热工计量学方案.ppt

1、第一章 概述 第一节 热工测量的意义 第二节 测量的基本概念 第三节 测量误差的分析与处理 第四节 仪表或测量系统的静态性能指标第一节 热工测量的意义 及时反映热力设备的运行工况，为运行人员提供操作依据；为热工自动化系统准确及时地提供信号；为运行的经济性计算提供数据。第二节测量的基本概念 一、测量测量是人们借助专门工具，通过试验和对试验数据的分析计算，将被测量x0以测量单位U的倍数显示出来的过程。被测量的真值只能近似地等于其测量值x：热工测量是指压力、温度等热力状态参数的测量，通常还包括一些与热力生产过程密切相关的参数的测量。0 xU0 xxU 二、测量方法二、测量方法按测量结果的获取方式来分

2、按测量结果的获取方式来分（1）直接测量法：使被测量直接与测量单位进行比较，或者用预先标定好的测量仪器进行测量、从而得到被测量数值的测量方法，称直接测量法。（2）间接测量法：通过直接测量与被测量有某种确定函数关系的其他各变量、再按函数关系进行计算，从而求得被测量数值的方法，称为间接测量法。按被测量与测量单位的比较方式来分（1）偏差测量法：测量器具受被测量的作用，其工作参数产生与初始状态的偏离，由偏离量得到被测量值，称为偏差测量法。（2）微差测量法：用准确已知的、与被测量同类的恒定量去平衡掉被测量的大部分，然后用偏差法测量余下的差值，测量结果是已知量值和偏差法测得值的代数和。（3）零差测量怯：用作

3、比较的量是准确已知并连续可调的，测量过程中使它随时等于被测量，也就是说，使已知量和被测量的差值为零，这时偏差测量仅起检零作用，因此，被测量就是已知的比较量。三、测量误差三、测量误差测量误差是被测量参数的测量值测量误差是被测量参数的测量值x x与其真值与其真值的之差。的之差。真值常用的方法有：真值常用的方法有：（1 1）用标准物质（标准器）所提供的标准值，例如）用标准物质（标准器）所提供的标准值，例如水的三相点。水的三相点。（2 2）用高一级的标准仪表测量得到的值来近似作为）用高一级的标准仪表测量得到的值来近似作为真值。真值。（3 3）对被测量进行）对被测量进行N N次等准确度测量，各次测量值次

4、等准确度测量，各次测量值的算术平均值近似为真值。的算术平均值近似为真值。N N越大，越接近真值。越大，越接近真值。常见的测量误差表达方式：1.绝对误差2.实际相对误差3标称相对误差4.折合误差折合误差一般用于比较测量仪表的优劣。折合误差也称引用误差。0 xxmaxmin100%AAA0100%100%xxxxx0000100%100%xxxxx 四、测量系统四、测量系统为了实现一定的测量目的，将测量设备按一定为了实现一定的测量目的，将测量设备按一定方式进行组合的系统称为测量系统，也称检测方式进行组合的系统称为测量系统，也称检测系统。系统。（一）测量系统的组成1传感元件（1）输出信号必须随被测参

5、数的变化而变化，即要求传感元件的输出信号与输入的被测信号之间有稳定的单值函数关系，最好是线性关系，而且可复现。（2）非被测量对传感元件输出的影响应小得可以忽略。若不能忽略，将造成测量误差。在这种情况下，一般要附加补偿装置进行补偿或修正。（3）传感元件需尽量少地消耗被测对象的能量，并且不干扰被测对象的状态或者干扰极小。2传送变换元件（1）单纯起传输作用。（2）将感受件输出的信号放大，以满足远距离传输以及驱动显示、记录装置的需要。（3）为了使各种感受件的输出信号便于与显示仪表和调节装置配接，要通过变换件把信号转换成标准化的统一信号，各种感受件的输出信号都被转换成统一数值范围的气、电信号。这时的传送

6、件常称为变送器。这样，同一种类型的显示仪表常可用来显示不同类型的被测量。3显示元件 显示元件的作用是向观测者显示被测参数的量值。（1）模拟式显示：（2）数字式显示：（3）屏幕画面显示：第三节第三节 测量误差的分析与测量误差的分析与处理处理 根据测量误差性质的不同 一、系统误差一、系统误差（一）系统误差的概念（一）系统误差的概念在同一条件下（同一观测者，同一台测量器具，相同在同一条件下（同一观测者，同一台测量器具，相同的环境条件等），多次测量同一被测量，绝对值和符的环境条件等），多次测量同一被测量，绝对值和符号保持不变或按某种确定规律变化的误差。号保持不变或按某种确定规律变化的误差。恒值系统误差

7、恒值系统误差 变值系统误差变值系统误差产生原因：产生原因：测量仪表本身的原因测量仪表本身的原因仪表使用不当仪表使用不当测量环境条件发生较大改变。测量环境条件发生较大改变。（二）消除系统误差的一般方法1消除系统误差的来源 在测量工作投入之前，仔细检查测量系统中各环节的安装及连接线路，使其达到规定要求，尽量消除误差的来源。2在测量结果中加修正值 对不能消除的系统误差，在测量之前，对检测系统中的各仪表进行检定，确定出修正值。对各种影响量如温度、气压、湿度等要力求确定出修正公式、修正曲线或修正表格以便对测量结果进行修正。3采用补偿措施 在检测系统中加装补偿装置（或自动补偿环节），以便在测量中自动消除系

8、统误差。4改善测量方法采用较完善的测量方法，消除或减少系统误差对测量结果的影响。常用两种方法：（1）交换法；交换法是消除定值系统误差的常用方法，也叫对置法。此种方法的实质是交换某些测量条件，使得引起定值系统误差的原因以相反方向影响测量结果，从而消除其影响。（2）对称法；对称法是消除线性系统误差的有效方法。二、随机误差二、随机误差（一）随机误差的概念（一）随机误差的概念在相同条件下多次测量同一被测量时，绝对值在相同条件下多次测量同一被测量时，绝对值和符号不可预知地变化着的误差称为随机误差。和符号不可预知地变化着的误差称为随机误差。误差的大小和正、负都是不确定的。误差的大小和正、负都是不确定的。产

9、生原因：随机误差大多是由测量过程中大量彼此独立的微小因素对测量影响的综合结果造成的。（二）随机误差特性：随机误差的概率密度服从于正态分布。图1-6 概率密度分布曲线1对称性。随机误差出现的概率，即绝对值相等的正误差和负误差出现的次数相等，以零误差为中心呈对称分布。重复的测量次数越多，则误差分布图形的对称性越好。2单峰性。绝对值小的随机误差比绝对值大的随机误差出现的概率大。从概率分布曲线看，零误差对应误差概率的峰值。3有界性。在一定条件下，随机误差的绝对值不会超过一定的范围或绝对值很大随机误差出现的概率几乎为零。4抵偿性。在同样条件下，对同一量的测量，随着测量次数的增加，随机误差的算术平均值（或

10、总和）趋向于零。该特性是随机误差的最本质特性，换言之，凡具有抵偿性的误差，原则上都可以按随机误差处理。三、疏忽误差三、疏忽误差明显歪曲了测量结果，使该次测量失效的误差称为疏忽误差。含有疏忽误差的测量值称为坏值。出现坏值的原因有：测量者的主观过失，如读错、记错测量值；操作错误；测量系统突发故障等。处理：存在这类误差的测量值应当剔除。四、测量的精密度、正确度和准确度四、测量的精密度、正确度和准确度（1 1）精密度：精密度：对同一被测量进行多次测量，测量的重复性程度称为对同一被测量进行多次测量，测量的重复性程度称为精密度。精密度反映了测量值中的随机误差的大小。精密度。精密度反映了测量值中的随机误差的

11、大小。随机误差愈小，测量值分布越密集、测量的精密度愈随机误差愈小，测量值分布越密集、测量的精密度愈高。高。（2 2）正确度：正确度：对同一被测量进行多次测量，测量值偏离被测量真值对同一被测量进行多次测量，测量值偏离被测量真值的程度称为正确度。正确度反映了测量结果中系统误的程度称为正确度。正确度反映了测量结果中系统误差的大小，系统误差愈小、测量的正确度越高。差的大小，系统误差愈小、测量的正确度越高。（3 3）准确度：准确度：精密度与正确度的综合称准确度，它反映了测量结果精密度与正确度的综合称准确度，它反映了测量结果中系统误差和随机误差的综合数值，即测量结果与真中系统误差和随机误差的综合数值，即测

12、量结果与真值的一致程度。准确度也称为精确度值的一致程度。准确度也称为精确度。五、误差的综合五、误差的综合1 1随机误差的综合随机误差的综合若测量结果中含有若测量结果中含有k k个彼此独立的随机误差，个彼此独立的随机误差，它们的标准误差分别为它们的标准误差分别为1 1，2 2，k k，则它们的综合效应所造成的综合标准误差则它们的综合效应所造成的综合标准误差为为21kii2系统误差的综合（1）代数合成：（2）绝对值合成：在测量中只能估计出各系统误差分量1，2，m的数值大小，而不能确定其符号时，可采用最保守的合成法。对于m10的情况，绝对值合成法对误差的估计往往偏大。1mii1mii（3）方和根合成

13、：当测量中系统误差的分量比较多（m较大)时，各分量最大误差值同时出现的概率是不大的，它们之间还会互相抵消一部分。21kii 第四节第四节 仪表或测量系统的静态仪表或测量系统的静态性能指标性能指标 1准确度 这是表征仪表指示值接近被测量值程度的质量指标。（1）仪表的示值误差 绝对误差：相对误差：x100%100%100%xx（2）仪表的基本误差：在规定的工作条件下，仪表量程范围内各示值误差中的绝对值最大者：仪表的折合误差 超出正常工作条件引起的误差称为仪表的附加误差。maxj maxmax100%yA（3）仪表的准确度等级：某类仪表在正常工作条件下，为了保证质量，对各类仪表人为规定了其基本误差不

14、能超过的极限值，此极限值称为该类仪表的允许误差。工业仪表准确度等级的国家标准系列有0.005，0.01，0.02，0.04，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0，5.0等等级。仪表刻度盘上应标明该仪表的准确度等级。数字越小，准确度越高。仪表最大折合误差表示的允许误差去掉百分号后余下的数字值为该仪表的准确度等级。仪表的允许误差=准确度等级%。2变差输入量上升（正行程）和下降（反行程）时,同一输入量相应的两输出量平均值之间的最大差值与量程之比的百分数称为仪表的变差。1-9 测量仪表的变差max100%bHA3线性度（或非线性误差）实际特性曲线往往偏离线性关系，它

15、们之间最大偏差的绝对值与量程之比的百分数，称之为线性度。4重复性和重复性误差同一工作条件下，多次按同方向输入信号作全量程变化时，对应于同一输入信号值，仪表输出值的一致程度称为重复性。对于全范围行程，在同一工作条件下从同方向对同一输入值进行多次连续测量所获得的输出两极限值之间的代数差或均方根误差称为重复性误差，它通常以量程的百分数表示。5分辨率引起仪表示值可察觉的最小变动所需的输入信号的变化，称仪表的分辨率。也称灵敏限或鉴别阀。6灵敏度仪表在到达稳态后，输出增量与输入增量之比，称为仪表的灵敏度。7漂移在保持工作条件和输入信号不变的条件下，经过规定的较长段时间后输出的变化，称为漂移，它以仪表量程各

16、点上输出的最大变化量与量程之比的百分数来表示。六、仪表的检定六、仪表的检定检定是为了评定仪表的计量性能，并与规定的检定是为了评定仪表的计量性能，并与规定的指标比较，以确定仪表是否合格。进行检定工指标比较，以确定仪表是否合格。进行检定工作应遵循国家法定性技术文件：国家计量检定作应遵循国家法定性技术文件：国家计量检定规程。规程详细规定了被检仪表的技术条件；规程。规程详细规定了被检仪表的技术条件；检定用的标准测量器具和设备；检定项目、方检定用的标准测量器具和设备；检定项目、方法和步骤，检定结果处理；检定证书的格式和法和步骤，检定结果处理；检定证书的格式和填写要求等。填写要求等。检定方法：检定方法：示

17、值比较法：示值比较法：就是使被检仪表与标准仪表同时去测量同一被测量，比较两者的指示值，从而确定被检仪表的基本误差、变差等质量指标。一般要求标准仪表的测量上限应等于或稍大于被检仪表的测量上限。标准仪表的允许误差为被检仪表误差的1/31/10。在这种情况下，可以忽略标准仪表的误差。将标准仪表的指示值作为被测量的真值。检定点常常取在仪表标尺的整数分度值（包括上、下限）上和经常使用的标尺刻度附近，必要时可适当加密检定点。第二章 温度测量 第一节 温度计测量概述 第二节 热电偶 第三节 热电阻 第四节 温度变送器 第五节 显示仪表第二章 温度测量 第一节 温度测量概述 温度：表示物体冷热程度、反映物体内

18、部热运动状态的物理量称为温度。接触测温的理论依据：一切达到热平衡的物体具有相同的温度。一、温标量度温度高低的尺度叫温度标尺，简称温标。经验温标 热力学温标 国际实用温标温标的三要素 温度计 固定点 温标方程 现行温标：国际温标90版（ITS90）二、国际实用温标二、国际实用温标ITS一90国际实用温标的主要内容如下：（1）热力学温度（符号为T）是基本的物理量，其单位为开尔文（符号为K），定义lK等于水的三相点的热力学温度的1273.16。摄氏温度t90T90一273.15其单位为摄氏度（符号为）。（2）ITS一90定义了17个固定点的温度，如表2-2所示。（3）规定了不同温度范围内复现热力学温

19、标的标准仪器，建立了标准仪器示值与国际温标温度之间关系的插补公式，从而使连续测温成为可能。ITSITS一一9090整个温标分四个温区，其相应的标准整个温标分四个温区，其相应的标准仪器为仪器为（1 1）0.655.0K0.655.0K之间，之间，T90T90是用是用3He3He和和4He4He蒸汽蒸汽压温度计来定义的。压温度计来定义的。（2 2）3.024.5561K3.024.5561K（氖三相点）之间，（氖三相点）之间，T90T90是是用氦气体温度计来定义的。用氦气体温度计来定义的。（3 3）13.8033K13.8033K（平衡氢三相点）（平衡氢三相点）961.78961.78（银凝固点）

20、之间，（银凝固点）之间，T90T90是用铂电阻温度计来是用铂电阻温度计来定义的。定义的。（4 4）961.78961.78（银凝固点）以上，（银凝固点）以上，T90T90借助于借助于一个定义固定点和普朗克辐射定律定义，所用一个定义固定点和普朗克辐射定律定义，所用仪器为光学或光电高温计。仪器为光学或光电高温计。三、温标的量值传递三、温标的量值传递温度仪表，按照它们的准确度不同分为若干等级，按温度仪表，按照它们的准确度不同分为若干等级，按照等级制定传递系统，再根据传递系统表逐级向下传照等级制定传递系统，再根据传递系统表逐级向下传递，开展检定工作。通过检定，将国家基准所复现的递，开展检定工作。通过检

21、定，将国家基准所复现的计量单位的量值，从标准逐级传递到实用计量器具和计量单位的量值，从标准逐级传递到实用计量器具和实际使用的工业仪表上去。实际使用的工业仪表上去。通常把温度测量仪表按其在量值传递中的地位分为：（1）基准器。它是国家单位量值传递系统中准确度最高的测量器具，作为统一全国计量单位量值的最高依据。它不用作一般意义的测量。（2）标准器（包括一、二、三等级）。它作为检定依据用的计量器具，具有国家规定的准确度等级。（3）实验室和工厂用的工作仪表，它用于日常测量。四、温度测量方法简介四、温度测量方法简介测温方法通常分为接触式和非接触式两大类。测温方法通常分为接触式和非接触式两大类。1接触式测温

22、仪表膨胀式温度计图2-1 双金属温度计原理图(a)条形双金属；(b)螺旋形双金属表2-2 双金属温度计结构(a)轴向型；(b)径向型 （c）万向型1表壳；2刻度盘；3活动螺母；4保护套管；5指针轴；6感温元件；7固定端(c)（2）压力表式温度计：（3）热电阻温度计：（4）热电偶温度计：2非接触式测温仪表第二节第二节 热电偶热电偶 一、热电偶测温的基本原理一、热电偶测温的基本原理两种不同的导体或半导体材料两种不同的导体或半导体材料A A和和B B组成的回路。组成的回路。如果如果A A和和B B所组成回路的两个接合点的温度所组成回路的两个接合点的温度t t和和t t0 0不相同，则回路中就有电流产

23、生，即回路中不相同，则回路中就有电流产生，即回路中有电动势存在，这种现象叫热电效应。有电动势存在，这种现象叫热电效应。测量端或热端测量端或热端 参比端或冷端 热电动势 EAB（t，t0）图2-3 热电偶回路tt0当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。热电极热电极A A右端称为：右端称为：自由端自由端（参考（参考端、冷端、冷端）端）左端称为：左端称为：测量端测量端（工作（工作端、热端、热端）端）热电极热电极B B热电势热电势AB 结论：（1）只有两种不同性质的材料才能组成热电偶回路，相同材料组成的闭合回路不会产生热电动势。（2）热电偶回路中热电动

24、势的大小只与组成热电偶的材料的性质及两端接点处的温度有关，而与热电偶丝的直径、长度及沿程温度分布无关。（3）若组成热电偶的材料确定后，且t0己知并恒定，则fAB（t0）为常数，热电动势EAB（t，t0）只是温度t的单值函数。因此，测量热电动势的大小，就可以求得温度t的数值，这就是用热电偶测量温度的原理。二、热电偶的基本定律1均质导体定律由一种均质导体（或半导体）组成的闭合回路，不论导体(半导体)的几何尺寸及各处的温度分布如何，都不会产生热电势。应用：可检查热电极材料的均匀性。2中间导体定律由不同材料组成的热电偶闭合回路中，若各种材料接触点的温度都相同，则回路热电势的总和等于零。应用：显示仪表接

25、入热电偶回路；液态金属或金属壁面 (一)对热电极材料的要求(二)标准化热电偶 标准化热电偶是指制造工艺较成熟、应用广泛、能成批生产、性能优良而有稳定并已列入专业或国家工业标准化文件中的那些热电偶。1铂铑10-铂热电偶(分度号S)最高温度可达1300，短期使用可达1600；不能在还原性气氛及含有金属和非金属蒸汽中使用 优点：热电特性稳定、复制性好，测量准确度高 缺点：热电势率较小，热电特性是非线性的、价格较贵，机械程度较差，高温下铂电极对污染很敏感2镍铬-镍硅(镍铬-镍铝)热电偶(分度号K)廉价金属热电偶 最高温度为1200，短期测温可达1300。温度和热电势关系较近似于直线关系。但其准确度比S

26、偶低，且不足之处是在还原性介质中易被腐蚀。镍铬-康铜热电偶(分度号E)长期使用最高温度为750，短期使用最高可达900 热电偶的热电势率最高，在300800范围内热电特性线性较好，测量灵敏度高，价格便宜，缺点是不能测高温，因为负极是铜镍(康铜)合金，在高温下易氧化变质。（三）非标准化热电偶非标准化热电偶无论在使用范围或数量上均不及标准化热电偶。但在某些特殊场合，譬如在高温，低温，超低温，高真空和有核辐射等被测对象中，这些热电偶具有某些特别良好的性能。三、热电偶温度传感器的结构(一)普通型电热偶1热电极：2绝缘材料 热电偶的两根热电极要很好地绝缘，以防短路。3保护套管为了防止热电极遭受化学腐蚀和

27、机械损伤 4接线盒：接线盒中有接线端子，它将热电极和补偿导线连接起来。接线盒起密封和保护接线端子的作用。图2-19各种热电偶(二)铠装热电偶铠装热电偶是由金属套管，绝缘材料和热电极经拉伸加工而成的坚实组合体 铠装热电偶的主要优点是，热端热容量小，动态响应快，机械强度高，挠性好，耐高压，震强烈动和冲击，可安装在结构复杂的装置上 (三)热套式热电偶采用了锥形套管，三角锥面支撑和热套保温的焊接式安装结构。蒸汽流入并充满安装套管与热电偶保护套管之间的环形管内，形成热套对热电偶加以保温，既保证热电偶有足够的插入深度，又缩短了热电偶保护套管的悬臂长度。由于增加了被测介质热对电偶的热交换面积和利用热套对热电

28、偶的有效保温，从而减小了沿热电偶轴向的温度梯度和由于导热影响引起的测温误差。热套式热电偶的测温元件采用镍铬-铬硅或镍铬-铜镍铠装热电偶 (四)薄膜热电偶薄膜热电偶是由两种金属薄膜连接而成的一种特殊结构的热电偶。这种薄膜热电偶的热端既小又薄，热容量很小，可以用于微小面积上的温度测量，动态响应快，可测量瞬变的表面温度。其中片状结构的薄膜热电偶，是采用真空蒸镀法将两种热电极材料蒸镀到绝缘基板上，上面再蒸镀一层二氧化硅薄膜作绝缘和保护层。五、热电偶冷端温度补偿1冰点槽法2计算法(查表修正法)0,(),()0,(00tEttEtEABABAB3补偿导线法补偿导线也是两种不同的金属材料A和B，它在一定的温

29、度范围内(0100)和所连接的热电偶AB具有相同的热电性质，即EA B(tn,t0)=EAB(tn,t0)补偿型：字母“C”表示补偿型补偿导线 延伸型：字母“X”表示延伸型补偿导线 使用补偿导线时必须注意分度号一致，连接极性正确。4显示仪表机械零点调整法相当于在输入热电偶热电势之前就给仪表输入电势E(t0,0)特别适用于以温度刻度的动圈仪表上 5补偿电桥法(冷端温度补偿器)热电偶测温电路中串联一个能随冷端温度变化的电压，利用它去补偿因冷端温度改变而引起的热电势变化，就可使测量电路的总电压亦即显示仪表的输入电压不受冷端温度变化的影响，从而实现冷端温度的自动补偿。六、热电偶温度传感器的安装要求(一

30、)测温准确(c)(a)(b)(二)安全可靠(三)维修方便第三节 热电阻 中低温下具有较高的准确度，通常用来测量-200650范围内的温度。一、热电阻测温原理热电阻温度计是利用金属导体或半导体电阻值随其本身温度变化而变化的热电阻效应实施温度测量的。利用热电阻效应制成对温度敏感的热电阻元件。大多数金属电阻当温度上升1时，其电阻值大约增大0.4%0.6%；而半导体电阻当温度上升1时，电阻值下降3%6%。常将金属电阻元件称为热电阻，而将半导体电阻元件称为热敏电阻。热敏电阻 二、常用的金属热电阻1铂热电阻 铂在0630.74范围内的电阻-温度关系为 在-1900范围内时为 分度号分别为Pt50，Pt10

31、0)1(20BtAtRRt)100(1 320ttCBtAtRRt2铜热阻铜热电阻一般用于50150的测温范围其优点是电阻温度系数大，电阻值与温度基本呈线性关系，材料易加工和提纯，价格便宜，缺点是易氧化，所以只能用于不超过150温度且无腐蚀性的介质中。铜的电阻率小，因此电阻体积较大，动态特性较差。分度号分别为Cu50，Cu100)1(00tRRt 三、热电阻温度传感器的结构普通热电阻 二线 三线 四线 2、铠装热电阻：把有陶瓷骨架或玻璃骨架的热电阻装入很细的不锈钢管内，在其周围用氧化镁牢固填充，它的三根引线同保护管之间，以及引线相互之间耍绝缘好，充分干燥后，将不锈钢管端头密封，再经模具拉制成坚

32、实的整体 三、热电阻的测量系统1）两线制：由于把热电阻引入桥路的连接导线会随温度产生变化，如果把热电阻的连接导线都接在一个桥臂内，则当环境温度发生变化时，连接导线电阻的变化值将与热电阻的变化值相叠加，从而给仪表带来较大的误差。2）三线制三线制：使两根连接导线的电阻变化分别加在电桥的两个臂上，这样两根连接导线的电阻变化可以抵消一部分，从而减少对仪表读数的影响。四、热电阻的校验（检定）1。比较法标准水银温度计或标准铂电阻温度计恒温槽2。两点法冰点槽和水沸点槽第四节第四节 温度变送器温度变送器 一、一、ITEITE型温度变送器型温度变送器它能与各种标准测温元件(热电偶、热电阻)配合使用，连续地将被测

33、温度值线性地转换成15V，DC或420mA，DC统一信号输送到指示、记录仪表或控制系统，以实现生产过程的自动检测或自动控制。(一一)ITE)ITE型热电偶温度变送器型热电偶温度变送器1 1电路的组成和工作电路的组成和工作采用采用24V24V，DCDC供电，它主要由线性化输入回路供电，它主要由线性化输入回路和放大输出回路两大部分组成和放大输出回路两大部分组成。图2-31(二二)ITE)ITE型热电阻温度变送器型热电阻温度变送器图2-32图2-31 被测温度t经热电偶转换成相应的热电动势Et，送入线性化输入回路，Et与线性化电路输出的反馈电压Vf和零点调整及参比端温度补偿电路输出的电压Vz进行综合

34、运算后，再送到电压放大器及功率放大器放大并转换成420mA，DC电流信号I0，该电流信号再经隔离输出回路转换成420mA，DC或15V，DC信号送到指示、记录仪表或控制系统；(二二)ITE)ITE型热电阻温度变送器型热电阻温度变送器1电路的组成和工作原理ITE型热电阻温度变送器的原理方框图如图2-32所示。由方框图可知：ITE型热电阻温度变送器与ITE型热电偶温度变送器的组成基本相同，都由线性化输入回路和放大输出回路两大部分组成，且两者的放大输出部分一样，仅线性化输入部分不同。图2-32被测温度t经热电阻转换成相应的热电阻值Rt输至线性化电路，由线性化电路将其转换成相应的电势信号Et并进行非线

35、性补偿，再送到电压放大器的输入端与调零电压Vz及反馈电压Vf进行综合运算并放大成相应电压信号，此电压信号经功率放大器放大并转换成420mA，DC电流信号I0，I0再经隔离输出回路转换成420mA，DC或15V，DC信号送到指示、记录仪表或控制系统。二、一体化二线制温度变送器二、一体化二线制温度变送器(一一)概述概述一体化二线制温度变送器是新一代超小型测温仪表。由于它可以安装在温度传感器热电阻、热电偶的接线盒内，构成传感变送一体化方式，故称为一体化温度变送器。一体化温度变送器的变送单元置于热电偶的接线盒里，取代接线座，变送器模块采用全密封结构，用环氧树脂浇注，具有搞震动、防腐蚀、防潮湿、耐温性能

36、好的特点，可用于恶劣的环境。图2-36(二二)一体化温度变送器的原理与结构一体化温度变送器的原理与结构 图2-37第五节显示仪表 一、动圈式显示仪表1动圈仪表的原理 转动力矩M：M=KI 反力矩Mn：支承线圈的张丝产生：当两力矩M和Mn平衡，即M=Mn时，动圈停止在某一位置上：nMKKICIK图2-392.配接热电偶的动圈仪表的测量线路图2-40 配热电偶的动圈表的接线图1-热电偶 2-补偿导线 3-补偿器 4-动圈表0(,)ABEt tCR3.配接热电阻的动圈仪表测量桥路是一不平衡电桥 图2-42热电阻测量系统的三线制接法图2-41 热电阻测量系统的二线制接法 二、平衡式显示仪表 平衡式显示

37、仪表的工作原理是电平衡原理。它用一已知的标准电压与被测电势相比较，平衡的时候，二者之差值为零，被测电势就等于巳知的标准电压。这种测量方法亦称补偿法或零差法。1.手动电位差计(a)(b)图2-44手动电位差计(a)原理图 (b)手动电位差计2手动平衡电桥(a)(b)图2-45手动平衡电桥(a)原理图 (b)手动平衡电桥3自动平衡式显示仪Ex(Rx)热电偶(热电阻)测量电路放大电路伺服电动机同步电动机指示机构记录机构调节装置图4-46 自动平衡式式显示仪表原理方框图V 四、数字显示仪表（一）数字显示仪表的分类及组成（二）模/数(A/D)转换（三）非线性补偿及标度变换（四）数字显示仪表的技术指标（一

38、）数字显示仪表的分类及组成 1.数字显示仪表的分类按输入信号的形式分，数字显示仪表有电压型和频率型两大类。电压型的输入信号是电压或电流；频率型的输入信号是频率。根据仪表所具有的功能，它又可分为数字显示仪、数字显示报警仪、数字显示记录仪以及具有多种功能的数字显示仪表。2数字显示仪表的组成及工作原理在热工测量过程中，通常都是将压力、温度、流量等非电量经变送器变换成相等的电量，因此数字显示仪表一般都是以电压信号作为输入量的。数字显示仪表实际上都是以数字电压表为主组成的仪表。数字显示仪表通常由前置放大、模/数(A/D)转换、非线性补偿、标度变换及计数显示等五部分组成。方案一：是被测量在模拟信号时就已被

39、线性化了，其测量准确度较低，一般只能达到0.5%0.1%，优点是可以直接输出线性化了的模拟信号。方案二：是利用非线性的模/数(A/D)变换电路，在完成模/数(A/D)变换的同时也完成了线性化，因而结构简单、准确度高，缺点是只能适用于测量特定的模拟量，所以这种方案多用在单一参数测量的数字式仪表中。被测 参数 变送器 前置 放大 非线性 补偿 标度 变换 模/数(A/D)转换 计数 显示 被测 参数 变送器 前置 放大 非线性模/数(A/D)转换 标度 变换 计数 显示 方案三：使用了数字非线性补偿及标度变换。它可组成多种方案，适用面宽，主要用于直接数字控制系统(DDC)及计算机设定系统(SPC)

40、等较大规模的控制系统及测量系统中。其测量准确度高，结构较复杂。被测 参数 变送器 前置 放大 模数(A/D)转换 标度 变换 计数 显示 非线性 补偿（二）模/数(A/D)转换 其功能是使连续变化的模拟量转换成与其成比例的数字量，以便进行数字显示。要完成这一功能，必须用一定的量化单位使连续量整量化，这样才能得到近似的数字量。量化单位越小，整量化的误差也就越小，数字量就越近于连续量本身的值。（三）、非线性补偿及标度变换1.非线性补偿 数字显示仪表的非线性补偿，是指将被测参数从模拟量转换到数字显示这一过程中，如何用显示值和输入信号之间所具有的一定规律的非线性关系，来补偿输入信号和被测参数之间的非线

41、性关系，从而使显示值和被测参数之间呈线性关系。目前常用的方法有非线性模/数转换补偿和数字式非线性补偿法。非线性模/数转换补偿法，把非线性补偿与模/数转换巧妙地合并在一个线路中完成，因而线路简单；缺点是通用性差，每块表只能测量一种参数。数字非线性补偿法可以通过逻辑线路，使所乘系数的大小预先设定，以便检测不同的被测量，较多地使用在巡回检测仪表和智能仪表中；其缺点是线路复杂。2.标度变换测量值与工程值之间往往存在一定的比例关系。因此，测量值必须乘上某一常数，才能转换成数字显示仪表所能直接显示的工程值。这一过程就是标度变换。在DCS中，非线性补偿和标度变换都是可通过软件来实现。（四）数字显示仪表的技术

42、指标1显示位数显示位数常见的有三位、四位，高准确度的数字显示仪表可达8位。显然，位数越多，读数的准确度就越高。2分辨率分辨率是指数字显示仪表显示的最小数和最大数的比值。例如，一个四位数字显示仪表，其最小显示值是0001，最大显示值是9999，它的分辨率就是1/9999，即约为0.01%。分辨力是指数字显示仪表在最低量程上，最末位改变一个字时相对应的被测信号值，它相当于模拟式仪表的灵敏限。把分辨率与最低量程相乘，即可得出分辨力。如有一数字显示温度表的分辨率是0.1%，量程是0600，则分辨力就是0.6，实际上其分辨力定为1。3数字显示仪表的误差数字显示仪表的误差由两部分组成，即%n个字。第三章

43、压力测量仪表 第一节 概述 第二节 弹性压力表 第三节 压力信号的电变送方法及压力变送器 第四节压力仪表的选择及安装 第五节压力测量测量系统故障分析 第六节压力仪表的检定第一节 概述 一、基本概念与表示方法1。压强：1Pa=1N/m22。术语 绝对压力：表压力：负压、真空 差压：在差压计中，把压力高的一侧叫正压，压力低的一侧叫负压，这个负压不一定低于当地大气压。二、压力表的分类(一一)液柱式压力计：液柱式压力计：液柱式压力计是利用液柱对液柱底面产生的静压力与被测压力相平衡的原理。(二二)弹性式压力计弹性式压力计 弹性元件在被测压力的作用下产生弹性形变，从而使弹性元件产生与其弹性形变相对应的弹性

44、力。在弹性限度内，弹性形变与弹性力有确定的关系。当弹性元件产生的这种弹性力与被测压力相平衡时，弹性形变的大小就代表了被测量的压力值。(三三)电气式压力计电气式压力计电气式 物性式压力计是利用某些物质受压后产生一定的物理效应而进行压力测量的。如某些金属受压后产生压阻效应，即电阻发生变化；(四四)活塞式压力计活塞式压力计 活塞式压力计是一种用于计量检定工作的压力标准器，三、压力标准与量值传递第二节 弹性压力表 一、弹性元件1）弹簧管2）膜片、膜盒3）波纹管 三、弹性压力表的工作原理 输入压力力弹性变形机械式输出信号 电气式 弹性力输入压力的作用在弹性元件表面，形成作用力，使弹性元件发生弹性变形；由

45、于弹性变形，产生了弹性力，弹性力与外界作用力方向相反，当作用力与弹性力达到平衡时，弹性元件的形变一定，通过机械式、电气式装置显示或传送出信号 四、弹簧管压力表1。测量范围：从真空到109Pa的高压，准确度等级一般为1.04.0级，精密的可达0.10.5级。2。组成：由弹簧管、传动放大机构、指示机构及外壳组成。游丝：用来消除齿轮啮合处的间隙。(a)(b)图3-8 单圈弹簧管压力表(结构图 (b)单圈弹簧管压力表1-表盘面；2-弹簧管；3-拉杆；4-表头；5指针；6-中心齿轮；7-接头；8-表壳；9-调整螺钉；10-曲柄；11-游丝 五、膜盒微压计膜合微压计的测量范围为l5040000Pa，准确度

46、等级一般为2.5级，较高的可达1.5级。在火电厂中常用膜盒微压计测送风系统、制粉系统、炉膛和尾部烟道的压力。图3-9第三节第三节压力仪表的选压力仪表的选择择 一、压力表的选择一、压力表的选择对于弹性压力表，被测压力的额定值一般选择对于弹性压力表，被测压力的额定值一般选择为压力表满量程的为压力表满量程的2/32/3。有脉动变化的情况，被测压力的额定值应选择有脉动变化的情况，被测压力的额定值应选择为压力表量程范围的为压力表量程范围的1/21/2左右为好。左右为好。二、压力表的安装二、压力表的安装第五节第五节压力仪表的检压力仪表的检定定 一、压力标准器一、压力标准器活塞活塞式压力计式压力计(a)(b

47、)图3-36活塞式压力计(a)结构原理图 (b)1151电容式差压变送器1-专用砝码；2-活塞筒；3-导压管；4-加压手轮；5-油泵活塞；6-油杯；7-压力表 二、工业弹簧管压力表的检定二、工业弹簧管压力表的检定工业弹簧管压力表的精确度等级一般在1.04.0级。检定根据计量校定规程JJG52-87的要求进行，主要的检定项目有基本误差、变差、零位、指针移动的平稳性、轻敲表示值的变动量、外观检查等。第四章第四章 ：流量测量：流量测量 一、涡轮流量计一、涡轮流量计(a)(b)(c)图4-15 涡轮流量计(a)结构原理图 (b)涡轮流量计 (c)涡轮1-涡轮；2-支承；3-永久磁钢；4-感应线圈；5-

48、壳体；6-导流器 式中仪表常数，与仪表结构有关 图4-16 涡轮流量计原理方框图2vvZtgfqqrF 二、转子流量计二、转子流量计由上式可见，当被测介质一定时，由上式可见，当被测介质一定时，q qv v与与H H有近有近似线性关系。似线性关系。与转子形状、流体的流动状态及其物理性质与转子形状、流体的流动状态及其物理性质有关。有关。02()2ffvfgVqnd HA三、转子流量计三、转子流量计由上式可见，当被测介质一定时，由上式可见，当被测介质一定时，qv与与H有近似线性关系。有近似线性关系。与转子形状、流体的流动状态及其物理性质有关。与转子形状、流体的流动状态及其物理性质有关。02()2ff

49、vfgVqnd HA(a)(b)图4-18 转子流量计(a)转子流量计 (b)原理结构图1-锥形管2-转子 四、涡街流量计四、涡街流量计1.1.测量原理测量原理图4-19图4-19 涡街流量计(a)圆柱体发生“涡街”情况 (b)等边三角形体发生“涡街”情况(c)涡街流量计涡街流量计实现流量测量的理论基础是流体力涡街流量计实现流量测量的理论基础是流体力学中的学中的“卡门涡街卡门涡街”原理。在流动的流体中放原理。在流动的流体中放置一根其轴线与流向垂直的、有对称形状的非置一根其轴线与流向垂直的、有对称形状的非流线形柱体（如圆柱、三角柱等，如图流线形柱体（如圆柱、三角柱等，如图4-194-19所所示）

50、，该柱体称漩涡发生体。当流体沿漩涡发示），该柱体称漩涡发生体。当流体沿漩涡发生体绕流时，在漩涡发生体下游产生如图生体绕流时，在漩涡发生体下游产生如图4-194-19所示的两列不对称、但有规律的漩涡列，这就所示的两列不对称、但有规律的漩涡列，这就是卡门涡街。是卡门涡街。五、超声波式流量计五、超声波式流量计图4-23图4-242tan2cutD 超声波式流量计超声波式流量计图4-25 六、容积式流量计六、容积式流量计图4-28 腰轮流量计原理图(a)(b)图4-29 椭园齿轮流量计(a)原理图 (b)椭园齿轮流量计1、2-互相啮合的椭园齿轮4vqnV 七、哥氏力流量计七、哥氏力流量计图4-30 当