傳感器與檢測技術第14章 參數(shù)檢測

1、1檢檢 測測 技技 術術電子與信息工程學院電子與信息工程學院主講人：赫健主講人：赫健第第14章章 參數(shù)檢測參數(shù)檢測 主要介紹兩部分內(nèi)容：主要介紹兩部分內(nèi)容：1、參數(shù)檢測的概述、參數(shù)檢測的概述2、參數(shù)測量的一般方法、參數(shù)測量的一般方法 測量通常包括兩個過程：一是轉(zhuǎn)換過程；二是比較測量通常包括兩個過程：一是轉(zhuǎn)換過程；二是比較過程。過程。14.1 參數(shù)檢測的概述參數(shù)檢測的概述一、參數(shù)檢測的基本概念一、參數(shù)檢測的基本概念1、測量、測量 以確定被檢測值為目的的一系列操作，即利用物質(zhì)以確定被檢測值為目的的一系列操作，即利用物質(zhì)的物理的、化學的或生物的特性，對被測對象的信息進的物理的、化學的或生物的特性，對

2、被測對象的信息進行提取、轉(zhuǎn)換以及處理，獲得定性或定量結(jié)果的過程。行提取、轉(zhuǎn)換以及處理，獲得定性或定量結(jié)果的過程。 第第14章章 參數(shù)檢測參數(shù)檢測檢測技術檢測技術 經(jīng)測量過程所獲得的被測量的量值稱為經(jīng)測量過程所獲得的被測量的量值稱為。測量結(jié)果有多種表示方式，如數(shù)值、曲線或圖形等。測量結(jié)果有多種表示方式，如數(shù)值、曲線或圖形等。測量結(jié)果應包括兩個部分：比值和測量單位測量結(jié)果應包括兩個部分：比值和測量單位 。檢測技術檢測技術第第14章章 參數(shù)檢測參數(shù)檢測14.1 參數(shù)檢測的概述參數(shù)檢測的概述2、測量方法的分類、測量方法的分類 測量方法就是將被測量與標準量進行比較，從而得到測量方法就是將被測量與標準量進

3、行比較，從而得到比值的方法。比值的方法。 (1)根據(jù)測量方式不同分為根據(jù)測量方式不同分為 直接測量：用事先分度或標定好的測量儀表，直接讀直接測量：用事先分度或標定好的測量儀表，直接讀取被測量結(jié)果的方法。取被測量結(jié)果的方法。 間接測量：先對和被測量有確定函數(shù)關系的幾個量進間接測量：先對和被測量有確定函數(shù)關系的幾個量進行測量，再將測量值代入函數(shù)關系式經(jīng)計算得到所需結(jié)果。行測量，再將測量值代入函數(shù)關系式經(jīng)計算得到所需結(jié)果。 組合測量：根據(jù)直接測量或間接測量所得到被測量數(shù)組合測量：根據(jù)直接測量或間接測量所得到被測量數(shù)據(jù)，通過解一組聯(lián)立方程而求出未知量的數(shù)據(jù)測量方法。據(jù)，通過解一組聯(lián)立方程而求出未知量的

4、數(shù)據(jù)測量方法。檢測技術檢測技術第第14章章 參數(shù)檢測參數(shù)檢測14.1 參數(shù)檢測的概述參數(shù)檢測的概述(2)根據(jù)測量方法不同分為根據(jù)測量方法不同分為 偏差式測量：利用測量儀表指針相對于刻度初始點的偏差式測量：利用測量儀表指針相對于刻度初始點的位移位移(即偏差即偏差)來決定被測量的測量方法。來決定被測量的測量方法。 零位式測量：用已知的標準量去平衡或抵消被測量的零位式測量：用已知的標準量去平衡或抵消被測量的作用，并用指零式儀表來檢測測量系統(tǒng)的平衡狀態(tài)，從而作用，并用指零式儀表來檢測測量系統(tǒng)的平衡狀態(tài)，從而判定被測量值等于已知標準量的方法。判定被測量值等于已知標準量的方法。 微差式測量：是綜合零位式測

5、量和偏差式測量的優(yōu)點微差式測量：是綜合零位式測量和偏差式測量的優(yōu)點而提出的一種測量方法。而提出的一種測量方法。(3)根據(jù)測量精度要求不同分為根據(jù)測量精度要求不同分為 等精度測量：在同一測量環(huán)境下，用相同儀表與測量等精度測量：在同一測量環(huán)境下，用相同儀表與測量方法對同一被測量進行多次重復測量。方法對同一被測量進行多次重復測量。檢測技術檢測技術第第14章章 參數(shù)檢測參數(shù)檢測14.1 參數(shù)檢測的概述參數(shù)檢測的概述 此外，根據(jù)被測量的變化特點又可分為靜態(tài)測量和此外，根據(jù)被測量的變化特點又可分為靜態(tài)測量和動態(tài)測量；根據(jù)傳感器是否與被測對象直接接觸，分為動態(tài)測量；根據(jù)傳感器是否與被測對象直接接觸，分為接觸

6、式測量和非接觸式測量。接觸式測量和非接觸式測量。 非等精度測量：用不同精度的儀表或不同的測量方非等精度測量：用不同精度的儀表或不同的測量方法，或在環(huán)境條件不同時，對同一被測量進行多次重復法，或在環(huán)境條件不同時，對同一被測量進行多次重復測量。測量。3、測量系統(tǒng)、測量系統(tǒng) 測量系統(tǒng)就是由傳感器與數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)、數(shù)據(jù)處理環(huán)測量系統(tǒng)就是由傳感器與數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)、數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)和數(shù)據(jù)顯示環(huán)節(jié)等組合在一起，為了完成信號測量目標節(jié)和數(shù)據(jù)顯示環(huán)節(jié)等組合在一起，為了完成信號測量目標所形成的一個有機整體。如圖所形成的一個有機整體。如圖14.1所示。所示。 (1) 測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)檢測技術檢測技術第第14章章

7、 參數(shù)檢測參數(shù)檢測14.1 參數(shù)檢測的概述參數(shù)檢測的概述開環(huán)測量系統(tǒng)開環(huán)測量系統(tǒng) (2) 測量系統(tǒng)的基本類型測量系統(tǒng)的基本類型圖圖14.1 測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖圖14.2 開環(huán)測量系統(tǒng)框圖開環(huán)測量系統(tǒng)框圖檢測技術檢測技術第第14章章 參數(shù)檢測參數(shù)檢測14.1 參數(shù)檢測的概述參數(shù)檢測的概述閉環(huán)測量系統(tǒng)閉環(huán)測量系統(tǒng) 圖圖14.3 閉環(huán)測量系統(tǒng)框圖閉環(huán)測量系統(tǒng)框圖二、工業(yè)檢測的主要內(nèi)容二、工業(yè)檢測的主要內(nèi)容 按被測量的類型分為熱工量、機械量、幾何量、物按被測量的類型分為熱工量、機械量、幾何量、物體的性質(zhì)和成分量、狀態(tài)量、電工量六類。體的性質(zhì)和成分量、狀態(tài)量、電工量六類。 參數(shù)的測量是以自然

8、規(guī)律為基礎，利用敏感元件特參數(shù)的測量是以自然規(guī)律為基礎，利用敏感元件特有的物理、化學或生物效應，把被測量的變化轉(zhuǎn)換為敏有的物理、化學或生物效應，把被測量的變化轉(zhuǎn)換為敏感元件的某一物理量感元件的某一物理量(化學量或生物量化學量或生物量)的變化。不同的的變化。不同的敏感元件實現(xiàn)參數(shù)測量的方法不同，包括：敏感元件實現(xiàn)參數(shù)測量的方法不同，包括：檢測技術檢測技術第第14章章 參數(shù)檢測參數(shù)檢測14.2 參數(shù)測量的一般方法參數(shù)測量的一般方法 力學法力學法 熱學法熱學法 電學法電學法 聲學法聲學法 光學法光學法 磁學法磁學法 射線法射線法 生物法生物法檢測技術檢測技術第第14章章 參數(shù)檢測參數(shù)檢測14.2 參

9、數(shù)測量的一般方法參數(shù)測量的一般方法 測量方法分為接觸式和非接觸式兩類。測量方法分為接觸式和非接觸式兩類。一、過程參數(shù)檢測一、過程參數(shù)檢測1、溫度檢測、溫度檢測 傳感器能檢測的過程參數(shù)很多，分為基本被測量和傳感器能檢測的過程參數(shù)很多，分為基本被測量和派生被測量。派生被測量。 測量方法按測量原理分為液壓法、彈性變形法、負測量方法按測量原理分為液壓法、彈性變形法、負荷法和壓電法四類。荷法和壓電法四類。2、壓力檢測、壓力檢測 測量方法分為三類：測量方法分為三類：3、流量檢測、流量檢測檢測技術檢測技術第第14章章 參數(shù)檢測參數(shù)檢測14.2 參數(shù)測量的一般方法參數(shù)測量的一般方法 通過測量流體在管路內(nèi)已知截

10、面積流過的流速大小通過測量流體在管路內(nèi)已知截面積流過的流速大小來實現(xiàn)流量的測量。來實現(xiàn)流量的測量。 根據(jù)已知容積的容室在單位時間內(nèi)所排出流體的次根據(jù)已知容積的容室在單位時間內(nèi)所排出流體的次數(shù)來測量流體的流量。數(shù)來測量流體的流量。 容積式流量檢測法容積式流量檢測法 有兩種，一種是根據(jù)質(zhì)量流量與體積流量的關系，有兩種，一種是根據(jù)質(zhì)量流量與體積流量的關系，測出體積流量再乘以被測流體的密度的測出體積流量再乘以被測流體的密度的；另一種是直接測量流體質(zhì)量流量的方法，即；另一種是直接測量流體質(zhì)量流量的方法，即。 質(zhì)量式流量檢測法質(zhì)量式流量檢測法 速度式流量檢測法速度式流量檢測法 檢測技術檢測技術第第14章章

11、 參數(shù)檢測參數(shù)檢測14.2 參數(shù)測量的一般方法參數(shù)測量的一般方法 直讀式：它根據(jù)流體的連通性原理來測量液位。直讀式：它根據(jù)流體的連通性原理來測量液位。4、物位檢測、物位檢測 浮力式：它根據(jù)浮子高度隨液位高低而改變浮力式：它根據(jù)浮子高度隨液位高低而改變(恒浮力式恒浮力式)或液體對沉浸在其中的浮筒的浮力隨液位高度變化而變或液體對沉浸在其中的浮筒的浮力隨液位高度變化而變化化(變浮力式變浮力式)的原理來測量液位。的原理來測量液位。 差壓式：它根據(jù)液柱或物料堆積高度變化對某點上產(chǎn)生差壓式：它根據(jù)液柱或物料堆積高度變化對某點上產(chǎn)生的靜的靜(差差)壓力的變化的原理測量物位。壓力的變化的原理測量物位。 電學式

12、：它根據(jù)把物位變化轉(zhuǎn)換成各種電量變化的原理電學式：它根據(jù)把物位變化轉(zhuǎn)換成各種電量變化的原理來測量物位，如電容式液位傳感器。來測量物位，如電容式液位傳感器。 核輻射式：它根據(jù)同位素射線的核輻射透過物料時，其核輻射式：它根據(jù)同位素射線的核輻射透過物料時，其強度隨物質(zhì)層的厚度變化而變化的原理來測量物位。強度隨物質(zhì)層的厚度變化而變化的原理來測量物位。檢測技術檢測技術第第14章章 參數(shù)檢測參數(shù)檢測14.2 參數(shù)測量的一般方法參數(shù)測量的一般方法 聲學式：它根據(jù)物位變化引起聲阻抗和反射距離變化聲學式：它根據(jù)物位變化引起聲阻抗和反射距離變化來測量物位，如超聲波物位傳感器。來測量物位，如超聲波物位傳感器。5、成

13、分分析與物性檢測、成分分析與物性檢測 其它形式：其它形式的物位傳感器有微波式、激光式、其它形式：其它形式的物位傳感器有微波式、激光式、射流式、光纖式等。射流式、光纖式等。 成分分析一般針對氣體組成及含量；物性檢測則針成分分析一般針對氣體組成及含量；物性檢測則針對液體的濃度及空間的濕度。對液體的濃度及空間的濕度。 氣體成分檢測氣體成分檢測 濃度檢測濃度檢測 濕度檢測濕度檢測檢測技術檢測技術第第14章章 參數(shù)檢測參數(shù)檢測14.2 參數(shù)測量的一般方法參數(shù)測量的一般方法 ：常用的傳感器有電阻式傳感器、電感式：常用的傳感器有電阻式傳感器、電感式傳感器、電容式傳感器、電渦流式傳感器、光電式傳感器傳感器、電

14、容式傳感器、電渦流式傳感器、光電式傳感器及光導纖維傳感器、超聲波傳感器、激光及輻射式傳感器、及光導纖維傳感器、超聲波傳感器、激光及輻射式傳感器、薄膜傳感器等。將上述傳感器與相應的測量電路結(jié)合在一薄膜傳感器等。將上述傳感器與相應的測量電路結(jié)合在一起，即組成工程中常用的測量儀器和儀表，如電阻式位移起，即組成工程中常用的測量儀器和儀表，如電阻式位移計、電感測微儀、電容測微儀、電容液位計等。計、電感測微儀、電容測微儀、電容液位計等。二、機械量參數(shù)檢測二、機械量參數(shù)檢測1、位移檢測、位移檢測檢測技術檢測技術第第14章章 參數(shù)檢測參數(shù)檢測14.2 參數(shù)測量的一般方法參數(shù)測量的一般方法2、轉(zhuǎn)速檢測、轉(zhuǎn)速檢測

15、 ：主要是指在精密數(shù)控裝置如數(shù)控機床：主要是指在精密數(shù)控裝置如數(shù)控機床和三坐標測量儀等設備中，將直線位移或角位移轉(zhuǎn)換為和三坐標測量儀等設備中，將直線位移或角位移轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖信號輸出的測量方法。常用的轉(zhuǎn)換裝置有感應數(shù)字脈沖信號輸出的測量方法。常用的轉(zhuǎn)換裝置有感應同步器、旋轉(zhuǎn)變壓器、磁尺、光柵和各種脈沖編碼器等。同步器、旋轉(zhuǎn)變壓器、磁尺、光柵和各種脈沖編碼器等。3、速度檢測、速度檢測 定義法定義法 加速度積分法或位移微分法加速度積分法或位移微分法 利用物理參數(shù)測量速度利用物理參數(shù)測量速度 多普勒效應測速度多普勒效應測速度 壓電效應法壓電效應法檢測技術檢測技術第第14章章 參數(shù)檢測參數(shù)檢測14.2

16、 參數(shù)測量的一般方法參數(shù)測量的一般方法5、厚度檢測、厚度檢測4、振動檢測、振動檢測 差動變壓器法差動變壓器法 電渦流法電渦流法 應變片法應變片法 厚度檢測屬于長度測量，很多情況下可以用測長度厚度檢測屬于長度測量，很多情況下可以用測長度或測位移的方法或技術來實現(xiàn)。一類是直接利用厚度參或測位移的方法或技術來實現(xiàn)。一類是直接利用厚度參數(shù)來調(diào)制傳感器的輸出信號，這是測數(shù)來調(diào)制傳感器的輸出信號，這是測，如低頻，如低頻透射式電渦流測厚法、超聲波測厚法、微波測厚法、核透射式電渦流測厚法、超聲波測厚法、微波測厚法、核輻射測厚法等。輻射測厚法等。三、其他參數(shù)檢測三、其他參數(shù)檢測 化學量檢測就是檢測儀器或設備按一定的化學規(guī)律或化學量檢測就是檢測儀器或設備按一定的化學規(guī)律或效應對被測量進行檢測，如化學反應原理等。效應對被測量進行檢測，如化學反應原理等。檢測技術檢測技術第第14章章 參數(shù)檢測參數(shù)檢測14.2 參數(shù)測量的一般方法參數(shù)測量的一般方法2、生物量檢測、生物量檢測1、化學量檢測、化學量檢測 生物量檢測就是利用檢測儀器或設備