第一章檢測(cè)技術(shù)的基本概念

第二章電阻傳感器

第三章電感傳感器

第四章電渦流傳感器

第五章電容傳感器

第六章壓電傳感器

第七章超聲波傳感器

第八章霍爾傳感器

第九章熱電偶傳感器

第十章光電傳感器

第十二章抗干擾技術(shù)三、自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的組成

不帶微處理器時(shí)自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)系統(tǒng)原理框圖所謂系統(tǒng)原理框圖，就是將系統(tǒng)中的主要功能或電路的名稱(chēng)畫(huà)在方框內(nèi)，按信號(hào)的流程，將幾個(gè)方框用箭頭聯(lián)系起來(lái)，有時(shí)還可以在箭頭上方標(biāo)出信號(hào)的名稱(chēng)。

測(cè)量分類(lèi)對(duì)于測(cè)量方法，從不同的角度出發(fā)，有不同的分類(lèi)方法。根據(jù)被測(cè)量是否隨時(shí)間變化，可分為靜態(tài)測(cè)量和動(dòng)態(tài)測(cè)量。根據(jù)測(cè)量的手段不同，可分為直接測(cè)量、間接測(cè)量和組合測(cè)量。根據(jù)測(cè)量結(jié)果的顯示方式，可分為模擬式測(cè)量和數(shù)字式測(cè)量。根據(jù)測(cè)量時(shí)是否與被測(cè)對(duì)象接觸，可分為接觸式測(cè)量和非接觸式測(cè)量。為了監(jiān)視生產(chǎn)過(guò)程，或在生產(chǎn)流水線上監(jiān)測(cè)產(chǎn)品質(zhì)量的測(cè)量稱(chēng)為在線測(cè)量，反之，則稱(chēng)為離線測(cè)量。根據(jù)測(cè)量的具體手段來(lái)分，又可分為偏位式測(cè)量、零位式測(cè)量和微差式測(cè)量。誤差產(chǎn)生的因素：1.粗大誤差

2023/2/34

明顯偏離真值的誤差稱(chēng)為粗大誤差，也叫過(guò)失誤差。粗大誤差主要是由于測(cè)量人員的粗心大意及電子測(cè)量?jī)x器受到突然而強(qiáng)大的干擾所引起的。如測(cè)錯(cuò)、讀錯(cuò)、記錯(cuò)、外界過(guò)電壓尖峰干擾等造成的誤差。就數(shù)值大小而言，粗大誤差明顯超過(guò)正常條件下的誤差。當(dāng)發(fā)現(xiàn)粗大誤差時(shí)，應(yīng)予以剔除。

2.系統(tǒng)誤差：2023/2/35

系統(tǒng)誤差也稱(chēng)裝置誤差，它反映了測(cè)量值偏離真值的程度。凡誤差的數(shù)值固定或按一定規(guī)律變化者，均屬于系統(tǒng)誤差。系統(tǒng)誤差是有規(guī)律性的，因此可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法或引入修正值的方法計(jì)算修正，也可以重新調(diào)整測(cè)量?jī)x表的有關(guān)部件予以消除。

3.隨機(jī)誤差

在同一條件下，多次測(cè)量同一被測(cè)量，有時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)測(cè)量值時(shí)大時(shí)小，誤差的絕對(duì)值及正、負(fù)以不可預(yù)見(jiàn)的方式變化，該誤差稱(chēng)為隨機(jī)誤差，也稱(chēng)偶然誤差，它反映了測(cè)量值離散性的大小。隨機(jī)誤差是測(cè)量過(guò)程中許多獨(dú)立的、微小的、偶然的因素引起的綜合結(jié)果。存在隨機(jī)誤差的測(cè)量結(jié)果中，雖然單個(gè)測(cè)量值誤差的出現(xiàn)是隨機(jī)的，既不能用實(shí)驗(yàn)的方法消除，也不能修正，但是就誤差的整體而言，多數(shù)隨機(jī)誤差都服從正態(tài)分布規(guī)律。2023/2/36隨機(jī)誤差的正態(tài)分布規(guī)律2023/2/37長(zhǎng)度相對(duì)測(cè)量值次數(shù)統(tǒng)計(jì)第一章檢測(cè)技術(shù)的基本概念

第二章電阻傳感器

第三章電感傳感器

第四章電渦流傳感器

第五章電容傳感器

第六章壓電傳感器

第七章超聲波傳感器

第八章霍爾傳感器

第九章熱電偶傳感器

第十章光電傳感器

第十二章抗干擾技術(shù)第一節(jié)電阻應(yīng)變傳感器

導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外界力的作用下，會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形，其電阻值也將隨著發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱(chēng)為應(yīng)變效應(yīng)。電阻應(yīng)變傳感器主要由電阻應(yīng)變片、彈性元件及測(cè)量轉(zhuǎn)換電橋電路等組成。應(yīng)變片的應(yīng)用：P31應(yīng)變力式傳感器、應(yīng)變扭矩傳感器、應(yīng)變式荷重傳感器第二節(jié)測(cè)溫?zé)犭娮鑲鞲衅?/p>

一、金屬熱電阻的正溫度系數(shù)溫度升高，金屬內(nèi)部原子晶格的振動(dòng)加劇，從而使金屬內(nèi)部的自由電子通過(guò)金屬導(dǎo)體時(shí)的阻礙增大，宏觀上表現(xiàn)出電阻率變大，電阻值增加，稱(chēng)其為正溫度系數(shù)，即電阻值與溫度的變化趨勢(shì)相同。

熱電阻效應(yīng)——金屬或半導(dǎo)體的電阻隨溫度的變化而變化。測(cè)溫?zé)犭娮杩煞譃榻饘俸桶雽?dǎo)體兩大類(lèi)。P36金屬熱電阻材料的主要技術(shù)性能

二、熱敏電阻傳感器（簡(jiǎn)稱(chēng)熱敏電阻）

熱敏電阻分類(lèi)：負(fù)溫度系數(shù)（NTC，NegativeTemperatureCoefficient）、正溫度系數(shù)（PTC，PositiveTemperatureCoefficient）之分。

NTC又可分為兩大類(lèi)：第一類(lèi)的電阻值與溫度之間呈嚴(yán)格的負(fù)指數(shù)關(guān)系，因此可用于測(cè)量溫度：

第二類(lèi)為突變型（CTR）。當(dāng)溫度上升到某臨界點(diǎn)時(shí)，其電阻值突然下降，可用于控制溫度或抑制浪涌電流。第一章檢測(cè)技術(shù)的基本概念

第二章電阻傳感器

第三章電感傳感器

第四章電渦流傳感器

第五章電容傳感器

第六章壓電傳感器

第七章超聲波傳感器

第八章霍爾傳感器

第九章熱電偶傳感器

第十章光電傳感器

第十二章抗干擾技術(shù)第一節(jié)自感傳感器

電感傳感器可分為自感式和互感式兩大類(lèi)。電感式傳感器通常是指自感傳感器。自感系數(shù)常用L來(lái)表示，簡(jiǎn)稱(chēng)自感或電感。線圈的自感與線圈的直徑、長(zhǎng)短、匝數(shù)等因素有關(guān)。線圈面積越大、線圈越長(zhǎng)、單位長(zhǎng)度匝數(shù)越密，它的自感就越大。有鐵芯的線圈的自感比沒(méi)有鐵芯時(shí)大很多。自感的單位是亨利,簡(jiǎn)稱(chēng)亨,符號(hào)是H。常用的較小的單位有毫亨(mH)和微亨(μH)。自感傳感器的數(shù)值多為mH數(shù)量級(jí)。

電感傳感器的基本工作原理演示氣隙減小，電感變大，電流變小F自感式電感傳感器常見(jiàn)的形式

a）變隙式b）變截面角位移式c）螺線管式1－繞組2－鐵心3－銜鐵4－測(cè)桿

5－導(dǎo)軌6－工件7－轉(zhuǎn)軸4~20mA二線制輸出方式

所謂二線制儀表是指儀表與外界的聯(lián)系只需兩根導(dǎo)線。多數(shù)情況下，其中一根（紅色）為+24V電源線，另一根（黑色）既作為電源負(fù)極引線，又作為信號(hào)傳輸線。在信號(hào)傳輸線的末端通過(guò)一只標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載電阻（也稱(chēng)取樣電阻）接地（也就是電源負(fù)極），將電流信號(hào)轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)。

2023/2/3174~20mA二線制儀表接線方法P742023/2/3184~20mA4~20mA二線制數(shù)顯表外形及計(jì)算2023/2/319

在上一張圖中，若取樣電阻RL=500.0，則對(duì)應(yīng)于4~20mA的輸出電流，輸出電壓Uo為2~10V。

第一章檢測(cè)技術(shù)的基本概念

第二章電阻傳感器

第三章電感傳感器

第四章電渦流傳感器

第五章電容傳感器

第六章壓電傳感器

第七章超聲波傳感器

第八章霍爾傳感器

第九章熱電偶傳感器

第十章光電傳感器

第十二章抗干擾技術(shù)第一節(jié)電容式傳感器的工作原理及結(jié)構(gòu)形式

改變A、d、三個(gè)參量中的任意一個(gè)量，均可使平板電容的電容量C改變。固定三個(gè)參量中的兩個(gè)，可以做成三種類(lèi)型的電容傳感器。

2023/2/321電容傳感器的基本理想公式為一、變面積式電容傳感器

圖a是平板形直線位移式結(jié)構(gòu)，其中極板1可以左右移動(dòng)，稱(chēng)為動(dòng)極板。極板2固定不動(dòng)，稱(chēng)為定極板。圖b是同心圓筒形變面積式傳感器。外圓筒不動(dòng)，內(nèi)圓筒在外圓筒內(nèi)作上、下直線運(yùn)動(dòng)。圖c是一個(gè)角位移式的結(jié)構(gòu)。極板2的軸由被測(cè)物體帶動(dòng)而旋轉(zhuǎn)一個(gè)角位移

度時(shí)，兩極板的遮蓋面積A就減小，因而電容量也隨之減小。2023/2/322二、變極距式電容傳感器

當(dāng)動(dòng)極板受被測(cè)物體作用引起位移時(shí)，改變了兩極板之間的距離d，從而使電容量發(fā)生變化。

2023/2/323

實(shí)際使用時(shí)，總是使初始極距d0盡量小些，以提高靈敏度，但這也帶來(lái)了變極距式電容器的行程較小的缺點(diǎn)。變極距式電容傳感器的特性曲線

從圖中可以看到，為了提高靈敏度，應(yīng)使當(dāng)d0小些還是大些？當(dāng)變極距式電容傳感器的初始極距d0較小時(shí)，它的測(cè)量范圍變大還是變?。?023/2/324a）

結(jié)構(gòu)示意圖b）電容量與極板距離的關(guān)系1—定極板

2—?jiǎng)訕O板

三、變介電常數(shù)式

因?yàn)楦鞣N介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)不同，所以在電容器兩極板間插入不同介質(zhì)時(shí)，電容器的電容量也就不同。2023/2/325表5-1幾種介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)在電容器兩極板間插入干的紙和潮濕的紙時(shí)，哪一種情況下的電容量大？第一章檢測(cè)技術(shù)的基本概念

第二章電阻傳感器

第三章電感傳感器

第四章電渦流傳感器

第五章電容傳感器

第六章壓電傳感器

第七章超聲波傳感器

第八章霍爾傳感器

第九章熱電偶傳感器

第十章光電傳感器

第十二章抗干擾技術(shù)第一節(jié)壓電傳感器的工作原理壓電式傳感器的特點(diǎn)：是一種自發(fā)電式傳感器。它以某些電介質(zhì)的壓電效應(yīng)為基礎(chǔ)，在外力作用下，在電介質(zhì)表面產(chǎn)生電荷，從而實(shí)現(xiàn)電量電測(cè)的目的。壓電傳感元件是力敏感元件，它可以測(cè)量最終能變換為力的那些非電物理量，例如動(dòng)態(tài)力、振動(dòng)、加速度等，但不能用于靜態(tài)參數(shù)的測(cè)量。

一、壓電效應(yīng)天然結(jié)構(gòu)的石英晶體呈六角形晶柱，用金剛石刀具切割出一片正方形薄片。當(dāng)晶體薄片受到壓力時(shí)，晶格產(chǎn)生變形，表面產(chǎn)生電荷，電荷Q與所施加的力F成正比，這種現(xiàn)象稱(chēng)為壓電效應(yīng)。還有一些人造材料也具有壓電效應(yīng)。若在電介質(zhì)的極化方向上施加交變電壓，它就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形。當(dāng)去掉外加電場(chǎng)時(shí)，電介質(zhì)的變形隨之消失，這種現(xiàn)象稱(chēng)為逆壓電效應(yīng)（電致伸縮效應(yīng)）。第一章檢測(cè)技術(shù)的基本概念

第二章電阻傳感器

第三章電感傳感器

第四章電渦流傳感器

第五章電容傳感器

第六章壓電傳感器

第七章超聲波傳感器

第八章霍爾傳感器

第九章熱電偶傳感器

第十章光電傳感器

第十二章抗干擾技術(shù)第一節(jié)超聲波物理基礎(chǔ)

頻率高于20kHz的機(jī)械振動(dòng)波稱(chēng)為超聲波。它的指向性很好，能量集中，因此穿透本領(lǐng)大，能穿透幾米厚的鋼板，而能量損失不大。在遇到兩種介質(zhì)的分界面（例如鋼板與空氣的交界面）時(shí)，能產(chǎn)生明顯的反射和折射現(xiàn)象，超聲波的頻率越高，其聲場(chǎng)指向性就愈好。2023/2/330超聲波液位計(jì)原理P1681—液面2—直管3—空氣超聲探頭4—反射小板5—電子開(kāi)關(guān)2023/2/3第一章檢測(cè)技術(shù)的基本概念

第二章電阻傳感器

第三章電感傳感器

第四章電渦流傳感器

第五章電容傳感器

第六章壓電傳感器

第七章超聲波傳感器

第八章霍爾傳感器

第九章熱電偶傳感器

第十章光電傳感器

第十二章抗干擾技術(shù)第一節(jié)霍爾元件的結(jié)構(gòu)及工作原理

霍爾效應(yīng):半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于薄片，當(dāng)有電流I流過(guò)薄片時(shí)，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)EH，導(dǎo)電薄膜越薄，靈敏度就越高。

第二節(jié)霍爾集成電路

霍爾集成電路可分為線性型和開(kāi)關(guān)型兩大類(lèi)。

線性型集成電路是將霍爾元件和恒流源、線性差動(dòng)放大器等做在一個(gè)芯片上，輸出電壓為伏級(jí)，比直接使用霍爾元件方便得多。較典型的線性型霍爾器件如UGN3501等。線性型三端霍爾集成電路第一章檢測(cè)技術(shù)的基本概念

第二章電阻傳感器

第三章電感傳感器

第四章電渦流傳感器

第五章電容傳感器

第六章壓電傳感器

第七章超聲波傳感器

第八章霍爾傳感器

第九章熱電偶傳感器

第十章光電傳感器

第十二章抗干擾技術(shù)熱電偶工作原理演示

結(jié)論：當(dāng)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)溫度不相同時(shí)，回路中將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。

熱電極A右端稱(chēng)為：自由端（參考端、冷端）

第二節(jié)熱電偶的工作原理

左端稱(chēng)為：測(cè)量端（工作端、熱端）

熱電極B熱電動(dòng)勢(shì)AB有關(guān)熱電動(dòng)勢(shì)的幾個(gè)結(jié)論1）如果熱電偶兩根電極材料相同，即使兩端溫度不同（t≠t0），但總輸出熱電動(dòng)勢(shì)仍為零。因此必須由兩種不同材料才能構(gòu)成熱電偶。

2）如果熱電偶兩結(jié)點(diǎn)溫度相同，則回路總的熱電動(dòng)勢(shì)必然等于零。兩結(jié)點(diǎn)溫差越大，熱電動(dòng)勢(shì)越大。

3）式中未包含與熱電偶的尺寸形狀有關(guān)的參數(shù)，所以熱電動(dòng)勢(shì)的大小只與材料和結(jié)點(diǎn)溫度有關(guān)。

熱電偶的兩個(gè)熱電極必須是不同材料的均質(zhì)導(dǎo)體，產(chǎn)生的熱電勢(shì)僅僅與兩結(jié)點(diǎn)溫度有關(guān)，與中間溫度無(wú)關(guān)，與熱電偶的形狀和尺寸無(wú)關(guān)。第四節(jié)熱電偶冷端的延長(zhǎng)

采用相對(duì)廉價(jià)的補(bǔ)償導(dǎo)線，可延長(zhǎng)熱電偶的冷端，使之遠(yuǎn)離高溫區(qū)；可節(jié)約大量貴金屬；易彎曲，便于敷設(shè)。

補(bǔ)償導(dǎo)線在0～100℃范圍內(nèi)的熱電動(dòng)勢(shì)與配套的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)相等，所以不影響測(cè)量準(zhǔn)確度。第一章檢測(cè)技術(shù)的基本概念

第二章電阻傳感器

第三章電感傳感器

第四章電渦流傳感器

第五章電容傳感器

第六章壓電傳感器

第七章超聲波傳感器

第八章霍爾傳感器

第九章熱電偶傳感器

第十章光電傳感器

第十二章抗干擾技術(shù)光電效應(yīng)的分類(lèi)第一類(lèi)：在光線的作用下能使電子逸出物體表面的現(xiàn)象稱(chēng)為外光電效應(yīng)，基于外光電效應(yīng)的光電元件有光電管、光電倍增管、光電攝像管等。第二類(lèi)：在光線的作用下能使物體的電阻率改變的現(xiàn)象稱(chēng)為內(nèi)光電效應(yīng)，也稱(chēng)為光電導(dǎo)效應(yīng)。基于內(nèi)光電效應(yīng)的光電元件有光敏電阻、光敏二極管、光敏晶體管及光敏晶閘管等。第三類(lèi)：在光線的作用下，物體產(chǎn)生一定方向電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象稱(chēng)為光生伏特效應(yīng)，基于光生伏特效應(yīng)的光電元件有光電池等。第一類(lèi)光電元件屬于玻璃真空管元件，第二、三類(lèi)屬于半導(dǎo)體元件。光敏三極管光控繼電器電路

當(dāng)無(wú)光照時(shí)，V1截止，IΦ=0，則V2處于什么狀態(tài)？繼電器KA吸合還是釋放？如果將V1與Rb2位置上下對(duì)調(diào)，其結(jié)果如何？

P232

2023/2/341第一章檢測(cè)技術(shù)的基本概念

第二章電阻傳感器

第三章電感傳感器

第四章電渦流傳感器

第五章電容傳感器

第六章壓電傳感器

第七章超聲波傳感器

第八章霍爾傳感器

第九章熱電偶傳感器

第十章光電傳感器

第十二章抗干擾技術(shù)噪聲源及干擾源1.機(jī)械騷擾機(jī)械振動(dòng)或沖擊使電子檢測(cè)裝置中的元件發(fā)生振動(dòng)，改變了系統(tǒng)的電氣參數(shù)，造成可逆或不可逆的影響。對(duì)于機(jī)械騷擾，可選用專(zhuān)用減振彈簧-橡膠墊腳或吸振橡膠海綿墊來(lái)降低系統(tǒng)的諧振頻率，吸收振動(dòng)的能量，從而減小系統(tǒng)的振幅。

橡膠海綿軟墊橡膠墊腳及彈簧2.濕度及化學(xué)騷擾

當(dāng)環(huán)境相對(duì)濕度增加時(shí)，物體表面就會(huì)附著一層水膜，并滲入材料內(nèi)部，降低了絕緣強(qiáng)度，造成了漏電、擊穿和短路現(xiàn)象；潮濕還會(huì)產(chǎn)生原電池電化學(xué)干擾電壓。某些化學(xué)物品如酸、堿、鹽、各種腐蝕性氣體以及沿海地區(qū)的鹽霧也會(huì)造成與潮濕類(lèi)似的漏電腐蝕現(xiàn)象，必須采取以下措施來(lái)加以保護(hù)：浸漆、密封、定期通電加熱驅(qū)潮等。用絕緣漆浸漬過(guò)的控制變壓器浸漆可防止水分進(jìn)入線圈內(nèi)部3.熱騷擾

熱量，特別是溫度波動(dòng)以及不均勻的溫度場(chǎng)對(duì)檢測(cè)裝置的干擾主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：元件參數(shù)的變化（溫漂）、接觸熱電勢(shì)干擾、元器件長(zhǎng)期在高溫下工作時(shí)，引起壽命和耐壓等級(jí)降低等?？朔岣蓴_的防護(hù)措施有：選用低溫漂元件，采取軟、硬件溫度補(bǔ)償措施，選用低功耗、低發(fā)熱元件，提高元器件規(guī)格余量，儀器的前置輸入級(jí)遠(yuǎn)離發(fā)熱元件，加強(qiáng)散熱、采用熱屏蔽等。4.固有噪聲騷擾

在電路中，電子元件本身產(chǎn)生的、具有隨機(jī)性、寬頻帶的噪聲稱(chēng)為固有噪聲。最重要的固有噪聲源是電阻熱噪聲、半導(dǎo)體散粒噪聲和接觸噪聲等。固有噪聲可以從喇叭或耳機(jī)中反映出來(lái)，但更多的時(shí)候是反映在輸出電壓的無(wú)規(guī)律跳變上。5.電、磁噪聲騷擾

電磁波可以通過(guò)電網(wǎng)以及直接輻射的形式傳播到離這些噪聲源很遠(yuǎn)的檢測(cè)裝置中。在工頻輸電線附近也存在強(qiáng)大的交變電場(chǎng)，在強(qiáng)電流輸電線附近存在干擾磁場(chǎng)，他們將對(duì)靈敏的檢測(cè)裝置造成干擾。由于這些干擾源功率強(qiáng)大，要消除他們的影響較為困難，必須采取多種措施來(lái)防護(hù)，見(jiàn)下述。

第三節(jié)幾種電磁兼容控制技術(shù)抗電磁干擾技術(shù)有