上海大学检测复习

1、检测技术基础复习检测技术基础复习0808年年 第一章第一章 测量的基本概念测量的基本概念 一一. .测量的概念与定义测量的概念与定义1 1. .什么是测量什么是测量?P1?P1 研究自然界的任何对象，要对它进行定量研究和评价都是研究自然界的任何对象，要对它进行定量研究和评价都是通过测量手段来实现的通过测量手段来实现的。测量过程实际上是能量的变换的过程测量过程实际上是能量的变换的过程. . 2.2.什么是测量的基本方程什么是测量的基本方程? ?3.3.什么是测量的基本功能什么是测量的基本功能 ? ? P2P2 变换功能变换功能 比较功能比较功能 选择功能选择功能 显示功能显示功能0 xxAxAx

2、:Ax:测量结果测量结果; x:; x:被测量被测量; x; x0 0: :单位量单位量 二,测量仪表的结构和基本性能测量仪表的结构和基本性能1.1.哪些是测量仪表的基本性能哪些是测量仪表的基本性能? ?P3P3( (一一) )精确度精确度(1)(1)精密度精密度: :仪表指示值的分散程度仪表指示值的分散程度. .(2)(2)准确度准确度: :仪表指示值接近真值的程度仪表指示值接近真值的程度. .(3)(3)精确度精确度: :精密度与准确度的综合反映精密度与准确度的综合反映. .( (二二) )稳定性度稳定性度(1)(1)稳定性度稳定性度: :(2)(2)环境影响环境影响: :2.2.测量仪表

3、有几种的结构测量仪表有几种的结构? ? P3P3直接变换型结构直接变换型结构, , 平衡变换型结构平衡变换型结构, ,差动变换型结构差动变换型结构.P5,P6.P5,P6 三. 测量仪表的输入输出特性测量仪表的输入输出特性xydxdykx0lim%100mmlyyE1. 1. 测量仪表的静态特性指标有哪几种测量仪表的静态特性指标有哪几种?P5?P5有有4 4种种: : 灵敏度灵敏度, ,线性度线性度, ,滞环滞环, ,重复性重复性. .动态特性：动态特性：响应时间或上升时间，响应时间或上升时间，主要指标公式主要指标公式: :灵敏度灵敏度: :线性度线性度: :采用端基采用端基线性度（参见）线性

4、度（参见）简单，直观简单，直观。四四. .测量方法的分类测量方法的分类1.1.有哪几种测量方法有哪几种测量方法? ? 直接测量直接测量: :间接测量间接测量: :组合测量组合测量: :2.2.有哪几种测量方式有哪几种测量方式? ? 直读式测量直读式测量，零位式测量零位式测量，微差式测量微差式测量: :实验方式下的线性度计算实验方式下的线性度计算: :对某个温度仪表进行全程测试对某个温度仪表进行全程测试, ,记录在下表记录在下表: :解:%4 . 0%1002008. 02008. 0lmmEmVymVyyy 第二章第二章 测量误差及数据处理测量误差及数据处理一一. .测量误差分类测量误差分类1

5、.1.测量误差可以分成哪三类测量误差可以分成哪三类? ?1)1)系统误差系统误差: :凡是按一定规律变化的误差。凡是按一定规律变化的误差。(2)(2)随机误差随机误差: :经过多次测量经过多次测量, ,其误差的大小与符号均无规律可循的误差。其误差的大小与符号均无规律可循的误差。(3)(3)疏失误差：对某一个被测量经过多次测量疏失误差：对某一个被测量经过多次测量, ,可能某些测量结果明显可能某些测量结果明显偏离真值所形成的误差。偏离真值所形成的误差。仪表精度等级规范：仪表精度等级规范： 0.10.1，0.20.2，0.50.5，1.01.0，1.51.5，2.52.5，5.05.0。精度等级的表

6、示精度等级的表示: :P24P24计算最大引用误差计算最大引用误差 0m0m, ,然后去掉然后去掉% %并进行圆整。并进行圆整。2. 2. 误差表示的方法有哪几种？误差表示的方法有哪几种？(1)(1)绝对误差绝对误差:(2):(2)相对误差相对误差:(3):(3)最大引用误差最大引用误差: :2-22-2用用0.20.2级级100mA100mA电流表去校验电流表去校验2.52.5级级100mA100mA电流表电流表, ,前者示值前者示值80mA,80mA,后者示值后者示值77.8mA77.8mA。（1 1）被校表的绝对误差，修正值和实际相对误差各为多少？）被校表的绝对误差，修正值和实际相对误差

7、各为多少？（2 2）若认为上述误差是最大误差，被校表的精度应定为几级？）若认为上述误差是最大误差，被校表的精度应定为几级？ mAI2 . 2808 .77mA2 .2%75. 2%100802 . 2I5 . 2%2 . 2%1001002 . 2sm解：（解：（1 1）被校表的绝对误差：）被校表的绝对误差：被校表的修正值：被校表的修正值：被校表的实际相对误差：被校表的实际相对误差：（2 2）被校表的精度：）被校表的精度：2-3 2-3 测量测量20V20V左右电压左右电压, ,现有两块电压表现有两块电压表, ,其中一块量程为其中一块量程为200V,0.5200V,0.5级级; ;另一块量另一

8、块量程为程为30V,2.530V,2.5级级; ;该选择哪一块电压表测量更精确该选择哪一块电压表测量更精确? ? 解解: :量程为量程为200V,0.5200V,0.5级的电压表级的电压表 可能出现的最大绝对误差可能出现的最大绝对误差: : xm=xm=+ +200200 0.5%=0.5%=+ +1V1V . .量程为量程为30V,2.530V,2.5级的电压表级的电压表 可能出现的最大绝对误差可能出现的最大绝对误差: : xm=xm=+ +3030 2.5%=2.5%=+ +0.75V0.75V . .显然显然, ,后一种电压表更精确。后一种电压表更精确。2-4用一台用一台5位数字位数字电

9、压表的电压表的4V4V量程分别测量量程分别测量4V4V和和0.1V0.1V电压电压, ,已知该表的基本误差已知该表的基本误差为为+ +0.01%Ux0.01%Ux+ +2 2个字个字. .求由于该表的基本误差引起的测量误差。求由于该表的基本误差引起的测量误差。%015. 0%100)40002. 00001. 0(%1000002. 0%01. 0%1000002. 0%01. 0 xxxUUUUU%21.0%2.0%01.01.00002.0%01.0解解: :测量测量4V4V电压引起的测量误差：电压引起的测量误差：测量测量0.1V0.1V电压引起的测量误差：电压引起的测量误差：2-7已知已

10、知一台一台5位半数字位半数字电压表的基本误差为电压表的基本误差为+ +0.003%Ux0.003%Ux+ +0.002%Um. 0.002%Um. 选用选用1V1V档去测量电压档去测量电压, ,示值为示值为0.49946V,0.49946V,求相对误差为多少求相对误差为多少? ? 0000349838.0)1%002.049946.0%003.0(%007.0%10049946.00000349838.0 x解解: :基本误差为：基本误差为：相对误差为：相对误差为：二二。误差表示方法误差表示方法 1.1.基本误差基本误差: :指仪器仪表在标准条件下使用时所产生的误差。指仪器仪表在标准条件下使用

11、时所产生的误差。2.2.附加误差附加误差: :仪器仪表在使用中偏离标准条件仪器仪表在使用中偏离标准条件, ,除了存在基本误差外还会出除了存在基本误差外还会出现附加误差。现附加误差。三三. .随机误差的正态分布特点：随机误差的正态分布特点：1.1.对称性对称性: 2.: 2.单峰性单峰性: 3.: 3.有界性有界性: 4.: 4.抵抵偿偿性性: :四四. .测量数据的处理测量数据的处理4.4.有效数字位数的确定有效数字位数的确定3.3.有效数字的运算规则有效数字的运算规则2.2.有效数字的位数有效数字的位数为了便于计算为了便于计算, ,可以按精度最差的数据运算可以按精度最差的数据运算. .1.1

12、.测量数据的舍入法则测量数据的舍入法则小于小于5 5舍舍, ,大于大于5 5入入, ,等于等于5 5时采取偶数法时采取偶数法则则. .保留三位或保留一位小数保留三位或保留一位小数: :12.34-12.3 (45)12.35-12.4 (=5偶数法则)12.45-12.4 (=5偶数法则)12.45212.5 (5)五五. .误差的合成与分配误差的合成与分配1.1.常用函数的合成误差常用函数的合成误差2.2.基本方法基本方法 niimiymniimiymxfxf1212)ln()(对函数作全微分处理对函数作全微分处理; ;取相对误差形式表示取相对误差形式表示; ;按最大不确定度考虑按最大不确定

13、度考虑误差误差。积函数积函数: :商函数商函数: :幂函数幂函数: :当各分项误差较多时当各分项误差较多时, ,采用采用绝对值合成法绝对值合成法过于保守过于保守, ,各分项误差因符号各分项误差因符号相互抵消的可能性增加相互抵消的可能性增加, ,故各分项误差较多时故各分项误差较多时, ,应采用应采用方和根合成法方和根合成法比比较合理较合理: :绝对系统不确定度绝对系统不确定度绝对系统不确定度绝对系统不确定度2.82.8推导当测量值推导当测量值x=Ax=Am mB Bn nC Cp p时的相对误差时的相对误差 x x的表达式，设的表达式，设 A A= =+ +2.0%, 2.0%, B B= =+

14、 +1.0%, 1.0%, C C = =+ +2.5%,m=2, n=3, m=1/2,2.5%,m=2, n=3, m=1/2,求这时的求这时的 x x? ? 解解: :CBApnmpnmpnmpnmCdCpBdBnAmdAxdxdCCBpAdBCBnAdACBmAdCCydBBydAAydx111%25. 8%5 . 25 . 0%0 . 13%0 . 22xCBAxpnm2-9用伏安法测量电阻用伏安法测量电阻Rx,Rx,用万用表的用万用表的10V10V和和50mA50mA量程分别测量量程分别测量UxUx和和Ix,Ix,已知万用表已知万用表的灵敏度为的灵敏度为20k20k /V,/V,电

15、流档的最大压降电流档的最大压降5.00V,5.00V,示值为示值为Ux=9.8V,Ix=49mA,Ux=9.8V,Ix=49mA,求求RxRx实际实际值值, ,计算计算 x x? ?分析方法误差分析方法误差, ,改变接线方法。改变接线方法。 100049. 0504958 . 9SIXXIUUR%100100049. 0/8 . 9100XXXSRRR解解: :RxRx实际值：实际值：计算相对误差计算相对误差 x x： 由于由于电流档的压降因素电流档的压降因素, ,导致电压表导致电压表的示值与的示值与RxRx的压降不同的压降不同. .改变接线方法就改变接线方法就是让是让电压表跨接在电压表跨接在

16、RxRx的两端的两端. .2-10仍仍用题用题2-92-9的万用表的的万用表的50V50V和和1mA1mA量程测量，示值量程测量，示值Ux=45V,Ix=90uA,Ux=45V,Ix=90uA,求求Rx=Rx=？, ,计算计算 R R= =? ?分析方法误差分析方法误差, ,改变接线方法。改变接线方法。 MRV12050MRVRRUIRRRRXXXxxXVXV14509.0101033%50%1005 . 09045XXXXxxXRRRMIUR由于由于电压表的内阻与电压表的内阻与RxRx的阻值较近，故的阻值较近，故电流分流对测量影响大。电流分流对测量影响大。将电压表将电压表C C端移到端移到B

17、 B端。端。解解: :RxRx实际值：实际值：电压表的内阻电压表的内阻: :计算相对误差计算相对误差 x x：2-13 求测量电能求测量电能W=(U2/R)t的测量误差的测量误差,已知已知U U= =+ +1.5%1.5%, , R R= =+ +1.0%1.0%, , t t= =+ +0.1%0.1%, ,求求ww. .%1 . 4%)1 . 0%0 . 1%5 . 12(|2tRUW%35. 2%)1 . 0(%)0 . 1 (%)5 . 1 (2222W解解: :一般方法一般方法: :采用方和根合成法采用方和根合成法: : 第第三章三章 非电量的电测技术非电量的电测技术kRR直流电桥直

18、流电桥：输出电压与桥臂应变量输出电压与桥臂应变量:432104KUUy单单臂电桥臂电桥：半导体应变片半导体应变片灵敏度高灵敏度高, ,机械滞后小机械滞后小, ,动态特性好动态特性好, ,横向效应小横向效应小, ,体积小体积小. .非线性严重非线性严重, ,温漂系数高温漂系数高, ,测量范围小测量范围小, ,价格高。价格高。金属电阻应变片金属电阻应变片分辨率高分辨率高, ,非线性误差小非线性误差小, ,温温漂系数小漂系数小, ,测量范围大测量范围大, ,价格价格低廉低廉. .应变效应应变效应: :双双臂电桥臂电桥：全全臂电桥臂电桥：2104KUUy104KUUy4-2 4-2 应变片传感器应变片

19、传感器 判断双判断双臂电桥应变臂电桥应变片正确接法：片正确接法： 判断全判断全臂电桥应变臂电桥应变片正确接法：片正确接法： 3 3-3-3将图将图3 3-207-207的应变电阻的应变电阻R1R1R4R4接成电桥。已知：接成电桥。已知：E=2.0E=2.0 10105 5N/mmN/mm2 2,b=3mm,h=1.0mm, R1,b=3mm,h=1.0mm, R1R4 R4 的初值均为的初值均为100100 ,k=2.0,k=2.0,一片允许最一片允许最大功耗大功耗pm=250mW.pm=250mW.设设F=10N,F=10N,求求R1R1R4R4的阻值各为多少的阻值各为多少? ?桥路的输出电

20、压是多少桥路的输出电压是多少? ?mAARpmI5005. 0100/25. 0/26EbhFlKKRRVU1010005. 020解解: :电桥输出电压电桥输出电压: :应变电阻允许电流应变电阻允许电流: :电桥电源电压电桥电源电压: :电阻相对变化量与外力关系电阻相对变化量与外力关系: :llEbhFlKRRKR02. 01310210610026252电桥输出电压电桥输出电压: :l1=20mm,l1=20mm,对对R1,R2:R1,R2:R1=100.4 R1=100.4 ,R2=99.6,R2=99.6 l2=12mm,l2=12mm,对对R3,R4:R3,R4:R3=100.24R

21、3=100.24 , R4=99.76, R4=99.76 mVRRRRRRRREUy32)10024. 01004 . 0(210)(44321 3 3-6 -6 热电阻热电阻两种常用热电阻敏感元件的特两种常用热电阻敏感元件的特点点铂电阻铂电阻: :物理化学性能稳定物理化学性能稳定, ,精度高精度高, ,线性好线性好. .但灵敏度低但灵敏度低, ,测量高温时容易受污染而变脆。测量高温时容易受污染而变脆。适用于制作基准器件适用于制作基准器件, ,在工业中获得广泛应用。在工业中获得广泛应用。铜电阻铜电阻: :容易提纯容易提纯, ,线性好线性好, ,灵敏度高灵敏度高. .但测量高温时容易受氧化。但

22、测量高温时容易受氧化。适用于要求一般的场合，温度较低的测量，由于价廉，常作为补偿元件适用于要求一般的场合，温度较低的测量，由于价廉，常作为补偿元件使用。使用。远程测量时采用三线制远程测量时采用三线制或四或四线制电桥的理由线制电桥的理由: :当被测温度远离仪表时，信号传输线受到环境温度的变化而引入测量误当被测温度远离仪表时，信号传输线受到环境温度的变化而引入测量误差。差。引线电阻不可确定引线电阻不可确定, ,由引线电阻变化导致的误差应当引起重视由引线电阻变化导致的误差应当引起重视. .目前最好目前最好的方法就是采用三线制电桥电路的方法就是采用三线制电桥电路: :3 3-12.-12.见图见图3

23、3-87a-87a热电阻热电阻R R用用Pt46,Pt46,三线制接入桥路三线制接入桥路. .设设0 0C C时桥路输出电压时桥路输出电压U UO O=0,U=10V,R=0,U=10V,R1 1=R=R2 2=1k=1k,R,R3 3=100=100,R,R1111=R=R1212=R=R1313=2.5=2.5为引线电阻为引线电阻, 0, 0C C时引线电阻时引线电阻温度系数温度系数=4.28=4.281010-3-3/ /C C, ,求被测温度求被测温度400400C C时时,Rt,Rt用二线制接入桥路用二线制接入桥路. .引线温引线温度设度设3030C C的温度附加误差的温度附加误差(

24、 (已知已知400400C C时时,Rt=114.72,Rt=114.72) ) 821. 2301028. 415 . 23r VRrRrRRRrRtRrRtUPP532. 0100932. 01464. 0101000821. 2100821. 2100100054821. 272.11454821. 272.11410133201三线制接入桥路输出电压三线制接入桥路输出电压：3030C C的引线电阻的引线电阻解解: :已知已知400400C C时时,Rt=114.72,Rt=114.72 VRRRRRrRtRrRtUPP5759. 010091. 01485. 0101000100100

25、100054821. 2272.11454821. 2272.1141022133202%27. 8%100532. 0532. 05759. 0%100010102UUU附加误差附加误差：二二线制接入桥路输出电压线制接入桥路输出电压：4-144-14 热敏电阻热敏电阻热敏电阻的特点：热敏电阻的特点：(1)(1)灵敏度高灵敏度高;(2);(2)电阻值高电阻值高;(3);(3)体积小体积小;(4);(4)响应时间短响应时间短; ;(5)(5)功耗小功耗小主要缺点主要缺点: :阻值与温度关系呈非线性阻值与温度关系呈非线性, ,稳定性与互换性差稳定性与互换性差. .1 1。与热电阻比较来说明热敏电阻

26、的优缺点。与热电阻比较来说明热敏电阻的优缺点。2 2。采取什么措施改善热敏电阻的非线性问题？采取什么措施改善热敏电阻的非线性问题？4-34-3 电感传感器电感传感器00022SNL 1.1.自感传感器自感传感器(1)(1)自感传感器特点是什么自感传感器特点是什么? ? 电感量与气隙大小电感量与气隙大小（位移）（位移）为非线性关系为非线性关系。气隙越小气隙越小, ,则灵敏度越则灵敏度越高高。随气隙增大随气隙增大, ,灵敏度明显下降灵敏度明显下降; ;气隙增大到一定程度气隙增大到一定程度, ,电感量几乎电感量几乎没有变化。没有变化。( (2)2)采用差动结构具有哪些优点采用差动结构具有哪些优点?

27、? 经过差动处理后灵敏度提高一倍经过差动处理后灵敏度提高一倍, ,而且线性度达到改善。而且线性度达到改善。3 3- -4 4 简单的变隙式自感传感器有什么缺点简单的变隙式自感传感器有什么缺点? ?分析差动变隙式自感传感器如何克服分析差动变隙式自感传感器如何克服简单的变隙式自感传感器的缺点简单的变隙式自感传感器的缺点? ?设设/ / 0=0.01,0=0.01,求简单自感传感器与差动变隙求简单自感传感器与差动变隙式自感传感器的式自感传感器的3 3次方非线性误差各为多少次方非线性误差各为多少? ?答答: :简单的变隙式自感传感器的缺点简单的变隙式自感传感器的缺点: :(P134)(P134)严重的

28、非线性严重的非线性, ,限制了测量范围限制了测量范围. . 采用了差动变隙式自感传感器采用了差动变隙式自感传感器: :对对 = = 0- 0- : :对对 = = 0 0+ +: :差动电感变量差动电感变量: :.)()()(403020001LL.)()()(403020002LL.)()(250300021LLLL第一项为线性部分第一项为线性部分, ,灵敏度提高一倍灵敏度提高一倍, ,二次项消除二次项消除, ,改善了线性度改善了线性度. .简单自感传感器的简单自感传感器的3 3次方非线性误差次方非线性误差: :%01. 101. 001. 001. 0%100)()(320030200LL

29、%01. 0101. 0%100)(200300LL差动变隙式自感传感器的差动变隙式自感传感器的3 3次方非线性误差次方非线性误差结果表明结果表明差动变隙式自感传感器二次项消除差动变隙式自感传感器二次项消除, ,改善了线性度改善了线性度. . 电感式传感器的应用 1。位移 2。流体压力 3。振动 4。厚度3 3-6-6图图3 3- -164164是力矩平衡式压力变送器原理示意图是力矩平衡式压力变送器原理示意图. .设该表的精度为设该表的精度为s=1.0,s=1.0,(1)(1)简述其工作原理简述其工作原理，(2)(2)画出画出传递函数传递函数框图框图; ;(3)(3)写出输出电流写出输出电流I

30、oIo与与PxPx的关系式的关系式; ;(4)(4)按系统误差相同原则分配误差按系统误差相同原则分配误差, ,各环节的误差为多少各环节的误差为多少? ?答答:(1):(1)工作原理工作原理: :根据杠杆平衡原理根据杠杆平衡原理, ,支点左侧为被流体压力支点左侧为被流体压力PxPx注入弹性波纹管注入弹性波纹管, ,使其膨胀力使其膨胀力Fx,Fx,作用在杠杆上产生力矩作用在杠杆上产生力矩. .这个力矩导致杠杆右侧下降这个力矩导致杠杆右侧下降, ,衔铁接近电感线圈衔铁接近电感线圈位移位移 x x变小变小, ,使得电感增加使得电感增加. .经测量电路转换为相应的经测量电路转换为相应的电压及电流电压及电

31、流, ,然后经功率然后经功率放大驱动电磁铁产生斥力放大驱动电磁铁产生斥力F Ff f阻止杠杆右侧继续下降阻止杠杆右侧继续下降. .直到平衡直到平衡: :21LFLFfX引起斥力引起斥力F Ff f的驱动电流的驱动电流I I0 0大小表示流体压力大小表示流体压力PxPx的的大小大小. . (2)(2)画出画出传递函数传递函数框图框图: :3)3)写出输出电流写出输出电流IoIo与与PxPx的关系式的关系式; ; 令令: :xfIffmMpIUfmIUMxfIfIUIUpxfIfIUIUpPKKKKKILKKKLKKKPLKKKKLKKKPLKKKKLKKKI02121210,.1(4)(4)按系

32、统误差相同原则分配误按系统误差相同原则分配误差差, ,各环节的误差为多少各环节的误差为多少? ?依上述结果依上述结果, ,系统内有系统内有5 5个环节个环节: :%2 . 05%0 . 1%ns(3)(3)什么叫残余电压什么叫残余电压? ? )/(26448VmmmVkP117P117，由于传感器的结构不可能绝对对称，输入交流电压含有高次谐，由于传感器的结构不可能绝对对称，输入交流电压含有高次谐波等原因，衔铁处在中间位置时输出电压不为零而存在一个小电压波等原因，衔铁处在中间位置时输出电压不为零而存在一个小电压u u0 0，这个小电压这个小电压u u0 0称称残余电压。残余电压。例如例如: :励

33、磁电压为励磁电压为6V,6V,中心铁芯位移中心铁芯位移4mm4mm时时, ,输出电压为输出电压为48mV,48mV,求灵敏度求灵敏度. .解解: : (2)(2)差动变压器是怎样定义灵敏度的差动变压器是怎样定义灵敏度的? ? 铁芯在单位励磁电压下位移单位长度的输出电压或电流。铁芯在单位励磁电压下位移单位长度的输出电压或电流。 采用：采用：V/V/（mm.Vmm.V）, mA/, mA/（mm.Vmm.V）。）。(1)(1)论述差动变压器的基本原理论述差动变压器的基本原理. .2.2.差动变压器差动变压器(4)(4)相敏检波电路是如何克服相敏检波电路是如何克服残余电压残余电压? ?分析分析相敏检

34、波工作原理相敏检波工作原理. . 4-44-4. .电容式传感器电容式传感器 常用的平板式电容器常用的平板式电容器: :dACr0三种结构型传感器及其特性分析三种结构型传感器及其特性分析 变间距型电容传感器变间距型电容传感器C C与与d d呈反比关系呈反比关系, ,故呈非线性关系故呈非线性关系. .灵敏度灵敏度: :说明间距越小说明间距越小, ,电容变化量越大电容变化量越大。 变面积型电容传感器变面积型电容传感器C C与与d d呈正比关系呈正比关系, ,故呈线性关系故呈线性关系. .灵敏度灵敏度: :根据面积而定根据面积而定. .筒状线位移面积型：筒状线位移面积型：测量液位高度测量液位高度CC

35、hrRHrRCr000)/ln() 1(2)/ln(2 变变介电常数介电常数型电容传感器型电容传感器C C与与呈正比关系呈正比关系, ,故呈线性关系故呈线性关系. .灵敏度灵敏度: :根据间距而定根据间距而定. .3 3-8-8某内径为某内径为1m1m的液罐有液位高为的液罐有液位高为5m,5m,已知电容传感器中心电极内径为已知电容传感器中心电极内径为5cm,5cm,液体的液体的相对介电常数为相对介电常数为2.29,2.29,空气相对介电常数为空气相对介电常数为1,1,测出电容变化量为测出电容变化量为100pF,100pF,现在液位现在液位高度是多少高度是多少?(?( 0=8.850=8.85

36、1010-12-12F/m)F/m)解：参照解：参照P135,P135,（3 3-77-77）式：）式：)()/ln(2)/ln(22112rRLrRLC外圆外圆:R=0.5m,:R=0.5m,内圆内圆:r=0.025,:r=0.025,原液位高原液位高L1=5m,L1=5m,令现在液位高为令现在液位高为L11,L11,)(10)()/ln()(21021111FrRLLCmrRLL17. 41085. 8) 129. 2(2)05. 01ln(10)(2)/ln(1012102110111 mL17. 45113 3-9-9图图3 3-165-165为电容式液位表原理图为电容式液位表原理图,

37、 ,采用变压器式自动平衡电桥采用变压器式自动平衡电桥, ,当当h=0h=0时时,Cx=Cx0, ,Cx=Cx0, =0,E=0.=0,E=0.求求 与液位高度与液位高度h h的关系的关系. . EEEEECCCUscEEEEECjCjCjUUUscXXXa221221/ 1/ 1/ 1若液位高度若液位高度h=0,h=0,则则Cx=Cx0=C, Cx=Cx0=C, =0,E=0,=0,E=0,且且 E1=E2.E1=E2.当液位高度当液位高度h0,h0,使电桥不平衡使电桥不平衡,Usc0,Usc0,经放大器产生驱动电流经放大器产生驱动电流, ,驱动电动机转驱动电动机转动动, ,一方面带动指针改变

38、转角一方面带动指针改变转角 0.0.另一方面带动电位器滑臂另一方面带动电位器滑臂, ,改变改变E E的大小的大小. .直直到电桥输出为零到电桥输出为零, ,电动机停止转动电动机停止转动, ,此时的指针转角此时的指针转角 表示液位高度表示液位高度h h大小大小. .解解: : 放大器输入放大器输入: :平衡条件平衡条件: :111212212)()(0)()(ECCxECCCEEEEECxEECCxEEECxCCxEEUUUxbaSC其中其中: :电容传感器的电容与液位高度关系电容传感器的电容与液位高度关系: :hrRrRLCX)/ln()(2)/ln(2212其中其中:L:L为圆筒式电容传感器

39、的原高为圆筒式电容传感器的原高. . 变介电常数型电容传感器变介电常数型电容传感器电容器极板之间的电解质发生变化，则介电常数变化量也会相继变化。电容器极板之间的电解质发生变化，则介电常数变化量也会相继变化。电容式片材厚度计：电容式片材厚度计：如纸张，塑料薄膜等片状电解质材料，可以采用电容式如纸张，塑料薄膜等片状电解质材料，可以采用电容式传感器测量其厚度。传感器测量其厚度。其中空气介质的其中空气介质的电容值电容值: :1) 1(1)(000abCCCabaACrrrrbAC00 差动脉冲调宽电路差动脉冲调宽电路工作原理工作原理。如果选用如果选用差动差动应变片传感器或应变片传感器或差动差动电感传感

40、器构成电感传感器构成脉冲调宽电路脉冲调宽电路。 六六. . 涡流传感器涡流传感器（一）高频反射涡流传感器（一）高频反射涡流传感器高频反射涡流传感器可以测量距离，高频反射涡流传感器可以测量距离，材料厚度，材料厚度，也可以构成接近开关。也可以构成接近开关。实验证明，被测对象必须是金属材料。实验证明，被测对象必须是金属材料。（二）低频透射涡流传感器（二）低频透射涡流传感器 当低频交变磁通向金属板发射，则金属板的反射能力较弱，当低频交变磁通向金属板发射，则金属板的反射能力较弱，而穿透能力大大提高。而穿透能力大大提高。思考思考: :涡流传感器的测量对象有什么限制涡流传感器的测量对象有什么限制? ? 4-

41、104-10. . 光电传感器光电传感器光敏二极管光敏二极管的正确接法的正确接法主要的几种主要的几种光电传感器光电传感器：光电管，光电倍增管，光电管，光电倍增管，光敏电阻，光敏二极管与光敏三极管，光敏电阻，光敏二极管与光敏三极管，光电池光电池。光生伏特效应光生伏特效应：光照射在具有：光照射在具有PNPN结的半导体，结的半导体，PNPN结两边产生电动势。结两边产生电动势。内光内光导导效应效应：半导体材料吸收光子的能量电阻率下降，导电性提高。：半导体材料吸收光子的能量电阻率下降，导电性提高。外外光电效应光电效应：材料表面电子受光后吸收的能量足够摆脱束缚而逸出。：材料表面电子受光后吸收的能量足够摆脱

42、束缚而逸出。光敏三极管光敏三极管正向，正向，反向输出的接法反向输出的接法1 1。有哪几种常用的光电传感器？。有哪几种常用的光电传感器？ 2 2。光电传感器光电传感器的应用的应用（1 1）模拟量测量模拟量测量：光电照度计光电照度计，光电比色计光电比色计，光电光电测距仪，测距仪，光电光电测厚仪。测厚仪。（2 2）开关量测量开关量测量：路灯自动控制器，广告牌照明灯控制，自动水龙头控制。路灯自动控制器，广告牌照明灯控制，自动水龙头控制。（3 3）数字信号测量数字信号测量：光电光电转速测量，转速测量，光电光电加油计量装置，加油计量装置，光电池光电池: : 运用光电池作光电传感器时运用光电池作光电传感器时

43、,可以根据光可以根据光照特性知照特性知:开路电压输出开路电压输出:随光照度增加电压输出容易随光照度增加电压输出容易产生饱和产生饱和。短路电流输出短路电流输出:随光照度增加电流输出呈线随光照度增加电流输出呈线性变化性变化。思考思考:与光电池特性相似的是哪一种光电传感器与光电池特性相似的是哪一种光电传感器?4-6 4-6 压电式传感器压电式传感器压电元件的压电元件的材料：材料：石英晶体，压电陶瓷石英晶体，压电陶瓷。压电元件的串联与并联的应用压电元件的串联与并联的应用. .测量电路测量电路: : 电荷放大器电荷放大器, ,电压放大器电压放大器( (比较各自优缺点比较各自优缺点) )。特点特点: :

44、内阻抗高内阻抗高, ,测量静态力困难测量静态力困难, ,动态力的频率越高动态力的频率越高, ,效果越好效果越好. . 通常情况下通常情况下, ,压电传感器不适用静态压力测量压电传感器不适用静态压力测量. .工作原理工作原理: : 按照晶胞原理按照晶胞原理, ,说明受力方向和极化方向说明受力方向和极化方向. .关系式关系式: : 用途用途: :测量测量动态动态力力, ,加速度加速度, ,振动等振动等。tFdfdQmijijsin 3 3-5-5 热电偶热电偶1 1。运用热电偶的几个论点。运用热电偶的几个论点 （1 1）热电偶回路的热电势大小仅与热电极材质的热电性质和两端温度差有关。）热电偶回路的

45、热电势大小仅与热电极材质的热电性质和两端温度差有关。（2 2）采用同一种匀质导体或半导体构成回路）采用同一种匀质导体或半导体构成回路, ,都不会产生热电势。都不会产生热电势。热电偶两个接点温度热电偶两个接点温度T,T0T,T0，若，若T=T0,T=T0,热电偶的热电势为零。热电偶的热电势为零。（3 3）热电偶）热电偶ABAB的热电势与的热电势与A A，B B材料中间温度无关，只同两个接点的温度材料中间温度无关，只同两个接点的温度T T，T0 T0 有关。有关。（4 4）在热电偶回路中接入第三种导体）在热电偶回路中接入第三种导体, ,只要第三种导体的两端温度只要第三种导体的两端温度一致一致, ,

46、则引入的第三种导体不影响原来的热电势大小。称中间导体则引入的第三种导体不影响原来的热电势大小。称中间导体定律。定律。 （5 5）导体）导体A,BA,B的热电偶的热电势，可以由导体的热电偶的热电势，可以由导体A,CA,C和和B,CB,C的热电偶的的热电偶的热电势代数和来表示热电势代数和来表示. .2.2.冷端温度补偿及修正冷端温度补偿及修正（1 1） 0 0C C恒温法恒温法保持冷端温度保持冷端温度T0=0T0=0C C. .（2 2）热电势修正法：）热电势修正法：（3 3）电桥补偿法）电桥补偿法)0 ,(),()0 ,(nABnABABTETTETE（4 4）冷端延长线）冷端延长线冷端延长线的

47、设计思想：冷端延长线的设计思想： 应用延长线时必须注意：应用延长线时必须注意：3 3-10 -10 用用S S型热电偶测量型热电偶测量T=1000CT=1000C的温度的温度, ,热电偶冷端温度热电偶冷端温度T0=40 T0=40 C C，某同志用了，某同志用了K K热电偶的补偿导线将冷端延伸到热电偶的补偿导线将冷端延伸到T0=25T0=25C C的仪表室。求将新冷端温度的仪表室。求将新冷端温度T0T0修正到修正到0 C0 C时的测量误差。时的测量误差。解：如图，解：如图，A,B A,B 为为S S型热电偶型热电偶电极电极;A,B ;A,B 为为K K型热电偶的补型热电偶的补偿导线偿导线; ;

48、原来正确连接时原来正确连接时: S: S型型热电偶热电偶: : E EABAB(1000,0)=9.585mV(1000,0)=9.585mV错接错接K K型热电偶的补偿导线后型热电偶的补偿导线后: :)()()()(),(10101TETETETETTTEAABABBAB若若T=T1,T0=T1:T=T1,T0=T1:（1）)()()()(0)()()()(11111111TETETETETETETETEBAABAABBAABABBAB代入代入(1):(1):),(),(),()()()()(),(0110101101TTETTETTTETETETETETTTEBAABBABAABAB考虑到

49、冷端温度修正到考虑到冷端温度修正到0 0 C;C;mvEEETTKBAKBAABS961.10611. 1235. 0585. 90 ,2525,4040,1000,01测量误差测量误差:%36.14%100585. 9585. 9961.103 3-11 -11 用用E E型热电偶测量型热电偶测量T=700T=700的温度，冷端温度的温度，冷端温度T0T0用补偿电桥。某同志用了用补偿电桥。某同志用了S S型热电偶补偿电桥。设型热电偶补偿电桥。设T0T0由由2020变化到变化到4040，求由配错补偿电桥引起的测量误，求由配错补偿电桥引起的测量误差。（补偿电桥在差。（补偿电桥在2020时平衡）时

50、平衡）解：用解：用E E型热电偶正确测量时型热电偶正确测量时: :mVEUEEABABAB11.53)0 ,20()20,40()40,700()0 ,700(其中其中第一项第一项: :为为E E型热电偶的热电势型热电偶的热电势; ;第二项第二项: :为为E E型热电偶的补偿电型热电偶的补偿电桥的补偿电势桥的补偿电势; ;第三项第三项: :为配用为配用E E型热电偶温度型热电偶温度计的机械调零计的机械调零. .配错配错S S型热电偶的补偿电桥后的回路电动势型热电偶的补偿电桥后的回路电动势: :)0 ,20()20,40()40,700(),(0ABABSABABEUETTE)0 ,20()0

51、,20()0 ,40()0 ,40()0 ,700(ABABSABSABABEUUEEmV976.51192. 1113. 0235. 0419. 211.53%13. 2%10011.5311.53976.51测量误差测量误差: : 3 3-15-15. . 霍尔传感器霍尔传感器1.1.工作原理工作原理2.2.霍尔片的电路霍尔片的电路3.3.不等位电势的产生与补偿不等位电势的产生与补偿)(1VIBKIBdRUHHH霍尔传感器霍尔传感器的应用：的应用：1 1。转速：。转速：霍尔霍尔元件元件2 2。位移：包括线位移和角位移。位移：包括线位移和角位移3 3。磁场强度：。磁场强度：4 4。压力：。压

52、力：5 5。电流：。电流：6 6。功率：。功率：7 7。电能：。电能：8 8。距离：。距离：3-203-20图图3-1663-166是霍尔式压力表原理示意图，是霍尔式压力表原理示意图，已知测量范围为已知测量范围为02MPa02MPa，k kH H=8mV/mA10=8mV/mA10-4-4T T），），I=4mAI=4mA，测得，测得U UH H=160mV=160mV，求被测压力，求被测压力PxPx。 解：位移与压力关系：解：位移与压力关系：磁感应强度与位移关系：磁感应强度与位移关系：）（）（）（mTkmkT/1010104113XPkx2XPkkxkB211）（）（）（MPmkMPkm/521022被测压力被测压力PxPx2121kkIKUPPkkIKBIKUHHXXHHHMPMPmmTmATmAmVmV1/5/104/10816044传感器的用途1。应变片：压力，荷重，张力，位移，等。2。电感（自感，互感，涡流）：位移，压力，距离，液位，厚度等。3。电容：位移，材质，厚度，液位等。4。热电偶，热电阻，热敏电阻：温度5。压电：动态力，加速度，振动，位移，噪声等。6。光电：位移，转速，距离等。7。霍尔：位移，压力，电流，电功率，电能，压力，电流，电功率，电能，转速，液位等。 5 53 3 模拟信号放大技术模拟信号放大技术