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測量科學已成為現代化生產的五大支柱之一，也是整個科學技術和國民經濟的一項重要技術基礎，它對促進生產力發展與社會進步起到舉足輕重的作用

以信息的獲取、轉換、顯示和處理為主要內容的傳感器與檢測技術已經發展成為一門完整的技術學科，在促進生產力發展和科技、社會進步的廣闊領域內發揮著重要作用14.1.2參數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、轉換以及處理，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；二是比較過程測量結果經測量過程所獲得的被測量的量值稱為測量結果測量結果有多種表示方式，如數值、曲線或圖形等測量結果應包括兩個部分：比值和測量單位測量方法的分類

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測量方式的不同可分為：直接測量、間接測量和組合測量根據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根據測量精度要求的不同可分為：等精度測量和非等精度測量根據被測量變化的快慢可分為：靜態測量和動態測量根據測量敏感元件是否與被測介質接觸可分為：接觸式測量和非接觸式測量測量系統

測量系統的類型開環測量系統閉環測量系統14.1.3工業檢測的主要內容被測量類型測量被測量類型測量熱工量溫度、熱量、比熱容、熱流、熱分布、壓力（壓強）、壓差、真空度、流量、流速、物位、液位、界面

物體的性質和成分量氣體、液體、固體的化學成分、濃度、粘度、濕度、密度、酸堿度、濁度、透明度、顏色機械量直線位移、角位移、速度、加速度、轉速、應力、應變、力矩、振動、噪聲、質量（重量）狀態量工作機械的運動狀態（啟停等）、生產設備的異常狀態（超溫、過載、泄漏、變形、磨損、堵塞、斷裂等）幾何量長度、厚度、角度、直徑、間距、形狀、平行度、同軸度、粗糙度、硬度、材料缺陷電工量

電壓、電流、功率、電阻、阻抗、頻率、脈寬、相位、波形、頻譜、磁場強度、電場強度、材料的磁性能14.2參數測量的一般方法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過程參數檢測基本被測量派生被測量位移線位移長度、厚度、應變、振動、磨損、平面度角位移旋轉角、偏轉角、角振動速度線速度振動、流量角速度轉速、角振動加速度線加速度振動、沖擊、質量角加速度角振動、轉矩、轉動慣量力壓力質量、應力、力矩時間頻率周期、計數光光能量與密度、光譜溫度熱容濕度水汽、含水量、露點濃度氣（液）體成分、黏度（1）溫度檢測測量方法測溫原理溫度傳感器接觸式測量體積變化固體熱膨脹雙金屬溫度計液體熱膨脹玻璃管液體溫度計氣體熱膨脹氣體溫度計、充氣式壓力溫度計電阻變化金屬熱電阻、半導體熱敏電阻熱電效應熱電偶頻率變化石英晶體溫度傳感器光學特性光纖溫度傳感器、液晶溫度傳感器聲學特性超聲波溫度傳感器非接觸式熱輻射亮度法光學溫度計、光電亮度溫度計全輻射法全輻射溫度計比色法比色溫度計紅外法紅外溫度傳感器氣流變化射流溫度傳感器（2）壓力檢測測量方法測量原理壓力計形式測壓范圍/kPa輸出信號性能特點液壓法液體靜力平衡原理，使被測壓力與一定高度的工作液體產生的重力相平衡，利用液柱的高位差來測量壓力U型管-10～10水柱高度實驗室低、微壓測量補償式-2.5～2.5旋轉刻度用作微壓基準儀器自動液柱式-102～102自動計數用光、電信號自動跟蹤液面，用作壓力基準儀器彈性變形法彈性元件受力產生變形原理，使受壓后產生的位移與被測壓力成一定函數關系彈簧管-102～106位移、轉角或力直接安裝，就地測量或校驗膜片-102～103用于腐蝕性、高粘度介質測量膜盒-102～102用于微壓的測量與控制波紋管0～102用于生產過程低壓的測控負荷法靜力平衡原理活塞式0～106砝碼負荷結構簡單，堅實，精確度極高。廣泛用作壓力基準器浮球式0～104壓電法將被測壓力轉換成電阻量、電感量、電容量、頻率量等電學量電阻式-102～104電壓、電流結構簡單，耐振動性差電感式0～105毫伏、毫安環境要求低，信號處理靈活電容式0～104伏、毫安動態響應快，靈敏度高，易受干擾壓阻式0～105毫伏、毫安性能穩定可靠，結構簡單壓電式0～104伏響應速度極快，限于動態測量應變式-102～104毫伏沖擊、溫濕度影響小，電路復雜振頻式0～104頻率性能穩定，精度高霍爾式0～104毫伏靈敏度高，易受外界干擾（3）流量檢測速度式流量檢測方法：通過測量流體在管路內已知截面積流過的流速大小來實現流量的測量容積式流量測量法：根據已知容積的容室在單位時間內所排出流體的次數來測量流體的流量的質量式流量檢測方法有兩種，一種是根據質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量流量檢測；另一種是直接測量流體質量流量的方法（4）物位檢測直讀式：它根據流體的連通性原理來測量液位；浮力式：它根據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：它根據液柱或物料堆積高度變化對某點上產生的靜（差）壓力的變化的原理測量物位。電學式：它根據把物位變化轉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：它根據同位素射線的核輻射透過物料時，其強度隨物質層的厚度變化而變化的原理來測量物位。聲學式：它根據物位變化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大類子類工作原理干式（構成氣體傳感器的敏感材料為固體）半導體氣敏傳感器利用金屬氧化物半導體敏感元件表面吸附有被測氣體時，其接觸面的導電電子比例會發生改變，使氣敏元件的電阻值隨被測氣體的成分含量的變化而變化接觸燃燒式氣體成分傳感器可燃氣體燃燒導致鉑絲線圈的電阻值發生變化，電阻變化與氣體濃度成正比熱導率變化式氣體傳感器每種氣體都有固定的熱導率，混合氣體的熱導率利用空氣作為基準中被測氣體進行比較而得到。熱導率變化式氣體傳感器的測量電路與接觸燃燒式氣體成分傳感器相同。紅外線氣體成分分析儀利用許多化合物的分子在紅外波段都有吸收帶，氣體種類不同，吸收帶所在的波長和吸收的強弱也各不相同濕式（敏感材料為溶液或電解質溶液）原電池式極譜式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溶液，其電導率跟濃度的關系是：在低濃度區域，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，對中等濃度測量不太適合。濕度的檢測類別常見類型特點水分子親和型電解質濕度傳感器響應速度低、可靠性差，不能很好地滿足工業生產和日常生活的使用要求。MOS陶瓷濕度傳感器MOS膜式濕度傳感器高分子濕度傳感器非水分子親和型熱敏電阻式濕度傳感器響應速度快、靈敏度高，正在得到迅猛發展和越來越廣泛的應用。紅外吸收式濕度傳感器微波式濕度傳感器超聲波濕度傳感器14.2.2機械量參數檢測位移檢測

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、電容液位計等數字式測量：主要是指在精密數控裝置如數控機床和三坐標測量儀等設備中，將直線位移或角位移轉換為數字脈沖信號輸出的測量方法。常用的轉換裝置有感應同步器、旋轉變壓器、磁尺、光柵和各種脈沖編碼器等轉速檢測

測量方法轉速儀測量原理應用范圍(r/min)特點模擬法機械式離心式利用質量塊的離心力與轉速的平方成正比；利用容器中液體的離心力產生的壓力或液面變化30～24000中、低速簡單、價格低廉、應用廣泛，但準確度較低粘液式利用旋轉體在粘液中旋轉時傳遞的扭矩變化測速中、低速簡單，但易受溫度的影響電氣式發電機式利用直流或交流發電機的電壓與轉速成正比關系～1000中、低速可遠距離指示，應用廣，易受溫度影響電容式利用電容充放電回路產生與轉速成正比例的電流中、高速簡單、可遠距離指示電渦流式利用旋轉盤在磁場內使電渦流產生變化測轉速中、高速簡單、價格低廉，多用于機動車計數法機械式齒輪式鐘表式通過齒輪轉動數字輪通過齒輪轉動加入計時器中、低速～10000簡單、價格低廉，與秒表并用光電式光電式利用來自旋轉體上的光線，使光電管產生電脈沖中、高速30～48000簡單、沒有扭矩損失電氣式電磁式利用磁、電等轉換器將轉速變化轉換成電脈沖中、高速簡單、數字傳輸同步法機械式目測式轉動帶槽圓盤，目測與旋轉體同步的轉速中、高速簡單、價格低廉頻閃式閃光式利用頻閃光測旋轉體頻率中、高速簡單、可遠距離指示、數字測量速度檢測

定義法加速度積分法或位移微分法利用物理參數測量速度多普勒效應測速度振動檢測

差動變壓器法電渦流法應變片法壓電效應法厚度檢測

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，如直接利用厚度參數來調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、微波測厚法、核輻射測厚法等另一類測厚方法是相對