电气测量与检测

1、电气测量与检测1第1页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五第一节 仪器仪表的技术进展第二节 传感器第三节 执行器第四节 虚拟仪器第五节 智能仪器仪表第六节 多传感器数据融合技术2第2页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五第一节 仪器仪表的技术进展仪器仪表分类仪器仪表的发展3第3页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五传感器的地位和作用1传感器技术是信息技术的基础与支柱 信息采集 信息传输 信息处理 第二节 传感器第二节 传感器4第4页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五2传感器技术已经广泛应用于各个学科领域 第二节

2、传感器5第5页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五工、农业自动化化应用领域第二节 传感器6第6页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五航天技术军事领域应用领域第二节 传感器7第7页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五机器人技术资源开发应用领域第二节 传感器8第8页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五环境监测海洋探测安全保卫应用领域第二节 传感器9第9页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五医疗诊断交通运输家用电器应用领域第二节 传感器10第10页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期

3、五传感器的定义及构成 被测信息敏感元件转换元件辅助电路信号调理电路输出信息传感器构成框图 传感器(Transducer/Sensor)的定义 传感器的组成部分第二节 传感器11第11页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五传感器的分类传感器的输入、输出特性作图法求灵敏度过程 第二节 传感器12第12页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五压力传感器 压力传感器的发展历史 压力传感器的发展趋势 第二节 传感器13第13页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五压力测量的理论基础简述压力的定义气体和液体的压力压力的单位压力的形式第二节 传感器14

4、第14页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五敏感元件和转换元件 压 力 作 用 膜片形变（应变） 应变片电阻改变 敏感元件转换元件A、基本测量原理第二节 传感器15第15页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五压力传感器结构示意图惠斯顿电桥第二节 传感器16第16页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五常用型两线制压力变送器电原理图第二节 传感器17第17页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五(a) 绝对压力测量(b) 表压力测量 (c) 差压测量 B、压力传感器三种测量方式的结构第二节 传感器18第18页，共99页，

5、2022年，5月20日，23点52分，星期五C、各种压力传感器第二节 传感器19第19页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五温度传感器 温度测量的基本概念 温度测量的基本概念 温 标 温度传感器的分类第二节 传感器20第20页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五A、基本测量原理 热电效应 铠装热电偶热电偶原理图 EAB（T，T0）= fAB（t） 第二节 传感器21第21页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五几种常用热电偶的热电极 分度号正 极 （Grade）负 极 （Grade）N镍铬硅（Ni-Cr-Si）镍硅（Ni-Si）K镍铬（

6、Ni-Cr）镍铬（铝）（Ni-Cr（AI）E镍铬（Ni-Cr）铜镍（康铜）（Cu-Ni（Constantan）J铁（Fe）铜镍（康铜）（Cu-Ni（Constantan）T铜（Cu）铜镍(康铜) （Cu-Ni( Constantan)）S铂铑（Pt（Rh 10）铂（Pt）R铂铑（Pt（Rh 13）铂（Pt）B铂铑（Pt（Rh 30）铂（Pt（Rh 10）第二节 传感器22第22页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五测温热电阻传感器热敏电阻材料温度(t/)电阻率/(10-8m)电阻温度系数0/-1银201.5860.0038(20)铜201.6780.00393(20)金20

7、2.400.00324(20)镍206.840.0069(0100)铂2010.60.00324(0100)第二节 传感器23第23页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五利用热敏电阻测量温度的典型电路 B、常用温度测量接口电路 第二节 传感器24第24页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五利用热电偶测量温度的典型电路第二节 传感器25第25页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五在线式红外测温仪热敏电阻 C、温度测量传感器 红外体温仪空调温度传感器 微小的温度传感器 铠装热电偶热电阻第二节 传感器26第26页，共99页，2022年，5月

8、20日，23点52分，星期五信号调理电路的作用较高的精度噪声抑制/隔离系统灵活性/自诊断性降低成本第二节 传感器27第27页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五湿度传感器湿度的危害湿敏电阻的原理干湿球湿度计测量相对湿度的原理湿度对仪器影响示意图 干湿球湿度计原理图第二节 传感器28第28页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五物位传感器超声波检测技术 测量原理 特点 适用范围第二节 传感器29第29页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五第二节 传感器30第30页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五超声波物体检测器电路

9、板和探头B、实际应用电路第二节 传感器31第31页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五测厚仪物位检测仪无损探测测距仪液位仪B 超接近开关C、各种应用第二节 传感器32第32页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五雷达检测技术时域发射技术第二节 传感器33第33页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五调频连续波技术频率控制回路原理方框图 FMCW雷达测量原理图第二节 传感器34第34页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五流量传感器流量测量方法节流装置文丘里喷嘴在管道中的位置 第二节 传感器35第35页，共99页，2022

10、年，5月20日，23点52分，星期五浮子流量计浮子流量计 图3 金属管浮子流量计结构1-转换部分；2-传感器部分；3-导杆；4-浮子；5-锥形管部分；第二节 传感器36第36页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五浮子流量计工作原理浮子流量计工作原理1-锥形管 2-浮子 3-流通环隙第二节 传感器37第37页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五椭圆齿轮流量计工作原理容积式流量计的工作原理第二节 传感器38第38页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五结构图 齿轮流量计 第二节 传感器39第39页，共99页，2022年，5月20日，23点5

11、2分，星期五涡轮流量计第二节 传感器40第40页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五内部结构涡轮流量计第二节 传感器41第41页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五超声波流量计测量原理测量流量原理分类超声波流量计 第二节 传感器42第42页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五时间差法测量流量原理 第二节 传感器43第43页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五频率差法测量流量原理图a） 异侧 b） 同侧第二节 传感器44第44页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五光纤传感器流量计光纤传感器检测透明

12、的有色物体第二节 传感器45第45页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五电磁流量计 测量原理 电磁流量计 第二节 传感器46第46页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五其它常用的流量计涡街流量计差压式流量计明渠流量仪刮板流量计第二节 传感器47第47页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五电磁传感器 磁传感器是最古老的传感器，指南针是磁传感器的最早的一种应用。 磁旋转传感器主要组成部分。第二节 传感器48第48页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五一款电磁传感器的外形电磁接近开关指南针第二节 传感器49第49页，共9

13、9页，2022年，5月20日，23点52分，星期五霍尔转速表 霍尔转速表原理a) 齿未对准霍尔元件时磁力线分散的情况 b) 齿对准霍尔元件时磁力线集中的情况第二节 传感器50第50页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五接近开关常用的接近开关分类接近开关的特点接近开关的主要性能指标第二节 传感器51第51页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五电涡流接近开关原理框图 第二节 传感器52第52页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五电磁传感器的应用（一）第二节 传感器53第53页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五电磁传感

14、器的应用（二）第二节 传感器54第54页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五磁光效应传感器的原理光电效应外光电效应磁光效应传感器第二节 传感器55第55页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五磁光效应传感器的结构第二节 传感器56第56页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五常用磁光传感器光敏晶体管内部结构a)内部组成 b)管芯结构 c）结构简化图1集电极引脚 2管芯 3外壳 4玻璃聚光镜 5发射极引脚 6N+衬底 7N型集电区 8SiO2保护圈 9集电结 10P型基区 11N型发射区 12发射结第二节 传感器57第57页，共99页，20

15、22年，5月20日，23点52分，星期五（8）激光传感器 激光智能感测器是激光学领域地最新成果，采用功率安全可靠且不足以引爆任何油晶介质 的激光作为探测光源，应用国际先进的激光传感技术而可广泛适用于石油、化工、冶金、锅炉 等行业、领域的一种新型的非接触式智能测量仪表。 它彻底解决了以前所应用的各种液位 监测仪表之不足，不受介质温度、密度、压力等物理、化学性质的影响，可以测量本产晶温度 范围内的所有的液体介质液位，其输出的数字信号可直接进入现场控制系统。第二节 传感器58第58页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五激光传感器测量原理图 激光传感器第二节 传感器59第59页，共

16、99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五电量变送器 电量变送器的用途、分类 霍尔元件的原理第二节 传感器60第60页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五B、应用UZJG型激光智能液位感测器 区域检测传感器能稳定且高精度地检测检测光亮背景前的瓶子第二节 传感器61第61页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五（9）其他传感器 红外传感系统分类 红外传感器工作原理第二节 传感器62第62页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五仿生传感器 仿生传感器，是一种采用新的检测原理的新型传感器。 仿生传感器原理 仿生传感器分类第二节 传感器

17、63第63页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五各种仿生传感器 在图中我们可以看到，仿生传感器和生物学理论的方方面面都有密切的联系，是生物学理论发展的直接成果。第二节 传感器64第64页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五 执行器按其能源形式分为气动，电动和液动三大类，它们各有特点，适用于不同的场合。气动执行器电动执行器角行程直行程液动执行器第三节 执行器第三节 执行器65第65页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五A、气动执行器工作原理气动执行机构第三节 执行器66第66页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五 执

18、行机构 气动执行机构分类 正作用形式 反作用形式薄膜式活塞式第三节 执行器67第67页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五B、电动执行器工作原理第三节 执行器电动执行器组成方块图68第68页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五C、电-气转换器 电-气转换器的作用第三节 执行器69第69页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五电-气转换器原理结构图1- 喷嘴挡板； 2- 调零弹簧； 3- 负反馈波纹管； 4- 十字弹簧； 5- 正反馈波纹管； 6- 杠杆； 7- 测量线圈； 8- 磁钢； 9- 铁芯； 10- 放大器第三节 执行器70第7

19、0页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五电-气转换器工作过程第三节 执行器71第71页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五电-气阀门定位器原理结构图1- 力矩马达; 2- 主杠杆; 3- 平衡弹簧;4- 反馈凸轮支点;5- 反馈凸轮; 6- 负杠杆; 7- 负杠杆支点;8- 薄膜执行机构;9- 反馈杆; 10- 滚轮; 11- 反馈弹簧; 12- 调零弹簧; 13- 挡板; 14- 喷嘴; 15- 主杠杆支点 第三节 执行器72第72页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五电-气阀门定位器工作过程第三节 执行器73第73页，共99页，2

20、022年，5月20日，23点52分，星期五第四节 虚拟仪器一、概述 虚拟仪器中“虚拟”两字的含义第四节 虚拟仪器74第74页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五仪器和测试技术发展第四节 虚拟仪器虚拟仪器传统仪器开放性、灵活，可与计算机技术保持同步发展封闭性、仪器间配合较差关键是软件，系统性能升级方便，通过网络下载升级程序即可关键是硬件，升级成本较高，且升级必须上门服务价格低廉，仪器间资源可重复利用率高价格昂贵，仪器间一般无法相互利用用户可定义仪器功能只有厂家能定义仪器功能可以与网络及周边设备方便连接功能单一，只能连接有限的独立设备开发与维护费用降至最低开发与维护开销高技术更

21、新周期短（12年）技术更新周期长（510年）75第75页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五客户定义的基于PC的测试测量和自动化的最终解决方案传统的仪器厂商所定义的仪器处理器RAMROM显示器电源硬盘第四节 虚拟仪器76第76页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五虚拟仪器 Virtual Instrumentation二、构成 硬件 软件第四节 虚拟仪器77第77页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五三、基于计算机的测试系统第四节 虚拟仪器虚拟仪器测试系统工作流程 78第78页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五L

22、abVIEW 图形化编程语言可以编译的图形化编程语言环境提高开发效率 第四节 虚拟仪器79第79页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五Demo: LabVIEW VI第四节 虚拟仪器80第80页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五LabVIEW 开发测试系统采集 分析 显示第四节 虚拟仪器81第81页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五仪器控制架构GPIB Extenders2km1Hub2GPIB/SerialEnet to GPIB/Serial3Ethernet-based Instrument4第四节 虚拟仪器82第82页，共

23、99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五数据采集系统结构数据采集卡信号调理连接附件传感器第四节 虚拟仪器83第83页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五数据采集卡MultifunctionAnalog I/O, Digital I/O, Counter/Timer第四节 虚拟仪器84第84页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五视频和运动系统组件Motor Drive/AmplifierMotor or Actuator and FeedbackIMAQ CameraMotion ControllerIMAQ Board第四节 虚拟仪器85第8

24、5页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五图像分析软件图像开发模块配置软件 (Vision Builder)Quickly prototype vision applicationsCreate LabVIEW VIs可编程软件 (IMAQ Vision)More than 150 image processing functionsFunctions compatible with LabVIEW, C, C+, and Visual BasicReducedDevelopmentTime第四节 虚拟仪器86第86页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五运动控制系统反馈信号Limit/Home/Index开关, I/O运动控制卡运动控制软件驱动器 / 放大器马达第四节 虚拟仪器87第87页，共99页，2022年，5月20日，23点52分，星期五 应用 1、在仪器计量系