冶金过程控制技术(上)

第一章 自动检测技术基础

1.自动检测技术主要介绍工业过程控制中温度、压力、流量、物位、成分、机械量等的检测原理、方法与检测仪表。

2.检测：检测即测量，是为准确获取表征被测对象特征的某些参数的定量信息，利用专门的技术工具，运用适当的实验方法，将被测量与同种性质的标准量(即单位量)进行比较，确定被测量对标准量的倍数，找到被测量数值大小的过程。

3.检测的基本方法：①接触式与非接触式；②直接、间接与组合测量；③偏差式、零位式与微差式测量。

4.检测仪表的组成：被测对象、传感器、变送器、显示、记录装置。

5.传感器：其作用是感受被测量的变化并产生一个与被测量呈某种函数关系的输出信号。

6.变送器：其作用是将敏感元件输出信号变换成既保存原始信号全部信息又更易于处理、传输及测量的变量。

7.显示(记录)仪表：其将测量信息转变成人感官所能接受的形式，是实现人机对话的主要环节。

8.检测仪表的分类：①按被测参数性质分类：过程参数(温度、压力、流量、物位、成份)、电气参数(电能、电流、电压)与机械量(位移、速度、振动)检测仪表；②按使用性质分类：实用型、范型和标准型仪表；③按工作原理分类：模拟式、数字式和图像式仪表。

9.测量范围: ymin ～ ymax ，测量量程: yFS=ymax-ymin 。

10.准确度：准确度也称精确度，是指测量结果与实际值相一致的程度，是测量的一个基本特征。

11. Δmax —仪表所允许的误差界限，即最大绝对误差；yFS —仪表量程。

12.通常用准确度(精度)等级来表示仪表的准确度，其值为准确度去掉“±符号”及“%”后的数字再经过圆整取较大的约定值。（0.5、1.0、1.5、2.5）

13.线性度： Δm —最大偏差；yFS —仪表量程。 14. 变差产生的原因：检测装置中的弹性元件、机械传动中的间隙和内摩擦、磁性材料的磁滞。 15.检测仪表的主要性能指标：测量范围与量程、准确度与准确度等级、线性度、max FS

100%100%Δy =?=?仪表的允许误差准确度仪表的量程FS

100%m y δ?=?线性度max FS Hmax FS

100% 100%y y y y -=??=?上行下行变差

变差、重复性、分辨力。

16.绝对误差Δ：被测量的测量值(x i)与真值(x o)之差，即Δ=x i- x o

17.相对误差：①实际相对误差：约定值为被测量的真值，δ实=Δ/x o×100%；

②给出值相对误差：约定值可选测量值、标称值、实验值、示值、刻度值等，δ给=Δ/x i×100%；

③引用误差：约定值为仪表量程yFS，δ引=Δ/yFS×100%，仪表的最大引用误差即为仪表的量程。

18.误差分类：①按误差出现规律分类：系统误差、随机误差和粗大误差；②按仪表工作条件分类：基本误差和附加误差。

第二章温度检测与仪表

1.温标：温度的数值表示称为温标。温标三要素：温度计、固定点和内插方程。

2.测温方法分类：①按测量方法可类：接触式和非接触式；②按工作原理分类：膨胀式、电阻式、热电式、辐射式等；③按输出方式分类：自发电型、非电测型等；④按用途分类：基准温度计和工业温度计。

3.非接触式测温：通过热辐射进行热交换，或测温元件接收被测对象的部分热辐射能，由热辐射能大小推出被测对象的温度。

4.热电偶温度计特点：结构简单，测量范围宽，准确度高，热惯性小，输出信号为电信号便于远传或信号转换。

5.热电效应：当两种不同的导体或半导体材料A和B组成闭合回路，如果两个结合点处的温度不相等，则回路中就会有电流产生，即回路中会有电动势存在，这种现象叫做热电效应。

6.回路中所产生的电动势，叫热电势。热电势由两部分组成，即温差电势和接触电势。

7.闭合回路总热电动势应为接触电势和温差电势的代数和。

8.①只有用两种不同性质的材料才能组成热电偶，且两端温度必须不同；②热电势的大小，只与组成热电偶的材料和材料两端连接点处的温度有关，与热电偶丝的大小尺寸及沿程温度分布无关。

9.均质材料定律：由一种均质材料组成的闭合回路，不论沿材料长度方向各处温度如何分布，回路中均不产生热电势。

10.中间导体定律：在热电偶测温回路中插入第三种(或多种)导体，只要其两端温度相同，则热电偶回路的总热电势与串联的中间导体无关。（应用：金属熔体温度与金属表面温度测量）

11.中间温度定律：在热电偶测温回路中，测量端的温度为T，连接导线各端点的温度分别为T n和T0，如果A与A’、B与B’的热电性质相同，则总的热电动

势等于热电偶的热电动势E AB(T，T n)与连接导线的热电动势E A’B’(T n ,T0)的代数和，其中Tn为中间温度，即:

E ABB’A’(T,T n,T0)=E AB(T,T n)+ E A’B’(T n,T0)=E AB(T,T n)+ E AB(T n,T0)

12.热电偶结构:一般由热电极、绝缘套管、保护管和接线盒组成。

13.标准热电偶：①贵金属热电偶S、R、B；②廉价金属热电偶K、N、T、E、J。

14.铠装热电偶特点：热惰性小，反应快，机械强度高，挠性好，耐高温，耐强烈震动和耐冲击；适用场合：用于快速测温或热容量很小的物体的测温部位，还可用于高压设备上测温。

15.快速微型热电偶（消耗式热电偶）适用场合：高温熔体(钢水、铁液等金属熔体)的温度测量（快速铂铑热电偶、快速钨铼热电偶）。

16.薄膜式热电偶适用场合：壁面温度≤300℃的快速测量。

17.钨铼热电偶是最成功的难熔金属热电偶，可以测到2400—2800℃高温，但在高温下易氧化，只能用于真空和惰性气氛中。

18.冷端温度补偿的原因：①要尽量得到热电势E和被测温度t的单值函数关系；

②实际使用的热电偶分度表中热电势和温度的对应值是以t0=0℃为基础的，但在实际测温中由于环境和现场条件等原因，参比端温度t0往往不稳定，也不一定恰好等于0℃。

19.常用的冷端补偿方法：冰点法、计算法、冷端补偿器法、补偿导线法。

20.热电偶正向串联→提高仪表的灵敏度；热电偶反相串联→测量温度变化的速度；热电偶并联→测量温场的平均温度。

21.热电阻温度计：热电阻温度计是基于热电阻效应（电阻体阻值随温度变化而

变化的性质）而工作的。

22.热电阻：铂热电阻、铜热电阻、镍热电阻、铠装热电阻、薄膜铂热电阻、厚膜铂热电阻、热敏电阻。

23.热电阻温度计的测量电路：最常用的是电桥电路，为提高其测量精度，常采用三线制或四线制接法。

24.辐射温度计：把能对被测物体热辐射能量进行检测，进而确定被测物体温度的仪表，通称为辐射式温度计。

25.辐射测温原理：普朗克定律、维恩公式、四次方定律。

26.亮度温度：若某物体的辐射亮度E(l,T)与温度为T L的绝对黑体的亮度E0(l,T L)相等，则称T L为这个物体在波长为l时的亮度温度。亮度温度总是低于真实温度：T L < T。

27.灯丝隐灭式光学高温计：利用人眼观察，光电高温计：用光电器件作为敏感元件感受辐射源的亮度变化。

28.光电高温计与光学高温计相比，主要优点有：①灵敏度高；②精确度高；③使用波长范围不受限制；④光电探测器的响应时间短；⑤便于自动测量与控制。第三章压力检测与仪表

1.绝对压力、表压、负压(真空度)的关系：

2.压力检测方法：①弹性力平衡法；②重力平衡方法；③机械力平衡方法；④物性测量方法。

3.弹性元件：弹簧管、弹性膜片、膜盒、波纹管。

4.弹簧管横截面呈非圆形(椭圆形或扁形)的原因：弹簧管测压是通过弹簧管位移和中心角改变量来测量的。弹簧管受压后有变圆的趋势，变形后中心角减小，自由端移动，弹簧管将压力转换为位移。如果将弹簧管截面做成圆形，则刚度增强，不易变形，中心角不变，位移不变，不能用于压力检测。

5.霍尔效应：把一块霍尔片元件置于均匀磁场中，并使霍尔片与磁感应强度B

的方向垂直，在沿着霍尔片的左右两个纵向端面上通入恒定的控制电流I，则会在霍尔片的两个横向端面之间形成电位差，这种现象称为霍尔效应，此电位差称

为霍尔电势U H。

6.电容式压力传感器：通过弹性膜片位移引起电容量的变化从而测出压力（或差压）。

7.压电效应：压电材料在沿一定方向受到压力或拉力作用时而发生变形，并在其表面上产生电荷；而且在去掉外力后，它们又重新回到原来的不带电状态，这种现象就称为压电效应。

8.应变效应：当金属导体受力(拉伸或压缩)，导体的几何尺寸及其电阻率都会发生变化，从而引起电阻值的相对变化，且阻值变化与应变成正比。

9.压阻效应：当单晶半导体受到应力作用，其载流子的迁移率发生变化，而改变其电阻率ρ，从而引起电阻值的相对变化，这种现象称为半导体的压阻效应。10.压阻式压力传感器特点：精度高、工作可靠、动态响应好、迟滞小、尺寸小、重量轻、结构简单，可在恶劣的环境条件下工作，便于实现显示数字化。

11.仪表量程的选择：①在被测压力比较平稳的情况下，最大工作压力不应超过仪表满量程的3/4；②在压力波动较大的测量场合，最大工作压力不应超过仪表满量程的2/3；③为保证测量准确度，最小工作压力不应低于满量程的1/3。12.仪表类型的选择：①仪表输出信号的要求；②被测介质的性质；③仪表使用环境；④被测介质压力大小。

第四章流量检测与仪表

1.流量：指单位时间内流过管道或特定通道横截面的流体数量，称为瞬时(平均)流量。（体积流量、质量流量）

2.速度式流量计：通过测量流体在管道内的流速来计算流量。（节流式流量计、转子流量计、均速管流量计、电磁流量计、涡街流量计、超声波流量计）

3.容积式流量计：以单位时间内根据所推出流体固定容积数作为测量依据来计算流量。（转轮式流量计、刮板式流量计、活塞式流量计、湿式气体流量计）

4.标准节流装置：在国家标准规定的使用极限范围内，根据该标准所提供的数据和要求进行设计、制造和安装使用的节流件，称为标准节流装置（标准孔板、标准喷嘴、标准文丘里管）。

5. 标准孔板取压方式：常用角接取压法和法兰取压法；角接取压包括单独钻孔和环室取压两种。

6.标准节流装置的使用条件：①只适于测量圆形截面管道内的流体；②流束应与管轴平行，不得有旋转流或旋涡；③流体流量基本上不随时间而变化；④流体可以是可压缩的气体或不可压缩的流体；⑤流体必须是牛顿流体；⑥制造和使用符合国家标准。

7.V锥流量计：适用于任何流体介质，容易结垢的脏污介质或气液两相流的流量

测量也适用，适用管道内径范围大，具有长期稳定性。

8.内文丘里管：适于测量各种液体、气体和蒸汽，特别适用于测量各种煤气、非洁净天然气、高含湿气体以及其它各种脏污流体。

9.内藏孔板：适用于测量清洁气体和液体的小流量。

10.含悬浮物和高粘度流体的流量测量：①楔形孔板；②圆缺孔板；③偏心孔板。

11.圆缺孔板：主要用于脏污介质含有固体微粒的液体和气体的流量测量。开孔一般位于下方，但对于含气泡的液体，其开孔位于上方。测量时管道应水平安装。

12.节流装置的选择：①允许的压力损失；②加工的难易；③被测介质的侵蚀性；

④现场安装条件。

13.使用节流装置应注意的问题:①被测流体参数的变化；②原始数据不正确；

③节流装置安装不正确；④维护工作疏忽。

14.均速管又称为均速流量传感器或均速探头，它通过测量管道内流动流体的速度压力—流速来测量流量，适于测量气体、蒸汽和液体的流量。

15.阿牛巴流量计属于差压式流量测量仪表，用来测量一般气体、液体和蒸汽的流量。

16.威尔巴流量计主要特点：①子弹头形探头，减少阻力损失，强度高，耐高温，可用于高温高压的场合；②差压信号稳定，防堵性能好，基本免维护；③流量系数不受管道雷诺数的影响，流量系数稳定，测量精度高；④适用范围广泛，可用于测量气体、液体、蒸汽、腐蚀性介质和高温高压介质等流体；⑤安装方便。17.威尔巴流量计适用于空气、煤气、天然气、烟气，自来水、工业用水、锅炉给水、含腐溶液，饱和蒸气、过热蒸汽等的测量。

18.电磁流量计工作原理：当被测流体垂直于磁力线方向流动而切割磁力线时，在与流体流向和磁力线垂直方向上产生感应电势，利用传感器测量管上对称配置的电极引出感应电势，经放大和转换处理后，仪表指示出流量值。

19.电磁流量传感器结构：电磁流量传感器由测量管，励磁系统(励磁线圈、磁轭等)、电极，内衬和外壳等组成。

20.电磁流量计的特点①测量导管内无可动部件，几乎没有压力损失，也不会发生堵塞理象；②无机械惯性，反应灵敏，可以测量脉动流量；③测量范围很宽，精度较高；④被测介质温度有限制，被测介质必须具有导电性能。

21.容积式流量计：应用容积法测量流体流量的仪表，称为容积式流量计最常见的有椭圆齿轮流量计和腰轮流量计。

22.容积式流量计选用：①应注意实际应用时的测量范围，保持在所选仪表的量程范围以内；②流量计前应装配筛网过滤器，并注意定期清洗和更换过滤网；③在流量计前方应装气液分离器，以免气体进入流量计形成气泡而影响测量准确

度；④在精密测量中应考虑被测介质的温度变化对流量测量的影响。

23.容积式流量计测量准确度高，被测介质的粘度，温度及密度等的变化对测量准确度影响小，测量过程与雷诺数无关，尤其适用于高粘度流体的流量测量。

24.转子流量计：在一个向上略为扩大的均匀锥形管内，放一个较被测流体密度稍大的转子，当流体自下而上流动时，浮子受到流体的作用力而上升，流体的流量愈大，浮子上升愈高，浮子上升的高度就代表一定的流量。

第5章物位检测仪表

1.零点迁移：同时改变差压变送器的测量范围，不改变量程的大小，使得测量值为最小值时变送器输出最小值，测量值为最大值时变送器输出最大值。