安全檢測(cè)與監(jiān)控技術(shù)第1章安全檢測(cè)概述安全檢測(cè)在安全科學(xué)中的地位與任務(wù)安全檢測(cè)與工業(yè)運(yùn)行狀態(tài)信息的關(guān)系安全檢測(cè)系統(tǒng)的組成和分類安全檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)1.1安全檢測(cè)在安全科學(xué)中的地位與任務(wù)工業(yè)革命給人類帶來(lái)了無(wú)窮的財(cái)富，但是，工業(yè)事故和工業(yè)災(zāi)難與科技發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步伴隨而來(lái)，從泰坦尼克號(hào)到切爾諾貝利核泄露，人類經(jīng)歷了無(wú)數(shù)次危險(xiǎn)和災(zāi)難。現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)、高能技術(shù)、高新技術(shù)、航空航天技術(shù)、核工業(yè)技術(shù)以及探海技術(shù)的發(fā)展以及規(guī)模裝置、大型聯(lián)合裝置的出現(xiàn)，使技術(shù)密集性、物質(zhì)高能性和過(guò)程高參數(shù)性更為突出,使得當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)探索、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行中的事故更具突發(fā)性、災(zāi)難性、社會(huì)性。由于事故現(xiàn)象越來(lái)越復(fù)雜，損失越來(lái)越慘重，迫使人們必須認(rèn)真地去分析事故現(xiàn)象，研究事故規(guī)律，建立安全科學(xué)，發(fā)展安全工程學(xué)科。1.1安全檢測(cè)在安全科學(xué)中的地位與任務(wù)現(xiàn)代生產(chǎn)裝置和系統(tǒng)對(duì)工程技術(shù)的嚴(yán)格性和嚴(yán)密性提出更高的要求，這就使不太重要的技術(shù)缺陷對(duì)于現(xiàn)代裝置和系統(tǒng)往往成為災(zāi)難性隱患。工業(yè)過(guò)程的微小溫度或壓力的變化、高速流體系統(tǒng)的流量流速的變化、快速運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械平衡條件的微小變化、物料配比系統(tǒng)的微小失誤、高壓裝置的細(xì)小裂紋、爆炸危險(xiǎn)體系的微小觸發(fā)能量等，對(duì)于現(xiàn)代裝置、高能過(guò)程和高技術(shù)系統(tǒng)都會(huì)導(dǎo)致毀滅性的災(zāi)難。這些安全管理決策的基礎(chǔ)信息都需要通過(guò)安全檢測(cè)來(lái)提供，使生產(chǎn)過(guò)程或特定系統(tǒng)按預(yù)定的指標(biāo)運(yùn)行，避免和控制系統(tǒng)因受意外的干擾或波動(dòng)而偏離正常運(yùn)行狀態(tài)并導(dǎo)致故障或事故。1.1安全檢測(cè)在安全科學(xué)中的地位與任務(wù)安全檢測(cè)與控制是安全管理工作的“眼睛和耳朵”，是安全管理工程的重要組成部分。它是安全科學(xué)技術(shù)的三級(jí)學(xué)科，是確定安全生產(chǎn)及系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要技術(shù)手段。安全工程、測(cè)量檢驗(yàn)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、信息工程、儀器儀表、環(huán)境科學(xué)、系統(tǒng)工程等的邊緣學(xué)科。1.1安全檢測(cè)在安全科學(xué)中的地位與任務(wù)借助于儀器、儀表、傳感器、探測(cè)設(shè)備等工具迅速而準(zhǔn)確地了解生產(chǎn)系統(tǒng)及作業(yè)環(huán)境中危險(xiǎn)因素與有毒有害因素的類型、危害程度、范圍及動(dòng)態(tài)變化，對(duì)職業(yè)安全與衛(wèi)生狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)安全技術(shù)及設(shè)施進(jìn)行監(jiān)督，對(duì)安全技術(shù)措施的效果進(jìn)行檢測(cè)，提供可靠而準(zhǔn)確的信息，以改善勞動(dòng)作業(yè)條件，改進(jìn)生產(chǎn)工藝過(guò)程，控制系統(tǒng)或設(shè)備的事故（故障）發(fā)生，所有這些運(yùn)作過(guò)程被稱為安全檢測(cè)與控制技術(shù)。通過(guò)這種檢測(cè)和控制技術(shù)，使生產(chǎn)過(guò)程或特定系統(tǒng)按預(yù)定的指標(biāo)運(yùn)行，避免和控制系統(tǒng)因受意外的干擾或波動(dòng)而偏離正常（安全）運(yùn)行狀態(tài)并導(dǎo)致故障或事故。它是現(xiàn)代化工業(yè)安全生產(chǎn)不可缺少的技術(shù)手段，化工、石油、石化、礦山、航空、航天、航海、鐵路、電業(yè)、建筑、冶金、核工業(yè)等部門都存在安全檢測(cè)與控制技術(shù)的問(wèn)題。1.2安全檢測(cè)與工業(yè)運(yùn)行狀態(tài)信息的關(guān)系

為了獲取工業(yè)運(yùn)行或危險(xiǎn)源的狀態(tài)信息，需要將這些信息通過(guò)物理的或化學(xué)的方法轉(zhuǎn)化為可觀測(cè)的物理量（模擬的或數(shù)字的信號(hào)），這就是通常所說(shuō)的安全檢測(cè)，它是作業(yè)環(huán)境安全與衛(wèi)生條件、特種設(shè)備安全狀態(tài)、生產(chǎn)過(guò)程危險(xiǎn)參數(shù)、操作人員不規(guī)范動(dòng)作等各種不安全因素檢測(cè)的總稱。擔(dān)負(fù)信息轉(zhuǎn)化任務(wù)的器件稱為傳感器或檢測(cè)器，由傳感器或檢測(cè)器及信號(hào)處理、顯示單元便組成了"安全檢測(cè)儀器"。如果將傳感器或檢測(cè)器及信號(hào)處理、顯示單元集于一體固定安裝于現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)安全狀態(tài)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，則稱這種裝置為安全監(jiān)測(cè)儀器。如果只是將傳感器或檢測(cè)器固定安裝于現(xiàn)場(chǎng)，而信號(hào)處理、顯示、報(bào)警等單元安裝在遠(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)的控制室內(nèi)，則稱為安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。1.2安全檢測(cè)與工業(yè)運(yùn)行狀態(tài)信息的關(guān)系安全檢測(cè)包含兩方面的含義，一是指獲取被檢測(cè)對(duì)象某時(shí)刻數(shù)據(jù)的過(guò)程，另一是指對(duì)目的物進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)測(cè)試的過(guò)程。根據(jù)檢測(cè)性質(zhì)不同，安全檢測(cè)可分為研究性檢測(cè)、監(jiān)視性檢測(cè)和特定目的檢測(cè)。研究性檢測(cè)是為研究危險(xiǎn)、有害因素的發(fā)生、發(fā)展規(guī)律而進(jìn)行的檢測(cè)，通常是研究技術(shù)人員為特定研究目的而專門設(shè)計(jì)的檢測(cè)；監(jiān)視性檢測(cè)是為了了解危險(xiǎn)、有害因素變化狀況，進(jìn)行安全評(píng)價(jià)、產(chǎn)品安全衛(wèi)生性能評(píng)定、勞動(dòng)安全監(jiān)督所進(jìn)行的檢測(cè)，它既是企業(yè)安全管理的重要內(nèi)容，也是國(guó)家安全監(jiān)察的依據(jù)。我國(guó)建有省、地、縣三級(jí)國(guó)家檢測(cè)站，負(fù)責(zé)安全衛(wèi)生監(jiān)察機(jī)構(gòu)指派的檢測(cè)檢驗(yàn)任務(wù)；特定目的檢測(cè)是指因意外事件、事故發(fā)生毒物泄漏、放射性污染等而進(jìn)行的檢測(cè)。1.3安全檢測(cè)系統(tǒng)的組成和分類檢測(cè)系統(tǒng)的組成檢測(cè)系統(tǒng)的分類1.3.1檢測(cè)系統(tǒng)的組成傳感器是可將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成某種電信號(hào)的器件。它包括敏感器和轉(zhuǎn)換器兩部分，敏感器可以把溫度、壓力、位移、振動(dòng)、噪聲等被測(cè)量轉(zhuǎn)換成某種物理量，然后通過(guò)轉(zhuǎn)換器，把這些物理量轉(zhuǎn)換成某種容易檢測(cè)的電量，例如電阻、電容、電感的變化。信號(hào)調(diào)理環(huán)節(jié)把傳感器的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合于進(jìn)一步傳輸和處理的形式。這種信號(hào)的轉(zhuǎn)換多數(shù)是電信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換，例如，把阻抗變化轉(zhuǎn)換成電壓變化，還有把濾波、幅值放大或者把幅值的變化轉(zhuǎn)換成頻率的變化等。信號(hào)處理環(huán)節(jié)對(duì)來(lái)自信號(hào)調(diào)理環(huán)節(jié)的信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算、濾波和分析。信號(hào)顯示、記錄環(huán)節(jié)將來(lái)自信號(hào)處理環(huán)節(jié)的信號(hào)，即測(cè)試的結(jié)果，以易于觀察的形式顯示或存儲(chǔ)。反饋、控制環(huán)節(jié)主要用于閉環(huán)控制系統(tǒng)中的測(cè)試系統(tǒng)。模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換和數(shù)模（D/A）轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)是在采用計(jì)算機(jī)、PLC等測(cè)試、控制系統(tǒng)時(shí)進(jìn)行模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)相互轉(zhuǎn)換的環(huán)節(jié)。1.3.2檢測(cè)系統(tǒng)的分類按被測(cè)參量分類電工量、熱工量、機(jī)械量、物性和成分量、光學(xué)量、狀態(tài)量按被測(cè)參量的檢測(cè)轉(zhuǎn)換方法分類電磁轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換、其它按使用性質(zhì)分類標(biāo)準(zhǔn)表、實(shí)驗(yàn)室表、工業(yè)用表1.4安全檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展1、傳感器向新型、微型、智能型方向發(fā)展和多傳感器融合技術(shù)的應(yīng)用。2、柔性測(cè)試系統(tǒng)。3、測(cè)量?jī)x器向高精度、多功能、小型化、在線監(jiān)測(cè)、性能標(biāo)準(zhǔn)化和低價(jià)格發(fā)展。4、參數(shù)測(cè)量和數(shù)據(jù)處理以計(jì)算機(jī)為核心，使測(cè)量、分析、處理、打印、繪圖、狀態(tài)顯示及故障預(yù)報(bào)向自動(dòng)化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。5、大型設(shè)備的測(cè)試。6、微觀系統(tǒng)的測(cè)試。7、視覺(jué)測(cè)試技術(shù)。8、智能結(jié)構(gòu)。虛擬儀器的應(yīng)用2.1溫度標(biāo)準(zhǔn)與測(cè)量方法溫度是國(guó)際單位制給出的基本物理量之一。溫度就是表征物體冷熱程度的一個(gè)物理量，從微觀上說(shuō)是物質(zhì)分子運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能大小的標(biāo)志。自然界中的許多物理現(xiàn)象和化學(xué)反應(yīng)都緊密的與溫度相關(guān)，溫度的變化會(huì)影響到物體的尺寸、體積、密度、硬度、彈性系數(shù)、電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、熱容量等值。溫度是安全檢測(cè)的重要參數(shù)之一，在防火防爆、保證設(shè)備強(qiáng)度等方面起著重要的作用。2.1.1溫標(biāo)溫標(biāo)是溫度數(shù)值變化的標(biāo)尺，它規(guī)定了溫度的讀數(shù)起點(diǎn)（零點(diǎn)）和溫度測(cè)量的基本單位。熱學(xué)發(fā)展史中出現(xiàn)過(guò)的溫標(biāo)有：華氏溫標(biāo)、列式溫示、蘭氏溫標(biāo)、攝氏溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)和國(guó)際溫標(biāo)等。經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)：依賴物體的物理性質(zhì)建立起來(lái)的。2.1.1溫標(biāo)華氏溫標(biāo)1714年德國(guó)人法勒海特(Fahrenheit)以水銀為測(cè)溫介質(zhì)，制成玻璃水銀溫度計(jì)。按照華氏溫標(biāo)，則水的冰點(diǎn)為32℉，沸點(diǎn)為212℉列氏溫標(biāo)，符號(hào)為oR（左上角有個(gè)小圈，像攝氏度符號(hào)那樣），規(guī)定在水（標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下）的冰點(diǎn)與沸點(diǎn)之間劃分為80個(gè)單位（冰水混合物T=0R，沸點(diǎn)T=80R）攝氏溫標(biāo)1740年瑞典人攝氏(Celsius)提出在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，把水的冰點(diǎn)規(guī)定為0度，水的沸點(diǎn)規(guī)定為100度。攝氏溫度和華氏溫度的關(guān)系為T

℉=t℃+32式中T——華氏溫度值;t——攝氏溫度值長(zhǎng)度:米(m)

1.1790年5月由法國(guó)科學(xué)家組成的特別委員會(huì)，建議以通過(guò)巴黎的地球子午線全長(zhǎng)的四千萬(wàn)分之一作為長(zhǎng)度單位——米2.1960年第十一屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)：“米的長(zhǎng)度等于氪－86原子的2P10和5d1能級(jí)之間躍遷的輻射在真空中波長(zhǎng)的1650763．73倍”。3.1983年10月在巴黎召開的第十七屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)：“米是1／299792458秒的時(shí)間間隔內(nèi)光在真空中行程的長(zhǎng)度”

質(zhì)量：千克（kg）1000立方厘米的純水在4℃時(shí)的質(zhì)量，

時(shí)間：秒（s）1967年的第13屆國(guó)際度量衡會(huì)議上通過(guò)了一項(xiàng)決議，采納以下定義代替秒的天文定義：一秒為銫-133原子基態(tài)兩個(gè)超精細(xì)能級(jí)間躍遷輻射9,192,631,770周所持續(xù)的時(shí)間。國(guó)際原子時(shí)是根據(jù)以上秒的定義的一種國(guó)際參照時(shí)標(biāo)，屬國(guó)際單位制(SI)。

電流：安培（A）安培是一恒定電流，若保持在處于真空中相距1米的兩無(wú)限長(zhǎng)，而圓截面可忽略的平行直導(dǎo)線內(nèi)，則兩導(dǎo)線之間產(chǎn)生的力在每米長(zhǎng)度上等于2×10-7牛頓。該定義在1948年第九屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)上得到批準(zhǔn)，1960年第十一屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)上，安培被正式采用為國(guó)際單位制的基本單位之一。安培是為紀(jì)念法國(guó)物理學(xué)家A.-M.安培而命名的。熱力學(xué)溫度：開爾文（K）開爾文英文是Kelvin簡(jiǎn)稱開，國(guó)際代號(hào)K，熱力學(xué)溫度的單位。開爾文是國(guó)際單位制（SI）中7個(gè)基本單位之一，以絕對(duì)零度（0K）為最低溫度，規(guī)定水的三相點(diǎn)的溫度為273.16K，1K等于水三相點(diǎn)溫度的1／273.16。熱力學(xué)溫度T與人們慣用的攝氏溫度t的關(guān)系是T＝t＋273.15，因?yàn)樗谋c(diǎn)溫度近似等于273.15K，并規(guī)定熱力學(xué)溫度的單位開（K)與攝氏溫度的單位攝氏度（℃)完全相同。開爾文是為了紀(jì)念英國(guó)物理學(xué)家LordKelvin而命名的。

發(fā)光強(qiáng)度：坎德拉（cd）坎德拉是一光源在給定方向上的發(fā)光強(qiáng)度，該光源發(fā)出頻率為540×1012赫茲的單色輻射，而且在此方向上的輻射強(qiáng)度為1／683瓦特每球面度．定義中的540×1012赫茲輻射波長(zhǎng)約為555nm，它是人眼感覺(jué)最靈敏的波長(zhǎng)．物質(zhì)的量——表示組成物質(zhì)微粒數(shù)目多少的物理量（物質(zhì)的量是一個(gè)專用名詞，不可分割和省略）摩爾——是物理量物質(zhì)的量的單位（mol）根據(jù)科學(xué)測(cè)定，12克12C所含的C原子數(shù)為6.0220943×1023用符號(hào)NA表示，稱阿伏加德羅常數(shù)阿伏加德羅常數(shù)（NA）近似值6.02×1023定義：凡是含有阿伏加德羅常數(shù)個(gè)結(jié)構(gòu)微粒（約6.02×1023）的物質(zhì)，其物質(zhì)的量為1摩。2.1.1溫標(biāo)國(guó)際溫標(biāo)：1968年國(guó)際計(jì)量（權(quán)度）大會(huì)通過(guò)了“國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)”，即IPTS-68；后經(jīng)過(guò)修改，于1990年建立了新的國(guó)際溫標(biāo)，簡(jiǎn)稱ITS-90。ITS-90基本內(nèi)容：重申國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)單位仍為K；國(guó)際攝氏溫度和國(guó)際實(shí)用溫度關(guān)系為：取消了不確定度大的標(biāo)準(zhǔn)鉑鍺熱電偶，代以準(zhǔn)確性更高的鉑電阻溫度計(jì)，并定義了溫度值的分段和內(nèi)插方程。2.1.2溫度計(jì)及其分類檢測(cè)溫度的儀表稱為溫度計(jì)。溫度不能直接測(cè)量，只能借助于冷熱不同的物體之間的熱交換以及物體的某種物理性質(zhì)隨著冷熱程度不同而變化的特性來(lái)加以間接測(cè)量。根據(jù)傳感器的測(cè)溫方式，溫度基本測(cè)量方法通常可分成接觸式和非接觸式兩大類。如表2-1所示。2.2接觸式溫度檢測(cè)

---2.2.1膨脹式和壓力式溫度計(jì)膨脹式溫度計(jì)是利用液體、固體的熱脹冷縮的性質(zhì)，即測(cè)溫敏感元件在受熱后尺寸或者體積發(fā)生變化，根據(jù)這個(gè)變化值得到溫度的變化值。壓力溫度計(jì)是根據(jù)一定質(zhì)量的液體、氣體、蒸汽在體積不變的條件下其壓力與溫度呈確定函數(shù)關(guān)系的原理實(shí)現(xiàn)其測(cè)溫功能的。2.2.1.1雙金屬溫度計(jì)由于熱膨脹系數(shù)不同，雙金屬片在溫度改變時(shí)，兩面的熱脹冷縮程度不同，因此在不同的溫度下，其彎曲程度發(fā)生改變。利用這一原理，可以制成溫度計(jì)。特點(diǎn)：抗震性能好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，牢固可靠，讀數(shù)方便，但是精度不高，測(cè)量范圍不大。只能用做一般的工業(yè)用儀表。2.2.2熱電偶熱電偶，對(duì)熱電極材料的要求：在使用溫度范圍內(nèi)，物理、化學(xué)性能穩(wěn)定；熱電勢(shì)要足夠大，并且與溫度關(guān)系最好呈線性或近線性；熱電性能穩(wěn)定，易于復(fù)現(xiàn)，同類熱電偶互換性好；電導(dǎo)率高，比熱與電阻溫度系數(shù)要小；具有一定的機(jī)械強(qiáng)度；加工方便，價(jià)格便宜。2.2.2熱電偶熱電偶的構(gòu)造分普通型、鎧裝型和薄膜型等類。普通型由熱電極、絕緣管、保護(hù)套管和接線盒等組成，如圖2-1所示。2.2.3熱電阻電阻溫度計(jì)廣泛用于測(cè)量-200~850℃范圍內(nèi)溫度，在特殊情況下，深低溫可測(cè)1K左右，高溫可測(cè)到1000℃。優(yōu)點(diǎn)：準(zhǔn)確度最高，可達(dá)1mK；輸出信號(hào)大，靈敏度高，電阻溫度計(jì)的靈敏度較熱電偶溫度計(jì)高一個(gè)數(shù)量級(jí)；測(cè)溫范圍廣，無(wú)需冷端。缺點(diǎn)：工業(yè)熱電阻溫度計(jì)的元件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尺寸較大，因此熱響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，不適宜測(cè)量體積狹小物體的溫度。2.2.3.1熱電阻的測(cè)量原理熱電阻是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻隨溫度變化的特性而制成的溫度傳感器。電阻與溫度的函數(shù)關(guān)系一旦確定之后，就可通過(guò)測(cè)量置于測(cè)溫對(duì)象之中并與測(cè)溫對(duì)象達(dá)到熱平衡的熱電阻的阻值求得被測(cè)溫度。當(dāng)被測(cè)溫度變化時(shí)感溫元件的電阻值隨著變化，并將變化的電阻值轉(zhuǎn)為電信號(hào)輸送給顯示儀表，在顯示儀表中顯示出溫度的變化值，這就是電阻溫度計(jì)的測(cè)溫原理。2.2.3.2熱電阻材料按感溫元件的材質(zhì)分，熱電阻可分為金屬導(dǎo)體和半導(dǎo)體兩大類。金屬熱電阻有銷、銅、鎳和鉛鉆合金等，目前大量使用的有鉛、銅和鎳三種。半導(dǎo)體熱電阻有緒和熱敏電阻等。按準(zhǔn)確度等級(jí)可分為標(biāo)準(zhǔn)電阻溫度計(jì)和工業(yè)電阻溫度計(jì)。UE熱電阻2.2.3.3熱電阻的結(jié)構(gòu)工業(yè)鉛、銅熱電阻是由感溫元件、內(nèi)引線、絕緣管、保護(hù)管和結(jié)線盒等組成。熱敏電阻的結(jié)構(gòu)形式有珠形、圓片形和棒形三種，工業(yè)測(cè)量主要采用珠形。將珠形熱敏電阻燒結(jié)在兩根舍自絲上，外面再涂敷玻璃層，并用杜美蘭與鉛絲相連接引出，外面再用玻璃套管作保護(hù)套管，見圖2-3，保護(hù)套管外徑在3-5mm之間。若把熱敏電阻配上不平衡電橋和指示儀表，則成為半導(dǎo)體點(diǎn)溫度計(jì)。2.2.3.3熱電阻的結(jié)構(gòu)2.2.4接觸測(cè)溫方法的討論傳感器的傳熱誤差當(dāng)溫度傳感器插入到被測(cè)介質(zhì)（例如蒸汽管道）中測(cè)溫時(shí)，假設(shè)蒸汽通過(guò)對(duì)流換熱使傳感器與被測(cè)介質(zhì)具有相同的溫度，但由于管道壁與管道外的溫度都低于流體溫度，即低于傳感器的溫度，傳感器與管道連接處就向管壁傳熱，其外露部分則向空氣散熱，致使傳感器溫度降低，而不能真實(shí)反映被測(cè)流體的溫度。接觸式測(cè)溫系統(tǒng)中的傳熱常同時(shí)具有導(dǎo)熱、對(duì)流和輻射三種形式，根據(jù)不同的測(cè)溫狀態(tài)會(huì)對(duì)溫度測(cè)量帶來(lái)不同程度的誤差。傳熱誤差不能用提高儀表精確度來(lái)解決，而只能針對(duì)傳感器所處的傳熱狀況采取某些改善措施來(lái)減小。

解決方式

應(yīng)使傳感器插得深一些，縮短外露部分；要使外露部分保溫，以減小外露部分的放熱系數(shù)；增大內(nèi)插部分的放熱系數(shù)，應(yīng)把傳感器安裝在流速最大的地方，也能減少導(dǎo)熱誤差。2.2.4接觸測(cè)溫方法的討論傳感器的動(dòng)態(tài)誤差

用接觸式測(cè)溫法測(cè)量快速變化的溫度時(shí)，由于受傳感器熱慣性的影響，其溫度變化跟不上被測(cè)溫度的變化，此時(shí)將產(chǎn)生動(dòng)態(tài)誤差。例如，當(dāng)被測(cè)溫度發(fā)生階躍變化時(shí)，傳感器溫度的變化是經(jīng)過(guò)一段時(shí)間逐漸達(dá)到新的平衡，對(duì)于經(jīng)常波動(dòng)的被測(cè)溫度，動(dòng)態(tài)誤差會(huì)出現(xiàn)得更為頻繁。解決方式為了減小動(dòng)態(tài)誤差，可以減小傳感器的體積，減少熱容量；加快響應(yīng)速度；選用比熱小、導(dǎo)熱好的保護(hù)管的材料；增大傳感器與被測(cè)介質(zhì)的接觸面積。2.3非接觸式溫度檢測(cè)由于接觸式溫度檢測(cè)的缺陷，基于熱輻射原理的非接觸式光學(xué)測(cè)溫儀器得到了較快發(fā)展和應(yīng)用。熱力學(xué)第三定律：任何物體的溫度高于絕對(duì)零度時(shí)就有能量釋出，其中以熱能方式向外發(fā)射的那一部分稱為熱輻射，不同的溫度范圍其熱輻射波段不同。可見光光譜段很窄，約為0.3-0.72μm，紅外光譜一般定義為0.72μm到大約1000μm范圍。熱輻射溫度探測(cè)器所能接受的熱輻射波段約為0.3-40μm。因此熱輻射溫度探測(cè)器大多工作在可見光和紅外光的某波段或波長(zhǎng)之下。2.3非接觸式溫度檢測(cè)接觸式溫度檢測(cè)的缺陷：傳感器可能處在惡劣的被測(cè)溫度環(huán)境中；小的被測(cè)對(duì)象插入測(cè)溫元件后又會(huì)較大地歪曲了溫度的原始分布；無(wú)法有效的對(duì)運(yùn)動(dòng)著的物體進(jìn)行連續(xù)測(cè)量和監(jiān)視控制；在高溫測(cè)量中的缺陷。2.3非接觸式溫度檢測(cè)正是由于接觸式溫度測(cè)量的種種缺陷，基于熱輻射原理的非接觸式光學(xué)測(cè)溫儀器得到了較快發(fā)展和應(yīng)用。測(cè)量原理：熱力學(xué)第三定律任何物體的溫度高于絕對(duì)零度時(shí)就有能量釋出，其中以熱能方式向外發(fā)射的那一部分稱為熱輻射，不同的溫度范圍其熱輻射波段不同。熱輻射溫度探測(cè)器所能接受的熱輻射波段約為0.3-40μm。熱輻射溫度探測(cè)器大多工作在可見光和紅外光的某波段或波長(zhǎng)之下。2.3.1單色輻射式光學(xué)高溫計(jì)物體在高溫狀態(tài)下會(huì)發(fā)光，當(dāng)溫度高于700℃就會(huì)明顯地發(fā)出可見光，具有一定的亮度。如果用一種測(cè)量亮度的單色輻射高溫計(jì)來(lái)測(cè)量單色黑度系數(shù)不同的物體的溫度，即使它們的亮度相同，其實(shí)際溫度也會(huì)因單色黑度系數(shù)不同而不同。為了具有通用性，對(duì)這類高溫計(jì)作了如下規(guī)定：?jiǎn)紊椛涔鈱W(xué)高溫計(jì)的刻度按絕對(duì)黑體進(jìn)行。用這種刻度的高溫計(jì)去測(cè)量實(shí)際物體的溫度，所得到的溫度示值叫作被測(cè)物體的"亮度溫度"。2.3.1.1燈絲隱滅式光學(xué)溫度計(jì)燈絲隱滅式光學(xué)高溫計(jì)是一種典型的單色輻射光學(xué)高溫計(jì)，在所有的輻射式溫度計(jì)中它的精度最高，因此很多國(guó)家用來(lái)作為基準(zhǔn)儀器，復(fù)現(xiàn)黃金凝固點(diǎn)溫度以上的國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)。隱絲光學(xué)高溫計(jì)的原理圖如圖2-6所示。2.3.1.1燈絲隱滅式光學(xué)溫度計(jì)2.3.1.1燈絲隱滅式光學(xué)溫度計(jì)使用單色輻射高溫計(jì)應(yīng)注意的事項(xiàng)：①非黑色輻射的影響：由于被測(cè)物體均為非黑體，其單色輻射強(qiáng)度E02隨波長(zhǎng)、溫度、物體表面情況而變化，使被測(cè)物體溫度示值具有較大誤差。為此人們往往把一根具有封底的細(xì)長(zhǎng)管插入到被測(cè)對(duì)象中去，管底的輻射就近似于黑體輻射。光學(xué)高溫計(jì)測(cè)得的管子底部溫度就可以視為被測(cè)對(duì)象的真實(shí)溫度。②中間介質(zhì)：理論上光學(xué)高溫計(jì)與被測(cè)目標(biāo)間沒(méi)有距離上的要求，只要求物像能均勻布滿目鏡視野即可。但實(shí)際上其間的灰塵、煙霧、水蒸氣和二氧化碳等對(duì)熱輻射均有散射效應(yīng)和吸收作用而造成測(cè)量誤差。所以實(shí)際使用時(shí)高溫計(jì)與被測(cè)物體距離不宜太遠(yuǎn)，一般在1-2m比較合適。③被測(cè)對(duì)象：光學(xué)高溫計(jì)不宜測(cè)量反射光很強(qiáng)的物體，不能測(cè)量不發(fā)光的透明火焰，也不能用光學(xué)高溫計(jì)測(cè)量冷光的"溫度"。2.3.1.2燈絲隱滅式光學(xué)溫度計(jì)燈絲隱滅式光學(xué)高溫計(jì)主要用人眼來(lái)判斷亮度平衡狀態(tài)，所以測(cè)量溫度是不連續(xù)的，也帶有測(cè)量人員的主觀性，更難以做到被測(cè)溫度的自動(dòng)記錄。因此，能自動(dòng)平衡亮度和自動(dòng)連續(xù)記錄被測(cè)溫度示值的光電式高溫計(jì)得以發(fā)展和應(yīng)用。光電高溫計(jì)用光電器件作為敏感元件感受輻射源的亮度變化，并轉(zhuǎn)換成與亮度成比例的電信號(hào)，經(jīng)電子放大器放大，輸出被測(cè)溫度值并自動(dòng)記錄下來(lái)。圖2-8是WDL型光電高溫計(jì)的工作原理示意圖。使用光電高溫計(jì)時(shí)所應(yīng)注意的事項(xiàng)和燈絲隱滅式光學(xué)高溫計(jì)相同2.3.1.2燈絲隱滅式光學(xué)溫度計(jì)2.3.2全輻射式光學(xué)高溫計(jì)全輻射高溫計(jì)是根據(jù)絕對(duì)黑體全輻射定律而設(shè)計(jì)的高溫計(jì)，只要測(cè)出黑體的全輻射強(qiáng)度E0后就可知其溫度T了。圖2-9為全輻射高溫計(jì)原理示意圖。2.3.2全輻射式光學(xué)高溫計(jì)被測(cè)物體波長(zhǎng)λ=0~∞的全輻射能量由物鏡1聚焦經(jīng)光欄2投射到熱接受器4上，這種熱接受器多為熱電堆結(jié)構(gòu)。熱電堆是由4~8支微型熱電偶串聯(lián)而成，為的是得到較大的熱電勢(shì)。熱電偶的測(cè)量端貼在類十字形的鉛街上，錫箔涂成黑色以增加熱吸收系數(shù)。熱電堆的輸出熱電勢(shì)接到顯示儀表或記錄儀表上。熱電偶的參比端貼夾在熱接受器周圍的云母片中。在瞄準(zhǔn)物體的過(guò)程中可以通過(guò)目鏡6進(jìn)行觀察，目鏡前有灰色玻璃5用來(lái)削弱光強(qiáng)，保護(hù)觀察者的眼睛。整個(gè)高溫計(jì)機(jī)殼內(nèi)壁面涂成黑色以便減少雜光干擾，并能造成黑體條件。全輻射高溫計(jì)是按絕對(duì)黑體對(duì)象進(jìn)行分度的。用它測(cè)量輻射率為ε的實(shí)際物體溫度時(shí)，其示值并非真實(shí)溫度，而是被測(cè)物體的"輻射溫度"。所以測(cè)到的輻射溫度總是低于實(shí)際物體的真實(shí)溫度。2.3.2全輻射式光學(xué)高溫計(jì)使用全輻射高溫計(jì)應(yīng)注意的事項(xiàng)：

①全輻射的輻射率ε隨物體成分、表面狀態(tài)、溫度和輻射條件有寬廣的變化，因此應(yīng)盡可能準(zhǔn)確地得知被測(cè)物體的ε。或者創(chuàng)造人工黑體條件，例如將細(xì)長(zhǎng)封底氧化鋁管插入被測(cè)對(duì)象。②溫度計(jì)和被測(cè)物體之間的介質(zhì)，如水蒸氣、二氧化碳、塵埃等對(duì)熱輻射有較強(qiáng)的吸收，而且不同介質(zhì)對(duì)各波長(zhǎng)的吸收率也不相同，為此高溫計(jì)與被測(cè)物體之間距離不可太遠(yuǎn)。③用時(shí)環(huán)境溫度不宜太高，以免引起熱電堆參比端溫度增高而增加測(cè)量誤差。雖然設(shè)計(jì)高溫計(jì)時(shí)對(duì)參比端溫度有一定補(bǔ)償措施，但還做不到完全補(bǔ)償。④被測(cè)物體到高溫計(jì)之間距離L和被測(cè)物體的直徑D之比L/D有一定限制。當(dāng)比值太大時(shí)，被測(cè)物體在熱電堆平面上成像太小，不能全部覆蓋住熱電堆十字形平面，使熱電堆接收到的輻射能減少，溫度示值偏低；當(dāng)比值太小時(shí)，物像過(guò)大，使熱電堆附近的其他零件受熱，參比端溫度上升，也造成示值下降。2.3.2全輻射式光學(xué)高溫計(jì)全輻射高溫計(jì)特點(diǎn)：全輻射高溫計(jì)不圣進(jìn)行精確測(cè)量，多用于中小型爐窯的溫度監(jiān)視。該高溫計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，價(jià)格低廉。其時(shí)間常數(shù)約為4~20S。2.3.3比色高溫計(jì)根據(jù)維恩偏移定律，當(dāng)溫度增高時(shí)絕對(duì)黑體的最大單色輻射強(qiáng)度向波長(zhǎng)減小的方向移動(dòng)，使兩個(gè)固定波長(zhǎng)λ1和λ2的亮度比隨溫度而變化。圖2-10單通道光電比色高溫計(jì)工作原理圖。2.3.3比色高溫計(jì)特點(diǎn)：這種雙通道式比色高溫計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，但兩個(gè)光電池要保持特性一致且不發(fā)生時(shí)變是比較困難的。2.3.4紅外測(cè)溫儀表輻射式溫度計(jì)的測(cè)溫范圍，向高溫延伸理論上是不受上限限制的（因?yàn)闇囟雀哂?00℃就可以發(fā)光）。同樣也可向中溫范圍（0-700℃）伸展，只是在這個(gè)溫度段已不是可見光而全是紅外輻射了，需要用紅外敏感元件來(lái)檢測(cè)，圖2-12示出紅外測(cè)溫儀的工作原理圖。2.3.4紅外測(cè)溫儀表測(cè)溫儀和光電高溫計(jì)的工作原理有類同之處，為光學(xué)反饋式結(jié)構(gòu)。被測(cè)物體1和參考源7的紅外輻射，經(jīng)圓盤調(diào)制器10調(diào)制后輸出至紅外探測(cè)器3。因盤調(diào)制器由同步電動(dòng)機(jī)8所帶動(dòng)，紅外探測(cè)器3的輸出電信號(hào)經(jīng)放大器4和相敏整流器5至控制放大器6，控制參考源的輻射強(qiáng)度，當(dāng)參考源和被測(cè)物體的輻射強(qiáng)度一致時(shí)，參考源的加熱電流代表被測(cè)溫度，由指示器9顯示出被測(cè)物體的溫度值。2.3.4.1紅外探測(cè)器紅外探測(cè)器的主要作用是把紅外輻射轉(zhuǎn)變成電信號(hào)。根據(jù)對(duì)紅外輻射響應(yīng)方式的不同，分為熱探測(cè)器和熱探測(cè)器光子探測(cè)器是一種對(duì)波長(zhǎng)有選擇性的探測(cè)器，僅對(duì)具有足夠能量的光子有響應(yīng)，即存在一個(gè)長(zhǎng)波限；光子探測(cè)器的響應(yīng)光譜不及熱探測(cè)器寬；光子探測(cè)器卻具有較高的靈敏度和較快的響應(yīng)速度；有些光子探測(cè)器通常需要在低溫下工作，不如熱探測(cè)器方便。熱探測(cè)器是利用輻射能熱效應(yīng)的原理制成的。熱探測(cè)器又稱為無(wú)選擇性探測(cè)器，即對(duì)全部波長(zhǎng)都有相同的響應(yīng)率。熱探測(cè)器具有不需要致冷和在全部波長(zhǎng)下具有平坦響應(yīng)兩大特點(diǎn)，在某些應(yīng)用方面它是光子探測(cè)器所不能取代的。熱探測(cè)器的固有缺點(diǎn)是探測(cè)率較低和時(shí)間常數(shù)大，但新型熱釋電探測(cè)器兼有靈敏度較高、響應(yīng)速度快和室溫工作的優(yōu)點(diǎn)。2.3.4.2紅外測(cè)溫與熱像儀任何物體只要其溫度高于絕對(duì)零度都會(huì)因分子的熱運(yùn)動(dòng)而發(fā)射紅外線，已發(fā)出的紅外輻射能量與物體的溫度有關(guān)。紅外測(cè)溫就是依據(jù)這一特性來(lái)測(cè)量物體溫度的。紅外測(cè)溫技術(shù)是一種非接觸式的測(cè)溫技術(shù)，不會(huì)破壞被測(cè)溫度場(chǎng)，可以獲得較高的測(cè)量精度，不僅可以測(cè)量高溫（如3000K），而且可以測(cè)量中溫和攝氏零度以下的低溫，為中、低溫的非接觸測(cè)量提供了新的方法。尤其是以紅外技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的紅外成像技術(shù)，對(duì)測(cè)量物體表面溫度分布，具有比其他測(cè)溫技術(shù)更為顯著的優(yōu)越性。2.3.4.2紅外測(cè)溫與熱像儀熱像儀是利用紅外掃描原理測(cè)量物體表面溫度分布的。它攝取來(lái)自被測(cè)物體各部分射向儀器的紅外輻射通量的分布，利用紅外探測(cè)器，順序地直接測(cè)量物體各部分發(fā)射出的紅外輻射，綜合起來(lái)就得到物體發(fā)射紅外輻射通量的分布圖像，這種圖像稱為熱像圖。由于熱像本身包含了被測(cè)物體的溫度信息，也有人稱之為溫度圖。圖2-13為掃描熱像儀原理示意圖。它由光學(xué)會(huì)聚系統(tǒng)、掃描系統(tǒng)、探測(cè)器、視頻信號(hào)處理器、顯示器等幾個(gè)主要部分組成。2.3.4.2紅外測(cè)溫與熱像儀2.3.5新型溫度傳感技術(shù)石英晶體溫度傳感器及溫度計(jì)光纖測(cè)溫技術(shù)一線制數(shù)字溫度傳感器DS18B20光纖溫度傳感器光導(dǎo)纖維自20世紀(jì)70年代問(wèn)世以來(lái)，隨著激光技術(shù)的發(fā)展，從理論和實(shí)踐上都已經(jīng)證明它具有一系列的優(yōu)越性，光纖在傳感器技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用也日益受到廣泛重視。光纖傳感器是一種將被測(cè)量的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y(cè)量的光信號(hào)的裝置。它是由光耦合器、傳輸光纖及光電轉(zhuǎn)換器等三部分組成。目前已有用來(lái)測(cè)量壓力、位移、液面、角速度、線速度、溫度、磁場(chǎng)、電流、電壓等物理量的光纖傳感器問(wèn)世，解決了傳統(tǒng)方式難以解決的測(cè)量技術(shù)問(wèn)題，據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前約有百余種不同形式的光纖傳感器，用于不同領(lǐng)域進(jìn)行檢測(cè)。可以預(yù)料，在新技術(shù)革命的浪潮中，光纖傳感器必將得到廣泛的應(yīng)用，并發(fā)揮出更多的作用。特種測(cè)量溫?zé)崦綦娎|熱電偶是傳統(tǒng)的溫度傳感器，用途非常廣泛。近年來(lái)，又發(fā)展出了一種新的測(cè)溫技術(shù)，能在火災(zāi)事故預(yù)警中有獨(dú)特的應(yīng)用。這種新型溫度傳感器稱為特種測(cè)溫?zé)崦綦娎|，又被稱為連續(xù)熱電偶或?qū)崾綗犭娕肌?/p>

熱敏電纜利用電偶熱電效應(yīng)，但測(cè)量的不是偶頭部的溫度，而是沿?zé)犭姌O長(zhǎng)度上最高溫度點(diǎn)的溫度。由于這種獨(dú)特功能，最初被發(fā)達(dá)國(guó)家作為高精技術(shù)設(shè)備鋪設(shè)在航空母艦、驅(qū)逐艦的艦艙以及軍用飛機(jī)等軍事設(shè)備中。目前，已被廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域來(lái)預(yù)防和減少因“過(guò)熱”引起的事故和損失。石英溫度計(jì)隨著生產(chǎn)及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各部門對(duì)溫度測(cè)量與控制的要求越來(lái)越高，尤其對(duì)高精度、高分辨率溫度傳感器的需求越來(lái)越強(qiáng)烈，普通的傳感器難以滿足要求。高分辨率達(dá)0.001-0.0001℃。高精度在-50—120℃范圍內(nèi)，精度為±0.05℃。普通溫度計(jì)的精度為±0.1℃。

誤差小:熱滯后誤差小，響應(yīng)時(shí)間為1s，可以忽略。

性能穩(wěn)定：它是頻率輸出型傳感器，故不受放大器漂移和電源波動(dòng)的影響，即使將傳感器（如1500m）設(shè)置也不受影響，但是抗強(qiáng)沖擊性能較差。石英溫度計(jì)既可以高精度、高分辨率的溫度測(cè)量，又可作為標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)進(jìn)行量值傳遞，也可以在現(xiàn)場(chǎng)穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)合下進(jìn)行精密測(cè)溫或用于恒溫槽的精密控溫，還可用作遠(yuǎn)距離多點(diǎn)溫度測(cè)量等。聲學(xué)溫度計(jì)聲學(xué)測(cè)溫技術(shù)具有測(cè)溫原理簡(jiǎn)單、非接觸、測(cè)溫范圍寬（0-1900℃）、可以在線測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已應(yīng)用于發(fā)電廠、垃圾焚燒爐、水泥回轉(zhuǎn)窯等工業(yè)過(guò)程的溫度測(cè)量和控制。利用測(cè)量超聲波在氣體中傳播速度因溫度不同而變化的溫度計(jì)稱為超聲波溫度計(jì)。用超聲波測(cè)量氣體溫度具有響應(yīng)速度快、不受外壁熱輻射影響等優(yōu)點(diǎn)。測(cè)量對(duì)象十分廣泛，從滾梯上方氣體的平均溫度，到內(nèi)燃機(jī)混合氣體爆炸燃燒時(shí)的溫度測(cè)量等。固體超聲波溫度計(jì)利用聲波在固體中傳播速度，隨著溫度而變化的溫度計(jì)稱為固體超聲波溫度計(jì)。由于聲波在固體傳播時(shí)，聲波的靈敏度隨溫度的升高而增大，因而，這種溫度計(jì)更適用于高溫測(cè)量。核四級(jí)共振溫度計(jì)（NQR溫度計(jì)）利用共振吸收頻率隨溫度升高而減少的特性制成的溫度計(jì)，稱為核四級(jí)共振溫度計(jì)。該溫度計(jì)可以作為標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)或高精度實(shí)用溫度計(jì)。高準(zhǔn)確度、高分辨率：準(zhǔn)確度可達(dá)±0.005K；共振吸收頻率與溫度的相關(guān)性好，在室溫附近為5KHz/K,分辨率達(dá)1Mk。

不需要分度：溫度與吸收頻率的關(guān)系，只取決于KCIO3的結(jié)構(gòu)，從根本上保證良好的重現(xiàn)性（在6Kz以下）。

互換性好：在水三相點(diǎn)其互換性為±10Hz，性能及其優(yōu)越。

輸出為頻率信號(hào)，容易保護(hù)高精度可利用標(biāo)準(zhǔn)電波、電視信號(hào)等作為高精度的基準(zhǔn)信號(hào)，便于數(shù)字化處理。

溫度范圍廣：對(duì)于高精度測(cè)量適用于室溫低至低溫范圍。從檢測(cè)微弱的吸收信號(hào)直到轉(zhuǎn)換成溫度，可全部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。熱噪聲溫度計(jì)由于電子的熱運(yùn)動(dòng)，可在電阻的兩端產(chǎn)生由熱噪聲引起的電位起伏。這種熱噪聲又稱約翰遜噪聲，熱噪聲電壓與溫度之間存在確定關(guān)系，可制成熱噪聲溫度計(jì)。熱噪聲溫度計(jì)具有如下特性：不需要分度；與傳感器材料無(wú)關(guān)，不受壓力影響；傳感器的阻值幾乎不影響測(cè)量精度；測(cè)量范圍廣（4-1400K）。

因此，熱噪聲溫度計(jì)可望成為一種理想的測(cè)溫方式。然而，熱噪聲溫度計(jì)產(chǎn)生的電壓信號(hào)小，信號(hào)處理困難，操作也復(fù)雜，至今仍未使用化。智能溫度傳感器智能溫度傳感器是在半導(dǎo)體集成溫度傳感器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。主要優(yōu)點(diǎn)是采用數(shù)字化技術(shù)，能以數(shù)字形式直接輸出被測(cè)溫度；能夠遠(yuǎn)程傳輸數(shù)據(jù)；用戶可設(shè)定溫度上、下限，具有越限自動(dòng)報(bào)警功能；自帶總線接口，適配各種微處理器和單片機(jī)，便于開發(fā)具有一定智能功能的溫度測(cè)控系統(tǒng)。全部傳感器元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形成如一只三極管的集成電路內(nèi)。因體積小、轉(zhuǎn)換快、分辨率高、數(shù)字量傳輸?shù)龋蛊湓诙帱c(diǎn)測(cè)溫、智能溫度檢測(cè)系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。第3章壓力檢測(cè)液柱式壓力計(jì)彈性式壓力計(jì)電氣式壓力計(jì)及變送器單光纖傳輸光推動(dòng)便攜式壓力測(cè)量?jī)x超聲壓力檢測(cè)儀壓力表的選擇、安裝與校驗(yàn)第3章壓力檢測(cè)壓力是安全檢測(cè)的重要參數(shù)之一。垂直作用在單位面積上的力稱壓力，即物理學(xué)中的壓強(qiáng)。P=F/S式中F——作用力，N或kg?m/s2;S——作用面積，m2在國(guó)際單位制（SI）和我國(guó)法定計(jì)量單位中，壓力的單位是“帕斯卡”簡(jiǎn)稱“帕”符號(hào)“Pa”。即1N（牛頓）的力垂直均勻作用在1m2的面積上所形成的壓力值為1Pa。第3章壓力檢測(cè)過(guò)去采用的壓力單位，如“工程大氣壓力”（kgf/cm2）、“毫米汞柱”（mmHg）、“毫米水柱”（mmH2O）、“物理大氣壓”（atm）等均應(yīng)改為法定計(jì)量單位帕，或兆帕。1kgf/cm2=0.9807×105pa;1mmH2O=0.9807×105pa;1mmHg=1.332×102pa;1atm=1.01325×105pa;在壓力測(cè)量中，常有表壓力，絕對(duì)壓力，負(fù)壓（習(xí)慣上稱真空度）和壓力差之分。工業(yè)上所用的壓力指示值多數(shù)為表壓力，習(xí)慣上稱表壓。第3章壓力檢測(cè)測(cè)量壓力的儀表，按信號(hào)原理不同，大致可分為四類。液柱式壓力計(jì)彈性式壓力計(jì)電氣式壓力計(jì)活塞式壓力計(jì)3.1液柱式壓力計(jì)原理：靜力學(xué)原理，工作液一般用水銀或水使用場(chǎng)合：用于測(cè)量低壓，負(fù)壓和壓力差。實(shí)驗(yàn)室壓力測(cè)試；現(xiàn)場(chǎng)鍋爐煙、風(fēng)道各段壓力的測(cè)量。特點(diǎn)：液柱式壓力計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用維修方便，但信號(hào)不能傳遠(yuǎn)。3.1.1U形管壓力計(jì)U形管壓力計(jì)如圖3-1a所示，在管子的一端接通被測(cè)壓力（絕對(duì)壓力）P,另一端通大氣壓力B，當(dāng)P>B時(shí)，在壓力P的作用下，P側(cè)液體柱下降，B側(cè)液體柱升高，當(dāng)達(dá)到壓力平衡時(shí)，根據(jù)靜力學(xué)原理可知，管內(nèi)在水平面2-2處的壓力相同，即作用在右側(cè)液面上的壓力與左側(cè)高度為h的液柱和大氣壓力B作用在液面上的壓力之和平衡。如U形管內(nèi)工作液體密度一定并已知時(shí)，則液體高度差h反應(yīng)了被測(cè)壓力的大小。這就是液柱式壓力計(jì)測(cè)量壓力的基本原理。從上訴原理不難看出，這種壓力計(jì)也可用于測(cè)量負(fù)壓力和兩種壓力之差。但由于U形液柱壓力計(jì)的測(cè)量準(zhǔn)確度受讀數(shù)精度和工作液體毛細(xì)管作用的影響，會(huì)產(chǎn)生誤差。為克服U形管測(cè)壓時(shí)兩次讀數(shù)的缺點(diǎn)，產(chǎn)生了把U形管的一根管改成大直徑的杯形容器的單管液柱式壓力計(jì)。3.1.1U形管壓力計(jì)3.1.2單管液柱式壓力計(jì)單管液柱式壓力計(jì)如圖3-2(a)所示，右邊環(huán)形容器的內(nèi)徑D遠(yuǎn)大于左邊管子的內(nèi)徑h.。由于右邊杯形容器內(nèi)工作液體體積的減小量始終是與左邊管內(nèi)工作液體體積的增加量相等，所以右邊液面的下降量將遠(yuǎn)小于左邊液面的上升量（即h2≦h1）。3.2彈性式壓力計(jì)用彈性式傳感器（又稱彈性元件）組成的壓力測(cè)量?jī)x表稱為彈性式壓力計(jì)。彈性元件受壓后產(chǎn)生的形變輸出（力或位移），可以通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)直接帶動(dòng)指針指示壓力（或壓差），也可以通過(guò)某種電氣元件組成受送器，實(shí)現(xiàn)壓力（或壓差）信號(hào)的遠(yuǎn)傳。3.2.1彈性元件及其特性彈性元件常用的如圖3-3所示，由彈簧管（單圈和多圈），波紋膜片，波紋膜盒和波紋管等。其中彈簧管可用于高中低壓直到真空度的測(cè)量，其他幾種多用于微壓和低壓的測(cè)量。彈性元件的測(cè)壓原理是當(dāng)彈性元件在軸向受到外力作用時(shí)就會(huì)產(chǎn)生拉伸或壓縮位移。另外，要保證測(cè)量精度，彈性元件的彈性后效，彈性滯后和彈性模數(shù)的溫度系數(shù)要小。所謂彈性后效，即在彈性極限內(nèi)，當(dāng)作用在彈性元件上的壓力去掉時(shí)，他也不能立即恢復(fù)原狀，還有一個(gè)數(shù)值不大的X，需要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，才能恢復(fù)原狀；彈性滯后時(shí)引起測(cè)量?jī)x表產(chǎn)生變差的原因；材料的彈性模數(shù)受溫度的影響，引起彈性元件的彈性力隨溫度變化而產(chǎn)生漂移；溫漂也會(huì)影響儀表的測(cè)量精度。3.2.1彈性元件及其特性3.2.2彈簧管壓力表彈簧管壓力表分多圈及單圈彈簧管式兩種壓力表，多圈彈簧管壓力表靈敏度較高，常用于壓力式溫度計(jì)。單圈彈簧管壓力表可用于真空測(cè)量，也可用于高達(dá)103-Mpa的高壓測(cè)量，品種型號(hào)繁多，使用最為廣泛。根據(jù)測(cè)壓范圍一般又分為壓力表，真空表及壓力真空表。一般精度登記為1.0～6.0級(jí)，表針表可達(dá)2.5級(jí)。彈簧管的材料又銅，磷青銅，不銹鋼等。單圈彈簧管壓力表的傳感器一彎成圓弧形的空心管子，如圖3-4所示。普通單圈彈簧管壓力表的結(jié)構(gòu)如圖3-5所示。彈簧管材料隨被測(cè)介質(zhì)的性質(zhì)、被測(cè)壓力的高低而不同。在使用壓力表時(shí)，還需要根據(jù)被測(cè)介質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)。例如：測(cè)量氨氣壓力必須采用不銹鋼彈簧管，而不能采用銅質(zhì)彈簧管。3.2.3膜盒式壓力計(jì)常用于鍋爐爐膛負(fù)壓及尾部的煙道壓力測(cè)量等，測(cè)量范圍150~4000Pa.其結(jié)構(gòu)與工作原理見圖3-6所示。

3.3電氣式壓力計(jì)及變送器位移式壓力、壓差變送器力平衡式壓力、壓差變送器固體式阻式壓力、壓差變送器3.3.1位移式壓力、壓差變送器

此類變送器首先將彈性元件輸出的位移輸出量變換成電容、電感、電勢(shì)以及電阻等電量的變換，然后在經(jīng)特質(zhì)的電路轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電量。

3.3.2力平衡式壓力、壓差變送器如圖3-7所示，利用力平衡原理，將彈性元件受壓后產(chǎn)生的集中力轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，此時(shí)彈性元件自由端的位移幾乎為零。應(yīng)說(shuō)明，力平衡壓力變送器雖然因彈性形變很小，對(duì)彈性元件彈性反作用力的變化不甚敏感，但對(duì)杠桿系統(tǒng)任何一處存在的摩擦力卻是敏感的，他會(huì)直接引起誤差，造成儀表的靈敏限（死區(qū)）和變差。為此，杠桿的