检测技术最新葵花宝典概念篇文档格式.docx
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保险期:
仪表使用后有效地完成规定任务的期限,超过了这一期限可靠性就逐渐降低;
有效期:
仪表在规定时间内能正常工作的概率;
狹义可靠性:
由结构可靠性和性能可靠性两部分组成。
前者指仪表在工作时不出故障的概率,后者指仪表能满足原定要求的概率。
:
绝对误差:
是仪表输出值与被测参数真值之间的差值仪表基本误差:
在标准条件下,仪表全量程范围内各输出值误差中绝对值最大者。
相对误差:
仪表的绝对误差与约定真值比的百分数,即δ=(△x/x0)×
引用误差=(测量误差/仪表量程):
仪表的绝对误差与仪表的量程比的百分数,也用s表示,即δ=(△x/量程)×
最大引用误差=(最大测量误差/仪表量程):
最大引用误差是便于仪器准确度等级的评定。
仪表满刻度相对误差:
仪表基本误差与仪表量程比的白分数。
它在数值上就是仪表的准确度
准确度:
判定仪表测量精确性的主要指标是它的准确度。
其定义是“仪表给出接近于真值的响应能力”。
知道了仪表的准确度就可以估计测量结果与约定真值的差距。
仪表的准确度通常是用仪表满刻度相对误差的大小来衡量。
又称精度、精确度。
准确度等级:
用仪表满刻度相对误差略去其百分号(%)作为仪表的准确度,再根据国家统一划分的准确度等级(0.05、0.1、0.25、0.35、0.5、1.0、1.5、2.5、4.0),选其中数值上最接近又比准确度大的准确度等级作为该仪表的准确度等级。
动态特性:
仪表的动态响应特性则反映仪表输出值跟随被测量随时间变化的能力,仪表输出值达到或接近稳定值的63.2%,则所需要的时间称为仪表的响应时间,也称为仪表的时间常数,准确度高的仪表不一定动态响应特性好
按误差的出现规律分类:
系统误差、随机误差和粗大误差。
按使用的工作条件分类:
基本误差和附加误差。
随机误差的特征:
具有正态分布的随机误差有以下四个特征:
1差的对称性②误差的单峰性(绝对值越小的误差在测量中出现的概率越大)
2差的有界性④误差的抵偿性(随测量次数的增加,随机误差的算术平均值趋向于零)
粗大误差的判定,给定一个显著性水平,按一定的分布确定临界值,凡超过临界值的误差,就判定为粗大误差,应予剔除。
拉依达法:
|Vi|=|Xi–X平均|>
3σ
系统误差的判定:
实验对比法、残余误差观察法、标准差判据。
消除和减少误差的一般方法:
(1)减小随机误差的方法:
提高检测系统准确度、抑制噪声干扰、对测量结果的统计处理
(2)减小系统误差的方法:
消除误差源法、引人修正值法、比较法、替代法、对照法。
仪表的防爆等级:
防爆标志“Ex”。
常见防爆类型:
隔爆型(d)、本质安全型(ia/ib)
隔爆型防爆仪表:
仪表的电路和接线端子全部置于防爆壳体内。
本质安全型防爆仪表(安全火花型防爆仪表)在正常状态下或规定的故障状态下产生的电火花和热效应均不会引起规定的易爆性气体混合物爆炸。
本质安全型ia和ib两个等级,前者安全性更高。
爆炸性危险场所分区
Ⅱ类场所(爆炸性气体环境危险场所区域划分):
0区、1区、2区
0区:
爆炸性气体环境连续出现或长时间存在的场所。
1区:
在正常运行时,可能出现爆炸性气体环境的扬所。
2区:
在正常运行时,不可能出现爆炸性气体环境,如果出现也是偶尔发生并且仅是短时间存在的场所。
Ⅲ类场所(可燃性粉尘环境危险场所区域划分):
20区、21区、22区
20区:
在正常运行过程中可燃性粉尘连续出现或经常出现,其数量足以形成可燃性粉尘与空气混合物和/或可能形成无法控制和极厚的粉尘层的场所及容器内部。
21区:
在正常运行过程中,可能出现粉尘数量足以形成可燃性粉尘与空气混合物但未划入20区的场所。
22区:
在异常条件下,可燃性粉尘云偶尔出现并且只是短时间存在、或可燃性粉尘偶出现堆积或可能存在粉尘层并且产生可燃性粉尘空气混合物的场所。
仪表的防护等级:
防护等级由“IP”字母和两个数字表示
识别字母IP:
接触防护,对外来物体侵入的防护,对水侵入的防护。
第一个数字:
防护等级,接触防护和对外来物体侵入的防护。
第二个数字:
防护等级,对水侵入的防护。
防护标志:
第一个识别号
防护范围名称
第二个识别号
无防护
1/2
对大型/中等外来物的防护
垂直/倾斜水滴的防护
3/4
对小型/很小外来物的防护
喷洒/溅洒的防护
5/6
对尘降/粉尘侵入的防护
水流/水淹的防护
7/8
水没/浸没的防护
数据处理的误差:
有效数字、科学记数法
应与参与加减运算的各数据中小数点后位数最少的那一数据的位数相同。
乘除运算时,运算结果的有效数字位数应有效数字最少位数相同。
例:
462.8×
0.64÷
1.22=242.78033(2.4×
10²
)
乘方与开方运算,所得结果的有效数字位数与该数据的位数相同。
3.25²
=10.5625(10.6)
对数计算中,所取对数应与真数有效数字位数相同。
lg32.8=1.51587…(1.52)
对于常数e,2及其他无误差的数值,其有效数字的位数可认为是无限的,在计算中需要几位就取几位。
1/2=0.5000…其有效数字可任意取用
若第一位有效数字等于或大于8,则其有效数字的位数可多计一位。
8.5×
1.38×
0.267=3.13191(3.13)
提高测量精确度的途径:
①控制测量误差因素②选择有利的测量方案③满足误差分量的均衡条件④充分利用测量误差的抵偿性
仪表的分析设计原则:
采用由整体到局部的方法进行分析、设计即首先对仪表作总体概貌性的了解、设计,然后将仪表划分成几个部分,再对各划分部分逐一进行分析、设计,最后综合出整机的特性。
1、了解仪表的测量对象和基本原理;
2、按照结构框图将仪表划分为部分;
3、根据信号的传递方向对各部分逐一进行分析或设计;
4、综合仪表的整机特性。
根据信号的传递方向对各部分逐一进行分析或设计
1、了解各部分的结构、作用、特点、输出与输入的关系,直至每一个元部件的作用。
2、对复杂的部分,可作进一步划分,直到划分为最基本的构成部件为止。
3、画等效框图。
在画图时可以忽略一些次要元件和因素,突出主要部分,也可以把画成习惯的形式。
4、应用基本理论,分析或设计各个部分。
信号:
易于处理的物理量:
机械量、气压/液压量、电量、光。
一般情况下是电信号。
能够将被测量变换为另一种易于传输的物理量(信号)
特殊的传感器,使用统一的动力源,输出标准信号
回差、非线性误差、相对误差、引用误差、准确度和准确度等级之间的关系
回差<
=2×
最大引用误差
线性度=非线性误差<
=最大引用误差=仪表满刻度相对误差=准确度等级%
准确度
仪表给出接近于真值的响应能力
用仪表的满刻度相对误差来衡量
精度、精确度最大引用误差=准确度等级%
流量检测仪表中的“量程比”:
量程比=测量上限值/测量下限值=x:
输入输出特性与误差的关系
下列判断不正确的是
最大引用误差≥非线性误差
满刻度相对误差=相对误差(错)
回差≤2×
最大引用误差;
非线性误差≤2×
回差
辨析应用
误差的估计:
真值是否已知:
当声明标定某一量值、或给定了测量标准量时,认为真值已知。
已知——用标准差:
未知——用样本标准差:
如果没有特殊声明,置信概率都取99%(即置信系数取k=3)。
仪表构成与设计
基本概念参数检测的一般方法:
光学法、力学法也称机械法、热学发、电学法(压阻效应,压电效应,电热效应)、声学法、射线法。
自然规律:
守恒定律、场的定律、物质定律和统计法则。
电阻式检测元件:
通过电阻参数变化来实现非电量测量的目的(电位器、热电阻、应变片)
一段长为l(m),截面积为A(mm2),电阻率为(mm2m-1)的导体(如金属丝),其电阻为
电阻式检测元件分类:
变l型——位移、变型——温度、成份等、变(l,A,)型——应变
电位器:
线位移
角位移
当A恒定时,与l为线性关系
热电阻:
具有正的温度系数
金属热电阻:
半导体材料的电阻率也随温度变化而变化。
用半导体材料制成的测温元件称为“热敏电阻”。
标称值:
Pt100,0℃时电阻值为100Ω
应变电阻效应:
金属丝的电阻随它所受机械变形(拉伸或压缩)的大小发生变化即电阻的应变效应。
应变:
线应变、角应变、体应变。
蠕变:
应变片在恒温恒载条件下,输入信号恒定时,应变片指示应变值随时间单向变化的特性称为零漂:
试件空载时,应变片指示应变值仍随时间变化的现象称为
应变片的线性特性,只有在一定的应变限度范围内才能保持。
在恒温条件下,使非线性误差达到10%时的真实应变值,称为应变极限lim。
疲劳寿命N:
应变片在恒幅交变应力作用下,连续工作直至疲劳损坏时的循环次数。
疲劳寿命和应变片的取材、工艺和焊接、粘贴质量等因素有关,一般要求N=105~107次。
热输出的补偿方法就是消除t对测量应变的干扰。
温度自补偿法:
通过精心选配敏感栅材料与结构参数来实现热输出补偿
桥路补偿法:
利用电桥的两边臂上电压和、差原理来达到补偿。
应用和测量范围广。
用应变计可制成测量各种机械量传感器,如:
力传感器(可测10-2~107N),压力传感器(可测103~108Pa),加速度传感器(可测103m/s2)
分辨率和灵敏度高。
半导体应变计灵敏度达几十mV/N;
精度达1~3%,高精度达0.1~0.01%。
结构小、使用方便。
标称阻值,应变片在常温(20℃)常压(1个大气压)时的阻值。
一般情况选用120阻值;
为提高灵敏度,应采用较高的供桥电压和较小的工作电流,则选用较高的标称阻值,如:
350、500或1000阻值。
电容型检测元件:
将被测非电量的变化转换为电容量变化的一种传感器(平板形、圆柱形、球形、并行直导线)结构简单、高分辨力、可非接触测量,并能在高温、辐射和强烈振动等恶劣条件下工作。
平板电容器由绝缘介质分开的两个平行金属板组成。
0为真空介电常数(8.85×
10-12F∙m-1)
电感型检测元件:
(自感型、互感型、涡流式)
L线圈电感(H),W线圈匝数,Rm磁路磁阻;
S磁通截面积(m2),l磁路长度(m),e磁路的等效相对磁导率(H/m),0真空磁导率,0=4×
10-7(H/m)。
信号变换的结构形式:
简单直接式变换、差动式变换、参比式变换和平衡(反馈)式变换。
简单变换:
直接式变换:
由转换元件和转换电路实现;
间接变换:
被测量——中间参量——电信号
仪表特点:
准确度较低;
线性度一般较差;
信息能量传递效率较低;
结构简单、工作可靠,价格也比较便宜。
差动变换:
这种差动式变换在很多情况下可以有效地减小或消除作用于转换元件的干扰,使转换元件环节中存在的非线性得到改善,但它却不能降低作用十敏感元件的干扰的影响或敏感元件存在的非线性。
参比变换:
对环境条件量的完全补偿;
不能使检测元件的非线性得到改善。
平衡式/反馈式变换:
有差随动式变换和无差随动式变换。
电桥转换电路的特点:
应用电桥转换可以较好地解决串联式转换电路中存在的问题。
不平衡电桥的设计为基础方法,实际问题中如果对电桥输出电压与被测量(非电阻阻值本身)时,还需要考虑检测元件的非线性特性。
例如,当检测元件为Pt100时,其电阻值随温度的变化为
。
要求电桥对温度t的输出特性非线性误差小于某个值时,在设计电桥时需要将Rt代入电桥的计算公式,得到
,与其线性化的特性进行比较,计算非线性误差。
温度检测仪表
温度:
描述系统不同自由度(物体冷热程度)之间能量分布状况的基本物理量。
从热平衡观点来看,它反映物体内部分子无规则运动的剧烈程度。
温标:
温度的数值表示法,用来量度物体温度高低的标准。
包括:
一是给出温度数值化的一套规则和方法;
二是给出温度的测量单位。
热电偶/热电极/工作端(测量端/热端)/自由端(参考端/冷端):
热电偶:
两种不同导体的组合热电极:
每根单独工作的导体。
工作端(测量端、热端):
温度高的接点。
自由端(参考端、冷端):
温度低的接点。
热电偶自由端处理(自由端的影响):
从热电偶测温基本公式可以看到,热电偶产生的热电势,对某一种热电偶来说,只与工作端温度t和自由端温度t0有关。
补偿导线的作用:
补偿导线A'
B’可视为热电偶电极AB的延长,使热电偶的自由端从t0’处移到t0处,热电偶回路的热电势只与t和t0有关,t0’的变化不再影响总电势。
使热电偶冷端温度不受热端影响,不用原热电偶电极而使热电偶的自由端砚厂至温度较为稳定的环境中,这对补偿导线的热热电特性在t0'
~t0范围内要与热电偶相同或基本相同。
冷端补偿的方法:
自由端恒温法:
将自由端置于一个恒温箱,如固定温度为t0,则为误差Δ=EAB(t,t0)−EAB(t,0)=−EAB(t0,0)为定值。
计算修正法:
用补偿导线把热电偶的自由端延长到温度为T0处,只要知道该温度值,并测出热电偶回路的电势值,通过查表计算,可求得被测得实际温度。
自动补偿法:
利用不平衡电桥产生的电动势来补偿热电偶因自由端的温度变化而引起热电势的变化值。
由于不同喜好的热电偶E(t,t0)不一样,补偿器要与热电偶一一配对使用。
金属热电阻的三线制接法:
在热电阻温度检测系统中,引线电阻大小对测量结果有较大的影响。
为减小引线电阻的影响,引线可采用三根,其中两根引线来自热电阻的一个引出端,另一根阴线接至热电阻的另一个引用端。
三根引线分别接到变送器或是显示仪表输入电路的电桥的电源和两个桥臂。
集成温度传感器工作原理和特点:
处于正向工作状态的晶体三极管,其发射结电压正比于晶体管所处的温度,反向和电流也是温度函数。
特点:
体积小、反应快、线性好、性能高、价格低。
压力检测仪表
压力:
是指均匀而垂直作用于单位面积上的压力,用符号p表示。
压力的表示法:
绝对压力、表压力、真空度或负压,差压。
液体压力计的工作原理:
1、以流体静力学原理为基础;
2、压力计一般由U形管、单管和斜管构成。
液体压力计的误差来源:
1、温度误差:
是指由于压力计所处环境的变化引起的测量误差。
主要包括两个方面,一是标尺长度随温度的变化:
二是工作液压度随温度的变化。
2、安装误差:
当压力计安装不垂直时将会产生误差。
3、重力加速度误差。
4、传压介质误差。
5、度数误差:
主要是由于玻璃管内工作液的毛细作用引起的。
弹性式压力计的工作原理:
弹性式压力检测仪表是用弹性元件作为压力敏感元件,把压力转换成弹性元件的位移,并经适当的机械传动和放大机构,通过指针指示被测压力大小的一种压力表,统称弹性式压力表。
电容式差压变送器的工作原理:
当有差压作用时,测量膜片将发生变形,也就是动极板向低压侧定极板靠近,同时远离高压侧定极板,使得左右两电容不相等。
通过引出线将这个电容变化输送到电子转换成电路,可实现对压力或差压的测量。
压阻式压力传感器的特点:
优点:
体积小,结构比较简单,其核心部分是一个附有扩散电阻的硅膜片,它既是压敏元件又是弹性元件。
灵敏系数是金属应变片的50~100倍,直接反应微小的压力变化(测微压)。
动态响应好。
缺点:
受温度影响。
压力仪表的选用:
压力较为稳定:
最大工作压力不应超过仪表满量程的3/4;
压力波动较大:
最大工作压力不应超过仪表满量程的2/3。
最小工作压力不应低于满量程的1/3。
当被测压力变化范围大,最大和最小工作压力可能不能同时满足上述要求时,选择仪表量程应首先满足最大工作压力条件。
压力检测系统的组成:
一个完整的压力测试系统包括:
取压口(在被测对象上开设的专门引出介质压力的孔或装置);
引压路管(连接取压口与压力仪表引压入口的管路,是被测压力传递到压力仪表);
压力检测仪表。
物位检测仪表
基本概念
物位(液位/界面/料位):
是指容器(开口或封口)中液体界面液面的高低(称为液位),两种液体介质的分界面的高低(称为界面)和固体块,散粒状物质的堆积高度(称为粒位)。
差压式(静压式)液位计工作原理:
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。
通过流体静力学把液位的检测转化为压力差或是压力的检测,选择合适的压力(压差)检测仪表可实现液位的检测。
量程迁移:
无论差压变送器安装在什么高度,一般均会产生附加静压,在这种情况下,可通过计算进行校正,更多的是对压力变送器进行零点调整,使它在只受到附加静压(静压差)时输出为零。
一般有无迁移或是负迁移和正迁移。
无迁移:
当差压变送器的测量室与容器最低液位安装在同一水平面上时无迁移。
负迁移:
差压变送器输出减少了一个固定的压差,需要抵消此作用的方法。
正迁移:
差压变送器输出增加了一个固定的压差,需要抵消此作用的方法。
变浮力式液位计工作原理:
典型的敏感元件是浮筒,是利用浮筒由于被液体浸没高度不同以致所受的浮力不同来检测液位的变化。
电容式物位计的工作原理:
利用敏感元件直接把物位变化转化为电容量的变换,常见的电容器结构为圆筒形。
流量检测仪表
累积流量:
在某一段时间内流过的流体总和,即瞬时流量在某一段时间内的累计值。
体积流量:
单位时间内流过某截面的流体的体积。
质量流量:
单位时间内通过某截面的流体的质量。
体积流量检测方法:
直接法:
也称容积法,在单位时间内以标准固定体积对流动介质连续不断地进行度量,以排出流体固定容积数来计算流量。
用此方法的检测仪表:
椭圆齿轮流量计、旋转活塞式流量计和刮板流量计等。
间接法:
也称速度法,这种方法是先测出管道内的平均流速,再乘以管道截面积求得流体的体积流量。
质量流量的检测方法:
只检测元件的输出信号直接反映质量流量。
检测方法:
差压式检测方法、角动量式检测方法。
间接法:
用两个检测元件分别测出两个相应参数,通过运算间接获取流体的质量流量。
在工业生产中,由于物料平衡、经济核算等原因常常需要知道流体的质量流量。
在一般情况下,对于液体,可以将测得的体积流量乘以密度换算成质量流量,而对于气体,由于密度随气体的温度和压力而变化,给质量流量的换算带来了麻烦。
目前,质量流量的检测方法有三大类。
直接式;
间接式;
补偿式:
同时检测出体积流量和流体的温度、压力,应用有关公式求出流体的密度或将被测流体的体积流量自动的换算成标准状态下的体积流量,从而间接地确定质量流量。
间接式质量流量计:
实际上就是组合式质量流量计,它是在管道上串联多个(常见两个)检测元件(或仪表),建立各自的输出信号与流体的体积流量、密度等之间的关系,通过组合,联立求解方程简介推导出质量流量。
组合方式:
1.差压式流量计与密度计组合方式2.体积式流量计与密度计组合方式3.差压式流量计或靶式流量计与体积流量计或速度流量计组合方式。
节流式流量计(压差式流量计)工作原理:
在管道中安装一个固定的中间有小孔的阻力件,流体流过该小孔时会因流体流束的收缩而使流速加快、静压力降低,在阻力件前后产生一个较大的压力差。
流量越大,压差也越大。
测出阻力件前后的压差就可以推算出流量。
节流元件的类型:
标准/特殊型。
标准节流元件包括标准孔板、标准喷嘴和标准文丘里管。
特殊节流元件也称非标准节流器,包括双重孔板、偏心孔板、圆缺孔板、1\4圆缺喷嘴。
影响节流式流量计流量系数的主要影响因素:
1.取压方式a.角接取压法b.法兰取压法c.D-D/2取压法2.雷诺数Re3.直径比β4.管壁粗糙度
压力损失产生的原因:
是由于当流体通过节流元件时,因流束突然收缩和扩大造成涡流及能量损失。
与节流件的直径比β等因素有关。
节流式流量计的组成:
1.节流装置2.传送压差信号的引压管路,包括可能的隔离管或集气罐、管路和三阀组3.检测差压信号的差压计或差压变送器4.流量显示仪。
非线性补偿:
为解决流量指示的非线性问题,需要在检测系统中增加一个非线性补偿环节(即开方器),开方器可以依附在差压计内,也可以在压差计后接入开方器。
增加一个开方器后,标尺长度与流量即成为线性关系。
节流式流量计特点:
结构简单、便于制造、工作可靠、使用寿命较长、适应性强等
涡街式流量计工作原理:
按流体振荡原理工作,在流体中垂直与流动方向放置一个非流线型的物体,在它的下游两侧会出现漩涡,两侧漩涡的旋转方向相反,并轮流的从柱体上分离出来。
单列漩涡产生的频率f与柱体附近的流体流速v成正比,与柱体的特征尺寸d成反比。
管道内无可动部件,使用寿命长,压力损失小,测量准确度高,量程一般为10:
1,最高可达30:
1;
在一定的雷诺数范围内,几乎不受流体的温度、压力、密度、粘度等变化的影响适用于大口径管道的流量测量。
漩涡频率的检测方法易受流体介质特性及外部条件的影响。
电磁式流量计工作原理:
是根据法拉第电磁感应定律制成的一种测量导电液体体积流量的仪表。
1.测量管内无可动部件或突出于管道内部的部件,因而几乎无压力损失。
2.只要是导电的,被测流体可以含有
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