现代检测技术导论 电能量检测

现代检测技术导论第四章电能量检测 4.1热电偶传感器 4.2压电式传感器 4.3磁电式传感器电能量检测系统的工作原理电能量检测系统中的传感器属于能量转换型传感器，传感器可以在无须外加电源的情况下将被测量转换为电信号一般信号比较弱，需采用转换电路将其电能信号进行放大常见的有：热电偶、压电传感器、磁电传感器等热电偶传感器是一种将温度的变化转换为电势变化的传感器。优点：结构简单、动态性能好、测温范围广（-180～2800℃）广泛应用于冶金、电力、石化等行业4.1热电偶传感器导体热电效应：将两种不同的金属构成一个闭合回路，当两个接点温度不同时（T>T0），回路中会产生热电势，这种现象称为热电效应A、B称为热电极T端称为热端（工作端），T0端称为冷端（自由端）热电势的大小由两种材料的接触电势和单一材料的温差电势决定4.1.1热电偶测温原理接触电势：当两种不同的导体紧密接触时，由于其内部自由电子密度不同，设NA>NB，使由导体A扩散到导体B中的自由电子比由导体B扩散到导体A中的自由电子多。导体A因失去电子带正电，导体B因得到电子带负电，从而在接触处形成一定的电位差，称为接触电势反过来，接触电势形成的电场将阻碍电子的进一步扩散，当电子的扩散能力和电场的阻力平衡时，电子扩散达到动平衡接触电势的大小与两种导体材料的性质及接触点的温度有关温差电势是同一种导体的两端因温度不同而产生的热电势设均质导体，两端温度不同，电子能量不同。高温端的电子能量大，电子从高温端向低温端扩散的数量多，从而在导体两端形成一定的电位差，称为温差电势反过来，温差电势形成的电场将阻碍电子的进一步扩散，当电子的扩散能力和电场的阻力平衡时，电子扩散达到动平衡温差电势的大小与材料的性质及两端点的温度有关热电偶回路的热电势回路热电势由两个接触电势eAB(T)和eAB(T0)、两个温差电势eA(T,T0)和eB(T,T0)组成回路的热电势若，A、B两个电极材料相同，回路的热电势为零；热电偶两个端点温度相同，回路的热电势为零回路的热电势只与两电极的导体材料和两端点的温度有关温差电势比接触电势小得多，可以忽略中间温度定律：热电偶的热电势只与两电极的导体材料和两端点的温度有关，与温度沿电极的分布即电极的形状无关设热电偶回路中存在中间温度Tn，则回路总热电势根据中间温度定律，只需得到冷端温度为零时，工作端在各温度下的热电势在使用过程中，当冷端温度不为零时，可根据中间温度定律进行温度计算4.1.2热电偶的基本定理中间导体定律利用热电偶测温时，必然引入导线和测量电路（放大器等）中间导体定律表明，在热电偶回路中，只要接入的第三导体两端温度相等，对回路的总热电势没有影响标准是电极龙定律用导粱体A、B组成梨的热望电偶闻的电狠势等宫于用A、C组成后的热答电偶绪和用C、B组成扒的热黎电偶胳的热窗电势讽的代挂数和铂的杏性能辜稳定救，标款准电比极C用铂踩丝制摇成只要机得到渣各种决电极裹对铂帅丝电份极的努热电挖势，泽就可亏以用永标准运电极占定理恼算出型任两崭种材串料配诸成热不电偶俊后的竭热电巴势值可大写大简旁化热术电偶栏的选禾配工浸作使用崖热电叔偶测狠温时疤，必急须固末定冷矛端温朗度，奴其输凭出的汪热电录势才患是热割端温揪度的刚单值杯函数实际引使用己中，泥热电珠偶两居端距像离很爷近，纵冷端冈受热仪源和赢环境孕的影拘响，迅既不彻为零重，也违不恒召定，糟因此载需要僻对冷书端进景行处璃理和纠补偿补偿赠导线泽法采用桐与热惯电偶部热电芝特性椅相同炒或相狐近的席补偿凭导线征将热君电偶鞋的原果冷端刘引至场温度吸恒定插的新头冷端延长德型：镇对廉秃价的屑热电慰偶，胡采用蹦延长女型，绩即采亦用与牙热电舞偶电补极材红料相储同的项补偿袖导线岛延伸迷冷端补偿嚷型：饱对贵的金属挺热电举偶，北采用家补偿园型，真即采须用与蹄热电榆偶热车电特锦性相兰近的答补偿惯导线戚延伸且冷端4.狱1.璃3热电热偶的料冷端装处理悄和补谱偿0℃恒温庭法（倍冰浴草法）在实道验室侧及精版密测猪量中各，通粒常将败冷端羽放入纱冰水项混合碗容器伴中，逗使冷我端温泛度保签持0℃0℃恒温总法精画度高至，但敌使用懒中需汪冰水愈共存剧，多医用于柳实验距室冷端晓修正柔法实际按使用唱中，蚀热电即偶的求冷端被往往笨不是0℃，而厕是环责境温挡度Tn这时撇测得倍的热宪电势缓为EAB(T竖,Tn)，用测低温仪喘测得机环境卖温度Tn，得皆到EAB(Tn,0哥)使用升中间夫温度床定律拆得到冷端恭温度史自动时补偿谁法（艇电桥狸补偿戒法）利用暮不平冤衡电降桥产因生的臂不平甚衡电惕压作酱为补识偿信性号，叔自动由补偿相热电蝇偶测嗓量过抓程中鱼因冷可端温涌度不雹为零峡或变借化而询引起吼的热桌电势畜的变森化电桥踢由3个温先度系状数较悬小的驱锰铜略丝绕屿制的阳电阻R1R2R3和电百阻温柴度系懂数较缴大的腥铜丝采绕制今的电腹阻RCu组成铜电若阻和在热电框偶冷练端处第于同仰一温你度环疤境室温躁时电搭桥平辉衡当冷惩端温贸度升锣高时RCu增大战，a点电喂位下赢降；冷端激温度肺升高肤，两塞端温螺度减积小，打热电浪偶的对热电具势减倒小设计污回路敌使两晃者的世变化蓬相等捐，可锻实现圈两端菠温度财补偿测量段两点逐之间滴的温鼠差用两贯只型廊号相芹同的圾热电勤偶，女配相液同的蛮补偿崭导线代，反桂向串四接测量颗温度错和同类罢型热炸电偶押同向废串联4.杰1.碧4热电绝偶实叼用测崭温电着路测量串平均淡温度用几榆只型雷号相戒同的扭热电优偶并馒联在泻一起实用读测温旁电路电路飘具有蹈传感张器断沾线报镇警、像冷端牢温度里补偿10涛0M电阻最为断馅线检伏测电师阻，则正常罚时，肝热电乘偶输芒出送树入放便大器很，热控电偶螺断线携时，条电源材电压犬经过10相0M电阻晴加到承放大湾器同临向端服，使托放大令器饱秀和10颜K电阻缎和10史uF电容烟，构充成低升通滤录波器壤滤除登高频搁干扰冷端烧补偿蚀电路驻由R1R2R3和温习度传梦感器阴组成调整R2，使U0t等于叶热电好偶的萄冷端溉修正悟值根据模中间焰温度漂定律使用明温度哀传感去器，麻可减村小冷淡端温州度在内一定续范围晴内变土化带初来的沿影响压电睛式传耳感器痛是基扣于某认些介减质材遇料（亦石英秘晶体浮和压鼓电陶揉瓷）墨的压波电效沾应实辟现力回与电意荷的柿双向迎转换分为间正压弦电效息应和核逆压夜电效藏应优点堪：体紫积小避、重格量轻昌、结针构简费单、浙动态扯性能心好用于克测量请动态引力、宰机械翁冲击亭与振胶动4.项2压电删式传触感器当某妨些电染介质乳在受渣到一惑定方培向的辽压力演或拉扁力产今生形论变时新，其快内部薄发生倒极化忠现象概，在议表面粪产生津电荷乳；若搭去掉愉外力善，它魔们又哥重现聚回到蚕不带鹅电状雹态，觉这种孟将机丛械能冻转换朋为电滩能的弊现象魄称为正压竿电效糕应在电矿介质挥两个垦电极为上加奔交流短电压渐，压描电元温件会雹产生居机械碑振动决；当倡去掉夹交变热电压俗时，匙振动尾消失肤，这鸡种将亩电能耗转换亦为机钻械能狸的现捧象称饱为逆压旺电效宾应，也详称电蚀致伸户缩效摆应常见页的压增电材纸料有石英淘晶体和压电荐陶瓷利用腰正压会电效敲应可舒制成恋引爆餐器、寺声控觉装置坡、超袄声波斗接收晚器等利用艇逆压弟电效泽应可宏制成怕晶体购振荡蒸器、苗超声陷波发晨送器4.尘2.远1热电尝传感连器的菌工作壳原理压电财传感贷器可多等效抗为一质个电辈荷源狐与一侨个电洗容相顺并联建的电孙路；育也可缺等效蒜为一鸦个电克压源置与一坟个电耐容相配串联树的电昏路为了辉增大议传感鱼器的透灵敏沫度，木压电称传感行器采想用压引电元郊件串营联或烛并联坝构成并联榆方式勒：刷（电控压源捷）输出俯电荷疼大，冶时间匆常数南大，娘适用还于测毒量慢须变信池号，姓以电锯荷为积输出示的场驱合串联广方式垫：疗（电刺流源茧）输出喉电压赖大，杀时间满常数俊小，为适用子于以村电压呢为输颗出的卧场合由于渠压电志元件孔的输暂出信头号非谣常弱祖，需期把压沟电传春感器歌接于插高阻挥抗的友前置售放大妨器前置召放大弓器有克两个探作用狐：1、把没传感惕器的竖高输贯出阻采抗变书化为辈低输屯出阻急抗2、放析大传苗感器闹输出疲的微阿弱信验号压电子传感活器的场输出叙可以荷是电殿压，沫也可影以是杜电荷抚。因铜此，过实际极的测抬量电张路有尊电压租放大捏器电丽路和姨电荷异放大怨器电劫路4.待2.纲2压电慰传感堡器的题测量行电路电压今放大奥器Ri、Ci为放剪大器套输入承电阻叔和电寻容，Ra、Ca为传势感器管电阻工和电象容，Cc为导业线电杆容当作打用在穷压电雷元件拳上的劳力为厦静态糠力时辉，由毅于电峡荷会俯通过匪放大误器的突输入佣电阻助和传口感器根本身帖的泄烂漏电膀阻漏锹掉，俭所以昨前置提放大唤器的起输出距电压李为零压电赶传感魄器和辨压电档放大以器配送合使峰用时彩，电领缆不傲宜过寄长，语否则Cc加大辫，传扎感器天电压擦灵敏抵度下片降测量仙低频扒信号巡寿，应只增大按前置痛传感棍器的厅输入地电阻易，使暑测量核回路迷的时伤间常喇数加翼大，辛保证年有较甚高的学灵敏忙度电荷阻放大介器具有肌深度惩电容龄负反营馈的佣高增愉益放壮大器Cf为反蕉馈电萄容A为放溉大器姜开环虹增益电荷拘放大亭器的琴输出睛电压勤与电趣缆电钢容无迈关（渔即与辩电缆摆长度扫无关秀），怒与输熟出电需荷成教正比压电感式加驻速度趁传感链器压电挺元件最由两火片压闭电压讽电片营并联遭组成输出爬端一宇端接怪压电明片中放间的庙金属忠片上另一厉端直吊接和咏基座您相连压电凶片上熊放质村量块遮，用绑弹簧戚压紧遥，对挣压电听元件耕施加更预载意荷使用虹时，家通过滔底座申将传武感器急和试挥件刚性连责接，南使传旺感器脏与试棕件同内频振惠动质量禁块使汪压电姻元件沿受到匀一个待正比歪于加饭速度屡的交汗变力磨的作索用，途传感靠器的锣输出宵与加春速度拜成正忆比4.袖2.播3压电丧传感报器的纲应用压电锄引信惯：由赖压电旋元件骑和电练雷管帮组成压电召元件虎安装烤在弹厦丸头抖部，而电雷是管设珠置在阳弹丸泽尾部陪，通拨过导优线连戚接平时凉，保坝险开帆关S处于a，电剑雷管E处于昨保险惭状态横。压击电元辅件即哈使受俱压，羊其产弟生的迅通过R释放搬，不定会引角爆电呈雷管弹丸河发射臂后，铲音信驳起爆桨装置服解除呢保险站，开卡关S从a断开志与b接通沙，处餐于工挪作状筝态当弹合丸与窄接触滩时，女碰撞胃压力矛使压澡电元旬件产陈生电心荷，昼引爆衬电雷澡管，芬进而锈引起亿弹丸岔爆炸优点眯：不活需配彻置电吓源磁电枯式传盼感器闷是通闪过磁迁电作达用将骂被测旦量（误振动注、位档移、驳速度初、磁暮场强瓣度）薄转换座为电呈信号呀的一辛种传辨感器利用胃导体置和磁设场相版对运再动产谈生感沿应电犬势的湖电磁微感应绳原理摇，可辟制成鸽各种磁电丽感应远式传肃感器利用饥半导乓体材棕料的中霍尔检效应柱可制破成霍尔坚器件4.作3磁电朋式传晒感器利用沟电磁览感应救定律皇将运扁动速拾度转免换为筑感应梦电动扭势输寇出优点割：不挪需辅碍助电个源、裂输出愁功率惨较大脸，检懂测电锋路简钳单、菜性能质稳定可用卸于测欣量转悦动、假振动茎等根据箱实现障磁通普变化慎的方阴式不吧同，武可分锋为恒眼磁通设的动港圈式絮或动鸽铁式盟，变稼磁通作的开洽磁路请式或畅闭磁知路式灭磁电矩传感劈燕器4.哄3.精1磁电弹感应北式传挪感器恒磁港通磁潮电感纺应式比传感框器磁电广式传照感器寻为结恰构型矿传感茅器，增当结弓果参虹数确衡定后旅，感票应电祖动势鹿与线动速度监或角妈速度蕉成正箭比磁电茄式传举感器垫适合他测量伶动态未量在电说路中发接入踏积分堤电路燃，输彻出与威位移疾成正斜比在电颂路中坡接入崭微分称电路挑，输雪出与高加速棵度成妹正比变磁恒通磁刮电感链应式冒传感愚器也称树变磁波阻式绣磁电解传感零器，紧常用袄来测顽量转物速开磁感路式抛磁电圣传感射器传感河器的欠线圈嗽、磁挪铁静衰止，亡导磁昌材料咐制成卡的测丹量齿蜜轮安恳装在胁被测拖转轴倍上安装麦时，隆将永近磁铁秀产生羽的磁筑力线腐通过方软铁宣端部填对准鹊齿轮枪的齿递顶当齿重轮转此动时拥，齿急的凹朱凸引愉起磁昌阻的救变化代，使腊磁通喘变化临，在泉线圈谋中感筛应出场交变像电动嘉势频率厘等于堤转速插与齿易数的助乘积开磁争路转京速传希感器眨结构勤简单娃，但值输出扔信号训较小闭磁叙路式荷磁电阶传感炒器转子驳与转昌轴紧过固，筑转轴傅与被春测物湿相连转子抬与定允子用挤纯铁秤制成贵，它盒们和您永磁纯铁构胞成磁自路系浑统转子妄和定捉子的娃环形蛙端部窑都均例匀铣舒出等固间距可的齿杠和槽测量颗时，隆被测最物带娃动转锤子转畅动，当转纵子和已定子禾齿凸秧凸相减对时叹，气冶隙最圈小，咳磁阻陡最小菠，磁滥通最太大当转淋子和略定子演齿凸刚凹相龟对时桌，气桶隙最板大，原磁阻臭最大居，磁膨通最忽小随转敬子转捷动，般磁通剩周期恶性变叼化，枕在线找圈中钥感应虑出近泰似正杀弦波苗的电醒动势角信号框，经主施密道特电弄路整篮形变洞为矩猫形脉顷冲信靠号霍尔扇传感节器是许利用端霍尔工效应行原理坏实现确磁电束转换纷，从武而将耕被测剪物理椒量转窄换为踏电动幼势霍尔凤效应绝：将门半导藏体薄衣片置桐于磁腊场中幸，若遣在薄容片控锋制极霜通过苗电流据，将娘在输钓出电饲极产由生电衣动势续，此轰现象夕为霍选尔效红应，诵产生酒的电启动势岛称为德霍尔斧电势优点偏：灵锁敏度提高、刘线性猫度好绒、稳植定性唇高、范体积递小4.阵3.晨2霍尔佳传感毁器霍尔辫元件吗的基钥本测去量电愧路四端枣型器使件一对滚控制刘电极一对植输出唉电极控制苍电流梳由电眨压源竿提供立，RW调节相控制他电流尺大小霍尔项元件寺主要马参数输入伞电阻Ri和输嗽出电擦阻Ro：Ri控制认极之在间的彻电阻野，Ro输出解极电应阻额定果控制株电流I0和最油大允黎许控求制电袄流：当霍佣尔元皮件通性过控摇制电粪流使致其在雁空气愉中产菜生10延℃温升笑时，严对应验的控析制电唱流称霉为额蜓定控蝴制电挽流元件我最大丝式温升点限制暑所对羽应的快控制跨电流吹称为巧最大盒允许猪控制赴电流不等自位电说势U0和不消等位讯电阻r0在额掉定控被制电他流下悄，不端加外途磁场耍时，采霍尔晕输出泡电极泽空载梳输出摧电势情为不多等位况电势棍。产颗生不枯等位醋电势桂的原招因是袄两个嫩霍尔训电极暂没有耕安装祝到同阿一等膊位面犁上不等老位电拒势U0与额桃定控幸制电皮流I0之比溉，称纺为不过等位献电阻r0不等松位电蝇势误劫差的梅补偿不等洲位电唯势是程零位究误差头，可春采用复电桥选平衡匠原理禾补偿霍尔锐元件栏可以谁等效虽为四京臂电向桥，R1-R4为电站极间夹的等役效电趴阻理想究情况历下，征不等秀位电妻势为辩零电文桥平摄衡，目相当灶于R1-R4相等若不恋等位牛电势仔不为傻零，毫相当校于R1-R4不全罗相等排。可唯根据惩输出哗电极呈两点狂电位嗽的高双低，娘判断差应在择哪个品桥臂立上并共联电溉阻，拼使电市桥平窜衡，