1、第14章參數(shù)檢測,14.1 概述,14.1.1 檢測技術在國民經(jīng)濟中的地位和作用 測量科學已成為現(xiàn)代化生產(chǎn)的支柱之一，也是整個科學技術和國民經(jīng)濟的一項重要技術基礎，它對促進生產(chǎn)力發(fā)展與社會進步起到舉足輕重的作用 以信息的獲取、轉(zhuǎn)換、顯示和處理為主要內(nèi)容的傳感器與檢測技術已經(jīng)發(fā)展成為一門完整的技術學科，在促進生產(chǎn)力發(fā)展和科技、社會進步的廣闊領域內(nèi)發(fā)揮著重要作用,14.1.2 參數(shù)檢測的基本概念,測量：以確定被檢測值為目的的一系列操作，即利用物質(zhì)的物理的、化學的或生物的特性，對被測對象的信息進行提取、轉(zhuǎn)換以及處理，獲得定性或定量結(jié)果的過程 測量通常包括兩個過程：一是轉(zhuǎn)換過程；二是比較過程,比值,標

2、準量（測量單位）,測量結(jié)果,測量結(jié)果,經(jīng)測量過程所獲得的被測量的量值稱為測量結(jié)果 測量結(jié)果有多種表示方式，如數(shù)值、曲線或圖形等 測量結(jié)果應包括兩個部分：比值和測量單位,測量方法及分類,測量方法就是將被測量與標準量進行比較，從而得出比值的方法 根據(jù)測量方式的不同可分為：直接測量、間接測量和組合測量,測量方法的分類,直接測量：用按已知標準標定好的測量儀器對某一未知量進行測量，不需要經(jīng)過任何運算就能直接得出測量結(jié)果的測量方法。如用電流表測量電路的電流；用彈簧管壓力表測量壓力等。 直接測量的優(yōu)點：測量過程簡單、迅速。缺點：測量精度不高。 間接測量：首先對與被測量有確切函數(shù)關系的物理量進行直接測量，然后

3、通過已知的函數(shù)關系，求出該未知量，即需要將被測量值經(jīng)過某種函數(shù)關系變換才能確定被測量值的測量方法。如在直流電路中，直接測出負載的電流和電壓，然后根據(jù)功率的函數(shù)關系，求出負載消耗的電功率。 間接測量的特點：測量過程復雜、測量所需時間較長，需要進行計算才能得出最終的測量結(jié)果。間接測量一般用于直接測量不方便、直接測量的誤差較大或不能進行直接測量的場合。 組合測量：在測量中，使各個待求未知量和被測量經(jīng)不同的組合形式出現(xiàn)(包括改變測量條件來獲得這種不同的組合關系)，根據(jù)直接測量或間接測量所得到的被測量數(shù)據(jù)，通過解一組聯(lián)立方程而求出未知量的數(shù)據(jù)的測量方法。組合測量中，未知量與被測量間存在已知的函數(shù)關系。

4、例如，為了確定電阻的溫度系數(shù)，可利用電阻值與溫度間的關系： 組合測量的特點：是一種特殊的精密測量方法，操作手續(xù)復雜、花費時間較長，但易達到較高精度。組合測量多用于科學實驗或一些特殊要求的場合。,測量方法的分類,根據(jù)測量方法的不同可分為：偏差式測量、零位式測量和微差式測量 偏差式測量:用儀表指針的位移（即偏差）表示被測量量值的測量方法。如用彈簧壓力表檢測壓力。 特點：偏差式測量的測量過程簡單、迅速，但測量結(jié)果的精度較低。 零位式測量：用指零儀表的零位反映測量系統(tǒng)的平衡狀態(tài)，在測量系統(tǒng)平衡時，用已知的標準量決定被測量的量值。如天平測量物體的質(zhì)量、電位差計測量電壓等。 特點：零位式測量可以獲得比較高

5、的測量精度，但測量過程比較復雜，費時較長，適用于測量變化緩慢的信號。 微差式測量：綜合了偏差式測量與零位式測量的優(yōu)點。零位式測量中的標準量不可能都是連續(xù)可調(diào)的，因而難以與被測量完全平衡，實際測量時必定存在差值。微差式測量只要求標準量與被測量接近（零位式測量），再用指標儀表測量標準量與被測量的微小差值（偏差式測量）。 特點：微差式測量的標準量具裝在儀表內(nèi)并直接參與比較，省去了零位式測量中反復調(diào)節(jié)標準量以求平衡的步驟，只需測量兩者的差值。微差式測量兼有偏差式測量速度快和零位式測量精度高的優(yōu)點，特別適用于在線控制參數(shù)的測量。,測量方法的分類,根據(jù)測量精度要求的不同可分為：等精度測量和非等精度測量（針

6、對多次測量而言） 思考：影響測量精度的主要因素有哪些？ 測量環(huán)境 測量儀表 測量方法 測量人員 等精度測量：在同一測量環(huán)境下，用相同儀表與測量方法對同一被測量進行多次重復測量。 非等精度測量：用不同精度的儀表或不同的測量方法，或在環(huán)境條件不同（相差很大）時，對同一被測量進行多次重復測量。,測量方法的分類,根據(jù)被測量變化的快慢可分為：靜態(tài)測量和動態(tài)測量 如果被測量在測量過程中是固定不變的，或只有微小的變化，對這種被測量的測量稱為靜態(tài)測量。靜態(tài)測量不需要考慮時間因素。 如果被測量在測量過程中是隨時間不斷變化的，對這種被測量的測量稱為動態(tài)測量。動態(tài)測量必須考慮時間因素對測量結(jié)果的影響，即測量結(jié)果中一

7、定包含有時間量。,測量方法的分類,根據(jù)測量敏感元件是否與被測介質(zhì)接觸可分為：接觸式測量和非接觸式測量 接觸式測量是指測量敏感元件與被測介質(zhì)直接接觸的測量； 否則，稱為非接觸式測量。,交流與微思考,測量系統(tǒng),測量系統(tǒng)就是由傳感器與數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)、數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)和數(shù)據(jù)顯示環(huán)節(jié)等組合在一起，為了完成信號測量目標所形成的一個有機整體。,測量系統(tǒng)的類型,開環(huán)測量系統(tǒng) 閉環(huán)測量系統(tǒng),相對誤差,閉環(huán)測量系統(tǒng)有兩個通道：一個正向通道，一個反饋通道,14.1.3 工業(yè)檢測的主要內(nèi)容,14.2參數(shù)測量的一般方法,參數(shù)的測量是以自然規(guī)律（包括守恒定律、場的定律、物質(zhì)定律、統(tǒng)計法則以及各種效應）為基礎，利用敏感元件特有的

8、物理、化學或生物等效應，把被測量的變化轉(zhuǎn)換為敏感元件的某一物理量（化學量，或生物量）的變化 不同的敏感元件，其實現(xiàn)參數(shù)測量的方法一般也不同，主要包括： 力學法 熱學法 電學法 聲學法 光學法 磁學法 射線法 生物法,14.2.1 過程參數(shù)檢測,（1）溫度檢測,溫度是表征物體冷熱程度的物理量。對溫度的測量和控制是許多生產(chǎn)系統(tǒng)必不可少的環(huán)節(jié)。 溫度不能直接加以測量。溫度的間接測量方法可分為接觸式和非接觸式兩大類 接觸式測溫要求溫度敏感元件與被測對象接觸，依靠熱傳導來進行熱交換，當被測介質(zhì)與感溫元件達到熱平衡時，溫度敏感元件與被測介質(zhì)的溫度相等。這類溫度傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、測量精度高、穩(wěn)定

9、性好、價格低廉等優(yōu)點；缺點是有較大的滯后現(xiàn)象，不適宜測量運動物體，測溫范圍受到感溫元件材料性質(zhì)的限制，被測對象的溫度場受接觸傳感器的影響。 非接觸式測溫時溫度敏感元件不與被測對象接觸，通過熱輻射實現(xiàn)熱交換。非接觸式測溫可測高溫、腐蝕、有毒、運動物體以及固體或液體表面的溫度，不干擾被測溫度場，缺點是測量精度較低、使用中測量距離和中間介質(zhì)對測量結(jié)果有影響。,溫度檢測的常用方法,（2）壓力檢測,（3）流量檢測,速度式流量檢測方法：通過測量流體在管路內(nèi)已知截面積流過的流速大小來實現(xiàn)流量的測量 容積式流量測量法：根據(jù)已知容積的容室在單位時間內(nèi)所排出流體的次數(shù)來測量流體的流量的 質(zhì)量式流量檢測方法有兩種，

10、一種是根據(jù)質(zhì)量流量與體積流量的關系，測出體積流量再乘被測流體的密度的間接質(zhì)量流量檢測；另一種是直接測量流體質(zhì)量流量的方法,（4）物位檢測,直讀式：它根據(jù)流體的連通性原理來測量液位； 浮力式：它根據(jù)浮子高度隨液位高低而改變（恒浮力式）或液體對沉浸在其中的浮筒的浮力隨液位高度變化而變化（變浮力式）的原理來測量液位。 差壓式：它根據(jù)液柱或物料堆積高度變化對某點上產(chǎn)生的靜（差）壓力的變化的原理測量物位。 電學式：它根據(jù)把物位變化轉(zhuǎn)換成各種電量變化的原理來測量物位，如電容式液位傳感器。 核輻射式：它根據(jù)同位素射線的核輻射透過物料時，其強度隨物質(zhì)層的厚度變化而變化的原理來測量物位。 聲學式：它根據(jù)物位變化

11、引起聲阻抗和反射距離變化來測量物位，如超聲波物位傳感器。 其它形式：其它形式的物位傳感器有微波式、超聲波式、激光式、射流式、光纖式等。,（5）成分分析與物性檢測,成分分析一般針對氣體組成及含量 物性檢測則針對液體的濃度及空間的濕度,氣體成分檢測,濃度的檢測,電導法是進行液體濃度測量的一種常用方法，它是基于電解質(zhì)溶液的成分以及濃度的不同可引起不同的導電率的原理來進行測量的 對于一種確定成分的電解質(zhì)溶液，其電導率跟濃度的關系是：在低濃度區(qū)域，隨濃度的增大，溶液的電導率也增大，兩者近似為線性關系；在高濃度區(qū)域，隨濃度的增大，溶液的電導率減小，兩者也近似成線性關系 電導法較適合于低濃度或高濃度的測量，

12、對中等濃度測量不太適合。,濕度的檢測,14.2.2 機械量參數(shù)檢測,位移檢測 模擬式測量：常用的傳感器有電阻式傳感器、電感式傳感器、電容式傳感器、電渦流式傳感器、光電式傳感器及光導纖維傳感器、超聲波傳感器、激光及輻射式傳感器、薄膜傳感器等。將上述傳感器與相應的測量電路結(jié)合在一起，即組成工程中常用的測量儀器和儀表，如電阻式位移計、電感測微儀、電容測微儀、電容液位計等 數(shù)字式測量：主要是指在精密數(shù)控裝置如數(shù)控機床和三坐標測量儀等設備中，將直線位移或角位移轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖信號輸出的測量方法。常用的轉(zhuǎn)換裝置有感應同步器、旋轉(zhuǎn)變壓器、磁尺、光柵和各種脈沖編碼器等,轉(zhuǎn)速檢測,速度檢測,速度檢測根據(jù)不同的分類

13、標準有多種檢測類型， 根據(jù)物體運動的形式可分為線速度測量和角速度測量； 根據(jù)運動速度的參考基準可分為絕對速度測量和相對速度測量； 根據(jù)速度的數(shù)值特征可分為平均速度測量和瞬時速度測量； 根據(jù)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。,速度的測量方法,定義法 該方法是根據(jù)速度的定義，通過測量物體的運動距離L和通過該距離的時間T來計算平均速度。 加速度積分法或位移微分法 如果能夠測量到運動物體的加速度或位移，則可通過測量結(jié)果對時間進行積分或微分得到速度值。這種方法的典型應用是在振動測量中，應用加速度計測得振動體的加速度；應用振幅計測得振動體位移。 利用物理參數(shù)測量速度 利用速度大小與某

14、些物理量間已知的關系可以間接地測量物體的運動速度 多普勒效應測速度 基于多普勒效應，利用運動物體的信號反射功能測量發(fā)射信號和接收信號的頻率結(jié)果可以實現(xiàn)速度測量。,振動檢測,物體的機械振動是指物體在其平衡位置附近作來回往復運動。 振動將通過短時間內(nèi)的加速度產(chǎn)生過大的慣性力超過強度極限而導致慣性物體出現(xiàn)裂紋或永久變形。 振動檢測種類較多，根據(jù)被測振動參數(shù)的不同劃分，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 是利用直線位移式差動變壓器將鐵心兩端用彈簧片固定在被測物體上，振動加速度使鐵心相對于線圈產(chǎn)生位移，從而得到輸出信號。該法要求差動變壓器原邊的交流信號頻

15、率遠高于振動頻率。 電渦流法 電渦流法適用于測金屬物體的微小位移，由彈簧片和金屬質(zhì)量塊構(gòu)成的懸臂梁受到振動時，上下兩個扁平線圈的電感量周期性變化 應變片法 如果在懸臂梁上下粘貼應變片，可以根據(jù)梁的彎曲變形測得振動加速度及振動頻率 壓電效應法 質(zhì)量塊靠彈簧片支撐在基座上，在彈簧片上粘貼壓電元件，當基座振動時，彈簧片在質(zhì)量塊的慣性力作用下反復彎曲，壓電元件便起換能作用，產(chǎn)生交變電荷，通過測量電路產(chǎn)生電信號輸出。,厚度檢測,厚度檢測屬于長度測量，很多情況下可以用測長度或測位移的方法或技術來實現(xiàn)，如直接利用厚度參數(shù)來調(diào)制傳感器的輸出信號，這是測絕對厚度，如低頻透射式電渦流測厚法、超聲波測厚法、微波測厚

16、法、核輻射測厚法等 另一類測厚方法是相對測厚，采用如極距變化型電容傳感器，或利用高頻反射式渦流傳感器測量金屬板厚度的方法。,14.2.3 其它參數(shù)檢測,化學量檢測 化學量檢測就是檢測儀器或設備按一定的化學規(guī)律或效應對被測量進行檢測，如化學反應原理等。 生物量檢測 生物量檢測就是利用檢測儀器或設備按一定的生物規(guī)律對被測量進行檢測，如生物免疫原理、酶的催化反應原理等。,14.3 檢測技術的發(fā)展,測量質(zhì)量不斷提高 表現(xiàn)為檢測系統(tǒng)的測量精度、測量可靠性、量程范圍得以改善，系統(tǒng)的使用壽命得以延長 新型測量技術不斷涌現(xiàn) 隨著生物傳感器、仿生傳感器等研究的進步以及新的物理現(xiàn)象、物理效應的發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)了許多新的測量技術，擴大了檢測領域 測量系統(tǒng)的智能化、自動化