宋彤过程检测技术及仪表小结实用教案

1、1. 知识要点(yodin)1.1检测技术与检测仪表 检测过程:能量转换+与标准单位比较 检测系统的构成(方框图)。1.2检测仪表的基本性能 概念及描述式 准确度与精度等级 仪表的准确度通常用仪表满刻度相对百分误差略去百分号来表示，也称精度或精确度。 精度等级的数值越小，仪表的准确度越高，或者说仪表的测量误差越小。第1页/共25页第一页，共25页。 灵敏度 S 检测仪表对被测量变化的灵敏程度，即在被测量改变时，经过足够时间检测仪表输出值达到稳定状态后，仪表输出变化量匀与引起此变化的输人变化量酝之比;回差(变差) 反映(fnyng)检测仪表对于同一被测量在其上升和下降时对应输出值之间的差值。 线

2、性度 衡量检测仪表实际输入一输出特性偏离线性的程度，用非线性误差来表示，它是实际值与理论值之间的绝对误差的最大值.第2页/共25页第二页，共25页。1.3 测量误差的理论(lln)基础（1）误差定义、分类及产生原因 误差分类（表示法）： 绝对误差、相对误差、相对百分误差、最大相对百分误差等 系统误差、随机误差和粗大误差。 第3页/共25页第三页，共25页。系统误差 在同一条件下，对同一被测参数进行多次重复测量时，所出现的误差在数值和符号上都相同，或者按一定规律变化的误差称为系统误差，前者称为恒值系统误差，后者称为变值系统误差。 产生(chnshng)系统误差的主要原因 测量原理或测量方法的不完

3、善、 标准量值的不准确、 仪表本身的缺陷及环境条件的变化等。 系统误差是可以通过修正来补偿，但不能完全排除。第4页/共25页第四页，共25页。随机误差 在同一测量条件下，多次重复测量同一被测量时，其误差绝对值和符号以不可预定的随机性的方式变化，此误差称为随机误差。 随机误差的产生可能是由于人们尚未认识(rn shi)的原因，或目前尚无法控制的某些因素（如电子线路中的噪声）的影响，即偶然因素所引起的。 随机误差不能 通过修正方式消除，只能利用统计方式估计。最大随机误差: 3第5页/共25页第五页，共25页。粗大误差 超出在规定条件下预期的误差称为粗大误差。此误差值较大(jio d)，明显表现为测

4、量结果异常。 产生原因：测量时读错、记错仪表指示值，仪表操作失误，测量数据计算错误等。 含粗大误差的测量结果毫无意义，应该剔除。第6页/共25页第六页，共25页。（2）系统误差的合成考虑测量模型 Xi为被测参数或外界影响因素。当函数关系(gun x)明确，各个影响量的测量误差 x i已知，则待测量 y 的总误差 y 为，第7页/共25页第七页，共25页。第2章 检测技术(jsh)与检测元件 2.1 各种元件的工作原理及特点知识(zh shi)要点（1）机械式检测元件 机械式检测元件是将被测量转换为机械量信号（如位移、振动频率、转角等），主要有弹性式检测元件和振动式检测元件。第8页/共25页第八

5、页，共25页。（2）电阻式检测元件 电阻式检测元件的基本原理是将被测物理量转换成元件的电阻值的变化。常用的检测元件有电阻应变元件、热电阻等。 应变式检测元件（电阻应变片） 电阻应变片是基于“应变效应”工作的，即导体或半导体材料在外力作用下产生机械(jxi)变形，引起其电阻值的改变。热电阻式检测元件 物质的电阻率随温度的变化而变化的特性称为热电阻效应，利用热电阻效应制成的检测元件称为热电阻。热电阻分为金属热电阻和半导体热敏电阻两大类。第9页/共25页第九页，共25页。 金属热电阻 常用的金属热电阻有铂电阻和铜电阻等。a .铂电阻 铂电阻有很好的化学稳定性，且复现性好，可作为基准电阻和标准(bio

6、zhn)热电阻， 温度测量范围为-200 850 。b .铜电阻 铜电阻具有电阻温度系数大，易加工，线性好等优点。但易被氧化， 测量范围一般为 -50150 。注意：热电阻接线方式及特点第10页/共25页第十页，共25页。 半导体热敏电阻 热敏电阻是由金属氧化物或半导体材料制成的热敏元件。种类： 负温度系数（ NTC ）热敏电阻、 正温度系数 ( P TC ）热敏电阻、 临界温度(ln ji wn d)（ CTR ）热敏电阻三种。 热敏电阻的电阻值高，且电阻温度系数大，化学稳定性好， 测温范围在 -100300 之间。第11页/共25页第十一页，共25页。（3） 电容式检测元件 电容式检测元件

7、实际上是一种可变电容器，它能将被测量的变化转换为电容量的变化。 变极距式电容器 变面积式电容器 变介电常数式电容器利用电容式检测元件可测量压力、差压、物位等参数。在构成检测仪表时要注意温度和寄生电容等的影响，并采取必要(byo)的补偿和抗干扰措施，以提高测量准确度。第12页/共25页第十二页，共25页。（4） 热电式检测元件 热电偶检测元件 热电偶的热电势主要由接触电势产生(chnshng)，所以闭合回路的总电势可表示为 00,ABABABET TeTeT第13页/共25页第十三页，共25页。热电偶基本定律， 均质导体定律 热电势与导体的几何尺寸、接点以 外处的温度无关。 中间导体定律 在热电

8、偶回路中接入第三种导体，只要该导体两端温度相同(xin tn)，则该导体的接入不会改变原热电偶回路的总电势。 中间温度定律 设在热电偶两接点 A 、 B 间有一点 C ，则存在00,ABABCABCET TET TETT第14页/共25页第十四页，共25页。热电偶回路电势同时与两点温度 T,T0 有关，所以在使用时 T0 必须保持恒定或进行补偿，使得热电势只与被测温度有关。注意：热电偶分度表的应用。晶体管温度检测元件 晶体二极管的 PN 结正向电压 Ud 和晶体三极管的基极(j j)、发射极间的电压 Ube 与温度 T 有关，利用这个原理可制成晶体管温度检测元件。第15页/共25页第十五页，共

9、25页。(5)压电式检测元件某些材料在沿一定方向受外力作用时，在特定两个相对表面上产生符号相反，数值相等的电荷现象称为正压电效应(y din xio yng)。电荷量与所受作用力成正比。压电式检测元件就是基于压电效应(y din xio yng)利用压电材料作为敏感元件来实现参数测量的。第16页/共25页第十六页，共25页。(6)光电式检测元件 光电效应分为外光电效应和内光电效应。外光电效应 在光线作用下，使其内部电子(dinz)逸出物体表面的现象。 基于外光电效应的光电器件有光电管、光电倍增管。内光电效应 物体在光线作用下，其内部的原子释放电子(dinz)，从而导致物体的电阻率发生变化或产生

10、电动势的现象称为内光电效应。 基于该效应的光电器件有光敏电阻、光电池、光敏二极管、光敏三极管等。第17页/共25页第十七页，共25页。（7）霍尔检测元件 霍尔检测元件是一种基于霍尔效应的检测元件，它可将被测量，如电流、磁场、位移、压力等转换成霍尔电压。（8）核辐射式检测元件 核辐射式检测元件是利用(lyng)被测物质对射线的吸收、散射、反射或射线对被测物质的电离作用而工作的，当射线通过物质时，因能量被吸收其强度逐渐减弱，通过厚度为 x 的物质后的辐射强度 I 可表示：0 xII e第18页/共25页第十八页，共25页。2.2 检测仪表的信号变换（1）常见信号变换方式(fngsh) 信号变换按结

11、构形式来分主要有简单直接式变换、差动式变换、参比式变换和平衡（反馈）式变换。简单直接式变换 简单直接式的特点简单直接式变换仪表是一种开环式仪表，结构简单，工作可靠(kko)，但仪表的准确度较低，信息能量传递效率较低。第19页/共25页第十九页，共25页。差动式变换 差动式变换是采用两个转换元件同时感受敏感元件的输出量，并把它转换成两个性质相同，但沿反方向变化(binhu)的物理量（一般为电学量。通过转换电路进行差动放大。差动式变换特点：有效输出信号提高一倍，信噪比得到改善；非线性误差减小；（但不能减小敏感元件非线性影响）易于实现初始状态（“零”输人）的零输出；能消除部分环境因素的影响。第20页

12、/共25页第二十页，共25页。参比式变换参比式变换中采用两个性能完全相同的检测元件，它们同时感受环境条件量，但只有一个感受被测量。采用参比式变换可以(ky)较好地消除干扰来源明确的环境条件量的影响。不能克服敏感元件非线性影响。第21页/共25页第二十一页，共25页。平衡（反馈(fnku)）式变换l 变换环节的信号输人、输出关系可近似为反馈系数的倒数。当反馈系数比较稳定时，整个(zhngg)变换环节就可以达到比较高的准确度。l 根据平衡时比较器的输入信号 xi 和 xf 之间是否有差值，有无差随动式变换和有差随动式变换之分。第22页/共25页第二十二页，共25页。（2） 检测仪表中常见的信号变换方法 位移与电信号的变换 常用的转换元件如下。.霍尔元件: 将霍尔元件置于非匀强磁场中（一般为线性的），并与敏感元件自由端（产生位移端）相连。当敏感元件的自由端产生位移，并带动霍尔元件时，由于霍尔元件所受磁场强度的变化而改变霍尔电势。.电容器: 电容器由固定(gdng)极板和动极板组成，当动极板随敏感元件自由端变化时，电容器的电容量随之而变，从而把位移转换成电容量。.差动变压器: 将敏感元件自由端与位于差动变压器骨架中间的铁芯相连，敏感元件自由端（也就是铁芯）的位移变化改变变压器的互感系数，使变压器副边线圈的感应电动势