傳感器與檢測(cè)技術(shù)第14章 參數(shù)檢測(cè)

1、1檢檢 測(cè)測(cè) 技技 術(shù)術(shù)電子與信息工程學(xué)院電子與信息工程學(xué)院主講人：赫健主講人：赫健第第14章章 參數(shù)檢測(cè)參數(shù)檢測(cè) 主要介紹兩部分內(nèi)容：主要介紹兩部分內(nèi)容：1、參數(shù)檢測(cè)的概述、參數(shù)檢測(cè)的概述2、參數(shù)測(cè)量的一般方法、參數(shù)測(cè)量的一般方法 測(cè)量通常包括兩個(gè)過(guò)程：一是轉(zhuǎn)換過(guò)程；二是比較測(cè)量通常包括兩個(gè)過(guò)程：一是轉(zhuǎn)換過(guò)程；二是比較過(guò)程。過(guò)程。14.1 參數(shù)檢測(cè)的概述參數(shù)檢測(cè)的概述一、參數(shù)檢測(cè)的基本概念一、參數(shù)檢測(cè)的基本概念1、測(cè)量、測(cè)量 以確定被檢測(cè)值為目的的一系列操作，即利用物質(zhì)以確定被檢測(cè)值為目的的一系列操作，即利用物質(zhì)的物理的、化學(xué)的或生物的特性，對(duì)被測(cè)對(duì)象的信息進(jìn)的物理的、化學(xué)的或生物的特性，對(duì)

2、被測(cè)對(duì)象的信息進(jìn)行提取、轉(zhuǎn)換以及處理，獲得定性或定量結(jié)果的過(guò)程。行提取、轉(zhuǎn)換以及處理，獲得定性或定量結(jié)果的過(guò)程。 第第14章章 參數(shù)檢測(cè)參數(shù)檢測(cè)檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)技術(shù) 經(jīng)測(cè)量過(guò)程所獲得的被測(cè)量的量值稱為經(jīng)測(cè)量過(guò)程所獲得的被測(cè)量的量值稱為。測(cè)量結(jié)果有多種表示方式，如數(shù)值、曲線或圖形等。測(cè)量結(jié)果有多種表示方式，如數(shù)值、曲線或圖形等。測(cè)量結(jié)果應(yīng)包括兩個(gè)部分：比值和測(cè)量單位測(cè)量結(jié)果應(yīng)包括兩個(gè)部分：比值和測(cè)量單位 。檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)技術(shù)第第14章章 參數(shù)檢測(cè)參數(shù)檢測(cè)14.1 參數(shù)檢測(cè)的概述參數(shù)檢測(cè)的概述2、測(cè)量方法的分類、測(cè)量方法的分類 測(cè)量方法就是將被測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，從而得到測(cè)量方法就是將被測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)

3、行比較，從而得到比值的方法。比值的方法。 (1)根據(jù)測(cè)量方式不同分為根據(jù)測(cè)量方式不同分為 直接測(cè)量：用事先分度或標(biāo)定好的測(cè)量?jī)x表，直接讀直接測(cè)量：用事先分度或標(biāo)定好的測(cè)量?jī)x表，直接讀取被測(cè)量結(jié)果的方法。取被測(cè)量結(jié)果的方法。 間接測(cè)量：先對(duì)和被測(cè)量有確定函數(shù)關(guān)系的幾個(gè)量進(jìn)間接測(cè)量：先對(duì)和被測(cè)量有確定函數(shù)關(guān)系的幾個(gè)量進(jìn)行測(cè)量，再將測(cè)量值代入函數(shù)關(guān)系式經(jīng)計(jì)算得到所需結(jié)果。行測(cè)量，再將測(cè)量值代入函數(shù)關(guān)系式經(jīng)計(jì)算得到所需結(jié)果。 組合測(cè)量：根據(jù)直接測(cè)量或間接測(cè)量所得到被測(cè)量數(shù)組合測(cè)量：根據(jù)直接測(cè)量或間接測(cè)量所得到被測(cè)量數(shù)據(jù)，通過(guò)解一組聯(lián)立方程而求出未知量的數(shù)據(jù)測(cè)量方法。據(jù)，通過(guò)解一組聯(lián)立方程而求出未知量的

4、數(shù)據(jù)測(cè)量方法。檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)技術(shù)第第14章章 參數(shù)檢測(cè)參數(shù)檢測(cè)14.1 參數(shù)檢測(cè)的概述參數(shù)檢測(cè)的概述(2)根據(jù)測(cè)量方法不同分為根據(jù)測(cè)量方法不同分為 偏差式測(cè)量：利用測(cè)量?jī)x表指針相對(duì)于刻度初始點(diǎn)的偏差式測(cè)量：利用測(cè)量?jī)x表指針相對(duì)于刻度初始點(diǎn)的位移位移(即偏差即偏差)來(lái)決定被測(cè)量的測(cè)量方法。來(lái)決定被測(cè)量的測(cè)量方法。 零位式測(cè)量：用已知的標(biāo)準(zhǔn)量去平衡或抵消被測(cè)量的零位式測(cè)量：用已知的標(biāo)準(zhǔn)量去平衡或抵消被測(cè)量的作用，并用指零式儀表來(lái)檢測(cè)測(cè)量系統(tǒng)的平衡狀態(tài)，從而作用，并用指零式儀表來(lái)檢測(cè)測(cè)量系統(tǒng)的平衡狀態(tài)，從而判定被測(cè)量值等于已知標(biāo)準(zhǔn)量的方法。判定被測(cè)量值等于已知標(biāo)準(zhǔn)量的方法。 微差式測(cè)量：是綜合零位式測(cè)

5、量和偏差式測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)微差式測(cè)量：是綜合零位式測(cè)量和偏差式測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)而提出的一種測(cè)量方法。而提出的一種測(cè)量方法。(3)根據(jù)測(cè)量精度要求不同分為根據(jù)測(cè)量精度要求不同分為 等精度測(cè)量：在同一測(cè)量環(huán)境下，用相同儀表與測(cè)量等精度測(cè)量：在同一測(cè)量環(huán)境下，用相同儀表與測(cè)量方法對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量。方法對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量。檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)技術(shù)第第14章章 參數(shù)檢測(cè)參數(shù)檢測(cè)14.1 參數(shù)檢測(cè)的概述參數(shù)檢測(cè)的概述 此外，根據(jù)被測(cè)量的變化特點(diǎn)又可分為靜態(tài)測(cè)量和此外，根據(jù)被測(cè)量的變化特點(diǎn)又可分為靜態(tài)測(cè)量和動(dòng)態(tài)測(cè)量；根據(jù)傳感器是否與被測(cè)對(duì)象直接接觸，分為動(dòng)態(tài)測(cè)量；根據(jù)傳感器是否與被測(cè)對(duì)象直接接觸，分為接觸

6、式測(cè)量和非接觸式測(cè)量。接觸式測(cè)量和非接觸式測(cè)量。 非等精度測(cè)量：用不同精度的儀表或不同的測(cè)量方非等精度測(cè)量：用不同精度的儀表或不同的測(cè)量方法，或在環(huán)境條件不同時(shí)，對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行多次重復(fù)法，或在環(huán)境條件不同時(shí)，對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量。測(cè)量。3、測(cè)量系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng) 測(cè)量系統(tǒng)就是由傳感器與數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)、數(shù)據(jù)處理環(huán)測(cè)量系統(tǒng)就是由傳感器與數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)、數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)和數(shù)據(jù)顯示環(huán)節(jié)等組合在一起，為了完成信號(hào)測(cè)量目標(biāo)節(jié)和數(shù)據(jù)顯示環(huán)節(jié)等組合在一起，為了完成信號(hào)測(cè)量目標(biāo)所形成的一個(gè)有機(jī)整體。如圖所形成的一個(gè)有機(jī)整體。如圖14.1所示。所示。 (1) 測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)技術(shù)第第14章章

7、 參數(shù)檢測(cè)參數(shù)檢測(cè)14.1 參數(shù)檢測(cè)的概述參數(shù)檢測(cè)的概述開(kāi)環(huán)測(cè)量系統(tǒng)開(kāi)環(huán)測(cè)量系統(tǒng) (2) 測(cè)量系統(tǒng)的基本類型測(cè)量系統(tǒng)的基本類型圖圖14.1 測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖圖14.2 開(kāi)環(huán)測(cè)量系統(tǒng)框圖開(kāi)環(huán)測(cè)量系統(tǒng)框圖檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)技術(shù)第第14章章 參數(shù)檢測(cè)參數(shù)檢測(cè)14.1 參數(shù)檢測(cè)的概述參數(shù)檢測(cè)的概述閉環(huán)測(cè)量系統(tǒng)閉環(huán)測(cè)量系統(tǒng) 圖圖14.3 閉環(huán)測(cè)量系統(tǒng)框圖閉環(huán)測(cè)量系統(tǒng)框圖二、工業(yè)檢測(cè)的主要內(nèi)容二、工業(yè)檢測(cè)的主要內(nèi)容 按被測(cè)量的類型分為熱工量、機(jī)械量、幾何量、物按被測(cè)量的類型分為熱工量、機(jī)械量、幾何量、物體的性質(zhì)和成分量、狀態(tài)量、電工量六類。體的性質(zhì)和成分量、狀態(tài)量、電工量六類。 參數(shù)的測(cè)量是以自然

8、規(guī)律為基礎(chǔ)，利用敏感元件特參數(shù)的測(cè)量是以自然規(guī)律為基礎(chǔ)，利用敏感元件特有的物理、化學(xué)或生物效應(yīng)，把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換為敏有的物理、化學(xué)或生物效應(yīng)，把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換為敏感元件的某一物理量感元件的某一物理量(化學(xué)量或生物量化學(xué)量或生物量)的變化。不同的的變化。不同的敏感元件實(shí)現(xiàn)參數(shù)測(cè)量的方法不同，包括：敏感元件實(shí)現(xiàn)參數(shù)測(cè)量的方法不同，包括：檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)技術(shù)第第14章章 參數(shù)檢測(cè)參數(shù)檢測(cè)14.2 參數(shù)測(cè)量的一般方法參數(shù)測(cè)量的一般方法 力學(xué)法力學(xué)法 熱學(xué)法熱學(xué)法 電學(xué)法電學(xué)法 聲學(xué)法聲學(xué)法 光學(xué)法光學(xué)法 磁學(xué)法磁學(xué)法 射線法射線法 生物法生物法檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)技術(shù)第第14章章 參數(shù)檢測(cè)參數(shù)檢測(cè)14.2 參

9、數(shù)測(cè)量的一般方法參數(shù)測(cè)量的一般方法 測(cè)量方法分為接觸式和非接觸式兩類。測(cè)量方法分為接觸式和非接觸式兩類。一、過(guò)程參數(shù)檢測(cè)一、過(guò)程參數(shù)檢測(cè)1、溫度檢測(cè)、溫度檢測(cè) 傳感器能檢測(cè)的過(guò)程參數(shù)很多，分為基本被測(cè)量和傳感器能檢測(cè)的過(guò)程參數(shù)很多，分為基本被測(cè)量和派生被測(cè)量。派生被測(cè)量。 測(cè)量方法按測(cè)量原理分為液壓法、彈性變形法、負(fù)測(cè)量方法按測(cè)量原理分為液壓法、彈性變形法、負(fù)荷法和壓電法四類。荷法和壓電法四類。2、壓力檢測(cè)、壓力檢測(cè) 測(cè)量方法分為三類：測(cè)量方法分為三類：3、流量檢測(cè)、流量檢測(cè)檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)技術(shù)第第14章章 參數(shù)檢測(cè)參數(shù)檢測(cè)14.2 參數(shù)測(cè)量的一般方法參數(shù)測(cè)量的一般方法 通過(guò)測(cè)量流體在管路內(nèi)已知截

10、面積流過(guò)的流速大小通過(guò)測(cè)量流體在管路內(nèi)已知截面積流過(guò)的流速大小來(lái)實(shí)現(xiàn)流量的測(cè)量。來(lái)實(shí)現(xiàn)流量的測(cè)量。 根據(jù)已知容積的容室在單位時(shí)間內(nèi)所排出流體的次根據(jù)已知容積的容室在單位時(shí)間內(nèi)所排出流體的次數(shù)來(lái)測(cè)量流體的流量。數(shù)來(lái)測(cè)量流體的流量。 容積式流量檢測(cè)法容積式流量檢測(cè)法 有兩種，一種是根據(jù)質(zhì)量流量與體積流量的關(guān)系，有兩種，一種是根據(jù)質(zhì)量流量與體積流量的關(guān)系，測(cè)出體積流量再乘以被測(cè)流體的密度的測(cè)出體積流量再乘以被測(cè)流體的密度的；另一種是直接測(cè)量流體質(zhì)量流量的方法，即；另一種是直接測(cè)量流體質(zhì)量流量的方法，即。 質(zhì)量式流量檢測(cè)法質(zhì)量式流量檢測(cè)法 速度式流量檢測(cè)法速度式流量檢測(cè)法 檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)技術(shù)第第14章章

11、 參數(shù)檢測(cè)參數(shù)檢測(cè)14.2 參數(shù)測(cè)量的一般方法參數(shù)測(cè)量的一般方法 直讀式：它根據(jù)流體的連通性原理來(lái)測(cè)量液位。直讀式：它根據(jù)流體的連通性原理來(lái)測(cè)量液位。4、物位檢測(cè)、物位檢測(cè) 浮力式：它根據(jù)浮子高度隨液位高低而改變浮力式：它根據(jù)浮子高度隨液位高低而改變(恒浮力式恒浮力式)或液體對(duì)沉浸在其中的浮筒的浮力隨液位高度變化而變或液體對(duì)沉浸在其中的浮筒的浮力隨液位高度變化而變化化(變浮力式變浮力式)的原理來(lái)測(cè)量液位。的原理來(lái)測(cè)量液位。 差壓式：它根據(jù)液柱或物料堆積高度變化對(duì)某點(diǎn)上產(chǎn)生差壓式：它根據(jù)液柱或物料堆積高度變化對(duì)某點(diǎn)上產(chǎn)生的靜的靜(差差)壓力的變化的原理測(cè)量物位。壓力的變化的原理測(cè)量物位。 電學(xué)式

12、：它根據(jù)把物位變化轉(zhuǎn)換成各種電量變化的原理電學(xué)式：它根據(jù)把物位變化轉(zhuǎn)換成各種電量變化的原理來(lái)測(cè)量物位，如電容式液位傳感器。來(lái)測(cè)量物位，如電容式液位傳感器。 核輻射式：它根據(jù)同位素射線的核輻射透過(guò)物料時(shí)，其核輻射式：它根據(jù)同位素射線的核輻射透過(guò)物料時(shí)，其強(qiáng)度隨物質(zhì)層的厚度變化而變化的原理來(lái)測(cè)量物位。強(qiáng)度隨物質(zhì)層的厚度變化而變化的原理來(lái)測(cè)量物位。檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)技術(shù)第第14章章 參數(shù)檢測(cè)參數(shù)檢測(cè)14.2 參數(shù)測(cè)量的一般方法參數(shù)測(cè)量的一般方法 聲學(xué)式：它根據(jù)物位變化引起聲阻抗和反射距離變化聲學(xué)式：它根據(jù)物位變化引起聲阻抗和反射距離變化來(lái)測(cè)量物位，如超聲波物位傳感器。來(lái)測(cè)量物位，如超聲波物位傳感器。5、成

13、分分析與物性檢測(cè)、成分分析與物性檢測(cè) 其它形式：其它形式的物位傳感器有微波式、激光式、其它形式：其它形式的物位傳感器有微波式、激光式、射流式、光纖式等。射流式、光纖式等。 成分分析一般針對(duì)氣體組成及含量；物性檢測(cè)則針成分分析一般針對(duì)氣體組成及含量；物性檢測(cè)則針對(duì)液體的濃度及空間的濕度。對(duì)液體的濃度及空間的濕度。 氣體成分檢測(cè)氣體成分檢測(cè) 濃度檢測(cè)濃度檢測(cè) 濕度檢測(cè)濕度檢測(cè)檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)技術(shù)第第14章章 參數(shù)檢測(cè)參數(shù)檢測(cè)14.2 參數(shù)測(cè)量的一般方法參數(shù)測(cè)量的一般方法 ：常用的傳感器有電阻式傳感器、電感式：常用的傳感器有電阻式傳感器、電感式傳感器、電容式傳感器、電渦流式傳感器、光電式傳感器傳感器、電

14、容式傳感器、電渦流式傳感器、光電式傳感器及光導(dǎo)纖維傳感器、超聲波傳感器、激光及輻射式傳感器、及光導(dǎo)纖維傳感器、超聲波傳感器、激光及輻射式傳感器、薄膜傳感器等。將上述傳感器與相應(yīng)的測(cè)量電路結(jié)合在一薄膜傳感器等。將上述傳感器與相應(yīng)的測(cè)量電路結(jié)合在一起，即組成工程中常用的測(cè)量?jī)x器和儀表，如電阻式位移起，即組成工程中常用的測(cè)量?jī)x器和儀表，如電阻式位移計(jì)、電感測(cè)微儀、電容測(cè)微儀、電容液位計(jì)等。計(jì)、電感測(cè)微儀、電容測(cè)微儀、電容液位計(jì)等。二、機(jī)械量參數(shù)檢測(cè)二、機(jī)械量參數(shù)檢測(cè)1、位移檢測(cè)、位移檢測(cè)檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)技術(shù)第第14章章 參數(shù)檢測(cè)參數(shù)檢測(cè)14.2 參數(shù)測(cè)量的一般方法參數(shù)測(cè)量的一般方法2、轉(zhuǎn)速檢測(cè)、轉(zhuǎn)速檢測(cè)

15、 ：主要是指在精密數(shù)控裝置如數(shù)控機(jī)床：主要是指在精密數(shù)控裝置如數(shù)控機(jī)床和三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x等設(shè)備中，將直線位移或角位移轉(zhuǎn)換為和三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x等設(shè)備中，將直線位移或角位移轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖信號(hào)輸出的測(cè)量方法。常用的轉(zhuǎn)換裝置有感應(yīng)數(shù)字脈沖信號(hào)輸出的測(cè)量方法。常用的轉(zhuǎn)換裝置有感應(yīng)同步器、旋轉(zhuǎn)變壓器、磁尺、光柵和各種脈沖編碼器等。同步器、旋轉(zhuǎn)變壓器、磁尺、光柵和各種脈沖編碼器等。3、速度檢測(cè)、速度檢測(cè) 定義法定義法 加速度積分法或位移微分法加速度積分法或位移微分法 利用物理參數(shù)測(cè)量速度利用物理參數(shù)測(cè)量速度 多普勒效應(yīng)測(cè)速度多普勒效應(yīng)測(cè)速度 壓電效應(yīng)法壓電效應(yīng)法檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)技術(shù)第第14章章 參數(shù)檢測(cè)參數(shù)檢測(cè)14.2

16、 參數(shù)測(cè)量的一般方法參數(shù)測(cè)量的一般方法5、厚度檢測(cè)、厚度檢測(cè)4、振動(dòng)檢測(cè)、振動(dòng)檢測(cè) 差動(dòng)變壓器法差動(dòng)變壓器法 電渦流法電渦流法 應(yīng)變片法應(yīng)變片法 厚度檢測(cè)屬于長(zhǎng)度測(cè)量，很多情況下可以用測(cè)長(zhǎng)度厚度檢測(cè)屬于長(zhǎng)度測(cè)量，很多情況下可以用測(cè)長(zhǎng)度或測(cè)位移的方法或技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。一類是直接利用厚度參或測(cè)位移的方法或技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。一類是直接利用厚度參數(shù)來(lái)調(diào)制傳感器的輸出信號(hào)，這是測(cè)數(shù)來(lái)調(diào)制傳感器的輸出信號(hào)，這是測(cè)，如低頻，如低頻透射式電渦流測(cè)厚法、超聲波測(cè)厚法、微波測(cè)厚法、核透射式電渦流測(cè)厚法、超聲波測(cè)厚法、微波測(cè)厚法、核輻射測(cè)厚法等。輻射測(cè)厚法等。三、其他參數(shù)檢測(cè)三、其他參數(shù)檢測(cè) 化學(xué)量檢測(cè)就是檢測(cè)儀器或設(shè)備按一定的化學(xué)規(guī)律或化學(xué)量檢測(cè)就是檢測(cè)儀器或設(shè)備按一定的化學(xué)規(guī)律或效應(yīng)對(duì)被測(cè)量進(jìn)行檢測(cè)，如化學(xué)反應(yīng)原理等。效應(yīng)對(duì)被測(cè)量進(jìn)行檢測(cè)，如化學(xué)反應(yīng)原理等。檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)技術(shù)第第14章章 參數(shù)檢測(cè)參數(shù)檢測(cè)14.2 參數(shù)測(cè)量的一般方法參數(shù)測(cè)量的一般方法2、生物量檢測(cè)、生物量檢測(cè)1、化學(xué)量檢測(cè)、化學(xué)量檢測(cè) 生物量檢測(cè)就是利用檢測(cè)儀器或設(shè)備