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文檔簡介

第四章

非電量的電測技術(shù)工程測量中常見非電物理量

1、機(jī)械量:位移、速度、加速度、力、轉(zhuǎn)矩、應(yīng)變、應(yīng)力、振動頻率等;

2、熱工量:溫度、壓力、流量等;

3、化工量:濃度、成分、pH值等。

非電量的測量方法:

1、非電測量方法:例

2、電測技術(shù)電氣檢測技術(shù)2傳感器技術(shù)非電量電測技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù):

傳感技術(shù):非電量轉(zhuǎn)換成電量的技術(shù)。

電氣檢測技術(shù)3傳感器的組成結(jié)構(gòu)圖:

1、敏感元件:直接感受被測量,輸出與被測量有確定關(guān)系;

2、轉(zhuǎn)換元件:磁芯與電感線圈

3、轉(zhuǎn)換電路:磁芯變化引起轉(zhuǎn)換電路輸出變化電氣檢測技術(shù)5傳感器分類

1、按傳感器的工作原理:物理型、化學(xué)型、生物型;

2、按傳感器的構(gòu)成原理:結(jié)構(gòu)型(定理、數(shù)學(xué)公式)、物性型(材料有關(guān))

電氣檢測技術(shù)63、按能量轉(zhuǎn)換:

能量控制型:外加電源、應(yīng)變電阻、熱阻、光阻;

能量轉(zhuǎn)換型:壓電效應(yīng)、熱電效應(yīng)、光電動勢效應(yīng)。4、按用途:

位移、壓力、溫度、振動、電流、電壓、功率等;

電氣檢測技術(shù)7傳感器的一般特性

表征傳感器輸出與輸入之間的關(guān)系的特性。

1、靜態(tài)特性:輸入量為常量或變化緩慢的信號;

2、動態(tài)特性:輸入量隨時間變化較快。電氣檢測技術(shù)9傳感器的特性參數(shù)

1、線性度(產(chǎn)生系統(tǒng)誤差)以及線性化處理;

2、遲滯(產(chǎn)生系統(tǒng)誤差);

3、重復(fù)性(產(chǎn)生隨機(jī)誤差);

4、靈敏度(s)與靈敏度誤差;

5、分辨力與閾值:分辨力:能檢測到的最小的輸入增量(絕對值表示)電氣檢測技術(shù)10

6、分辨率:分辨力用滿量程的百分?jǐn)?shù)表示;傳感器輸入零點(diǎn)附近分辨力稱為閾值(死區(qū))

7、穩(wěn)定性:溫度、時間、抗干擾穩(wěn)定性;

8、靜態(tài)誤差(精度);

9、動態(tài)特性。電氣檢測技術(shù)11一、線性電位器式傳感器工作原理功能:把線位移和角位移變換成一定函數(shù)關(guān)系的輸出電阻或電壓,測量壓力、位移等非電參數(shù)。典型結(jié)構(gòu):

1、金屬電阻絲

2、骨架

3、電刷工作原理:電氣檢測技術(shù)13特點(diǎn)

1、制作時,單位長度電阻處處相等;

2、空載和帶負(fù)載的情況下,其輸入輸出特性有著明顯的區(qū)別。

電氣檢測技術(shù)141、空載輸入輸出特性線性電位器的理想空載特性曲線具有嚴(yán)格的線性關(guān)系。當(dāng)電位器電刷的行程為x時(如圖):

電氣檢測技術(shù)15電壓分別率ΔU

電位器電刷作臺階式的跳躍變化。電刷每移過一匝,輸出電壓(電阻)就會產(chǎn)生一個階躍,其階躍值為:

ΔU=Umax/N

電氣檢測技術(shù)172、負(fù)載特性接入負(fù)載后,輸出電壓為:令電阻的相對變化γ為:

X為電刷相對行程

電氣檢測技術(shù)18非線性誤差δl

:令可得:電氣檢測技術(shù)19電位器式數(shù)字位移測量儀的原理圖電氣檢測技術(shù)21電路特點(diǎn)

1、穩(wěn)壓電源1403提供供橋電壓,輸出2.5V;

2、傳感器接入電橋中,構(gòu)成橋臂;

3、放大器接成跟隨器形式,選用高輸入阻抗的放大器,差動輸入阻抗可達(dá),測量時電橋阻值變化,可認(rèn)為外電路開路。

4、ICL7139為雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器件,輸出可直接驅(qū)動LCD顯示。

電氣檢測技術(shù)22調(diào)試過程如下1、電位器處于零點(diǎn)(動觸點(diǎn)無位移),選擇合適的橋臂電阻,使得,通過調(diào)放大器的調(diào)零電阻BP1、BP2,使得電路的輸出為0;

2、用該位移計(jì)測量標(biāo)準(zhǔn)位移(滿量程位移),如該位移計(jì)量程范圍為0-40mm,如40.00mm,調(diào)節(jié)BP3改變參考電壓,使得LCD的顯示為40.00mm。

3、調(diào)試過程中,A/D轉(zhuǎn)換器的參考電壓是根據(jù)量程來調(diào)整的。調(diào)試的過程實(shí)際上也是位移計(jì)定標(biāo)的過程。

電氣檢測技術(shù)23三、電阻應(yīng)變式傳感器傳感器組成:電阻應(yīng)變片、測量電路敏感元件的電阻隨機(jī)械變形(伸長或縮短)大小而變化。應(yīng)用:測量力和與力有關(guān)的一些非電參數(shù)(壓力、扭力、加速度等)。

電氣檢測技術(shù)25特點(diǎn)

1)精度高,測量范圍廣;

2)結(jié)構(gòu)簡單,性能穩(wěn)定可靠,壽命長;

3)頻率特性好,能在高溫、高壓、振動強(qiáng)烈、強(qiáng)磁場等惡劣環(huán)境條件下工作。電氣檢測技術(shù)261、應(yīng)變片工作原理電阻應(yīng)變片是采用直徑約為0.025mm的具有高電阻率的金屬電阻絲制成,如圖所示:

l:標(biāo)距(工作基長)

b:工作寬度轉(zhuǎn)換原理:金屬電阻的應(yīng)變效應(yīng)。金屬絲阻值隨其變形而改變的一種物理現(xiàn)象。電氣檢測技術(shù)272、金屬電阻應(yīng)變片應(yīng)變電阻的阻值變化量為:應(yīng)變靈敏度系數(shù):

多數(shù)金屬材料的之間

對一定的金屬,為常數(shù),受確定力后,電阻絲的縱向應(yīng)變和橫向應(yīng)變都一定,因此,應(yīng)變片的阻值變化量隨外力的變化而變化。

電氣檢測技術(shù)29金屬電阻應(yīng)變片的特點(diǎn)

1、高分辨率,非線性誤差小,溫漂系數(shù)??;

2、測量范圍大;能測量靜態(tài)、動態(tài)應(yīng)變;

3、價格低廉,品種繁多,便于選擇和大量使用電氣檢測技術(shù)30應(yīng)變片電阻值的常用阻值:

60、120、200、350、500、1000歐,以120歐最為常用。最大允許工作電流:通過應(yīng)變片而不影響其工作的最大電流值。工作電流大,輸出信號就大,靈敏度高。電氣檢測技術(shù)313、電阻應(yīng)變傳感器的測量電路電阻應(yīng)變片工作阻值變化較小,例如,應(yīng)變系數(shù)k=2,初始電阻120歐的應(yīng)變片,發(fā)生1000微應(yīng)變時,阻值變化為:

電氣檢測技術(shù)32直接測出較小阻值變化較困難,且?guī)磔^大的測量誤差。常用電橋測量電路來把這種電阻值的較小變化轉(zhuǎn)化為電壓或電流的變化進(jìn)行輸出,并進(jìn)行適當(dāng)放大后便與進(jìn)行處理。電氣檢測技術(shù)334、電橋測量電路(全橋差動電路)如圖

R1、R2、R3、

R4都為應(yīng)變電阻,初始電阻滿足:

R1=R2=R3=R4

電氣檢測技術(shù)34說明

1)R1、R4縱向應(yīng)變,R2、R3橫向應(yīng)變,輸出電壓為:電壓靈敏度為:電氣檢測技術(shù)35說明

2)產(chǎn)生相同應(yīng)變的應(yīng)變片不能接在相鄰的橋臂,否則輸出恒為0;

3)可在電橋中串聯(lián)多片的應(yīng)變片、選擇靈敏度系數(shù)較高的應(yīng)變片;提高電橋電壓靈敏度;

4)提高供橋電壓(受應(yīng)變片允許功耗限制)。

電氣檢測技術(shù)365、電橋的零位調(diào)整串聯(lián)法、并聯(lián)法

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