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自动检测复习资料 -浪迹天涯第一章 检测技术的基础知识1. “计量”是指用精度等级更高的标准量具、器具或标准仪器，对被测样品、样机进行考核性质的测量。2.传感器定义：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。3.传感器直接从被测对象中提取被测量的信息，感受其变化并变换成便于测量的其他量。4.信号调理器又称中间转换器，它的作用是将传感器的输出信号进行放大、转换和传输等，使其适合于显示、记录、数据处理或控制。 5.真值 是指被测量本身具有的真实数值。A0 6.示值（测量值）是指测量器具读数装置所指示出来的被测量的数值。X 7.标称值是指测量器具上标定的数值。 8.误差公理“一切测量都具有误差，误差自始至终存在于所有科学实验的过程之中。” 9.精确度（精度）：它是测量结果中各种误差的综合，表示测量结果与被测量的真值 之间的一致程度 10.重复性: 在相同条件下，对同一被测量进行多次连续测量所得结果之间的一致性。11.精度 是反映检测系统或仪表的系统误差与随机误差综合影响程度的评价指标，表示测量结果与其理论值（真值）的靠近程度。第二章 电参数检测技术1. 用计数器测量频率比 1. 用计数器可以测量两个信号的频率之比，其框图如图2-5所示。图2-5 测量频率比的原理框图 2. 若两个频率分别为f A和f B，且f Af B，则其周期TATB。f A经整形放大后输入至B通道，去控制计数门的开启，f B输入至A通道，经放大整形后作为填充脉冲输入至计数器，计数器的读数为：用这种方法可以方便地测量旋转体地转速比及分频器的频率比。2. 霍尔效应的实质是磁电转换效应。 如图2-15所示的有限尺寸的霍尔材料中，在y方向加电流I，在z方向加恒定磁B.图2-15 霍尔效应 由此而产生的电动势称为霍尔电势。霍尔电势VH的大小为： VH=KH I B （2-9） 式中，KH为霍尔灵敏度此时，半导体中的载流子（设为电子）将受洛伦兹力F的作用向-x方向运动，使-x平面上堆积了负电荷，+x平面上就有多余的正电荷，从而在半导体内又产生了一个横向电场。这个横向电场的电场力与洛伦兹力的方向正好相反，在这两种力的作用下，使-x平面上堆积的负电荷越来越多，横向电场力就越来越大。由于洛伦兹力F保持不变，当作用在电子上的洛沦兹力和横向电场力相平衡时，电子的运动就会停止。在稳定状态下，半导体片两侧面（x方向）的负电荷和正电荷相对积累，形成电动势，这种现象称为霍尔效应。霍尔元件主要技术参数： 额定控制电流I： I大小与霍尔元件的尺寸有关，尺寸愈小，I愈小。一般为几毫安几十毫安。3. 霍尔电流传感器可以检测从直流到100kHz（通过仔细的设计和制作，甚至可以达到MHz级）的各种波形的电流，响应时间可短到1s以下。 4. 电流互感器二次绕组匝数远大于一次绕组匝数，在使用时二次侧绝对不允许开路.5. 交流阻抗电桥： 1）.若相邻两臂为纯电阻，则另外两臂的阻抗性质必须相同。 2）.若相对两臂采用纯电阻，则另外两臂必须一个是电感性阻抗，另一个是电容性阻抗。第三章 温度检测技术1. 国际上常用的温标：摄氏温标、华氏温标、热力学温标和国际实用温标。2. 摄氏温标与华氏温标的换算关系为：3. 摄氏温标与国际实用温标的换算关系为：4. 将600以上的测温仪表称为高温计；把测量600以下的测温仪表称为温度计。5. 热电阻材料: 工业中应用最广的金属热电阻是铂电阻和铜电阻。 铂电阻: 使用测温范围为-200+850，有Pt10（电阻值为10）和Pt100（电阻值为100）两种。Pt10热电阻感温元件是用较粗的铂丝绕制而成，主要用于650以上测温区。Pt100热电阻主要用于650以下测温区。铂热电阻精度高、线性好、测温范围宽，稳定性和复现性好，但价格高。 铜电阻: 使用测温范围为-40+140，有Cu50（电阻值为10）和Cu100（电阻值为100）两种。铜热电阻线性好，价格低，但电阻率低，因而体积大，热响应慢。6. 热敏电阻是其电阻值随温度变化而显著变化的半导体电阻。 热敏电阻材料按温度特性可分为正温度系数（PTC）热敏电阻、负温度系数（NTC）热敏电阻和临界温度系数（CTC）热敏电阻三类。它们随温度的变化关系曲线如图7. 热电偶的工作原理: 热电偶是由两种不同的导体A和B组成闭合回路构成，如图3-9所示。1)导体A和B称为热电极，通常把两热电极的一个端点固定焊接，用于对被测介质进行温度测量，这一接点称为测量端或工作端，俗称热端；两热电极另一接点处通常保持为某一恒定温度或室温，被称作基准点或参考端，俗称冷端。 2)热电偶回路中产生的电流所对应的电动势称为热电动势。3)热电动势是由接触电动势和温差电动势两部分组成,其大小与两端点的温差有关,还与所采用的材料性质有关。温差电动势很小，可以忽略不计。4）中间导体定律：在热电偶回路中接入与另一种导体称中间导体C，只要中间导体的两端温度相同，热电偶回路总电动势不受中间导体接入的影响。8. 对基准温度结点的补偿: 理想基准结点要求温度保持恒定。但实际应用中，由于热电偶的冷、热端距离通常很近，冷端（接线盒处）又暴露于空间，受到周围环境温度波动的影响，冷端温度很难保持恒定，保持在0更难。因此必须采取措施，常用的方法有以下几种： 补偿导线法。 被测点与基准结点之间距离相当长时，热电偶端子到基准结点间可用导线连接，这种导线称为补偿导线。 机械零位调整法。 当热电偶与动圈式仪表配套使用时，若热电偶的冷端温度比较恒定，对测量准确度要求不高时，可在仪表未工作前将仪表机械零位调至冷端温度处。 电桥补偿法。 电桥补偿法是利用不平衡电桥产生的电势来补偿热电偶因冷端温度变化而引起的热电势变化值，可以自动地将冷端温度校正到补偿电桥的平衡温度上。 冰浴法。 将热电偶的冷端延长到装有冰水混合液,由于冰水保持热平衡，因此，基准结点就保持在冰点（0），它消除了t0不等于0而引入的误差。 计算修正法。 9. 辐射温度计是根据全辐射强度定理即物体的总辐射强度与物体温度的四次方成正比的关系来进行测量的。(它可用来测量4002000的高温)10. 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，这种由于热变化产生的电极化现象称为热释电效应。11.主动式红外检测是利用红外辐射源对被测物体照射，被测物体对红外光进行吸收、反射和透射后，是红外光发生变化。12. (1)光纤传感器用光作为敏感信息的载体，用光纤作为传递敏感信息的媒质。因此，它同时具有光纤及光学测量的特点：电绝缘性能好。抗电磁干扰能力强。非侵入性。高灵敏度。容易实现对被测信号的远距离监控。(2)光纤呈圆柱形，它由玻璃纤维芯（纤芯）和玻璃包皮（包层）两个同心圆柱的双层结构组成。(3)纤芯折射率n1 包层折射率，光纤断面入射角 临界角c13.光纤传感器按作用分为 ：功能型、非功能型、拾光型 第四章 流量监测技术1.流量的计量单位:n 体积流量的计量单位为米/秒（m/s）；n 质量流量的计量单位为千克/秒（kg/s）；n 累积体积流量的计量单位为米（m）；n 累积质量流量的计量单位为千克（kg）。n 除这些计量单位外，工程上还使用米/时（m/h）、升/分（L/min）、吨/小时（t/h）、升（L）、吨（t）等作为流量计量单位。3. 节流式流量计原理:是在管道中安装某种节流元件，当流体流过节流元件时，产生压力差，通过测量压力差，就可实现流量的测量。节流式流量计的工作原理示意如图n 当充满管道的单相流体流经节流件时，由于流道截面突然缩小，流体就会在节流件处形成流束收缩，流体的平均速度加大，使动压力加大、而静压力减小，从而在节流装置前后形成静压差n ppfpbn 式中，pf为节流装置前的流体静压（N/）； pb为节流装置后的流体静压（N/）。n 静压差的大小p与流过管道的流体体积流量QV之间的关系为式中，为实验方法所确定的流量系数；为流体膨胀校正系数（可压缩流体1，不可压缩流体1）；S0为节流装置收缩最厉害的截面面积（）；为流体密度（kg/m3）。n 由式（4-1）可知，只要能够测得节流装置前后的静压差p，则可测得流体的体积流量QV，这就是节流式流量计的测量原理。4. 靶式流量计工作原理:在流体通过的管道中，垂直于流动方向插上一块圆盘形的靶。流体通过时对靶片产生推力，经杠杆系统产生力矩。(靶上的力和流量的二次方成正比)5. 容积式流量计工作原理：利用机械测量元件把流体连续不断地分割成单个已知的体积部分，根据测量室逐次重复地充满和排放该体积部分流体的次数来测量流体体积总量。6.旋转式流量计： 活塞的转数： 活塞每转一周就有V1+V2容积的液体从流量计排出（1） 主要特点：结构简单、工作可靠、精度高、受黏度影响小等优点。（2） 适用范围：适合测量小流量液体的流量。其测量介质有煤油、柴油、重油、化学制品、热水、冷水、及其他液体。广泛用于石油、化工等部门液体流量的精密计量。6. 涡轮流量计：它是基于流体动量矩守恒原理工作的，在一定范围内，涡轮的转速与流体的平均速度成正比。7. 叶轮式流量计（家用水表）：用途只是在于提供总用水量，以便按量收费。8. 涡街流量计：漩涡发生体： 在均匀流动的流体中，垂直地插入一个具有非流线型截面的柱体。形状： 有圆柱、三角柱、矩形柱、T形柱等。卡门涡街：在该漩涡发生体两侧会产生旋转方向相反、交替出现的漩涡，并随着流体流动，在下游形成两列不对称的漩涡列，称之为“卡门涡街”，如图4-18所示。n 当漩涡发生体的形状和尺寸确定后，可以通过测量漩涡产生频率来测量流体的流量。适用范围：n 涡街流量计实际是通过测量流速测流量的，流体流速分布情况将影响测量准确度n 因此适用于紊流流速分布变化小的情况，并要求流量计前后有足够长的直管段。9. 电磁式流量计：它是基于电磁感应原理制成的一种传感器。工业生产中测量到点流体常用的流量计，他能够测量酸、碱、盐溶液以及含有固体颗粒或纤维的液体流量。 被测导电流体切割磁力线时电极上产生感应电势E 即E un （1）特点： a.电磁流量计的测量导管中无阻力件，压力损失极小，且不受被测质的物理性质（如温度、压力、粘度）的影响；此外电磁流量计结构也比较复杂，成本较高。b.电磁流量计的安装地点应尽量避免剧烈振动和交直流强磁场，要选择在任何时候测量导管内都能充满液体。在垂直安装时，流体要自下而上流过仪表，水平安装时两个电极要在同一平面上。 c. 电磁流量计的选择要根据被测流体情况确定合适的内衬和电极材料。其测量准确度受导管的内壁，特别是电极附近结垢的影响，使用中应注意维护清洗。 (2)适用范围：a.适用于含有颗粒、悬浮物、腐蚀性介质、脉动流量等流体的流量。b.被测介质必须是导电的液体，不能用于气体、蒸汽及石油制品的流量测量。10. 超声波流量计： 声波：其频率在20Hz20kHz之间，能为人耳所闻的机械波次声波：低于20Hz的机械波超声波：高于20kHz的机械波微波：频率在310831011 Hz之间的波11. 热式质量流量计原理: 利用外部热源对管道内的被测流体加热，热能随流体一起流动，通过测量因流体流动而造成的热量（温度）变化来反映出流体的质量流量。 图4-28 热式质量流量计第五章 压力检测技术1. 绝对压力与大气压力之差称为表压力，用PI表示。即 PIPAP0 （5-1） 当绝对压力值PA小于大气压力值P0时，表压力为负值，所测值称为负压力或称真空压，它的绝对值称为真空度。图5-1 各种压力之间的关系2.压力检测方法： 根据不同工作原理分为如下几种：（1）重力平衡方法利用一定高度的工作液体产生的重力或砝码的重量与被测压力相平衡的原理，将测压力转换为液柱高度或平衡砝码的重量来测量。例如液柱式压力计和活塞式压计。（2）弹性力平衡方法 利用弹性元件受压力作用发生弹性变形而产生的弹性力与被测压力相平衡的原理，将压力转换成位移，通过测量弹性元件位移变形的大小测出被测压力。（3）机械力平衡方法是将被测压力经变换元件转换成一个集中力，用外力与之平衡，通过测量平衡时的外力测知被测压力。力平衡式仪表可以达到较高精度，但是结构复杂。（4）物性测量方法利用敏感元件在压力的作用下，其某些物理特性发生与压力成确定关系变化的原理，将被测压力直接转换为各种电量来测量。如应变式、压电式、电容式压力传感器等等。3.电阻式传感器： 电阻应变片的工作原理是基于应变效应 应变效应：导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应发生变化。 在未受力时电阻值为： 金属丝在沿轴线方向的拉力作用下：轴向应变和径向应变的关系可表示为： （为电阻丝材料的泊松比， 负号表示应变方向相反。）测量原理：在外力作用下，被测对象产生微小机械变形，应变片随着发生相同的变化， 同时应变片电阻值也发生相应变化。应变片的结构： 金属电阻应变片的敏感栅有丝式和箔式两种4. 压阻效应：单晶硅材料在受到力的作用后，其电阻率将随作用力而变化，这种物理现象称为压阻效应。5. 电容式传感器：由绝缘介质分开的两个平行金属板组成的平板电容器。 电容公式：(1)变面积型电容传感器 (2) 变介质型电容式传感器 （3） 变极距型电容传感器 利 用级数展开得 电容量与极距关系6.压电效应：当某些物质沿某一方向施加压力或拉力时，会产生变形，此时这种物质的两个表面将产生符号相反的电荷，当外力去掉后，他又重新回到不带电状态，这种状态被称为压电效应。第六章 成分分析与检测技术1.半导体式气敏传感器的工作原理： 表面控制型气敏