熱工測(cè)量?jī)x表儀表復(fù)習(xí)資料_圖文

1、隨機(jī)誤差 測(cè)得值與在重復(fù)條件下對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行無(wú)限多次測(cè)量所得結(jié)的平均值之差。 對(duì)個(gè)體而言無(wú)規(guī)律, 次數(shù)足夠多服從固定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。粗大誤差 明顯超出統(tǒng)計(jì)規(guī)律預(yù)期值的誤差,疏忽造成。正確度:對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行多次測(cè)量,測(cè)量值偏離被測(cè)量真值的程度稱為測(cè)量的準(zhǔn)確度。 精密度:對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行多次測(cè)量,測(cè)量值重復(fù)一致的程度,或者說(shuō)測(cè)量值分布的密集程度。準(zhǔn)確度:正確度與精密度的 測(cè)量?jī)x表指標(biāo)的作用:表征儀表的精確程度及相關(guān)性質(zhì)包括:量程范圍 靈敏度 靈敏限 基本誤差 允許誤差 準(zhǔn)確度等級(jí) 變差量程范圍(量程 :能夠測(cè)量的最大值與最小值之差。最大最小值分別為測(cè)量上限和下限。 靈敏度:在穩(wěn)定情況下,儀表輸出變

2、化量 L 與引起此變化的輸入量的變化量 Xb 之比值, 靈敏限(分辨率、死區(qū) :不能引起輸出發(fā)生變化的最大輸入變化幅度與量程范圍之比的百分?jǐn)?shù)。 基本誤差:儀表測(cè)量值中的最大示值絕對(duì)誤差與儀表量程之比值。 100%m j m L = 允許誤差:基本誤差的允許范圍,合格儀表基本誤差不能超過(guò)此范圍。準(zhǔn)確度等級(jí) (精度等級(jí) :根據(jù)測(cè)量?jī)x表準(zhǔn)確度大小所劃分的等級(jí)或級(jí)別。允許誤差去掉百分號(hào)的數(shù)值就是 準(zhǔn)確度等級(jí)。變差:在外界條件不變的情況下,使用同一儀表對(duì)被測(cè)量進(jìn)行反復(fù)測(cè)量(正行程和反行程時(shí),所產(chǎn)生的 最大差值與儀表量程之比值 正行程:由小至大 反行程:由大至小測(cè)量 (絕對(duì) 誤差:測(cè)量結(jié)果與被測(cè)量真值之差

3、 x x =-相對(duì)誤差:絕對(duì)值與約定值的比值稱為相對(duì)誤差。 100%x m = 不確定度 (uncertainty:用測(cè)量值代表被測(cè)量真值的不肯定程度是測(cè)量結(jié)果質(zhì)量的一個(gè)定量評(píng)定指標(biāo)。 不 確定度越小,測(cè)量精度越高。不確定度的估計(jì)方法:A 類(統(tǒng)計(jì)方法 :統(tǒng)計(jì)估算出不確定度的大小B類(非統(tǒng)計(jì)方法 : 用經(jīng)驗(yàn)或其他信息估算出不確定度的大小,出廠說(shuō)明、標(biāo)定結(jié)果、經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)等。 一些概念:測(cè)量列:對(duì)同一量進(jìn)行多次等精度重復(fù)測(cè)量,得到一系列不同的測(cè)量值。概率密度函數(shù) (Probability Density Function :描述隨機(jī)變量在某取值點(diǎn)附近出現(xiàn)的可能性的函數(shù) 隨機(jī)誤差的分布規(guī)律 總體上遵循

4、一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律有界性:一定條件下,隨機(jī)誤差總在一定的、相當(dāng)窄的范圍內(nèi)變動(dòng),大絕對(duì)值誤差出現(xiàn)概率接近于零。單峰性:小絕對(duì)值誤差出現(xiàn)概率大,大絕對(duì)值誤差出現(xiàn)概率小。對(duì)稱性:絕對(duì)值相等而符號(hào)相反的隨機(jī)誤差出現(xiàn)概率相同。抵償性:等精度測(cè)量時(shí),測(cè)量次數(shù)趨于無(wú)窮時(shí),算術(shù)平均值趨于零。直接測(cè)量方法 置信區(qū)間和置信概率詳見(jiàn)書(shū)本溫度是表征物體冷熱程度的物理量。宏觀:處于熱平衡狀態(tài)熱力系統(tǒng)的共有宏觀性質(zhì),微觀:溫度表示大 量分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能大小溫標(biāo)定義:溫度的數(shù)值表示方法。溫度數(shù)值化的標(biāo)尺,給出溫度數(shù)值化的一套規(guī)則和方法,明確溫度測(cè)量 單位。溫標(biāo)的三大要素:溫標(biāo)基準(zhǔn)點(diǎn):選擇純物質(zhì)的固定點(diǎn)溫度作為溫標(biāo)基準(zhǔn)點(diǎn)。

5、基準(zhǔn)儀器:規(guī)定不同溫度范圍內(nèi)的基準(zhǔn)儀器(內(nèi)插儀器 ,并在溫標(biāo)基準(zhǔn)點(diǎn)上分度。內(nèi)插公式:建立標(biāo)準(zhǔn)儀器示值與溫標(biāo)數(shù)值之間的關(guān)系,是反映溫度計(jì)特性曲線的函數(shù)。經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)的缺點(diǎn)局限性:依賴于選用的測(cè)溫物質(zhì),應(yīng)用范圍受限制。隨意性:單位、劃分等存在隨意性。非線性:假設(shè)關(guān)系為線性,實(shí)際情況并非如此。國(guó)際溫標(biāo):為使用方便,國(guó)際上協(xié)商確定,建立一種既方便、容易實(shí)現(xiàn),又能體現(xiàn)熱力學(xué)溫度的溫標(biāo),稱 為國(guó)際實(shí)用溫標(biāo) ( 國(guó)際溫標(biāo) 。特點(diǎn):盡可能以當(dāng)代科技水平接近熱力學(xué)溫標(biāo);復(fù)現(xiàn)準(zhǔn)確度高;制作容易、性能穩(wěn)定、使用方便; 經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo):方便,易實(shí)現(xiàn)不精確,隨意熱力學(xué)溫標(biāo):精確,符合理論難以復(fù)現(xiàn),不方便接觸式測(cè)溫:膨脹式溫度計(jì)電

6、阻式溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì)特點(diǎn) :直觀可靠 ; 準(zhǔn)確度高 ; 簡(jiǎn)單便宜 ; 影響目標(biāo)溫度 ; 受限制大 ; 動(dòng)態(tài)性差非接觸式測(cè)溫 :輻射溫度計(jì)亮度溫度計(jì)比色溫度計(jì)特點(diǎn) :不影響目標(biāo) ; 受限制小 ; 動(dòng)態(tài)性好 ; 準(zhǔn)確度差 ; 復(fù)雜昂貴膨脹式溫度計(jì)液體:玻璃液體溫度計(jì) -100600固體:固體膨脹式溫度計(jì) -80600氣體:壓力式溫度計(jì)(也有液體-80600感溫液 特點(diǎn) :體膨脹系數(shù)大 ; 黏度小,表面張力大 ; 液態(tài)溫度范圍大 ; 化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定 ; 便于提純種類 :水銀:-33357煤油:-5080酒精:-11778按結(jié)構(gòu)分類:棒式,內(nèi)標(biāo)式,外標(biāo)式按使用方式分類:全浸式,局浸式按準(zhǔn)確度等級(jí)分類:

7、標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)一等標(biāo)準(zhǔn):透明棒式,兩面讀數(shù); 0.05 或 0.1二等標(biāo)準(zhǔn):棒式、內(nèi)標(biāo)式; 0.1高精密溫度計(jì):分度小于等于 0.05工作用溫度計(jì):實(shí)驗(yàn)室;工業(yè)測(cè)量誤差 :儀器特性及測(cè)試方法引起熱后效導(dǎo)致零位變化受熱標(biāo)尺位移毛細(xì)管不均勻全浸、局浸誤用讀數(shù)誤差時(shí)間滯后誤差特殊溫度計(jì):金屬套溫度計(jì),電接點(diǎn)溫度計(jì),最高溫度計(jì),最低溫度計(jì)固體膨脹式溫度計(jì)(雙金屬溫度計(jì) :溫度計(jì)特性 :簡(jiǎn)單可靠 ; 抗振性好 ; 價(jià)格低廉 ; 無(wú)汞害 ; 準(zhǔn)確度不高 .材料要求 :主動(dòng)層膨脹系數(shù)高被動(dòng)層膨脹系數(shù)低熱膨脹系數(shù)保持穩(wěn)定彈性模量高測(cè)量要求 :插入深度要足夠目標(biāo) <300 ,深度 >80目標(biāo) >3

8、00 ,深度 >100目標(biāo) >1000 ,深度 >120管道:1/3 或 1/2壓力式溫度計(jì)壓力式溫度計(jì)特性結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,價(jià)格便宜;抗振防爆;讀數(shù)方便,可遠(yuǎn)傳;熱慣性大,動(dòng)態(tài)性差;準(zhǔn)確度不高; 溫度測(cè)量概述及膨脹式溫度計(jì)溫標(biāo) :經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)、理想氣體溫標(biāo)、國(guó)際溫標(biāo)測(cè)量分類 :接觸式、非接觸式膨脹式溫度計(jì) :玻璃液體溫度計(jì) , 固體膨脹式溫度計(jì) . 壓力式溫度計(jì)熱電阻材料的要求:電阻溫度系數(shù)大、穩(wěn)定電阻率大,減小元件尺寸電阻是溫度的單值函數(shù),最好線性物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定易提純便宜熱電阻溫度計(jì)的特點(diǎn):優(yōu)點(diǎn):信號(hào)靈敏度高信號(hào)可以遠(yuǎn)傳金屬熱電阻穩(wěn)定、準(zhǔn)確、互換性好,可用作基準(zhǔn)儀表。應(yīng)

9、用范圍廣,性價(jià)比高。缺點(diǎn):自熱現(xiàn)象,影響測(cè)量精度;測(cè)溫上限不能太高,鉑電阻上限低于 1000 。熱電偶特性:不同材質(zhì)、不同溫度、閉合回路。f(T 固定,熱電勢(shì)是被測(cè)溫度的單值函數(shù)。測(cè)溫精度受冷端溫度影響均質(zhì)導(dǎo)體定律:由一種均質(zhì)材料構(gòu)成的熱電偶,不論其截面積和長(zhǎng)度以及各處的溫度分布如何,都不能產(chǎn)生熱電勢(shì)。 同質(zhì)無(wú)電勢(shì) 00( (, ln ( TA AB T B N T KE T T dT e N T =用于檢測(cè)熱電極材料均勻性熱電極材料不均勻性將產(chǎn)生誤差中間導(dǎo)體定律:熱電偶回路中接入第三種導(dǎo)體,只要第三種導(dǎo)體兩端溫度相同,則對(duì)總電勢(shì)沒(méi)有影響。 同溫?zé)o電勢(shì)用于接入儀表、導(dǎo)線工作端開(kāi)路測(cè)量參考電極定

10、律:兩種導(dǎo)體 A 、 B 分別與參考電極 C 組成熱電偶,如果產(chǎn)生熱電勢(shì)已知,則可求得 AB 組成熱電偶的熱電勢(shì)。 多質(zhì)電勢(shì)累加 000(, (, (, AB AC BC E T T E T T E T T =-使用不同材料熱電偶的理論基礎(chǔ)中間溫度定律:熱電偶回路中,兩接點(diǎn)溫度為 T 、 T 0時(shí)的熱電勢(shì),等于該熱電偶在接點(diǎn)溫度為 T 、 Tn 和 Tn 、 T0時(shí)熱電動(dòng)勢(shì)的 代數(shù)和。 多溫電勢(shì)累加 (00AB AB n AB n E T,T E T,T E T ,T =+補(bǔ)償導(dǎo)線的理論依據(jù) 熱電偶分度表的理論基礎(chǔ)熱電偶材料的要求:輸出較大熱電勢(shì),并與溫度呈線性關(guān)系。適用溫度范圍較寬。物理、化

11、學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,耐熱性好、抗氧化還原、抗腐蝕。較高電導(dǎo)率,較低電阻溫度系數(shù)。較好工藝性,便于批量生產(chǎn)。良好的復(fù)現(xiàn)性,便于采用統(tǒng)一分度表。標(biāo)準(zhǔn)熱電偶:S 鉑銠 10- 純鉑 01700R 鉑銠 13- 純鉑 01700B 鉑銠 30- 鉑銠 6 01700K 鎳鉻 - 鎳硅 -2001300N 鎳鉻硅 - 鎳硅 -2001300E 鎳鉻 - 銅鎳 -2001000J 鐵 - 銅鎳 -2001200T 純銅 - 銅鎳 -200400補(bǔ)償導(dǎo)線注意點(diǎn):只能與相應(yīng)型號(hào)熱電偶配套與熱電偶連接處溫度必須相同在規(guī)定溫度范圍使用 ( 一般 0100 存在正、負(fù)之分熱輻射規(guī)律溫度高于 0K 的物體都有熱輻射熱輻射是連

12、續(xù)輻射同一溫度下具有極限分布黑體:能吸收任何波長(zhǎng)、方向的投射輻射。漫發(fā)射體。相同溫度下,黑體在任意波長(zhǎng)的輻射能力都最強(qiáng)。光電高溫計(jì) 優(yōu)點(diǎn):靈敏 精確 波長(zhǎng)不限 快速 遠(yuǎn)傳非接觸式溫度計(jì) 使用注意事項(xiàng)目標(biāo)發(fā)射率:發(fā)射率不確定;選取短波長(zhǎng)減小誤差;測(cè)量發(fā)射率;逼近黑體工作波長(zhǎng):選擇目標(biāo)輻射較大處;避免非熱輻射;中間介質(zhì)吸收;環(huán)境反光;環(huán)境因素:溫度、電磁干擾全輻射溫度計(jì):非全波長(zhǎng);光路影響多;響應(yīng)慢;冷端補(bǔ)償;發(fā)射率; “ 輻射溫度” ;基本被淘汰 比色溫度計(jì)優(yōu)勢(shì):發(fā)射率影響小,準(zhǔn)確度高劣勢(shì):系統(tǒng)復(fù)雜;靈敏度降低;測(cè)得“顏色溫度” ;顏色溫度與真實(shí)溫度關(guān)系未知總結(jié)熱電偶種類及選擇:貴廉、測(cè)溫范圍、

13、靈敏度、精度、化學(xué)反應(yīng)裝配、鎧裝、薄膜、防爆、耐磨測(cè)溫電路:正向串聯(lián)、反向串聯(lián)、并聯(lián)接觸式誤差與安裝:增強(qiáng)換熱,減少熱損非接觸測(cè)溫:亮度溫度計(jì)、輻射溫度計(jì)、比色溫度計(jì)單管壓力計(jì)優(yōu)點(diǎn):讀取一次高度缺點(diǎn):引入誤差斜管微壓計(jì)優(yōu)點(diǎn):靈敏度高缺點(diǎn):增加讀數(shù)難度液柱式壓力計(jì)優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單;準(zhǔn)確度高; 成本低;使用方便缺點(diǎn):量程小; 體積大; 易損壞; 讀數(shù)不便; 彈簧管壓力計(jì)簡(jiǎn)單方便、成本低測(cè)壓范圍廣材質(zhì)、厚度負(fù)、微、低、中、高精度高 普通:0.54 精密:0.160.4膜式壓力計(jì)特點(diǎn)特點(diǎn):簡(jiǎn)單方便、成本低;量程小多用于微壓、低壓測(cè)量靈敏度低一般需要壓力變送器波紋管壓力計(jì)特點(diǎn)特點(diǎn):簡(jiǎn)單方便、成本低;靈敏常

14、用于壓差測(cè)量量程小 多用于微壓、低壓測(cè)量變差(遲滯誤差大電容壓力變送器特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):無(wú)摩擦,輸入能量低;靈敏度高適用膜式壓力傳感器動(dòng)態(tài)性好,頻率高穩(wěn)定,精度高:0.250.05 級(jí)結(jié)實(shí)耐用,耐惡劣環(huán)境過(guò)載能力強(qiáng)缺點(diǎn):線路和電纜電容溫度濕度影響 絕緣屏蔽小結(jié)壓力的概念絕對(duì)壓力、表壓、真空度、壓差重力平衡式U 形管、單管、斜管活塞式、浮球式彈簧管、膜式、波紋管壓力變送器變極距電容、變面積電容、霍爾式是否也是壓力變送器?是,應(yīng)變片即為壓力變送器只針對(duì)應(yīng)變片式壓力計(jì)電氣式壓力計(jì)均產(chǎn)生形變傳感器與變送器一體應(yīng)變絲材料:靈敏系數(shù)大,保持常數(shù)。電阻溫度系數(shù)小電阻率高機(jī)械強(qiáng)度高易加工應(yīng)變片特性:原始阻值靈敏系數(shù)變

15、差(機(jī)械滯后蠕變和零漂絕緣電阻最大工作電流應(yīng)變式壓力計(jì)特點(diǎn):優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,使用方便。工藝成熟,價(jià)格便宜。性能穩(wěn)定,靈敏度高 ( 相對(duì) 。測(cè)量速度快,可靜態(tài)、動(dòng)態(tài)測(cè)量。缺點(diǎn):受溫度影響大 靈敏系數(shù)小壓阻效應(yīng):半導(dǎo)體受壓力作用時(shí),由于載流子遷移率變化,使電阻發(fā)生變化。 特點(diǎn):靈敏度大, K=50100 各向異性壓阻式傳感器優(yōu)點(diǎn):體積小靈敏度高測(cè)量范圍寬動(dòng)態(tài)性好準(zhǔn)確度高重復(fù)性好,頻帶寬缺點(diǎn):溫度影響大非線性靈敏系數(shù)不恒定,受方向影響。優(yōu)點(diǎn): 蠕變、滯后小壽命長(zhǎng)量程大,靈敏度高溫度系數(shù)小工作溫度范圍寬成本低壓電效應(yīng);壓電材料受力發(fā)生機(jī)械變形,內(nèi)部將發(fā)生極化現(xiàn)象,并在表面產(chǎn)生電荷。 壓電傳感器的漏電影

16、響:無(wú)法測(cè)靜態(tài)壓力;不可靜態(tài)標(biāo)定;提高儀表阻抗壓電式傳感器特點(diǎn) 靜態(tài)校準(zhǔn); 常溫;常壓;低濕度;多點(diǎn)校驗(yàn);正反行程取壓孔的位置 文丘里噴嘴 皮托管特點(diǎn) 均速管流量計(jì)特點(diǎn) 浮子流量計(jì) 特點(diǎn):簡(jiǎn)單、方便、便宜中小管徑、低流速臨界雷諾數(shù)低壓損小且恒定靈敏度高,量程比寬精度中等注意點(diǎn):刻度換算垂直安裝靶式流量計(jì)特點(diǎn) 特點(diǎn):測(cè)量下限低,不宜測(cè)高速臨界雷諾數(shù)低漩渦使信號(hào)震蕩不易堵塞,測(cè)量對(duì)象廣適合雜質(zhì)較多情況壓損小簡(jiǎn)單、方便、牢固準(zhǔn)確度差,未標(biāo)準(zhǔn)化。 安裝要求:水平安裝與管道同軸直管段靶前 8D靶后 5D渦輪流量計(jì)特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):精度高:0.5 級(jí)以上反應(yīng)迅速,可測(cè)脈動(dòng)流量測(cè)量范圍寬、線性耐高壓壓損小脈沖信號(hào)抗干擾能力強(qiáng)便于遠(yuǎn)傳 缺點(diǎn):制造困難,成本高溫度影響大壽命短流體清潔度要求高定期校驗(yàn)缺點(diǎn)由于 機(jī)械活動(dòng)部件引起 渦街流量計(jì)特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):量程比寬準(zhǔn)確度高脈沖頻率信號(hào)抗干擾,易分析幾乎不受其他因素影響溫度、壓力、成分、黏度、密度 無(wú)可動(dòng)部件簡(jiǎn)單可靠,壽命長(zhǎng)缺點(diǎn):不適合脈動(dòng)流抗振能力差中小管徑安裝:流體充滿直管段:上游 15D ,下游 10D軸線垂直流體方向電磁流量計(jì)特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):無(wú)節(jié)流,能耗低適用特殊流體影響因素少溫度、粘度、密度、電導(dǎo)率測(cè)量范圍廣可測(cè)脈動(dòng)流口徑范圍寬準(zhǔn)確度高、線性直管段要求低缺點(diǎn):電導(dǎo)率要求磁導(dǎo)率要求溫度限制高溫、低溫電磁干擾存在流速下限0.5m/s復(fù)雜、成本高壓力受限制超聲波流