安全检测与监控技术ppt课件

1、平安检测与监控技术第1章 平安检测概述l平安检测在平安科学中的位置与义务l平安检测与工业运转形状信息的关系l平安检测系统的组成和分类l平安检测技术的开展趋势1.1平安检测在平安科学中的位置与义务 工业革命给人类带来了无穷的财富，但是，工业事故和工业灾难与科技开展和社会提高 伴随而来，从泰坦尼克号到切尔诺贝利核泄露，人类阅历了无数次危险和灾难。现代化学工业、高能技术、高新技术、航空航天技术、核工业技术以及探海技术的开展以及规模安装、大型结合安装的出现，使技术密集性、物质高能性和过程高参数性更为突出,使得当代工业消费、科学探求、经济运转中的事故更具突发性、灾难性、社会性。由于事故景象越来越复 杂，

2、损失越来越繁重，迫使人们必需仔细地去分析事故景象，研讨事故规律，建立平安科学，开展平安工程学科。1.1平安检测在平安科学中的位置与义务l美国大停电事故；l博帕尔市农药厂爆炸事故；l切尔诺贝利核电站核走漏；l日本福岛第一核电站事件1.1平安检测在平安科学中的位置与义务 现代消费安装和系统对工程技术的严厉性和严密性提出更高的要求，这就使不太重要的技术 缺陷对于现代安装和系统往往成为灾难性隐患。工业过程的微小温度或压力的变化、高速流 体系统的流量流速的变化、快速运转机械平衡条件的微小变化、物料配比系统的微小失误、 高压安装的细小裂纹、爆炸危险体系的微小触发能量等，对于现代安装、高能过程和高技术 系统

3、都会导致消灭性的灾难。这些平安管理决策的根底信息都需求经过平安检测来提供，使 消费过程或特定系统按预定的目的运转，防止和控制系统因受不测的干扰或动摇而偏离正常 运转形状并导致缺点或事故。1.1平安检测在平安科学中的位置与义务l 平安检测与控制是平安管理任务的“眼睛和耳朵，是平安管理工程的重要组成部分。l 它是平安科学技术的三级学科，是确定平安消费及系统平安运转的重要技术手段。l 平安工程、丈量检验技术、自动控制技术、信息工程、仪器仪表、环境科学、系统工程等的边缘学科。1.1平安检测在平安科学中的位置与义务 借助于仪器、仪表、传感器、探测设备等工具迅速而准确地了解消费系统及作业环境中危险要素与有

4、毒有害要素的类型、危害程度、范围及动态变化，对职业平安与卫生形状进展评价，对平安技术及设备进展监视，对平安技术措施的效果进展检测，提供可靠而准确的信息，以改善劳动作业条件，改良消费工艺过程，控制系统或设备的事故缺点发生，一切这些运作过程被称为平安检测与控制技术。经过这种检测和控制技术，使消费过程或特定系统按预定的目的运转，防止和控制系统因受不测的干扰或动摇而偏离正常平安运转形状并导致缺点或事故。它是现代化工业平安消费不可短少的技术手段，化工、石油、石化、矿山、航空、航天、航海、铁路、电业、建筑、冶金、核工业等部门都存在平安检测与控制技术的问题。1.2平安检测与工业运转形状信息的关系 工业事故寓

5、于工业危险源，通常指“人劳动者-机消费过程和设备-环境任务场 所 有限空间的全部或一部分，属于人造系统，正常运转条件下，绝大多数具有可观测性和可控性。表征工业危险源形状的可观测参数称为危险源的形状信息。形状信息是一 个广义的概念，包括对平安消费和人员身心安康有直接或间接危害的各种要素，例如，表征 消费过程或设备的运转情况正常与否的参数，作业环境中化学和物理危害要素的浓度或强度 等。平安形状信息出现异常，阐明危险正在从相对平安的形状向即将发惹事故的临界形状转 化，提示人们必需及时采取措施，以防止事故发生或将事故的损伤和损失降至最小强度。 1.2平安检测与工业运转形状信息的关系l 为了获取工业运转

6、或危险源的形状信息，需求将这些信息经过物理的或化学的方法转化为可观测的物理量模拟的或数字的信号，这就是通常所说的平安检测，它是作业环境安 全与卫生条件、特种设备平安形状、消费过程危险参数、操作人员不规范动作等各种不平安 要素检测的总称。担负信息转化义务的器件称为传感器或检测器，由传感器或检测器及信号 处置、显示单元便组成了平安检测仪器。假设将传感器或检测器及信号处置、显示单元 集于一体固定安装于现场，对平安形状信息进展实时检测，那么称这种安装为平安监测仪器。 假设只是将传感器或检测器固定安装于现场，而信号处置、显示、报警等单元安装在远离现 场的控制室内，那么称为平安监测系统。1.2平安检测与工

7、业运转形状信息的关系l平安检测包含两方面的含义，一是指获取被检测对象某时辰数据的过程，另一是指对目 的物进展长时间延续测试的过程。根据检测性质不同，平安检测可分为研讨性检测、监视性检测和特定目的检测。研讨性检测是为研讨危险、有害要素的发生、开展规律而进展的检测，通常是研讨技术人员为特定研讨目的而专门设计的检测；监视性检测是为了了解危险、有害要素变化情况，进展平安评价、产品平安卫生性能评定、劳动平安监视所进展的检测，它既是企业平安管理的重要内容，也是国家平安监察的根据。我国建有省、地、县三级国家检测站，担任平安卫生监察机构指派的检测检验义务；特定目的检测是指因不测事件、事故发生毒物走漏、放射性污

8、染等而进展的检测。1.3 平安检测系统的组成和分类l检测系统的组成l检测系统的分类1.3.1 检测系统的组成检测系统由传感器、信号调理、信号传输、信号处置、显示记录等环节组成 。所谓检测系统，是指为完成某项丈量所运用的一系列仪器，即指由相关的器件、仪器和丈量安装有机组合而成的具有获取某种信息之功能的整体 ，典型组成见图1-1。 1.3.1 检测系统的组成l传感器是可将被丈量转换成某种电信号的器件。它包括敏感器和转换器两部分，敏感 器可以把温度、压力、位移、振动、噪声等被丈量转换成某种物理量，然后经过转换器，把 这些物理量转换成某种容易检测的电量，例如电阻、电容、电感的变化。 l信号调理环节把传

9、感器的输出信号转换成适宜于进一步传输和处置的方式。这种信号的 转换多数是电信号之间的转换，例如，把阻抗变化转换成电压变化，还有把滤波、幅值放大 或者把幅值的变化转换成频率的变化等。l信号处置环节对来自信号调理环节的信号进展各种运算、滤波和分析。 信号显示、记录环节未来自信号处置环节的信号，即测试的结果，以易于察看的方式显 示或存储。l反响、控制环节主要用于闭环控制系统中的测试系统。l模数A/D转换和数模D/ A转换环节是在采用计算机、PLC等测试、控制系 统时进展模拟信号与数字信号相互转换的环节。1.3.2 检测系统的分类l按被测参量分类l 电工量、热工量、机械量、物性和成分量、光学量、形状量

10、l按被测参量的检测转换方法分类l 电磁转换、光电转换、其它l按运用性质分类l 规范表、实验室表、工业用表1.4 平安检测技术的开展趋势l高速数据采集系统 l先进技术的开展l 1、传感器向新型、微型、智能型方向开展和多传感器交融技术的运用。2、柔性测试系统。3、丈量仪器向高精度、多功能、小型化、在线监测、性能规范化和低价钱开展。 4、参数丈量和数据处置以计算机为中心，使丈量、分析、处置、打印、绘图、形状显 示及缺点预告向自动化、集成化、网络化开展。5、大型设备的测试。6、微观系统的测试。7、视觉测试技术。8、智能构造。l虚拟仪器的运用 第2章温度检测 l温度规范与丈量方法 l接触式温度检测l非接

11、触式温度检测 2.1温度规范与丈量方法l温度是国际单位制给出的根本物理量之一。l温度就是表征物体冷热程度的一个物理量，从微观上说是物质分子运动平均动能大小的标志。自然界中的许多物理景象和化学反响都严密的与温度相关，温度的变化会影响到物体的尺寸、体积、密度、硬度、弹性系数、电导率、磁导率、热容量等值。温度是平安检测的重要参数之一，在防火防爆、保证设备强度等方面起着重要的作用。2.1.1 温标 温标是温度数值变化的标尺，它规定了温度的读数起点零点和温度丈量的根本单位。热学开展史中出现过的温标有：华氏温标、列式温示、兰氏温标、摄氏温标、热力学温标和国际温标等。 阅历温标：依赖物体的物理性质建立起来的

12、。2.1.1 温标l华氏温标l 1714年德国人法勒海特(Fahrenheit)以水银为测温介质，制成玻璃水银温度计。按照华氏温标，那么水的冰点为32 ，沸点为212l列氏温标，符号为oR左上角有个小圈，像摄氏度符号那样，规定在水规范大气压下的冰点与沸点之间划分为80个单位冰水混合物T=0R ，沸点T=80Rl摄氏温标l 1740年瑞典人摄氏(Celsius)提出在规范大气压下，把水的冰点规定为0度，水的沸点规定为100度。l摄氏温度和华氏温度的关系为l T = t + 32 式中 T华氏温度值; t摄氏温度值2.1.1 温标-热力学温标热力学温标是国际单位制中七个根本物理单位之一。热力学温标

13、是由开尔文(Ketvin)在1848年提出的，以卡诺循环(Carnot cycle)为根底。 热力学温标为了在分度上和摄氏温标相一致，把理想气体压力为零时对应的温度绝对零度与水的三相点温度分为27316份，每份为1 K。l长度长度:米米(m) l1. 1790年年5月由法国科学家组成的特别委员会，建议以经过巴黎的地球子午线全长的月由法国科学家组成的特别委员会，建议以经过巴黎的地球子午线全长的四千万分之一作为长度单位四千万分之一作为长度单位米米 l2. 1960年第十一届国际计量大会：年第十一届国际计量大会：“米的长度等于氪米的长度等于氪86原子的原子的2P10和和5d1能级之间能级之间跃迁的辐

14、射在真空中波长的跃迁的辐射在真空中波长的165076373倍。倍。l3. 1983年年10月在巴黎召开的第十七届国际计量大会：月在巴黎召开的第十七届国际计量大会：“米是米是1299792458秒的时间秒的时间间隔内光在真空中行程的长度间隔内光在真空中行程的长度l 质量：千克质量：千克kg 1000立方厘米的纯水在立方厘米的纯水在4时的质量，时的质量，l 时间：秒时间：秒s 1967年的第年的第13届国际度量衡会议上经过了一项决议，采用以下定义替届国际度量衡会议上经过了一项决议，采用以下定义替代秒的天文定义：一秒为铯代秒的天文定义：一秒为铯-133原子基态两个超精细能级间跃迁辐射原子基态两个超精

15、细能级间跃迁辐射9,192,631,770周周所继续的时间。所继续的时间。 国际原子时是根据以上秒的定义的一种国际参照时标，属国际单位制国际原子时是根据以上秒的定义的一种国际参照时标，属国际单位制(SI)。l 电流：安培电流：安培A 安培是一恒定电流，假设坚持在处于真空中相距安培是一恒定电流，假设坚持在处于真空中相距1米的两无限长，米的两无限长，而圆截面可忽略的平行直导线内，那么两导线之间产生的力在每米长度上等于而圆截面可忽略的平行直导线内，那么两导线之间产生的力在每米长度上等于210-7牛顿。该定义在牛顿。该定义在1948年第九届国际计量大会上得到同意，年第九届国际计量大会上得到同意，196

16、0年第十一届国际计量年第十一届国际计量大会上，安培被正式采用为国际单位制的根本单位之一。大会上，安培被正式采用为国际单位制的根本单位之一。 安培是为留念法国物理学家安培是为留念法国物理学家A.-M.安培而命名的。安培而命名的。 l热力学温度：开尔文热力学温度：开尔文K 开尔文开尔文 英文是英文是 Kelvin 简称开，国际代号简称开，国际代号K，热力学温度，热力学温度的单位。开尔文是国际单位制的单位。开尔文是国际单位制SI中中7个根本单位之一，以绝对零度个根本单位之一，以绝对零度0K为最低为最低温度，规定水的三相点的温度为温度，规定水的三相点的温度为 273.16K，1K等于水三相点温度的等于

17、水三相点温度的1273.16。热力。热力学温度学温度T与人们惯用的摄氏温度与人们惯用的摄氏温度t的关系是的关系是Tt273.15，由于水的冰点温度近似等于，由于水的冰点温度近似等于 273.15K，并规定热力学温度的单位开，并规定热力学温度的单位开K)与摄氏温度的单位摄氏度与摄氏温度的单位摄氏度)完全一样。完全一样。开尔文是为了留念英国物理学家开尔文是为了留念英国物理学家Lord Kelvin而命名的。而命名的。l 发光强度：坎德拉发光强度：坎德拉cd 坎德拉是一光源在给定方向上的发光强度，该光源发出频坎德拉是一光源在给定方向上的发光强度，该光源发出频率为率为5401012赫兹的单色辐射，而且

18、在此方向上的辐射强度为赫兹的单色辐射，而且在此方向上的辐射强度为1683瓦特每球面瓦特每球面度度 定义中的定义中的5401012赫兹辐射波长约为赫兹辐射波长约为555nm，它是人眼觉得最灵敏的波长，它是人眼觉得最灵敏的波长 l物质的量物质的量表示组成物质微粒数目多少的物理量物质的量是一个公用名词，不可表示组成物质微粒数目多少的物理量物质的量是一个公用名词，不可分割和省略分割和省略 摩尔摩尔是物理量物质的量的单位是物理量物质的量的单位mol 根据科学测定，根据科学测定，12克克12C所所含的含的C原子数为原子数为6.02209431023 用符号用符号NA表示，称阿伏加德罗常数表示，称阿伏加德罗

19、常数 阿伏加德罗常阿伏加德罗常数数NA 近似值近似值 6.021023 定义：凡是含有阿伏加德罗常数个构造微粒约定义：凡是含有阿伏加德罗常数个构造微粒约6.021023的物质，其物质的量为的物质，其物质的量为1摩。摩。 2.1.1 温标l国际温标：l 1968年国际计量权度大会经过了“国际适用温标，即IPTS-68 ；后经过修正，于1990年建立了新的国际温标，简称ITS-90。lITS-90根本内容：l 重申国际适用温标单位仍为K；l 国际摄氏温度和国际适用温度关系为：l 取消了不确定度大的规范铂锗热电偶，代以准确性更高的铂电阻温度计，并定义了温度值的分段和内插方程。2.1.2温度计及其分类

20、l检测温度的仪表称为温度计。l温度不能直接丈量，只能借助于冷热不同的物体之间的热交换以及物体的某种物理性质随着冷热程度不同而变化的特性来加以间接丈量。l根据传感器的测温方式，温度根本丈量方法通常可分成接触式和非接触式两大类。如表2-1所示。2.1.2温度计及其分类l接触式：l 测温精度相对较高，直观可靠及测温仪表价钱相对较低；l 由于感温元件与被测介质直接接触，从而要影响被测介质热平衡形状，而接触不良那么会添加测温误差；被测介质具有腐蚀性及温度太高亦将严重影响感温元件性能和寿命等缺陷。l非接触式：l 感温元件不与被测对象直接接触，而是经过接受被测物体的热辐射能实现热交换，据此测出被测对象的温度

21、;l 非接触式测温具有不改动被测物体的温度分布，热惯性小，测温上限可设计得很高，便于丈量运动物体的温度和快速变化的温度等优点。l 缺陷是遭到物体的发射率、丈量间隔、烟尘和水气等外界要素的影响，其丈量误差较大。 2.2接触式温度检测 -2.2.1膨胀式和压力式温度计 膨胀式温度计是利用液体、固体的热胀冷缩的性质，即测温敏感元件在受热后尺寸或者体积发生变化，根据这个变化值得到温度的变化值。压力温度计是根据一定质量的液体、气体、蒸汽在体积不变的条件下其压力与温度呈确定函数关系的原理实现其测温功能的。2.2.1.1双金属温度计 由于热膨胀系数不同，双金属片在温度改动时，两面的热胀冷缩程度不同，因此在不

22、同的温度下，其弯曲程度发生改动。利用这一原理，可以制成温度计。 特点：抗震性能好，构造简单，结实可靠，读数方便，但是精度不高，丈量范围不大。只能用做普通的工业用仪表。2.2.1.2 压力式温度计l压力温度计是根据一定质量的液体、气体、蒸汽在体积不变的条件下其压力与温度呈确定函数关系的原理实现其测温功能的。l目前压力式温度计有充蒸汽、充气体和液压式三种温度计。l特点：构造简单，强度高，抗震性好。2.2.2 热电偶l热电偶是目前世界上科研和消费中运用最普遍、最广泛的温度丈量元件。l特点：构造简单、制造方便、丈量范围宽、准确度高、热惯性小等各种优点。l它既可以用于流体温度丈量 也可以用于固体温度丈量

23、，既可以检测静态温度也可以检测动态温度，且直接输出电流电压信号，便于丈量、信号传输、自动记录和控制等。2.2.2 热电偶热电偶，对热电极资料的要求 ：在运用温度范围内，物理、化学性能稳定；热电势要足够大，并且与温度关系最好呈线性或近线性；热电性能稳定，易于复现，同类热电偶互换性好；电导率高，比热与电阻温度系数要小；具有一定的机械强度；加工方便，价钱廉价。2.2.2 热电偶 热电偶的构造分普通型、铠装型和薄膜型等类。普通型由热电极、绝缘管、维护套管和 接线盒等组成，如图2 -1所示。2.2.3 热电阻l 电阻温度计广泛用于丈量-200850范围内温度，在特殊情况下，深低温可测1K左右，高温可测到

24、1000 。l优点：l 准确度最高，可达1mK；l 输出信号大，灵敏度高， 电阻温度计的灵敏度较热电偶温度计高一个数量级；l 测温范围广，无需冷端。l缺陷：工业热电阻温度计的元件构造复杂，尺寸较大，因此热呼应时间长，不适宜丈量体积 狭小物体的温度。2.2.3.1 热电阻的丈量原理l热电阻是利用导体或半导体的电阻随温度变化的特性而制成的温度传感器。l电阻与温度的函数关系一旦确定之后，就可经过丈量置于测温对象之中并与测温对象到达热 平衡的热电阻的阻值求得被测温度。当被测温度 变化时感温元件的电阻值随着变化，并将变化的电阻值转为电信号保送给显示仪表，在显示仪表中显示出温度的变化值，这就是电阻温度计的

25、测温原理。2.2.3.2 热电阻资料l按感温元件的材质分，热电阻可分为金属导 体和半导体两大类。金属热电阻有销、铜、镍和 铅钻合金等，目前大量运用的有铅、铜和镍三种。半导体热电阻有绪和热敏电阻等。按准确度等级可分为规范电阻温度计和工业电阻温度计。UE 热电阻热电阻2.2.3.3 热电阻的构造l工业铅、铜热电阻是由感温元件、内引线、绝缘管、维护管和结线盒等组成。l热敏电阻的构造方式有珠形、圆片形和棒形三种，工业丈量主要采用珠形。将珠形热敏电阻烧结在两根舍自丝上，外面再涂敷玻璃层，并用杜美兰与铅丝相衔接引出，外面再用玻 璃套管作维护套管，见图2-3，维护套管外径在3-5mm之间。假设把热敏电阻配上

26、不平衡电桥和指示仪表，那么成为半导体点温度计 。2.2.3.3 热电阻的构造2.2.4接触测温方法的讨论l传感器的传热误差传感器的传热误差l 当温度传感器插入到被测介质例如蒸汽管道中测温当温度传感器插入到被测介质例如蒸汽管道中测温时，假时，假 设蒸汽经过对流换热使传感器与被测介质具有一样设蒸汽经过对流换热使传感器与被测介质具有一样的温度，但由于管道壁与管道外的温度都的温度，但由于管道壁与管道外的温度都 低于流体温度，低于流体温度，即低于传感器的温度，传感器与管道衔接处就向管壁传热，即低于传感器的温度，传感器与管道衔接处就向管壁传热，其外露部分那么向其外露部分那么向 空气散热，致使传感器温度降低

27、，而不空气散热，致使传感器温度降低，而不能真实反映被测流体的温度。接触式测温系统中的传能真实反映被测流体的温度。接触式测温系统中的传 热常热常同时具有导热、对流和辐射三种方式，根据不同的测温形状同时具有导热、对流和辐射三种方式，根据不同的测温形状会对温度丈量带来不同程度会对温度丈量带来不同程度 的误差。传热误差不能用提高的误差。传热误差不能用提高仪表准确度来处理，而只能针对传感器所处的传热情况采取仪表准确度来处理，而只能针对传感器所处的传热情况采取某某 些改善措施来减小。些改善措施来减小。 l处理方式处理方式l 应使传感器插得深一些，缩短外露部分；要使外露部分应使传感器插得深一些，缩短外露部分

28、；要使外露部分保温，以减小外露部分的放热系数；增大内插部分的放热系保温，以减小外露部分的放热系数；增大内插部分的放热系数，应把传感器安装在流速最大的地方，也能减少导热误差。数，应把传感器安装在流速最大的地方，也能减少导热误差。2.2.4接触测温方法的讨论l传感器的动态误差传感器的动态误差 l 用接触式测温法丈量快速变化的温度时，由于受传感器用接触式测温法丈量快速变化的温度时，由于受传感器热惯性的影响，其温度变化跟不上被测温度的变化，此时将热惯性的影响，其温度变化跟不上被测温度的变化，此时将产生动态误差。例如，当被测温度发生产生动态误差。例如，当被测温度发生 阶跃变化时，传感阶跃变化时，传感器温

29、度的变化是经过一段时间逐渐到达新的平衡，对于经常器温度的变化是经过一段时间逐渐到达新的平衡，对于经常动摇的被测温动摇的被测温 度，动态误差会出现得更为频繁。度，动态误差会出现得更为频繁。 l处理方式处理方式l 为了减小动态误差，可以减小传感器的体积，减少热容为了减小动态误差，可以减小传感器的体积，减少热容量；加快呼应速度；选用比热量；加快呼应速度；选用比热 小、导热好的维护管的资料；小、导热好的维护管的资料；增大传感器与被测介质的接触面积。增大传感器与被测介质的接触面积。2.3非接触式温度检测 由于接触式温度检测的缺陷，基于热辐射原理的非接触式光学测温仪器得到了较快开展和运用。 热力学第三定律

30、： 任何物体的温度高于绝对零度时就有能量释出，其中以热能方式向外发射的那一部分称为热辐射，不同的温度范围其热辐射波段不同。可见光光谱段很窄，约为0.3-0.72m，红外光谱普通定义为0.72m到大约1000m范围。热辐射温度探测器所能接受的热辐射波段约为0.3-40m。因此热辐射温度探测器大多任务在可见光和红外光的某波段或波长之下。2.3非接触式温度检测接触式温度检测的缺陷：传感器能够处在恶劣的被测温度环境中；小的被测对象插入测温元件后又会较大地歪曲了温度的原始分布 ；无法有效的对运动着的物体进展延续丈量和监视控制 ；在高温丈量中的缺陷。2.3非接触式温度检测l正是由于接触式温度丈量的种种缺陷

31、，基于热辐射原理的非接触式光学测温仪器得到了较快开展和运用 。l丈量原理：热力学第三定律 l 任何物体的温度高于绝对零度时就有能量释出，其中以热能方式向外发射的那一部分称为热辐射，不同的温度范围其热辐射波段不同。热辐射温度探测器所能接受的热辐射波段约为0.3-40m。热辐射温度探测器大多任务在可见光和红外光的某波段或波长之下。2.3.1单色辐射式光学高温计l物体在高温形状下会发光，当温度高于700就会明显地发出可见光，具有一定的亮度。l假设用一种丈量亮度的单色辐射高温计来丈量单色黑度系数不同的物体的温度，即使它们的亮度一样，其实践温度也会因单色黑度系数不同而不同。l为了具有通用性，对这类高温计

32、作了如下规定：单色辐射光学高温计的刻度按绝对黑体进展。用这种刻度的高温计去丈量实践物体的温度，所得到的温度示值叫作被测物体的亮度温度。2.3.1.1 灯丝隐灭式光学温度计 灯丝隐灭式光学高温计是一种典型的单色辐射光学高温计，在一切的辐射式温度计中它 的精度最高，因此很多国家用来作为基准仪器，复现黄金凝固点温度以上的国际适用温标。 隐丝光学高温计的原理图如图2-6所示。2.3.1.1 灯丝隐灭式光学温度计2.3.1.1 灯丝隐灭式光学温度计运用单色辐射高温计应留意的事项：非黑色辐射的影响：由于被测物体均为非黑体，其单色辐射强度E02随波长、温度、 物体外表情况而变化，使被测物体温度示值具有较大误

33、差。为此人们往往把一根具有封底的 细长管插入到被测对象中去，管底的辐射就近似于黑体辐射。光学高温计测得的管子底部温 度就可以视为被测对象的真实温度。中间介质：实际上光学高温计与被测目的间没有间隔上的要求，只需求物像能均匀 布满目镜视野即可。但实践上其间的灰尘、烟雾、水蒸气和二氧化碳等对热辐射均有散射效 应和吸收作用而呵斥丈量误差。所以实践运用时高温计与被测物体间隔不宜太远，普通在 1 -2m比较适宜。被测对象：光学高温计不宜丈量反射光很强的物体，不能丈量不发光的透明火焰， 也不能用光学高温计丈量冷光的温度。2.3.1.2 灯丝隐灭式光学温度计l灯丝隐灭式光学高温计主要用人眼来判别亮度平衡形状，

34、所以丈量温度是不延续的，也带有丈量人员的客观性，更难以做到被测温度的自动记录。因此，能自动平衡亮度和自动连 续记录被测温度示值的光电式高温计得以开展和运用。光电高温计用光电器件作为敏感元件 感受辐射源的亮度变化，并转换成与亮度成比例的电信号，经电子放大器放大，输出被测温 度值并自动记录下来。图2-8是WDL型光电高温计的任务原理表示图。l运用光电高温计时所应留意的事项和灯丝隐灭式光学高温计一样2.3.1.2 灯丝隐灭式光学温度计2.3.2全辐射式光学高温计 全辐射高温计是根据绝对黑体全辐射定律而设计的高温计，只需测出黑体的全辐射强度 E0后就可知其温度T了。图2-9为全辐射高温计原理表示图。2

35、.3.2全辐射式光学高温计 l 被测物体波长=0的全辐射能量由物镜1聚焦经光栏2投射到热接受器4上，这种热接受器多为热电堆构造。热电堆是由48支微型热电偶串联而成，为的是得到较大 的热电势。热电偶的丈量端贴在类十字形的铅街上，锡箔涂成黑色以添加热吸收系数。热电堆的输出热电势接到显示仪表或记录仪表上。热电偶的参比端贴夹在热接受器周围的云母片中。在瞄准物体的过程中可以经过目镜6进展察看，目镜前有灰色玻璃5用来减弱光 强，维护察看者的眼睛。整个高温计机壳内壁面涂成黑色以便减少杂光干扰，并能呵斥黑体条件。l 全辐射高温计是按绝对黑体对象进展分度的。用它丈量辐射率为的实践物体温度时，其示值并非真实温度，

36、而是被测物体的辐射温度。所以测到的辐射温度总是低于实践物 体的真实温度。2.3.2全辐射式光学高温计 运用全辐射高温计应留意的事项：运用全辐射高温计应留意的事项： 全辐射的辐射率全辐射的辐射率随物体成分、外表形状、温度和辐射条件有随物体成分、外表形状、温度和辐射条件有广大的变化，因此应广大的变化，因此应 尽能够准确地得知被测物体的尽能够准确地得知被测物体的。或者。或者发明人工黑体条件，例如将细长封底氧化铝管插入被发明人工黑体条件，例如将细长封底氧化铝管插入被 测对象。测对象。温度计和被测物体之间的介质，如水蒸气、二氧化碳、尘埃温度计和被测物体之间的介质，如水蒸气、二氧化碳、尘埃等对热辐射有较强

37、的吸收，而且不同介质对各波长的吸收率等对热辐射有较强的吸收，而且不同介质对各波长的吸收率也不一样，为此高温计与被测物体之间间隔不可太远。也不一样，为此高温计与被测物体之间间隔不可太远。 用时环境温度不宜太高，以免引起热电堆参比端温度增高而用时环境温度不宜太高，以免引起热电堆参比端温度增高而添加丈量误差。虽然设添加丈量误差。虽然设 计高温计时对参比端温度有一定补偿计高温计时对参比端温度有一定补偿措施，但还做不到完全补偿。措施，但还做不到完全补偿。被测物体到高温计之间间隔被测物体到高温计之间间隔L和被测物体的直径和被测物体的直径D之比之比L/D有有一定限制。当比值太一定限制。当比值太 大时，被测物

38、体在热电堆平面上成像太大时，被测物体在热电堆平面上成像太小，不能全部覆盖住热电堆十字形平面，使热电堆接小，不能全部覆盖住热电堆十字形平面，使热电堆接 收到的收到的辐射能减少，温度示值偏低；当比值太小时，物像过大，使辐射能减少，温度示值偏低；当比值太小时，物像过大，使热电堆附近的其他零件受热电堆附近的其他零件受 热，参比端温度上升，也呵斥示值热，参比端温度上升，也呵斥示值下降。下降。2.3.2全辐射式光学高温计 全辐射高温计特点： 全辐射高温计不圣进展准确丈量，多用于中小型炉窑的温度监视。该高温计的优 点是构造简单，运用方便，价钱低廉。其时间常数约为420S。2.3.3 比色高温计 根据维恩偏移

39、定律，当温度增高时绝对黑体 的最大单色辐射强度向波长减小的方向挪动，使两个固定波长1和2的亮度比随温度而变化。 图2-10单通道光电比色高温计任务原理图。2.3.3 比色高温计 特点：这种双通道式比色高温计构造简单，运用方便，但两个光电池要坚持特性一致且不发生时变是比较困难的。2.3.4 红外测温仪表 辐射式温度计的测温范围，向高温延伸实际上是不受上限限制的由于温度高于700 就可以发光。同样也可向中温范围0 -700 伸展，只是在这个温度段已不是可见光而全是红外辐射了，需求用红外敏感元件来检测，图2-12示出红外测温仪的任务原理图。2.3.4 红外测温仪表 测温仪和光电高温计的任务原理有类同

40、之处，为光学反响式构造。被测物体1和参考源7的 红外辐射，经圆盘调制器10调制后输出至红外探 测器3。因盘调制器由同步电动机8所带动，红外 探测器3的输出电信号经放大器4和相敏整流器5至控制放大器6，控制参考源的辐射强度，当参考源和被测物体的辐射强度一致时，参考源的加热电流代表被测温度，由指示器9显示出被测物体的温度值。2.3.4.1红外探测器l红外探测器的主要作用是把红外辐射转变成电信号。l根据对红外辐射呼应方式的不同，分为热探测器和热探测器l光子探测器l 是一种对波长有选择性的探测器，仅对具有足够能量的光子有呼应，即存在 一个长波限；光子探测器的呼应光谱不及热探测器宽；光子探测器却具有较高

41、的灵敏度和较快的呼应速度；有些光子探测器通常需求在低温下任务，不如热探测器方便。l热探测器l 是利用辐射能热效应的原理制成的。热探测器又称为无选择性探测器，即对全部波长都有一样的呼应率。热探测器具有不需求致冷和在全部波长下 具有平坦呼应两大特点，在某些运用方面它是光子探测器所不能取代的。热探测器的固有缺陷是探测率较低和时间常数大，但新型热释电探测器兼有灵敏度较高、呼应速度快和室温任务的优点。2.3.4.2 红外测温与热像仪 任何物体只需其温度高于绝对零度都会因分子的热运动而发射红外线，已发出的红外辐 射能量与物体的温度有关。红外测温就是根据这一特性来丈量物体温度的。 红外测温技术是一种非接触式

42、的测温技术，不会破坏被测温度场，可以获得较高的丈量 精度，不仅可以丈量高温如3000K ，而且可以丈量中温暖摄氏零度以下的低温，为中、低温的非接触丈量提供了新的方法。尤其是以红外技术为根底开展起来的红外成像技术，对 丈量物体外表温度分布，具有比其他测温技术更为显著的优越性。2.3.4.2 红外测温与热像仪l热像仪是利用红外扫描原理丈量物体外表温度分布的。它摄取来自被测物体各部分射向 仪器的红外辐射通量的分布，利用红外探测器，顺序地直接丈量物体各部分发射出的红外辐射，综合起来就得到物体发射红外辐射通量的分布图像，这种图像称为热像图。由于热像本 身包含了被测物体的温度信息，也有人称之为温度图。l图

43、2-13为扫描热像仪原理表示图。它由光学会聚系统、扫描系统、探测器、视频信号处置器、显示器等几个主要部分组成。2.3.4.2 红外测温与热像仪2.3.5 新型温度传感技术l石英晶体温度传感器及温度计l光纤测温技术l一线制数字温度传感器DS18B20光纤温度传感器光纤温度传感器l光导纤维自20世纪70年代问世以来，随着激光技术的开展，从实际和实际上都曾经证明它具有一系列的优越性，光纤在传感器技术领域中的运用也日益遭到广泛注重。光纤传感器是一种将被丈量的形状转变为可丈量的光信号的安装。它是由光耦合器、传输光纤及光电转换器等三部分组成。目前已有用来丈量压力、位移、液面、角速度、线速度、温度、磁场、电

44、流、电压等物理量的光纤传感器问世，处理了传统方式难以处理的丈量技术问题，据统计，目前约有百余种不同方式的光纤传感器，用于不同领域进展检测。可以预料，在新技术革命的浪潮中，光纤传感器必将得到广泛的运用，并发扬出更多的作用。特种丈量温热敏电缆特种丈量温热敏电缆l热电偶是传统的温度传感器，用途非常广泛。近年来，又开展出了一种新的测温技术，能在火灾事故预警中有独特的运用。这种新型温度传感器称为特种测温热敏电缆，又被称为延续热电偶或寻热式热电偶。l 热敏电缆利用电偶热电效应，但丈量的不是偶头部的温度，而是沿热电极长度上最高温度点的温度。由于这种独特功能，最初被兴隆国家作为高精技术设备铺设在航空母舰、驱逐

45、舰的舰舱以及军用飞机等军事设备中。目前，已被广泛运用到各个领域来预防和减少因“过热引起的事故和损失。石英温度计石英温度计l随着消费及科学技术的开展，各部门对温度丈量与控制的要求越来越高，尤其对高精度、高分辨率温度传感器的需求越来越剧烈，普通的传感器难以满足要求。l高分辨率达0.001-0.0001。高精度在-50120范围内，精度为0.05。普通温度计的精度为0.1。l 误差小:热滞后误差小，呼应时间为1s，可以忽略。l 性能稳定：它是频率输出型传感器，故不受放大器漂移和电源动摇的影响，即使将传感器如1500m设置也不受影响，但是抗强冲击性能较差。l石英温度计既可以高精度、高分辨率的温度丈量，

46、又可作为规范温度计进展量值传送，也可以在现场稳态温度场所下进展精细测温或用于恒温槽的精细控温，还可用作远间隔多点温度丈量等。声学温度计声学温度计l声学测温技术具有测温原理简单、非接触、测温范围宽0-1900、可以在线丈量等优点，现已运用于发电厂、渣滓熄灭炉、水泥回转窑等工业过程的温度丈量和控制。l利用丈量超声波在气体中传播速度因温度不同而变化的温度计称为超声波温度计。用超声波丈量气体温度具有呼应速度快、不受外壁热辐射影响等优点。丈量对象非常广泛，从滚梯上方气体的平均温度，到内燃机混合气体爆炸熄灭时的温度丈量等。固体超声波温度计固体超声波温度计l利用声波在固体中传播速度，随着温度而变化的温度计称

47、为固体超声波温度计。由于声波在固体传播时，声波的灵敏度随温度的升高而增大，因此，这种温度计更适用于高温丈量。核四级共振温度计核四级共振温度计NQR温度计温度计l利用共振吸收频率随温度升高而减少的特性制成的温度计，称为核四级共振温度计。该温度计可以作为规范温度计或高精度适用温度计。l高准确度、高分辨率：准确度可达0.005K；共振吸收频率与温度的相关性好，在室温附近为5KHz/K,分辨率达1Mk。l 不需求分度：温度与吸收频率的关系，只取决于KCIO3的构造，从根本上保证良好的重现性在6Kz以下。l 互换性好：在水三相点其互换性为10Hz，性能及其优越。l 输出为频率信号，容易维护高精度 可利用

48、规范电波、电视信号等作为高精度的基准信号，便于数字化处置。l 温度范围广：对于高精度丈量适用于室温低至低温范围。从检测微弱的吸收信号直到转换成温度，可全部实现自动化。热噪声温度计热噪声温度计l由于电子的热运动，可在电阻的两端产生由热噪声引起的电位起伏。这种热噪声又称约翰逊噪声，热噪声电压与温度之间存在确定关系，可制成热噪声温度计。热噪声温度计具有如下特性：不需求分度；与传感器资料无关，不受压力影响；传感器的阻值几乎不影响丈量精度；丈量范围广4-1400K。l 因此，热噪声温度计可望成为一种理想的测温方式。然而，热噪声温度计产生的电压信号小，信号处置困难，操作也复杂，至今仍未运用化。智能温度传感

49、器智能温度传感器l智能温度传感器是在半导体集成温度传感器的根底上开展起来的。主要优点是采用数字化技术，能以数字方式直接输出被测温度；可以远程传输数据；用户可设定温度上、下限，具有越限自动报警功能；自带总线接口，适配各种微处置器和单片机，便于开发具有一定智能功能的温度测控系统。l全部传感器元件及转换电路集成在构成如一只三极管的集成电路内。因体积小、转换快、分辨率高、数字量传输等，使其在多点测温、智能温度检测系统中有着广泛的运用。 第3章压力检测 l液柱式压力计l弹性式压力计l电气式压力计及变送器l单光纤传输光推进便携式压力丈量仪l超声压力检测仪l压力表的选择、安装与校验第3章压力检测l压力是平安

50、检测的重要参数之一。l 垂直作用在单位面积上的力称压力，即物理学中的压强。l P=F/Sl 式中F作用力，N或kgm/s2 ;l S作用面积，m2 l在国际单位制SI和我国法定计量单位中，压力的单位是“帕斯卡简称“帕符号“Pa。l 即1N牛顿的力垂直均匀作用在1 m2的面积上所构成的压力值为1 Pa。 第3章压力检测l 过去采用的压力单位，如“工程大气压力kgf/cm2、“毫米汞柱mmHg、“毫米水柱mmH2O、“物理大气压atm等均应改为法定计量单位帕，或兆帕。l 1kgf/cm2=0.9807105pa;l 1mmH2O=0.9807105pa;l 1mmHg=1.332102pa;l 1

51、atm=1.01325105pa;l在压力丈量中，常有表压力，绝对压力，负压习惯上称真空度和压力差之分。工业上所用的压力指示值多数为表压力，习惯上称表压。第3章压力检测 丈量压力的仪表，按信号原理不同，大致可分为四类。液柱式压力计弹性式压力计电气式压力计活塞式压力计3.1 液柱式压力计l原理：静力学原理，任务液普通用水银或水l运用场所：用于丈量低压，负压和压力差。实验室压力测试；现场锅炉烟、风道各段压力的丈量。l特点： 液柱式压力计构造简单，运用维修方便，但信号不能传远。3.1.1 U形管压力计lU形管压力计如图3-1a所示，在管子的一端接通被测压力绝对压力P,另一端通大气压力B，当PB时，在

52、压力P的作用下，P侧液体柱下降，B侧液体柱升高，当到达压力平衡时，根据静力学原理可知，管内在程度面2-2处的压力一样，即作用在右侧液面上的压力与左侧高度为h的液柱和大气压力B作用在液面上的压力之和平衡。l如U形管内任务液体密度一定并知时，那么液体高度差h 反响了被测压力的大小。这就是液柱式压力计丈量压力的根本原理。从上诉原理不难看出，这种压力计也可用于丈量负压力和两种压力之差。但由于U形液柱压力计的丈量准确度受读数精度和任务液体毛细管作用的影响，会产生误差。为抑制U形管测压时两次读数的缺陷，产生了把U形管的一根管改成大直径的杯描画器的单管液柱式压力计。3.1.1 U形管压力计3.1.2 单管液

53、柱式压力计l单管液柱式压力计如图3-2(a)所示，右边环描画器的内径D远大于左边管子的内径h.。由于右边杯描画器内任务液体体积的减小量一直是与左边管内任务液体体积的添加量相等，所以右边液面的下降量将远小于左边液面的上升量即h2h1。3.2 弹性式压力计 用弹性式传感器又称弹性元件组成的压力丈量仪表称为弹性式压力计。弹性元件受压后产生的形变输出力或位移，可以经过传动机构直接带动指针指示压力或压差，也可以经过某种电气元件组成受送器，实现压力或压差信号的远传。 3.2.1 弹性元件及其特性l 弹性元件常用的如图3-3所示，由弹簧管单圈和多圈，波纹膜片，波纹膜盒和波纹管等。其中弹簧管可用于高中低压直到

54、真空度的丈量，其他几种多用于微压和低压的丈量。l 弹性元件的测压原理是当弹性元件在轴向遭到外力作用时就会产生拉伸或紧缩位移。 l 另外，要保证丈量精度，弹性元件的弹性后效，弹性滞后和弹性模数的温度系数要小。所谓弹性后效，即在弹性极限内，当作用在弹性元件上的压力去掉时，他也不能立刻恢复原状，还有一个数值不大的X，需求经过一段时间后，才干恢复原状；弹性滞后时引起丈量仪表产生变差的缘由；资料的弹性模数受温度的影响，引起弹性元件的弹性力随温度变化而产生漂移；温漂也会影响仪表的丈量精度。3.2.1 弹性元件及其特性3.2.2 弹簧管压力表l弹簧管压力表分多圈及单圈弹簧管式两种压力表，多圈弹簧管压力表灵敏

55、度较高，常用于压力式温度计。单圈弹簧管压力表可用于真空丈量，也可用于高达103-Mpa的高压丈量，种类型号繁多，运用最为广泛。根据测压范围普通又分为压力表，真空表及压力真空表。普通精度登记为1.06.0级，表针表可达2.5级。弹簧管的资料又铜，磷青铜，不锈钢等。l 单圈弹簧管压力表的传感器一弯成圆弧形的空心管子，如图3-4所示。普通单圈弹簧管压力表的构造如图3-5所示。l弹簧管资料随被测介质的性质、被测压力的高低而不同。在运用压力表时，还需求根据被测介质的化学性质。l例如：丈量氨气压力必需采用不锈钢弹簧管，而不能采用铜质弹簧管。3.2.3 膜盒式压力计 常用于锅炉炉膛负压及尾部的烟道压力丈量等，丈量范围1504000Pa.其构造与任务原理见图3-6所示。 3.3