1、自动检测技术与装置例一：有一台压力仪表，其量程为100kpa，经检验发现仪表的基本误差为0.6kpa，问这台压力仪表的准确度为多少？准确度等级为多少？解：由题意可以算出仪表的满刻度相对误差为0.6%，略去其百分号，则该压力仪表的准确度为0.6.由于0.6大于准确度等级0.5，而小于1.0，所以该仪表的准确度等级为1.0级。例二：拟对某压力容器的压力进行测量，正常压力在150kpa左右，要求压力测量误差不大于4.5kpa，问应选择什么样的压力检测仪表才能满足测量要求？解：由题意，选择的压力仪表的基本误差应小于4.5kpa才能满足测量要求，另一方面，压力检测仪表的量程一般应比正常压力大30%以上，
2、可选择压力仪表的量程为250kpa，则仪表满刻度相对误差应小于4.5/250=1.8%，从而选择的压力仪表的准确度等级应为1.5级。电容元件的结构和特性1. 变极距式电容器：某个被测量变化时，会引起动极板的位移，从而改变极板间的距离，导致电容量的变化。2. 变面积式电容器：当可动极板在被测量的作用下发生移位，使两极板相对有效面积改变，则会导致电容器的电容量的变化。3. 变介电常数是电容器：当两极板间介电常数变化，由此引起的电容量改变。热电偶检测元件将两种不同的导体A B连成闭合回路，将他们的两个节点分别置于温度为T及T0（设TT0）的热源中，则在该回路内就会产生热电动势。这种现象称之为热电效应
3、。将两种材料的导体组合称为热电偶。导体A和B称为热电极。温度高的接点T称为热端（工作端），温度低的T0称为冷端（自由端）。热电偶回路中所产生的电动势由两部分组成：其一是不同材料的两种导体之间的接触电势；其二是单一导体两端温度不同而形成的温差电势。热电动势的大小只与热电极材料及两端温度有关，与热电极的几何尺寸无关。热电偶必须由两种材料不同的两个电极构成。热电极材料确定之后，热电势的大小只与T，T0有关，若保持T0一定，则热电偶回路总热电时就可以看成是温度T的单值函数。这就是用热电偶测温的基本原理。热电偶的基本定律（1） 均质导体定律有一种均质导体的闭合回路，不论导体的横截面积，长度以及温度分布如
4、何，均不产生热电动势。（2） 中间导体定律在热电偶回路中接入第三种材料的导体，只要其两端的温度相等，该导体的接入就不会影响热电偶回路的总热电动势。（3）中间温度定律 Eab(T,T0)= Eab(T,Tc)+ Eab(Tc,T0)用镍铬镍硅热电偶测炉温。当冷端温度T0=30度时，测得热电势为E（T,T0）=39.17mv，若被测温度不变，而冷端温度为-20度，则该热电偶测得的热电势为多少已知该热电偶有E(30.0)=1.2mv，E(-20.0)=-0.77mv？根据中间温度定律Eab(T,T0)= Eab(T,Tc)+ Eab(Tc,T0)其中T0=-20,Tc=30；所以：Eab(Tc,T0
5、)= Eab(Tc,0)- Eab(T0，0)=1.2-（-0.77）=1.97 Eab(T,T0)=39.17+1.97=41.14 mv得到冷端温度为-20度时，测得的热电势应为41.14mv。所以用热电偶测量温度时必须考虑冷端的温度，否则会引起误差。(1)压电效应某些材料在沿一定方向受外力作用时，不仅几何尺寸变化而发生变形，而且材料内部电荷分布发生变化，从而使得在其定的两个相时表面上产生得号相反、当外力去掉后，它们又恢复到不带电状态，这种现象称为正压电效应。所受的作用力越大，则机械变形越大，所产生的电荷量越多。压电效应是可逆的。光电效应是指光照射到物质上引起其电特性(电子发射、电导率、电
6、位、电配等)发生变化的现象。分为外光电效应和内无电效应。()外光电效应在光线作用下.使其内部电子逸出物体表面的现象称为外光电效应，基于外光电效应的光电器件有光电管、光电倍增管。（2）内光电效应物体在光线作用下，其内部的原子释放电子，但这些电子并不溢出物体表面，而仍然留在内部，从而导致物体的电阻率发生变化或产生电动势，这种现象称为内光电效应。使电阻率发生变化的现象称为光电导效应，基于光电导效应的光电器件有光敏电阻。而产生电动势的现象称为光生伏特效应，基于该效应的光电器件有光电池、光敏二极管、光敏三极管等。(2) 光敏电阻的主要参数及基本特性主要参数暗电阻和暗电流。所谓暗电阻是指在无光照时所测的电
7、阻值。这时在给定工作电压下流过光敏电阻的电流称为暗电流。亮电阻与亮电流。在受光照时，光敏电阻的阻值称为亮电阻，此时的电流称为亮电流。光敏电阻的基本特性包括光照特性、伏安特性、光谱特性、温度特性。检测仪表的组成：图3.1示出了检测仪表或检测系统一般组成形式，主要有敏感元件、信号变换、处理传输、数据存储以及显示装置等功能模块。需要指出的是：同种检测仪表（指敏感元件相同），由于使用要求和条件的不同，在组成测量系统的结构形式上也不完全相同。检测仪表的设计方法按结构形式来划分主要有直接串联式（直接变换式）、差动式、参比式和平衡（反馈）式为四种方法。直接串联式（直接变换式）、差动式、参比式等属开环结构设计
8、法，而平衡（反馈）式属于闭环结构设计法。四种仪表设计方法都有优缺点。温度检测仪表在根据敏感元件与被测介质接触与否，可以分成接触式和非接触式两大类。接触式检测仪表主要包括基于物体受热体积膨胀或长度伸缩性质的膨胀式温度检测仪表( 如 玻璃管水银温度计、双金属温度计) ，基于导体或半导体电阻值随温度变化的热电阻温度检测仪表，基于热电效应的热电偶温度检测仪表等。非接触式检测仪表是利用物体的热辐射特性与温度之间的对应关系，对物体的温度进行检测，主要有亮度法、全辐射法和比色法。热电偶温度计3.3 S型热电偶在工作室自由端温度t0=30度，现测得热电偶的电势为7.5mv，求被测介质实际温度？解：由题意热电偶
9、测得的电势为E(t,30)，即E(t,30)=7.5mv，其中t为被测介质温度，由分度表可查到E(30,0)=0.173mv，则E(t,0)=E(t,30)+E(30,0)=7.5+0.173=7.673mv在由分度表中查出与其对应的实际温度为830度。热电偶自由端温度的处理（1） 补偿导线法在使用补偿导线时必须注意以下问题。1 补偿导线只能在规定的温度范围内( 一般为O 100度) 与热电偶的热电势相等或相近。2 不同型号的热电偶有不同的补偿导线。3 热电偶和补偿导线的两个接点处要保持同温度。4 补偿导线有正、负极，需分别与热电偶的正、负极相连。G 补偿导线的作用只是延伸热电偶的自由端，当自
10、由端温度t0不等于0 时，还需进行其他补偿与修正。（2） 计算修正法（3） 自由端恒温法（4） 自动补偿法 目前主要采用补偿电桥利用不平衡电桥产生的电势来补偿热电偶因自由端温度变化而引起的热电势的变化值。（5） 为了减小引线电阻的影响，引线采用三线制接法，如图3.52所示，其中两根引线来自热电阻的一个引出端，另一根引线接至热电阻的另一个引出端。三根引线分别接到变送器或显示器仪表输入电路的电桥的电源和两个桥臂。由于引线分别接在电桥的两个桥臂上，受到温度或长度的变化引起引线电阻的变化将同时影响两个桥臂的电阻，但对电桥的输出影响不大，从而较好地消除了引线电阻的影响，提高测量的准确度。所以工业上多采用
11、三线制接法。接触式温度检测仪表在实际使用时注意：1. 正确选择测温位置2. 同等条件下尽可能缩小温度敏感元件和保护套管的体积3. 准确地安装以保证被测介质与敏感元件间充分的热交换智能温度变送器优点:1. 适用性和通用性强。2. 具有各种补偿功能。3. 标准信号输出和通信。4. 操作使用方便灵活具有自诊断功能。5. 可实现简单的现场就地控制。DDZ-III型差压变送器的结构原理图：压力检测仪表的使用：注意：压力仪表的选用；取压点及引压管路的设计一般在被测压力较稳定的情况下，最大工作压力不应超过仪表满量程的3/4，在被测压力波动较大或侧脉动压力时，最大工作压力不应超过仪表满量程的2/3，为了保证测
12、量准确度最小工作压力不应低于满量程的1/3，选择仪表流程时应首先要满足最大工作压力条件。物位检测仪表：常用的物位检测方法1. 静压式物位计2. 浮力式物位计3. 声学式物位计4. 射线式物位计5. 微波物位计6. 电气式物位计他们可以归纳为以下几个检测原理1. 基于力学原理2. 基于相对变化原理3. 基于某强度性物理量随物位的升高而增加原理静压式液位计检测原理基于液位高度变化时，由液柱产生的静压也随之变化的原理。量程迁移例如采用法兰式差压变送器时，由于从膜盒至变送器的毛细管中充以硅油，无论差压变送器安装在什么高度，一般均会产生附加静压。因此，在这些情况下，需要采用相应的校正措施，工程中最常用的
13、对压力（差压）变送器进行零点调整，使它在只受附加静压（静压差）时输出为“零”，这种方法称为“量程迁移。量程迁移有无迁移、负迁移、正迁移三种情况，正负迁移的实质是调整差压变送器的零点，作用是同时改变测量范围的上下限，而不改变量程的大小。浮力式液位计基本原理是通过测量漂浮于被测液面上的浮子（浮标）随液面变化而产生的位移，或利用沉浸在被测液体中的浮筒（沉筒）所受的浮力与液面位置的关系检测液位。前者一般称为恒浮力式液位计，后者称为变浮力式液位计。电容式物位计电容式物位计是利用敏感元件（电容器）直接把物位变化转换为电容量的变化，常见的电容器结构为圆筒形。超声波物位计声波是一种机械波，是机械振动在介质中传
14、播过程，频率在20khz以上的机械波称为超声波。节流式流量计如果在管道中安置一个固定的阻力件，它的中间是一个比管道截面小的孔，当流体流过阻力件的小孔时，由于流体流束的收缩而是流速加快、静压力降低，其结果是在阻力件前后产生一个较大压力差。它与流量（流速）的大小有关，流量越大，差压也越大。因此，只要测出阻力件前后的差压就可以推算出流量。作为流量检测用的节流件有标准的和特殊的两种。标准节流件包括标准孔板、标准喷嘴和标准文丘里管。节流装置包括节流件、取压装置和符合要求的前、后直管段，其作用是将流体的流量转换成与之对应的节流件前后的差压信号。差压计（差压变送器）节流装置把流量qm(qv)转换成差压p=K1*qm2，通过引压管传送到差压计，差压计的作用是将差压信号进一步转换成电流输出I=K2*p选择差压计是，不仅要保证差压量程符合要求，而且差压计的耐静压指标压大于管道内流体的压力。特别是最好选择内置开方器的差压计这样可以使得差压计的输出与流量呈现线性关系。
