和1.0之间，而0.5级表和1.0级表的允许误差δ表允分别为±0.5%和±1.0%。则这台测温仪表的精度等级只能定为1.0级。例1-1某台温度检测仪表的测温范围为100～600℃，校验该表时得到的最大绝对误差为3℃，试确定该仪表的精度等级。例题返本章目录返本节目录机械工业出版社例1-2现需选择一台测温范围为0～500℃的测温仪表。根据工艺要求，温度指示值的误差不允许超过±4℃，试问：应选哪一级精度等级的仪表？解：工艺允许相对误差为%8.0%10005004%100MΔ工允工允去掉±和%后，该表的精度值为0.8，也是介于0.5～1.0之间，而0.5级表和1.0级表的允许误差δ表允分别为±0.5%和±1.0%。应选择0.5级的仪表才能满足工艺上的要求。例题返本章目录返本节目录机械工业出版社1.2.3误差的的分类系统误差大小和方向保持固定，或按一定规律变化的误差。随机误差各次测量误差的大小和方向没有规律性。但是，若对这些误差进行大量统计，其出现是符合统计规律的。疏忽误差由于操作者的粗心大意或失误所造成的测量误差，称为疏忽误差。缓变误差误差的数值随着时间而缓慢变化的误差，称为缓变误差（按照产生的原因及其性质来分）返本章目录返本节目录机械工业出版社1.2.4仪表的准确度1.正确度系统误差直接影响测量值与真值的差值，它是表征测量结果正确度的误差。2.精密度用随机误差来表征测量结果的精密度。3.准确度同时表征测量结果与真值的接近程度和多次测量值的离散程度的物理量，又称精确度。它是反映系统误差和随机误差合成情况的一个物理量。返本章目录返本节目录机械工业出版社第2章温度的测量本章介绍了温标的概念，然后按照测量方法的分类，分别介绍了各种测温方法和仪表：包括接触式测温仪表、非接触式测温仪表、新型温度传感器和仪表系列温度变送器。返总目录机械工业出版社教学目录：2.1概述2.2接触式测温方法及仪表2.3非接触式测温方法及仪表2.4新型温度传感器2.5温度变送器返总目录机械工业出版社2.1概述2.1.1温度和温标2.1.2测温方法分类重点：几种常用温标的定义。难点：各种温标之间的换算。重点：分类原则、各种测温方法的优缺点。返本章目录返总目录机械工业出版社2.1.1温度和温标1.温度的基本概念温度是表征物体冷热程度的物理量。2.温度的测量3.温标温标就是温度的数值表示方法。温标的三要素（三个基本条件）：温度计、固定点和内插方程。4.温标的传递返本节目录返本章目录机械工业出版社四种常用温标：（1）摄氏温标（℃）摄氏温标规定在标准大气压下，水的冰点为0℃，水的沸点为100℃，并将两固定点之间等分100份，每一份称为摄氏一度，一般用“℃”表示摄氏度数。（2）华氏温标（℉）华氏温标规定在标准大气压下，水的冰点为32℉，水的沸点为212℉，在这两个固定点之间划分180等份，每一份称为华氏一度，用“℉”表示。华氏温标与摄氏温标有如下关系：m=1.8n+32式中，m、n分别表示华氏温度值和摄氏温度值。2.1.1温度和温标返本节目录返本章目录机械工业出版社（3）热力学温标（K）热力学温标是建立在热力学第二定律基础之上的一种理想温标，它与物质性质无关。是纯理论性的，无法直接加以实现。（4）90国际温标（ITS—90）ITS—90同时使用国际开尔文温度（符号T90）和国际实用摄氏温度（符号t90）。T90与t90的关系为：t90=T90–273.15式中，T90的单位是开尔文（K），t90的单位是摄氏度（℃）。这里摄氏度与开尔文温度分度值相同，即温度间隔lK等于1℃。2.1.1温度和温标返本节目录返本章目录机械工业出版社例题例2-1已知某点温度为10℃，将该温度转换为华式温标和90国际温标。解：根据各种温标间的关系m=1.8n+32=(1.8×10+32)℉=50℉T90=t90+273.15=(10+273.15)K=283.15K返本节目录返本章目录机械工业出版社2.1.2测温方法分类1.接触式测温2.非接触式测温膨胀式温度计、压力式温度计、热电偶温度计、热电阻温度计等。光学高温计、光电高温计、辐射高温计和比色高温计等。返本节目录返本章目录机械工业出版社2.2.1膨胀式温度计2.2.2压力式温度计2.2.3热电偶温度计2.2.4热电阻温度计2.2接触式测温方法及仪表2.2.5接触式测温实例返本章目录机械工业出版社2.2.1膨胀式温度计1.液体膨胀式温度计液体膨胀式温度计是一种直读式的、应用最早的温度测量仪表，最常见的是玻璃管式温度计。1—安全包2—标尺3—毛细管4—感温包图2-1玻璃管式温度计返本节目录返本章目录机械工业出版社2.固体膨胀式温度计（1）杆式温度计（2）双金属式温度计返本节目录返本章目录机械工业出版社2.2.2压力式温度计测量原理：是基于封闭在容器中的液体、气体或某种低沸点的饱和蒸气受热后体积膨胀而使压力发生变化的性质。返本节目录返本章目录机械工业出版社重点：热电偶的基本定律应用、冷端温度补偿、热电偶的选型、安装。难点：冷端温度补偿、热电偶的选型。组成:由热电偶、连接导线和显示仪表（电位差计或动圈仪表）组成。优点：结构简单、制造方便、测量范围宽（－271.15℃～2800℃）、热惯性小、精度高、适于远距离测量和便于自动控制等。2.2.3热电偶温度计返本节目录返本章目录机械工业出版社2.2.3热电偶温度计1.热电偶的测温原理2.热电偶回路特性3.热电极材料4.热电偶的种类5.热电偶的结构形式6.热电偶的冷端温度补偿7.热电偶的实用测温电路8.热电偶的校验返本节目录返本章目录机械工业出版社1.热电偶的测温原理热电效应：把两种不同材料的金属导体（或半导体）A和B连接成闭合回路，若两个接点温度t与t0不相等，则回路中就会产生热电动势，这一现象称为热电效应。参比端（冷端或自由端）热电势热电极A热电极B测量端（热端或工作端）返本节目录返本章目录机械工业出版社（1）温差电动势：tUA(t)t0UA(t0)UA(t,t0)tt0UA(t,t0)=UA(t)-UA(t0)1.热电偶的测温原理返本节目录返本章目录机械工业出版社（2）接触电动势1.热电偶的测温原理返本节目录返本章目录机械工业出版社（3）热电偶回路的总电动势)()(),(00ABtftfttE返本节目录返本章目录机械工业出版社2.热电偶回路特性（1）中间导体定律在热电偶回路中引入第三种导体，只要第三种导体两端的温度相同，则此第三种导体的引入不会影响热电偶回路的热电动势。返本节目录返本章目录机械工业出版社中间导体定律具有如下实用价值：2.热电偶回路特性返本节目录返本章目录机