能源与动力工程测试技术能源与动力工程测试技术复习提纲复习提纲2014年12月课程内容： 本课程主要介绍热能动力工程中常见参数（温度 、压力、流量、物位、成分、机械量等）的检测原理 、方法；检测、显示仪表的组成、结构与特点；现代 检测技术及其发展。内容提纲检 测 技 术 基 础温度测量压力测量流量测量物位测量成分检测显示仪表机械量测量现 代 检 测 技 术第1章 过程检测技术基础1.1 过程检测的基本概念1.2 测量误差及处理方法误差概念（绝对、相对）、分类（系统、随机、粗大；基本、附加与允许 误差）、误差的分析与处理（误差传递、合成与分解）1.3 测量不确定度的评定 测量不确定度概念、与精度的异同 掌握检测技术的概念、研究内容、组成（传感器、变送器械、显示仪 表、通道）、主要性能指标（精度、线性度、变差、重复必、分辨力 、分辨率）、基本方法（接触式与非接触、直接、间接、组合式、偏 差与零位）分类 、应用情况、发展动态。随机误差处理：算术平均偏差、标准偏差（均方根偏差）、置信区间 、 测量结果表达、测量结果数据处理4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、控制仪表(装置)p参数检测：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p检测系统：被测对象、传感器（检测元件、敏感元件）、变送器和显示装置等部分组成p传感器： 又称为检测元件、敏感元件，直接响应被测变量，经能量转换并转化为一个 与被测量成对应关系的便于传送的输出信号；有时不经变送直接去显示p变送器： 把传感器的输出转换成如010mA、4-20mA等标准统一的模拟信号或者满 足特定标准的数字量信号，这种检测仪表，称为变送器p显示仪表：除了就地指示仪表外，被数码、光柱、无纸记录仪、计算机监控系统等替代被测量传感器 Pa m 变送器mV Hz A 微弱信号微弱信号 非线性非线性15VDC 420mA 010mA 标准信号标准信号显示、控制仪表(装置)一次仪表二次仪表检测仪表仪表精度等级有：仪表精度等级有： 0.0050.005，0.020.02，0.050.05，0.10.1，0.20.2，0.40.4，0.50.5，1.01.0，1.61.6，2.52.5，4.04.0等等。检测仪表组成误差：绝对误差、相对误差（实际、给出值、引用）(1) 随机误差( random error )正态分布性质：原因：装置误差、环境误差、使用误差处理：统计分析、计算处理 减小对称性有界性抵偿性单峰性绝对值相等的正负误差出现的次数相等绝对值小的误差比绝对值大的误差出现的次数多偶然误差绝对值不会超过一定程度当测量次数足够多时，偶然误 差算术平均值趋于0(2) 系统误差( system error ) ：(3) 粗大误差( abnormal error ) ：基本误差附加误差测量结果数据处理步骤(1)对测得值进行修正，列成表格；(2)求算术平均值：(3)列出残差ni与ni2 ，并验证Sni =0；(4)用贝塞尔公式计算标准差s：(5)按|ni|3s原则，剔除坏值，并从(2)重新计算； (6)判断有无系统误差，如有系差，查明原因，重 新测量； (7)求算术平均值的标准偏差： (8)得出最终表达式，即：第1 章应用举例重点掌握：重点掌握：热电偶、热电阻热电偶、热电阻，其它作一般了解，其它作一般了解 补偿导线的问题补偿导线的问题 热电偶分度号（会查表）热电偶分度号（会查表）冷端温度补偿冷端温度补偿普通型、铠装型及其特点普通型、铠装型及其特点要求能够计算要求能够计算热电偶的测量原理热电偶的测量原理 、基本定律、基本定律热电阻的本质热电阻的本质 分度号分度号 信号连接方式信号连接方式 热电阻的结构形式热电阻的结构形式 要求能够计算要求能够计算温度检测仪表温度检测仪表 的选用和安装的选用和安装中间导体定律解决了热电势测量问题； 等值替代定律解决了冷端延伸问题；中 间温度定律：e(t,0)=e(t,t0)+e(t0,0)与显示仪表配套、测温线路与显示仪表配套、测温线路辐射式温度计：理论基础、测温方法、种类、红外测温测温新技术（集成温度传感器、模拟型AD590、电压输出LM35/45、数字式 DS18B20、 光纤光栅）第2章 温度检测与仪表第2章应用举例表压、绝压、真空度表压、绝压、真空度 几种常用的压力检测仪表几种常用的压力检测仪表 弹簧管压力表弹簧管压力表 压电式压力变送器压电式压力变送器 电容式差压变送器电容式差压变送器 应变片式压力变送器应变片式压力变送器 扩散硅式压力变送器扩散硅式压力变送器 霍尔式压力变送器霍尔式压力变送器 智能式差压变送器智能式差压变送器压力检测仪表的选用压力检测仪表的选用 ：量程、精度、材质量程、精度、材质 压力检测仪表的安装压力检测仪表的安装 压力（差压）变送器：调零、零点迁移压力（差压）变送器：调零、零点迁移检测原理（传感器部分）检测原理（传感器部分） 基本构成基本构成 特点（不涉及复杂的电路）特点（不涉及复杂的电路）一般适用场合一般适用场合其它仪表其它仪表 基本通用基本通用 第3章 压力检测与仪表液体压力计弹性式压力计电气式压力传感器其他压力传感器压力检测 敏感元件和转换原理U 形 管单 管 式弹 簧 管波 纹 管 差 压膜 盒 式膜 片 式霍 尔 式电 容 式 差 压应 变 式压 电 式压 阻 式电 感 式谐 振 式力 平 衡 式10压力仪表的选用仪表量程的选择 u被测压力较稳定：P工作maxP量程max 3/4 u被测压力波动大：P工作maxP量程max 2/3 uP工作min P量程max 1/3 u若P工作max和P工作min难同时满足，先P工作max条件 仪表准确度等级的选择 u仪仪表的基本误误差实际实际 被测压测压 力允许许的最大绝对误绝对误 差MAX u节约节约 原则则，满满足要求即可 u所选仪选仪 表的相对对百分误误差：MAX MAX /1100% 仪表类型的选择量程系列：1kPa，1.6kPa，2.5kPa，4.0kPa，6.0kPa，以及它们10n倍数准确度等级： 0.005 0.005，0.020.02，0.050.05，0.10.1，0.20.2，0.40.4，0.50.5，1.01.0，1.61.6，2.52.5，4.04.0等等3/42/31/3第3章应用举例了解几个基本概念：体积流量和质量流量，瞬时流量和累积流量了解几个基本概念：体积流量和质量流量，瞬时流量和累积流量 具体的流量计具体的流量计 孔板流量计孔板流量计（计算、修正）（计算、修正） 转子流量计转子流量计（计算、修正）（计算、修正） 均速管流量计均速管流量计 电磁流量计电磁流量计 涡轮流量计涡轮流量计 涡街流量计涡街流量计 容积式流量计容积式流量计 超声波流量计超声波流量计 科氏力质量流量计科氏力质量流量计检测原理（最基本的公式）检测原理（最基本的公式） 特特 点点 安装使用安装使用 第4章 流 量 测 量第4章应用举例第5章 物位检测与仪表浮力式物位计 差压式液位计 电容式物位计 超声波物位计 雷达式、磁致伸缩式 放射性同位素 料位检测 相界面检测检测原理（最基本的公式）检测原理（最基本的公式） 特特 点点 安装使用安装使用 物位检测仪表物位检测仪表差压式液位计、电容式液位计差压式液位计、电容式液位计 最本质的问题是：量程的选择和零点迁移最本质的问题是：量程的选择和零点迁移 （怎么计算的？）（怎么计算的？）1）差压式液位计 基本工作原理基本工作原理 P=gH P=gH P=P=1 1gH gH P=P=1 1gH-gH-2 2g(hg(h2 2-h-h1 1) ) P=P=1 1gH +gH +1 1ghgh1 1 零点迁移的目的：使零点迁移的目的：使H H0 0时，变送器输出为时，变送器输出为I Iominomin（如（如4mA4mA）无迁移无迁移 负迁移负迁移 迁移量：迁移量： -2 2g(hg(h2 2-h-h1 1) ) 正迁移正迁移 1 1ghgh1 1 注意表达式的 书写，先写正 压室，再写负 压式，再求差xyyminymax2）零点调整和零点迁移 使差压变送器的输出下限值ymin与测量下限值xmin相对应在xmin=0时，称为零点调整 在xmin0时，称为零点迁移xyxminxmaxyminymax模拟变送器：调Z0 (有调零电位器) 数字变送器：软件xmin0(相当于大范围零点调整)xmaxxmin问题1：什么时候需要进行零点调整？问题2：什么时候需要进行量程调整？ 问题3：零点调整和量程调整可以分别实施吗？ 问题4：什么时候需要进行零点迁移？导电液体液位测量 1-内电极；2-绝缘套管；3-容器电容传感器导电液体 H=0时，传感器的 起始电容为C0： 当液高为H 时，电容传感 器的电容量C为：不锈钢或 紫铜棒聚四氟乙 烯塑料非导电液体液位测量 1-内电极；2-外电极；3-绝缘环裸电极作内电极，外套以开 有液体流通孔的金属外电极 ，通过绝缘环装配成电容传 感器。 电容传感器非导电液体用 H=0时： H=H时:第5章应用举例第6章 机械量检测 转速、转矩与功率测量 振动与加速度检测 位移与厚度测量 力与电子称量仪表热工参数检测传感器综合应用的总结。如： 电容能在哪些参数检测中应用？ 霍尔效应能检测哪些参数？ 应变效应能检测哪些参数？转速、转矩、振动、位移等参数相互关系及测量应用检测原理（最基本的公式）检测原理（最基本的公式） 特特 点点 安装使用安装使用 电磁式、光电式、霍尔式、电容式、离心式速度传感器工作原理与应用概述红外气体分析仪氧化锆氧量分析仪其它气体分析仪（气相色谱仪）湿度检测仪表（了解）第7章 过程分析仪表检测原理（最基本的公式）检测原理（最基本的公式） 特特 点点 安装使用安装使用 第8章 显示仪表显示仪表用于各种检测参数指示、记录，以使操作人员能够准确、直显示仪表用于各种检测参数指示、记录，以使操作人员能够准确、直 观地把握系统的实际运行状态。观地把握系统的实际运行状态。显示仪表种类繁多，按照显示的方式来分，通常可分为三大类：显示仪表种类繁多，按照显示的方式来分，通常可分为三大类： qq模拟式显示仪表模拟式显示仪表qq数字式显示仪表数字式显示仪表qq新型显示仪表新型显示仪表按照功能来分，通常可分为：按照功能来分，通常可分为： 显示仪表显示仪表 显示记录仪表显示记录仪表 显示调节仪表显示调节仪表 显示报警仪表显示报警仪表 利用标尺、指针、曲线等方式显示数字式方式显示检测处理、显示、记录、数据存储、通 讯、控制、复杂数学运算等多个或全部 功能集合于一体。显示仪表显示仪表检测仪表检测仪表执行器执行器控制器控制器/ / 计算机控制系统计算机控制系统被控对象被控对象数字显示仪数字显示仪以数字形式直接显示测量结果以数字形式直接显示测量结果大多以专用的大规模集成电路芯片外加大多以专用的大规模集成电路芯片外加 必要的外围电路组成。必要的外围电路组成。多数数字显示仪表还可以有信号输出、多数数字显示仪表还可以有信号输出、 报警控制等附加功能。报警控制等附加功能。 热电势 热电阻 电压 电流 信号 变换工艺变量前置 放大非线性 校正A/D转 换标度 变换数字显示数字输出V/I转换电流输出比较和控制报警输出光柱电平驱动光柱显示模数转换、非线性补偿、标度变换现代检测系统（基本结构、组成与特点） （智能仪器、个人仪器、自动测试系统）