1、第14章參數檢測14.1概述14.1.1檢測技術在國民經濟中的地位和作用計量科學已成為現(xiàn)代生產的支柱之一，是整個科學技術和國民經濟的重要技術基礎。它在促進生產力發(fā)展和社會進步方面發(fā)揮著重要作用。以信息采集、轉換、顯示和處理為主要內容的傳感器和檢測技術已經發(fā)展成為一門完整的技術學科，對促進生產力發(fā)展、科技進步和社會進步發(fā)揮著重要作用。也就是說，利用物質的物理、化學或生物特性，對被測對象的信息進行提取、轉換和處理，獲得定性或定量結果的過程測量通常包括兩個過程：一是轉換過程；二是比較過程、比率、標準量(計量單位)、測量結果、測量結果。通過測量過程獲得的測量量稱為測量結果。測量結果有多種表達方式，如數

2、值、曲線或圖形。測量結果應包括兩部分：比值和測量單位、測量方法和分類。根據測量方法的不同，獲得比值的方法可分為：直接測量法、間接測量法和組合測量法；測量方法的分類；直接測量：一種測量方法，使用根據已知標準校準的測量儀器測量未知量，無需任何計算即可直接獲得測量結果。例如用電流表測量電路的電流；用彈簧管壓力表測量壓力。直接測量的優(yōu)點：測量過程簡單快速。缺點：測量精度不高。間接測量：首先直接測量待測的具有精確函數關系的物理量，然后通過已知的函數關系得到未知量，即需要通過某種函數關系將測量值轉化為確定測量值的測量方法。例如，在DC電路中，直接測量負載的電流和電壓，然后根據功率的函數關系計算負載消耗的電

3、功率。間接測量的特點是：測量過程復雜，測量時間長，需要計算才能得到最終的測量結果。間接測量一般用于直接測量不方便、直接測量誤差大或不能直接測量的場合。組合測量：在測量中，每個未知量和被測量以不同的組合形式出現(xiàn)(包括改變測量條件以獲得這種不同的組合關系)，并根據直接測量或間接測量獲得的測量數據，求解一組聯(lián)立方程的測量方法獲得未知量數據。在組合測量中，未知量和測量量之間存在已知的函數關系。例如，為了確定電阻的溫度系數，可以使用電阻值和溫度之間的關系。組合測量的特點是它是一種特殊的精度測量方法，操作過程復雜，耗時長，但容易達到較高的精度。組合測量主要用于科學實驗或有特殊要求的場合。根據測量方法的不同

4、，測量方法的分類可分為偏差式測量、零位式測量和毫秒式測量。例如，使用彈簧壓力表來檢測壓力。特點：偏差測量的測量過程簡單快速，但測量結果的準確性較低。零位測量：零位儀的零位反映了測量系統(tǒng)的平衡狀態(tài)，當測量系統(tǒng)平衡時，測量值由已知的標準量決定。例如，天平測量物體的質量，電位計測量電壓。特點：零位測量可以獲得較高的測量精度，但測量過程復雜耗時，適用于測量變化緩慢的信號。差分測量：它結合了偏差測量和零點測量的優(yōu)點。標準數量特點：差動測量的標準量具安裝在儀器中，直接參與比較，省去了零位測量中反復調整平衡標準量的步驟，只測量它們之間的差值。差動測量具有偏差測量速度快、零位測量精度高的優(yōu)點，特別適用于在線控

5、制參數測量。根據測量精度的不同要求，測量方法的分類可分為等精度測量和非等精度測量(對于多次測量)。思考：影響測量精度的主要因素是什么？測量環(huán)境、測量儀器、測量方法、測量人員和其他精密測量：在相同的測量環(huán)境下，使用相同的儀器和測量方法進行重復測量。不等精度測量：用不同的精密儀器或不同的測量方法，或在不同的環(huán)境條件下，多次重復相同的測量。根據被測測量的變化速度，測量方法的分類可分為靜態(tài)測量和動態(tài)測量。如果測量值是固定的，或者在測量過程中只有輕微的變化，則測量值稱為靜態(tài)測量值。靜態(tài)測量不需要考慮時間因素。如果測量值隨時間變化，則測量值稱為動態(tài)測量值。動態(tài)測量必須考慮時間因素對測量結果的影響，即測量結

6、果必須包含時間。根據測量敏感元件是否與被測介質接觸，測量方法可分為接觸測量和非接觸測量；否則，它被稱為非接觸測量。通信與微觀思維、測量系統(tǒng)、測量系統(tǒng)是由傳感器與數據傳輸環(huán)節(jié)、數據處理環(huán)節(jié)和數據顯示環(huán)節(jié)等結合而成的有機整體。以達到信號測量的目的。開環(huán)測量系統(tǒng)閉環(huán)測量系統(tǒng)有兩個通道：前向通道和反饋通道，14.1.3工業(yè)檢測的主要內容，14.2參數測量的一般方法，參數測量是基于自然規(guī)律(包括守恒定律、場論定律、物質定律、統(tǒng)計定律和各種效應)利用敏感元素獨特的物理、化學或生物效應，將測量的變化轉化為一定物理量(化學量或生物量)發(fā)生不同變化的敏感元素， 而實現(xiàn)參數測量的方法一般是不同的，主要包括：機械方

7、法、熱學方法、電學方法、聲學方法、光學方法、磁學方法、射線生物學方法、14.2.1過程參數檢測，(1)溫度檢測，這是一種表征物體冷熱程度的物理方法。溫度測量和控制是許多生產系統(tǒng)中必不可少的環(huán)節(jié)。 溫度不能直接測量。間接測溫方法可分為兩類：接觸式和非接觸式。接觸式溫度測量要求溫度敏感元件與被測物體接觸，并依靠熱傳導進行熱交換。當被測介質和感溫元件達到熱平衡時，感溫元件和被測介質的溫度相等。這種溫度傳感器具有結構簡單、工作可靠、測量精度高、穩(wěn)定性好、價格低廉等優(yōu)點。缺點是不適合測量運動物體，溫度測量范圍受溫度傳感元件材料特性的限制，被測物體的溫度場受接觸式傳感器的影響。在非接觸式溫度測量中，感溫元

8、件不與被測物體接觸，通過熱輻射實現(xiàn)熱交換。非接觸式溫度測量可以測量高溫、腐蝕性、有毒、移動物體和固體或液體表面的溫度，并且不干擾測量的溫度場。缺點是測量精度低，測量距離和中間介質對使用中的測量結果有影響。溫度檢測的常用方法(2)壓力檢測(3)流量檢測，速度流量檢測方法：流量測量是通過測量流經管道中已知橫截面積的流體的流速來實現(xiàn)的。體積流量測量方法：有兩種質量流量檢測方法，根據已知體積的腔室每單位時間排出流體的次數來測量流體流量。一種是通過根據質量流量和體積流量之間的關系將測量的流體相乘來測量體積流量。另一種是直接測量流體質量流量的方法，(4)液位檢測，直讀：根據流體連通原理測量液位；浮力型：根

9、據浮子高度隨液位變化的原理測量液位(恒定浮力型)，或液體對浸沒在其中的浮子的浮力隨液位高度變化的原理測量液位(可變浮力型)。差壓式：根據液柱或物料堆積高度變化引起某一點靜(差)壓變化的原理來測量料位。電氣式：根據將料位變化轉化為各種電量變化的原理來測量料位，如電容式液位傳感器。核輻射類型：根據同位素射線的核輻射穿過材料時強度隨材料層厚度而變化的原理來測量材料的水平。聲學型：根據聲阻抗的變化和電平變化引起的反射距離來測量電平，如超聲波電平傳感器。其他形式：其他類型的液位傳感器包括微波、超聲波、激光、射流、光纖等。成分分析和物性檢測，成分分析一般針對氣體成分和含量，而物性檢測則針對液體濃度和空間濕

10、度，氣體成分檢測和濃度檢測。電導率法是一種常用的測量液體濃度的方法，其原理是不同的電解質溶液會導致不同的電導率。對于一定組成的電解質溶液，電導率與濃度的關系是：在低濃度區(qū)，隨著濃度的增加，電導率降低；在高濃度區(qū)，隨著濃度的增加，電導率降低，電導率與濃度呈線性關系。電導率法更適合低濃度或高濃度測量，但不適合中等濃度測量。濕度檢測、14.2.2機械參數檢測、位移檢測模擬測量：常用的傳感器包括電阻傳感器、電感傳感器、電容傳感器、渦流傳感器、光電傳感器和光纖傳感器、超聲波傳感器、激光和輻射傳感器、薄膜傳感器等。將上述傳感器與相應的測量電路相結合，即工程上常用的測量儀器和儀表，如電阻位移計、電感測微計、

11、電容測微計、電容液位計等數字測量，主要是指在數控機床、三坐標測量儀等精密數控設備中將線位移或角位移轉換成數字脈沖信號輸出的測量方法。常用的轉換器件包括感應同步器、旋轉變壓器、磁尺、光柵和各種脈沖編碼器等。根據不同的分類標準，轉速檢測、速度檢測和速度檢測可分為線速度測量和角速度測量；根據運動速度的參考標準，可分為絕對速度測量和相對速度測量；根據速度的數值特征，可分為平均速度測量和瞬時速度測量；根據獲取物體運動速度的方式，可分為直接速度測量和間接速度測量。根據速度的定義，平均速度是通過測量物體的移動距離L和通過該距離的時間T來計算的。如果可以通過加速度積分方法或位移微分方法來測量運動物體的加速度或

12、位移，則可以通過測量結果對時間進行積分或微分來獲得速度值。這種方法的典型應用是使用加速度計測量用物理參數測量速度利用速度和某些物理量之間的已知關系，可以間接測量物體的運動速度?；诙嗥绽招眠\動物體的信號反射功能測量發(fā)射和接收信號的頻率，可以實現(xiàn)速度測量。物體的機械振動是指物體在其平衡位置附近的往復運動。振動會在短時間內通過加速導致過大的慣性力超過強度極限，導致慣性物體產生裂紋或永久變形。振動檢測的種類很多，根據被檢測的振動參數不同，有振動位移傳感器、振動速度傳感器和振動加速度傳感器。常用的振動檢測方法差動變壓器法，利用線性位移差動變壓器將鐵芯兩端用彈簧片固定在被測物體上，振動加速度使鐵

13、芯相對線圈位移，從而獲得輸出信號。這種方法要求差動變壓器初級側的交流信號頻率遠高于振動頻率。渦流法渦流法適用于測量金屬物體的微小位移。當由彈簧片和金屬塊組成的懸臂梁振動時，上下扁平線圈的電感周期性變化。如果在懸臂梁上安裝應變儀，可以根據梁的彎曲變形測量振動加速度和振動頻率。壓電效應法質量由彈簧板支撐在底座上，壓電元件附著在彈簧板上。當基座振動時，彈簧板在質量的慣性力作用下反復彎曲，壓電元件起到能量轉換的作用。厚度檢測屬于長度測量。在許多情況下，可以通過測量長度或位移來實現(xiàn)。例如，傳感器的輸出信號由厚度參數直接調制，即測量絕對厚度，如低頻透射渦流厚度測量、超聲波厚度測量、微波厚度測量、核輻射厚度

14、測量等。另一種厚度測量方法是相對厚度測量，例如極距可變電容傳感器或高頻反射渦流傳感器。14.2.3其他參數檢測、化學量檢測化學量檢測是指檢測儀器或設備根據一定的化學規(guī)律或作用，如化學反應原理等，對被測對象進行檢測。生物量檢測生物量檢測是根據一定的生物學規(guī)律，如生物免疫原理、酶催化反應原理等，利用檢測儀器或設備對被測對象進行檢測。14.3隨著檢測技術的發(fā)展和測量質量的不斷提高，檢測系統(tǒng)的測量精度、可靠性和量程都有所提高，系統(tǒng)的使用壽命也有所延長。新的測量技術不斷涌現(xiàn)。隨著生物傳感器和仿生傳感器研究的進展以及新的物理現(xiàn)象和效應的發(fā)現(xiàn)，許多新的測量技術應運而生。拓展檢測領域測量系統(tǒng)的智能化和自動化水平，不斷完善各種檢測和信息處理技術的集成