现代检测技术-李英顺-电子教案-第13章
现代检测技术 李英顺 电子教案
图一二-一 各种压力之间的关系
一二.一概
述 一二.一.三压力检测的基本
根据不方同法工作原理,压力检测方法可分为如下几种：
⑴重力平衡方法 这种方法利用一定高度的工作液体产生的重力或砝码的重量
弹簧管压力计结构简单,使用方便,价格低廉, 测压范围宽,应用十分广泛.
范围为 105 ~109Pa,精度最高可达 0.1%
一二.三弹性压力 计
图一二-五 弹簧管压力表
一—弹簧管 二—拉杆 三—扇形齿轮 四—中心齿轮 五—指针 六—面板 七—游丝 八—调整螺钉 九—接头
一二.三弹性压力计
弹性压力计可以在现场指示,但是许多情况下要求将信 号远传至控制室.一般可以在已有的弹性压力计结构上增加转 换部件,实现信号的远距离传送.弹性压力计信号多采用电远 传方式,即把弹性元件的变形或位移转换为电信号输出.常见 的转换方式有电位器式、霍尔元件式、电感式、差动变压器 式等,图一二-六给出两种电远传弹性压力计结构原理.
力计 式中, L—倾斜管内液柱的高度； —斜面与水平面夹角. 为准确测定角,可用水准仪测校水平位置.
由于酒精有较小的密度,常用它作为斜管压力计 的工作液体,以提高微压计的灵敏度.
如果要求倾斜式压力计测量不同的压力范围 时,则可采用斜管倾斜角度可变的微压计,即通过
改变倾斜角
一二.二液柱式压
力计 由于 Lh,所以倾斜式压力计比单管压力计更
一二.二液柱式压 力计 一二.二.二单管压力计
单管压力计如图一二-二[b]所示,它相当于将U形 管的一端换成一个大直径的容器,测压原理仍然与U 形管相同.当大容器一侧通入被测压力 p,管一侧通入 大气压时,满足下列关系
现代检测技术-李英顺-电子教案-第11章.ppt
11.1概述
⑵非接触式测温 非接触式温度测量的特点是感温元件不与被测对象直接
接触，而是通过接受被测物体的热辐射能实现热交换，据此 测出被测对象的温度。
非接触式测温具有不改变被测物体的温度分布，热惯性 小，测温上限可设计得很高，便于测量运动物体的温度和快 速变化的温度等优点。
为了保证温度量值的准确并利于传递，需要建立一个衡 量温度的统一尺度，即温标。它规定了温度的读数起点（零 点）和测量温度的基本单位。
11.1概述
⒋国际温标
根据国际温标规定：热力学温度是基本温度，用符
号T表示，单位是开，记为K。它规定水的三相点热力
学温度（即固态、液态、气态三相共存时的平衡温度）
为273.16K，定义1K（开尔文1度）等于水的三相点热
力学温度的1/273.16。通常将比水的三相点温度低
0.01K的温度规定为摄氏零度，它与摄氏温度之间的关
②具有较高的准确度。
③测量范围宽，常用的热电偶，低温可测到
，
高温可50测C达到
左右1，6配0C以0特殊材料的热电极，
最低可测
，最高1可80C 达
的温度28。0C0
④具有良好的敏感度。
⑤使用方便。
11.2热电偶
11.2.1热电效应 两种不同材料的导体或半导体A、B串接成一个闭 合回路，并使结点1和2处于不同的温度 TT0、 ，那么
11.1概述
11.1.1温度测量方法
⑴接触式测温 接触式温度测量的特点是感温元件直接与被测对象 相接触，两者进行充分的热交换，最后达到热平衡，此 时温度计的示值就是被测对象的温度。 以接触式方法测温的常用温度计有玻璃温度计、压 力温度计、双金属温度计、热电偶以及热电阻等接触式 温度测量特别适合 120 C 0 以下，热容大，无腐蚀性对 象的连续在线测温。
现代检测技术教案
绪论教学要求1．掌握检测等基本概念。
2．了解工业检测技术涉及的内容。
3．掌握自动检测系统的组成。
4．明确本课程的任务。
5．了解检测技术的发展趋势。
教学手段多媒体课件，实物演示教学课时1学时教学内容一．检测（Detection）的定义（联系具体、日常生活的例子，如举“操冲秤象”的例子过程来说明检测的定义）检测是利用各种物理、化学效应，选择合适的方法与装置，将生产、科研、生活等各方面的有关信息通过检查与测量的方法赋予定性或定量结果的过程。
能够自动地完成整个检测处理过程的技术称为自动检测与转换技术。
二．检测技术在国民经济中的地位和作用举例说明：检测技术是现代化领域中很有发展前途的技术，它在国民经济中起着极其重要的作用。
三．工业检测技术的内容（了解）四．自动检测系统的组成（掌握）1. 系统框图(0-1)2. 传感器（Transducer）及定义3. 显示器4. 数据处理装置5. 执行机构6. 自动检测系统举例(0-2)五．检测技术的发展趋势（举例介绍）当前，检测技术的发展主要表现在以下几个方面：1.不断提高检测系统的测量精度、量程范围、延长使用寿命、提高可靠性2.应用新技术和新的物理效应，扩大检测领域3.发展集成化、功能化的传感器4.采用计算机技术，使检测技术智能化5.发展网络化传感器及检测系统六．本课程的任务和学习方法本课程的任务是：在阐明测量基本原理的基础上，逐一分析各种传感器是如何将非电量转换为电量的，并介绍相应的测量转换电路、信号处理电路及各种传感器在工业中的应用。
本课程的学习方法是：要理论联系实际，要举一反三（演示光电开关，提问和讨论可以哪有几种用途，启发！），富于联想，善于借鉴，关心和观察周围的各种机械、电气等设备，重视实验和实训，这样才能学得活、学得好，才有利于提高今后解决实际问题的能力。
留一个问题给学生回去思考：举出课堂上演示过的光电开关共有哪几种用途，第二次上课时，回答得越多越好。
第一章检测技术的基本概念教学要求1．掌握测量的基本概念和测量方法。
现代检测技术原理-李英顺-电子教案-第9章
❖ 低压贡灯、钠灯、氦灯等是光谱仪器中常用的光源，统
称为光谱灯。
现代检测技术原理-李英顺-电子教 案-第9章
⑶固体发光光源（电致发光器件）
❖ 固体发光材料在电场激发下产生的发光现象称为电致发 光，它是将电能直接转换成光能的过程。利用这种现象 制成的器件称为电致发光器件，如发电二极管，半导体 激光器和电致发光屏。
现代检测技术原理-李英顺-电子教 案-第9章
一、光源
光源是光电式传感器的一个组成部分，大多数的 光电传感器都离不开光源。
我们把通电后而发光的器件，统称为电光源，或者叫 电光元件。
普通的电光源可以分为四类：
⑴热辐射光源，即白炽灯；
⑵气体放电灯，如氖泡，日光灯；
⑶固体发光光源（电致发光器件),如发电二极管，场致 发光灯；
三、光电元件
❖ 光电元件在光电式传感器中是用来把光量变换成电量的一
种器件。常用的有光敏电阻，光电池，光敏晶体管，光电
倍增管。以及一些新型半导体光电器件，如电荷耦合摄像
器（CCD），光电位置敏感器件（PSD）等。
❖ 传统的光电器件是利用各种光电效应制成的器件。光电器 件的理论基础是光电效应。
❖ 所谓光电效应即是由于物体吸收能量E为的光后产生的电
光电传感器应用与优点
光电传感器是一种常用的传感器，应用领域也比较广 泛，除可直接检测光信号外，还可以用来测量转速、 位移、距离、温度、浓度、浊度等参量，也可以用作 对各种产品的计数、机床的保护装置。
光电传感器具有很多优良的特性，例如，精度高、不 受电磁干扰的影响、非接触测量、体积小、重量轻、 造价低的等优点。
光敏电阻具有很高的灵敏度，光谱响应的范围可以从紫
外区域到红外区域，且体积小，性能稳定，价格低，所以被
现代检测技术-李英顺-电子教案-第1章
直接测量 在使用仪表进行测量时，对仪表
读数不需要经过任何运算就能直接表 示测量所需要的结果，称为直接测量。
例如，用磁电式电流表测量电路 的支路电流。用弹簧管式压力表测量 锅炉压力等。
间接测量 有的被测量无法或不便于直接测量，这就
要求在使用仪表进行测量时，首先对与被测物 理量有确定函数关系的几个量进行测量，然后 将测量值带入函数关系式，经过计算得到所需 的结果，这种方法称为间接测量。
确计量、校准送检样品和样机的标准仪表。 “实验室表”多用于各类实验室中，它
的使用环境条件较好，往往具有特殊的防水、 防尘措施。
“工业用表”是长期使用于实际工业生 产现场的检测仪表与检测系统。
按是否接触被测介质分类
接触式检测仪表的检测元件与被测介质 直接接触，感受被测量的作用或变化，从而 获得测量信号。
1.3.3检测系统的分类
按被测参数分类 电气参数：电能、电功率、电压、电流、频率、电
阻、电容、磁场强度、磁通密度等； 机械参数：质量、位移、振动、力、应力、力矩、
转速、线速度、加速度、噪声、缺陷检查、故障诊断等； 过程参数：主要是热工参数，通常可细分为温度、
压力、流量、物位、成分分析等。
按被测参量的检测转换方法分类 电磁转换：电阻式、应变式、压阻式、热阻式、
严格把控质量关，让生产更加有保障 。2020年10月 上午1时 57分20.10.2201:57Oc tober 22, 2020
作业标准记得牢，驾轻就熟除烦恼。2020年10月22日星期 四1时57分19秒 01:57:1922 October 2020
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《现代检测技术》课程教学大纲(2022版)
1、课程基本信息2、毕业要求与课程目标的关系2.1本课程支撑的毕业要求指标点自动化专业培养方案为本课程设置了3个毕业指标观测点，具体如下：（1）毕业要求观测点1-3：工程知识能够理解和掌握自动化学科相关的基本理论与工程基础知识，用于解决自动化相关领域的复杂工程问题。
（2）毕业要求观测点4-1：研究能够基于科学原理和科学方法在自动化相关领域进行实验设计。
（3）毕业要求观测点6-1：工程与社会熟悉自动化领域相关的技术标准、知识产权、产业政策和法律法规，能客观分析和评价自动化专业工程实践和复杂工程问题解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响。
2.2课程目标根据自动化专业毕业要求指标观测点安排，本课程设置了5个课程知识能力目标（简称：JC-X）。
JC-1目标1：检测技术的基本概念和基础知识了解检测技术在自动化系统中的作用，理解检测系统静态特性指标和动态特性指标的涵义，了解检测系统静动态特性标定过程，熟悉典型传感器的检测原理、接口电路、应用特点和适用条件。
JC-2目标2：掌握基本的检测数据误差分析方法了解系统误差、随机误差、粗大误差的特点和判别方法，掌握绝对误差、相对误差、残差、标准差、标准不确定度、扩展不确定度等不同误差表示形式及计算方法，能够利用计算工具对测量数据进行基本的误差分析。
JC-3目标3：检测系统的架构和设计熟悉检测系统模块组成及模块功能，了解现代检测系统的基本架构形式（独立式、总线式、微机扩展式、虚拟仪器式等）、架构优缺点和系统设计方法。
JC-4目标4：检测技术相关的行业标准和国家/国际标准了解检测仪器仪表相关的行业标准、国家标准和国际标准，能够根据实际应用特点及环境、成本、社会等因素选择合适的检测系统方案，并能客观地分析和评价检测方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响。
JC-5目标5：培养实事求是的科学态度，树立科学发展观结合课程思政要求，培养学生实事求是的科学态度，树立科学发展观。
现代检测技术-李英顺-电子教案-第8章
压电系数d mn 的下标mn的意义是：m表示产生电荷的面的 轴向，n表示施加作用力的轴向。在石英晶体中，下标1对应x轴， 2对应y轴，3对应z轴。 q Px 等于晶片表面的电荷密度，即： x = x 极化强度 P lb q 式中， x 为垂直于x轴平面上的电荷。 把 Px 值代入 Px = d11σ x =
一、压电效应 二、压电元件 三、接口电路 四、压电式压力传感器
压电式传感器的工作原理是以某些物质的压电效应为基础， 压电效应是可逆的。因此，压电式传感器是一种典型的“双向 传感器”。 压电式传感器具有使用频带宽、灵敏度高、信噪比高、结 构简单、工作可靠、质量轻、测量范围广等许多优点。因此在 压力冲击和振动等动态参数测试中，是主要的传感器品种，它 可以把加速度、压力、位移、温度、湿度等许多非电量转换为 电量。 压电转换元件的主要缺点是无静态输出，阻抗高，需要低 电容的低噪声电缆，很多压电材料的工作温度只有左右。
图8-9 压电式压力传感器结构
d11 Fx lb
得：Px = d 11 Fx
q 由上式可以看出，当晶片受到x向的压力作用时， x与作用力 Fx 成正比，而与晶片的几何尺寸无关。 其极间电压为： = q x = d Fx U
x
Cx
11
Cx
式中，x —电极面间电容， x = C C
εS
h
=
ε rε 0 S
h
=
ε r ε o lb
h
S—极板面积，单位为 m 2 ； h—晶片厚度，单位为 m； ε —压电晶体的介电常数； ε 0—真空介电常数（ε 0 = 8.85 × 10 −12 F m ）； ε r—压电晶体的相对介电常数（4.58）。
根据逆压电效应，晶体在x轴方向将产生伸缩，即 ∆h = d11U x 或用应变表示，则 ∆h = d11 U x = d11 E x
现代检测技术-李英顺-电子教案-第13章.ppt
质量表示。
流量通常是指单位时间内流经管道某截面的流体 的数量，即瞬时流量；在某一段时间内流过的流体总 和，称为累积流量。
瞬时流量和累积流量可以用体积表示，也可用质量
表示。
⑴体积流量
瞬时体积流量用Qv表示，累积体积流量用Qv’ 表示，根据定义有
Qv
vdAvA
A
Qv t Qvdt
(13-1) (13-2)
图13-6 检测器和密度计组合的质量流量计
图13-7 体积流量计和密度计组合的质量流量计
图13-8
检测器与体积流量计组合的质量流量计
图13-9 U形科氏质量流量计结构图 1—支承管；2—检测管；3—电磁检测器；4—电磁激励器；5—壳体
图13-10 检测管受力图
• 9、春去春又回，新桃换旧符。在那桃花盛开的地方，在这醉人芬芳的季节，愿你生活像春天一样阳光，心情像桃花一样美丽，日子像桃子一样甜蜜。 2020/12/112020/12/11Friday, December 11, 2020
图13-2 转子流量计
图13-3 电磁流量计原理图
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精品课件
流量通常是指单位时间内流经管道某截面的 流体的数量，即瞬时流量；在某一段时间内流过 的流体总和，称为累积流量。
瞬时流量和累积流量可以用体积表示，也可 用质量表示。
图13-5 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
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图13-6 检测器和密度计组合的质量流量计
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图13-7 体积流量计和密度计组合的质量流量计
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图13-8
检测器与体积流量计组合的质量流量计
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图13-9 U形科氏质量流量计结构图 1—支承管；2—检测管；3—电磁检测器；4—电磁激励器；5—壳体
精品课件
流量通常是指单位时间内流经管道某截面的流体 的数量，即瞬时流量；在某一段时间内流过的流体 总和，称为累积流量。
瞬时流量和累积流量可以用体积表示，也可用质 量表示。
⑴体积流量
瞬时体积流量用Qv表示，累积体积流量用Qv’ 表示，根据定义有
Qv
vdAvA
A
Qv t Qvdt
精品课件
(13-1) (13-2)
图13-2 转子流量计
精品课件
图13-3 电磁流量计原理图
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椭圆齿轮流量计适合 于中小流量的测量，其最 大口径为250。优点是受 流体粘度影响小，测量精 度高，不要求前后直管段。 但加工复杂，成本高，要 求被测流体不含固体颗粒， 应在流量计前加装过滤器。
图13-4 椭圆齿轮流量计原理图
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图13-10 检测管受力图
精品Байду номын сангаас件
⑵质量流量
瞬时质量流量用Q m 表示，累积质量流量用 Q m 表 示。因为质量可用体积与密度之积来表示
Q mQ v, Q m Q v (13-3)
式中， 表示流体的密度。 体积流量的单位用 m3 h,m3 s,Lmi表n示；
质量流量单位为 kg s ，也可用 kg h ；总量的
为 m3 , kg 。
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图13-1 差压流量计工作原理图
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转子流量计可分为玻璃 锥管转子流量计和金属锥管转 子流量计，前者流量标尺刻度 在管壁上，可直接读取所测流 量值。对于不透明介质，高温、 高压介质及需要指示远传时， 多采用金属锥管转子流量计， 其转子位移的检测目前多采用 差动变压器结构，转子的上端 与差动变压器活动衔铁相连， 转子的位移由差动变压器线圈 转换成与流量相对应的输出电 压。