现代检测技术及仪表考试重点

第１章 绪论

1.1.1传感器的基本概念 一、 传感器的定义

国家标准定义――“能感受（或响应）规定的被测量并按照一定规律转

换成可用信号输出的器件或装置。”（当今电信号最易于处理和便于传输）

通常定义――“能把外界非电信息转换成电信号输出的器件或装置”

或“能把非电量转换成电量的器件或装置”。

二、 敏感器的定义――把被测非电量转换为可用非电量的器件或装置

１、当X?Z即被测非电量X正是传感器所能接受和转换的非电量(即可

用非电量)Z时，可直接用传感器将被测非电量X转换成电量Y。 ２、当X?Z即被测非电量X不是传感器所能接受和转换的非电量(即

可用非电

量)Z时，就需要在传感器前面增加一个敏感器，把被测非电量X

转换为该传

感器能够接受和转换的非电量(即可用非电量)Z。

1.2.2传感器的分类和命名法 一、 传感器的类型

二、传感器的分类方法：按照被测的非电量分类，

按照输出量的性质

1.3 检测仪表与系统概述

1.2.

1检测仪表与系统的基本组成

传感器:把被测的非电量变换成电量

测量电路:把传感器的输出电量变成电压或电流信号 显示装置:显示测量结果。模拟显示

数字显示 图像显示

1.3.2常规检测仪表与系统的基本类型

二、普通数字式检测仪表

（a）模数转换式――A/D转换器把直流电压转换成数字 (b) 脉冲计数式――计数器对传感器脉冲进行计数 三、微机化检测系统

具有普通的模拟式和数字式检测仪表所没有的新特点和新功能： (1)自动调零功能 (2)量程自动切换功能 (3)多点快速测量 (4)数字滤波功能 (5)自动修正误差 (6)数据处理功能 (7)多媒体功能 (8)通信或网络功能 (9)自我诊断功能

第２章 检测系统的基本特性

2.1.2检测系统的静态性能指标 一、 测量范围和量程 1、测量范围：（xmin，xmax）

xmin――检测系统所能测量到的最小被测输入量（下限） xmax――检测系统所能测量到的最大被测输入量（上限）。

2、量程： L?xmax?xmin 二、灵敏度S

S?lim(?ydy)?

?x?0?xdx串接系统的总灵敏度为各组成环节灵敏度的连乘积

S?S1S2S3

三、

分辨力与分辨率

1、分辨力：能引起输出量发生变化时输入量的最小变化量?xmin。 2、分辨率：全量程中最大的?xmin即?xminmax与满量程L之比的百分数。 四、精度（见第三章） 五、线性度eL

eL???Lmax?100% yF.S.四、迟滞eH

eH??Hmax?100% yF.S.回程误差――检测系统的输入量由小增大（正行程），继而自大减小（反行

程）的测试过程中，对应于同一输入量，输出量的差值。

ΔHmax――输出值在正反行程的最大差值即回程误差最大值。

第３章 误差分析与处理基

3.1.1测量误差的概念及表达方式 一、绝对误差――测量值与真值之差

?x?x?x0

X――检测仪表指示或显示被测参量的数值即仪表读数或示值（测量值） X0――在一定时间、空间条件下客观存在的被测量的真实数值（真值），

一般情况下，理论真值是未知的，在工程上，通常用高一级标准仪器的测量值来代替真值。

二、相对误差（评定测量的精确度）

1、实际相对误差 ?A?2、示值相对误差 ?x??x?100% x0?x?100% x为了减小测量中的示值误差，当选择仪器、仪表量程时，应使被测量的数值接近满度值，一般使这类仪器、仪表工作在不小于满度值2／3以上的区域。 三、引用误差

1、引用误差――示值绝对误差Δx与仪表量程L之比值q

?xq??100%

L 2、最大引用误差qmax

仪表量程内出现的最大绝对误差?xmax与该仪器仪表量程L之比值，即

qmax??xmax?100%仪表在出厂检验时，其示值的最大引用误差qmax不能超过其允许误差QL?xmax?Q L（以百分数表示）即qmax?3、精度等级

工业检测系统常以允许误差Q作为判断精度等级的尺度。规定：取允许误差百分数 的分子作为精度等级的标志，也即用最大引用误差中去掉百分号（%）后的数字来表示精度等级，其符号是G，

G?Q?100?qmax?100

精度等级为G的仪表在规定的条件下使用时，它的绝对误差的最大值的范围是 ?xmax??G%?L

[例3-1-1] 检定一个满度值为5A的1.5级电流表，若在2.0A刻度处的绝对误差最大，?xmax＝+0.1A，问此电流表精度是否合格?

解 按式(3-1-6)求此电流表的最大引用误差

0.1?100%?2.0% 5 2.0％＞1.5％

即该表的基本误差超出1.5级表的允许值。所以该表的精度不合格。但该表最大引用误差小于2.5级表的允许值，若其它性能合格可降作2.5级表使用。

[例３-1-2] 测量一个约80 V的电压，现有两块电压表：一块量程300 V、0.5级，另一块量程l00 V、1.0级。问选用哪一块为好?

解 如使用300 V、0. 5级表、按式(3-1-4)、(3-1-9)求出其示值相对误差为

300?0.5%?100%?1.88% ??80如使用100V、1.0级表，其示值相对误差为

100?1.0%?100%?1.25% ??80可见由于仪表量程的原因，选用1.0级表测量的精度可能比选用0.5级表为高。故选用100V、1.0级表为好。

3.1.2 测量误差的分类 一、随机误差

qmax?随机误差?i是测量结果xi与在重复条件下对同一被测量进行无限多次测量所得结果的平均值A之差。即?i?xi?A、A?limn??1nxi ?ni?1随机误差是测量值与数学期望之差，它表明了测量结果的分散性，经常用来表征测量精密

度的高低。随差越小，精密度越高。

二、系统误差

在相同测量条件下，对同一被测量进行无限多次重复测量所得结果的平均值A与被测量的真值A0之差。即??A?A0

系统误差表明了测量结果偏离真值或实际值的程度。系统误差越小，测量就越准确。所以，系统误差经常用来表征测量准确度的高低。

三、粗大误差

在相同的条件下，多次重复测量同一量时，明显地歪曲了测量结果的误差，称粗大误差，

3.3 系统误差的处理

3.3.3 系统误差的消除方法 一、消除产生误差的根源

二、对测量结果进行修正 三、采用特殊测量法 1、恒定系差消除法 (1）零值法 (2)替代法 (3)交换法 (4)补偿法

（5）微差法（虚零法

2、变值系差消除法 3.4 粗大误差的处理 3.4.1 粗大误差的判别 3.4.2拉依达准则 3.4.3格拉布斯准则

第四章 阻抗型传感器 ４.1 电阻式传感器 ４.1.1 电位器式传感器 三、结构形式 2．非接触式――光电电位器 图4－1－2（c） 4.1.2 电阻式应变传感器和固态压阻式传感器 一、电阻式应变传感器 （一）电阻应变效应——应变使电阻变化 （二）电阻应变片 3、安装——粘贴在试件表面（应使应变片轴向与所测应变方向一致） 4、应变片灵敏系数――应变片电阻相对变化与粘贴处试件表面应变之比 K?

?R/R?

?R?kx?x?ky?y?kx(1??H)?x?k?x R ?x——试件表面纵向线应变 ?y——试件表面横向线应变 kx——纵向灵敏系数，ky——横向灵敏系数 应变片灵敏系数小于应变电阻材料灵敏系数 k?kx(1??H)?kx?k0 5、温度误差的产生及危害 1）温度误差产生原因 ①应变电阻随温度变化 ②试件材料与应变法的线膨胀系数不一致 2）温度误差的危害――产生应变测量误差即“虚假视应变” 温度变化产生的应变片电阻的相对变化可折算成的“虚假视应变”为 二、固态压阻式传感器 （一）半导体压阻效应——应力?使半导体电阻率变化 （二）固态电阻式传感器 特点：在半导体硅材料基底上制成扩散电阻，作为测量传感元件， 优点：无须粘贴，便于传感器的集成化 缺点：易受温度影响。 4.1.3 热电阻和热敏电阻 一、热电阻——金属电阻

1．电阻——温度特性 t??R?（正温度特性） 2．对热电阻材料的要求 ①温度特性的线性度好 ②温度系数大且稳定 ③电阻率 ④物理化学性能稳定 二、热敏电阻——半导体电阻 PTC Positive temperature coefficient CTC critical temperature coefficient NTC negative temperature coefficient NTC——常用于温度测量和温度补偿 PTC、CTC——常用作开关元件 3．NTC热敏电阻 ①电阻——温度特性 结论：1°温度系数比热电阻大几十倍 2°非线性比热电阻严重 ②伏安特性——图4-1-10应根据允许功能确定电流 4.1.4 气敏电阻 一、工作原理 半导体陶瓷与气体接触时电阻发生变化；1接触氧化性气体，电阻↑2接触还原性气体，电阻↓3浓度越大，电阻变化越大。用途：气体识别，浓度检测 1．材料——SnO2应用最广 2．组成 气敏电阻体

加热器 4.1.6 电阻传感器接口电路 一、 电桥电路 2、电桥开路输出电压： ?Z1Z1Z3?Z2Z4Z4???恒压源供电时 U?E? ??E?Z?ZZ?Z(Z?Z)(Z?Z)234?1234?1Z1Z3?Z2Z4 (Z1?Z2?Z3?Z4) 恒流源供电时 U?I表4-1-1 传感器电桥几种工作情况的对比 传感器电桥的工作情况 恒压源供电 图4-1-15(a) E?R??RT1U??R??RT4R1?Z1?R??R??RT 2R 恒流源供电 U?I(?R??RT)41?R??RT1?4R 1?R? 2Re?1?R? 4RZ2?Z3?Z4?R e?图4-1-15 (b) U?Z1?Z3?R??R??RT E?R??RT2R1?R??RT1?2RU?I(?R??RT)21?R??RT1?2R 1?R? 2Re?1?R? 2RZ2?Z4?R e?图4-1-15(c) U?E?R2RZ1?R??R??RT 1 ?RT1?RU?I?R21 ?RT1?2R

Z2?R??R??RT e?0 e?0 Z3?Z4?R 图4-1-15 (d) ?RU?ER1 ?RT1?RU?I?R Z1?Z3?R??R??RT Z2?Z4?R??R??RT e?0 Zi?Ri??Ri（i?1,2,3,4） e?0 E??R1?R2?R3?R4? ?U?U????????4?R1R2R4R4? e?U??U1??R1?R2?R3?R4? ??????U2?R2R4R4??R1?当?Ri??Ri时 3、几点结论： 1）由于温度引起的电阻变化是相同的，因此，如果电阻传感器接在电桥的相邻两臂， 温度引起的电阻变化将相互抵消，其影响将减小或消除； 2）被测非电量若使两电阻传感器的电阻变化符号相同，则应将这两电阻传感器接在电桥的相对两臂，但是这只能提高电桥输出电压，并不能减小温度变化的影响和非线性误差。 3）被测非电量若使两电阻传感器的电阻变化符号相反，则应将这两电阻传感器接在电桥的相邻两臂，即构成差动电桥，这既能提高电桥输出电压，又能减小温度变化的影响和非线性误差。 4）恒流源供电时单臂电桥和差动半桥的温度误差都比恒压源供电时小，恒流源供电时差动全桥在理论上无温度误差。 4、应变电桥 将四个电阻应变片接入图4－1－14(a)电路构成应变电桥。设这四个应变片的型号相同，粘贴处的应变分别为?1,?2,?3,?4,因应变电阻的变化?Ri??Ri，故应变电桥的输出电压近似为

U?U??E??R1?R2?R3?R4??? ?????4?R1R2R4R4??Ri?k?i,(i?1,2,3,4)代入上式得 Ri将（4－1－19）式即U?U??kE??1??2??3??4? 4例题４－１ 采用上下两个如图４－１－１（b）所示的电位器式传感器，构成一个圆形电桥电路。随转动轴转动的绝缘连杆的两端装有电位器的滑臂且作为电压输出端。两电位器的连接端作为电桥电源端。设电位器的电阻为R，其圆弧长为L，圆弧半径为r，即绝缘连杆长2r。试导出电桥输出电压与转角的关系式。 解：圆形电桥电路如图T－4－1所示。其等效电路如图4－1－15(c)所示， 图T－4－1 U0?U(R0??RR0??R?R2???r?)?U?U??U??? 2R02R0R0?L?90??测量范围为??/2 （二）有源电桥――电桥输出电压U0与传感器电阻相对变化４.2 电容式传感器 4.2.1基本原理与结构类型

?R成线性关系 R

二、结构类型：变极距、变面积、变介质 4.2.2 输入－输出特性 一、变极距型 1、单一式图4-2-1（a）初始时 c0??s/d0动极板上移?d c??sd0??d??sd0(1??d)d0?c0 ?d1?d0?d?dc1?c2?d)c2?c0/(1? ) ?dsd0c1?c2d02、差动式图4-2-1（b） c1?c0/(1?二、变面积型 1． 线位移式： ①单一式 图4-2-2（a） 初始时 c?c0??b?l0d 移动?l后 c??b(l0??l)d0?c0(1??l?l?l)②差动式 c1?c0(1?) c2?c0(1?) l0l0l02．角位移式（差动结构） ①扇形结构——图4-2-3（a） ??(R2?r2)?0?(R2?r2)????0 初始时c1?c2?c0??dd2?2d?s 转动??后 c1??(R2?r2)2d??(?0???)?c0(1????0) c2?c0(1??0) 所以 c1?c2?? ??c1?c2?0②柱面形结构 图4-2-3（b） 公式同上

三、变介质型（差动式） 图4-2-4 初始时 c1?c2?c0?lb(?0??) 2d介质（?）块右移?l时 c1??0b(??l)l2d?b(??l)? l2d所以 c1?lbb?l(?0??)?(?0??) 2dd ?lb2?l?0??2?l?0??(?0??)(1??)?c0(1??) 2dl?0??l?0??2?l?0???) l?0??所以 c2?c0(1?所以 c1?c2?0??12?l1??r2?l ????c1?c2???l1??rl二、交流电桥 1、电阻平衡臂电桥 图４-２-７（a） 2、变压器电桥图４-２-７（b） ??开路（ZL→∞时）输出电压都为 U0?E?Z2EEZ?Z???21 Z1?Z222Z1?Z2.??Z1和Z2若为两个电容传感器，则 U0?.EC1?C2? 2C1?C2应用于变极距差动式电容传感器 U0?4.3 电感式传感器 4.3.2 互感式传感器 E?d? 2d0

二、互感式传感器（差动变压器）组成原理 差动变压器也有变气隙式、变面积式为螺管式三种类型。 4.3.4 电涡流传感器 一、电涡流效应 1．电涡流的产生：成块金属置于交变磁场中 在固定磁场中运动，金属导体内产生环形感应电流——电“涡流”。 3．电涡流作用方式——图4-3-14 ①反射方式——涡流环产生的磁场抵消一部分原激励磁场 ②透射方式——涡流环产生的磁场在另一侧线圈中产生感应电压 第5章 电压型传感器

5.1 磁电感应式传感器

5.1.1 基本原理和组成

一、基本原理——电磁感应定律 e??Nd? dt二、基本组成

1．磁路系统2．线圈——产生感应电压3．运动机构——感受被测运动 5.1.2 结构类型

一、变磁通式——永久磁铁和线圈均不动（变磁阻式） ①铁芯平移型 ②铁芯旋转型

二、恒磁通式——永久磁铁与线圈相对运动 ①动铁式②动圈式 5.2 压电式传感器

5.2.1 压电效应及其表达式

一、压电效应 只动态测量 1．正压电效应（压电效应） 某些电介质，当沿着一定方向对其施力而使它变形时，内部就产生极化现象，同时在它的两个相对的表面上便产生符号相反的电荷；当外力去掉后，又重新恢复不带电的状态；当作用力的方向改变时，电荷的极性也随着改变。

5.2.2 常用压电材料 1、石英晶体2、压电陶瓷 5.2.4接口电路

一、压电传感器等效电路 图5-2-11

C?Ca?Cc?Ci R?Ra/Ri

dq? ??j?Q 所以Idt二、电压放大器 图5-2-12

i?2R??K?U? K?1? U 01R1?? Ui?I1?j?cR1 RC??j?Q1?j?cR?Q?C1?1?0j?

?0? U0?KQ?C11?(?02)? （一阶高通滤波特性）

????0时，U0?KQ/C?kQ/[Ca?Cc?Ci]

测力时，Q?dF U0?KdF C5.3 热电偶（thermal couple）

5.3.1 热电效应： 若两个节点处于不同的温度，回路中就会产生电动势，因而在回路中产生电流

一、热电势的产生 1、两个不同电极的材料2、两个节点的温度 若PA>PB则A为正极 1．单一导体的温差电势

2．两种导体的接触电势与1、金属材料有关2、接触面的温度有关 3．热电偶回路总热电势

1、AB材料相同或两端温度相同则总热电动势也相同 二、热电偶基本定律

1、中间导体定律——在热电偶回路中接入第三种导体时，只要第三种导体两端温度相同，就不会影响热电偶回路中的总热电动势。 应用：1、热电偶回路接入仪表

2、开路热电偶的应用

2、中间温度定律——热电偶AB在节点温度为T、To时的热电动势等于该热电偶在接点温度为T、Tn和Tn、To时的热电动势之和。

应用：制作分度表——EAB(T,0)与摄氏温度T的对应数据表

3、标准电极定律——EAB(T,T0)?EAC(T,T0)?EBC(T,T0)

应用：选配热电偶——图5-3-4 5.3.2 热电偶的材料、型号及结构 一、热电偶的材料 铂 二、热电偶的冷端处理 1、冷端恒温方式：

1°冰浴法 2°恒温槽法 3°简易法

2、冷端的延伸——使冷端远离被测热源

3、冷端温度波动的自动补偿――电桥补偿法 5.4光电式传感器 5.4.1光电器件

一、光电发射型光电器件

1、外光电效应――光电发射效应

光电发射――在光线照射下，物体内的电子逸出物体表面的现象称为外光电效应。

2、光电发射型光电器件 1）光电管

真空光电管 适合于要求温度影响小和灵敏度稳定的场合 充气光电管 适合于要求灵敏度高的场合 光电倍增管 适合在微弱光下使用，但是不能接受强光刺激，否则易于

损坏。

二、光导型光电器件

1、内光电效应――绝大多数的高电阻率半导体，受光照射吸收光子能量后，

会产生电阻率降低而易于导电的现象。

3、光导型光电器件

１） 光敏电阻

不受光照时的电阻值――暗阻，一般在兆欧数量级， 受光照时的电阻值――亮阻。一般在几千欧以下。 ２） 光敏二极管

光敏二极管基本电路――图5-4-6

不受光照射时处于截止状态，受光照射时处于导通状态 ３） 光敏三极管

光敏三极管基本电路――图5-4-7

不受光照射时处于截止状态，受光照射时处于导通状态 三、光伏型光电器件——光电池

1、光生伏特效应――光照射引起PN结两端产生电动势的现象。 2、光电池――直接将光能转变为电动势的光电器件(有源传感器) 光电池应用电路图5-4-9

5.4.2光电器件的基本特性 一、光电特性和光照特性

二、光谱特性

三、伏安特性 四、频率特性 五、温度特性

5.4.3光电式传感器的基本组成和类型 一、光电式传感器的基本组成 1、光源

2、光学通路 3、光电器件 4、测量电路

二、光电传感器的基本类型

1、透射式 应用：测量透明度和混浊度。 2、反射式 应用：测量表面粗糙度

3、辐射式 应用：光电高温计和炉子燃烧监视装置。 4、遮挡式 应用：测量物体面积、尺寸和位移等

5、开关式 应用：①开关，②产品计数或测量转速等，③编码。

5.5 霍尔传感器

5.5.1、霍尔效应定义:光导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势这种物理现象称为霍尔效应。

5.5.2霍尔传感器组成与基本特性 一、霍尔元件

1、材料——多用N型半导体

霍尔片——半导体薄片 引线——激励电极、

霍尔电极

封装外壳——陶瓷或环氧树脂

二、电路部分

2、霍尔元件的输出电路 线性应用

开关应用

3、输出叠加连接方式 直流供电

交流供电

三、磁路部分

图5-5-6――产生梯度磁场B?cx

霍尔片沿x方向移动时，若控制电流I保持不变，则霍尔电势为：

UH?KHIB?KHI?cx?kx

四、基本特性

1、霍尔传感器的灵敏度和线性度主要取决于磁路系统和霍尔元件的特性。 2、提高磁场的磁感应强度B和增大激励电流I，也可获得较大的霍尔电势。

但I的增大受到元件发热的限制。 １、 霍尔传感器动态性能好。 5.5.4测量误差及补偿办法

（1）恒流源供电和输入回路并联电阻 （2）采用恒压源和输入回路串联电阻 （3）合理选取负载电阻RL的阻值 (4)采用温度补偿元件

(５)不等位电压U0的温度补偿

第6章 数字式传感器

二、莫尔条纹的形成与特点

1、莫尔条纹的形成

主光栅与指示光栅的栅线之间保持很小的夹角β，在近乎垂直栅线的方向上出现了明暗相间的条纹――莫尔条纹。莫尔条纹之间距远大于光栅栅距W

WH???W

?2sin22、莫尔条纹的主要特性：

(1) 移动方向： 主光栅右移，则莫尔条纹向下移；

主光栅左移，则莫尔条纹向上移。

(2) 移动距离：主光栅移动一个栅距W，莫尔条纹移动一个条纹间距H。

莫尔条纹具有放大作用，即H＞＞W。

(3)平均效应：莫尔条纹具有减小光栅栅距局部误差的作用 三、光电转换电压与光栅位移的关系

主光栅移动一个栅距W，光电转换电压变化一个周期

2?cos(x u0?Uav?Um )W第7章 新型传感器

7.1 光纤传感器

7.1.2光纤传感器的基本原理和类型 一、光纤传感器的基本原理

被测量对光纤传输的光进行调制，使传输光的强度(振幅)、相位、频率或偏振态随被测量变化而变化，再通过对被调制过的光信号进行检测和解调，从而获得被测参数。

二、光纤传感器的分类及作用

功能型——光纤用作敏感元件，常用单模光纤 非功能型——光纤用作传感元件，常用多模光纤

光电磁效应：光生载流子的扩散运动在磁场作用下产生偏转的一种物理效应。

7.3.2红外探测器的类型 一、光敏红外探测器

1、电真空器件(光电管、光电倍增管)， 2、半导体器件

二、热敏红外探测器

一、热释电效应 当一些晶体受热时，在晶体两端将会产生数量相等而符号相反的电荷，这种由于热变化而产生的电极化现象、称为热释电效应。能产生热释电效应的晶体称为热释电体。

7.4超声波与核辐射传感器

7.4.1超声波传感器

1、超声波的定义： 振动在弹性介质中的传播称为波动，简称波。高于2

×104Hz的机械波称为超声波。

2、超声波与声波的异同：

相同点：传播速度也取决于介质的密度和介质的弹性常数 在两介质的分界面上将发生反射和折射及波型转换

不同点：①振动频率高而波长短，因而具有束射特性，方向性强，可以定向传播。

②能量远远大于振幅相同的一般声波，并具有很高的穿透能力。 二、超声波传感器。

――产生超声波和接收超声波的装置，习惯上称为超声波换能器或超

声波探头。

超声波探头按其工作原理可分为1、压电式2、磁致伸缩式3、电磁式 3、工作原理：逆压电效应将高频电振动转换成机械振动，以产生超声波。

正压电效应将接收的超声振动转换成电信号。

三、超声检测方法 1、透射法

用两个探头，分别置于被测对象的相对两侧，一个发射超声波，一个接收超声波。 2、反射法

通常采用一个超声波探头，兼做超声波发射和接收用。 3、频率法

是利用超声波测量流速时采用的方法

二、核辐射传感器主要由放射源和探测器组成。 1、放射源

要求：采用的同位素有较长的半衰期及合适的放射强度 应使射线从测量方向射出，而其它方向则必须使射线的剂量尽可能小。

2、探测器

3、核辐射的防护

在实际工作中要采取各种措施来减小射线的照射强度和照射时间。

第九章 机械量电测法

9.1 转速的电测法

9.1.1模拟式电测法

一、测速发电机——把转速转换成电压 有直流式和交流式 9.1.2计数式电测法

一、转速传感器――将转速转换成脉冲频率

第10章 热工量电测法

10.1 压力和差压的电测法

10.1.1 压力的概念、单位和测量方法 一、压力的概念和术语

压力――流体介质作用于单位面积的力 压力术语间的关系――图10-1-1

1、绝压Pa――是相对于绝对真空(绝对零压力)所测得的压力

2、表压Pg――Pg?Pa?Pb Pb——大气压力 3、负压Pv――Pv?Pb?Pa

真空度V――低于大气压力的绝对压力 4、差压Pd――两个压力之间的差值 二、压力单位 1Pa?1N/m2

三、压力测量方法

1、压力平衡法

(1)砝码压力平衡式――活塞式压力计 (2)液体压力平衡式――液柱式压力计

2、弹性变形法――弹性式压力（应用最普遍） 3、电测法

(1)直接法，如压电式压力传感器压阻式、压力传感器。

(2)间接法--以压力敏感型弹性元件作为敏感器配接传感器，

10.1.2压力敏感器

――压力敏感器是能够将压力转换为应变和位移的弹性敏感元件

一、弹簧管 图10－1-2

弯曲成C形的空心扁管，一端与接头相连，另一端(自由端)密封 二、波纹管 图10－1-3

带同心环状波形皱纹的薄壁圆管，一端开口，另一端封闭 三、膜片

用金属或非金属制成的圆形薄片。平膜片――断面是平的 图10－1-4

（a）

波纹膜片――断面呈波纹状 图10－1-4（b）

四、膜盒：两个膜片边缘对焊起来，构成膜盒(图10-1-4c)。

几个膜盒连接起来，组成膜合组(图10-1-4d)

五、薄臂圆筒 图10－1-5

壁厚一般都小于圆筒直径的1/20，圆筒的一端开口，一端不通， 筒壁在圆周方向和轴向上的应变均与压力P成正比。

10.1.3压力的电测法 一、应变式压力传感器

共同点：将应变片粘贴到压力敏感型弹性元件上，由弹性元件或弹性元件组合将压力转换为应变，再由应变电桥将应变转换为电压输出。 1、膜片式压力传感器 图10－1-6 2、筒式压力传感器 图10－1-7 3、组合式压力传感器 图10－1-8 二、位移式压力传感器

共同点：将位移传感器的可动部分与压力敏感型弹性元件的自由端连在

一起，将压力转换为位移，再由位移传感器将位移转换为电量，

1、电容式压力传感器 图10－1-9 2、电感式压力传感器 图10－1-10

3、电位器式压力传感器 图10－1-11 4、霍尔式压力传感器 图10－1-12

5、光电式压力传感器 图10－1-13 三、谐振式压力传感器——振弦式 图10－1-14 １、 振弦式压力传感器 图10－1-14 ２、 振膜式压力传感器 图6-3-9 ３、 振筒式压力传感器 图6-3-6 四、压阻式压力传感器——图10－1-15

硅膜片上做四个相等的电阻，经蒸镀铝电极及连线，接成惠斯登电桥。 五、压电式压力传感器——图10－1-16

薄壁筒底承受外部压力为 F?P?A 压电晶片组所受力F1与外部压力F之比为

F11 ?F1?k2/k110.1.4差压电测法

一、差压敏感器——把差压传换为应变或位移

测量膜片应变或中心点位移与测量膜片两侧压力差成正比

二、电容式（位移式）差压传感器 图10-1-17

公共动极板将两侧压力差转换成位移，使两电容差动变化与压差成正

比。

C1?C2?K(PH?PL)?K?P

C1?C210.2温度电测法

10.2.1温度的概念、单位和测量方法 一、温度的概念

温度是表征物体冷热程度的一种物理量，是物体内部分子无规则运动剧

烈程度的标志。

三、温度测量方法

１、 接触式――温度传感器与被测物体发生接触 热对流、热传导 ２、 非接触式――温度传感器与被测物体不发生接触 热辐射

10.2.2接触式测温法

一、将温度转换为非电量——温度敏感器 1、热膨胀式――将温度转换成位移

液体膨胀式 酒精温度计、水银温度计

固体膨胀式——热敏双金属元件 图10－2－1

3???22 自由端的弯曲挠度???1?l??t

4h1?h22、压力式——将温度转换为压力 二、将温度转换为电量——温度传感器 1．热电阻和热敏电阻 2．热电偶

3．半导体PN结

4．集成温度传感器：电流型、电压型、数字型

10.2.3温度和温度差的电测法 一、单点温度的电测法 １、采用热电阻或热敏电阻

图10-2-2 RP用于调满度，Ro用于调零 图10-2-3 RP8为满度调整电阻

图10-2-4是三线连接法，消除连接导线电阻造成的测量误差。

图10-2-5是四线连接法，消除连接导线电阻和电位器接触电阻造成的

测量误差。

2、采用热电偶

图5-3-7 采用单只热电偶

图10-2-6 采用多只热电偶串联，可提高灵敏度，减小相对误差

EG??Ei?nE

i?1n?EGn?E1?E ???EGnEEn ３、采用二极管、三极管和集成温度传感器

1）采用二极管、三极管 图7-5-5

2）采用集成温度传感器 图10-2-7 RP1用于调零，RP2用于调满度。

UT?t?100mV/?C 二、平均温度的电测法

１、 采用集成温度传感器 图10-2-8 U0?(1mV/K)T?273.m2?V ２、采用热电偶 图10-2-9

1）采用热电偶并联 图10-2-9(a) E?2

）

采

用

热

电

偶

E1?E2?E3T?T?T?K123?KT 33串联 图10-2-9(b)

?(m1V /Ct)E?E1?E2?E3?K(T1?T2?T3)?3KT

10.2.4非接触式测温法 一、 电涡流式测温法

保持电涡流传感器线圈几何参数、与导体间距离、电流频率不变，使电

涡流传感器的参数只随导体的温度而变化。 二、 辐射式测温法

1、热辐射效应 温度↑→热辐射↑

2、热辐射式温度传感器——适用于高温（400~200℃）测量 辐射式温度传感器一般包括两部分：

光学系统，用于瞄准被测物体，把被测物体的辐射能聚焦到辐射接收

器上。

（光路中大多插入机械调制片，将恒定的或变化极慢的辐射信号调

制成交变的，以便放大。） 辐射接收器，利用各种热敏元件或光电元件将会聚的辐射能转换为电

量。

1）全辐射温度传感器——接收被测物体辐射的全光谱范围，不加滤光片。 2）部分辐射温度传感器——接收被测物体辐射的部分光谱范围，加滤光片。

红外测温仪图10－2-14

3）光电亮度温度传感器——只接收被测物体辐射的单色光，加滤光片 图10－2-15

4）光电比色温度传感器——只接收被测物体辐射的红光、蓝光，两个波

长的亮度比，随温度变化 图10－2-16

三、光导纤维测温法

10.3流量的电测法

10.3.1 流量的概念

体积流量 Q??VdA?v?A 单位：m/s L/min m3/n

A v——平均流速 v?Q A质量流量 G?Q?? 单位：kg/s kg/h 总量 V?Q?t 单位：m3 M?G?t 单位：kg

10.3.2流量——转速转换法

一、椭圆齿轮流量计――（容积式流量计） 图10－3-1

流量 Q?V0?n n——转速

总量 V?U0?N N——转数 V0——每转送出流体体积

二、涡轮式流量计 图10－3-2

轴向流速 V?c?tg???r?A?Q 所以 ??r?Ac?tg??mcg?t?m????Q 2?2?r?Amcg?t仪表常数 ??

2?r?A电动势频率 f?

10.3.3流量——差压、力、位移转换法 一、流量——差压转换法 Q?K?P

1、节流流量计 图10－3-3(a) 2、弯管流量计 图10-3-3（b）

二、流量——力转换法（靶式流量计）图10－3-4 Q?KF

三、流量——位移转换法（转子流量计）图10-3-5 Q?CH

1、玻璃锥管——适用于透明液体

2、金属锥管——适用于混浊液体

10.3.4流量——频率转换法 一、涡亍流量计 图10－3-6 f?StAdv1 Q?A1?v1 所以 Q?1?f?K?f dSt漩涡频率f的检测 图10－3-7

10.3.5流量——温度转换法 一、托马斯流量计 图10－3-9 G?P P——加热器电功率 ?T——加热器前后端温度差

cp??TP保持恒定，通过测?T测G——非线性关系 ?T保持恒定，通过测P测G——线性关系 二、热量气体微流量计 图10－3-10

流量Q↑→温度差↑→电桥电压↑

三、热敏电阻流量计 图10－3-11

E?RE?????t 电桥输出电压U0??4R4流量Q↑→?t↑→U0↑

10.3.6非接触式流量测量法

一、 电磁流量计——测导电液体流量 图10－3-12

E?BD?V

Q??D24?U??DE4B

B?Bmsin?t4QBm4B多采用交变磁场，所以 E??Qsin??t

?D?D二、超声波流量计 图10－3-13 LL2LV2L??2??V 1、时差法 ?t?t2?t1?22c?Vc?Vc?Vc2、相差法 ???2?ft?t 3、频差法 ?f?f1?f2?11c?Vc?V2V ????t1t2LLL结论：频差可消除超声波速c的影响。

三、示踪法

1、示踪剂：盐水、热水、放射性物质 2、核磁共振流量计

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