《传感器检测技术及仪表》第10章

1、第 10章 热 工 量 的 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,图10-1-1 压力术语间的关系,二、压力单位,三、压力测量方法 1、压力平衡法 砝码压力平衡式活塞式压力计 液体压力平衡式液柱式压力计 2、弹性变形法利用压力敏感型弹性元件在压力作用下 产生弹性变形，根据弹性变形的大小来测量压力。 弹性式压力计是应用最普遍的工业用压力计。 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

2、器是能够将压力转换为应变和位移的弹性敏感元件 压力位移 压力应变,一、C型弹簧管,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。 在压力作用下自由端 位移与压力成正比：,图10-1-3波纹管,二、波纹管 带同心环状波形皱纹的薄壁圆管， 一端开口，另一端封闭,自由端位移y与压 力P近似成正比：,三、膜片和膜盒,在压力P作用下，圆形平膜片的应变与压力成正比 各膜片、膜盒的中心位移也均与压力近似成正比,四、薄壁圆筒,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压力电测法 一、应变式压力传感器,1、膜片式压力传感器,2、 筒式压力传感器,3、组合式压力传感器,三种应变

3、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、电容式压力传感器,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,2、电感式压力传感器,共同点：电感式传感器配接压力敏感器。 压力敏感器将压力转换成衔铁位移， 电感式传感器将位移转换成电量,3、电位器式压力传感器,原理： 在压力作用下，麻花形弹簧管上部封口端产生扭转变形，带动电位器滑臂转动， 将压力转换成电压。,4、霍尔式压力传感器,（a）线性霍尔传感器配接压

4、力敏感器膜盒 （b）线性霍尔传感器配接压力敏感器弹簧管,图10-1-13 光电测压原理图,5、光电式压力传感器,差动结构的优点： 不仅可提高灵敏度， 而且能消除光源亮 度变化产生的影响,图10-1-14 振弦式压力计的原理 1支承(夹紧件);2振弦;3膜片;4电磁铁;5拾振线圈,三、谐振式压力传感器 1、振弦式压力传感器,2、振筒式压力传感器 图6-4-6,图10-1-15 压阻式压力传感器结构 1低压腔； 2高压腔 ；3硅杯 ；4引线 ；5硅膜片,四、压阻式压力传感器,图10-1-16 压电式压力传感器,五、压电式压力传感器,10.1.4 差压的电法 一、电容式差压传感器,（a）两室结构 1

5、.2测量膜片； 3可动电极； 4.5固定电极； 6绝缘体。,（b）一室结构 1.2测量膜片； 3可动电极； 4中心轴； 5片簧； 6绝缘体； 7.8-固定电极； 9节流孔。,二、电阻式差压传感器 1、应变式图10-1-6 2、硅压阻式图10-1-15 3、金属薄膜式,10.2 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。 二、温度的单位 摄氏温度t 华氏温度F 国际开尔文温度T(K) 国际摄氏温度t() 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 2、非接触式温度传感器与被测物

6、体不发生接触,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,2、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： 热电阻、热敏电阻、热电偶、半导体PN结、集成温度传感器,10.2.3 温度和温度差的电测法 一、单点温度的电测法 、采用热电阻或热敏电阻,图 1022 电桥式电阻温度计的原理图,图 1023 热敏电阻测温电路,三线连接法 消除连接导线电阻造成的测量误差,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,（1）采用单个热电偶图4-3-7 （2）采用多个热电偶串

7、联：可提高灵敏度，减小相对误差,一、单点温度的电测法 2、采用热电偶,、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5-1-16 （2）采用集成温度传感器AD590,RP1用于调零， RP2用于调满度,二、平均温度的电测法 1、采用集成温度传感器,2、采用热电偶 a）采用热电偶并联 b）采用热电偶串联,图 10210 双桥温度测量电路,三、温度差的电测法 1、采用双热电阻或热敏电阻电桥,图 10211 热电偶测温差电路,2、采用热电偶反向串联,3、采用AD590 测量温度差的电路,4、晶体管测量温差电路,10.2.4 非接触式测温法 一、电涡流式测温法 反射式涡流传感器测量

8、导体的温度 二、辐射式测温法辐射式温度计 辐射式温度计一般包括两部分： 1、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。 2、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。 辐射式温度计常见的有以下几种 （1）全辐射温度计接收被测物体辐射的全光谱范围，不加滤光片。 （2）部分辐射温度计接收被测物体辐射的部分光谱范围，加滤光片。 例如红外测温仪图102-14 （3）光电亮度温度计只接收被测物体辐射的单色光，加滤光片 图102-15 （4）光电比色温度计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102-16,图 10214 红外测

9、温仪光路系统,1次镜； 2主镜； 3目镜系统； 4锗单晶滤光片； 5机械调制片； 6热敏电阻。,（2）部分辐射温度计红外测温仪,（3）光电亮度温度计,1被测对象；2透镜；3滤光片；4光电器件； 5放大电路；6显示仪器；7调制盘；8同步电机。,（4）光电比色温度计,1被测对象；2透镜；3光电器件；4运算.放大电路；5显示装置； 6调制盘；7同步电机；8滤光片；9滤光片；10反射镜；11分光棱镜。,10.3 流量的电测法,体积流量 单位：m/s L/min m3/n 平均流速 质量流量 单位：kg/s kg/h 总量 单位：m3 单位：kg,10.3.1 流量的概念,10.3.2 流量转速转换法

10、一、椭圆齿轮流量计（总量测量仪表）,图10-3-1 椭圆齿轮流量计原理图 1外壳 ;2椭圆形转子 (齿轮);3测量室.,图10-3-2 磁电式涡轮流量计,1涡轮； 2前导流架； 3后导流架； 4壳体； 5磁钢； 6线圈。,二、涡轮式流量计,10.3.3流量差压、力、位移转换法 一、流量差压转换法,二、流量力转换法（靶式流量计）,三、流量位移转换法（转子流量计）,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,图10-3-6 漩涡发生原理图,一、涡街流量计,(a)圆柱检测器 (b)三角柱检测器 1漩涡；2圆柱检测器；3隔墙； 1三角柱检测器； 4铂电阻丝；5导压孔；6空腔 。 2热敏电阻。,涡街流量计漩涡频率f的检测,图 1038 悬浮陀螺式流量传感器,二、悬浮陀螺流量计 感应电势频率与流量成正比,10.3.5 流量温度转换法 一、托马斯流量计,图10-3-9 托马斯流量计原理结构 1热电偶； 2加热器；3功率表； 4热电偶 。,图10-3-10 热量气体微流量计 1上游电