能源與動力工程測試技術

復習提綱2015年12月課程內容：

本課程主要介紹熱能動力工程中常見參數（溫度、壓力、流量、物位、成分、機械量等）的檢測原理、方法；檢測、顯示儀表的組成、結構與特點；現代檢測技術及其發展。內容提綱檢測技術基礎溫度測量壓力測量流量測量物位測量成分檢測顯示儀表機械量測量現代檢測技術第1章過程檢測技術基礎1.1過程檢測的基本概念1.2測量誤差及處理方法誤差概念（絕對、相對）、分類（系統、隨機、粗大；基本、附加與允許誤差）、誤差的分析與處理（誤差傳遞、合成與分解）1.3測量不確定度的評定

測量不確定度概念、與精度的異同掌握檢測技術的概念、研究內容、組成（傳感器、變送器械、顯示儀表、通道）、主要性能指標（精度、線性度、變差、重復必、分辨力、分辨率）、基本方法（接觸式與非接觸、直接、間接、組合式、偏差與零位）分類、應用情況、發展動態。隨機誤差處理：算術平均偏差、標準偏差（均方根偏差）、置信區間、測量結果表達、測量結果數據處理4被測變量傳感器參數檢測的基本過程被測對象變送器顯示、控制儀表(裝置)參數檢測：用專門的技術工具，依靠能量的變換、實驗和計算找到被測量的值檢測系統：被測對象、傳感器（檢測元件、敏感元件）、變送器和顯示裝置等部分組成傳感器：又稱為檢測元件、敏感元件，直接響應被測變量，經能量轉換并轉化為一個與被測量成對應關系的便于傳送的輸出信號；有時不經變送直接去顯示變送器：把傳感器的輸出轉換成如0~10mA、4-20mA等標準統一的模擬信號或者滿足特定標準的數字量信號，這種檢測儀表，稱為變送器顯示儀表：除了就地指示儀表外，被數碼、光柱、無紙記錄儀、計算機監控系統等替代被測量傳感器℃Pam……變送器mVHzμA……微弱信號非線性1～5VDC4～20mA0～10mA……標準信號顯示、控制儀表(裝置)一次儀表二次儀表檢測儀表儀表精度等級有：

0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.6，2.5，4.0等。檢測儀表組成誤差：絕對誤差、相對誤差（實際、給出值、引用）(1)隨機誤差(randomerror)正態分布性質：原因：裝置誤差、環境誤差、使用誤差處理：統計分析、計算處理→減小對稱性有界性抵償性單峰性絕對值相等的正負誤差出現的次數相等絕對值小的誤差比絕對值大的誤差出現的次數多偶然誤差絕對值不會超過一定程度當測量次數足夠多時，偶然誤差算術平均值趨于0(2)系統誤差(systemerror)

：(3)粗大誤差(abnormalerror)

：基本誤差附加誤差測量結果數據處理步驟(1)對測得值進行修正，列成表格；(2)求算術平均值：(3)列出殘差ni與ni2

，并驗證Sni=0；(4)用貝塞爾公式計算標準差s：(5)按|ni|>3s原則，剔除壞值，并從(2)重新計算；(6)判斷有無系統誤差，如有系差，查明原因，重新測量；(7)求算術平均值的標準偏差：(8)得出最終表達式，即：第1章應用舉例重點掌握：熱電偶、熱電阻，其它作一般了解補償導線的問題熱電偶分度號（會查表）冷端溫度補償普通型、鎧裝型及其特點要求能夠計算熱電偶的測量原理、基本定律熱電阻的本質分度號信號連接方式熱電阻的結構形式要求能夠計算溫度檢測儀表的選用和安裝中間導體定律解決了熱電勢測量問題；等值替代定律解決了冷端延伸問題；中間溫度定律：e(t,0)=e(t,t0)+e(t0,0)與顯示儀表配套、測溫線路輻射式溫度計：理論基礎、測溫方法、種類、紅外測溫測溫新技術（集成溫度傳感器、模擬型AD590、電壓輸出LM35/45、數字式DS18B20、光纖光柵）第2章溫度檢測與儀表第2章應用舉例表壓、絕壓、真空度幾種常用的壓力檢測儀表彈簧管壓力表壓電式壓力變送器電容式差壓變送器應變片式壓力變送器擴散硅式壓力變送器霍爾式壓力變送器

智能式差壓變送器壓力檢測儀表的選用：量程、精度、材質壓力檢測儀表的安裝壓力（差壓）變送器：調零、零點遷移，在液位檢測中應用檢測原理（傳感器部分）基本構成特點（不涉及復雜的電路）一般適用場合其它儀表基本通用第3章壓力檢測與儀表液體壓力計彈性式壓力計電氣式壓力傳感器其他壓力傳感器壓力檢測敏感元件和轉換原理U形管單管式彈簧管波紋管差壓膜盒式膜片式霍爾式電容式差壓應變式壓電式壓阻式電感式諧振式力平衡式10壓力儀表的選用儀表量程的選擇被測壓力較穩定：P工作max≤P量程max×3/4被測壓力波動大：P工作max≤P量程max×2/3P工作min≥P量程max×1/3若P工作max和P工作min難同時滿足，先P工作max條件儀表準確度等級的選擇儀表的基本誤差＜實際被測壓力允許的最大絕對誤差△MAX節約原則，滿足要求即可所選儀表的相對百分誤差：δMAX＜△MAX/1×100%儀表類型的選擇量程系列：1kPa，1.6kPa，2.5kPa，4.0kPa，6.0kPa，以及它們10n倍數準確度等級：…,0.05,0.1,0.25,0.35,0.5,1.0,1.5,…3/42/31/3第3章應用舉例了解幾個基本概念：體積流量和質量流量，瞬時流量和累積流量具體的流量計孔板流量計（計算、修正）轉子流量計（計算、修正）均速管流量計電磁流量計渦輪流量計渦街流量計容積式流量計超聲波流量計科氏力質量流量計

檢測原理（最基本的公式）特點安裝使用第4章流量測量第4章應用舉例第5章物位檢測與儀表浮力式物位計差壓式液位計電容式物位計超聲波物位計雷達式、磁致伸縮式放射性同位素料位檢測相界面檢測檢測原理（最基本的公式）特點安裝使用物位檢測儀表——差壓式液位計、電容式液位計最本質的問題是：量程的選擇和零點遷移（怎么計算的？）1）差壓式液位計基本工作原理ΔP=ρgHΔP=ρ1gHΔP=ρ1gH-ρ2g(h2-h1)ΔP=ρ1gH+ρ1gh1零點遷移的目的：使H＝0時，變送器輸出為Iomin（如4mA）無遷移負遷移遷移量：-ρ2g(h2-h1)正遷移ρ1gh1注意表達式的書寫，先寫正壓室，再寫負壓式，再求差xyyminymax2）零點調整和零點遷移使差壓變送器的輸出下限值ymin與測量下限值xmin相對應在xmin=0時，稱為零點調整在xmin≠0時，稱為零點遷移xyxminxmaxyminymax

·模擬變送器：調Z0(有調零電位器) ·數字變送器：軟件xmin<0，負遷移正遷移，xmin>0(相當于大范圍零點調整)xmaxxmin問題1：什么時候需要進行零點調整？問題2：什么時候需要進行量程調整？問題3：零點調整和量程調整可以分別實施嗎？問題4：什么時候需要進行零點遷移？導電液體液位測量1-內電極；2-絕緣套管；3-容器電容傳感器—導電液體H=0時，傳感器的起始電容為C0：當液高為H

時，電容傳感器的電容量C為：不銹鋼或紫銅棒聚四氟乙烯塑料非導電液體液位測量1-內電極；2-外電極；3-絕緣環裸電極作內電極，外套以開有液體流通孔的金屬外電極，通過絕緣環裝配成電容傳感器。

電容傳感器—非導電液體用

H=0時：

H=H時:第5章應用舉例第6章機械量檢測轉速、轉矩與功率測量振動與加速度檢測位移與厚度測量力與電子稱量儀表熱工參數檢測傳感器綜合應用的總結。如：電容能在哪些參數檢測中應用？霍爾效應能檢測哪些參數？應變效應能檢測哪些參數？轉速、轉矩、振動、位移等參數相互關系及測量應用檢測原理（最基本的公式）特點安裝使用電磁式、光電式、霍爾式、電容式、離心式速度傳感器工作原理與應用概述紅外氣體分析儀氧化鋯氧量分析儀其它氣體分析儀（氣相色譜儀）濕度檢測儀表（了解）第7章過程分析儀表檢測原理（最基本的公式）特點安裝使用第8章顯示儀表顯示儀表用于各種檢測參數指示、記錄，以使操作人員能夠準確、直觀地把握系統的實際運行狀態。顯示儀表種類繁多，按照顯示的方式來分，通常可分為三大類：模擬式顯示儀表數字式顯示儀表新型顯示儀表按照功能來分，通常可分為： 顯示儀表 顯示記錄儀表 顯示調節儀表 顯示報警儀表 ……利用標尺、指針、曲線等方式顯示數字式方式顯示檢測處理、顯示、記錄、數據存儲、通訊、控制、復雜數學運算等多個或全部功能集合于一體。顯示儀表檢測儀表執行器控制器/計算機控制系統被控對象數字顯示儀以數字形式直接顯示測量結果大多以專用的大規模集成電路芯片外加必要的外圍電路組成。多數數字顯示儀表還可以有信號輸出、報警控制等附加功能。熱電勢熱電阻電壓電流……信號變換工藝變量前置放大非線性校正A/D轉換標度變換數字顯示數字輸出V/I轉換電流輸出比較和控制報警輸出光柱電平驅動光柱顯示模數轉換、非線性補償、標度變換現代檢測系統（基本結構、組成與特點）（智能儀器、個人儀器、自動測試系統）虛擬儀器（概念、組成、特點、數據采集系統結構）圖像檢測技術軟測量技術檢測技術及其應用第9章現代檢測技術及其應用控制室儀表現場儀表進料口變送器執行器調節器儀表控制顯示儀表安裝在哪里？控制器(調節器)對象檢測儀表+－SP執行器顯示儀表Optional執行器有哪些？閥門電動調節閥、氣動調節閥電動開關閥（電磁）、氣動開關閥泵（電機）變頻開關檢測儀表有哪些？連續信號：變送器（如T、P、L、F、A，通常輸出4~20mA、1～5V等標準信號）傳感器（熱電阻、熱電偶）開關信號：液位開關、料位開關、接近開關(通常輸出on/off信號)……自動檢測與控制系統組成虛擬儀器的基本概念1）虛擬儀器的定義傳統儀器：特定功能和儀器外觀。虛擬儀器（VI，VirtualInstrumentation）：是一種以計算機和測試模塊的硬件為基礎、以計算機軟件為核心所構成的，并且在計算機顯示屏幕上虛擬的儀器面板，以及由計算機所完成的儀器功能，都可由用戶軟件來定義的計算機儀器。

2）數據采集（DAQ）系統DAQ（數據采集）系統從真實世界捕捉并傳輸物理量，從傳感器等設備收集和測量被測信號，并將它們送到計算機進行處理。最常見的IO接口：AI——模/數轉換(模擬量輸入)DI——開關量輸入(數字量輸入)通用模塊專用模塊4~20mA等信號二進制信號計算機控制站IO接口？？？AI(A/D)DI基于研華模塊的數據采集系統ADAM-6000無線傳感網絡模塊PCI總線多功能卡USB模塊ADAM-4000ADAM-5000變送器：

溫度壓力流量液位成份傳感器：熱電阻熱電偶

……檢測儀表數據采集系統中常用的I/O接口模塊I/O模塊的主要類型包括：模擬量輸入模塊（AI） 模擬量輸出模塊（AO） 開關量輸入模塊（DI） 開關量輸出模塊（DO）外設過程控制計算機AI/DI輸入子系統}{被控過程（對象）被控變量操作變量…………AO/DO輸出子系統模擬量輸入模塊(A/D、AI)將現場儀表輸出的(標準)模擬量信號轉化為計算機可以處理的數字信號.變送器：

溫度壓力流量液位成份傳感器：熱電阻熱電偶

……模擬信號4～20mA0～10mA1～5VDCmV、Ω……模數轉換(AI)端口(地址)數字信號0～40950～1023……計算機數字信號0～40950～1023……工程化轉換工程量0～100℃0～400KPa……軟件實現檢測儀表硬件濾波如：RC濾波軟件濾波，如：中值濾波、軟件RC濾波，……模擬量輸出模塊（D/A、AO）將計算機內部數字信號轉化為現場儀表可接收的4~20mA等標準信號調節閥變頻器……執行器控制信號4～20mA0～10mA1～5VDC0～10VDC……數模轉換(D/A)端口(地址)數字