檢測技術長度檢測

檢測技術長度檢測第1頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月1、傳感器的定義一、傳感器概述能夠感受被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。電渦流式傳感器超聲波傳感器第2頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月傳感器名稱：發(fā)送器、傳送器、變送器、檢測器、探頭傳感器功用：一感二傳,即感受被測信息,并傳送出去。①傳感器是測量裝置，能完成檢測任務；②輸入量是某一被測量，可能是物理量，也可能是化學量、生物量等；③輸出量是某種物理量，便于傳輸、轉(zhuǎn)換、處理、顯示等，可以是氣、光、電物理量，主要是電物理量；④輸出輸入有對應關系，且應有一定的精確程度。第3頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月2、傳感器的地位和作用人的五官：眼睛、耳朵、鼻子、舌頭、皮膚視覺、聽覺、嗅覺、味覺、觸覺第4頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月傳感器是人類五官的延長，又稱之為電五官。傳感器是獲取信息的主要途徑與手段。沒有傳感器，現(xiàn)代化生產(chǎn)就失去了基礎。傳感器是邊緣學科開發(fā)的先驅(qū)。傳感器已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開發(fā)、海洋探測、環(huán)境保護、資源調(diào)查、醫(yī)學診斷、生物工程、甚至文物保護等等極其廣泛的領域。從茫茫的太空到浩瀚的海洋，以至各種復雜的工程系統(tǒng)，幾乎每一個現(xiàn)代化項目，都離不開各種各樣的傳感器。傳感器技術在發(fā)展經(jīng)濟、推動社會進步等方面起著重要作用。第5頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月3、傳感器的構成傳感器由敏感器件與輔助器件組成。敏感器件的作用是感受被測物理量，并對信號進行轉(zhuǎn)換輸出。輔助器件對敏感器件輸出的電信號進行放大、阻抗匹配，以便于后續(xù)儀表接入。第6頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月4、傳感器的分類分類法型式說明按基本效應分類物理型化學型生物型采用物理效應進行轉(zhuǎn)換采用化學效應進行轉(zhuǎn)換采用生物效應進行轉(zhuǎn)換按構成原理分類結(jié)構型物性型以轉(zhuǎn)換元件結(jié)構參數(shù)變化實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)換以轉(zhuǎn)換元件物理特性變化實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)換按能量關系分類能量轉(zhuǎn)換型能量控制型傳感器輸出量直接由被測量能量轉(zhuǎn)換而來傳感器輸出量能量由外部能源提供，但受輸入量控制按工作原理分電阻式電容式電感式壓電式磁電式熱電式光電式光纖式利用電阻參數(shù)變化實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)換利用電容參數(shù)變化實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)換利用電感參數(shù)變化實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)換利用壓電效應實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)換利用電磁感應原理實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)換利用熱電效應實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)換利用光電效應實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)換利用光纖特性參數(shù)變化實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)換按輸入量分類長度、角度、振動、位移、壓力、溫度、流量、距離、速度等以被測量命名（即按用途分類）按輸出量分類模擬式數(shù)字式輸出量為模擬信號（電壓、電流、……）輸出量為數(shù)字信號（脈沖、編碼、……）第7頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月化學傳感器：它是由膜電極和電解液灌封而成。氣體濃度信號將電解液分解成陰陽帶電離子，通過電極將信號傳出。它的優(yōu)點是：反映速度快、準確，穩(wěn)定性好、能夠定量檢測，但壽命較短（大于等于兩年）。它主要適用于毒性氣體的檢測，目前國際上絕大部分毒氣檢測采用該類型傳感器。第8頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月連云港出動200余人舉行液氯泄漏反恐預習演練

120名消防員防范火情安保使用毒氣檢測儀第9頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月旅客安檢要照鞋底第10頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月機場實行雙重安檢

雙重安檢，即進入候機樓的所有人都要接受安全檢查，旅客在登機前再進行一次安檢。實行雙重安檢后，需要增加的是進入候機樓時的安檢，最慢只需要40秒左右，并不會耽誤乘客登機的很長時間。

記者來到桃仙國際機場，準備從一樓進入候機樓。剛進入候機樓大門，迎面就看見一位機場安檢人員手拿一塊白色薄綿紙，在每一位進入候機樓的乘客的手上或隨身攜帶的行李上輕輕擦拭一下。隨后，記者和其他旅客排隊等候在事先攔好的警戒區(qū)域內(nèi)，不過十幾秒，記者就被告知可以通過。第11頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月機場實行雙重安檢安檢人員告訴記者，白色薄綿紙是用于檢測易燃易爆物品的“試紙”?！斑@種‘試紙’可以探測出人體、物品上是否有易燃易爆物品的成份，檢查結(jié)果在7、8秒內(nèi)就可以得出。行李則接受X光檢查。被發(fā)現(xiàn)的危險品則要放在防爆罐內(nèi)，保證絕對安全。”

現(xiàn)場有三種安檢儀器可謂安檢中的“法寶”，除了前面提到用來放置危險品的防爆罐外，還有兩個奇怪的“盒子”。一個是放射物體檢測儀，一個是生化毒氣檢測儀。這兩個儀器通過空氣就可以檢測出幾十米范圍內(nèi)的人體或物品是否含上述成份。其中生化毒氣檢測儀還是首次在桃仙國際機場使用。第12頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月生物傳感器：對生物物質(zhì)敏感并將其濃度轉(zhuǎn)換為電信號進行檢測的儀器。傳統(tǒng)的傳感器中，信號感受器完全是由非生命物質(zhì)組成的。而生物傳感器與傳統(tǒng)的各種物理傳感器和化學傳感器的最大區(qū)別，在于生物傳感器的感受器中含有生命物質(zhì)。第13頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月例如，將一定的植物細胞或動物細胞作為感覺器，可以制成各種細胞傳感器；用生物組織作感受器可制成組織傳感器（或稱為組織電極）；將一些特定的細胞器從細胞里分離出來作為感受器，可制成細胞器傳感器；將微生物作為感受器可制成生物傳感器；而將生物分子如蛋白質(zhì)、核酸等作為感受器，更成為當代生物傳感器發(fā)展的主流。第14頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月乙醇傳感器第15頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月

生物傳感器可廣泛用于食品工業(yè)生產(chǎn)中，如對食品原料、半成品和產(chǎn)品質(zhì)量的檢測，發(fā)酵生產(chǎn)中在線監(jiān)測等。利用氨基酸氧化酶傳感器可測定各種氨基酸（包括谷氨酸、L-天冬氨酸、L-精氨酸等十幾種氨基酸）。食品添加劑的種類很多，如甜味劑、酸味劑、抗氧化劑等，生物傳感器用于食品添加劑的分析已有許多報道。

鮮度是評價食品品質(zhì)的重要指標之一，通常用人的感觀檢驗，但感觀檢驗主觀性強，個體差異大，故人們一直在尋找客觀的理化指標來代替。第16頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月食品新鮮度傳感器新鮮度傳感系統(tǒng)由黃嘌噙氧化酶與核苷磷氧化酶的混合膜和氧化電極構成，該測定能夠達到20%。使用這種傳感器已經(jīng)對比目魚、鯛魚、竹莢魚、狼鱸魚等的K值作過測定。另外，如果將IMP、HXR、HX的量輻射到3軸上（雷達圖形）則根據(jù)條紋形狀還可以從視覺的角度評價鮮度。

現(xiàn)在，歐美諸國都使用組胺酶的量評價新鮮度。組胺酶是一種能夠引起食物中毒的毒素，魚放得久了就有可能生成這種東西。今后，在測定時同時使用K值測定和組胺酶的測定，就能更可靠地確保食品的安全性。

第17頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月湖北神丹公司的技術人員正在檢測蛋品的鮮度第18頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月應用：臨床上用免疫傳感器等生物傳感器來檢測體液中的各種化學成分，為醫(yī)生的診斷提供依據(jù)；生物工程產(chǎn)業(yè)中用生物傳感器監(jiān)測生物反應器內(nèi)各種物理、化學、生物的參數(shù)變化以便加以控制；環(huán)境監(jiān)測中用生物傳感器監(jiān)測大氣和水中各種污染物質(zhì)含量；食品行業(yè)中用生物傳感器檢測食品中營養(yǎng)成分和有害成分的含量、食品的新鮮程度等。第19頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月體檢只需一滴血

生物芯片是指在固體基片(包括玻片、硅片、尼龍膜等材料)表面所構建的微型生物化學分析系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對基因、蛋白、細胞和組織進行準確、快速和大信息量的分析檢測。走進醫(yī)院的大門，市民不必再一個個科跑來跑去，只憑借一滴血液，最多兩天就可以查出自己身上所有犯病的部位，連傳染病也不例外……這決不是科幻，10年后，如此一幕將變成現(xiàn)實。第20頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月物性型傳感器是依靠敏感元件材料本身物理性質(zhì)的變化來實現(xiàn)信號變換的。例如：利用水銀的熱脹冷縮現(xiàn)象制成水銀溫度計來測溫；利用石英晶體的壓電效應制成壓電測力計等第21頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)構型件感器則是依靠傳感器結(jié)構參數(shù)的變化而實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)換的。例如：電容式傳感器依靠極板間距離變化引起電容量變化；電感式傳感器依靠銜鐵位移引起自感或互感變化等。第22頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月能量轉(zhuǎn)換型傳感器是直接由被測對象輸入能量使其工作的。例如：熱電偶溫度計、彈性壓力計等。但由于這類傳感器是被測對象與傳感器之間的能量傳輸，必然導致被測對象狀態(tài)的變化，而造成測量誤差。第23頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月能量控制型傳感器是從外部供給輔助能量使其工作的．并由被測量來控制外部供給能量的變化。例如，電阻應變測量中，應變計接于電橋上，電橋工作能源由外部供給，而通過被測量變化所引起應變計的電阻變化來控制電橋的不平衡程度。第24頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月傳感器的性能要求無論何種傳感器，盡管它們的原理、結(jié)構不同，使用環(huán)境也不盡相同，但基本要求卻是相同的。即：1)靈敏度高．輸入和輸出之間應具有較好的線性關系；2)噪聲小，并且具有抗外部噪聲的性能；3)滯后、漂移誤差小；4)動態(tài)特性良好；5)接入測量系統(tǒng)時對被測量產(chǎn)生影響??；6)功耗小，復現(xiàn)性好；7)防水及抗腐蝕等性能好．能長期使用；8)結(jié)構簡單，容易維修和校正；9)低成本，通用性強。第25頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月傳感器選用原則傳感器的靈敏度越高，可以感知的變化量越小，即被測量稍有微小變化，傳感器即有較大的輸出。但靈敏度越高，與測量信號無關的外界噪聲也容易混入，并且噪聲也會被放大。因此，對傳感器往往要求有較大的信噪比。傳感器的量程范圍是和靈敏度緊密相關的一個參數(shù)。當輸入量增大時，除非有專門的非線性校正措施，否則傳感器不應在非線性區(qū)域工作．更不能在飽和區(qū)域內(nèi)工作。有些需要在較強的噪聲干擾下進行的測試工作，被測信號疊加干擾信號后也不應進入非線性區(qū)。因此．過高的靈敏度會影響其適用的測量范圍。第26頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月線性范圍任何傳感器都有一定的線性范圍，在線性范圍內(nèi)輸出與輸入成比例關系。線性范圍愈寬，則表明傳感器的工作量程愈大。為了保證測量的精確度，傳感器必須在線性區(qū)域內(nèi)工作。例如，機械式傳感器的彈性元件，其材料的彈性極限是決定測量量程的基本因素，超過彈性極限時將產(chǎn)生非線性誤差：然而任何傳感器都不容易保證其絕對線性，在某些情況下，在許可限度內(nèi)也可以在其近似線性區(qū)域應用。例如變極距型電容、電感傳感器，均采用在初始間隙附近的近似線性區(qū)內(nèi)工作，因此選用時必須考慮被測物理量的變化范圍，令其非線性誤差在允許范圍以內(nèi)。第27頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月響應特性傳感器的響應特性必須在所測頻率范圍內(nèi)盡量保持不失真。實際傳感器的響應總有一定的遲延，但遲延時間越短越好。一般光電效應、壓電效應等物性型傳感器，響應時間短，可工作頻率范圍寬、而結(jié)構型，如電感、電容、磁電式傳感器等，出于受到結(jié)構特性的影響，其固有頻率低。在動態(tài)測量中，傳感器的響應特性對測試結(jié)果有直接影響，選用時應充分考慮到被測物理量的變化特點，如穩(wěn)態(tài)、瞬變、隨機等。第28頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月穩(wěn)定性傳感器的穩(wěn)定性是指經(jīng)過長期使用以后，其輸出特性不發(fā)生變化的性能。影響傳感器穩(wěn)定性的因素是時間與環(huán)境。為了保證穩(wěn)定性，在選用傳感器之前應對使用環(huán)境進行調(diào)查，以選擇合適的傳感器類型。例如電阻應變式傳感器，濕度會影響其絕緣性，從而會影響其零漂，長期使用會產(chǎn)生蠕變現(xiàn)象。又如，對于變極距型電容傳感器，環(huán)境濕度改變或油劑侵人間隙時，會改變電容器介質(zhì)的性質(zhì)。光電傳感器的感光表面有灰塵或水泡時，會改變感光性質(zhì)。磁電式傳感器或霍爾效應元件等，在電場、磁場中工作時亦會帶來測量誤差?；€電阻式傳感器表面有灰塵時將會引入噪聲。在有些機械自動化系統(tǒng)或自動檢測裝置中，所用的傳感器往往是在比較惡劣的環(huán)境下工作．灰塵、油劑、溫度、振動等的干擾是很嚴重的，這時傳感器的選用必須優(yōu)先考慮穩(wěn)定性因素。第29頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月精確度傳感器的精確度表示傳感器的輸出與被測量的對應程度。因為傳感器處于測試系統(tǒng)的輸入端，因此，傳感器能否真實地反映被測量，對整個測試系統(tǒng)具有直接影響。然而，傳感器的精確度也并非愈高愈好，因為還要考慮到經(jīng)濟性。傳感器精確度愈高，價格越昂貴，因此應從實際出發(fā)來選擇。首先應了解測試目的，是定性分析還是定量分析，如果屬于相對比較性的試驗研究，只需獲得相對比較值即可，此時對傳感器的精確度要求可低些。然而對于定量分析，為了獲得精確量值，傳感器必須有足夠高的精確度。第30頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月二、長度及線位移傳感器

幾何形狀是客觀世界中最廣泛、最具體的物質(zhì)形態(tài),幾何量是表征物質(zhì)大小、形狀及位置的物理量。其中長度量是最基本的幾何參量,包括距離、位移及長度等。隨著科學技術的發(fā)展,大到天文尺度,小到納米尺度的長度測量技術都有了飛速的發(fā)展,同時在各領域的應用中,對長度量的測量也在不斷提出新的要求。第31頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月長度的測量范圍測量長度的常用工具有（鋼）直尺、鋼卷尺等.用這些工具測量可準確測出0.1cm，要準確測出更小尺度，則需用游標卡尺、螺旋測微器（又叫千分尺）外，還可用光學顯微鏡、電子顯微鏡等精確度更高的測量儀器.使用這些儀器不僅可測出細如毛發(fā)的物體的直徑，還可測出是毛發(fā)直徑千分之一或萬分之一的物體的長度。例如，用電子顯微鏡可測出鎢（可做燈絲）原子的直徑為2×10-10m，即20nm（nm是“納米”的符號，1nm=10-9m，約相當于頭發(fā)絲的一萬分之一）.隧道掃描顯微鏡，還觀測了許多原子分子.用這種儀器的掃描探針可對表面進行納米級加工.第32頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月人們利用科學的測量方法，還可以測量出極大的長度（如星星之間的距離）.例如，人們已準確測出光在真空中（即電磁波在真空中）的傳播速度約為299792458m/s.這個速度相當于每秒鐘可繞地球赤道走7.5圈，是迄今為止人們所認識的物體運動的最大速度.第33頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月宇宙是無限廣闊的，星星之間的距離十分遙遠，如果用“米”做單位來表示星星之間的距離，將會出現(xiàn)很大的數(shù)字，即“天文數(shù)字”.為簡化計數(shù)，人們用光在1年的時間內(nèi)通過的距離作為長度的單位，叫做“光年”.1光年約等于9.46×1015m.如果我們乘超音速飛機，走完1光年的路程，大約需要80多萬年，光年雖大比不過宇宙大.如果用光年來表示宇宙，那么銀河系的直徑就達1.3萬光年，即光從銀河系的一端走到另一端，也需要1萬3千年.第34頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月各數(shù)量級的長度測量

天體距離測量不同的天體用不同的測量方法,太陽系內(nèi)和太陽系外的天體距離測量使用的方法是完全不同的。第35頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月地球與月亮的距離測量

采用激光測距法,設發(fā)出信號和返回信號之間的時間間隔為Δt,c為光速,那么測量目標的距離就是L=Δt·c/2。自上個世紀70年代阿波羅號宇航員在月球上放置了激光反射器以后,測量精度不斷提高,目前已經(jīng)達到±1cm。第36頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月常規(guī)尺度長度量的測量這里的常規(guī)尺度是指從千米級到毫米級的、區(qū)別于宏觀的天體尺度和微觀的微米、納米尺度的幾何尺度。常規(guī)尺度的長度量的測量方法主要有超聲波測距和激光測距兩種。第37頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月超聲波測距超聲波測距是靠超聲在介質(zhì)中傳播,遇到障礙物時反射,然后由聲波在介質(zhì)中的傳播速度和傳播時間來確定距離。設聲波在介質(zhì)中傳播速度為c,從發(fā)射波到接收到反射波的時間是t,則距離L=c·t/2。超聲波傳感器第38頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月超聲在空氣中傳播速度受空氣溫度、濕度及壓強等因素的影響,而受溫度影響最大.在室溫下溫度變化1℃對超聲聲速的影響是0·6m/s.實際測量時應該對超聲傳播速度進行溫度補償。超聲波測距第39頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月微觀尺度的長度量測量微觀尺度的長度量測量可分為電學測量技術、光學測量技術和顯微鏡測量技術等。電學測量技術有電渦流傳感器測量、電容傳感器測量等。光學測量法具有非接觸、材料適應范圍廣、測量精度高等特點。近二十年來隨著電子技術和計算機技術的飛速發(fā)展,光學測量技術研究也取得了很多成果并應用到了工業(yè)生產(chǎn)領域。按使用的光學原理不同,光學測量技術可分為激光干涉法、光杠桿法、光柵尺測量技術等。第40頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月光柵尺測量當兩塊光柵以微小的角度相交傾斜重疊時,在光柵刻痕上方可以看見明暗交替的莫爾條紋。當任一光柵沿垂直于刻痕的方向移動時,莫爾條紋沿著垂直于交角平分線的方向移動,因此可以通過測量莫爾條紋的移動量來得到光柵的位移量,這就是光柵尺測位移的基本原理。用這種方法來測量納米級位移的關鍵在于光柵和莫爾條紋的細分,由于加工技術的飛速發(fā)展,現(xiàn)在光柵技術測量微位移的精度達到了±0·01nm的水平。第41頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月掃描隧道顯微鏡技術掃描隧道顯微鏡STM(scanningtunnelingmicroscope）是應用了隧道效應,所謂隧道效應是量子力學中一種粒子躍遷的現(xiàn)象,在隧道狀態(tài)下隧道電流與隧道間隙呈負指數(shù)關系變化,當針尖與樣品的間隙改變0·1nm,引起的隧道電流改變量為10倍,由隧道電流隨距離變化的特性,可測出探針與樣品間的距離變化。顯微鏡測量技術第42頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月原子力顯微鏡原子力顯微鏡AFM(atomicforcemicroscope)是利用了物質(zhì)表面原子間力的作用,當一個對微弱力極其敏感的微懸臂在縱向充分逼近被測樣品表面時,探針尖端的原子與樣品表面的原子之間就會產(chǎn)生相互作用的原子力,使微懸臂發(fā)生一定的偏轉(zhuǎn)。微懸臂的偏轉(zhuǎn)量與針尖到物體表面的距離成一定的曲線關系,利用這種原理的原子力顯微鏡可用于非導體的微位移測量。第43頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月掃描電子顯微鏡掃描電子顯微鏡SEM(scanningelectronmicro-scope)在觀測物體表面微觀形態(tài)時測量精度能達到幾個埃的水平。SEM的放大倍數(shù)最大可達10~1000000倍,分辨率最大可達0·5nm。以掃描電子顯微鏡為基礎發(fā)展出了各類電子顯微鏡,如透射電子顯微鏡、反射電子顯微鏡等。以上所述顯微鏡測量技術,只能局限在實驗室研究使用,若要將其應用于生產(chǎn)現(xiàn)場,還需要廣大科研工作者的努力。埃一百億分之一米,即10e-10米

第44頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月發(fā)展趨勢在天體距離測量方面,由于對距離地球比較近的天體位移測量時,都需要對角位移進行精確測量,所以天體距離的測量會隨著微觀位移測量技術的進步而得到更高的精度。微觀長度測量領域,利用光學測量原理的方法中,測量精度直接受激光源質(zhì)量和感光元件靈敏度的影響,隨著制造加工技術的發(fā)展,勢必給微位移測量帶來新的發(fā)展。而顯微鏡測量儀器會趨于微型化,這種高精度的納米級位移測量技術不久就會走出實驗室真正應用到生產(chǎn)中去。第45頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月位移測量按被測量來分有線位移測量和角位移測量，如機械工程中經(jīng)常要求測量零部件的位移或位置；按測量參數(shù)的特性分有靜態(tài)位移和動態(tài)位移，許多動態(tài)變化的參數(shù)如力、扭矩、速度、加速度等都是以位移測量為基礎的。位移測量第46頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月位移是指物體上某一點在一定方向上的位置變動，因此位移是矢量。一般情況，應使測量方向與位移方向重合，這樣才能真實地測量出位移量的大小。如果測量方向與位移方向不重合，則測量結(jié)果僅是該位移量在測量方向上的分量。位移測量時，應當根據(jù)不同的測量對象．選擇適當?shù)臏y量點、測量方向和測量系統(tǒng)。傳感器的選擇恰當與否對測試精度影響很大，必須特別重視。位移測量第47頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月長度單位和定義目前，我國采用的長度單位與國際單位制是一致的，即以國際單位制的基本單位之一米(m)作為我國法定的長度計量單位。第48頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月1、電容傳感器優(yōu)點：測量范圍大、靈敏度高、結(jié)構簡單、適應性強、動態(tài)響應時間短、易實現(xiàn)非接觸測量等。電容器是電子技術的三大類無源元件(電阻、電感和電容)之一。電容式傳感器：利用電容器的原理，將非電量轉(zhuǎn)換成電容量,進而實現(xiàn)非電量到電量的轉(zhuǎn)化的器件或裝置，它實質(zhì)上是一個具有可變參數(shù)的電容器。第49頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月工作原理與類型用兩塊金屬平板作電極可構成電容器，其電容C為:AδεA—極板相對覆蓋面積；δ—極板間距離；

εr—相對介電常數(shù)；ε0—真空介電常數(shù)，

ε—電容極板間介質(zhì)的介電常數(shù)。δ、A和εr中的某一項變化，就改變了電容:改變極板距離δ，稱變極距型傳感器（測小位移）；改變極板面積A，稱變面積型傳感器（較大范圍測線，角位移）；改變極板介質(zhì)ε

，稱變介質(zhì)型傳感器（測液面高度，料位）。第50頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月變極距(δ）型:(a)、(e)變面積型(S)型:(b)、(c)、(d)、(f)、(g)（h）變介電常數(shù)(ε)型:（i）～(l)第51頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月1、變極距型電容傳感器

圖中極板1固定不動，極板2為可動電極(動片)，當動片隨被測量變化而移動時，使兩極板間距變化，從而使電容量產(chǎn)生變化。初始電容:極距變化電容變化:2變極距型電容傳感器1CC-特性曲線δδ0δ0A第52頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月由上式可知C—δ是反比非線性關系。所以這種傳感器被限制在一個較小的?δ范圍內(nèi)變化才能近似線性。當δ

減小?δ時,電容C增加?C。靈敏度：求靈敏度：第53頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月特點：輸出非線性，只有?δ<<

δ0

時，才有近似的線性輸出可通過減小初始極距的方法提高靈敏度分辨力極高，可測量小至0.01μm的位移動極板質(zhì)量小，慣性小，動態(tài)響應好非接觸，自身發(fā)熱和功耗??；結(jié)構簡單，不含有機材料或磁性材料、對環(huán)境適應性強第54頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月電容式傳感器存在著原理非線性，所以實際應用中，為了改善非線性、提高靈敏度和減小外界因素(如電源電壓、環(huán)境溫度)的影響，常常作成差動式結(jié)構來改善其非線性。C1δδ01C2δ第55頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月2、變面積型電容傳感器電容：相對變化：靈敏度：結(jié)論:(1)傳感器輸出為線性，適合于測量較大的直線位移和角位移(2)靈敏度與初始極距成反比，可通過減小初始極距的方法提高靈敏度第56頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月平面線位移型第57頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月角位移型+++第58頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月3、變介電常數(shù)型電容傳感器

變介電常數(shù)型電容式傳感器大多用來測量電介質(zhì)的厚度、液位。若忽略邊緣效應，單組式平板形厚度傳感器如下圖，傳感器的電容量與被厚度的關系為

插入式：第59頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月物位是液位、料位以及界面位置的總稱：具體的液值如罐、塔、槽等容器中液體或河道、水渠、水庫中水的表面位置高度；料位如倉庫、料斗、倉儲箱內(nèi)堆積物體的高度；界面位置一般指固體與液體或兩種不相溶、密度不同的液體之間存在的界面。第60頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月測量物位有時是為了測知容器中物體的多少、大??；有時是為了對容器中的物體進行監(jiān)控，調(diào)節(jié)物料的進出速度；或在物位接近極限位置時能提的報警；前者為物位的靜態(tài)測星，后者需采用動態(tài)連續(xù)的測量方法。電容式物位傳感器第61頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月用機械式和機電式測量儀幾乎無法測量粘液和粒狀、粉末狀材料的物面，電容法可解決這類材料物面的測量問題，如測量存放在地窖中的粉狀食物、谷子、洗衣粉、砂、水泥、石灰和煤粉，或測量儲料箱中的燃料、油、酸液、堿液及其它的粘液介質(zhì)。電容測量法要求被測材料的介電常數(shù)保持恒定，所以電容法無法測量具有不同介電常數(shù)混合物的物面。第62頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月電容式液位傳感器

根據(jù)各種介質(zhì)的介電常數(shù)不同，檢測液面高度。第63頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月電容式料位計第64頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月早在1920年就已經(jīng)有人利用電容器原理發(fā)明了能分辨1埃位移變化的超測微儀,目前用三端電容傳感器已可測出5×10-5μm的微位移,最好的穩(wěn)定性為每天漂移幾個pm。1埃:即10e-10米，常用以表示光波的波長及其他微小長度。這個單位名稱是為紀念瑞典物理學家埃斯特朗而定的.第65頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月板材在線測厚儀

隨著工業(yè)技術的迅速發(fā)展，企業(yè)對產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率有了更高的要求，高精度在線測控儀器充實到生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)。測厚儀作為一種在線測量板材厚度的精密儀器，在整個軋機的厚控系統(tǒng)中占有非常重要的地位，信號的準確度和分辨力直接影響了軋制板材的厚度質(zhì)量。第66頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月目前，國內(nèi)的鋼鐵和有色金屬行業(yè)多采用非接觸式的測厚儀，其中，非接觸式的x射線測厚儀有一定的應用。長期以來，由于x射線管的老化和易損問題．高壓發(fā)生器的準確度和穩(wěn)定性以及整套設備造價過于昂貴等原因，一直難以得到廣泛使用。第67頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月利用電容傳感器對板材厚度進行在線檢測。電容傳感器具有溫度穩(wěn)定性好、結(jié)構簡單、精度高、響應快、線性范圍寬和可實現(xiàn)非接觸式測量等優(yōu)點。近年來，由于電容測微技術的不斷完善，微米級精度的電容測微儀已是一般性產(chǎn)品．第68頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月2、光柵式傳感器(1)光柵傳感器原理（莫爾條紋）當指示光柵和標尺光柵的線紋以一個微小的夾角相交時，由于擋光效應(當線紋密度≤50條/mm時)，在與光柵線紋大致垂直