化工儀表檢測(cè)技術(shù)儀表總復(fù)習(xí)

化工儀表及自動(dòng)化

第一章檢測(cè)儀表基本知識(shí)一、測(cè)量誤差及其各自的特點(diǎn)》》測(cè)量誤差按其產(chǎn)生原因的不同,可以分為三類(lèi)：》》系統(tǒng)誤差：在測(cè)量過(guò)程中容易消除和加以修正�！贰肥韬稣`差》》偶然誤差：不易被發(fā)覺(jué)和修正。

二、檢測(cè)儀表的品質(zhì)指標(biāo)

(1).測(cè)量?jī)x表的準(zhǔn)確度（精確度）：兩大影響因素絕對(duì)誤差和儀表的標(biāo)尺范圍》》相對(duì)百分誤差δ

δ=Δmax×100%

標(biāo)尺上限值標(biāo)尺下限值允許誤差

儀表允許的最大絕對(duì)誤差值δ允=±×100%

標(biāo)尺上限值標(biāo)尺下限值儀表準(zhǔn)確度等級(jí)的確定？》》會(huì)進(jìn)行計(jì)算：13頁(yè)3、7小結(jié)：儀表的準(zhǔn)確度等級(jí)數(shù)值越大，儀表的精度越低。兩臺(tái)量程不同的儀表，如果它們的絕對(duì)誤差相等的話(huà)，量程小的儀表準(zhǔn)確度越低。線(xiàn)性度：線(xiàn)性度通常用實(shí)際測(cè)得的輸入-輸出與理論擬合直線(xiàn)之間的最大偏差與檢測(cè)儀表滿(mǎn)量程輸出范圍之比的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。

δf=Δfmax×100%

儀表量程三、檢測(cè)系統(tǒng)中信號(hào)的傳遞形式（1）模擬信號(hào)

連續(xù)變化的物理量和化學(xué)量。（2）數(shù)字信號(hào)（3）開(kāi)關(guān)信號(hào)第二章壓力檢測(cè)1、壓力單位2、

圖1-2線(xiàn)性度示意

p真空度=p大氣壓力p絕對(duì)壓力

3、壓力計(jì)及真空表的分類(lèi)：液柱式壓力計(jì)

彈性式壓力計(jì)電氣式壓力：可以遠(yuǎn)距離傳送信號(hào)，進(jìn)行遠(yuǎn)程控制�；钊�式壓力計(jì)：一般作為標(biāo)準(zhǔn)型壓力測(cè)量?jī)x器。一、彈性式壓力計(jì)

1.彈性式壓力計(jì)是利用各種形式的彈性元件，在被測(cè)介質(zhì)壓力的作用下，使彈性元件受壓后產(chǎn)生彈性變形的原理而制成的測(cè)壓儀表。2.常用的彈性元件有：二、電氣式壓力計(jì)》》壓力傳感器的作用：三、壓力計(jì)的選用及安裝1.儀表類(lèi)型的選用》》氨用壓力計(jì)彈簧管的材料都采用碳鋼，不允許采用銅合金。氧用壓力計(jì)要嚴(yán)格禁油。2.儀表測(cè)量范圍的確定

上限選取壓力平穩(wěn)：最大工作壓力不超過(guò)量程2/3

脈動(dòng)壓力：最大工作壓力不超過(guò)量程的1/2下限選取被測(cè)壓力的最小值不低于滿(mǎn)量程的1/32.壓力計(jì)的安裝

測(cè)量液（氣）體壓力時(shí)，取壓點(diǎn)應(yīng)在管道下（上）部，使導(dǎo)壓管內(nèi)不積存氣（液）體。

取壓口到壓力計(jì)之間應(yīng)裝有切斷閥，以備檢修壓力計(jì)時(shí)使用。切斷閥應(yīng)裝設(shè)在靠近取壓口的地方。第三章流量檢測(cè)流量計(jì)的分類(lèi)

速度式流量計(jì)：靶式流量計(jì)、旋渦流量計(jì)、渦輪流量計(jì)電磁流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì)

差壓式流量計(jì)

容積式流量計(jì)：活塞式流量計(jì)、橢圓齒輪流量計(jì)

質(zhì)量流量計(jì)：補(bǔ)償式質(zhì)量流量計(jì)慣性式質(zhì)量流量計(jì)一、差壓式流量計(jì)

1.差壓式（也稱(chēng)節(jié)流式）流量計(jì)是基于流體流動(dòng)的節(jié)流原理，利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)產(chǎn)生的壓力差而實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量的

2.標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置(孔板、噴嘴),一般都用于直D≥50mm的管道中3.工作原理：流過(guò)管道的流量越大，節(jié)流裝置前后的壓差也越大。

Q=αεF02Δpρ1M=αεF02ρ1Δp流量與壓力差ΔP的平方根成正比。

二、轉(zhuǎn)子流量計(jì)

1.差壓式（也稱(chēng)節(jié)流式）流量計(jì)是變節(jié)流面積、恒壓降。2.轉(zhuǎn)子流量計(jì)：恒壓降、變節(jié)流面積。3.流量越大，轉(zhuǎn)子的位置越高。三、橢圓齒輪流量計(jì)

1.適用于高黏度介質(zhì)的流量測(cè)量。v2.橢圓齒輪每轉(zhuǎn)一周所排出的被測(cè)介質(zhì)流量為半月形容積的4倍。

第四章物位檢測(cè)一、差壓式液位計(jì)

差壓式液位計(jì)，是利用容器內(nèi)的液位改變時(shí)，由液柱產(chǎn)生的靜壓也相應(yīng)

圖3-19橢圓齒輪流量計(jì)結(jié)構(gòu)原理變化的原理而工作的。

零點(diǎn)遷移問(wèn)題：

無(wú)遷移：取壓點(diǎn)與液位零位在同一水平面上正遷移：取壓口低于容器底部圖4-4負(fù)遷移：介質(zhì)具有腐蝕性，且差壓計(jì)低于容器

遷移同時(shí)改變了測(cè)量范圍的上、下限，相當(dāng)于測(cè)量范圍的平移，它不改變量程的大小。

q4Vn二、電容式物位計(jì)

1、在平行板電容器之間，充以不同介質(zhì)時(shí)，電容量的大小也有所不同。

2、測(cè)量非導(dǎo)電介質(zhì)時(shí)，電容量的變化為

CX=CC0=2πεε0H=KiHDlnd()圖4-3正負(fù)遷移示意圖

（ε-ε0）值越大，儀表越靈敏。電容器兩極間的距離越小，儀表越靈敏。三、核輻射物位計(jì)

I=I0eμH射線(xiàn)的透射強(qiáng)度隨著通過(guò)介質(zhì)層厚度的增加而減弱。

特點(diǎn)：適用于高溫、高壓容器、強(qiáng)腐蝕、劇毒、有爆炸性、黏滯性、易結(jié)晶或沸騰狀態(tài)的介質(zhì)的物位測(cè)量，還可以測(cè)量高溫融熔金屬的液位�？稍诟邷�、煙霧等環(huán)境下工作。

但由于放射線(xiàn)對(duì)人體有害，使用范圍受到一些限制。稱(chēng)重式液罐計(jì)量?jī)x可以直接稱(chēng)量?jī)?chǔ)罐內(nèi)液體的質(zhì)量。第五章溫度檢測(cè)

溫度參數(shù)是不能直接測(cè)量的，一般只能根據(jù)物質(zhì)的某些特性值與溫度之間的函數(shù)關(guān)系，通過(guò)對(duì)這些特性參數(shù)的測(cè)量間接地獲得。分類(lèi)按測(cè)量方式接觸式與非接觸式

一、溫度檢測(cè)的基本原理》1.應(yīng)用熱膨脹原理測(cè)溫、雙金屬溫度計(jì)》》2.應(yīng)用壓力隨溫度變化的原理測(cè)溫》》3.應(yīng)用熱阻效應(yīng)測(cè)溫》》4.應(yīng)用熱電效應(yīng)測(cè)溫》》5.應(yīng)用熱輻射原理測(cè)溫一、熱電偶溫度計(jì)

1.熱電偶溫度計(jì)是基于熱電效應(yīng)這一原理測(cè)量溫度的。2.熱電偶溫度計(jì)是把溫度的變化通過(guò)測(cè)溫元件-熱電偶轉(zhuǎn)化為熱電勢(shì)的變化來(lái)測(cè)量溫度的。3.第三導(dǎo)體定律4.冷端溫度補(bǔ)償問(wèn)題

EAB(t,t0)=EAB(t,0)-EAB(t0,0)

例5-2某支鉑銠10-鉑熱電偶在工作時(shí)，自由端溫度t0=30℃,測(cè)得熱電勢(shì)E(t,t0)=14.195mV，求被測(cè)介質(zhì)的實(shí)際溫度。解:由附錄一可以查得E(30,0)=0.173(mV)代入式(5-3)變換得

E(t,0)=E(t,30)+E(30,0)=0.173+14.195=14.368(mV)再由附錄一可以查得14.368mV對(duì)應(yīng)的溫度t為1400℃。

5.熱電偶的構(gòu)造及各部分作用熱電極

絕緣管保護(hù)套管接線(xiàn)盒工業(yè)上對(duì)熱電極材料的要求圖5-10熱電偶的結(jié)構(gòu)

在測(cè)溫范圍內(nèi)其熱電性質(zhì)要穩(wěn)定,不隨時(shí)間變化;

在測(cè)溫范圍內(nèi)要有足夠物理、化學(xué)穩(wěn)定性,不易被氧化或腐蝕;電阻溫度系數(shù)要小,電導(dǎo)率要高,組成熱電偶后產(chǎn)生的熱電勢(shì)要大,其值與溫度成線(xiàn)性關(guān)系或有簡(jiǎn)單的函數(shù)關(guān)系;

復(fù)現(xiàn)性要好,這樣便于成批生產(chǎn),而且在應(yīng)用上也可保證良好的互換性;材料組織均勻、要有韌性,便于加工成絲。一、熱電阻溫度計(jì)1.測(cè)溫原理：利用熱電阻的電阻值隨溫度變化而變化的特性來(lái)進(jìn)行溫度測(cè)量的。

Rt=R01+αtt0

2.熱電阻溫度計(jì)是把溫度的變化通過(guò)測(cè)溫元件-熱電阻轉(zhuǎn)化為電阻值的變化來(lái)測(cè)量溫度的。

作為熱電阻的材料一般要求是：

電阻溫度系數(shù)、電阻率要大；熱容量要小；

在整個(gè)測(cè)溫范圍內(nèi)，應(yīng)具有穩(wěn)定的物理、化學(xué)性質(zhì)和良好的復(fù)制性；電阻值隨溫度的變化關(guān)系，最好呈線(xiàn)性；價(jià)格便宜。

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檢測(cè)技術(shù)及儀表

總復(fù)習(xí)

Ⅰ、復(fù)習(xí)大綱

一）期末考試概況

考試范圍：第一章到第六章考卷體型

一、填空題20%基礎(chǔ)知識(shí)

二、判斷題15%基礎(chǔ)知識(shí)、基礎(chǔ)知識(shí)擴(kuò)展三、選擇題10%基礎(chǔ)知識(shí)、基礎(chǔ)知識(shí)擴(kuò)展四、簡(jiǎn)答題25%基礎(chǔ)知識(shí)五、計(jì)算題30%基礎(chǔ)知識(shí)應(yīng)用考試內(nèi)容：以課件上的知識(shí)點(diǎn)為主

二）章節(jié)知識(shí)第一章基礎(chǔ)知識(shí)

*本章以填空和判斷題為主

一）檢測(cè)三要素：

測(cè)量單位（并以實(shí)物復(fù)現(xiàn)）、測(cè)量工具、測(cè)量方法。二）測(cè)量用途分類(lèi)：

生活測(cè)量（一般測(cè)量）技術(shù)測(cè)量（工業(yè)測(cè)量）實(shí)驗(yàn)室測(cè)量（精密測(cè)量）

直接測(cè)量間接測(cè)量三）按測(cè)量方法分類(lèi)：組合測(cè)量軟測(cè)量理論真值約定真值四）獲取真值的方法：最佳估計(jì)值傳遞值原理誤差裝誤差五）誤差產(chǎn)生的原因：環(huán)境誤差人員誤差系統(tǒng)誤差六）誤差的種類(lèi)：隨機(jī)誤差

粗大誤差七）不確定度與誤差的區(qū)別

八）儀表的基本組成：

傳感器（即敏感元件）變換器顯示裝

九）儀表的靈敏度P17

儀表輸入/輸出特性曲線(xiàn)的斜率十）儀表的分辨率P17

使測(cè)量?jī)x表產(chǎn)生未察覺(jué)的響應(yīng)變化的最大激勵(lì)變化值

十一）儀表的死區(qū)P17

使儀表產(chǎn)生可察覺(jué)響應(yīng)時(shí)的最小激勵(lì)值十二）儀表的引用誤差

1、是相對(duì)誤差，但分母是儀表量程2、最大引用誤差：

儀表最大引用誤差（%）

量程最大絕對(duì)誤差100%量程十三）儀表的允許誤差

1、允許儀表具有的誤差最大值；

2、可以用絕對(duì)誤差或引用誤差的形式表達(dá)。十四）儀表的精度等級(jí)

儀表的精度等級(jí)就是用引用誤差表示允許誤差（即儀表的最大引用誤差）去掉%號(hào)后的數(shù)字經(jīng)過(guò)圓整后的數(shù)值。

十五）儀表的可靠度

在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的概率

十六）失效率

系統(tǒng)運(yùn)行到t時(shí)刻后的單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生故障的系統(tǒng)

數(shù)與時(shí)刻t時(shí)完好系統(tǒng)數(shù)之比。

十七）儀表的防爆1、結(jié)構(gòu)防爆

（1）定義：在結(jié)構(gòu)上用隔離措施，把電路和周?chē)�環(huán)

境隔絕，使電路正常工作時(shí)所產(chǎn)生的熱量和故障狀態(tài)下形成的電火花及高溫局限于密閉殼體之內(nèi)，不致把外界易燃易爆氣體引燃。

（2）具體措施：密封外殼、充壓縮空氣、充油、充

石英砂。

2、本質(zhì)安全防爆

（1）定義：從電路的能量上加以限制，使電路無(wú)論

在工作正常中或發(fā)生短路、斷路等故障狀態(tài)下，所產(chǎn)生的火花都不足以引燃易燃易爆氣體，它產(chǎn)生的溫度也不足以使易燃易爆物自燃。

（2）具體措施：限制電壓、電流、功率。

第二章溫度測(cè)量

一）溫標(biāo)三條件：

固定溫度點(diǎn)（基準(zhǔn)點(diǎn)）測(cè)溫儀器溫標(biāo)方程二）華氏溫標(biāo)

華倫海特

0：氯化氨和冰的混合物32：水的冰點(diǎn)212：水的沸點(diǎn)

三）華氏溫度和攝氏溫度之間的關(guān)系：

9tFtC325四）熱電偶溫度計(jì)P36

電阻變化的熱電式傳感器熱電阻溫度變化電勢(shì)變化的熱電式傳感器熱電偶溫度變化五）熱電勢(shì)

1、溫差電勢(shì)：?jiǎn)我粚?dǎo)體兩端溫度不同產(chǎn)生的電勢(shì)

TeA(T,T0)dteA(T)eA(T0)T0

2、接觸電勢(shì)：不同導(dǎo)體接觸時(shí)接點(diǎn)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)TNAeAB(T)lneNB3、回路總電動(dòng)勢(shì)：

EAB(T,T0)eAB(T)eA(T,T0)eAB(T0)eB(T,T0)[eAB(T)eA(T)eB(T)][eAB(T0)eA(T0)eB(T0)fAB(T)fBA(T0)六）熱電勢(shì)大小只與熱電極材料、兩端溫度差有關(guān)，而與材料粗細(xì)、長(zhǎng)短無(wú)關(guān)。

七）均質(zhì)導(dǎo)體定則

一種均質(zhì)材料不能構(gòu)成熱電偶八）中間導(dǎo)體定則

1、熱電偶回路中接入中間導(dǎo)體后，只要中間導(dǎo)體兩端的溫度相同，對(duì)熱電偶回路的總熱電勢(shì)值沒(méi)有影響。

2、測(cè)量回路不影響電勢(shì)。九）標(biāo)準(zhǔn)電極定律如果導(dǎo)體A、B分別對(duì)標(biāo)準(zhǔn)電極C材料的熱電動(dòng)勢(shì)已知，則A、B構(gòu)成熱電偶時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)為他們分別對(duì)C構(gòu)成熱電偶時(shí)產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和。EAC(T,T0)ECB(T,T0)EAB(T,T0)

十）連接導(dǎo)線(xiàn)定律

若導(dǎo)體A、B分別與連接導(dǎo)體A’、B’相連接，接點(diǎn)溫度為T(mén)、T0、Tn，回路總熱電勢(shì)等于熱電偶電勢(shì)TEAB(T，n)與連接導(dǎo)體電勢(shì)B代數(shù)和。EA(Tn,T0)E(T,T,T,T)E(T,T)E(T,T)ABBAn0nABnA"B"n0●可用廉價(jià)導(dǎo)線(xiàn)來(lái)延長(zhǎng)熱電偶十一）中間溫度定律

兩種均質(zhì)材料A、B構(gòu)成熱電偶，接點(diǎn)溫度分別為T(mén)、T0，如果一個(gè)中間溫度Tn，那么熱電偶回路的總熱電動(dòng)勢(shì)不受溫度的影響。

ABBA(T,Tn,T0,Tn)EAB(T,Tn)EAB(Tn,T0)　EEAB(T,T0)只需測(cè)出熱電偶在參比端溫度為0度時(shí)的分度表，就可求出參比端在其它溫度時(shí)的熱電勢(shì)值。

十二）標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶

IEC推薦了8種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶：

1）屬貴金屬熱電偶，分度號(hào)：R、B、S

2）廉價(jià)金屬熱電偶，分度號(hào)：K、N、E、T、JK型，鎳鉻-鎳硅熱電偶，用量最大。

十三）熱電偶的冷端處理：

補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)法；

參比端溫度測(cè)量計(jì)算法；參比端冰浴法；補(bǔ)償電橋法；

十四）鉑熱電阻（-200～850℃）

10分度號(hào)Pt10工作區(qū)為650C以上　　R0選用：100分度號(hào)P工作區(qū)為650C以下t100

十五）管道內(nèi)液體溫度的測(cè)量：

1、通常應(yīng)保證測(cè)溫元件有一定的插入深度，元件的感溫點(diǎn)應(yīng)處于管道中心流速最大處；

2、對(duì)于直徑大的管道，測(cè)溫元件可垂直插入；3、為增加插入深度，可迎著流體流動(dòng)的方向斜向插入測(cè)溫元件；

4、對(duì)于內(nèi)徑較小的管道，測(cè)溫元件可插入彎頭處或加裝擴(kuò)大管。

十六）煙道中煙氣溫度的測(cè)量

①對(duì)象：鍛造加熱爐、鍋爐中，燃燒后產(chǎn)生的大量煙氣，一般溫度有幾百上千度。

②測(cè)溫的意義：正確測(cè)溫有利于分析其燃燒狀況，實(shí)現(xiàn)余熱利用。

③測(cè)溫方式：采用熱電偶，插入到被測(cè)煙氣中。

④測(cè)溫原理：通過(guò)和測(cè)溫?zé)犭娕继坠苤�間的對(duì)流熱交換，使熱電偶溫度升至接近于煙氣溫度。

1）溫度誤差原因：

①.煙氣和熱電偶間對(duì)流熱交換系數(shù)比流體下的要小很多，使得熱電偶溫度一般比煙氣溫度小很多，使得測(cè)量誤差增大；

②.煙氣溫度高，熱電偶插入部分被加熱到較高溫度，而未插入部分溫度低，沿?zé)犭娕纪�外的�?dǎo)熱損失，引起導(dǎo)熱誤差，從而帶來(lái)測(cè)量誤差；

③.煙道管壁溫度低，熱電偶對(duì)管壁的輻射損失大，引起輻射誤差，從而帶來(lái)測(cè)量誤差；

2）措施

①.測(cè)溫元件（熱電偶）外圍加熱屏幕罩減少對(duì)管壁的輻射誤差；

②.盡量增加熱電偶的插入深度，并對(duì)熱電偶根部處的管道壁加強(qiáng)保溫，以提高壁面溫度減少導(dǎo)熱誤差；

③.采用抽氣方式加大對(duì)流，增強(qiáng)對(duì)流交換減少輻射誤差。

如圖：熱電偶裝于有多層

屏蔽的管中，屏蔽管的后部

與抽氣器連接。當(dāng)蒸汽或壓

縮空氣通過(guò)抽氣器時(shí)，會(huì)夾

帶著煙氣以很高的流速流

過(guò)熱電偶測(cè)量端。在抽氣管

路上加裝的孔板是為了測(cè)

量抽氣流量，以計(jì)算測(cè)量處

的流速來(lái)估計(jì)誤差。

第三章壓力和壓差測(cè)量

一）絕對(duì)壓力Pi

被測(cè)介質(zhì)作用在容器表面積上的全部壓力稱(chēng)為絕對(duì)壓力，用符號(hào)Pi表示。用絕對(duì)壓力表測(cè)量。

二）大氣壓力Pd

由地球表面空氣柱重量形成的壓力，稱(chēng)為大氣壓力。它隨地理緯度、海拔高度及氣象條件而變化。用符號(hào)Pd表示。用氣壓計(jì)測(cè)定。

三）表壓力Pb

通常壓力測(cè)量?jī)x表是處于大氣之中，其測(cè)得的壓力值等于絕對(duì)壓力和大氣壓力之差，稱(chēng)為表壓力，用符號(hào)pb表示。

表壓力=絕對(duì)壓力-大氣壓力四）真空度Pz

當(dāng)絕對(duì)壓力小于大氣壓力時(shí)，表壓力為負(fù)值(負(fù)壓力)，其絕對(duì)值稱(chēng)為真空度，用符號(hào)pz表示，

有：pz＝pd－pi.

(真空度=大氣壓力-絕對(duì)壓力)

五）彈性膜片：

一種外緣固定的片狀彈性元件，膜片的彈性特性一般由中心位移與壓力的關(guān)系表示。

按剖面形狀及特性分：

平膜片的使用位移很小，彈性特性有良好平膜片：

的線(xiàn)性關(guān)系。

波紋膜片是壓有環(huán)狀同心波紋的圓膜波紋膜片：片，波紋的形狀有正弦形、鋸齒形、梯

形等。其位移與壓力的關(guān)系，由波紋的形狀、深度和波紋數(shù)確定。

撓性膜片僅作為隔離膜片使用，它要與撓性膜片：

測(cè)力彈簧配用。

六）波紋管

由整片彈性材料加工而成，是一種壁面具有多個(gè)同心環(huán)狀波紋，一端封閉的薄壁圓管。波紋管的開(kāi)口端固定，由此引入被測(cè)壓力。在其內(nèi)腔及周?chē)�介質(zhì)的壓差作用下，封閉端將產(chǎn)生位移，此位移與壓力在一定的范圍內(nèi)呈線(xiàn)性關(guān)系。在使用時(shí)一般要應(yīng)用在線(xiàn)性段，也可以在波紋管內(nèi)加螺旋彈簧以改善特性。用波紋管作彈性元件的壓力計(jì)，一般用于測(cè)量較低壓力或壓差。

七）彈簧管

是一根彎成圓弧狀的、具有不等軸截面的金屬管。常見(jiàn)

的不等軸截面是扁圓和橢圓形。彈簧管的一端封閉并處于自由狀態(tài)為自由端，另一端開(kāi)口為固定端，被測(cè)壓力由固定端通人彈簧管內(nèi)腔。在壓力的作用下，彈簧管橫截面有變圓的趨向，彈簧管亦隨之產(chǎn)生向外伸直的變形，從而引起自由端位移。

八）霍爾元件用來(lái)測(cè)量位移1、霍爾效應(yīng)：

如圖，N型半導(dǎo)體薄片尺寸為：L*b*d；磁場(chǎng)B垂直半導(dǎo)體薄片；半導(dǎo)體薄片通以電流I，內(nèi)部電子反向（向右）運(yùn)動(dòng)。

B

fLbvIUHfE

dL

電子在右移（電流左移）過(guò)程中，受到電磁力fL的作用，電子實(shí)際運(yùn)動(dòng)方向如圖中紅色箭頭方向。

最終電子在霍爾元件里側(cè)積累，正電荷在外側(cè)積累。形成縱向電場(chǎng)，該電場(chǎng)阻止電子繼續(xù)向里側(cè)偏移。

當(dāng)電子受到的電場(chǎng)力fE和電磁力fL相等時(shí)，電子積累達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。此時(shí)元件里、外端面間的電場(chǎng)稱(chēng)為：霍爾電場(chǎng)EH，對(duì)應(yīng)的電勢(shì)稱(chēng)為霍爾電場(chǎng)UH。

2、霍爾電勢(shì)大�。�

RIBUHHKHIBdRH霍爾常數(shù)

控制電流IB磁感應(yīng)強(qiáng)度RH霍爾元件靈敏度，表示在單位磁感應(yīng)KHd

強(qiáng)度和單位控制電流作用下，霍爾電勢(shì)的大小，是

數(shù)，要求越大越好霍爾元件的一個(gè)重要參d霍爾元件厚度3、（1）方向：

控制電流方向改變輸出電勢(shì)UH方向改變；

輸出電勢(shì)UH方向改變；磁場(chǎng)方向改變輸出電勢(shì)UH方向不變；二者方向均改變（2）霍爾元件尺寸對(duì)其性能的影響：一定范圍內(nèi)，元件厚度d越小，靈敏度越高；

但過(guò)小的d將導(dǎo)致元件的輸入、輸出電阻增加；（3）霍爾元件符號(hào)及命名方法：

H

（4）.應(yīng)用：霍爾元件式彈性壓力傳感器。

壓力敏感電阻彈簧管一端固定，另一端為自由端，安裝霍爾元件，并處于磁極組件的間隙中。磁極組件為兩對(duì)磁場(chǎng)方向相反的磁極，在其空隙部分構(gòu)成線(xiàn)性不均勻磁場(chǎng)�；魻栐�件

被自由端帶動(dòng)而在不均勻磁場(chǎng)中移動(dòng)時(shí)，將感受不同的磁場(chǎng)強(qiáng)度。在霍爾元件的兩端通以恒定電流，在垂直于磁場(chǎng)和電流方向的另兩側(cè)將產(chǎn)生霍爾電勢(shì)，此輸出電勢(shì)即對(duì)應(yīng)于自由端位移，從而給出被測(cè)壓力值。這種儀表結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈敏度高，壽命長(zhǎng)，但對(duì)外部磁場(chǎng)敏感，耐振性差。

九）壓力傳感器

能夠檢測(cè)壓力值并提供遠(yuǎn)傳信號(hào)（電信號(hào)）的裝統(tǒng)稱(chēng)為壓力傳感器。

◆常見(jiàn)的形式：

應(yīng)變式、壓阻式、電容式、壓電式等1）應(yīng)變效應(yīng)

即當(dāng)導(dǎo)體和半導(dǎo)體材料發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值將發(fā)生變化。

dRdlRlKKsRl

dl:　應(yīng)變，表示金屬絲長(zhǎng)度的相對(duì)變化ldR數(shù)，電阻靈敏度系數(shù)KdlR:　　材料的電阻應(yīng)變系l

K反映了單位應(yīng)變引起的電阻相對(duì)變化，對(duì)于確定的應(yīng)變片，該值為一個(gè)常數(shù)：

對(duì)于金屬材料：　　K約為2~6對(duì)于半導(dǎo)體材料：　K約為60~180　�。�1）結(jié)構(gòu)

絲式應(yīng)變片：用金屬絲貼在塑料薄膜上、腐蝕等工藝在基板上加工成的金屬箔柵箔式應(yīng)變片：利用光刻　　　　　　　形式的薄膜電阻　

（2）溫度誤差及補(bǔ)償方法：

2）壓阻效應(yīng)

*特殊半導(dǎo)體承受應(yīng)力時(shí)

用集成電路工藝直接在硅平膜片上按一定晶向制成擴(kuò)散壓敏電阻，當(dāng)硅平膜片某一軸向施加一定應(yīng)力時(shí)，膜片變形使擴(kuò)散電阻的電阻率、電阻值發(fā)生變化的現(xiàn)象。

3）前者（應(yīng)變效應(yīng)）是因?yàn)橥獠康臋C(jī)械形變引起電阻變化，后者（壓阻效應(yīng)）是由于半導(dǎo)體內(nèi)部載流子的遷移引起電阻變化

4）電容式傳感器極間介質(zhì)的介電常數(shù)sC　　s極板面積dd極板間距將壓力引起的彈性元件的位移轉(zhuǎn)換成電容量的變化，實(shí)現(xiàn)壓力測(cè)量的傳感器。

（1）電容式傳感器原理

①.變極間距d型：

差動(dòng)式結(jié)構(gòu)：如圖，活動(dòng)極板位于兩個(gè)固定極板之間，未開(kāi)始測(cè)量時(shí)，將活動(dòng)極板調(diào)至中間位，此時(shí)兩邊電容相等，設(shè)為C0；測(cè)量時(shí)，假設(shè)中間活動(dòng)極板右移△d，則C1C2。

定片②.變面積s型：

◆直線(xiàn)位移式：如圖。bd動(dòng)片

a

ab(aa)bba

電容變化量：Cddd

abaa極板超始遮蓋長(zhǎng)度　　　　　　　　b極板寬da　a極板超始遮蓋長(zhǎng)度a動(dòng)極板位移d極板間距極板寬b　a動(dòng)極板位移d極板間距

CC靈敏度：K0aa

C0K　　　a不能太大。否則，邊緣效應(yīng)將　　　使傳感器產(chǎn)生非線(xiàn)性變化

◆角位移式（略）

③.變介質(zhì)（介電常數(shù)）型：

量可進(jìn)行介質(zhì)介電常數(shù)測(cè)　　可進(jìn)行介質(zhì)厚度測(cè)量

5）壓電效應(yīng)

一些結(jié)晶材料、高分子材料在壓力作用下，內(nèi)部分子的極化情況發(fā)生變化，使材料表面帶電荷，稱(chēng)為壓電效應(yīng)。

這些表面電荷會(huì)很快與環(huán)境中的雜散電荷或材料內(nèi)部自由電荷中和，呈電中性，因此壓電效應(yīng)不能用來(lái)檢測(cè)恒定壓力。但由于電荷中和時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于在壓力作用下的極化變化時(shí)間，所以它可以響應(yīng)動(dòng)態(tài)壓力，用于加速度與振動(dòng)檢測(cè)。

①.壓電式壓力傳感器原理：

利用壓電材料的壓電效應(yīng)將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)壓力檢測(cè)，不適宜測(cè)量緩慢變化的壓力和靜態(tài)壓力。

壓電材料制成的壓電元件受到壓力作用時(shí)將產(chǎn)生電荷，當(dāng)外力去除后電荷將消失。在彈性范圍內(nèi)，壓電元件產(chǎn)生的電荷量與作用力之間呈線(xiàn)性關(guān)系。電荷輸出為：

測(cè)知電荷量可知被測(cè)壓力大小。其中：p為壓力；S為作用面積；q為電荷量；k為壓電常數(shù)。

十）儀表量程選擇

2最大被測(cè)壓力Pmax的測(cè)量上限1、被測(cè)壓力較穩(wěn)定時(shí)：312、測(cè)量脈動(dòng)壓力時(shí)：最大被測(cè)壓力Pmax的測(cè)量上限2　　33、測(cè)量高壓時(shí)：最大被測(cè)壓力Pmax的測(cè)量上限514、被測(cè)壓力的最小值Pmin的測(cè)量上限3Pmax被測(cè)壓力最大值根據(jù)　　計(jì)算儀表的上下限被測(cè)壓力最小值Pmin再按壓力儀表的標(biāo)準(zhǔn)系列選定量程

◆若上、下限不能同時(shí)滿(mǎn)足要求，應(yīng)首先滿(mǎn)足最大工作壓力。

十一）取壓點(diǎn)位和取壓口形式

為真實(shí)反映被測(cè)壓力的大小，要合理選擇取壓點(diǎn)，注意取壓口形式。工業(yè)系統(tǒng)中設(shè)取壓點(diǎn)的選取原則遵循以下幾條：

①.取壓點(diǎn)位避免處于管路彎曲、分叉、死角或流動(dòng)形成渦流的區(qū)域。不要靠近有局部阻力或其他干擾的地點(diǎn)，當(dāng)管路中有突出物體時(shí)（如測(cè)溫元件），取壓點(diǎn)應(yīng)在其前方。需要在閥門(mén)前后取壓時(shí)，應(yīng)與閥門(mén)有必要的距離。

②.取壓口開(kāi)孔的軸線(xiàn)應(yīng)垂直設(shè)備的壁面，其內(nèi)端面與設(shè)

備內(nèi)壁平齊，不應(yīng)有毛刺或突出物。

③.測(cè)量液體介質(zhì)的壓力時(shí)，取壓口應(yīng)在管道下部，以避免氣體進(jìn)入引壓管；測(cè)量氣體介質(zhì)的壓力時(shí)，取壓口應(yīng)在管道上部，以避免液體進(jìn)入引壓管。

例一壓力容器在正常工作時(shí)壓力范圍為0.4-0.6MPa，要求使用彈簧管壓力表進(jìn)行檢測(cè)，并使測(cè)量誤差小于被測(cè)壓力的5%，試確定該表的量程和精度等級(jí)。

解：由題知被測(cè)壓力比較穩(wěn)定，設(shè)彈簧管壓力表量程為A，

則選擇壓力表時(shí)，應(yīng)滿(mǎn)足以下關(guān)系：2最大工作壓力（0.6）AA0.9MPa31最小工作壓力（0.4）AA1.2MPa3

因此，可選用量程范圍為0~1.0MPa的彈簧壓力表。

由題意，被測(cè)壓力允許的最大絕對(duì)誤差

max＜0.45%＝0.02MPa

要求選用儀表的最大引用誤差

0.02max＜100%2%1.00

按精度等級(jí)，可選用1.5級(jí)壓力表。

第四章機(jī)械量測(cè)量**填空、判斷、簡(jiǎn)答

一）機(jī)械量：

長(zhǎng)度、位移、速度、轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速、力、力矩、振動(dòng)等二）電氣式位移測(cè)量：

電容式差動(dòng)電容式自感式差動(dòng)自感式差動(dòng)變壓器式

1）電容式位移檢測(cè)方法（1）變極距法：s11Cs　　ddd

極間介質(zhì)的介電常數(shù)　　　ab）s極板面積（d極板間距位移

（2）變面積法：極間介質(zhì)的介電常數(shù)sabas極板面積(ab)Cbb　　dddd極板間距b對(duì)應(yīng)位移

2）差動(dòng)電容式位移檢測(cè)方法兩個(gè)固定極板之間設(shè)可移動(dòng)極板。如圖

sC1sC2　dxdxC1

C2

x　　可見(jiàn)：

采用差動(dòng)式電路，可明顯改善線(xiàn)性，具有較高的

靈敏度，此外，因靜電、溫度、電源變化等因素引起的誤差也大為減少。

3）自感式

匝數(shù)N　①.原理圖：

鐵心線(xiàn)圈　銜鐵

0②.原理：l2d02d　磁阻R　ms0s0sN20sNL電感L2dN2ILINRm　　Rm

Lf(s)sN20sL曲線(xiàn)：12dLf(d)d采用差動(dòng)式電橋電路，如圖。則有：

ss

　2C1Edxdx2xECUssC2C1　dxdx

圖中實(shí)線(xiàn)代表理論特性，虛線(xiàn)代表實(shí)際特性，兩者在

曲線(xiàn)的端部有所差別，即在位移d較小、較大時(shí)，曲線(xiàn)線(xiàn)性差，表明電感式位移檢測(cè)法的線(xiàn)性范圍非常有限。

③.銜鐵位移變化時(shí)，電感量變化

分析：

電感變化量△L和銜鐵位移變化量△x之間呈線(xiàn)性關(guān)

系的前提是忽略高次項(xiàng)，即高次項(xiàng)的存在是產(chǎn)生非線(xiàn)性誤差的原因。

4）差動(dòng)自感式：

將位移d轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的差動(dòng)電感變換如圖所示。

隨著銜鐵的移動(dòng)，電感L1、L2反對(duì)稱(chēng)變化，將L1、

L2接入交流電橋電路，實(shí)現(xiàn)位移變化的交流電壓信號(hào)線(xiàn)性輸出。

分析：

設(shè)初始時(shí)，銜鐵處于中間位，即d1=d2=d0；兩個(gè)單

線(xiàn)圈的參數(shù)完全相同，即L1=L2=L0.

當(dāng)銜鐵△x移動(dòng)時(shí)，一個(gè)線(xiàn)圈電感量增加,另加一個(gè)減

少，設(shè)L1增加，L2減少。222N0sN0sN0s11LL1L22(d0x)2(d0x)2d01x1xd0d0　　2L0

　xLx　　　相對(duì)變化量22xx2L0d0d0d0d0

N0sN0sN0s11LL1L22(d0x)2(d0x)2d01x1xd0d0xLx　　2L0　　　相對(duì)變化量22x2L0d0xd0d0d0222　相對(duì)變化量　和單線(xiàn)圈自感式比較：

①.靈敏度提高一倍，即銜鐵位移相同，輸出信號(hào)大一倍②.非線(xiàn)性量的偶次項(xiàng)為零，即非線(xiàn)性特性得到改善；③.溫度變化、電源變化、外界干擾等共模信號(hào)對(duì)傳感器精度的影響，能通過(guò)差動(dòng)方式互相抵消而減少。

5）差動(dòng)變壓器位移檢測(cè)

（1）結(jié)構(gòu)：實(shí)質(zhì)為互感式位移傳感器。

（2）原理：

被測(cè)對(duì)象位移變化，帶動(dòng)鐵心移動(dòng)，一次線(xiàn)圈和上下對(duì)稱(chēng)的兩個(gè)二次線(xiàn)圈之間的互感應(yīng)隨鐵心的位而發(fā)生變化。

將兩個(gè)二次線(xiàn)圈反向串聯(lián)，其輸出電勢(shì)和鐵心位移關(guān)系

xx3x5Lx2　2d...x2L0dd000d0d0

為差動(dòng)方式。在鐵心位于中央位時(shí)，差動(dòng)信號(hào)輸出電壓為零；為當(dāng)鐵心因位移而偏離中央位時(shí)，差動(dòng)信號(hào)的輸出為與位移成正比的交流電壓。其波形關(guān)系：

三）光柵標(biāo)尺結(jié)構(gòu)：

①.標(biāo)尺光柵G1：②.指示光柵G2：③.光源、透鏡：④.光電元件S1、S2:

輸出信號(hào)大小和接收光線(xiàn)強(qiáng)弱有近似線(xiàn)性關(guān)系。

1)測(cè)量位移2)測(cè)量原理

固定G2，G1隨被測(cè)對(duì)象移動(dòng)，G1每移動(dòng)一個(gè)柵距，S1、S2都輸出一個(gè)周期的近似正弦波形，通過(guò)對(duì)G1波形整形，對(duì)整形脈沖計(jì)數(shù)，反映位移。

3）辨向原理

G2上、下兩排光柵錯(cuò)位(1/4)p，使得S1、S2輸出信號(hào)也

錯(cuò)位(1/4)周期，用于判斷移動(dòng)方向：1G1右移時(shí)：　S1相位超前S2相位周期4G1左移時(shí)：　S1相位滯后S2相位1周期4

四）莫爾條紋標(biāo)尺結(jié)構(gòu)：

在光柵標(biāo)尺的基礎(chǔ)上，將G2、G1的光柵刻線(xiàn)錯(cuò)開(kāi)一個(gè)很小的夾角θ，G1、G2片間留有很小的間隙。如圖：

莫爾條紋：

光源照射時(shí)，在近似于垂直G2柵線(xiàn)方向上出現(xiàn)明暗相間的條紋，稱(chēng)為莫爾條紋。

其中：

pa-a線(xiàn)：兩光柵柵線(xiàn)彼此重合，亮帶莫爾條紋間距:　W光線(xiàn)從縫隙中通過(guò)b-b線(xiàn)：兩光柵柵線(xiàn)彼此錯(cuò)開(kāi)，光線(xiàn)通不過(guò)暗帶

1）測(cè)量位移2）測(cè)量原理

當(dāng)G1左右移動(dòng)一個(gè)柵距，則莫爾條紋上下移動(dòng)一個(gè)條紋間距。通過(guò)測(cè)定移過(guò)的莫爾條紋數(shù)目，就可以測(cè)出光柵的位移量。條紋間距:　Wp由于位移相當(dāng)于，用莫爾條紋標(biāo)尺檢測(cè)

(弧度)一般很小

放大了柵距p，更容易實(shí)現(xiàn)條紋光強(qiáng)的檢測(cè)。

莫爾條紋的寬度W由光柵常數(shù)p與光柵的夾角θ決定。對(duì)于給定光柵常數(shù)p的兩光柵，夾角θ愈小，條紋寬度愈大，即條紋愈稀。也更便于測(cè)量。

3）辨向原理

大部分被測(cè)物體的移動(dòng)往往不是單向的，既有正向運(yùn)動(dòng)，也可能有反向運(yùn)動(dòng)。單個(gè)光電元件接收一固定點(diǎn)的莫爾條紋信號(hào)，只能判別明暗的變化而不能辨別莫爾條紋的移動(dòng)方向，因而就不能判別運(yùn)動(dòng)零件的運(yùn)動(dòng)方向，以致不能正確測(cè)量位移。

設(shè)G1隨被測(cè)零件正向移動(dòng)10個(gè)柵距后，又反向移動(dòng)一個(gè)柵距，也就是相當(dāng)于正向移動(dòng)了9個(gè)柵距�？墒牵瑔蝹�(gè)光電元件由于缺乏辨向本領(lǐng)，從正向運(yùn)動(dòng)的10個(gè)柵距得到10個(gè)條紋信號(hào)，從反向運(yùn)動(dòng)的一個(gè)柵距又得到一個(gè)條紋信號(hào)，總計(jì)得到11個(gè)條紋信號(hào)。這和正向移動(dòng)11個(gè)柵距得到的條紋信號(hào)數(shù)相同。因而這種測(cè)量結(jié)果是不正確的。

如果能夠在物體正向移動(dòng)時(shí)，將得到的脈沖數(shù)累加，而

物體反向移動(dòng)時(shí)可從已累加的脈沖數(shù)中減去反向移動(dòng)的脈沖數(shù)，這樣就能得到正確的測(cè)量結(jié)果。

完成這種辨向任務(wù)的電路就是辨向電路。為了能夠辨向，需要兩個(gè)具有

1相位差（P）的24莫爾條紋信號(hào)。為此在莫爾條紋相距

W處各安裝兩個(gè)光電元件S1、S2，4如圖。

兩個(gè)光電元件S1、S2的輸出uo1、uo2為正弦信號(hào)，相位差90度，其相位關(guān)系和光柵移動(dòng)方向有關(guān)。

當(dāng)光柵向A方向移動(dòng)時(shí)，莫爾條紋向下移動(dòng)，光電元件S1輸出信號(hào)uo1超前S2輸出信號(hào)Uo2

；2。2當(dāng)光柵向B方向移動(dòng)時(shí)，莫爾條紋向上移動(dòng)，光電元件S2輸出信號(hào)uo2超前S1輸出信號(hào)Uo1

五）絕對(duì)式光電碼盤(pán)1、測(cè)轉(zhuǎn)速

建立在編碼器基礎(chǔ)上的轉(zhuǎn)速檢測(cè)法。通過(guò)編碼盤(pán)將轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換成代碼輸出，即不同的代碼代表不同的轉(zhuǎn)角大小。

2、編碼

二進(jìn)制碼循環(huán)碼

（1）碼盤(pán)與編碼：

以四位的二進(jìn)制光電式碼盤(pán)為例。盤(pán)面分為4個(gè)同心環(huán)，稱(chēng)為碼道。外面的園環(huán)為低位，里面的園環(huán)為高位。沿園周方向分成16個(gè)扇區(qū)。

每個(gè)扇區(qū)的各個(gè)碼道按編碼方式不同設(shè)成透光區(qū)或非透光區(qū)。假設(shè)透光區(qū)表示1，非透光區(qū)表示0，得到相應(yīng)的編碼。如圖：

①.二進(jìn)制碼：編碼方式簡(jiǎn)單；

缺點(diǎn)：制作、安裝要求高，一量出現(xiàn)錯(cuò)碼，將產(chǎn)生較大誤差。

分析：因?yàn)楫?dāng)二進(jìn)制碼的某一較高位的數(shù)碼改變時(shí)，所有比它低位的數(shù)碼應(yīng)同時(shí)改變，若由于刻線(xiàn)誤差等原因，某一較高位的數(shù)碼不能同時(shí)改變，而是提前或延后改變，將造成較大的誤差。

例如從01111000時(shí)，可能被檢測(cè)為0000或1111。

②.格雷碼（循環(huán)碼）：

分析：任何兩個(gè)相鄰的位，其輸出代碼中，只有一位碼改變，因此即使制作和安裝不準(zhǔn)，產(chǎn)生的誤差最多也

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