電氣檢測技術

第四章

非電量的電測技術工程測量中常見非電物理量

1、機械量：位移、速度、加速度、力、轉矩、應變、應力、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、電測技術傳感器技術非電量電測技術的關鍵技術：

傳感技術：非電量轉換成電量的技術。

傳感器的定義

1、傳感器是一種裝置，能完成檢測任務；

2、輸出量與某一被測量有對應關系的量，且具有一定的精度；

3、對應的量的關系包括物理量、光、電氣、化學量、生物量等。傳感器的組成結構圖：

1、敏感元件：直接感受被測量，輸出與被測量有確定關系；

2、轉換元件：磁芯與電感線圈

3、轉換電路：磁芯變化引起轉換電路輸出變化傳感器分類

1、按傳感器的工作原理：物理型、化學型、生物型；

2、按傳感器的構成原理：結構型(定理、數(shù)學公式)、物性型(材料有關)

3、按能量轉換：

能量控制型：外加電源、應變電阻、熱阻、光阻；

能量轉換型：壓電效應、熱電效應、光電動勢效應。4、按用途：

位移、壓力、溫度、振動、電流、電壓、功率等；

5、按物理型的分類：

1)電參量：電阻式、電感式、電容式；

2)磁電式：磁電感

3)壓電式；

4)光電式：光柵、激光、光纖、紅外、攝像；

5)熱電式；

6)波式：超聲波、微波；

7)半導體式；傳感器的一般特性

表征傳感器輸出與輸入之間的關系的特性。

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。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、重復性(產(chǎn)生隨機誤差)；

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)

6、分辨率：分辨力用滿量程的百分數(shù)表示；傳感器輸入零點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。4.1電阻式傳感器功能：將相關非電量(位移、壓力、加速度、流量等)變換成與電阻阻值相關的電量傳感器。

主要類型：

1、線性電位器傳感器；

2、非線性電位器傳感器；

3、電阻應變傳感器；

4、壓阻傳感器；

5、金屬電阻傳感器；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)關系的輸出電阻或電壓，測量壓力、位移等非電參數(shù)。典型結構：

1、金屬電阻絲

2、骨架

3、電刷工作原理：特點

1、制作時，單位長度電阻處處相等；

2、空載和帶負載的情況下，其輸入輸出特性有著明顯的區(qū)別。

1、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格的線性關系。當電位器電刷的行程為x時(如圖)：

空載輸出電壓電壓靈敏度：

電阻靈敏度：ρ、A

、t：導線的電阻率、截面積、節(jié)距b、h：骨架的寬度及高度；I：工作電流

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

2、負載特性接入負載后，輸出電壓為：令電阻的相對變化γ為：

X為電刷相對行程

非線性誤差δl

：令可得：3、線性電位器傳感器的應用

特點：整個量程范圍內(nèi)，單位長度上的電阻值處處相等，只要是能轉變成位移的參數(shù)均可用電位器作為檢測元件。例如：溫度、物位，振動、位移、速度等。電位器式數(shù)字位移測量儀的原理圖電路特點

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，測量時電橋阻值變化，可認為外電路開路。

4、ICL7139為雙積分式A/D轉換器件，輸出可直接驅動LCD顯示。

調(diào)試過程如下1、電位器處于零點(動觸點無位移)，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、用該位移計測量標準位移(滿量程位移)，如該位移計量程范圍為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)試的過程實際上也是位移計定標的過程。

二、非線性電位器傳感器三、電阻應變式傳感器傳感器組成：電阻應變片、測量電路敏感元件的電阻隨機械變形(伸長或縮短)大小而變化。應用：測量力和與力有關的一些非電參數(shù)(壓力、扭力、加速度等)。

特點

1）精度高，測量范圍廣；

2）結構簡單，性能穩(wěn)定可靠，壽命長；

3）頻率特性好，能在高溫、高壓、振動強烈、強磁場等惡劣環(huán)境條件下工作。1、應變片工作原理電阻應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：標距（工作基長）

b：工作寬度轉換原理：金屬電阻的應變效應。金屬絲阻值隨其變形而改變的一種物理現(xiàn)象。應變片受力后的阻值變化

為材料的泊松系數(shù)，不同的金屬材料不同，通常之間；

電阻絲長度相對變化量，縱向應變

為橫向應變。

2、金屬電阻應變片應變電阻的阻值變化量為：應變靈敏度系數(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，電阻絲的縱向應變和橫向應變都一定，因此，應變片的阻值變化量隨外力的變化而變化。

金屬電阻應變片的特點

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)應變；

3、價格低廉，品種繁多，便于選擇和大量使用應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。3、電阻應變傳感器的測量電路電阻應變片工作阻值變化較小，例如，應變系數(shù)k=2，初始電阻120歐的應變片，發(fā)生1000微應變時，阻值變化為：

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化為電壓或電流的變化進行輸出，并進行適當放大后便與進行處理。4、電橋測量電路(全橋差動電路)如圖

R1、R2、R3、

R4都為應變電阻，初始電阻滿足：

R1=R2=R3=R4

說明

1）R1、R4縱向應變，R2、R3橫向應變，輸出電壓為：電壓靈敏度為：說明

2）產(chǎn)生相同應變的應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)多片的應變片、選擇靈敏度系數(shù)較高的應變片；提