第四章

非電量的電測(cè)技術(shù)工程測(cè)量中常見(jiàn)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(dòng)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(cè)量方法：

1、非電測(cè)量方法：例

2、電測(cè)技術(shù)電氣檢測(cè)技術(shù)2傳感器技術(shù)非電量電測(cè)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)。

電氣檢測(cè)技術(shù)3傳感器的組成結(jié)構(gòu)圖：

1、敏感元件：直接感受被測(cè)量，輸出與被測(cè)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)換電路輸出變化電氣檢測(cè)技術(shù)5傳感器分類(lèi)

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))

電氣檢測(cè)技術(shù)63、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(dòng)勢(shì)效應(yīng)。4、按用途：

位移、壓力、溫度、振動(dòng)、電流、電壓、功率等；

電氣檢測(cè)技術(shù)7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(hào)；

2、動(dòng)態(tài)特性：輸入量隨時(shí)間變化較快。電氣檢測(cè)技術(shù)9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(cè)到的最小的輸入增量(絕對(duì)值表示)電氣檢測(cè)技術(shù)10

6、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(dòng)態(tài)特性。電氣檢測(cè)技術(shù)11一、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(cè)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：電氣檢測(cè)技術(shù)13特點(diǎn)

1、制作時(shí)，單位長(zhǎng)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。

電氣檢測(cè)技術(shù)141、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)：

電氣檢測(cè)技術(shù)15電壓分別率ΔU

電位器電刷作臺(tái)階式的跳躍變化。電刷每移過(guò)一匝，輸出電壓(電阻)就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)階躍，其階躍值為：

ΔU=Umax/N

電氣檢測(cè)技術(shù)172、負(fù)載特性接入負(fù)載后，輸出電壓為：令電阻的相對(duì)變化γ為：

X為電刷相對(duì)行程

電氣檢測(cè)技術(shù)18非線性誤差δl

：令可得：電氣檢測(cè)技術(shù)19電位器式數(shù)字位移測(cè)量?jī)x的原理圖電氣檢測(cè)技術(shù)21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(dòng)輸入阻抗可達(dá)，測(cè)量時(shí)電橋阻值變化，可認(rèn)為外電路開(kāi)路。

4、ICL7139為雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器件，輸出可直接驅(qū)動(dòng)LCD顯示。

電氣檢測(cè)技術(shù)22調(diào)試過(guò)程如下1、電位器處于零點(diǎn)(動(dòng)觸點(diǎn)無(wú)位移)，選擇合適的橋臂電阻，使得，通過(guò)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(cè)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(guò)程中，A/D轉(zhuǎn)換器的參考電壓是根據(jù)量程來(lái)調(diào)整的。調(diào)試的過(guò)程實(shí)際上也是位移計(jì)定標(biāo)的過(guò)程。

電氣檢測(cè)技術(shù)23三、電阻應(yīng)變式傳感器傳感器組成：電阻應(yīng)變片、測(cè)量電路敏感元件的電阻隨機(jī)械變形(伸長(zhǎng)或縮短)大小而變化。應(yīng)用：測(cè)量力和與力有關(guān)的一些非電參數(shù)(壓力、扭力、加速度等)。

電氣檢測(cè)技術(shù)25特點(diǎn)

1）精度高，測(cè)量范圍廣；

2）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定可靠，壽命長(zhǎng)；

3）頻率特性好，能在高溫、高壓、振動(dòng)強(qiáng)烈、強(qiáng)磁場(chǎng)等惡劣環(huán)境條件下工作。電氣檢測(cè)技術(shù)261、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(zhǎng)）

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。電氣檢測(cè)技術(shù)272、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(duì)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。

電氣檢測(cè)技術(shù)29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)小；

2、測(cè)量范圍大；能測(cè)量靜態(tài)、動(dòng)態(tài)應(yīng)變；

3、價(jià)格低廉，品種繁多，便于選擇和大量使用電氣檢測(cè)技術(shù)30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(guò)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(hào)就大，靈敏度高。電氣檢測(cè)技術(shù)313、電阻應(yīng)變傳感器的測(cè)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：

電氣檢測(cè)技術(shù)32直接測(cè)出較小阻值變化較困難，且?guī)?lái)較大的測(cè)量誤差。常用電橋測(cè)量電路來(lái)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。電氣檢測(cè)技術(shù)334、電橋測(cè)量電路(全橋差動(dòng)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

電氣檢測(cè)技術(shù)34說(shuō)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：電氣檢測(cè)技術(shù)35說(shuō)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)。

電氣檢測(cè)技術(shù)365、電橋的零位調(diào)整串聯(lián)法、并聯(lián)法