《现代检测技术》 (2)ppt课件

1、 现代检测技术 非电量丈量技术：将除电量以外的物理量化学量如；温度、压力、振动、化学成分、位移等用各种手段变换为电量，从而进展准确丈量的技术。 现代检测技术近50年开展起来，具有很多技术上的优点1它的反响速度快2可以丈量微弱信号，并将转换的电信号进展长间隔传输，便于远间隔操作与控制。3丈量精度高，能自动延续地进展丈量4可输出的电信号易与计算机衔接、记录和处置数据。 电炉控制系统电 炉 TS 加热器控制安装控制用计算机系统绘 图 机显 示 屏加热器检测与控制系统框图测 控 对 象传 感 器丈量电路显 示 器记 录 器报 警 器控制电路执 行 器单 片 微 机框图各部分作用 传感器：直接感受被测物

2、理量，并把其转换成与被测物理量有一定函数关系的电压、电流或电路参量电阻、电容、电感再输出给其他仪表。 丈量电路：也称检测电路。分为模拟检测电路和数字检测电路。 模拟检测电路：传感器放大器解调滤波运算数字检测电路传 感 器信号调理多 路 开 关主 放 大 器采样坚持器模/数转换器 检测技术的开展趋势 1、不断扩展丈量范围，提高可靠性和精度 用热电偶场时间延续丈量高温介质的温度达25003000 体温计测温精度为0.011；工业ICT 2、开发集成化、一体化、多功能的传感器 传感器与信号调理电路集成化一体化,日本产多离子传感器.用一滴血液可同时快速检测出Na、K、H的浓度。 3、非接触丈量技术 红

3、外线测温、电涡流测金属资料厚度 4、利用计算机使丈量智能化 完成自校准、自调零、自动测试、修正测试结果 温度传感器 1、热电偶温度传感器 热电偶：将温度变化转换为电势变化的传感器。 由两种不同资料的导体或半导体焊接而成，焊接端为热端，与导线衔接端为冷端。 热电偶的任务原理：两种不同的导体或半导体)成闭合回路，两接点温度分别为T、T0TT0回路中就会产生电动势，接在回路中的毫伏计就会偏转。两接点温差越大指针偏转越大。 热电偶分度表：使热电偶冷端温度坚持不变，将另一端与被测物体接触，可以经过丈量热电势来确定温度数值，把热电偶的热电势与任务端温度之间的关系制成表格。 常用热电偶种类 贵金属1铂铑10

4、-铂热电偶S长期测温可测1300，短期可测温1600 2铂铑13铂R3铂铑30铂铑6 廉金属：1、铜康铜T2、铁康铜J3、镍铬铜镍E 快速耗费微型热电偶：铂铑30-铂铑6 热电偶构造：由热电极、绝缘子、维护管、接线盒 与热电偶配套的丈量仪表：用高精度数字电压表直接丈量其输出，经过查分度表得到温度值。如今多采用一体化的温度变送器处置后，直接送到普通显示记录仪。 热电阻传感器 电阻温度计:将温度的变化转化为电阻值的变化，经过丈量电桥转换成电压信号，然后送到显示仪表指示或记录被测温度。 热电阻测温线路：工业热电阻多采用三线制接法。热电阻RT构成电桥一臂，当被测R1 R2 R3RRRRTE介 质 温

5、度 变 化 时，热 电 阻 RT 阻 值 随着 变 化，使 测 量电 桥 失 去 平 衡，电 桥输 出 端 那么 有 信 号 输 出，此 信 号 反 映了 温 度 变 化。 半导体热敏电阻 特点：灵敏度高、体积小、反响快 半导体热敏电阻分为三种类型1NTC热敏电阻负温度系数2CTR热敏电阻负3PTC热敏电阻正 集成温度传感器：在一块极小的半导体芯片上集成了包括敏感器件、信号放大电路、温度补偿电路、基准电源电路等在内的各个单元它使传感器和集成电路融为一体。热电偶、热电阻的典型运用 金属外表温度的丈量 热电偶炉温控制系统 钢水漏钢预告系统 采用集成温度传感器的数字式温度计 电动机维护器 热电偶炉温

6、控制系统电动机维护器电路图n 压力传感器 弹性式压力传感器：当被测压力作用于弹性元件时，弹性元件就产生相应变形，根据变形的大小，可以知道被测压力的数值。如：弹簧管式压力表。霍尔片式远传压力传感器。 应变片式压力传感器：当弹性敏感元件受压力作用产生变形，贴在上面的应变片也随着发生相应变形，从而使应变片阻值也随着变化，将应变片接入电桥电路中，就可将阻值变化转变为电压或电流的变化，由此反映压力变化。 压磁式测力传感器 压磁效应：某些铁磁资料受机械力F作用后，内部产活力械力，引起其磁导率或磁阻发生变化。受紧缩时，沿应力方向其磁导率下降，沿着与应力垂直的方向那么添加；假设受拉，磁导率变化正好相反。 压磁

7、元件受力作用后，磁弹性体的磁阻或磁导率发生与作用力成正比的变化，测出磁阻变化即间接测定了力值。 压磁元件及任务原理： 由假设干外形一样的硅钢片叠合而成,孔1、2间的绕组W12为励磁绕组，用于接入励磁电源；孔3、4间的绕组W34用于产生感应电势。当压磁元件无外力作用时，由于铁心磁性的各一样性，四个区域的磁导率一样，磁力线呈轴对称分布，绕1、2孔闭合，不与绕组W34交链， W34不会产生感应电动势，输出为零。当压磁元件受外力F作用时，A、B区域遭到较大应压力，磁导率下降，磁阻增大；C、D区域根本处于自在形状，磁导率根本不变，此时部分磁力线不再经过A、B区域，而是绕过C、D区域闭合，并与绕组W34交

8、链，从而在二次侧绕组中感应出电动势E。作用力F越大。转移磁通越多，E也越大，F和电流I或电压U呈线性关系 液位丈量 超生波式液位计：利用回声测距的方法对液位进展延续丈量。H探头容器探头既可发出超声波又可接纳超声波，当超声波到达液体与气体的分界面时，由于两种介质的密度相差悬殊，声波几乎全部被反射，假设超声波探头从发射到接纳超声波所经过时间T，超声波在介质中传播速度为v，那么探头到液面的间隔为H=(1/2)vt特点：非接触丈量，可测范围广，探头寿命长，探头本身不能接受高温、声速遭到介质的温度、压力影响，造价高。 电容式液位计 将液位的变化转换成电容量的变化，经过丈量电容量的大小，来间接丈量液位高低

9、的液位丈量仪表。电极绝缘套管容器在液体中插入一根带绝缘套管的电极，金属电极作为一个电极，容器和液体可视为另一个电极，绝缘套管为中间介质，三者组成圆筒形电容器C=2L/Ln(D/d) C与L成正比。当液位变化时，电容器两极被浸没的长度也随着变化，液位越高，电极被浸没的就越多,相应的电容量越大. 光纤液位传感器 根本构造 发光器件 受光器件显示电路光纤敏感元件发光器件射出来的光经过传输光纤送到敏感元件,在敏感元件的球面上,一部分光透过,其他的被反射回来,敏感元件与液体相接触,光透射量增大,反射量减少,由反射量可知道敏感元件能否接触液体.反射光量决议于被测定物质的折射率,折射率越大,反射光量越小.来

10、自敏感元件的反射光经过光纤由受光器件的光电晶体管进展光电转换后输出.可对水和油等进展物质判别,能检测两种液体界面.核辐射式液(物)位计核辐射式液(物)位计 放射性同位素的原子核在核衰变中放出各种带有一定能量的粒子或射线的景象-核辐射 同位素放射源所产生的射线可以穿透物质层,射线在穿透物质层时有一部分被吸收掉,其透射强度随物质的厚度而变,I=I0e-，、射入介质前和经过介质后的射线强度,为介质对射线的吸收系数,H为介质厚度,I0、为常数，只需能测知穿过介质后的射线强度I，那么介质的厚度即物位的高度，可求出。放射源和接纳器放置在被测容器旁，由放射源放射出的射线强度I0 穿过设备和被测介质，由探测器

11、接纳并把探测出的射线强度I转换成电信号，经放大器放大送入显示仪表进展显示油箱油量检测系统电机传感器CXC0R1RPR2U显示安装减速器放大器流量检测 差压流量传感器:在工业过程丈量与控制中,运用最广泛的是差压式流量计,在一切丈量液体气体和蒸汽流量的场所,多采用差压流量计.这种流量计是用节流安装或其他检测元件与差压计配套运用来丈量流量, 具有构造简单,运用寿命长,顺应性强和价钱较低等优点. 产生差压的安装有:孔板、文丘里管、喷嘴、靶式流量计、皮托管和均速管等。这些节流安装在我国和国际上都已规范化，完全符合国家已定的设计安装和运用规程的各项条件时，流量和差压之间的关系可不经个别校准，而在规定的误差

12、范围内，直接用计算方法确定。当流体经过设置在管道中的节流件时，呵斥流束部分收缩，其流速提高，压力减少，这个节流件两侧的压差与经过的流量有关，流量越大，压差越大，利用此压差来丈量流量。 孔板及取压安装 孔板是一片带有圆孔的薄板，孔的中心位于管子的中心线上，K(P1-P2) 孔板普通用于丈量干净的液体、气体和低速蒸汽,在50MM以上的管线上,同心孔板是最普通的节流件. 孔板用不锈钢制造,孔板安装时,必需垂直于管道轴线,其不垂直度不得大于1度. 根据上下游取压的位置,孔板流量计的取压方式:角接取压、法兰取压、缩流取压、环室取压。电磁流量计 是一种丈量导电液体体积流量的仪表ENSV在管内壁上设置相对两

13、个电极，沿垂直于衔接两电极的直线和液体流动方向加上磁场。E=BVD体积流量Q=ED/ 4B内部构造：丈量管上下装有励磁线圈；一对电极装在丈量管内壁与液体接触，引出感应电势；丈量导管处于磁场中；绝缘衬里：保证感应电势引起的信号电极间的电位差不被金属导管所短路。适用范围：丈量含有固体颗粒或纤维的液固两相流体，如矿桨、泥浆、污水等。对于大管径供水管道最为适宜。电涡流式传感器 工业中可以丈量位移、厚度、振动等。i1H1H2x线圈中通以高频正弦交流电流i1,在线圈周围产生一个交变磁场H1假设被测导体置与于该磁场范围内，那么在导体内产生电涡流i2，此涡流将产生一个新的磁场H2， H2与H1方向相反。涡流传

14、感器在金属体中产生的涡流，其浸透深度与传感器线圈的励磁电流的频率有关，分为高频反射式低频透射式电缆线圈探头高频信号施加于电感线圈,产生高频磁场,作用于被测金属体,在外表构成电涡流,此涡流产生电磁场反作用线圈,改动电感的大小,L主要决议于线圈与金属板间隔.X L f U低频透射式电涡流传感器 正弦波振荡器产生的低频电压u1加到发射线L1u2u1圈L1两端,产生一个交变磁场,假设两线圈间无被测资料,此磁场直接贯穿L2,感生交变电势u2.假设线圈匝数、构造、两者相对间隔，u2是一个确定值。当在之间放一金属板后，L产生的磁力线穿过金属板，并产生涡流，使到达L的磁场减弱，使u2减小。金属板厚度越大，电涡

15、流耗费越大，那么u2越小，u2的大小间接反映了金属板的厚度。L2微波测厚仪 上终端器，再经过传输波导管、环行器A、下传输波导管传送到下终端器。由下终端器发射到被测物下外表的微波，经全反射后又回到下终端器，再经过传输波导管回到环行器A，被测物的厚度与微波传输过程中的行程长度有亲密关系。 当被测厚度添加时，微波传输的行程减小。 微波传输行程作为丈量臂，完全模拟丈量臂设置参考臂，假设丈量臂与参考臂行程完全一样，那么反相叠加的微波经检波器C检波后，输出为零， 假设两臂行程长度不同，那么反射回来的微波相位角不同，经反射叠加后不相互抵消，再经检波器检波后就有不平衡信号输出。此差值信号经过放大后控制可逆电机

16、旋转，带动补偿短路器产生位移，从而改动补偿短路器的长度，两臂直到行程长度完全一样，放大器输出为零，可逆电机停顿转动。 补偿短路器的位移与被测物厚度添加量之间的关系 S=LB-LA-LB=LB-LA-h)=hX射线测厚仪 当X射线穿透物质时，它的强度减少，这是由于钢板吸收了射线的能量，被吸收的数量取决于被测物体厚度，因此假设能测得被吸收后的射线的强度，就可以利用公式计算被测物体的厚度射线穿透物质能量衰减的规律以下式表示： I=I0*- 为厚度 I0，I分别为经过物质前后的强度，为吸收系数，经过物质的厚度。 同一能量的射线，穿透密度大的物质射程小，穿透密度小的物质射程大 射线和射线一样，均显电磁波

17、从产活力构上来说，射线是从原子核内部放出的射线，而射线那么是由原子核外产生的射线强度的大小可以靠改动加在射线管上的高电压来选择所以，射线和射线一样，可以丈量厚度较厚的带钢，而且射线的防护问题比射线简单得多 穿透式测厚仪表的放射源和检测器分别置于被测带材的上下方，如图当射线穿过被测资料时，一部分射线被资料吸收；另一部分那么穿过被测资料进入检测器，为检测器接纳检 测 器测 量 线 路指 示 仪 表 丈量数据的后期处置 仪表计算出钢板厚度后，还要进展温度补偿和合金补偿计算。经过上位机传送的带钢的化学成分及其含量，仪表计算机计算出补偿系数AI。丈量数据经过计算机处置后所得数值乘以AI，就是经过合金补偿

18、的厚度值。 测厚仪丈量厚度是在终轧温度800900时丈量的，仪表输出的是冷态20下带钢的厚度值，带钢有热胀冷缩特性，所以就要进展温度补偿。测厚仪本身有一测温仪，公用于温度补偿。仪表中存有14条温度补偿曲线，根据上位机选择的温度补偿曲线号，仪表计算机在表中查得丈量温度的温度补偿系数。经过合金补偿的厚度值乘以温度补偿系数就是输出的厚度值。磁栅位移传感器构造 在非磁体的平整外表镀一层0.02mm的Ni-co-p磁性薄膜,并用录音磁头沿长度方向,按一定的激光波长,录上磁性刻度线-磁尺 在磁尺录上相等节距的磁化信息而构成磁栅,相当于一个个小磁铁,按NS、SN、NS-陈列，在磁尺上磁场强度呈周期性变化。

19、磁栅位移传感器的构造:磁尺、磁头、检测电路。 磁头：动态磁头、静态磁头。 动态磁头只需一个输出绕组，静态磁头有两个绕组。一个是鼓励绕组，另一输出绕组。 检测电路：供应磁头鼓励电压；把检测到的信号转换为脉冲信号输出。磁栅位移传感器任务原理NSNSSNSNNS检 测 电 路UOUT当磁尺与磁头产生相对运动，磁头的铁芯使磁尺的磁通有效地经过输出绕组，在绕组中产生感应电压，该电压随磁尺磁场强度周期的变化而变化，从而将位移量转换成电信号输出，磁头输出信号经检测电路转换成电脉冲信号，并以数字方式显示。允许最高任务速度为12m/min,系统的精度可达0。01mm/m,最小指示值0。001mm。主要用于大型机

20、床和精细机床作为位置或位移的检测元件。构造简单，运用方便，动态范围大120m)，磁信号可以重新录制，需求屏蔽和防尘磁电式转速传感器 由电永久磁铁、感应线圈、磁盘组成转轴磁盘与转轴一同旋转，磁盘的凹凸齿形将引起磁盘与永久磁铁间气隙大小变化，使永久磁铁组成的磁路中磁通量随之变化,磁路经过感应线圈,当磁通量发生突变,感应线圈会感应出一定幅度的脉冲电势,其频率为:f= z n (z为磁轮的齿数 n为磁轮转数)测定脉冲频率,可得知被测物体的转数.假设磁电式转速传感器接上数字电路,组成数字式转速丈量仪,直接读出被测物体的转速.丈量转速下限50r/s、上限数十万r/s霍尔式传感器霍尔效应：把一块载流子导体置

21、于磁场中，当载流子导体中有电流经过时，在垂直于电流方向上产生电动势。霍尔传感器组成：霍尔元件、鼓励电源、产生磁场的安装和输出丈量电路构成。霍尔元件根本电路：接近传感器 是一种具有感知物体接近才干的器件，利用位移传感器对所接近的物体具有的敏感特性来识别物体的接近，并输出相应开关信号，也叫接近开关。 1电容式接近传感器 以电极为检测端的静电电容式接近开关，振荡电路检波电路放大电路整形电路输出电路U电容式接近传感器原理 平常检测电极与大地之间存在一定的电容量,成为振荡电路一个组成部分,当被检测物体接近检测电极时,由于检测电极加有电压,检测物体遭到静电感应产生极化景象,被测物体越接近检测电极,检测电极

22、的电荷就越多,检测电极的静电电容为C=Q/V,电荷的增多,使检测电极电容增大,近而又使振荡电路的振荡减弱甚至停顿振荡.振荡电路的振荡与停振这两种形状被检测电路转换为开关信号向外输出.电感式接近传感器振荡电路检波电路放大电路整形电路输出电路U用敏感元件为检测线圈,是振荡电路的一个组成部分,在检测线圈的任务面上存在一个交变磁场,当金属物体接近检测线圈时,金属物体就会产生涡流,而吸收振荡能量,使振荡减弱以致停振.振荡与停振这两种形状经检测电路开关信高频振荡型接近开关R1R2L3L2L1CT1T2T3+12VKA高频振荡型接近开关原理L1L2L3(1)LC振荡电路振荡线圈L2输出线圈L3、反响线圈L1绕在同一铁心上，构成感应头，它固定在某物体上