页数：112页文件大小：1.91 MB来源： 检测技术与自动化仪表ppt课件
本课件可查阅温度与温标的基础说明、压力、流量与物位检测的实现方式与机械量与物质成分分析的典型应用，收录原理示意、结构框图与对比数据，配合逐页图示与完整文字版，便于按知识点检索复习。
检测技术与自动化仪表第二章参数检测
第二章参数检测本章主要对自然界的非电量参数，诸如温度、压力、物位、流量、机械量、成分等几种参数的组成原理、检测方法及其实现技术等问题进行简要介绍
第一节概述一、参数检测的意义参数检测是把反映生产过程状态的参数定量化，并提供出对控制生产有效而适当的信息，从而使生产管理、质量管理、原材料和能源消耗等处于最佳化
二、参数检测的一般方法参数的检测是以自然规律为基础，利用某些敏感元件特有的物理、化学和生物等效应，把被测变量的变化转换为敏感元件某一物理(化学)量的变化
光学法：利用光的发射、透射、折射、和反射定律或性质进行检测红外测温仪
力学法：利用敏感元件把被测量转变成机械位移、变形弹簧秤
热学法：根据被测介质的热物理量(参数)的差异以及热平衡原理进行参数的检测热线风速仪
电学法：利用敏感元件把被测变量转换成电压、电阻、电容等电学量电子体温计用NTC热敏电阻
声学法：利用超声波在介质中的传播以及在介质间界面处的反射等性质进行参数的检测超声波流量计
磁学法：利用被测介质有关磁性参数的差异及被测介质或敏感元件在磁场中表现出的特性，检测被测变量电磁流量计
射线法：放射线穿过介质时部分能量会被物质吸收，吸收程度与射线所穿过的物质层厚度、物质的密度等性质有关X射线探伤
三、常见的检测参数热工量：温度t（℃、K、℉）例：0℃等于32℉，20℃等于68℉，100℃等于212℉压力（压强）p（Pa）、压差Δp、真空度、流量q（t、m3）、流速v（m/s）、物位、液位h（m）机械量：尺寸（长度、厚度、角度）、直线位移x（m）、角位移α、速度、加速度a（m/s2）、转速n（r/min）、应变ε（m/m）、力矩T（Nm）、振动、噪声、质量（重量）m（kg、t）
物体的性质和成分量：空气的湿度（绝对、相对）、气体的化学成分、浓度、液体的粘度、浊度等状态量：颜色、透明度、缺陷、表面质量（粗糙度、白度、灰度）等。
电工量（U、I、f、R、Z、E、B……在电工、电子等课程中讲授，大多数不属于本课程的范围。
）常见的检测参数（续）
第二节温度的检测一、概述1、温度的概念温度是表征物体冷热程度的物理量。
温度的宏观概念是建立在热平衡基础上的。
任意两个温度不同的物体，只要有温度差存在，热量就会从高温物体向低温物体传递，直到两物体温度相等，即达到热平衡为止。
温度的微观概念是大量分子运动平均强度的表示。
分子运动愈激烈其温度表现越高
当两个物体同处于一个系统中而达到热平衡时，则它们就具有相同的温度。
因此可以从一个物体的温度得知另一个物体的温度，这就是测温的依据。
如果事先已经知道一个物体的某些性质或状态随温度变化的确定关系，就可以以温度来量度其性质或状态的变化情况，这就是设计与制作温度计的数学物理基础。
温度的测量
常用温标：（1）经验温标借助于某一种物质的物理量与温度变化的关系，用实验的方法或经验公式所确定的温标称为经验温标。
（℃、℉）摄氏温标摄氏温标规定标准大气压下纯水的冰融点为0度，水沸点为100度，中间等分为100格，每格为摄氏1度，符号为℃华氏温标华氏温标规定标准大气压下纯水的冰融点为32度，水沸点为212度，中间等分180格，每格为华氏1度，符号为℉。
缺点：局限性和随意性
（2）热力学温标以热力学第二定律为基础的一种理论温标，已被国际计量大会采纳作为国际统一的基本温标。
（K）它规定分子运动停止时的温度为绝对零度。
它建于热力学基础，体现出温度仅与热量有关而与测温物质的任何物理性质无关的理想温标。
缺点：不适于实际应用
接触式与非接触式测温特点比较：下表列出相关数据。
| 方式 | 非接触式 | 接触式 |
|---|---|---|
| 测量条件 | 需准确知道被测对象表面发射率；被测对象的辐射能充分照射到检测元件上 | 感温元件要与被测对象良好接触；感温元件的加入几乎不改变对象的温度；被测温度不超过感温元件能承受的上限温度；被测对象不对感温元件产生腐蚀 |
| 测量范围 | 原理上测量范围可以从超低温到极高温，但1000℃以下测量误差大，能测运动物体和热容小的物体温度 | 特别适合1200℃以下、热容大、无腐蚀性对象的连续在线测温；对高于1300℃以上的温度测量较困难 |
| 精度 | 通常为1.0、1.5、2.5级 | 工业用表通常为1.0、0.5、0.2及0.1级，实验室用表可达0.01级 |
| 响应速度 | 快，通常为2～3秒 | 慢，通常为几十秒到几分钟 |
| 其他特点 | 整个测温系统结构复杂，体积大，调整麻烦，价格昂贵；仪表读数通常只反映被测物体表现温度（需进一步转换）；不易组成测温、控温一体化的温度控制装置 | 整个测温系统结构简单，体积小，可靠，维护方便，价格低廉；仪表读数直接反映被测物体实际温度；可方便地组成多路集中测量与控制系统 |
原文表格文本按列交错抽取，此处按比较项重排为三列；原文「通常为l.0、1.5、2.5级」中的字母 l 按数值惯例修正为 1.0，其余数据依原文。
接触式测温：膨胀式温度计：测温敏感元件在受热后尺寸或体积会发生变化，该变化与温度具有一定的函数关系玻璃液体温度计
双金属温度计固体膨胀式温度计
第二节温度的检测
压力式温度计：根据一定质量的液体、气体在定容条件下其压力与温度呈确定函数关系的原理制成的
第二节温度的检测
热电阻温度计：利用金属(包括合金)导体或金属氧化物半导体做测温质，利用随温度而变化的电阻值来进行测温的
热电偶温度计：基于塞贝克热电动势效应
热敏电阻温度计：用电阻值随电阻体温度而显著变化的半导体电阻制成的
非接触式测温：任何物体，若其温度超过绝对零度，就会以电磁波的形式向周围辐射能量。
其中与物体本身温度有关的传播热能的那部分辐射，称为热辐射。
而把能检测被测物体热辐射能量，进而确定被测物体温度的仪表，通称为辐射式温度计
辐射测温仪表主要组成
光学高温计：将物体的光谱辐射亮度和标准光源的光谱辐射亮度进行比较，来确定待测物体的温度
光电高温计：克服了光学高温计的主要缺点
全辐射温度计：基于被测物体的辐射热效应进行工作
比色温度计：通过测量热辐射体在两个或两个以上波长的光谱辐射亮度之比来测量温度的
红外温测：基于辐射原理
（1）液柱式压力检测根据流体静力学原理，把被测压力转换成液柱高度来实现测量U型压力计
U形管压力计△P=P1－P2=ρg(h1+h2)提高工作液密度将增加压力的测量范围，但灵敏度要降低
（2）弹性式压力检测根据弹性元件受力变形的原理，将被测压力转换成位移来实现测量常用弹性元件
弹性压力计的组成框图
弹簧管压力计
（3）负荷式压力检测基于静力平衡原理进行压力测量活塞式压力计
第三节压力的检测
（4）电气式压力检测利用敏感元件将被测压力转换成各种电量，如电阻、电感、电容、电位差等压电式压力传感器
一般用压力表传递压力信息的距离不能很远，要向远距离传输压力信息，往往是将弹性测压元件与电气传感器相结合构成压力变送器，工业上常称为差压变送器。
它能以统一信号进行传输、显示和控制。
（5）压力变送器
电容式压力变送器
三、压力仪表的选择1.仪表量程的选择被测压力较稳定：最大工作压力不应超过仪表满量程的3/4被测压力波动较大或测脉动压力：最大工作压力不应超过仪表满量程的2/3为保证测量准确度：最小工作压力不应低于满量程的1/3优先满足最大工作压力条件
2、仪表精度的选择压力检测仪表的精度主要根据生产允许的最大误差来确定，即要求实际被测压力允许的最大绝对误差应小于仪表的基本误差。
根据生产允许的最大测量误差确定仪表的精度尽可能选用精度较低，价廉耐用的压力仪表
3、仪表类型的选择被测介质的性质对仪表输出信号的要求使用的环境
二、流量检测方法及常用的流量检测仪表1、节流差压法在管路内安装上节流元件，使流体在此处流动状态发生变化，造成节流元件的上、下游间产生压力差。
由于此压力差和流量间有一定函数关系，因此，检测此压差，即可变换出流量
第四节流量的检测
节流孔板流速变快，压力变小
节流装置（取压管及内部的节流孔板）节流孔板后取压管前取压管流体通过节流孔板时，流速加快，后取压管处的压力减小
2、容积法按一定的容积空间输送流体，容积空间的运动次数(或运动速度)与流量成正比。
记录运动次数或速度，则可得出一段时间内的累积流量。
容积式流量计，有椭园齿轮式流量计、膜式煤气表及旋转叶轮式水表等
第四节流量的检测
每转一周，两个齿轮共送出四个标准体积的流体
3、速度法测出流体的流速，再乘以管道截面即可得出流量。
按对流速测量的办法不同，能构成多种多样的流量仪表和检测系统
4、流体阻力法利用流体流动给设置在管道中的阻力体以作用力，作用力大小和流量大小有关。
靶式流量计
（5）流体振动法在管道的特定条件下，使流体流过后产生振动，可得到与流量成正比的频率输出信号旋涡分离情况示意图
卡门涡街流量计演示气体或液体管道及涡流发生锥体
在工业生产中，由于物料平衡，热平衡以及储存、经济核算等所需要的都是质量，并非体积，所以在测量工作中，常需将测出的体积流量，乘以密度换算成质量流量。
但由于密度随温度、压力而变化，所以在测量流体体积流量时，要同时测量流体的压力和密度，进而求出质量流量。
在温度、压力变化比较频繁的情况下，难以达到测量的目的。
这样便希望用质量流量计来测量质量流量，而无需再人工进行上述换算。
6、质量流量检测
直接法：科里奥利质量流量计的基本原理
三、常用物位检测仪表1．利用液体的浮力进行检测浮子液位计
2．利用液位引起的压力进行检测
3、电磁法测量液位
4、其他液位检测方式超声波法
光学法：激光测量物位
核辐射法测液位
微波法：雷达式液位计
第六节机械量的检测一、位移的检测根据物理学定义，线位移量为质点在直线方向位置的变化量，而角位移量则是角度方向位置的变化量。
工程中有关长度和角度的测量，实际上也是线位移和角位移的测量，但它强调的是几何尺寸与形状位置的测量，而这里则强调对运动量的测量。
检测方式可以是非电或是非电转换成电，转换结果可以是模拟量或是数字量
二、力和质量的检测1、常见力的检测方法力是物体之间的相互作用，它可以改变物体的运动状态，或改变物体所具有的动量，使物体产生加速度，力还可以使物体中产生应力，发生应变，因此，可以利用这些变化来实现对力的检测
平衡型测力法
利用弹性体变形测力法利用金属导体的应变效应
利用压磁效应测力法
第五节物位的检测
2、质量的检测方法•质量测量仪表是用于工业生产过程中对质量进行自动检测的仪表。
因为人们习惯地将质量称为重量，所以，常将质量测量仪表称为重量测量仪表。
•目前，在工业生产过程中应用最多的质量测量仪表是各种电子秤。
电子秤电子装置的核心是称重传感器，称重传感器是将质量信号转换为电信号的器件。
目前在电子秤中大量应用的称重传感器是电阻应变式称重传感器
电子皮带秤
电子料斗秤
第五节物位的检测
速度测量线速度测量（m/s，km/h)角速度测量(rad/s)（转速测量(转/分）三、速度和振动的检测1、速度的检测
线速度的检测：物体运动的线速度可以从物体在一定时间内移动的距离或者从物体移动一定距离所需的时间求得。
这种方法只能求某段距离或时间的平均速度，只有一定条件下才能求得瞬时线速度
接触辊法
测速发电机把转速转换为模拟电压信号角速度的检测
频闪转速表
光电式转速表把转速变换成脉冲数字信号
2、振动的测量•振动是一个物质系统的重复、周期运动。
•机械在运动时，由于旋转件的不平衡、负载的不均匀、结构刚度的各向异性、间隙、润滑不良、支撑松动等因素，总是伴随着各种振动。
•机械振动在大多数情况下是有害的，振动往往会降低机器性能，破坏其正常工作，缩短使用寿命，甚至导致事故。
机械振动还伴随着同频率的噪声，恶化环境，危害健康。
另一方面，振动也被利用来完成有益的工作，如运输、夯实、清洗、粉碎、脱水等
振动测试的基本参数：振动的幅值、频率和相位是振动的三个基本参数，称为振动三要素。
•幅值：幅值是振动强度的标志，它可以用峰值、有效值、平均值等不同的方法表示。
•频率：不同的频率成分反映系统内不同的振源。
通过频谱分析可以确定主要频率成分及其幅值大小，从而寻找振源，采取相应的措施。
•相位：振动信号的相位信息十分重要，如利用相位关系确定共振点、测量振型、旋转件动平衡、有源振动控制、降噪等。
对于复杂振动的波形分析，各谐波的相位关系是不可缺少的
振动的检测方法：对于振动参数的测量可以从振幅、速度、加速度中任何一个着手，但究竟选择哪一个为直接检测量，取决于振动的特性和测振传感器的类型
四、物体几何尺寸的检测工业上几何尺寸主要是指长度、宽度、厚度、直径和截面尺寸等。
在机械、零件以及原材料的制造中，这些尺寸是作为管理、控制用的重要检测量。
工业上的几何尺寸自动检测的方法很多，但大多数是以位移检测为基础的非接触测量
第七节物质成分的分析与检测
三、物性的检测湿度的检测：在通风与空调工程中，空气的湿度与温度是两个相关的热工参数，它们具有同样的重要意义。
湿度控制有何应用呢？
在空气调节的应用：提高人体舒适感环境湿度过低时，体表汗液蒸发量增加，皮肤会感觉过于干燥。
而湿度过大时，体表出的汗不能及时、充分地蒸发掉，积于皮肤表面，使人体不舒适感觉加大。
因此，为了提高人体热舒适性，应正确控制室内相对湿度值
在通信行业的应用：确保设备可靠性为避免因空气干燥引起静电，烧坏电路板，造成线路瘫痪，从而引发事故，同时保持设备的最佳运转状态，延长设备的使用寿命，通信行业动力机房环境对湿度和温度有着严格的要求
1、空气湿度的表示方法湿度是表示空气中水蒸汽含量多少的尺度。
常用来表示空气湿度的方法有：绝对湿度、相对湿度。
绝对湿度是指单位体积气体中所含水蒸汽质量；
相对湿度是以每立方米湿气体中所含水蒸汽的质量与同温度同压力下该气体水蒸汽的饱和质量之比，用百分数表示
二、气体湿度测量方法干湿球法露点法
干球温度计湿球温度计刻度盘纱布水槽
airinairout干球热电阻湿球热电阻
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