中北大学安全检测技术复习重点.doc

第一章概述1、安全检测的定义：为及时获取工业危险源的安全状态信息，需要将信息通过物理和化学的方法转换为可观测的物理量（模拟的或数字的信号），通常称为安全检测。2、安全检测研究的内容：被测量的检测原理，检测方法，检测系统及数据处理四方面的内容。3、安全检测技术的特点：（1）可靠性和安全性（2）检测困难和高灵敏度（3）检测灾害点分布与及时性（4）维护的难度大（5）涉及多领域多学科4、传感器的定义：传感器是能够感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。5、传感器的组成及各部分的作用：传感器的组成部分是：敏感元件，传感元件，测量电路三部分。敏感元件：直接感受被测量（一般是非电量），并输出与被测量成确定关系的电信号。传感元件：敏感元件的输出是传感元件的输入，它把输入转换成与之有确定关系的电信号。测量电路：把传感元件输出的电信号转换为便于显示，记录，控制和处理的有用电信号的电路，也称为转换电路。6、传感器内涵：（1）从传感器输入端来看，一个指定的传感器只能感受或响应规定的物理量，即传感器对规定的被测量具有最大灵敏度和最小的选择性。（2）从输出端来看，传感器对输出信号为“可用信号”。（3）从输出与输入关系来看，具有“一定规律”第二章检测系统的一般特性1、信号：可以反应被测系统的状态或特征的信息，是带有一定信息的时间函数。信息：自然界中的信息是丰富多彩的，有声，光，电，压力，流量，烟，气味等。2、信号与信息的区别：（1）信号是信息载体，是物质，具有能量。（2）同一信息可以用不同的信号来运载。（3）信息是客观存在或运动状态的特征，它总是通过某些物理量的形式表现出来，这些物理量就是信号。3、误差的分类：按误差的表示方法分类：绝对误差和相对误差。按误差性质分类：系统误差、随机误差按被测量与时间的关系分类：静态误差和动态误差4、系统误差：在相同条件下多次测量同一物理量时，其误差的绝对值和符号保持恒定，或在条件改变时，按某一确定的规律变化的误差。5、随机误差：在相同条件下多次测量同一物理量时，在已经消除引起误差的因素之后，测量结果仍有误差，而其变化是无规律的随机变化。6、精度：表示测量的总误差。只有准确度和精密度都高时，精度才高。7、精度高低与系统误差、随机误差的关系：精度是由准确度和精密度共同决定的，准确度是由系统误差来表征，系统误差越小，测量的准确度越高；精密度由随机误差表示，随机误差越小，精密度越好。8、检测系统的静态特性：被测物理量处于稳定状态时的检测系统的输入输出特性。9、检测系统的动态特性：检测系统对于随时间变化的输入量的响应特性。10、衡量检测系统的静态特性好坏的重要指标：线性度，灵敏度，迟滞和重复性。线性度：实际特性曲线和拟合直线偏离的程度，用特性曲线与其拟合直线之间的最大偏差与仪器或传感器满量程输出的比值来表示。灵敏度：传感器或测试系统在稳态下输出变化值Y与输入变化值X的比值。迟滞：传感器正（输入量增大）反（输入量减小）行程的输出输入特性曲线不重合的程度。重复性：测量系统或传感器在输入量按同一方向作全量程的连续多次变动时所得的特性曲线不一致的程度。第三章压力检测1、电阻应变片的工作原理：应变片的工作是建立在敏感元件应变效应原理上的，金属丝的电阻随着它的机械变形（拉伸或压缩）的大小而发生相应的变化的现象称为金属的电阻应变效应。2、电阻应变片主要参数：（1）应变片的电阻值：用来安装的应变片，在不受外力的情况下，于室温条件下测定的电阻值。（2）灵敏度：传感器或测试系统在稳态下输出变化值与输入变化值的比值，用k表示（3）横向效应：在测量纵向应变时，圆弧部分产生一负的电阻变化，从而降低了应变片灵敏度的现象（4）允许电流：不因电流产生热量影响检测精度，应变片允许通过的最大电流（5）应变极限：粘贴在试件上的应变片所能测量的最大应变值（6）机械滞后：对粘贴的应变片，在温度一定时，增加和减少机械应变过程中同一机械应变量时指示应变的最大差值（7）零点漂移：已粘好的应变片，在温度一定和不承受机械应变时，指示应变随时间的变化（8）蠕变:已粘贴好的应变片，在温度一定并承受一个恒定的机械应变时，指示应变随时间的变化（9）绝缘电阻：敏感栅与基底间的电阻值，一般不大于1010欧。3、电阻应变片的种类及优缺点：1）回线式：优点：制作简单，性能稳定，价格便宜，易于粘贴。缺点：由于敏感栅端部呈圆弧形状，横向效应比较大2）短接式：克服了横向效应，但是焊点多，易出现疲劳破坏，制造工艺要求高。3）箔式：优点：1).制造技术能保证尺寸准确，线条均匀，可制成各种形状以适应不同测量要求。2.)敏感栅截面为矩形，表面积与截面积比值大，易于粘贴，传递测试性能好。3).散热好，允许通过较大电流，从而增大输出信号。4).敏感栅弯头横向效应可以忽略5).蠕变、机械滞后较小，疲劳寿命高。4）薄膜：灵敏度高，允许电流大，测量温度范围广，但很难控制电阻对温度和时间的变化。5）半导体：尺寸、横向效应、机械滞后小，灵敏系数极大，输出也大，不需放大器直接与记录仪器连接，易于简化检测系统，但是电阻值和灵敏系数的温度稳定性差，测量较大应变时非线性严重，灵敏系数受拉压变，分散度大。4、对于钢试件，V=600m/s被测频率为300HZ，欲使测试误差小于5%应变片如何选择？解：若，由，5、压电传感器的工作原理：以某些物质的压电效应为基础，这些物质在沿一定方向受到拉力或压力作用而发生形变时，其表面会产生电荷。若将外力去掉，它们又重新回到不带电状态，这种现象称为压电效应。当我们把压电材料置于电场中，其几何尺寸也会发生变化，这中现象成为逆压电效应。6、压电传感器的输出有几种形式？它配的前置放大器有哪两种？压电传感器的输出形式有电压输出和电荷输出两种。其配置的前置放大器分为电压放大器和电荷放大器两种。它们的主要区别是：当使用电压放大器时，整个测量系统对电容的变化非常敏感，尤其是对连接电缆长度的变化更为明显。因此不适合远距离测量。使用电荷放大器，电缆长度变化的影响可忽略不计，这也是其最突出的特点，可用于远距离测量。但前者与后者相比，电路简单，元件少，价格便宜，工作可靠。7、二氧化硅与陶瓷传感器产生表面电荷的原因。【P71】第四章温度检测1、热电偶的工作原理：热电偶是利用热电效应而工作的传感器，即用两种不同的导体连接组成一个闭合回路，在两接点存在温差时，两者之间产生电动势，因而在回路中形成一定大小的电流，这种现象称为热电效应。利用热电效应制成的传感器为热电偶。2、热电偶产生的热电动势有哪两种？接触电势：两种导体A、B接触时由于二者的逸出功不同，即电子脱离金属表面所需的功不同，逸出功较小的金属中电子逸向逸出功大的金属，A失去电子而提高电势，B降低，所以产生了接触电势。电势值等于逸出功之差，与金属的物性及温度有关，与尺寸及形状无关。温差电势：对一根金属导线来讲，其两端处于不同温度时，对应的自由电子能量也不同，高温端的电子向低温端扩散，高温端积累正电荷，低温端积累负电荷，达到平衡后就构成了两端间的温差电势。3、引入补偿导线的原因：1）为了节省热电偶材料，降低成本。2）有些热电偶比较粗，并且都做成了标准定型结构，不便于延长。4、补偿导线必须满足以下两个条件：1）.在一定的温度范围内（0200摄氏度），补偿导线的热电势必须与所引延的热电偶所产生的的电势相同。2）.补偿导线与热电偶的两个接点的温度必须相同。5、补偿导线是在一定温度范围内（包括常温0）具有与所匹配热电偶热电动势相同标称值的一对带有绝缘层的到导线，用他们连接热电偶与测量装置，以补偿它们与热电偶连接处的温度变化所产生的误差作用：把热电偶的参比端延伸到远离高温区的地方，从而使参比端的温度相对稳定或则变化的范围缩小，它并不能使参比端恒定在0摄氏度以上，也不能起到补偿作用，而是把热电极延长。6、检测仪表的引入对热电偶测温有无影响：不会，根据中间导体定律，当引入第三导体C时，只要保持C的两端的温度一样，接入导体C后回路的电势不变。7、半导体热敏电阻：按电阻温度特性分为3类：负温度系数热敏电阻，简称NTC;正温度系数热敏电阻，简称PTC;临界负温热敏电阻。按工作温度范围分：低温热敏电阻（小于-55度），常温热敏电阻（-55度+315度），高温热敏电阻（高于315度）热敏电阻的工作原理：半导体的电阻率随温度变化而变化的原理8、辐射法测温原理：任何物体只要其温度高于绝对零度，则可以不断地发射红外辐射，温度越高，辐射功率越大。只要知道物体的温度和比辐射率就可求出辐射功率。相反，知道辐射功率可求温度。9、红外测温装置：光学系统：把辐射的红外光聚焦到红外检测元件上红外检测元件：热敏电阻红外检测原件在受到辐射后，随着温度升高，其电阻也随之变化，将使输入回路的电压发生变化放大器：进行放大显示指示器：测量放大和显示灵敏元件输出的被测信号微电机：由于转速不同可以得到不同频率调制盘：由于直流放大器具有零点漂移的缺点，故往往先对辐射量进行调变成交流信号，再采用交流放大器进行放大第五章光电检测1、外光电效应：入射光子使吸收光的物质表面发射电子。内光电效应：光激发的截流子（电子或空穴）仍保留在样品内部，称为内光电效应，即光电导效应、，光伏效应。2、光敏电阻工作原理：光敏电阻是利用光导效应而制成的敏感元件，：当无光照时，光敏电阻值很大，电路中电流很小，负载上的压降很小。当光敏电阻受到一定波长范围的光照射时，它的阻值急剧减小，因此电路中电流急剧增加，负载上的压降也增大。第六章气体检测1、表面电阻控制型传感器工作原理：表面电阻控制型传感器是基于半导体表面与吸着气体交换电子，使材料表面电阻值发生变化。2、体电阻控制型传感器工作原理：体电阻控制型气体传感器利用化学反应性强，易于还原的氧化物半导体材料在较低温度下，与气体接触时产生氧化还原反应，使晶格结构缺陷状态发生变化，因而导致电阻值发生变化的特性制作而成。3、接触燃烧式气敏元件工作原理：接触燃烧式气敏原件采用检测触媒接触燃烧所产生的燃烧热原理而制成的气敏元件。第七章湿度检测1、湿度：大气中含有水汽的多少，反应大气的干、湿程度。2、湿度的表示方法：混合比、比湿度、体积比、摩尔分数和