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1、第三章过程检测技术本讲稿第一页，共五十七页简单控制系统构成回顾：简单控制系统构成回顾：简单控制系统的方块图简单控制系统的方块图本讲稿第二页，共五十七页 本章主要内容：本章主要内容：3.1 概述概述3.2 压力检测压力检测3.3 流量检测流量检测3.4 物位检测物位检测3.5 温度检测温度检测3.8 变送器变送器3.9 现代传感器技术的发展现代传感器技术的发展本讲稿第三页，共五十七页3.1 3.1 概概 述述3.1.0 检测变送的重要性检测变送的重要性3.1.1 测量误差测量误差3.1.2 仪表性能指标仪表性能指标3.1.3 过程参数的一般测量原理过程参数的一般测量原理本讲稿第四页，共五十七页
2、在过程自动化中要通过检测元件获取生产工艺变量，最常在过程自动化中要通过检测元件获取生产工艺变量，最常见变量是见变量是温度、压力、流量、物位（四大参数）温度、压力、流量、物位（四大参数）。检测元件又称为敏感元件、传感器，它直接响应工艺检测元件又称为敏感元件、传感器，它直接响应工艺变量，并转化成一个与之成对应关系的输出信号。这些输变量，并转化成一个与之成对应关系的输出信号。这些输出信号包括出信号包括位移、电压、电流、电阻、频率、气压位移、电压、电流、电阻、频率、气压等。等。3.1.0 3.1.0 检测变送的重要性检测变送的重要性本讲稿第五页，共五十七页 由于检测元件的输出信号种类繁多，且信号较弱不
3、易察由于检测元件的输出信号种类繁多，且信号较弱不易察觉，一般都需要将其经过变送器处理，觉，一般都需要将其经过变送器处理，转换成标准统一的电转换成标准统一的电气信号（如气信号（如4 42020mA mA 或或 0 01010mAmA直流电流信号直流电流信号,20,20100100KPaKPa气气压信号）送往显示仪表，指示或记录工艺变量，或同时送往压信号）送往显示仪表，指示或记录工艺变量，或同时送往控制器对被控变量进行控制控制器对被控变量进行控制。有时将检测元件、变送器及显示有时将检测元件、变送器及显示装置统称为检测仪表装置统称为检测仪表,或者将检测元件称为一次仪表，将变送或者将检测元件称为一次仪
4、表，将变送器和显示装置称为二次仪表。器和显示装置称为二次仪表。本讲稿第六页，共五十七页检测检测实施正确控制的第一步实施正确控制的第一步变送变送将检测元件输出的各种信号、微弱信号转化成将检测元件输出的各种信号、微弱信号转化成统一统一(标准标准)的的电气信号电气信号。静态：静态：正确正确y(t)正确反映正确反映c(t)的值的值 可靠可靠长期工作长期工作动态：动态：迅速迅速y(t)迅速反映迅速反映c(t)的变化的变化过程控制对检测仪表要求：过程控制对检测仪表要求：本讲稿第七页，共五十七页3.1.1 3.1.1 3.1.1 3.1.1 检测过程与测量误差检测过程与测量误差检测过程与测量误差检测过程与测
5、量误差 检测过程检测过程检测过程检测过程参数检测就是用专门的技术工具，依靠能量的变换、实验和计算找到被测量的值。参数检测就是用专门的技术工具，依靠能量的变换、实验和计算找到被测量的值。参数检测就是用专门的技术工具，依靠能量的变换、实验和计算找到被测量的值。参数检测就是用专门的技术工具，依靠能量的变换、实验和计算找到被测量的值。被测变量传感器参数检测的基本过程被测对象变送器显示装置 传传传传感感感感器器器器又又又又称称称称为为为为检检检检测测测测元元元元件件件件或或或或敏敏敏敏感感感感元元元元件件件件，它它它它直直直直接接接接响响响响应应应应被被被被测测测测变变变变量量量量，经经经经能能能能量量
6、量量转转转转换换换换并并并并转转转转化化化化成成成成一一一一个个个个与与与与被被被被测测测测变变变变量量量量成成成成对对对对应应应应关关关关系系系系的的的的便便便便于于于于传传传传送送送送的的的的输输输输出出出出信信信信号号号号，如如如如mVmV、V V、mAmA、HzHz、位位位位移移移移、力等等。力等等。力等等。力等等。由由由由于于于于传传传传感感感感器器器器的的的的输输输输出出出出信信信信号号号号种种种种类类类类很很很很多多多多，而而而而且且且且信信信信号号号号往往往往往往往往很很很很微微微微弱弱弱弱，一一一一般般般般都都都都需需需需要要要要经经经经过过过过变变变变送送送送环环环环节节节
7、节的的的的进进进进一一一一步步步步处处处处理理理理，把把把把传传传传感感感感器器器器的的的的输输输输出出出出转转转转换换换换成成成成如如如如0 010mA10mA、4 420mA20mA等等等等标标标标准准准准统统统统一一一一的模拟量信号或者满足特定标准的数字量信号，这种检测仪表称为的模拟量信号或者满足特定标准的数字量信号，这种检测仪表称为的模拟量信号或者满足特定标准的数字量信号，这种检测仪表称为的模拟量信号或者满足特定标准的数字量信号，这种检测仪表称为变送器变送器变送器变送器。有些时候，传感器可以不经过变送环节，直接通过显示装置把被测量显示出来。有些时候，传感器可以不经过变送环节，直接通过显
8、示装置把被测量显示出来。有些时候，传感器可以不经过变送环节，直接通过显示装置把被测量显示出来。有些时候，传感器可以不经过变送环节，直接通过显示装置把被测量显示出来。本讲稿第八页，共五十七页测量误差测量误差测量误差测量误差测量误差测量误差测量误差测量误差仪表测得的仪表测得的仪表测得的仪表测得的测量值测量值测量值测量值 与与与与被测真值被测真值被测真值被测真值 之差之差之差之差 由由由由于于于于真真真真值值值值在在在在理理理理论论论论上上上上是是是是无无无无法法法法真真真真正正正正被被被被获获获获取取取取的的的的，因因因因此此此此，测测测测量量量量误误误误差差差差就就就就是是是是指指指指检检检检测
9、测测测仪仪仪仪表表表表（精精精精度度度度较较较较低低低低）和和和和标标标标准表（精度较高）在同一时刻对同一被测变量进行测量所得到的准表（精度较高）在同一时刻对同一被测变量进行测量所得到的准表（精度较高）在同一时刻对同一被测变量进行测量所得到的准表（精度较高）在同一时刻对同一被测变量进行测量所得到的2 2 2 2个读数之差。个读数之差。个读数之差。个读数之差。即：即：即：即：x x0 0标准表读数标准表读数标准表读数标准表读数测量误差的几种表示形式：测量误差的几种表示形式：测量误差的几种表示形式：测量误差的几种表示形式：绝对误差绝对误差绝对误差绝对误差实际相对误差实际相对误差实际相对误差实际相对
10、误差标称相对误差标称相对误差标称相对误差标称相对误差相对百分误差相对百分误差相对百分误差相对百分误差本讲稿第九页，共五十七页3.1.33.1.33.1.33.1.3检测仪表的主要性能指标检测仪表的主要性能指标检测仪表的主要性能指标检测仪表的主要性能指标仪表的精确度仪表的精确度仪表的精确度仪表的精确度一一一一台台台台测测测测量量量量范范范范围围围围0 01000kPa1000kPa的的的的压压压压力力力力测测测测量量量量仪仪仪仪表表表表，其其其其最最最最大大大大绝绝绝绝对对对对误误误误差差差差10kPa(10kPa(在在在在整整整整个个个个量量量量程程程程范范范范围围围围内内内内)，另另另另一一
11、一一台台台台测测测测量量量量范范范范围围围围0 0400kPa400kPa的的的的压压压压力力力力测测测测量量量量仪仪仪仪表表表表，其其其其最最最最大大大大绝绝绝绝对对对对误误误误差差差差5kPa5kPa，请请请请问问问问哪哪哪哪一一一一台台台台压压压压力力力力检检检检测测测测仪表的精度更高？仪表的精度更高？仪表的精度更高？仪表的精度更高？虽然后者的最大绝对误差较小，但这并不说明后者较前者精度高。虽然后者的最大绝对误差较小，但这并不说明后者较前者精度高。虽然后者的最大绝对误差较小，但这并不说明后者较前者精度高。虽然后者的最大绝对误差较小，但这并不说明后者较前者精度高。在自动化仪表中，通常是以最
12、大相对百分误差来衡量仪表的精确度，定义仪表的精度等级。在自动化仪表中，通常是以最大相对百分误差来衡量仪表的精确度，定义仪表的精度等级。在自动化仪表中，通常是以最大相对百分误差来衡量仪表的精确度，定义仪表的精度等级。在自动化仪表中，通常是以最大相对百分误差来衡量仪表的精确度，定义仪表的精度等级。由于仪表的绝对误差在测量范围内的各点上是不相同的，因此在工业上通常将绝对误差中的由于仪表的绝对误差在测量范围内的各点上是不相同的，因此在工业上通常将绝对误差中的由于仪表的绝对误差在测量范围内的各点上是不相同的，因此在工业上通常将绝对误差中的由于仪表的绝对误差在测量范围内的各点上是不相同的，因此在工业上通常
13、将绝对误差中的最大值，即把最大绝对误差折合成测量范围的百分数表示，称为最大相对百分误差最大值，即把最大绝对误差折合成测量范围的百分数表示，称为最大相对百分误差最大值，即把最大绝对误差折合成测量范围的百分数表示，称为最大相对百分误差最大值，即把最大绝对误差折合成测量范围的百分数表示，称为最大相对百分误差:仪表的仪表的仪表的仪表的精度等级精度等级精度等级精度等级（精确度等级精确度等级精确度等级精确度等级）是指仪表在规定的工作条件下）是指仪表在规定的工作条件下）是指仪表在规定的工作条件下）是指仪表在规定的工作条件下允许的最大相对百分误差。允许的最大相对百分误差。允许的最大相对百分误差。允许的最大相对
14、百分误差。本讲稿第十页，共五十七页3.1.33.1.33.1.33.1.3检测仪表的主要性能指标检测仪表的主要性能指标检测仪表的主要性能指标检测仪表的主要性能指标仪表的精确度等级仪表的精确度等级仪表的精确度等级仪表的精确度等级仪表的精度等级（精确度等级）是指仪表在规定的工作条件下允许的最大相对百分误差。仪表的精度等级（精确度等级）是指仪表在规定的工作条件下允许的最大相对百分误差。仪表的精度等级（精确度等级）是指仪表在规定的工作条件下允许的最大相对百分误差。仪表的精度等级（精确度等级）是指仪表在规定的工作条件下允许的最大相对百分误差。把仪表允许的最大相对百分误差去掉把仪表允许的最大相对百分误差去
15、掉把仪表允许的最大相对百分误差去掉把仪表允许的最大相对百分误差去掉“”号和号和号和号和“”号，便可以用来确定仪表的精度等级。号，便可以用来确定仪表的精度等级。号，便可以用来确定仪表的精度等级。号，便可以用来确定仪表的精度等级。目前，按照国家统一规定所划分的仪表精度等级有：目前，按照国家统一规定所划分的仪表精度等级有：目前，按照国家统一规定所划分的仪表精度等级有：目前，按照国家统一规定所划分的仪表精度等级有：0.0050.0050.0050.005，0.020.020.020.02，0.050.050.050.05，0.10.10.10.1，0.20.20.20.2，0.40.40.40.4，0
16、.50.50.50.5，1.01.01.01.0，1.51.51.51.5，2.52.52.52.5，4.04.04.04.0等。等。等。等。所谓的所谓的所谓的所谓的0.50.50.50.5级仪表，表示该仪表允许的最大相对百分误差为级仪表，表示该仪表允许的最大相对百分误差为级仪表，表示该仪表允许的最大相对百分误差为级仪表，表示该仪表允许的最大相对百分误差为0.50.50.50.5，以此类推。，以此类推。，以此类推。，以此类推。精度等级一般用一定的符号形式表示在仪表面板上：精度等级一般用一定的符号形式表示在仪表面板上：精度等级一般用一定的符号形式表示在仪表面板上：精度等级一般用一定的符号形式表示
17、在仪表面板上：1.51.0仪表的精度等级是衡量仪表质量优劣的重要指标之一仪表的精度等级是衡量仪表质量优劣的重要指标之一仪表的精度等级是衡量仪表质量优劣的重要指标之一仪表的精度等级是衡量仪表质量优劣的重要指标之一。精度等级数值越小，表示仪表的精确度越高。精度等级数值越小，表示仪表的精确度越高。精度等级数值越小，表示仪表的精确度越高。精度等级数值越小，表示仪表的精确度越高。精度等级数值小于等于精度等级数值小于等于精度等级数值小于等于精度等级数值小于等于0.050.050.050.05的仪表通常用来作为标准表，而工业用表的精度等级数值一般大于等于的仪表通常用来作为标准表，而工业用表的精度等级数值一般
18、大于等于的仪表通常用来作为标准表，而工业用表的精度等级数值一般大于等于的仪表通常用来作为标准表，而工业用表的精度等级数值一般大于等于0.50.50.50.5。本讲稿第十一页，共五十七页检测仪表的主要性能指标检测仪表的主要性能指标检测仪表的主要性能指标检测仪表的主要性能指标非线性误差非线性误差非线性误差非线性误差在在在在通通通通常常常常情情情情况况况况下下下下，总总总总是是是是希希希希望望望望测测测测量量量量仪仪仪仪表表表表的的的的输输输输出出出出量量量量和和和和输输输输入入入入量量量量之之之之间间间间呈呈呈呈线线线线性性性性对对对对应应应应关关关关系系系系。测测测测量量量量仪仪仪仪表表表表的的
19、的的非非非非线线线线性性性性误误误误差差差差就就就就是是是是用用用用来来来来表表表表征征征征仪仪仪仪表表表表的的的的输输输输出出出出量量量量和和和和输输输输入入入入量量量量的的的的实实实实际际际际对对对对应应应应关关关关系与理论直线的吻合程度。系与理论直线的吻合程度。系与理论直线的吻合程度。系与理论直线的吻合程度。通通通通常常常常非非非非线线线线性性性性误误误误差差差差用用用用实实实实际际际际测测测测得得得得的的的的输输输输入入入入输输输输出出出出特特特特性性性性曲曲曲曲线线线线（也也也也称称称称为为为为校校校校准准准准曲曲曲曲线线线线）与与与与理理理理论论论论直直直直线线线线的的的的之之之之
20、间间间间的的的的最最最最大大大大偏差和测量仪表量程之比的百分数来表示：偏差和测量仪表量程之比的百分数来表示：偏差和测量仪表量程之比的百分数来表示：偏差和测量仪表量程之比的百分数来表示：被测变量仪表输出理论实际本讲稿第十二页，共五十七页检测仪表的主要性能指标检测仪表的主要性能指标检测仪表的主要性能指标检测仪表的主要性能指标变变变变 差差差差在在在在外外外外界界界界条条条条件件件件不不不不变变变变的的的的情情情情况况况况下下下下，使使使使用用用用同同同同一一一一仪仪仪仪表表表表对对对对被被被被测测测测变变变变量量量量在在在在全全全全量量量量程程程程范范范范围围围围内内内内进进进进行行行行正正正正反
21、反反反行行行行程程程程（即即即即逐逐逐逐渐渐渐渐由由由由小小小小到到到到大大大大和和和和逐逐逐逐渐渐渐渐由由由由大大大大到到到到小小小小）测测测测量量量量时时时时，对对对对应应应应于于于于同同同同一一一一被被被被测测测测值值值值的的的的仪仪仪仪表表表表输输输输出出出出可可可可能能能能不不不不等等等等，二者之差的绝对值即为变差。二者之差的绝对值即为变差。二者之差的绝对值即为变差。二者之差的绝对值即为变差。变变变变差差差差的的的的大大大大小小小小，根根根根据据据据在在在在同同同同一一一一被被被被测测测测值值值值下下下下正正正正反反反反特特特特性性性性间间间间仪仪仪仪表表表表输输输输出出出出的的的的
22、最最最最大大大大绝绝绝绝对对对对误误误误差差差差和和和和测测测测量量量量仪表量程之比的百分数来表示仪表量程之比的百分数来表示仪表量程之比的百分数来表示仪表量程之比的百分数来表示 ：被测变量仪表输出下行程上行程本讲稿第十三页，共五十七页检测仪表的主要性能指标检测仪表的主要性能指标检测仪表的主要性能指标检测仪表的主要性能指标灵敏度和分辨力灵敏度和分辨力灵敏度和分辨力灵敏度和分辨力灵灵灵灵敏敏敏敏度度度度是是是是表表表表征征征征检检检检测测测测仪仪仪仪表表表表对对对对被被被被测测测测量量量量变变变变化化化化的的的的灵灵灵灵敏敏敏敏程程程程度度度度，它它它它是是是是指指指指仪仪仪仪表表表表输输输输出出
23、出出变变变变化化化化量和输入变化量之比，即量和输入变化量之比，即量和输入变化量之比，即量和输入变化量之比，即 灵敏度灵敏度灵敏度灵敏度y/xy/x 分分分分辨辨辨辨力力力力又又又又称称称称为为为为灵灵灵灵敏敏敏敏限限限限，是是是是仪仪仪仪表表表表输输输输出出出出能能能能响响响响应应应应和和和和分分分分辨辨辨辨的的的的最最最最小小小小输输输输入入入入变变变变化化化化量量量量，它它它它也也也也是是是是灵灵灵灵敏敏敏敏度度度度的的的的一一一一种种种种反反反反映映映映。对对对对数数数数字字字字式式式式仪表来说，分辨力就是数字显示仪表变化一个仪表来说，分辨力就是数字显示仪表变化一个仪表来说，分辨力就是数
24、字显示仪表变化一个仪表来说，分辨力就是数字显示仪表变化一个LSBLSBLSBLSB（二进制最低有效位）时输入的最小变化量。（二进制最低有效位）时输入的最小变化量。（二进制最低有效位）时输入的最小变化量。（二进制最低有效位）时输入的最小变化量。本讲稿第十四页，共五十七页检测仪表的主要性能指标检测仪表的主要性能指标检测仪表的主要性能指标检测仪表的主要性能指标动态误差动态误差动态误差动态误差相对百分误差、非线性误差、变差都是稳态（静态）误差。相对百分误差、非线性误差、变差都是稳态（静态）误差。相对百分误差、非线性误差、变差都是稳态（静态）误差。相对百分误差、非线性误差、变差都是稳态（静态）误差。动动
25、动动态态态态误误误误差差差差是是是是指指指指检检检检测测测测系系系系统统统统受受受受外外外外扰扰扰扰动动动动作作作作用用用用后后后后，被被被被测测测测变变变变量量量量处处处处于于于于变变变变动动动动状状状状态态态态下下下下仪仪仪仪表表表表示示示示值值值值与与与与参参参参数数数数实实实实际际际际值值值值之之之之间间间间的差异。的差异。的差异。的差异。引起该误差的原因是由于检测元件和检测系统中各种运动惯性以及能量形式转换需要时间所造成的。引起该误差的原因是由于检测元件和检测系统中各种运动惯性以及能量形式转换需要时间所造成的。引起该误差的原因是由于检测元件和检测系统中各种运动惯性以及能量形式转换需要
26、时间所造成的。引起该误差的原因是由于检测元件和检测系统中各种运动惯性以及能量形式转换需要时间所造成的。衡衡衡衡量量量量各各各各种种种种运运运运动动动动惯惯惯惯性性性性的的的的大大大大小小小小，以以以以及及及及能能能能量量量量传传传传递递递递的的的的快快快快慢慢慢慢常常常常采采采采用用用用时时时时间间间间常常常常数数数数T T T T和和和和传传传传递递递递滞滞滞滞后后后后时时时时间间间间（纯纯纯纯滞滞滞滞后后后后时时时时间间间间）两两两两个个个个参参参参数数数数表表表表示示示示（这这这这两两两两个个个个参参参参数数数数的的的的含含含含义义义义与与与与上上上上一一一一章章章章中中中中对对对对象象
27、象象数数数数学学学学模模模模型型型型中中中中的的的的时时时时间间间间常常常常数数数数T T T T和和和和纯纯纯纯滞滞滞滞后后后后时时时时间间间间的数学含义是一致的）的数学含义是一致的）的数学含义是一致的）的数学含义是一致的）它它它它们们们们的的的的存存存存在在在在会会会会降降降降低低低低检检检检测测测测过过过过程程程程的的的的动动动动态态态态性性性性能能能能，其其其其中中中中纯纯纯纯滞滞滞滞后后后后时时时时间间间间的的的的不不不不利利利利影影影影响响响响会会会会远远远远远远远远超超超超过过过过时时时时间常数间常数间常数间常数T T T T的影响。的影响。的影响。的影响。本讲稿第十五页，共五十
28、七页3.1.3 3.1.3 3.1.3 3.1.3 过程参数的一般检测原理过程参数的一般检测原理过程参数的一般检测原理过程参数的一般检测原理参参参参数数数数检检检检测测测测离离离离不不不不开开开开敏敏敏敏感感感感元元元元件件件件（传传传传感感感感器器器器），敏敏敏敏感感感感元元元元件件件件是是是是按按按按照照照照一一一一定定定定的的的的原原原原理理理理把把把把被被被被测测测测变变变变量量量量的信息转换成另一种可进行进一步处理或表示的信息。的信息转换成另一种可进行进一步处理或表示的信息。的信息转换成另一种可进行进一步处理或表示的信息。的信息转换成另一种可进行进一步处理或表示的信息。这个转换过程一
29、般都是利用诸多的自然规律和基础效应这个转换过程一般都是利用诸多的自然规律和基础效应这个转换过程一般都是利用诸多的自然规律和基础效应这个转换过程一般都是利用诸多的自然规律和基础效应:守恒定律守恒定律守恒定律守恒定律守恒定律是自然界最基本的定律，它包括守恒定律是自然界最基本的定律，它包括守恒定律是自然界最基本的定律，它包括守恒定律是自然界最基本的定律，它包括能量守恒能量守恒能量守恒能量守恒、动量守恒等等。、动量守恒等等。、动量守恒等等。、动量守恒等等。例例例例如如如如：孔孔孔孔板板板板流流流流量量量量计计计计、转转转转子子子子流流流流量量量量计计计计等等等等就就就就是是是是根根根根据据据据流流流流
30、体体体体的的的的动动动动能能能能和和和和静静静静压压压压能能能能之之之之间间间间的的的的变变变变化化化化(能量守恒能量守恒能量守恒能量守恒)来测量流体的流速。来测量流体的流速。来测量流体的流速。来测量流体的流速。场的定律场的定律场的定律场的定律如静电场、电磁场的感应定律、动力场的运动定律等等。典型例子：电容传感器。如静电场、电磁场的感应定律、动力场的运动定律等等。典型例子：电容传感器。如静电场、电磁场的感应定律、动力场的运动定律等等。典型例子：电容传感器。如静电场、电磁场的感应定律、动力场的运动定律等等。典型例子：电容传感器。d两两两两平平平平行行行行板板板板间间间间物物物物质质质质的的的的介
31、介介介电电电电常常常常数数数数，SSSS平平平平行行行行板板板板面面面面积积积积，dddd两两两两平平平平行行行行板板板板之之之之间间间间的的的的距距距距离离离离。如如如如果果果果把把把把一一一一个个个个极极极极板板板板固固固固定定定定，把把把把另另另另一一一一个个个个极极极极板板板板与与与与可可可可产产产产生生生生位位位位移移移移的的的的敏敏敏敏感感感感元元元元件件件件相相相相连连连连，即即即即可可可可将将将将敏敏敏敏感感感感元元元元件件件件的位移转换成电容量的大小。的位移转换成电容量的大小。的位移转换成电容量的大小。的位移转换成电容量的大小。本讲稿第十六页，共五十七页过程参数的一般检测原理
32、过程参数的一般检测原理过程参数的一般检测原理过程参数的一般检测原理热电效应热电效应热电效应热电效应把把把把两两两两种种种种不不不不同同同同的的的的导导导导体体体体或或或或者者者者半半半半导导导导体体体体连连连连接接接接成成成成闭闭闭闭合合合合的的的的回回回回路路路路，如如如如果果果果将将将将两两两两个个个个接接接接点点点点分分分分别别别别放放放放置置置置于于于于不不不不同同同同的的的的温温温温度度度度，则则则则该该该该回路内部会产生热电势，这种现象称为热电效应，回路内部会产生热电势，这种现象称为热电效应，回路内部会产生热电势，这种现象称为热电效应，回路内部会产生热电势，这种现象称为热电效应，t
33、0tAB利利利利用用用用导导导导体体体体的的的的热热热热电电电电效效效效应应应应，可可可可将将将将两两两两种种种种不不不不同同同同的的的的导导导导体体体体制制制制成成成成热热热热电电电电偶偶偶偶用用用用于于于于温温温温度度度度检检检检测测测测，这这这这也也也也是是是是一一一一种种种种工工工工业业业业上普遍使用的温度检测方法之一。上普遍使用的温度检测方法之一。上普遍使用的温度检测方法之一。上普遍使用的温度检测方法之一。电阻的热效应电阻的热效应电阻的热效应电阻的热效应电电电电阻阻阻阻的的的的热热热热效效效效应应应应是是是是指指指指金金金金属属属属导导导导体体体体的的的的电电电电阻阻阻阻值值值值随随
34、随随温温温温度度度度变变变变化化化化而而而而发发发发生生生生变变变变化化化化的的的的现现现现象象象象。通通通通常常常常，电电电电阻阻阻阻值和温度之间可以建立如下的简化关系式值和温度之间可以建立如下的简化关系式值和温度之间可以建立如下的简化关系式值和温度之间可以建立如下的简化关系式 R Rt t为温度为温度为温度为温度t t时的电阻值，时的电阻值，时的电阻值，时的电阻值，R Rt0t0为温度为温度为温度为温度t t0 0时的电阻值，时的电阻值，时的电阻值，时的电阻值，为温度系数。为温度系数。为温度系数。为温度系数。可可可可见见见见，温温温温度度度度的的的的变变变变化化化化可可可可以以以以导导导导
35、致致致致电电电电阻阻阻阻体体体体的的的的电电电电阻阻阻阻发发发发生生生生变变变变化化化化，因因因因此此此此只只只只要要要要设设设设法法法法测测测测量量量量出出出出电电电电阻阻阻阻值值值值的的的的变变变变化化化化就就就就可可可可以以以以达达达达到到到到测测测测量量量量温度的目的，这也是另一种工业上普遍使用的温度检测方法。温度的目的，这也是另一种工业上普遍使用的温度检测方法。温度的目的，这也是另一种工业上普遍使用的温度检测方法。温度的目的，这也是另一种工业上普遍使用的温度检测方法。本讲稿第十七页，共五十七页过程参数的一般检测原理过程参数的一般检测原理过程参数的一般检测原理过程参数的一般检测原理压电
36、效应压电效应压电效应压电效应当当当当某某某某些些些些材材材材料料料料受受受受压压压压发发发发生生生生机机机机械械械械形形形形变变变变时时时时，在在在在两两两两个个个个相相相相对对对对的的的的面面面面上上上上会会会会产产产产生生生生异异异异号号号号电电电电荷荷荷荷。这这这这种种种种在在在在没没没没有有有有外电场存在，由于形变引起的电现象称为压电效应。外电场存在，由于形变引起的电现象称为压电效应。外电场存在，由于形变引起的电现象称为压电效应。外电场存在，由于形变引起的电现象称为压电效应。可见，利用压电效应可进行力、压力的测量。可见，利用压电效应可进行力、压力的测量。可见，利用压电效应可进行力、压力
37、的测量。可见，利用压电效应可进行力、压力的测量。应变效应和压阻效应应变效应和压阻效应应变效应和压阻效应应变效应和压阻效应利用金属导体和半导体材料制成的电阻体，其阻值利用金属导体和半导体材料制成的电阻体，其阻值利用金属导体和半导体材料制成的电阻体，其阻值利用金属导体和半导体材料制成的电阻体，其阻值R R R R可以表示成可以表示成可以表示成可以表示成 当电阻体材料的电阻率、长度或者截面积发生变化，可引起电阻体电阻值发生变化当电阻体材料的电阻率、长度或者截面积发生变化，可引起电阻体电阻值发生变化当电阻体材料的电阻率、长度或者截面积发生变化，可引起电阻体电阻值发生变化当电阻体材料的电阻率、长度或者截
38、面积发生变化，可引起电阻体电阻值发生变化电阻体的电阻值变化归结为两个因素：电阻体的电阻值变化归结为两个因素：电阻体的电阻值变化归结为两个因素：电阻体的电阻值变化归结为两个因素：一是由尺寸变化引起的（如一是由尺寸变化引起的（如一是由尺寸变化引起的（如一是由尺寸变化引起的（如 l l、A A），称为应变效应；），称为应变效应；），称为应变效应；），称为应变效应；二是由电阻率变化引起的，称为压阻效应。二是由电阻率变化引起的，称为压阻效应。二是由电阻率变化引起的，称为压阻效应。二是由电阻率变化引起的，称为压阻效应。对于金属材料，以前者为主；对于半导体材料，以后者为主。对于金属材料，以前者为主；对于半导
39、体材料，以后者为主。对于金属材料，以前者为主；对于半导体材料，以后者为主。对于金属材料，以前者为主；对于半导体材料，以后者为主。利用材料的应变效应和压阻效应制成的敏感元件可用于压力等参数的测量。利用材料的应变效应和压阻效应制成的敏感元件可用于压力等参数的测量。利用材料的应变效应和压阻效应制成的敏感元件可用于压力等参数的测量。利用材料的应变效应和压阻效应制成的敏感元件可用于压力等参数的测量。本讲稿第十八页，共五十七页检测系统的构成被测参数敏感元件信号变换信号传输信号测量显示记录控制+-A/DPLC本讲稿第十九页，共五十七页压力的表示方法压力的表示方法压力的表示方法压力的表示方法 检测方法的分类检
40、测方法的分类检测方法的分类检测方法的分类 液柱式压力检测液柱式压力检测液柱式压力检测液柱式压力检测 弹性式压力检测弹性式压力检测弹性式压力检测弹性式压力检测电气式压力检测电气式压力检测电气式压力检测电气式压力检测智能式压力变送器智能式压力变送器智能式压力变送器智能式压力变送器压力检测仪表的选用和安装压力检测仪表的选用和安装压力检测仪表的选用和安装压力检测仪表的选用和安装3.23.2压力检测压力检测压力检测压力检测本讲稿第二十页，共五十七页三种压力表示方法三种压力表示方法三种压力表示方法三种压力表示方法绝对压力绝对压力绝对压力绝对压力 p pa a表压力表压力表压力表压力 p p负压或真空度负压
41、或真空度负压或真空度负压或真空度 p ph h3.2.1 3.2.1 压力的表示方法压力的表示方法压力的表示方法压力的表示方法pa绝对压力零线pphpa大气压p01.01325105Pa绝对压力是指物体所受的实际压力。绝对压力是指物体所受的实际压力。绝对压力是指物体所受的实际压力。绝对压力是指物体所受的实际压力。表压是指一般压力表所测得的压力，它是高于大气压力的绝对压力与大气压力之差，即表压是指一般压力表所测得的压力，它是高于大气压力的绝对压力与大气压力之差，即表压是指一般压力表所测得的压力，它是高于大气压力的绝对压力与大气压力之差，即表压是指一般压力表所测得的压力，它是高于大气压力的绝对压力
42、与大气压力之差，即 真空度是指大气压与低于大气压的绝对压力之差，有时也称为负压，即真空度是指大气压与低于大气压的绝对压力之差，有时也称为负压，即真空度是指大气压与低于大气压的绝对压力之差，有时也称为负压，即真空度是指大气压与低于大气压的绝对压力之差，有时也称为负压，即 由由由由于于于于各各各各种种种种工工工工艺艺艺艺设设设设备备备备和和和和检检检检测测测测仪仪仪仪表表表表通通通通常常常常是是是是处处处处于于于于大大大大气气气气之之之之中中中中，本本本本身身身身就就就就承承承承受受受受着着着着大大大大气气气气压压压压力力力力，因因因因此此此此工工工工程程程程上上上上通通通通常常常常采采采采用用用
43、用表表表表压压压压或或或或者者者者真空度来表示压力的大小，一般的压力检测仪表所指示的压力也是表压或者真空度。真空度来表示压力的大小，一般的压力检测仪表所指示的压力也是表压或者真空度。真空度来表示压力的大小，一般的压力检测仪表所指示的压力也是表压或者真空度。真空度来表示压力的大小，一般的压力检测仪表所指示的压力也是表压或者真空度。除特殊说明之外，以后所提及的压力均指表压。除特殊说明之外，以后所提及的压力均指表压。除特殊说明之外，以后所提及的压力均指表压。除特殊说明之外，以后所提及的压力均指表压。本讲稿第二十一页，共五十七页3.2.2 3.2.2 压力检测方法的分类压力检测方法的分类压力检测方法的
44、分类压力检测方法的分类 目前工业上常用的压力检测方法和压力检测仪表很多，根据敏感元件和转换原理目前工业上常用的压力检测方法和压力检测仪表很多，根据敏感元件和转换原理目前工业上常用的压力检测方法和压力检测仪表很多，根据敏感元件和转换原理目前工业上常用的压力检测方法和压力检测仪表很多，根据敏感元件和转换原理的不同，一般分为四类：的不同，一般分为四类：的不同，一般分为四类：的不同，一般分为四类：(1)(1)(1)(1)液柱式压力检测液柱式压力检测液柱式压力检测液柱式压力检测 一般采用充有水或水银等液体的玻璃一般采用充有水或水银等液体的玻璃一般采用充有水或水银等液体的玻璃一般采用充有水或水银等液体的玻
45、璃U U U U形管或单管进行测量。形管或单管进行测量。形管或单管进行测量。形管或单管进行测量。(2)(2)(2)(2)弹弹弹弹性性性性式式式式压压压压力力力力检检检检测测测测 它它它它是是是是根根根根据据据据弹弹弹弹性性性性元元元元件件件件受受受受力力力力变变变变形形形形的的的的原原原原理理理理，将将将将被被被被测测测测压压压压力力力力转转转转换换换换成成成成位位位位移移移移进进进进行行行行测测测测量量量量的的的的。常常常常用用用用的的的的弹弹弹弹性性性性元元元元件件件件有弹簧管、膜片和波纹管等。有弹簧管、膜片和波纹管等。有弹簧管、膜片和波纹管等。有弹簧管、膜片和波纹管等。(3)(3)(3)
46、(3)电气式压力检测电气式压力检测电气式压力检测电气式压力检测 它是利用敏感元件将被测压力直接转换成各种电量进行测量的仪表，如电阻、电荷量等。它是利用敏感元件将被测压力直接转换成各种电量进行测量的仪表，如电阻、电荷量等。它是利用敏感元件将被测压力直接转换成各种电量进行测量的仪表，如电阻、电荷量等。它是利用敏感元件将被测压力直接转换成各种电量进行测量的仪表，如电阻、电荷量等。(4)(4)(4)(4)活活活活塞塞塞塞式式式式压压压压力力力力检检检检测测测测 它它它它是是是是根根根根据据据据液液液液压压压压机机机机液液液液体体体体传传传传送送送送压压压压力力力力的的的的原原原原理理理理，将将将将被被
47、被被测测测测压压压压力力力力转转转转换换换换成成成成活活活活塞塞塞塞面面面面积积积积上上上上所所所所加加加加平平平平衡砝码的质量来进行测量。衡砝码的质量来进行测量。衡砝码的质量来进行测量。衡砝码的质量来进行测量。活活活活塞塞塞塞式式式式压压压压力力力力计计计计的的的的测测测测量量量量精精精精度度度度较较较较高高高高，允允允允许许许许误误误误差差差差可可可可以以以以小小小小到到到到0.050.050.020.02，它它它它普普普普遍遍遍遍被被被被用用用用作标准仪器对压力检测仪表进行检定。作标准仪器对压力检测仪表进行检定。作标准仪器对压力检测仪表进行检定。作标准仪器对压力检测仪表进行检定。本讲稿第
48、二十二页，共五十七页3.2.3 3.2.3 液柱式压力检测液柱式压力检测液柱式压力检测液柱式压力检测 液液液液柱柱柱柱式式式式压压压压力力力力检检检检测测测测是是是是以以以以流流流流体体体体静静静静力力力力学学学学原原原原理理理理为为为为基基基基础础础础的的的的，它它它它们们们们一一一一般般般般采采采采用用用用水水水水银银银银或或或或水水水水为为为为工工工工作作作作液液液液，用用用用U U U U型型型型管管管管进进进进行行行行测测测测量量量量，常常常常用用用用于于于于较较较较低低低低压压压压力力力力、负负负负压压压压或或或或压压压压力差的检测。力差的检测。力差的检测。力差的检测。p1 p2p
49、1 p2h(a)(b)特特特特点点点点：直直直直观观观观、可可可可靠靠靠靠、准准准准确确确确度度度度较较较较高高高高等等等等，但但但但U U U U形形形形管管管管只只只只能能能能测测测测量量量量较较较较低低低低的的的的压压压压力力力力或或或或差差差差压压压压，为为为为了了了了便便便便于于于于读读读读数数数数，U U U U形形形形管管管管一一一一般般般般是是是是用用用用玻玻玻玻璃璃璃璃做做做做成成成成，易易易易破破破破损损损损，另另另另外外外外它只能进行现场指示。它只能进行现场指示。它只能进行现场指示。它只能进行现场指示。用用用用U U U U形管进行压力检测，其误差来源主要有：形管进行压力
50、检测，其误差来源主要有：形管进行压力检测，其误差来源主要有：形管进行压力检测，其误差来源主要有：温度误差温度误差温度误差温度误差由使用环境温度的变化引起的测量误差。由使用环境温度的变化引起的测量误差。由使用环境温度的变化引起的测量误差。由使用环境温度的变化引起的测量误差。它它它它主主主主要要要要包包包包括括括括两两两两个个个个方方方方面面面面：一一一一是是是是标标标标尺尺尺尺长长长长度度度度随随随随温温温温度度度度的的的的变变变变化化化化（要要要要求求求求U U U U形形形形管管管管材材材材料料料料的的的的温温温温度度度度系系系系数数数数极极极极小小小小）；二二二二是是是是工工工工作作作作液