一、檢測過程及誤差
1． 檢測過程
檢測過程的實質在于被測參數都要經過能量形式的一次或多次轉換，最后得到便于測量的信號形式，然后與相應的測量單位進行比較，由指針位移或數字形式顯示出來。
檢測誤差
誤差-------測量值和真實值之間的差值
誤差產生的原因：選用的儀表精確度有限，實驗手段不夠完善、環境中存在各種干擾因素，以及檢測技術水平的限制等原因，
根據誤差的性質及產生的原因，誤差分為三類。
（1）系統誤差
------------在同一測量條件下，對同一被測參數進行多次重復測量時，誤差的大小和符號保持不變或按一定規律變化
特點：有一定規律的，一般可通過實驗或分析的方法找出其規律和影響因素，引入相應的校正補償措施，便可以消除或大大減小。
誤差產生的原因：系統誤差主要是由于檢測儀表本身的不完善、檢測中使用儀表的方法不正確以及測量者固有的不良習慣等引起的。（2）疏忽誤差
------------明顯地歪曲測量結果的誤差，又稱粗差，
特點：無任何規律可循。
誤差產生的原因：引起的原因主要是由于操作者的粗心（如讀錯、算錯數據等）、不正確操作、實驗條件的突變或實驗狀況尚未達到預想的要求而匆忙測試等原因所造成的。
（3）隨機誤差
----------在相同條件下多次重復測量同一量時，誤差的大小、符號均為無規律變化，又稱偶然誤差。
特點：變化難以預測，無法修正
誤差產生的原因：隨機誤差主要是由于測量過程中某種尚未認識的或無法控制的各種隨機因素（如空氣擾動、噪聲擾動、電磁場等）所引起的綜合結果。
隨機誤差在多次測量的總體上服從一定統計規律，可利用概率論和數理統計的方法來估計其影響。
二、檢測儀表的基本技術性能指標
1．精度
檢測儀表的精度反映測量值接近真實值的準確程度，一般用一系列誤差來衡量。
（1）絕對誤差
絕對誤差指儀表指示值與被測參數真值之間的差值，即
實際上通常采用多次測量結果的算術平均值或用精度較高的標準表的指示值作為約定真值。則絕對誤差可用下式表示：
（2）引用誤差
把絕對誤差折合成標尺范圍的百分數表示，即
（3）精度等級
按儀表工業規定，去掉最大引用誤差的“±”號和“%”號，稱為儀表的精度等級，目前已系列化。只能從下列數系中選取最接近的合適數值作為精度等級，即0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等。
例1 有兩臺測溫儀表，它們的測溫范圍分別為0~100℃和100~300℃，校驗表時得到它們的最大絕對誤差均為2℃，試確定這兩臺儀表的精度等級。
解 這兩臺儀表的最大引用誤差分別為
去掉最大引用誤差的“%”號，其數值分別為2和1，由于國家規定的精度等級中沒有2級儀表，同時該儀表的誤差超過了1級儀表所允許的最大誤差，所以這臺儀表的精度等級為2.5級，而另一臺儀表的精度等級正好為1級。由此可見，兩臺測量范圍不同的儀表，即使它們的絕對誤差相等，它們的精度等級也不相同，測量范圍大的儀表精度等級比測量范圍小的高。
例2 某臺測溫儀表的工作范圍為0~500℃，工藝要求測溫時測量誤差不超過±4℃，試問如何選擇儀表的精度等級才能滿足要求？
解 根據工藝要求，儀表的最大引用誤差為
去掉最大引用誤差的“±”號和“%”號，其數值為0.8，介于0.5~1.0之間，若選擇精度等級為1.0級的儀表，其最大絕對誤差為±5℃，超過了工藝上允許的數值，故應選擇0.5級的儀表才能滿足要求。
小結：在確定一個儀表的精度等級時，要求儀表的允許誤差應該大于或等于儀表校驗時所得到的最大引用誤差；而根據工藝要求來選擇儀表的精度等級時，儀表的允許誤差應該小于或等于工藝上所允許的最大引用誤差。這一點在實際工作中要特別注意。
2．靈敏度與靈敏限
（1）靈敏度
靈敏度表示儀表對被測參數變化反應的能力，是指儀表達到穩態后輸出增量與輸入增量之比，即靈敏限
靈敏限是指引起儀表指針發生可見變化的被測參數的最小變化量。一般，儀表的靈敏限數值不大于儀表允許誤差絕對值的一半。
3．回差
在外界條件不變的情況下，當被測參數從小到大（正行程）和從大到�。ǚ葱谐蹋⿻r，同一輸入的兩個相應輸出值常常不相等。兩者絕對值之差的最大值 和儀表量程Μ之比的百分數稱為回差，也稱變差即
回差產生原因：由于傳動機構的間隙、運動件的摩擦、彈性元件的彈性滯后等�；夭钤叫�，儀表的重復性和穩定性越好。應當注意，儀表的回差不能超過儀表引用誤差，否則應當檢修。
壓力檢測方法及儀表
一、壓力檢測的基本知識
1．壓力的概念及單位
2．壓力的表示方法
二、壓力檢測方法
根據工業對象的特點，通常有三種檢測壓力的方法，即液柱測壓法，彈性變形法和電測壓力法。
1． 液柱測壓法
測壓原理：是以流體靜力學為基礎，一般用液柱產生或傳遞的壓力來平衡被測壓力的方法進行測量的。
2．彈性變形法
測壓原理：當被測壓力作用于彈性元件，彈性元件便產生相應的變形。根據變形的大小，便可測知被測壓力的數值。
3．電測壓力法
測壓原理：是利用轉換元件（如某些機械和電氣元件）直接把被測壓力變換為電信號來進行測量的. 彈性元件附加一些變換裝置，使彈性元件自由端的位移量轉換成相應的電信號，如電阻式、電感式、電容式、霍爾片式、應變式、振弦式等
電測壓力法可分為兩類
非彈性元件組成的快速測壓元件，主要利用某些物體的某一物理性質與壓力有關，如壓電式、壓阻式、壓磁式等。
（1）電容式測壓原理
測壓原理：是采用變電容原理，利用彈性元件受壓變形來改變可變電容器的電容量，然后通過測量電容量C便可以知道被測壓力的大小，從而實現壓力-電容轉換的。
（2）壓電式測壓原理
測壓原理：是根據“壓電效應”把被測壓力變換為電信號的。
（3）壓電效應：當某些晶體受壓發生機械變形時（壓縮或伸長），在兩個相對的面上產生異性電荷，這種沒有外電場存在，而由于變形而引起的電現象稱為“壓電效應”。
（4）應變片式測壓原理
測壓原理：是通過應變片將被測壓力P引起的彈性元件應變量的變化轉換為電阻值R的變化，從而完成壓力－電阻的轉換，并遠傳至橋式電路獲得相應的毫伏級電量輸出信號，在顯示或記錄裝置上顯示出被測壓力值。
三、壓力檢測儀表
根據不同的原理及工藝生產過程的不同要求，可以制成不同形式的壓力表。
彈性式壓力表（彈簧管壓力表）由于結構簡單，價格便宜，使用和維修方便，并且測壓范圍較寬，因此，在工業過程中得到了十分廣泛地應用。
電測法壓力表測量脈動壓力和高真空、超高壓等場合時比較合適
本節主要介紹在工業生產過程中常見的彈簧管壓力表和霍爾式壓力表。
四、差壓（壓力）變送器
變送器是自動測控系統中的一個重要組成部分。
作用：將各種物理量轉換成統一的標準信號，
如氣動單元組合儀表（簡稱為QDZ儀表）為20~100 KPa；
電動單元組合儀表（簡稱為DDZ儀表）中，DDZ-Ⅱ型儀表為0~10mADC； DDZ-Ⅲ型儀表為4~20mADC。
按工作能源不同，壓力變送器和差壓變送器都分為氣動和電動變送器兩大類；按工作原理的不同，又可分為力平衡式變送器和微位移平衡式變送器，如以電容、電感、電阻和弦振頻率為傳感元件的變送器都屬于微位移式變送器。80年代以后，國際上相繼推出了各具特色的智能變送器。目前世界上尚未形成統一的現場總線（Field bus）（現場總線是用于過程自動化和制造自動化最底層的現場設備或現場儀表互連的通信網絡）標準，因而各個廠家的智能變送器大多按各自的通訊標準開發，所以相互無操作性，無可互換性。
1． 力平衡式壓力變送器
就變送器的杠桿系統來說，力平衡式變送器有單杠桿、雙杠桿和矢量機構三種。結構
DDZ-Ⅲ型力平衡式電動變送器的結構如P>34圖2.10所示，
主要由四部分組成：
測量機構 組成：由高、低壓室、膜盒、軸封膜片等部分，
作用：是把被測差壓轉換成作用于主杠桿上的力。
杠桿系統 杠桿系統是差壓變送器中的機械傳動和力矩平衡部分
組成：主、副杠桿、調零和零點遷移機構、平衡錘、靜壓調整及矢量機構等。
作用：是把測量機構對主杠桿的輸入力所產生的力矩轉換成檢測片的微小位移。
位移檢測放大器
組成：差動變送器、低頻振蕩器、整流濾波及功率放大器等部分組成。作用：是將副杠桿上檢測片的微小位移轉換成直流信號輸出。
電磁反饋機構 組成：由反饋線圈、永久磁鋼等。
作用：將變送器輸出電流轉換成相應的電磁反饋力，作用于副杠桿上，產生反饋力矩，以便和測量部分產生的輸入力矩相平衡。
（1）工作原理
2． 微位移式變送器
微位移式變送器因其傳感器元件位移和變形極小而得名。
典型的產品有：美國羅斯蒙特（Rosemount）公司研制的1151系列電容式變送器，美國霍尼韋爾（Honeywell）公司的DST型擴散硅式變送器，日本富士電機公司的FC系列浮動膜盒電容式變送器等。
（1）測量部分
測量部分包括電容膜盒、高低壓室及法蘭組件等，
作用：將差壓、壓力等參數轉換成與電容有關的參數。
（2）轉換部分
轉換部分由測量電路和電氣殼體組成，其作用是將測量部分所得到的電容比的變化量轉換成4~20mADC標準的電流輸出信號，并附有調零、調量程、調遷移量等各種裝置。
3． 智能差壓（壓力）變送器
智能差壓（壓力）變送器是一種帶微處理器的變送器，對應于被測量差壓和壓力輸出4~20mADC的模擬信號或數字標準信號。依靠SFC（智能通信器），用戶在現場或控制室就可對變送器發送或接受信息來設定各種參數。智能差壓（壓力）變送器具有遠程通訊的功能，不需要把變送器從塔頂或危險的安裝地拆下來，減少了維修成本和時間。
五、壓力檢測儀表的選擇
壓力表的選擇應根據工藝過程對壓力測量的要求，被測介質的性質，現場環境條件等來確定儀表的種類、型號、量程和精度，并確定是否需要帶有遠傳、報警等附加裝置。
1．儀表種類和型號的選擇
儀表種類和型號的選擇應根據工藝要求，介質性質及現場環境等因素來考慮。
介質的物理、化學性質（如溫度、粘度、臟污程度、腐蝕性、易燃性等）如何；現場環境條件（如溫度、濕度、有無振動、有無腐蝕性等）
2．儀表量程的確定
儀表的量程是根據被測壓力的大小和保證儀表壽命等方面來考慮的，通常儀表的上下限值應稍大于工藝被測壓力的最大值。按“化工自控設計技術規定”。對被測壓力較穩定的情況，最大壓力值應不超過滿量程的2/3；對被測壓力波動較大的情況，最大壓力值應不超過滿量程的1/2。一般為了保證測量的精度，被測壓力的最小值也不應低于全量程的1/3。
3．儀表精度等級的選擇
精度等級是根據生產所允許的最大測量誤差和儀表量程來確定的。
物位檢測方法及儀表
物位檢測的作用：
①為了確定容器中的貯料數量，以保證連續生產的需要或進行經濟核算；
②為了監視或控制容器的物位，使它保持在規定的范圍內；
③對它的上下極限位置進行報警，以保證生產安全、正常進行。
物位檢測方法： 應用浮力原理檢測物位
應用靜壓原理檢測物位
應用電學原理檢測物位
應用超聲波反射檢測物位
應用射線被物體的吸收檢測物位
一、物位檢測方法
1．應用浮力原理檢測物位
――――利用漂浮于液面上的浮標或浸沒于液體中的浮筒對液位進行測量的。測量原理：當液位變化時，浮標產生相應的位移，而浮標所受到的浮力維持不變，只要檢測出浮標的位移就可以知道液位的高低。
當液位變化時，浮筒所受到的浮力的發生變化，只要檢測出浮力的變化就可以知道液位的高低。
2．應用靜壓原理檢測物位
差壓變送器測量液位時的零點遷移問題（重點）
利用差壓變送器測量液位時，差壓變送器將由液位形成的差壓ΔP轉換成相應的統一標準電信號輸出。然而，由于安裝位置條件不同，往往存在著儀表零點遷移問題。
無遷移
特征：差壓變送器的正壓室取壓口正好與容器的最低液位（H>min=0）處于同一水平位置。作用于變送器正、負壓室的差壓ΔP與液位高度H的關系為ΔP=Hρg。
當H =0時，正負壓室的差壓ΔP=0，變送器輸出為I>0=4mA
當H= H>max時，差壓ΔP>max =ρgH>max，變送器的輸出信號20 mA，
負遷移 在實際測量中，為了防止容器內的液體和氣體進入變送器的取壓室而造成導壓管線堵塞或腐蝕，以及保持負壓室的凝液高度恒定，往往在變送器的正、負壓室與取壓點之間分別加裝隔離罐，并充以密度為ρ>2的隔離液。
正遷移 當變送器的安裝位置與容器的最低液位（H=0）不在同一水平位置上。
在差壓變送器的產品手冊中，通常注明是否帶有遷移裝置以及相應的遷移量范圍，應根據現場的具體情況予以正確選用。
4. 應用超聲波反射檢測物位
聲波可以在氣體、液體、固體中傳播，并具有一定的傳播速度。
當聲波從一種介質向另一種介質傳播時，在兩種密度不同，聲速不同的介質的分界面上，傳播方向便發生改變，即一部分被反射，一部分折射入相鄰介質內。若聲波從液體或固體傳播到氣體時，或相反的情況下，由于兩種介質的密度相差懸殊，聲波幾乎全部被反射。因此，測量時由置于容器底部的超聲波探頭向液面與氣體的分界面發射超聲波，經過時間
t后，便可接收到從界面反射回來的回波信號。
流量檢測方法及儀表
一、流量檢測方法
流量是工業生產過程操作與管理的重要依據。在具有流動介質的工藝過程中，物料通過工藝管道在設備之間來往輸送和配比，生產過程中的物料平衡和能量平衡等都與流量有著密切的關系。
流量―――指瞬時流量，即單位時間內通過管道某一截面的流動介質的量。
用體積流量（單位為m
3/s）或質量流量（單位為kg/s）表示。
總量―――為選定的某一段時間間隔內流過管道某一截面的流體量的總和，
也可分別用體積總量或質量總量表示。
常見的流量檢測方法有以下幾種：
應用
容積法檢測流量
應用
動壓能和靜壓能轉換的原理檢測流量
――根據能量守恒定理，動壓能和靜壓能在一定條件下可以相互轉
換，但其總量不變。節流元件兩端的靜壓差的大小與流體的流量有關，將靜壓差的變化作為測量依據
應用
改變流通面積的方法檢測流量
應用流體振蕩原理檢測流量
應用電磁感應原理檢測流量
應用超聲波檢測流量
應用流體動量矩原理檢測流量
質量流量檢測方法
1.應用容積法檢測流量
――單位時間內所排出固定容積的數目作為測量依據
為了連續地在密閉的管道中測量流體的流量，一般采用容積分界的方法，即由儀表殼體和轉子組成流體的計量室，流體經過儀表時，在儀表的入、出口之間產生壓力差，此流體壓力差對轉子產生驅動力矩，轉子旋轉，將流體一份一份地排出，其排出的流體總量為
2.應用動壓能和靜壓能轉換的原理檢測流量
流體在管道中流動時，具有動能和位能，對于理想的流體，流體在同一管道的任一截面的動能和靜壓能的總和是不變的，但是若采取一定方式（例如節流），可以造成能量形式的相互轉化，然后通過測量靜壓的變化求出流速和流量。工業中常用的方法是在管道中插入一流通面積較小的節流元件，造成流體通過節流元件時，在節流元件的上、下游之間產生靜壓差（簡稱差壓），通過測量差壓求出流量值。
3.應用改變流通面積的方法檢測流量
檢測原理:在一個由下往上逐漸擴大的錐形管中垂直地放置一阻力件，當流體自下而上流經錐形管與轉子之間的環形流通面積時，由于受到流體的沖擊，轉子便要向上運動。隨著轉子的上升，轉子與錐形管間的環形流通面積增大、流速降低，直到流體作用在轉子上的浮力和沖力（阻力）與轉子本身重量相平衡時，轉子停留在某一高度，維持平衡。當流量增大時，流過環隙的流速
v增大，轉子所受沖力增大，由于轉子在流體中的重力與所受浮力不變，所以轉子就上升，造成環隙面積增大，從而流速
v減小，沖力也減小，直至達到新的平衡，轉子又停浮在一個新的高度上，這樣轉子在錐形管中停浮的高度與流體的流量大小一一對應。在錐形管外壁上以流量值刻度，則根據轉子浮起的高度即可直接顯示出被測流量的數值。
流量計的刻度值進行修正
（1）液體流量的修正
修正公式
（2）氣體流量的修正 用于測量氣體的轉子流量計，不僅在被測介質氣體密度與空氣不同時要進行刻度換算，而且當溫度和壓力變化時，也須進行刻度換算。
刻度換算公式為
2.4.2差壓式流量計
差壓式流量計是基于流體動壓能和靜壓能在一定條件下可以相互轉換的原理，利用流體流經節流裝置時所產生的靜壓差來實現流量測量的儀表。
差壓式流量計主要由節流裝置、信號管路和差壓計（或差壓變送器和顯示儀表）組成。
溫度檢測方法及儀表
一、溫度檢測的基本知識
1．溫度及溫度測量
依據測溫元件與被測物體接觸與否，測溫方式通常有接觸式和非接觸式之分。
2．溫標
目前國際上常用的溫標有：攝氏溫標、華氏溫標、熱力學溫標和國際實用溫標。
二、溫度檢測方法
1．應用熱膨脹原理測溫
固體膨脹式
應用固體受熱膨脹測量溫度的方法一般是利用兩片線膨脹系數不同的金屬片疊焊在一起，構成雙金屬溫度計。
液體膨脹式
應用液體膨脹測量溫度常用的有水銀玻璃溫度計，其結構簡單，使用方便，但結構脆弱易損壞。
2．應用熱電效應測溫
熱電效應----兩種不同導體或半導體A與B串接成的閉和回路，如果兩個接點出現溫差（t≠t>0），在回路中就有電流產生，這種由于溫度不同而產生電動勢（熱電勢）的現象。
由兩種不同材料構成的上述熱電變換元件叫熱電偶，稱A、B二導體為熱電極。
（1）接觸電勢 兩種不同材料的導體接觸時產生
（2）溫差電勢 當同一導體A（或B）兩端溫度不同，
（3）閉和回路總電勢
可見，當導體材料A、B確定后，總電勢E>AB(t, t>0)僅與溫度t和t>0有關。
如果能使冷端溫度t>0 固定，則總電勢就只與溫度t成單值函數關系：
3.應用熱電阻原理測溫
根據導體或半導體的電阻值隨溫度變化的性質，將電阻值的變化用顯示儀表反映出來，從而達到測溫目的的。
用鉑和銅制成的電阻是工業常用的熱電阻，它們被廣泛地應用來測量-200～+500℃范圍的溫度。
三、熱電偶溫度計
熱電偶是兩種不同材料的導體或半導體焊接或絞接而成，其一端測溫時置于被測溫場中，稱為測量端（亦稱熱端或工作端）；另一端為參比端（冷端或自由端）。
根據熱電效應原理，如果熱電偶的測量端和參比端的溫度不同（如t>t>0），且參比端溫度t>0恒定，則熱電偶回路中形成的熱電勢僅與測量端溫度t有關。在熱電偶回路中接入與熱電偶相配套的顯示儀表，就構成了最簡單的測溫系統，如圖2.42 所示，顯示儀表可直接顯示出被測溫度的數值。
1．有關熱電偶回路的幾個結論
由熱電效應基本原理分析，可得如下結論：
（1）如果熱電偶兩電極A、B材料相同，則無論兩端溫度如何，熱電偶回路的總熱電勢E>AB(t, t>0)恒為零。
（2）如果熱電偶兩端溫度相同（t=t>0），即使兩電極A、B材料不同，熱電偶回路內的總熱電勢E>AB(t, t>0)恒為零。
（3）熱電偶的熱電勢僅與兩熱電極A、B材料及端點溫度t、t>0有關，而與熱電極的長度、形狀、粗細及沿電極的溫度分布無關。因此，同種類型的熱電偶在一定的允許誤差范圍內具有互換性。
2．熱電偶測溫時顯示儀表的接入
在熱電偶回路中接入各種儀表、連接導線等物體時，只要保持接入兩端溫度相同，就能測量原熱電偶回路熱電勢的數值，而不會對它產生影響。
在參比端溫度t>0=0℃時，各種類型熱電偶的熱電勢與熱端溫度之間的對應關系已由國家標準規定了統一的表格形式，稱之為分度表。利用熱電偶測溫時，只要測得與被測溫度相對應的熱電勢，即可從該熱電偶的分度表查出被測溫度值。若與熱電偶配套使用的溫度顯示儀表直接以該熱電偶的分度表進行刻度，則可直接顯示出被測溫度的數值。
3．熱電偶的補償導線
由熱電偶測溫原理可知，只有當熱電偶的冷端溫度保持不變時，熱電勢才是被測溫度的單值函數關系。在實際應用時，因熱電偶冷端暴露于空間，且熱電極長度有限，其冷端溫度不僅受到環境溫度的影響，而且還受到被測溫度變化的影響，因而冷端溫度難以保持恒定。為了解決這個問題，工程上通常采用一種補償導線，把熱電偶的冷端延伸到遠離被測對象且溫度比較穩定的地方，
4．冷端溫度補償
熱電偶的分度表所表征的是冷端溫度為0℃時的熱電勢-溫度關系，與熱電偶配套使用的顯示儀表就是根據這一關系進行刻度的。
（1）0℃恒溫法
（2）冷端溫度修正法 在實際測量時，若冷端溫度恒為t>0（t>0≠0），可采用冷端溫度修正法對儀表示值加以修正。
（3）儀表機械零點調整法 如果熱電偶冷端溫度t>0比較恒定，可預先用另一只溫度計測出冷端溫度t>0，然后將顯示儀表的機械零點調至t>0處，相當于在輸入熱電偶熱電勢之前就給顯示儀表輸入了電勢E(t>0, 0)，這樣，儀表的指針就能指示出實際測量溫度t。
（4）補償電橋法 補償電橋法利用不平衡電橋（冷端補償器）產生的電勢來補償熱電偶因冷端溫度變化而引起的熱電勢變化值。
5．熱電偶的材料與結構
四、熱電阻測溫儀表
熱電阻溫度計廣泛應用于-200~600℃范圍內的溫度測量。
1．對熱電阻材料的要求
用于制造熱電阻的材料，要求電阻率、電阻溫度系數要大，熱容量、熱慣性要小，電阻與溫度的關系最好近于線性，另外，材料的物理化學性質要穩定，復現性好，易提純，同時價格便宜。
2．常用熱電阻種類
（1）鉑電阻（IEC）
（2）銅電阻（WZC）
3．熱電阻的結構
4．熱電阻測量橋路
熱電阻溫度計由熱電阻、連接導線及顯示儀表組成，在導線連接方面可采用三線制或四線制。
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