过程自动检测与控制技术_CHAPT2_自动检测技术摘要.ppt

第二章 自动检测技术 所谓检测，就是通过技术手段将某参数的变化转换为另一种物理量的变化，该物理量的变化能够方便进行处理、进行观察。对被测变量实行实时、在线测量，即不需要人为干预，自动地进行连绵不断的测量叫做自动检测。 测量通常是将参数的变化转换为电能量的变化，例如转换为电流、电压、电阻、电容、电感、频率等。由于这些电能量的表现形式不一样，有些不便于进行直接处理或直接观察。为此，自动化领域中规定了一些标准的统一信号形式，例如4~20mADC、0~10mADC、1~5VDC。如果测量装置能将被测参数转换为标准信号则称该装置为变送器，如果仅仅是将被测变量转换成一种非标准信号，则称该装置为传感器。 第一节、温度检测与仪表 第一节、温度检测与仪表 第一节、温度检测与仪表 一、热电偶测温原理 一、热电偶测温原理 1、接触电势 金属A电子密度比金属B电子密度高，由于存在密度差，电子就从金属A向金属B扩散。由于金属A失去了电子，在连接面上金属A一侧就会呈现正电势；金属B获得了一些电子，在连接面金属B一侧就会呈现负电势。 这个电位差与两种金属材料有关系，还和连接面处的温度有关系，其关系为： 公式中： EAB： 金属A、B接触面处的热电势； T： 接触面处的绝对温度； K： 波尔兹曼常数（k=1.38×10-23J/K）； e： 电子电荷量（e=1.6×10-19C）； nA、nA：金属A、B的自由电子密度。 一、热电偶测温原理 2、温差电势 温度的不同金属中电子能量也不同。如果一个金属导体两端温度不同，温度高一端电子能量高，温度低一端电子能量低。高温端的电子就会向低温端扩散，高温端失去电子之后就会带正电，低温端获得电子则带负电。 当电子扩散平衡之后，所形成的电位差叫做温差电势，温差电势与温度的关系为： 公式中： T： 高温点绝对温度； T0 ：低温点绝对温度； σ： 温差系数，与材料形式和温度有关。 一、热电偶测温原理 3、总热电势 两种不同金属回路热电势 回路总热电势EAB（T，T0）等于： 由公式可知，相同金属处在不同温度下，既A=B，其总回路总热电势EAB（T，T0）为零；不同金属处在相同温度下，既T=T0，其总回路总热电势EAB（T，T0）也为零。 一、热电偶测温原理 一、热电偶测温原理 4、热电偶接线与冷端温度补偿 1）热电偶接线 构成热电偶的材料常常是一些贵重金属。实际测量中检测点与仪表之间可能有很长的距离，不可能都使用贵重金属将热电偶连接到远距离处的仪表上，不可避免的在热电偶回路中出现第三种贱金属，此时回路总热电势与温度的关系将如何变化。 一、热电偶测温原理 其回路总热电势为： 如果该回路在同一温度下，根据能量守恒可知其回路总电势为零，既： 代如上式则有： 一、热电偶测温原理 2）冷端补偿 一、热电偶测温原理 3）补偿导线 工业上常常用相对便宜的两种金属来替代热电偶金属A和B，用这些金属做导线，将热电偶连接到远处的仪表上。这样的金属导线叫做补偿导线。不同的热电偶要配接不同的补偿导线 一、热电偶测温原理 二、热电阻测温原理 一、热电阻测温原理 导体都有电阻存在，一般来说其电阻都会随温度变化而变化。利用导体的这个特性，就可进行温度测量。 二、热电阻测温原理 1、铂热电阻温度特性 铂热电阻与温度的关系可用公式（2—11）和（2—12）表示。 温度在-200℃≤t≤0℃时： （2—11） 温度在0℃≤t≤850℃时： （2—12） 公式（2—11）和（2—12）中： Rt——温度为t时的电阻值； R0——温度为0时的电阻值； A、B、C——铂电阻分度系数，可由分度表查得。 二、热电阻测温原理 2、铜电阻温度特性 温度在-50℃≤t≤150℃时铜电阻温度特性： （2—13） 公式（2—13）中： Rt——温度为t时的电阻值； R0——温度为0时的电阻值； α——铜电阻温度系数，（4.25~4.28）×10-3/℃。 二、热电阻测温原理 3．测量电路 温度变化所引起的电阻变化，在信号处理时不太方便，因此需要将电阻变化转换为电压的变化，进而转变为标准信号。 工业测量中常采用桥路将电阻变化转换为电压，图2．1-9是热电阻的测量桥路原理图。 二、热电阻测温原理 三、温度变送器 热电偶和热电阻将温度转换为热电势（mV）和阻值（ΔRt）的变化，如果需要将温度的变化转换为标准信号（mA），则需要选用温度变送器。温度变送器是配接上热电偶或热电阻，加上信号转换部件，最后变换为电流。下面