核電儀表安裝與調試任課教師：王二超時間：2023年春核工程與技術系電氣、工業儀表專業廣東臺山核電站一、熱工測量儀表的組成第二章熱工測量儀表的基礎知識1.感受件（傳感器、檢測元件、一次元件）：直接與被測對象發生聯系，感受被測介質信號（或能量）并隨被測量大小和變化按一定規律轉換成便于傳輸、轉換、處理和顯示的輸出信號。①

感受件是測量裝置，能在規定條件下完成獲取外界信息的檢測任務。②輸入量是某一被測量，可能是物理量，也可能是化學量、生物量等。③輸出量是某種便于傳輸、轉換、放大、處理及顯示等的物理量，可以是氣、光、電量，但目前主要是電量。④輸出量輸入量之間具有一一對應關系，且應該保持一定的精確度。電信號光信號敏感元件（sensitiveelement）感受件

將不易變換為電量信號的非電量轉換為易于轉換為電量信號的非電量信號。將敏感元件輸出非電量信號按一定對應關系轉換為適于傳輸和測量的電信號。物理信息生物信息化學信息變換元件（傳感元件）（transductionelement）（1）選擇性。感受件的輸出信號與被測對象非被測量作用的影響大小可以忽略。（2）復現性。輸出信號隨被測參數變化，并且與被測參數在數值上具有單值函數關系，最好是線性關系。（3）穩定性。規定工作條件下，保持輸入信號不變，感受件物理性質和化學性質穩定，輸出信號不隨時間或環境變化。（4）超然性。測量過程中，感受件盡量減小對被測對象能量的消耗，并且不干擾被測對象的狀態或干擾極小。

（5）靈敏性。輸入信號一定，輸出信號大，具有較高的靈敏度。（7）經濟性。體積小，重量輕，價格便宜，使用壽命長，易于使用、維修和校準。

感受件的性能好壞直接影響測量儀表能否快速、準確地反映被測參數變化，因此性能應該符合要求：（6）可靠性。感受件的工作范圍或測量范圍足夠大，具有一定的過載能力，響應速度快，遲延小。感受件的分類

按被測物理量分類

明確表明了感受件的測量對象，便于使用者根據測量要求選擇應用；難以對感受件的測量原理與性能進行分析比較。感受件的分類（續）

按感受件工作原理分類-化學型傳感器：利用敏感元件與物質間的電化學反應原理，把無機和有機化學成分、濃度等轉換為電信號。-生物型傳感器：利用生物活性物質有選擇地識別來測定生物化學物質的傳感器。

表明了感受件的工作原理，便于了解感受件的特性，有利于結合工程實際進行感受件的設計和應用。-物理型傳感器：利用某些變換元件的物理性質以及某些功能材料的特殊的物理性能制成的傳感器。感受件的分類（續）

按感受件工作原理分類

結構型傳感器：根據某些物理規律，被測量變化，材料的結構變化，從而實現被測非電量信息成比例地轉換為輸出電量變化。

物性型傳感器：利用某些功能材料本身所具有的內在物理或化學特性及效應，把被測非電量直接轉換為電量。特點：響應速度快，容易實現小型化、集成化和智能化。-

物理型傳感器感受件的分類（續）

按感受件轉換能量供給形式分類

能量變換型傳感器（無源傳感器）：在進行信號轉換時，不需要另外提供能量，而直接由被測對象輸入的能量變換為另一種形式能量輸出使感受件工作。-能量控制型傳感器（有源傳感器）：感受件依靠外部提供輔助能源來工作，由被測量來控制該能量的變化。2.傳輸變換部件（中間元件）：將感受件輸出的信號，根據顯示件的要求傳輸給顯示元件。

作用（1）輸出信號只送給顯示件時，單純起傳輸作用。（2）放大感受件輸出的微弱信號，以滿足遠距離傳輸及驅動顯示、記錄裝置需要。（3）感受件輸出信號不便于與顯示儀表和調節裝置配接時，根據某些特定要求需要轉換為標準化的統一數值范圍的氣、電信號。

基本要求（1）性能穩定，轉換精度高。（2）信號失真和畸變程度小，信息損失少。3.顯示件（二次元件）:與測量人員直接發生聯系，接受傳輸變換部件送來的信號，最終向測量人員直接反映被測參數在數值上的變化。（1）模擬顯示：由指示器在標尺上的位置連續標識被測量的數值。（2）數字顯示：直接以數字量表示被測量的數值。（3）屏幕畫面顯示：應用計算機技術和工業電視屏幕通過液晶屏或CRT顯示屏以圖形、數字等多種形式顯示測量結果，還可以給出數據表格、曲線和工藝流程圖及工藝流程各處的工質參數。要求：結構方便測量人員讀出數據，防止觀測者的主觀誤差。3.

按儀表各環節組成測量系統的方式分類(1)

直接變換式儀表：儀表各組成環節開環聯接，即信號從輸入到輸出經過串聯的各環節，沿一個方向傳遞。(2)

平衡式儀表：儀表環節的一部分構成閉環系統，該系統由直接變換部分和反變換部分組成。接觸式測量儀表非接觸式測量儀表4.按用途分類5.按工作原理分類6.按安裝地點分類7.按使用方式分類8.按顯示特點和功能分類9.按使用能源分類二、熱工測量儀表的分類1.

按被測參數分類2.

按感受件與被測對象關系分類(1)

直接變換式儀表(2)

平衡式儀表三、熱工測量儀表的質量指標

指評估儀表質量優劣的標準，與儀表的設計和制造質量有關，是正確選擇和使用儀表的重要依據，也是校驗儀表、判斷儀表是否合格的重要依據。（一）儀表的性能：描述儀表輸入量和輸出量對應關系。計量性能：指儀表在標準條件下能否滿足測量要求并給出準確結果的能力。抗干擾能力：指儀表受到影響作用時仍然保持計量性能的能力。防護能力：指儀表在特殊環境下的適用性能。消耗能量：包括測量過程中消耗被測對象功率和儀表本身是否需要輔助能源的性質。經濟性能：即儀表價格、體積和質量，使用壽命及自動化程度。

相同的測量程序、測量原理和測量方法，相同的觀測人員，相同條件下使用相同測量儀表，相同地點，在短時間內的重復測量。（二）儀表的質量指標1.靜態性能指標：指儀表的輸入信號處于穩定狀態或隨時間變化非常緩慢時，輸出信號與輸入信號間呈現的關系。

一般可以用數學表達式、特性曲線或表格表示。數學表達式：測量范圍和量程-測量下限（零點）；測量上限-測量范圍（range）：在允許誤差限內測量下限與測量上限所表示的測量區間。-量程（span）測量上限和測量下限的代數差值。

-50℃+150℃如：A=150-（-50）

=200℃

基本誤差（）：規定正常技術條件下，儀表全量程范圍內絕對值最大的引用相對誤差。

允許誤差和精確度等級－允許誤差：根據儀表的設計要求和制造質量，生產廠家對出廠的儀表規定正常使用時基本誤差不得超過的允許具有的最大值。－精確度等級：允許誤差去掉百分號以后余下數字的絕對值。儀表的精確度等級和允許誤差

儀表的允許誤差=±精確度等級%

儀表的精確度等級一般用符號標志在儀表面板上。例1：某溫度計的測量范圍為0～500℃，校驗時該表的最大絕對誤差為6℃，試確定該儀表的精確度等級。解：根據題意知，，代入式中

所以該溫度計的基本誤差介于1.0%與1.5%之間，因此該表的精確度等級應定為1.5級。

例2：現有0.5級的0～300℃和1.0級的0～100℃的兩個溫度計，欲測量80℃的溫度，試問選用哪一個溫度計好？為什么？解：0.5級溫度計測量時可能出現的最大絕對誤差、測量80℃可能出現的最大示值相對誤差分別為:

同樣道理，1.0級溫度計測量時，

選用儀表時，不能單純追求高精度，而應兼顧精確度等級和量程，一般最好使測量值落在儀表滿度值的2/3以上區域內。

靈敏度（sensitivity）：指儀表在穩態工作時，輸出信號的變化量與引起此變化的輸入信號變化量的比值。問：某測量范圍是0~100MPa的壓力表，其滿量程時指針轉角為270度，它的靈敏度是多少？2.7度/MPa

如果儀表各刻度點靈敏度相同，則儀表輸入信號與輸出信號呈線性關系，儀表為線性儀表，否則為非線性儀表。對于線性儀表，刻度方便、均勻、準確，容易讀數。

線性度（linearity，非線性誤差）

指儀表的輸出信號與輸入信號之間的線性程度，用實際特性曲線與擬合直線之間的最大偏差與儀表量程范圍內的輸出之百分比表示。1-擬合曲線（用切線或割線等直線近似代替實際靜態特性曲線）

2-實際特性曲線

變差（hysteresis）：反映了儀表在相同工作條件下，對相同輸入信號的正行程（測量系統的輸入量從量程下限增至量程的上限的測量過程

）和反行程（測量系統的輸入量從量程上限減少至量程的下限的測量過程）間輸出信號的不一致程度。產生原因：機械部件的摩擦、間隙、彈性元件的彈性滯后、磁性材料的磁滯等。重復性（repeatability）：表示同一觀察者采用相同的測量條件、方法時，儀表在輸入量按同一方向(同為正行程或同為反行程)作全量程連續多次重復測量時所得到的特性曲線不一致的程度。

重復性反映了測量儀表隨機誤差接近于零的程度。

分辨率（resolution）：表示儀表當一個被測量從一個相對于零值的任意值開始連續增加時，使指示值產生可察覺的最小變化量所需的輸入量的變化量。

-被測量的變化小于分辨率時，儀表對輸入量變化沒有反應。-數字儀表的最后一位所表示的數值就是它的分辨率；數字儀表顯示位數越多，分辨率越高。-一般地說，分辨率的數值小于儀表的最大絕對誤差。閾值（threshold，死區）：輸入信號變化不致引起示值可察覺的最小變動的有限區間與量程之比的百分數。

穩定性（stability）:一般指長期穩定性。

即儀表在相當長時間內仍保持其性能的能力。表示為在室溫條件下，經過相當長的時間間隔，如一天、一月或一年，儀表的輸出信號與起始標定時的輸出信號之間的差異。抗干擾穩定性溫度穩定性

可靠性（reliability）：反映儀表在規定的條件下，在規定的時間內是否正常工作的一種綜合性的質量指標。

故障率變化曲線交付使用點更新點MTBF=MeanTimeBetweenFailures零點時間漂移：反映了儀表在恒定的溫度環境中，當輸入信號不變時，輸出信號隨時間變化的特性，簡稱為零漂。

零點溫度漂移：反映了當輸入信號不變時，儀表的輸出信號隨溫度變化的特性，簡稱為溫漂。

零點漂移（drift）：指在外界干擾下，儀表輸出信號在保持工作條件不變和輸入信號不變時所發生的變化。2.動態性能指標：指儀表輸入信號隨時間變化時，其輸出信號與輸入信號之間呈現的關系。-階躍響應指標：指儀表在單位階躍信號作用下的輸出特性，它反映了儀表的輸出信號隨輸入信號變化的穩定性、準確性和快速性。-頻率響應指標：指儀表的輸出特性曲線與輸入正弦信號的頻率之間的關系，由幅頻特性和相頻特性組成。3.測量儀表合格的標準儀表的基本誤差小于或等于儀表的允許誤差。儀表的變差小于或等于儀表的允許誤差。儀表標尺上的分格值大于儀表允許誤差的絕對值；儀表分辨率的數值小于或等于儀表允許誤差絕對值的一半。例3：有一只量程為0~1000℃，準確度等級為0.5級的溫度計。當被測溫度增加到100℃時儀表指示101℃；當被測溫度減小到100℃時，儀表指示99℃。問：此溫度計是否合格？如果儀表合格，則它的最大測量絕對誤差為多少？儀表分格值為多少？解：

由已知，該溫度計在100℃的不靈敏區為101-99=2℃；儀表分辨率等于2/1000=0.2%＜1/2×0.5%=0.25%，所以此溫度計合格。因此，該溫度計在規定條件下使用時，它的最大測量誤差為±5℃。儀表分格值應該不小于5℃，最多可以分1000÷5=200格。1.儀表的校驗步驟（1）外觀檢查－看有無損壞，儀表表盤盤面應該光潔，分度數字清晰完整，同時注意儀表型號、量程、精確度等級和配用一次元件。（2）內部機件性能檢查－儀表裝配牢固，不得有影響計量性能的銹蝕、裂紋等缺陷。（3）絕緣性檢查－儀表耐磨損，抗酸和堿性物質腐蝕。（4）示值校驗四、熱工測量儀表的校驗：評定儀表的性能，并與規定的質量指標比較，以確保測量結果的真實性和可靠性，即儀表合格。2.示值校驗方法

按照產生標準量值，即約定真值的方式-（1）示值比較法