《自动检测技术及仪表控制系统》全册配套完整教学课件

自动检测技术及仪表控制系统《自动检测技术及仪表控制系统》全册配套完整教学课件教材：《自动检测技术及仪表控制系统》化学工业出版社，张毅，2012。《过程检测技术及仪表》化学工业出版社，杜维等，2011。《现代检测技术》高等教育出版社，周杏鹏，仇国富等，2004。《传感器与测试技术》国防工业大学出版社，叶湘滨等，2007。课程概述：※专业基础必修课☆学分：3☆学时：40理论＋8实验※主要内容基础知识引论绪论检测技术基本概念测量误差与数据处理过程参数检测技术温度检测压力检测流量检测物位检测成分检测仪表系统分析仪表系统及理论分析变送单元和显示单元课程概述：※成绩构成

出勤（5%）

作业（5%）

实验（20%）

期末考试（70%）

绪论1.1

检测仪表控制系统1.2基本概念1.3检测仪表技术发展趋势(过程)自动化?自动化仪表及装置?检测仪表技术发展趋势?一、(过程)自动化概述

过程控制通常是指石油、化工、电力、冶金、轻工、建材、核能等工业生产中连续的或按一定周期程序进行的生产过程自动控制。

生产过程自动化的发展可以分为三个阶段：①仪表自动化阶段②计算机控制阶段③综合自动化阶段过程控制是自动化技术的重要组成部分所谓（过程）自动化是在工艺设备上配备一些自动化装置，用它们来代替操作人员的部分直接劳动，使生产在不同程度上按照规定的要求自动地进行，即：用自动化装置来管理设备(生产过程)，使之正常运行。从工艺的眼光来看所谓（过程）自动化是使工艺参数保持在需要的值或状态，或者使生产过程按照一定的程序或步骤运行，保证生产过程运行在最佳状态。从控制的眼光来看最高目标进料口变送器调节器执行器出料口进料口变送器操作站执行器出料口眼看脑想手动例：液位的控制脑想眼看手动自动化与生产工艺的关系

了解生产对象的基本特性及其对控制的影响；

根据工艺要求选择合理的自控方案；

综合考虑工艺与自控双方面的因素，

掌握准确的工艺条件和数据；

了解基本测控参数的测量原理、要求，

便于确定合适的测控参数、选择合适的测控点等。典型的工业生产过程＝生产工艺＋生产设备＋自动控制自控与工艺的关系：自控为工艺服务★自控专业人员必须深入了解和熟悉生产工艺和设备★工艺专业人员也必须掌握自动控制的本质

任何一个工业控制系统都必然要应用一定的检测技术和相应的仪表单元，

检测单元完成对各种过程参数的测量，并实现必要的数据处理；

仪表单元则是实现各种控制作用的手段和条件，它将检测得到的数据进行运算处理，并通过相应的单元实现对被控变量的调节。检测技术和仪表两部分是紧密相关和相辅相成的，它们是控制系统的重要基础。检测技术的作用与意义工业、科研、军事、医学……教学实验、气象预报、大地测绘、灾情预报、交通指挥、……涵盖吃穿用、农轻重、海陆空检测技术的作用与意义工业生产倍增器检测技术是带动国民经济增长的一个关键领域在美国：检测技术占4%，拉动经济增长66%检测技术在工业生产领域的应用过程工艺控制、产品缺陷、装配定位….机械手在汽车加工中的应用检测技术在汽车中的应用日新月异发动机：向发动机的电子控制单元（ECU）提供发动机的工作状况信息，

对发动机工作状况进行精确控制

温度、压力、位置、转速、流量、气体浓度和爆震传感器等

汽车传感器：汽车电子控制系统的信息源，关键部件，核心技术内容

普通轿车：约安装几十到近百只传感器，

豪华轿车：传感器数量可多达二百余只。

底盘：控制变速器系统、悬架系统、动力转向系统、制动防抱死系统等

车速、踏板、加速度、节气门、发动机转速、水温、油温车身：提高汽车的安全性、可靠性和舒适性等

温度、湿度、风量、日照、加速度、车速、测距、图象等检测技术在日常生活中的应用与日俱增

家用电器：数码相机、数码摄像机：自动对焦---红外测距传感器自动感应灯：亮度检测---光敏电阻空调、冰箱、电饭煲：温度检测---热敏电阻、热电偶电话、麦克风：话音转换---驻极电容传感器遥控接收：红外检测---光敏二极管、光敏三极管办公商务：可视对讲、可视电话：图像获取---面阵CCD扫描仪：文档扫描---线阵CCD红外传输数据：红外检测---光敏二极管、光敏三极管医疗卫生：电子血压计：血压检测---压力传感器血糖测试仪、胆固醇检测仪---离子传感器超市打印秤便携式人体秤

热敏电阻体温表漫反射型光电开关胎儿的B超影像超声波在医学检查中的应用OpensurgeryTraditionalMISSPLSOpensurgery：cutthenseeMIS:seethencut科学研究的先行官

诺贝尔奖获得者R.R.Ernst说“现代科学的进步越来越依靠尖端仪器的发展”

俄国化学家门捷列夫指出“科学是从测量开始的”

近80年来，与科学仪器密切相关的诺贝尔奖获得者达38人1989年：美国IBM公司阿尔马登研究中心的科学家DonEigler，成功地用扫描隧道显微镜(IBM科学家GerdBinnig和HeinrichRohrer)在镍晶体表面移动原子，对单个原原子进行了重排，写成了由35个氙原子排列成的“

IBM”三个字母。电子天平的精度可达十万分之一克。检测技术在军事上的应用美军研制的未来单兵作战武器---OICW夜视瞄准机系统：非冷却红外传感器技术激光测距仪：可精确定位目标。在发射20毫米高爆弹时，激光测距仪可将目标的距离信息自动传输至高爆弹的爆炸引信，以便精确的设定引爆时间美国国家导弹防御计划---NMD检测技术在国防领域的应用1.地基拦截器2.早期预警系统3.前沿部署(如雷达）4.管理与控制系统5.卫星红外线监测系统监测系统:探测和发现敌人导弹的发射并追踪导弹的飞行轨道。拦截器：能识别真假弹头，敌友方检测技术在航天领域举足轻重飞行器测控---检测飞行器姿态、发电机工况，控制与操纵

火箭测控---检测火箭状况、姿态、轨迹

“阿波罗10”：火箭部分---2077个传感器飞船部分---1218个传感器检测参数---加速度、温度、压力、振动、流量、应变、声学等。神州飞船：185台（套）仪器装置阿波罗17月球车美国“勇气号”火星车美国X-47B无人机美国大狗“物化法官”

检查产品质量

监测环境污染

识别指纹假钞

查服违禁药物

侦破刑事案件自动测控系统的组成进料口变送器调节器执行器出料口进料口变送器操作站执行器出料口眼看脑想手动例：液位的控制脑想眼看手动1绪论

一、(过程)自动化概述人与机器的机能对应关系进料口变送器操作站执行器出料口眼看脑想手动液位自动控制示意图进料口变送器操作站执行器出料口控制器被控对象测量变送装置+－SP执行器4～20mADC4～20mADC带控制点流程图D/AA/D数字信号自控系统组成㈠自动控制系统方框图数字调节器控制器被控对象测量变送装置+－SP执行器4～20mADC4～20mADCD/AA/D数字信号控制器被控对象测量变送装置+－SP执行器4～20mADC4～20mADC自控系统组成㈡自控系统组成㈠模拟调节器数字调节器被测变量显示装置传感器变送器被测对象检测系统组成被测量电量敏感元件传感元件转换电路传感器组成检测与变送单元执行单元显示单元调节单元(被测)被控对象操作人员典型的工业检测仪表控制系统电动单元组合仪表气动单元组合仪表变送单元计算单元调节单元给定单元执行单元转换单元显示单元辅助单元DDCDCS

PLCFCS计算机控制系统电阻式电容式电感式压电式热电式光电式……传感原理温度压力流量物位机械量成分……被测参数集散式微机流量控制系统检测仪表技术发展趋势智能化微型化网络化虚拟化软测量技术仪表的基本概念测量范围、上下限、量程零点迁移、量程迁移灵敏度和分辨率误差测量精度等级滞环、死区和回差重复性和再现性可靠性测量范围、上下限、量程测量范围：0～0.5kg测量上限：0.5kg测量下限：0kg量程：0.5kg（量程=测量上限值-测量下限值）测量范围：仪表按规定的精度进行测量的被测变量的范围。测量范围的最小值和最大值分别称为测量下限和测量上限，简称下限和上限。量程范围仪表能够测量的最大输入量与最小输入量之间的范围称作仪表的量程范围，简称量程。在数值上等于仪表上限值与下限值的代数差之绝对值。问：某温度计测量的最低温度为-20℃，最高温度为100℃，它的量程是多少？120℃给出仪表的测量范围可以知道上、下限及量程；只知道仪表的量程，不能确定出上下限及测量范围。仪表测量范围的常用表示方法零点和量程

仪表测量范围的常用表示方法是：给出仪表的零点(即测量下限值)及仪表的量程。由前面的分析可知，只要仪表的零点和量程确定了，其测量范围也就确定了。零点迁移、量程迁移在实际使用中，由于测量要求或测量条件的变化，需要改变仪表的零点或量程，为此可以对仪表进行零点和量程的调整。通常将零点的变化称为零点迁移，而量程的变化则称为量程迁移。零点迁移的形式：正迁移和负迁移量程迁移的形式：缩小量程和扩大量程零点迁移和量程迁移输入(被测量)输出0100%100%零点迁移量程迁移-25%由于某些影响量引起的输出量程的变化。

75%70%71.4%140%25%灵敏度在稳定情况下，仪表输出变化量△Y与引起此变化的输入量的变化量△U之比值，定义为仪表的灵敏度。用S表示，即

式中，S——仪表灵敏度 △Y、△U——分别为输出与输入变化量量程迁移改变灵敏度；零点迁移不改变灵敏度串联仪表系统，灵敏度具有可传递性。（乘积）问：某测量范围是0～100MPa的压力表，其满量程时指针转角为270度，它的灵敏度是多少？2.7度/MPa灵敏度（1）如果系统的输出和输入之间有线性关系，则灵敏度是一个常数。否则，它将随输入量的大小而变化。（2）一般希望灵敏度s在整个测量范围内保持为常数。这样，可得均匀刻度的标尺，使读数方便，便于分析和处理测量结果。（3）输入和输出的变化量一般都有不同的量纲，灵敏度s也有量纲。如输入量为温度(℃)，输出量为标尺上的位移(格)，则s的量纲为格/C。如果输入量和输出量是同类量，则此时s可理解为放大倍数。（4）多个仪表组成的测量或控制系统中，灵敏度具有可传递性。如串联的仪表系统，其总灵敏度是各仪表灵敏度的乘积。（5）提高灵敏度，可得到较高测量精度，但应当注意，灵敏度越高，测量范围往往越窄，稳定性往往越差。注意：灵敏限—分辨力：检测系统输出能响应和分辨的最小输入量。即能使系统输出发生变化所对应的最小的输入变化量。注意：（1）一般来说，仪表灵敏限数值应不大于仪表允许误差绝对值的一半；（2）灵敏限是灵敏度的一种反映，一般来说仪表的灵敏度高，则其灵敏限也高，因此实际上主要希望提高仪表的灵敏度，从而保证其灵敏限较好。例1：某线性位移测量仪，当被测位移由4.5mm变到5.0mm时，位移测量仪的输出电压由3.5V减至2.5V，求该仪器的灵敏度。解：该仪器的灵敏度为mV/mm

例2：某测温系统由以下四个环节组成，各自的灵敏度如下：铂电阻温度传感器：0.45Ω/℃

电桥：0.02V/Ω

放大器：100(放大倍数)

笔式记录仪：0.2cm/V求：(1)测温系统的总灵敏度；

(2)记录仪笔尖位移4cm时，所对应的温度变化值。解（1）测温系统的总灵敏度为

cm/℃（2）记录仪笔尖位移4cm时，所对应的温度变化值为℃误差绝对误差=示值-约定真值某采购员分别在三家商店购买100kg大米、10kg苹果、1kg巧克力，发现均缺少约0.5kg，但该采购员对卖巧克力的商店意见最大，是何原因？测定值与被测量真值之差称为测量的绝对误差，或简称测量误差。相对误差：引用误差：引用误差=绝对误差/量程

最大引用误差：最大引用误差=abs（最大绝对误差）/量程Qmax≤Q绝对误差/约定真值绝对误差/示值标称相对误差实际相对误差仪表出厂时要规定引用误差的允许值，称为允许误差。如将允许误差记为Q，最大引用误差记为Qmax，那么Q和Qmax在大小上应该满足什么关系?相对误差=基本误差和附加误差任何测量都是与环境条件相关的，这些条件包括环境温度、相对湿度、电源电压和安装方式等多方面的因素。仪表严格按照规定的环境条件（即参比工作条件）工作时，此时获得的误差称为基本误差；如果在非参比工作条件进行测量，还会产生额外的误差称为附加误差。误差=基本误差+附加误差例3：某仪表的技术说明指出：当仪表在环境温度20℃+5℃、电源电压200V+5%、湿度<80%时的基本误差为2.5%。若环境温度超出该范围，则将产生0.2%/℃误差；电源电压变化±10%时，则将产生±2%的附加误差；湿度>80%时也将产生1%的附加误差，现在35℃时使用该表，湿度>80%，电源电压为220V,试估计测量误差。解：取个分量的极限值：, 基本误差：温度附加误差：湿度附加误差：考虑最不利情况，则各误差处在最大处：电源附加误差：

精确度：仪表的最大引用误差不能超过仪表等级指数的百分数，即：检测仪表的精度等级是用最大引用误差去掉百分号后的数字来确定的。精度等级的数字越小，精度越高我国仪表精度等级有：0.005、0.02、0.05、0.1、0.2、0.35、0.4、0.5、1.0、1.5、2.5、4.0等。

工业检测用仪表多在0.1～4.0级。

精确度：输入(被测量)输出0标准输入输出特性曲线实际上升校验曲线实际下降校验曲线误差上限误差下限基本误差限例4：某指针式万用表的面板如图所示，问：用它来测量直流(-)、交流（~）电压时，可能产生的满度相对误差分别为多少？例5：有一台测压仪表，其标尺范围为0~500kPa，已知其绝对误差最大值为Δpmax=4kPa，求该仪表的精度等级。所以该仪表的精度等级为1级（而不是0.5级）注意：精度的大小和最大绝对误差及测量范围都有关系。解：0.5%<0.8%<1% 例6:某待测的电压约为100V,现有0.5级0～300Ｖ和1.0级0～100V两个电压表,问用哪一个电压表测量比较好？用1.0级0～100V测量100V时的最大相对误差为因此,选择1.0级0～100V电压表比较好.解:用0.5级0～300V测量100V时的最大相对误差为

在选择仪表时,不能单纯地认为精确度等级越高越好,而应根据被测量的大小,兼顾仪表的级别和测量上限合理地选择仪表作业1.一台精度等级为0.5级，量程范围为600~1200℃的电子电位差计，它的最大允许绝对误差是多少？校验时，如其中的某一点最大绝对误差是4℃，问此表是否合格?2.某测温仪表的准确度等级为1.0级，绝对误差为±1℃，测量下限为负值（下限的绝对值为测量范围的10％），试确定该表的测量上限值、下限值和量程。3.用测量范围为－50～+150kPa的压力表测量140kPa压力时，仪表示值为+142kPa，求该示值的绝对误差、实际相对误差和引用相对误差。4.某1.5级测量范围为0~100kPa的压力表，在50kPa、80kPa、100kPa三点校验时，其示值绝对误差分别为－0.8kPa、+1.2kPa、+1.0kPa，试问该表是否合格？5.

现有2.5级、2.0级、1.5级三块测温仪表，对应的测量范围分别为－100~+500℃、－50~550℃、0~1000℃，现要测量500℃的温度，其测量值的相对误差不超过2.5%，问选用哪块表最合适？滞环、死区和回差

检测系统（传感器）在输入量由小到大(正行程)及输入量由大到小(反行程)变化期间其输入输出特性曲线不重合（通常形成环状）的现象称为滞环。

产生滞环现象的主要原因是由于检测系统中的敏感元件材料的物理性质和机械零部件的缺陷所造成的，例如弹性敏感元件弹性滞后、运动部件摩擦、传动机构的间隙、紧固件松动等。回差（迟滞、滞后、回程误差）滞环迟滞（滞后、回程误差）仪表输入在小到一定范围后不足以引起输出的任何变化，这一范围称为死区。Yx不灵敏区域的宽度是灵敏限的两倍重复性和再现性重复性：在同一工作条件下，同方向连续多次对同一输入值进行测量所得到的多个输出值之间相互一致的程度。输入输出0重复性再现性重复性和再现性再现性：仪表实际上升曲线和实际下降曲线之间离散程度的表示，常取两种曲线之间离散程度最大点的值来表示。输入输出0重复性再现性可靠度表征仪表可靠性的尺度有多种，最基本的是可靠度。它是衡量仪表能够正常工作并发挥其功能的程度。简单地来说，如果有100台同样的仪表，工作1000小时后约有99台仍能正常工作，则可以说这批仪表工作1000小时后的可靠度是99％。可靠性MTBF和MTTR平均无故障工作时间MTBF(MeanTimeBetweenFailure)：仪表在相邻两次故障间隔内有效工作时的平均时间。平均无故障时间越长，仪表的可靠性就越高。平均故障修复时间MTTR(MeanTimetoRepair)：仪表出现故障到恢复工作时的平均时间。有效度即在要求平均无故障工作时间尽可能长的同时，又要求平均故障修复时间尽可能短，综合评价仪表的可靠性，引出综合性指标有效度，其定义如下：

平均无故障工作时间+平均故障修复时间平均无故障工作时间有效度=自动检测技术及仪表控制系统李云峰常州大学城轨学院电气系教材：《自动检测技术及仪表控制系统》化学工业出版社，张毅，2012。《过程检测技术及仪表》化学工业出版社，杜维等，2011。《现代检测技术》高等教育出版社，周杏鹏，仇国富等，2004。《传感器与测试技术》国防工业大学出版社，叶湘滨等，2007。课程概述：※专业基础必修课☆学分：3☆学时：40理论＋8实验※主要内容基础知识引论绪论检测技术基本概念测量误差与数据处理过程参数检测技术温度检测压力检测流量检测物位检测成分检测仪表系统分析仪表系统及理论分析变送单元和显示单元课程概述：※成绩构成

出勤（5%）

作业（5%）

实验（20%）

期末考试（70%）

绪论1.1

检测仪表控制系统1.2基本概念1.3检测仪表技术发展趋势(过程)自动化?自动化仪表及装置?检测仪表技术发展趋势?一、(过程)自动化概述

过程控制通常是指石油、化工、电力、冶金、轻工、建材、核能等工业生产中连续的或按一定周期程序进行的生产过程自动控制。

生产过程自动化的发展可以分为三个阶段：①仪表自动化阶段②计算机控制阶段③综合自动化阶段过程控制是自动化技术的重要组成部分所谓（过程）自动化是在工艺设备上配备一些自动化装置，用它们来代替操作人员的部分直接劳动，使生产在不同程度上按照规定的要求自动地进行，即：用自动化装置来管理设备(生产过程)，使之正常运行。从工艺的眼光来看所谓（过程）自动化是使工艺参数保持在需要的值或状态，或者使生产过程按照一定的程序或步骤运行，保证生产过程运行在最佳状态。从控制的眼光来看最高目标进料口变送器调节器执行器出料口进料口变送器操作站执行器出料口眼看脑想手动例：液位的控制脑想眼看手动自动化与生产工艺的关系

了解生产对象的基本特性及其对控制的影响；

根据工艺要求选择合理的自控方案；

综合考虑工艺与自控双方面的因素，

掌握准确的工艺条件和数据；

了解基本测控参数的测量原理、要求，

便于确定合适的测控参数、选择合适的测控点等。典型的工业生产过程＝生产工艺＋生产设备＋自动控制自控与工艺的关系：自控为工艺服务★自控专业人员必须深入了解和熟悉生产工艺和设备★工艺专业人员也必须掌握自动控制的本质

任何一个工业控制系统都必然要应用一定的检测技术和相应的仪表单元，

检测单元完成对各种过程参数的测量，并实现必要的数据处理；

仪表单元则是实现各种控制作用的手段和条件，它将检测得到的数据进行运算处理，并通过相应的单元实现对被控变量的调节。检测技术和仪表两部分是紧密相关和相辅相成的，它们是控制系统的重要基础。检测技术的作用与意义工业、科研、军事、医学……教学实验、气象预报、大地测绘、灾情预报、交通指挥、……涵盖吃穿用、农轻重、海陆空检测技术的作用与意义工业生产倍增器检测技术是带动国民经济增长的一个关键领域在美国：检测技术占4%，拉动经济增长66%检测技术在工业生产领域的应用过程工艺控制、产品缺陷、装配定位….机械手在汽车加工中的应用检测技术在汽车中的应用日新月异发动机：向发动机的电子控制单元（ECU）提供发动机的工作状况信息，

对发动机工作状况进行精确控制

温度、压力、位置、转速、流量、气体浓度和爆震传感器等

汽车传感器：汽车电子控制系统的信息源，关键部件，核心技术内容

普通轿车：约安装几十到近百只传感器，

豪华轿车：传感器数量可多达二百余只。

底盘：控制变速器系统、悬架系统、动力转向系统、制动防抱死系统等

车速、踏板、加速度、节气门、发动机转速、水温、油温车身：提高汽车的安全性、可靠性和舒适性等

温度、湿度、风量、日照、加速度、车速、测距、图象等检测技术在日常生活中的应用与日俱增

家用电器：数码相机、数码摄像机：自动对焦---红外测距传感器自动感应灯：亮度检测---光敏电阻空调、冰箱、电饭煲：温度检测---热敏电阻、热电偶电话、麦克风：话音转换---驻极电容传感器遥控接收：红外检测---光敏二极管、光敏三极管办公商务：可视对讲、可视电话：图像获取---面阵CCD扫描仪：文档扫描---线阵CCD红外传输数据：红外检测---光敏二极管、光敏三极管医疗卫生：电子血压计：血压检测---压力传感器血糖测试仪、胆固醇检测仪---离子传感器超市打印秤便携式人体秤

热敏电阻体温表漫反射型光电开关胎儿的B超影像超声波在医学检查中的应用OpensurgeryTraditionalMISSPLSOpensurgery：cutthenseeMIS:seethencut科学研究的先行官

诺贝尔奖获得者R.R.Ernst说“现代科学的进步越来越依靠尖端仪器的发展”

俄国化学家门捷列夫指出“科学是从测量开始的”

近80年来，与科学仪器密切相关的诺贝尔奖获得者达38人1989年：美国IBM公司阿尔马登研究中心的科学家DonEigler，成功地用扫描隧道显微镜(IBM科学家GerdBinnig和HeinrichRohrer)在镍晶体表面移动原子，对单个原原子进行了重排，写成了由35个氙原子排列成的“

IBM”三个字母。电子天平的精度可达十万分之一克。检测技术在军事上的应用美军研制的未来单兵作战武器---OICW夜视瞄准机系统：非冷却红外传感器技术激光测距仪：可精确定位目标。在发射20毫米高爆弹时，激光测距仪可将目标的距离信息自动传输至高爆弹的爆炸引信，以便精确的设定引爆时间美国国家导弹防御计划---NMD检测技术在国防领域的应用1.地基拦截器2.早期预警系统3.前沿部署(如雷达）4.管理与控制系统5.卫星红外线监测系统监测系统:探测和发现敌人导弹的发射并追踪导弹的飞行轨道。拦截器：能识别真假弹头，敌友方检测技术在航天领域举足轻重飞行器测控---检测飞行器姿态、发电机工况，控制与操纵

火箭测控---检测火箭状况、姿态、轨迹

“阿波罗10”：火箭部分---2077个传感器飞船部分---1218个传感器检测参数---加速度、温度、压力、振动、流量、应变、声学等。神州飞船：185台（套）仪器装置阿波罗17月球车美国“勇气号”火星车美国X-47B无人机美国大狗“物化法官”

检查产品质量

监测环境污染

识别指纹假钞

查服违禁药物

侦破刑事案件自动测控系统的组成进料口变送器调节器执行器出料口进料口变送器操作站执行器出料口眼看脑想手动例：液位的控制脑想眼看手动1绪论

一、(过程)自动化概述人与机器的机能对应关系进料口变送器操作站执行器出料口眼看脑想手动液位自动控制示意图进料口变送器操作站执行器出料口控制器被控对象测量变送装置+－SP执行器4～20mADC4～20mADC带控制点流程图D/AA/D数字信号自控系统组成㈠自动控制系统方框图数字调节器控制器被控对象测量变送装置+－SP执行器4～20mADC4～20mADCD/AA/D数字信号控制器被控对象测量变送装置+－SP执行器4～20mADC4～20mADC自控系统组成㈡自控系统组成㈠模拟调节器数字调节器被测变量显示装置传感器变送器被测对象检测系统组成被测量电量敏感元件传感元件转换电路传感器组成检测与变送单元执行单元显示单元调节单元(被测)被控对象操作人员典型的工业检测仪表控制系统电动单元组合仪表气动单元组合仪表变送单元计算单元调节单元给定单元执行单元转换单元显示单元辅助单元DDCDCS

PLCFCS计算机控制系统电阻式电容式电感式压电式热电式光电式……传感原理温度压力流量物位机械量成分……被测参数集散式微机流量控制系统检测仪表技术发展趋势智能化微型化网络化虚拟化软测量技术仪表的基本概念测量范围、上下限、量程零点迁移、量程迁移灵敏度和分辨率误差测量精度等级滞环、死区和回差重复性和再现性可靠性测量范围、上下限、量程测量范围：0～0.5kg测量上限：0.5kg测量下限：0kg量程：0.5kg（量程=测量上限值-测量下限值）测量范围：仪表按规定的精度进行测量的被测变量的范围。测量范围的最小值和最大值分别称为测量下限和测量上限，简称下限和上限。量程范围仪表能够测量的最大输入量与最小输入量之间的范围称作仪表的量程范围，简称量程。在数值上等于仪表上限值与下限值的代数差之绝对值。问：某温度计测量的最低温度为-20℃，最高温度为100℃，它的量程是多少？120℃给出仪表的测量范围可以知道上、下限及量程；只知道仪表的量程，不能确定出上下限及测量范围。仪表测量范围的常用表示方法零点和量程

仪表测量范围的常用表示方法是：给出仪表的零点(即测量下限值)及仪表的量程。由前面的分析可知，只要仪表的零点和量程确定了，其测量范围也就确定了。零点迁移、量程迁移在实际使用中，由于测量要求或测量条件的变化，需要改变仪表的零点或量程，为此可以对仪表进行零点和量程的调整。通常将零点的变化称为零点迁移，而量程的变化则称为量程迁移。零点迁移的形式：正迁移和负迁移量程迁移的形式：缩小量程和扩大量程零点迁移和量程迁移输入(被测量)输出0100%100%零点迁移量程迁移-25%由于某些影响量引起的输出量程的变化。

75%70%71.4%140%25%灵敏度在稳定情况下，仪表输出变化量△Y与引起此变化的输入量的变化量△U之比值，定义为仪表的灵敏度。用S表示，即

式中，S——仪表灵敏度 △Y、△U——分别为输出与输入变化量量程迁移改变灵敏度；零点迁移不改变灵敏度串联仪表系统，灵敏度具有可传递性。（乘积）问：某测量范围是0～100MPa的压力表，其满量程时指针转角为270度，它的灵敏度是多少？2.7度/MPa灵敏度（1）如果系统的输出和输入之间有线性关系，则灵敏度是一个常数。否则，它将随输入量的大小而变化。（2）一般希望灵敏度s在整个测量范围内保持为常数。这样，可得均匀刻度的标尺，使读数方便，便于分析和处理测量结果。（3）输入和输出的变化量一般都有不同的量纲，灵敏度s也有量纲。如输入量为温度(℃)，输出量为标尺上的位移(格)，则s的量纲为格/C。如果输入量和输出量是同类量，则此时s可理解为放大倍数。（4）多个仪表组成的测量或控制系统中，灵敏度具有可传递性。如串联的仪表系统，其总灵敏度是各仪表灵敏度的乘积。（5）提高灵敏度，可得到较高测量精度，但应当注意，灵敏度越高，测量范围往往越窄，稳定性往往越差。注意：灵敏限—分辨力：检测系统输出能响应和分辨的最小输入量。即能使系统输出发生变化所对应的最小的输入变化量。注意：（1）一般来说，仪表灵敏限数值应不大于仪表允许误差绝对值的一半；（2）灵敏限是灵敏度的一种反映，一般来说仪表的灵敏度高，则其灵敏限也高，因此实际上主要希望提高仪表的灵敏度，从而保证其灵敏限较好。例1：某线性位移测量仪，当被测位移由4.5mm变到5.0mm时，位移测量仪的输出电压由3.5V减至2.5V，求该仪器的灵敏度。解：该仪器的灵敏度为mV/mm

例2：某测温系统由以下四个环节组成，各自的灵敏度如下：铂电阻温度传感器：0.45Ω/℃

电桥：0.02V/Ω

放大器：100(放大倍数)

笔式记录仪：0.2cm/V求：(1)测温系统的总灵敏度；

(2)记录仪笔尖位移4cm时，所对应的温度变化值。解（1）测温系统的总灵敏度为

cm/℃（2）记录仪笔尖位移4cm时，所对应的温度变化值为℃误差绝对误差=示值-约定真值某采购员分别在三家商店购买100kg大米、10kg苹果、1kg巧克力，发现均缺少约0.5kg，但该采购员对卖巧克力的商店意见最大，是何原因？测定值与被测量真值之差称为测量的绝对误差，或简称测量误差。相对误差：引用误差：引用误差=绝对误差/量程

最大引用误差：最大引用误差=abs（最大绝对误差）/量程Qmax≤Q绝对误差/约定真值绝对误差/示值标称相对误差实际相对误差仪表出厂时要规定引用误差的允许值，称为允许误差。如将允许误差记为Q，最大引用误差记为Qmax，那么Q和Qmax在大小上应该满足什么关系?相对误差=基本误差和附加误差任何测量都是与环境条件相关的，这些条件包括环境温度、相对湿度、电源电压和安装方式等多方面的因素。仪表严格按照规定的环境条件（即参比工作条件）工作时，此时获得的误差称为基本误差；如果在非参比工作条件进行测量，还会产生额外的误差称为附加误差。误差=基本误差+附加误差例3：某仪表的技术说明指出：当仪表在环境温度20℃+5℃、电源电压200V+5%、湿度<80%时的基本误差为2.5%。若环境温度超出该范围，则将产生0.2%/℃误差；电源电压变化±10%时，则将产生±2%的附加误差；湿度>80%时也将产生1%的附加误差，现在35℃时使用该表，湿度>80%，电源电压为220V,试估计测量误差。解：取个分量的极限值：, 基本误差：温度附加误差：湿度附加误差：考虑最不利情况，则各误差处在最大处：电源附加误差：

精确度：仪表的最大引用误差不能超过仪表等级指数的百分数，即：检测仪表的精度等级是用最大引用误差去掉百分号后的数字来确定的。精度等级的数字越小，精度越高我国仪表精度等级有：0.005、0.02、0.05、0.1、0.2、0.35、0.4、0.5、1.0、1.5、2.5、4.0等。

工业检测用仪表多在0.1～4.0级。

精确度：输入(被测量)输出0标准输入输出特性曲线实际上升校验曲线实际下降校验曲线误差上限误差下限基本误差限例4：某指针式万用表的面板如图所示，问：用它来测量直流(-)、交流（~）电压时，可能产生的满度相对误差分别为多少？例5：有一台测压仪表，其标尺范围为0~500kPa，已知其绝对误差最大值为Δpmax=4kPa，求该仪表的精度等级。所以该仪表的精度等级为1级（而不是0.5级）注意：精度的大小和最大绝对误差及测量范围都有关系。解：0.5%<0.8%<1% 例6:某待测的电压约为100V,现有0.5级0～300Ｖ和1.0级0～100V两个电压表,问用哪一个电压表测量比较好？用1.0级0～100V测量100V时的最大相对误差为因此,选择1.0级0～100V电压表比较好.解:用0.5级0～300V测量100V时的最大相对误差为

在选择仪表时,不能单纯地认为精确度等级越高越好,而应根据被测量的大小,兼顾仪表的级别和测量上限合理地选择仪表作业1.一台精度等级为0.5级，量程范围为600~1200℃的电子电位差计，它的最大允许绝对误差是多少？校验时，如其中的某一点最大绝对误差是4℃，问此表是否合格?2.某测温仪表的准确度等级为1.0级，绝对误差为±1℃，测量下限为负值（下限的绝对值为测量范围的10％），试确定该表的测量上限值、下限值和量程。3.用测量范围为－50～+150kPa的压力表测量140kPa压力时，仪表示值为+142kPa，求该示值的绝对误差、实际相对误差和引用相对误差。4.某1.5级测量范围为0~100kPa的压力表，在50kPa、80kPa、100kPa三点校验时，其示值绝对误差分别为－0.8kPa、+1.2kPa、+1.0kPa，试问该表是否合格？5.

现有2.5级、2.0级、1.5级三块测温仪表，对应的测量范围分别为－100~+500℃、－50~550℃、0~1000℃，现要测量500℃的温度，其测量值的相对误差不超过2.5%，问选用哪块表最合适？滞环、死区和回差

检测系统（传感器）在输入量由小到大(正行程)及输入量由大到小(反行程)变化期间其输入输出特性曲线不重合（通常形成环状）的现象称为滞环。

产生滞环现象的主要原因是由于检测系统中的敏感元件材料的物理性质和机械零部件的缺陷所造成的，例如弹性敏感元件弹性滞后、运动部件摩擦、传动机构的间隙、紧固件松动等。回差（迟滞、滞后、回程误差）滞环迟滞（滞后、回程误差）仪表输入在小到一定范围后不足以引起输出的任何变化，这一范围称为死区。Yx不灵敏区域的宽度是灵敏限的两倍重复性和再现性重复性：在同一工作条件下，同方向连续多次对同一输入值进行测量所得到的多个输出值之间相互一致的程度。输入输出0重复性再现性重复性和再现性再现性：仪表实际上升曲线和实际下降曲线之间离散程度的表示，常取两种曲线之间离散程度最大点的值来表示。输入输出0重复性再现性可靠度表征仪表可靠性的尺度有多种，最基本的是可靠度。它是衡量仪表能够正常工作并发挥其功能的程度。简单地来说，如果有100台同样的仪表，工作1000小时后约有99台仍能正常工作，则可以说这批仪表工作1000小时后的可靠度是99％。可靠性MTBF和MTTR平均无故障工作时间MTBF(MeanTimeBetweenFailure)：仪表在相邻两次故障间隔内有效工作时的平均时间。平均无故障时间越长，仪表的可靠性就越高。平均故障修复时间MTTR(MeanTimetoRepair)：仪表出现故障到恢复工作时的平均时间。有效度即在要求平均无故障工作时间尽可能长的同时，又要求平均故障修复时间尽可能短，综合评价仪表的可靠性，引出综合性指标有效度，其定义如下：

平均无故障工作时间+平均故障修复时间平均无故障工作时间有效度=§2.1基本概念§2.2误差产生原因§2.3误差分类§2.4误差的处理§2.5误差的传递一、基本概念真值：三角形内角和为1800一分钟为60秒约定真值：表１读数3.32v；表２读数3.323v示值：标称值：测量测量器上标定的数值。砝码1Kg10Kg100Kg残差：各测量值Mi与平均值A的差称为残余误差或残差。

表征测量结果与真值之间的一致性---系统误差和随机误差的综合反映

精度:表征测量结果质量的指标表征测量结果接近真值的程度---系统误差大小的反映准确度：精密度：反映测量结果的分散程度（针对重复测量而言）--表示随机误差的大小精确度：图(A)图(B)图(C)一个精确的测量要兼顾精密度和准确度精密度高准确度低精密度低准确度高精度高二、误差产生原因测量误差产生的原因：人类对客观规律认识的局限性；测量器具不准确；测量手段不完善；测量条件发生变化；测量人员疏忽或错误等。控制测量误差的意义：是衡量测量技术水平，以至于科学技术水平的重要标志之一。当测量误差超过一定限度，使测量结果无意义，甚至有危害。三、误差分类１、按表示方法分（1）绝对误差；（2）相对误差；(3)引用误差2、按使用时工作条件分（1）基本误差；（2）附加误差3、按误差出现的规律分（1）系统误差；（2）随机误差；（3）粗大误差基本误差指仪表在规定的正常工作条件下所产生的误差。附加误差指仪表使用时偏离规定的正常工作条件所产生的误差。误差=基本误差+附加误差定义：在多次等精度测量同一量时，误差的绝对值和符号保持不变，或当条件改变时按某种规律变化的误差，简称系差。系统误差(Systemerror

)

系统误差常见的变化规律综合误差分布特征测量仪器设计原理及制作上的缺陷采用近似的测量方法或近似的计算公式等测量环境条件与仪器使用要求不一致等测量人员读数习惯等造成的误差例如温度、湿度电磁场变化例如仪表刻度的读取系统误差(Systemerror

)1、产生系统误差的主要原因：（3）种类：恒值系差：其误差的数值和符号不变。变值系差周期性累进性（2）特点具有一定的规律性，可以消除或是减小特定的测量应当选择适当的仪器；确定仪器误差的大小后应用修正系数；用一个标准仪器对仪器进行校准。对于仪器系统误差可以采用一些方法避免：例如，某仪表刻度盘分度不准确，就会造成读数偏大或偏小，从而产生恒值系统误差。

——调整零点，消除误差例如，温度、气压等环境条件的变化和仪表电池电压随使用时间的增长而逐渐下降，则可能产生变值系统误差。

——进行适当的补偿，减小误差残余误差观察法：这种方法是根据测量值的残余误差的大小和符号的变化规律，直接由误差数据或误差曲线图形判断有无变化的系统误差。下图中把残余误差按测量值先后顺序排列，图（a）的残余误差排列后有递减的变值系统误差，图（b）则可能有周期性系统误差。残余误差变化规律

随机误差(Randomerror)定义：对同一量值进行多次等精度测量时，其绝对值和符号均以不可预定的方式无规则变化的误差。（1）产生的原因测量人员感觉器官的无规则变化而造成的读数不稳定等。温度及电源电压的无规则波动，电磁干扰，地基振动等。噪声、零部件配合的不稳定、摩擦、抵触不良等。许多独立的、微小的，偶然的因素引起的综合结果彩票摇奖（2）特点：有界性，对称性，相消性，单峰性。有界性：随机误差的绝对值不会超过一定界限。对称性：绝对值相等的正负误差出现的机会几乎相同。相消性：随机误差有相互抵消的特性。单峰性：绝对值小的误差出现的机会多（概率密度大）具有这样特性的事件称之为服从正态分布（高斯分布），正态分布的概率密度：测量值分布中心可用求算术平均值的方法求得：——样本均值。

测量值的可靠性（偏离真值的程度）可用标准差来评价：或用σ的估计值随机误差的分布与测量值相同，只是μ＝０。置信系数：

其数值与误差出现的概率有关，设测量值x落在区间的(置信)概率

当t值不同时,概率不同若取t=1则p=68.26%t=2，p=95.45%t=3，p=99.73%，接近于100%而测量值超过|u+-3σ|的概率很小,认为不可能出现。--t称为置信系数---置信区间---α称为置信水平所以,单次测量值的极限随机误差可定义为:例1：重复多次测量某混合气体中氧含量，得到读数平均值为11.75%，有68.3%的测量值的误差在±0.5%，若该误差服从正态分布，测量值在[10.25%，13.25%]的置信区间内，其出现的概率是多少？99.7%。（3）对测量值的影响随机误差总是不可避免的。而且在同一条件下，重复进行的多次测量中，它或大或小，或正或负，既不能用实验方法消除，也不能修正。可以通过多次测量取平均值的办法，来减少随机误差对结果的影响，或用其它数理统计的方法对随机误差加以处理。粗大误差(Abnormalerror)定义：在一定的测量条件下，测得值明显地偏离实际值所形成的误差。（1）产生粗大误差的主要原因：主要由人为因素造成的。测量方法不当或错误测量操作疏忽或失误等测量条件的突然变化例如读错、记错等例如雷电干扰、机械冲突等产生粗大误差的一个例子大自然强大的干扰四、误差的处理系统误差的处理避免+修正

随机误差的处理

粗大误差的处理剔除

系统误差的处理系统误差的综合系统误差的分配例2：某仪表的技术说明指出：当仪表在环境温度20℃+5℃、电源电压200V+5%、湿度<80%时的基本误差为2.5%。若环境温度超出该范围，则将产生0.2%/℃误差；电源电压变化±10%时，则将产生±2%的附加误差；湿度>80%时也将产生1%的附加误差，现在35℃时使用该表，湿度>80%，电源电压为220V,试估计测量误差。解：取个分量的极限值：, 基本误差：温度附加误差：湿度附加误差：考虑最不利情况，则各误差处在最大处：电源附加误差：例3：用如图所示的电位差计测量电势信号Ex，已知：I1=4mA，I2=2mA，

R1=5+0.01Ω,R2=10+0.01Ω,Rp=10±0.005Ω,现假定检流计G、上支路电流I1和下支路电流I2的误差忽略不计，且测量时随机误差暂不考虑。求当Ex=20mV时，电位差计的测量误差有多大？分配原则：

实事求是原则先易后均原则经济性相消性原则元器件误差无法定量时，取最大允许误差系统误差的分配例4：有一电位差计如图所示，现假定检流计G的误差忽略不计，且R1=10Ω,R2=10Ω,Rp=5Ω,R3=490Ω,R4=235Ω,当随机误差不考虑时，问个电阻的误差如何分配，才能保证其测量误差小于1%。

含有粗大误差的测量值称为坏值或异常值。坏值应从测量结果中剔除。在实际测量工作中，由于粗大误差的误差数值特别大。容易从测量结果中发现，一经发现有粗大误差，可以认为该次测量无效，测量数据应剔除，从而消除它对测量结果的影响。粗大误差的处理粗大误差剔除方法：的残差③如果，则此可疑值应剔除；1、简单检验法：①先将可疑值除外，计算用其余数据的平均值及平均残差②计算可疑值与2、3σ（莱以达）准则通常把等于3σ的误差称为极限误差，作为鉴别限。3σ准则就是如果一组测量数据中某个测量值的残余误差的绝对值|vi|>3σ时，则该测量值为可疑值（坏值），应剔除。粗大误差剔除方法：3、格罗布斯（Grubbs）检验法某个测量值的残余误差的绝对值|vi|＞g0σ，则判断此值中含有粗大误差，应予剔除，即格拉布斯准则。g0值与重复测量次数n和置信概率Pa有关，见表2-2。随机误差的处理YN检查剔除粗大误差五、误差的传递对于间接测量值Y，与互相独立的直接测量值有如下函数关系：并且的标准偏差分别为考虑Y的标准偏差误差传递法则：

1、简单情况：X1的误差为X2的误差为由可得：相互独立所以2、任意线性组合情况3、一般情况不等精度直接测量的权与误差

在不等精度测量时，对同一被测量进行m组测量，得到m组测量列（进行多次测量的一组数据称为一测量列）的测量结果及其误差，它们不能同等看待。精度高的测量列具有较高的可靠性，将这种可靠性的大小称为“权”。

“权”可理解为各组测量结果相对的可信赖程度。测量次数多，测量方法完善，测量仪表精度高，测量的环境条件好，测量人员的水平高，则测量结果可靠，其权也大。权是相比较而存在的。

权的计算方法：

权用符号p表示，有两种计算方法：①用各组测量列的测量次数n的比值表示，并取测量次数较小的测量列的权为1，则有

p1∶p2∶…∶pm=n1∶n2∶…∶nm②用各组测量列的标准差平方的倒数的比值表示，并取误差较大的测量列的权为1，则有p1∶p2∶…∶pm=

加权算术平均值不同于一般的算术平均值，应考虑各测量列的权的情况。若对同一被测量进行m组不等精度测量，得到m个测量列的算术平均值，相应各组的权分别为p1,p2,…,pm，则加权平均值可用下式表示：加权算术平均值

加权算术平均值的标准误差当进一步计算加权算术平均值的标准误差时，也要考虑各测量列的权的情况，可由下式计算：§检测方法及基本概念§检测系统模型与结构分析1、检测方法的分类测量方法：实现被测量与标准量比较得出比值的方

法，称为测量方法。

根据获得测量值的方法分为：直接测量：电流表测电流、弹簧秤称重量间接测量：若干个被测量及测量量的情况电子卡尺(直接测量)开环测量：闭环测量：特点：简单、直观、明了；测量精度不高特点：精度高；复杂、成本高、要求高传感器输入量x输出量y传感器输入量x输出量y放大反向传感器开环测量与闭环测量

根据测量方式分为：偏差式测量：用仪表指针的位移（即偏差）决定被测量的量值。模拟电流/压表、体重秤等。零位式测量：指零仪表指零时，被测量与已知标准量相等。天平、电位差计等。微差式测量：将被测量与已知的标准量相比较，取得差值后，再用偏差法测得此差值。游标卡尺等。

根据测量条件分为：等精度测量：用相同仪表与测量方法对同一被测量进行多次重复测量。不等精度测量：用不同精度的仪表或不同的测量方法，或在环境条件相差很大时对同一被测量进行多次重复测量。

根据被测变量特点分为：强度变量检测：温度、压力、电压等。容量变量检测：长度、重量、热量等。

根据传感原件能量供给方式分为：能量变换型：热电偶能量控制型：热电阻

根据被测量变化的快慢分为：静态测量：是指被测量在测量过程中认为是固定不变的，对这种被测量进行测量的方法为静态测量。静态测量不需要考虑时间因素对测量的影响。动态测量：是指被测量在测量过程中是随时间不断变化的，对这种被测量进行测量的方法为动态测量。静态测量动态测量地震测量振动波形

根据测量敏感元件是否与被测介质接触可分为：接触式测量非接触式测量接触式测量

非接触式测量

例：雷达测速车载电子警察

根据被测量是否在加工过程中可分为：离线测量在线测量产品质量检验（离线测量）汽车凸轮轴主轴径多砂轮磨床的工作示意图在线测量2、检测系统模型与结构分析检测系统基本功能——信号转换与选择；基准保持与比较；显示与操作。检测系统信号转换的数学模型检测系统状态方程：检测系统信号转换的数学模型标定——改变输入量u，记录输出量y的过程检测——在标定的基础上由y求u的解逆问题的过程。信号转换基本条件：输入与输出间关系确定：设—

—分别是被检测量（输入信号）和测量值（输出信号）信号选择性如：利用金属丝电阻值变化（与种类、形状、温度有关）的检测：选择必要的信号，消除（有时可主动消除）其他变量的影响，以提高检测精度。检测系统的结构分析补偿结构差分结构补偿结构结论：补偿结构必须有检测干扰的传感器，且其特性与检测用传感器特性在干扰量变化范围内应相一致——这决定补偿精度。

补偿后结果输出y为：差分结构

由于对称作用，可以保证：差分结构结论：A、差动结构起到了线性化作用，也提高了被检测量的变化量的灵敏度。B、若为的单函数线性组合，则则干扰量的影响可以完全消除（完全补偿）。C、差动结构采用了对称结构，能严格满足很容易实现高精度检测所选择的检测结构。如：天平、电桥、差动变压器等。，温度检测

日常生活中,人们通常用温度来表示物体的冷热程度。实质上,温度反映了物体分子无规则热运动的剧烈程度,是物体分子运动平均动能大小的标志,分子运动的平均动能越大,分子运动越剧烈,物体的温度越高,在宏观上即表现为物体越热。

由于不同物质的不同物理特性与温度有着不同的关系，因此即使用同一物质的不同特性，或不同物质的同一种特性对同一个温度进行测量，也会得出不同的量值，这就需要建立统一的标准温度单位，即温标。4.1温标

世界上第一支温度计是1597年由伽利略（G.Galileo）发明的。最早发明而且有重要意义的温度计是1641年意大利的FerdinandⅡ发明的封口式的玻璃酒精温度计,它具有温度计的雏形,但因为当时还没有温标,这支温度计也就由于没有温标为依据而被淘汰。

温标是用来度量物体温度高低的标尺，只有在确定温标之后,温度计量才有实际意义。1）首先应规定一系列恒定的温度作为固定点

通常用纯物质的三相点、沸点、凝固点和超导转变点等作为温度计量的固定点,并赋予固定点一个确定的温度。2）然后选择一个随温度变化而呈线性或一定函数关系变化的物理参量作为温度指示的标志温标的三要素：定义固定点、内插标准仪器和内插公式

1经验温标——借助某一物质的物理量和温度变化的关系，用实验方法或经验公式所确定的温标主要有华氏温标和摄氏温标 缺点:(1)不同温标所确定的温度数值不同

(2)不能保证各国采用的基本测温单位完全一致2热力学温标——理论温标，无法直接实现3国际实用温标——协商决定，既能体现热力学温度，又使用方便、容易实现的温标

我国是从1991年7月正式执行1990年国际温标(ITS-90)的,这是统一我国温度量值的法定标准,一切温度计量必须以此为准。华氏温标

1714年,德国的华林海特（G.D.Fahrenheit）不仅制造出了水银温度计,而且第一次提出了自己的温标,后来被人们称为华氏温标。起初华林海特是将冰水加盐的混合液体的温度作为0度,把人体的温度作为100度,以这两个点为标准。后来改为水的冰点为32度,水的沸点为212度,在两者中间分180等份,形成了华氏温标，单位为F。1742年瑞典的摄尔萨斯（A.Celsius）提出了摄氏温标,他原来的方案是以水的沸点为0度,水的冰点为100度。次年法国人克里斯丁（Christian）把两个温度倒过来,水的冰点为0度,水的沸点为100度,两者之间分100等份,就成了沿用至今的摄氏温标，单位符号为℃。摄氏温标热力学温标

1848年,英国的开尔文（L.Kelvin）提出了以热力学第二定律为基础的热力学温标,即以热力学定律中的卡诺原理作为热力学温标的理论依据。华氏和摄氏温标都与特定的物质有关,热力学温标则与特定的物质性质无关,并以水三相点为基准,因此具有稳定性、唯一性、复现性和客观性。热力学温度也称为绝对温度,单位为开尔文（K）。

卡诺定律指出，一个工作于恒温热源与恒温冷源之间的可逆热机，其效率只与热源和冷源的温度有关。假设热机从温度为T2的热源获得的热量为Q2，放给温度为T1的冷源的热量为Q1，则有

人们发现水的三相点(273.16K)的稳定性能长期维持在0.1mK范围内。因此，1954年第10届国际计量大会决定采用水的三相点作为热力学温际的基本固定点，此温标的表达式为：摄氏温度与热力学温度的数值关系为： TK=273.16+tC

或

tC=TK-273.16各温标间数值的换算关系如下:摄氏温度与华氏温度的数值关系为：TK表示热力学温度,单位为K;tC表示摄氏温度,单位为℃;tF表示华氏温度,单位为F4.2温度检测的主要方法和分类1、温度检测方法的分类根据测温方式（介质与敏感元件是否接触）（1）接触式（2）非接触式根据工作原理（1）膨胀式（2）压力式（3）热电阻（4）热电偶（1）接触式测温接触式的特点是测温元件直接与被测对象相接触，两者之间进行充分的热交换，最后达到热平衡，这时感温元件的某一物理参数的量值就代表了被测对象的温度值。优点：直观可靠。缺点：是感温元件影响被测温度场的分布，接触不良等都会带来测量误差，另外温度太高和腐蚀性介质对感温元件的性能和寿命会产生不利影响。例如：膨胀式温度计包括液体和固体膨胀式温度计、压力式温度计电阻式温度计包括金属热电阻温度计和半导体热敏电阻温度计热电式温度计包括热电偶和P-N结温度计以及其它原理的温度计

（2）非接触式测温

非接触测温的特点是感温元件不与被测对象相接触，而是通过辐射进行热交换，故可避免接触测温法的缺点，具有较高的测温上限。此外，非接触测温法热惯性小，可达千分之一秒，故便于测量运动物体的温度和快速变化的温度。例如：辐射温度计、亮度温度计和比色温度计它们都是以光辐射为基础，故也统称为辐射温度计4.3热电偶及测温原理

在工业生产过程中，温度是需要测量和控制的重要参数之一。在温度测量中，热电偶的应用极为广泛，它具有结构简单、制造方便、测量范围广、精度高、惯性小和输出信号便于远传等许多优点。另外，由于热电偶是一种有源传感器，测量时不需外加电源，使用十分方便，所以常被用作测量炉子、管道内的气体或液体的温度及固体的表面温度。

热电偶是当前热电测温中普遍使用的一种感温元件，它的工作原理是基于热电效应。一、热电效应如右图所示，两种不同性质的导体或半导体材料A、B串接成一个闭合回路，如果两接合点处的温度不同，即T≠T0，则在两导体间产生热电势，也称热电动势，常用EAB(T，T0)表示。同时在回路中有一定大小的电流，这种现象称为热电效应。几个概念：热电极：闭合回路中的导体或半导体A、B，称为热电极；热电偶：闭合回路中的导体或半导体A、B的组合，称为热电耦；工作端：两个结点中温度高的一端，称为工作端（热端、测量端）；参比端：两个结点中温度低的一端，称为参比端；（冷端、自由端）热电动势：两导体的接触电势＋单一导体的温差电势；ABTT0结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。

热电极A右端称为：自由端（参考端、冷端）

左端称为：测量端（工作端、热端）

热电极B热电势AB二、热电偶回路热电势

接触电势，佩尔杰效应温差电势，汤姆逊效应热电势EAB(T,T0)1.佩尔杰（Peltier）效应

两种同温度不同导体材料A和B互相接触，由于不同金属内自由电子的密度不同，在A和B的接触点处会发生自由电子的扩散现象。自由电子将从密度大的金属A扩散到密度小的金属B，使A失去电子带正电，B得到电子带负电，当扩散达到平衡时，在两接触点处产生的电动势称为佩尔杰电势，又称接触电势。其中：k—波尔兹曼常数:

T—节点所处温度；

e—电子电荷

NA、NB—导体A、B的电子密度；若，则。结论：电子密度高的材料电位高。产生接触电势的主要原因：①不同材料具有不同的自由电子密度；②两种不同材料的导体接触时，接触面会发生电子扩散；当扩散达到动态平衡时，在接触区形成一个稳定的电位，表示为：热电偶回路中，总的接触电势为：ABTT02.汤姆逊（Thomson）效应

对于均质的单一导体，若单一导体两端温度不同，有温度梯度时，导体内的自由电子将从温度高的一端向温度低的一端扩散，并在温度较低一端聚集起来，使导体内建立起一电场。当这电场对电子的作用力与扩散力向平衡时，扩散作用立即停止。电场产生的电势称为汤姆逊电势或温差电势。产生温差电势的主要原因：①导体中自由电子在高温端具有较大的动能；②电子从高温端向低温端扩散，因而高温端带正电，低温端带负电，形成静电场，并阻碍电子扩散；当扩散达到动态平衡时，两端产生一个相应的电位差，称为温差电势，表示为：其中：—汤姆逊系数，表示单一导体两端单位温度差为1℃时所产生的温差电势，与材料性质和两端温度有关。若，则，反之亦然。热电偶回路热电势热电偶回路中，总的温差电势为：热电偶回路中，总的温差电势为：热电偶回路中，总的接触电势为：热电偶回路中，总的热电势为：ABTT0热电偶回路的几点结论：如果构成热电偶的两个热电极为材料相同的均质导体，即NA=NB，σA=σB，则无论两结点温度如何，热电偶回路内的总热电势为零。必须采用两种不同的材料作为热电极。如果热电偶两结点温度相等，热电偶回路内的总电势亦为零。温差电势接触电势所以形成热电势的两个必要条件：两种导体的材料不同；节点所处的温度不同；3.工程实际中，标定热电偶时，令：则：