3.1&3.2压力检测及仪表

§3(第三章)检测仪表与传感器技术参数：压力、温度等技术工具：压力表，温度计等检测仪表应包括：信号检出及显示检测仪表：用来检测生产过程中有关技术参数的技----------术工具。检测仪表敏感元件传感器显示仪表对被测变量作出响应,把它转换为适合测量的物理量.感受非电量（被测量）大小，并按一定的规律转换成可用输出信号（一般为电、气压信号）.将检测结果以指针位移、数字、图像等形式,准确地指示、记录或储存.传感器配以适当的信号调理电路把检测到的信号进一步转换成统一标准的电或气信号的装置---变送器0~10mA，4~20mA，0.02~0.1MP一、测量过程与测量误差测量是用实验的方法,求出某个量的大小。VqQ举例测一段导线的长度测量实质：是将被测参数与其相应的测量单位进行比较，得出测量值（指示值）的过程。单位—基准规定真值或约定真值§3-1概述米基准：光在真空中1/299792458S时间间隔内所经路径的长度。相对真值:计量器具按精度不同分为不同等级，上一等级的指示值即为下一等级的真值测量过程与测量误差测量误差：由仪表读得的被测值(测量值)与被测参数的真实值之间的差距。绝对误差tIxxxI：仪表指示值,xt：被测量的真值由于真值无法得到0xxx：被校表的读数值，x0：标准表的读数值ttIxxxxxxx或000相对误差测量误差按其产生原因的不同,可以分为三类：系统误差疏忽误差偶然误差计量器具分为计量基准、计量标准、工作用计量器具三种。a)计量基准由国务院计量行政部门负责建立，作为统一全国量值的最高依据b）按国家计量检定系统表规定的准确度等级，用于检定较低等级计量器具或工作计量器具的计量器具叫做计量标准c）工作计量器具是用于现场测量标准传递二、仪表的性能指标1.精确度说明：仪表的测量误差可以用绝对误差Δ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Δmax。两大影响因素绝对误差和仪表的标尺范围绝对误差0xx仪表在标尺范围内，同时对同一点参数测量的两个读数之差仪表的性能指标%100max标尺下限值标尺上限值相对百分误差δ允许误差%100标尺下限值标尺上限值差值仪表允许的最大绝对误允仪表在规定的环境条件下测量获得的误差----基本误差仪表在超出了规定的正常工作条件时测量获得的误差----测量误差=基本误差+附加误差精确度等级仪表的允许相对百分误差去掉“±”号及“％”号仪表的δ允越大，表示它的精确度越低；反之，仪表的δ允越小，表示仪表的精确度越高。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。允许误差%100标尺下限值标尺上限值差值仪表允许的最大绝对误允仪表的性能指标%8.0%1002007004举例例1-1某台测温仪表的测温范围为200~700℃，校验该表时得到的最大绝对误差为±4℃，试确定该仪表的相对百分误差与准确度等级。解该仪表的相对百分误差为如果将该仪表的δ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，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。仪表的性能指标%100标尺下限值标尺上限值最大绝对差值变差2.变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差值。图3-1测量仪表的变差仪表的变差不能超出仪表的允许误差，否则应及时检修。仪表的性能指标3.灵敏度与灵敏限仪表的灵敏度是指仪表指针的线位移或角位移，与引起这个位移的被测参数变化量的比值。即xS式中，S为仪表的灵敏度；Δα为指针的线位移或角位移；Δx为引起Δα所需的被测参数变化量。仪表的灵敏限是指能引起仪表指针发生动作的被测参数的最小变化量。通常仪表灵敏限的数值应不大于仪表允许绝对误差的一半。仪表的性能指标4.分辨力.9999999例如:七位数字电压表,最低量程为1V数字式仪表中，用分辨率表示灵敏度。%100max仪表量程ff5.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1-2线性度示意图式中，δf为线性度（又称非线性误差）；Δfmax为校准曲线对于理论直线的最大偏差（以仪表示值的单位计算）。仪表的性能指标6.反应时间反应时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。仪表的性能指标例题分析1.某台具有线性关系的温度变送器,其测温范围为0～200℃,变送器的输出为4～20mA。对这台温度变送器进行校验,得到下列数据:输入信号标准温度/℃050100150200输出信号/mA正行程读数x正正行程读数x反44.0288.1012.0112.1016.0116.092020.01试根据以上校验数据确定该仪表的变差、准确度等级与线性度。234输入下限值输入上限值输出下限值）温度值（输出上限值I)(840200)420(50mAI解:该题的解题步骤如下。(1)根据仪表的输出范围确定在各温度测试点的输出标准值x标。任一温度值的标准输出信号(mA)为例如,当温度为50℃时,对应的输出应为其余类推。24(2)算出各测试点正、反行程时的绝对误差Δ正与Δ反,并算出正、反行程之差Δ变,分别填入下表内(计算Δ变时可不考虑符号,取正值)。输入信号/℃050100150200输出信号/mA正行程读数x正反行程读数x反标准值44.02488.10812.0112.101216.0116.09162020.0120绝对误差/mA正行程Δ正反行程Δ反00.0200.100.010.100.010.0900.01正反行程之差Δ变0.020.100.090.080.0125(3)由上表找出最大的绝对误差Δmax,并计算最大的相对百分误差δmax。由上表可知)(10.0maxmA%625.0%10042010.0max去掉δmax的“±”号及“%”号后,其数值为0.625,数值在0.5～1.0之间,由于该表的δmax已超过0.5级表所允许的δ允,故该表的准确度等级为1.0级。26%625.0%100420max变变(4)计算变差由于该变差数值在1.0级表允许的误差范围内,故不影响表的准确度等级。注意若变差数值Δ变max超过了绝对误差Δmax,则应以Δ变max来确定仪表的准确度等级。27(5)由计算结果可知,非线性误差的最大值Δfmax=0.10,故线性度δf为%625.0%10042010.0%100max仪表量程ff注意在具体校验仪表时,为了可靠起见,应适当增加测试点与实验次数,本例题只是简单列举几个数据说明问题罢了。28§3-2压力检测及仪表压力:由气体或液体均匀垂直地作用于单位面积上的力一、压力单位及测压仪表1.压力定义2.单位3、压力的表示压力的表示：绝对压力单位面积所受到的力相对压力（表压）绝对压力与大气压之差P表压=P绝-P大气真空度大气压与绝对压力之差P真空度=P大气-P真绝P负压=P真绝-P大气绝对压力P真绝P真空度P表压标准大气压绝对压力0线真空绝对压力线表绝对压力线P绝4、压力计的分类与工作原理工业压力计通常按敏感元件的类型进行分类：液柱式压力计活塞式压力计弹性式压力计电气式压力计液柱式压力计测量原理：P=h所以h=P/单管压力计U型管压力计斜管压力计液柱式压力计允许误差:±0.02~±0.15%测量范围:较窄活塞式压力计测量原理：通过流动介质将压力转换成活塞上所加平衡砝玛的质量精确度高允许误差:±0.02~±0.05%测量范围:几千Pa~几千MPa常用作标准仪表，检验其它压力计标准传递活塞式压力计二、弹性式压力计工作原理：利用弹性元件在被测介质压力作用下产生弹性变形,再通过转换装置转换为位移量进行测量。特点:结构简单,测量范围宽几百Pa~1000MPa精度不太高核心:弹性元件根据弹性元件形式的不同可以分为3类：弹簧管式压力计薄膜式压力计波纹管式压力计1.弹性元件弹簧管式弹性元件单圈弹簧管多圈弹簧管测量范围几千Pa~1000MPa薄膜式弹性元件膜片膜合测量低压1600Pa~2.50MPa100Pa~60000Pa波纹管式弹性元件用于微压或低压测量2.弹簧管管压力表电接点信号压力表三、电气式压力计原理通过机械和电气元件将压力转换成电信号进行传输及显示的仪表组成压力传感器测量电路指示器记录仪控制器压力电量压力变送器霍尔片式压力传感器电气式压力计分两大类I.弹簧管式电气压力计（电远传弹性压力计）II.电气式压力计常见压力传感器外形工业压力变送器数字压力变送器通用压力变送器隔离压力变送器高温压力变送器隔离压差变送器隔离液位变送器微压变送器电容压力变送器隔膜压力变送器绝压变送器双膜压差变送器微型探针压力计暖风空调压力计湿式压力变送器本安压力变送器OEM血压计OEM压力芯片