注：此为自动检测技术与仪表的主要内容，根据老师最后一节课说到的主要内容并根据ppt总结得。可作为大家最后复习时的参考，建议大家根据此内容复习一遍ppt或者教材。

考试题型：

客观题包括判断、选择（单项、不定相）【选择部分>=20分】

填空题【<10分】

名词解释【<10分】

计算与分析【40分左右】

考试时代一张A4纸，打印好姓名、班级、学号，其他内容手写。

一、绪论

1、典型控制系统：

仪表控制系统

数字直接控制系统（DDC)

分布式控制系统(DCS)

现场总线控制系统(FBS)

2、基础知识和基础概念

回差：上升曲线和下降曲线在同一输入量下最大的差值

线性度：表征线性刻度仪表的输出量与输入量的实际校准曲线与理论直线的吻合程度

滞环：仪表的实际上升曲线和下降曲线不重合形成的环状称为滞环

复现性：在改变了的测量条件下，同一被测量的测量结果之间的一致性

量值：一般是由一个数乘以计量单位所表示的特定量的大小；

真值：是与给定的特定量定义一致的值；

约定真值：是对于给定目的具有适当不确定度的、赋予特定量的值，有时该值是约定采用的；（指定值、最佳估计值、约定值、参考值）

测量准确度：测量结果与被测量真值之间的一致程度；   

测量误差：测量结果减去被测量的真值，也称为绝对误差

相对误差：绝对误差除以被测量的真值绝对值的百分数；

精度等级：仪表最大引用误差去掉%后的数字经过圆整后即可得到仪表的精度等级数（1  1.5  1.6  2  2.5 3 4 5 6）

测量范围和量程：仪表能正常工作（满足准确度要求）的可测的被测量的下限和下限的范围，它们之间的代数差为量程  

可靠性： 产品在规定条件和规定时间内，完成规定功能的能力

动态响应特性：仪表输出值跟随被测量随时间变化的能力

3、测量不确定度的评定

A类不确定度评定:

自由度：v =n-1

B类评定的自由度：

拓展不确定度

【教材P19上或者ppt上关于误差计算上的例题一定要弄懂】

4、测量的方法与检测系统

静态测量和动态测量

直接测量、间接测量和联立测量

接触式测量与非接触式测量

在线测量和非在线测量

5、仪表的防爆等级

电气设备防爆设计的两种方法：结构防爆、本安防爆

防爆仪表的标志为“Ex”，仪表的防爆等级标志的顺序为：防爆型式、类别、级别、温度组别。

6、仪表的防护等级

识别字母IP：接触防护，对外来物体侵入的防护，对水侵入的防护；

第一个识别数字0～6：防护等级，接触防护和对外来物体侵入的防护

第二个识别数字0～8：防护等级，对水侵入的防护

二、温度测量

1. 温度标尺

经验温标：华氏温标、摄氏温标

热力学温标；

理想气体温标；

国际温标；

2、接触式测温

（1）膨胀式与压力式

（2）接触式测温

热电偶测温（如右图）：

原理：它通过将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路，当导体A和B的两个接触点之间存在温差时，两者之间便产生电动势，并在回路中形成热电流。因此，可将温度的变化转变成热电势或热电流的变化。

中间导体定律（如右图）：A、B构成的热电偶回路接入第三种导体C，只要中间导体两端温度相同，那么中间接入的导体对热电偶回路的总热电势没有影响。

中间温度定律：热电偶A、B在接点温度为T，T0  时的热电势等于热电偶A、B在接点温度为T，TC 和TC ，T0 的热电势的代数和，即

补偿导线：不同型号的热电偶有不同的补偿导线，作用只是延伸热电偶的自由端，有正负极。【注意课件或教材上的计算题】

热电阻测温：电阻的热效应:利用金属电阻随温度变化的规律进行测量（T变化—>阻值变化）

热电阻的三线制接法：                                                                热电阻的四线制接法：

 

  

热敏电阻：用金属氧化物或半导体材料作为电阻体的测温敏感元件

热电偶、热电阻选用：较高温度—>热电偶、中低温区—>热电阻（常以500℃为分界，但不绝对）

3、温度变送器  【不考】

4、非接触式测温

测温原理：利用物体处于绝对零度之上时，其辐射能量随其温度而变化的原理，理论上测量上限无限制。

黑体辐射定律：

（1）斯蒂芬－玻尔兹曼定律（全辐射强度定律，四次方定律）：——>辐射温度计

    温度为T的绝对黑体，单位面积元在半球方向所发射的全部波长的辐射出射度与温度T的四次方成正比。

（2）维恩公式：从理论上说明了黑体在各种温度下能量波长分布的规律——>光学高温计、比色高温计

（3）普朗克定律：表明温度为T的单位面积元的绝对黑体，在半球面方向辐射的波长为λ 的辐射出射度

 

光学高温计：读出的温度值为亮度温度。

调节时亮度平衡示意图：

调节过程亮度变化：a—>b—>c—>b

5、.新型温度传感器【不考】

三、压力检测

1、压力的表示（如右图）

p表压力 = p绝对压力 - p大气压力

p真空度 = p大气压力 - p绝对压力

单位：国际单位为帕斯卡，简称帕(Pa)，工程上常用兆帕(MPa)来表示压力,1MPa=1×10^6。

2、压力检测的主要方法

(1)液柱式压力检测：U型管压力计、单管压力计、斜管微压计（斜管压力计将单管液柱压力计的测量管倾斜放置，这样可以提高灵敏度，减少读数相对误差。）

(2)弹性式压力检测：平薄膜、波纹膜、波纹管、单圈弹簧管、多圈弹簧管

(3)电气式压力检测：霍尔片式压力传感器，应变片式压力传感器，压阻式压力传感器，力矩平衡式压力变送器，电容式压力变送器（重点）。

①平行板电容器的电容量表达式：?:介电常数；A:两平行板相对面积；d:两平行板间距。

差动平板电容器，其电容变化与板间距离变化的关系可表示为：

C0 :初始电容值；d0 :极板间初始距离；△d :距离变化量。

②霍尔电势：UH=RH·B·I           RH ：霍尔常数，与霍尔片材料、几何形状有关。

③应变片原理原理：金属导体或半导体在受到外力作用时，会产生相应的应变，其电阻也将随之发生变化。 （主要是金属）金属电阻：

(4)活塞式压力检测

3、压力检测仪表的使用和安装：应使取压点与流动方向垂直，且使取压点位于管段的直线部分，不得选在选在管路拐弯、分叉、死角或其他易形成漩涡的地方。

四、流量测量

1、概述 

流量：流量是流体在单位时间内通过管道或设备某横截面处的数量。

质量流量：是单位时间内通过的流体质量，用qm表示，单位为kg/s。

流量计：测量流体流量的仪表；

计量表：测量流体总量的仪表。

2、差压式流量计（根据伯努利方程提供的基本原理，通过测量流体差压信号来反映流体流量）

三种标准节流装置：标准孔板、标准喷嘴和标准文丘里管

根据节流装置取压口位置可将取压方式分为理论取压、角接取压、法兰取压、径距取压与损失取压等五种；

节流装置的安装：节流元件前后要有足够长直管段长度，以使流体稳定流动，一般上游侧直管段在10D - 50D之间，下游侧直管段在5D - 8D之间。

3、电磁流量计（根据法拉第电磁感应定律研制出的一种测量导电液体体积流量的仪表）

基本工作原理：导体切割磁力线，会产生电动势

公式推导：

感应电势：

 

流量：

式中：Ex为感应电势；K为比例系数；B为磁场强度；D为管道直径；v为垂直于磁力线的流体流动速度。

正交干扰：电磁流量计为了消除电极的极化现象，一般采用交变磁场。正交干扰是指相位和感应电势Ex相差90°的无用信号。产生的主要原因是当电磁流量计工作，管道内充满导电液体，使被测液体、电极、电极引线和转换器的输入阻抗构成闭合回路。当闭合回路中有交变磁场通过时就要产生感应电势（干扰电势）。

4、涡街流量计

在流体中设置旋涡发生体（阻流体），从旋涡发生体两侧交替地产生有规则的旋涡，这种旋涡称为卡门涡街。旋涡的发生频率为f。

频率检测方法：

热敏检测法（如右图）：

旋涡在圆柱体下游侧产生时，该侧流速降低，出于升力的作用，使得圆柱体下方的压力比上方高一些。当圆柱体上方产生一个旋涡时，则流体从上导压孔进入，由下导压孔流出。带走热量，改变铂金属丝的电阻值。

故可由检测铂电阻丝电阻变化频率得到涡频率，进而得到流量值。

还有电容检测法、超声波检测法、电磁检测法、应力检测法

5、质量流量计

差压式质量流量计、涡轮质量流量计、双涡轮质量流量计。【科里奥利质量流量计不考】

热式质量流量计：是利用热扩散原理测量气体流量的仪表。（如右图）

原理：管道中间放置一电加热丝，其上下游相等距离处放置有两个相同的测温热电阻。若被测气体不流动，则两个热电阻的阻值相等，而流速越高，则两个热电阻的温度差值越大，对应的阻值差距也越大。将他们接在相邻桥臂中便可得到与质量流量成比例的电信号。

转子流量计：又名浮子流量计，测量本体由一根自下向上扩大垂直安装的锥管和一只可以沿着锥管的轴向自由移动的浮子组成，流体自下而上流经锥形管

安装：转子流量计要求垂直安装，流量计中心线与铅垂线的夹角最多不应超过5°，否则会带来测量误差。

【关于如何修正，看看就好】

6、【涡轮流量计、椭圆齿轮式流量计看看就好】

五、物位的检测

1、物位：液位、料位、分界面（界位）的总称。

2、分类：

直读式液位仪表—>连通器原理，有玻璃管式、玻璃板液位计等。如：玻璃管液位计

浮力式物位仪表—>浮力原理，有恒浮力式和变浮力式两种。如：恒浮力式液位计、浮子钢带式液位计、磁浮子舌簧管液位变送器、翻板式液位计、浮筒式液位计

压力式物位仪表—>流体静力学原理。

电气式物位仪表—>将物位的变化转换为电量检测。

反射式物位仪表—>利用超声波、微波反射信号行程间接测量液位。

射线式物位检测—>利用射线在被测介质中的吸收程度。

2、差压式变送器（如右图）

（1）测液位时的零点迁移问题

安装位置条件的不同，使仪表存在着零点迁移问题。  

负迁移：

当被测液位H=0时，ΔP= -（h2-h1）ρ2g < 0，使变送器在H=0时输出电流小于4 mA；H=Hmax时，输出电流小于20 mA。

正迁移：

正、负压室的压差为：

当被测液位H=0时，ΔP=h1ρg >0，从而使变送器在H=0时输出电流大于4 mA；H=Hmax时，输出电流大于20 mA。

（2）测量分界面（如右图）

利用差压式液位计还可以测量液体的分界面：

P1 = h0ρ2g +（h1+h2）ρ1g

    P2=（h2+h1+h0）ρ1g

    ΔP= P1 – P2 = h0 g（ρ2 -ρ1）

由于（ρ2 -ρ1）是已知的，所以压差ΔP与分界面高度h0成一一对应关系。

3、同心圆柱式电容器的公式【重要】（如右图）：

其中：D——外电极内径；

d——内电极外径；

??——极板间介质介电常数；

L——极板相互重叠的长度

4、核辐射式物位仪表

原理：不同物质对同位素射线的吸收能力不同，一般固体最强，液体次之，气体最差。当射线射入厚度为H的介质时，会有一部分被介质吸收掉。因此测液位可通过测量射线在穿过液体时强度的变化量来实现。

组成：核辐射式液位计由辐射源、接收器和测量仪表组成。

5、超声波物位仪表（如左图）

测量原理：根据超声波从发射到接收反射回波的时间间隔大小与被测介质高度成比例关系的原理，实现物位测量的。   

V----传播速度；

H ----从探头至界面的距离；

t ----从探头发射至液面反射回来的时间。

声速补偿：声速不仅与介质有关而且与温度有关。      

声速的补偿方法：温度补偿、设置校正具

第二篇：检测技术与仪表复习总结

一 1.控制装置与仪表的分类 按能源分：电动、气动、液动和混合式；按功能实现原理： 模拟控制装置与仪表和数字装置与仪表；模拟的按结构形式分为： 基地式，单元组合式，组件组装式。

2.控制的三要素：传感器，控制器，执行器

3.电信号种类：模拟信号，数字信号，频率信号，脉宽信号 用最多的是电模拟信号。 电模拟信号有：直流电流信号，直流电压信号，交流电流信号，交流电压信号。

4.用直流电流信号时，所有仪表必须串联连接。适于远距离传输。直流电压并联。

5.活零点的意义：便于检验信号传输线有无断线及仪表是否断电；使半导体器件工作在较好的工作段；使制作具有本质安全防爆性能，使节约传输线的两线制变送器成为可能。（有利于识别断电，断线等故障，且为实现两线制提供了可能性）。

中，各个仪表的输入输出信号采用何种统一的联络信号的问题，只有采用统一信号才能使各个仪表间的任意连接成为可能。

上（下）限：测量或检测过程中量程的最大（小）值；意义：适当选取提高灵敏度准确度。 7.国标统一信号：DC 4- 20mA，DC 1--5 V。

8.二线制和四线制：

区别：四线制供电电源与输出信号分别用两根导线传输，供电电源可以是AC220V或者DC24V，输出信号可以是真零点0-10mA或活零点4-20mA。而二线制同变送器连接的导线只有两根，这两根导线同时传输电源和输出信号，电源、变送器和负载是串联的，信号电流必须采用活零点电流。 应用场合：四线用于对电流信号的零点及元器件的功耗没有严格要求的场合；二线用于低功耗的场合。

可否互换：二线制可以转换为四线制，四线制不一定能转换为二线制，实现二线制必须满足：采用有活零点的电流信号；必须是单电源供电。

具备的基本元素：测量变送环节，控制器，执行机构

二1.一个完整的过程调节系统时，传感器在两方压力共同作变送器：对被控参数进行测量用下产生位移（或位移的趋和信号变换

势），这个位移量和两个腔室压控制器：将给定值与被控参数力差（差压）成正比，将这种进行比较，运算

位移转换成可以反映差压大小执行机构：将控制器的运算输的标准信号输出。

出转换为开关阀门或者挡板位３．热电偶测温原理：用不同移或转角。

导体或半导体构成一个回路，2.量程调整概念：量程调整包两个接触点的温度不同，在闭括下限调整（通常称为零点迁合回路产生电流，如果断开，移）和上限调整，只有当下限产生电压。

为零或确定不变时才可以把上四1.仪表防爆的基本原理：控限调整看作量程调整。

制易爆气体（营造无易爆气体零点迁移：在实际测量中，为空间，代表是Exp）；控制引爆了正确选择变送器的量程大源（消除火花，代表本安型防小，提高测量准确度，常需要爆Exi，利用安全栅技术）；控将测量的起点迁移到某一个数制爆炸范围（代表是Exd） 值（正或负）。（测量起点由02.防爆仪表分类：隔爆型（标到正为正迁移，由0到负为负志d）；本安型（标志i）

迁移）。【测量信号的下限值等4.防爆安全栅的基本限能原于0时为零点调整，不等于0理：基本电路：R限流电阻，为零点迁移调整】

FU熔丝，VS齐纳二极管 零点调整或零点迁移的目的：快速熔断器：防止因齐纳二极都是使变送器输出信号的下限管被长时间流过的大电流烧断值与测量信号的下限值相对而导致电路限压失败。

应。

限压电路：当电路电压接近安 全限压值时，齐纳管导通放电，准确性（通常用准确度来表示，使齐纳管两端的电压始终保持误差/满量程）；可靠性（MTBF） 在安全限压值一下。

；电磁兼容性（实质是抗干扰限流电路：由电阻和晶体管组问题）；耐环境影响性 成。当电压被限制后，适当选4.干扰的来源：（根据干扰信号择限流电阻，即可将电路电流的传输途径）【漏电电阻、公共限制在安全值以下。 阻抗、电场、磁场】耦合

5.干扰的形式：串模干扰（常五1.调节器的组成:硬件（存储模、常态、横向、差模）；共模器、信号输入输出单元、CPU、干扰（共态，纵向，对地） 外设输入输出设备），软件（监6.硬件抗干扰措施：隔离（变控管理程序、应用程序） 压器隔离、光电隔离、隔离放4.为了改善控制质量，针对不大器），中和变压器，浮空，屏同对象，引入不同PID算法形蔽，信号导线的抗干扰，滤波、式:不完全微分形式：为了防止隔离器件，飞渡电容技术。 抗干扰性能恶化，又使微分作软件抗干扰技术：数字滤波技用有效，可采用非理想微分的术（程序判断、中值、算术平PID控制算式。 均值、滑动平均值、加权滑动 平均值、一阶惯性-滤波-），设 置软件陷阱，看门狗技术

7.标度变换（工程量变换）： 微分先行PID控制模式：是PD

和PI的串联结构，只对测量值 进行微分，而不是对偏差进行 微分。适用于给定值R经常变

化的情况。

三1变送器组成：测量部分C，积分分离PID控制： 为了放大器K，反馈部分Ｆ，调零、克服短时间内产生的严重积分零点迁移 饱和现象，可采用积分分离算2．电容式差压／压力变送器工法，即在偏差大于一定值时，作原理：将一个空间用敏感元取消积分作用，当偏差小于这件（多用膜盒）分割成两个腔一值时，才将积分引入。适用室，分别向两个腔室引入压力于大幅度提降给定值的场合。

1

带有死区的PID控制：适用于控制准确度要求不太高，但要求控制作用尽可能少变化的场合。

5.正作用：调节器的输出随着正偏差的增加而增加。若是负偏差，情况相反。反作用：调节器的输出随着正偏差的增加而减小，若是负偏差，情况相反。正反作用的意义/目的：为使闭环控制系统在整个回路中实现负反馈。

6.积分饱和：若执行机构已到极限位置，仍不能消除静差，由于积分作用，尽管PID差分方程式所得的运算结构继续增加或减小，但执行机构已无相应的动作。 比例调节作用贯彻在整个调节过程中，积分作用则体现在调节过程的后期，用以消除静态偏差，微分作用则体现在调节过程的初期。

8.输出限幅和抗积分饱和：积分调节的一个特点是：只要有偏差存在，输出就不断向两个极端之一变化，以至超过极限值。若采用单纯的输出限幅措施，会产生积分饱和，当输入一旦变号，输出需从深饱和区逐渐退出，造成调节滞后，使调节品质恶化，数字PID 也有同样问题。但在数字PID中很容易实现抗积分饱和，使得输出达到限幅值时，中断积分动作，调节器输出维持在饱和线上，保持原有的状态数据。这样就可在偏差反向时，输出立即呈现出反向积分作用。

六1.执行机构定义：一种能提供直线或旋转运动的驱动装置，它利用某种驱动能源并在某种控制信号作用下工作。

九.现场总线：安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线成为现场总线。 优点：一对N结构、可靠性高、提高了准确度、增强了控制的实时性、可控状态、互换性、取消I/O转换、综合功能、节约信号电缆、双向通信、多变量变送器、降低了通信负载、同一组态、开放式系统。