電氣檢測技術(shù).第1頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二電氣檢測技術(shù)2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)第2頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二電氣檢測技術(shù)3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)。

第3頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二電氣檢測技術(shù)4傳感器的定義1、傳感器是一種裝置，能完成檢測任務(wù)；

2、輸出量與某一被測量有對應(yīng)關(guān)系的量，且具有一定的精度；

3、對應(yīng)的量的關(guān)系包括物理量、光、電氣、化學(xué)量、生物量等。第4頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二電氣檢測技術(shù)5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)換電路輸出變化第5頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二電氣檢測技術(shù)6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))

第6頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二電氣檢測技術(shù)73、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；

第7頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二電氣檢測技術(shù)85、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(dǎo)體式；第8頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二電氣檢測技術(shù)9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(shí)間變化較快。第9頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二電氣檢測技術(shù)10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)第10頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二電氣檢測技術(shù)116、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(shí)間、抗干擾穩(wěn)定性；

8、靜態(tài)誤差(精度)；

9、動態(tài)特性。第11頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二電氣檢測技術(shù)124.1電阻式傳感器

功能：將相關(guān)非電量(位移、壓力、加速度、流量等)變換成與電阻阻值相關(guān)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(yīng)變傳感器；

4、壓阻傳感器；

5、金屬電阻傳感器；第12頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二電氣檢測技術(shù)13一、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：第13頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二電氣檢測技術(shù)14特點(diǎn)

1、制作時(shí)，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。

第14頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二電氣檢測技術(shù)151、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(shí)(如圖)：

第15頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二電氣檢測技術(shù)16空載輸出電壓電壓靈敏度：

電阻靈敏度：ρ、A

、t：導(dǎo)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

第16頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二電氣檢測技術(shù)17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(gè)階躍，其階躍值為：

ΔU=Umax/N

第17頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二電氣檢測技術(shù)182、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

第18頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二電氣檢測技術(shù)19

非線性誤差δl

：令可得：第19頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二電氣檢測技術(shù)203、線性電位器傳感器的應(yīng)用

特點(diǎn)：整個(gè)量程范圍內(nèi)，單位長度上的電阻值處處相等，只要是能轉(zhuǎn)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。第20頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二電氣檢測技術(shù)21電位器式數(shù)字位移測量儀的原理圖第21頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二電氣檢測技術(shù)22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(shí)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。

第22頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二電氣檢測技術(shù)23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。

第23頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二電氣檢測技術(shù)24二、非線性電位器傳感器第24頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二電氣檢測技術(shù)25三、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)。

第25頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二電氣檢測技術(shù)26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。第26頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二電氣檢測技術(shù)271、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。第27頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二電氣檢測技術(shù)28應(yīng)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(yīng)變

為橫向應(yīng)變。

第28頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二電氣檢測技術(shù)292、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。

第29頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二電氣檢測技術(shù)30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(jià)格低廉，品種繁多，便于選擇和大量使用第30頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二電氣檢測技術(shù)31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。第31頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二電氣檢測技術(shù)323、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(shí)，阻值變化為：

第32頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二電氣檢測技術(shù)33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。第33頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二電氣檢測技術(shù)344、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

第34頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二電氣檢測技術(shù)35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：第35頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二電氣檢測技術(shù)36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)。

第36頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二電氣檢測技術(shù)375、電橋的零位調(diào)整串聯(lián)法、并聯(lián)法