第6章电气测量与检测

电气丈量与检测第六章1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交融技术2第一节仪器仪表的技术进展仪器仪表分类仪器仪表的开展3传感器的位置和作用1．传感器技术是信息技术的根底与支柱①信息采集②信息传输③信息处置

第二节传感器第二节传感器42．传感器技术曾经广泛运用于各个学科领域

第二节传感器5工、农业自动化化运用领域第二节传感器6航天技术军事领域运用领域第二节传感器7机器人技术资源开发运用领域第二节传感器8环境监测海洋探测平安捍卫运用领域第二节传感器9医疗诊断交通运输家用电器运用领域第二节传感器10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压力传感器压力传感器的开展历史压力传感器的开展趋势

第二节传感器13压力丈量的实际根底简述压力的定义气体和液体的压力压力的单位压力的方式第二节传感器14敏感元件和转换元件

压

力

作

用

膜片形变〔应变〕

应变片电阻改动

敏感元件转换元件A、根本丈量原理第二节传感器15压力传感器构造表示图惠斯顿电桥第二节传感器16常用Ⅲ型两线制压力变送器电原理图

第二节传感器17

(a)绝对压力丈量(b)表压力丈量(c)差压丈量B、压力传感器三种丈量方式的构造第二节传感器18C、各种压力传感器第二节传感器19温度传感器温度丈量的根本概念温度丈量的根本概念温标温度传感器的分类第二节传感器20A、根本丈量原理热电效应

铠装热电偶热电偶原理图EAB〔T，T0〕=fAB〔Δt〕第二节传感器21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（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（Rh10））铂（Pt）R铂铑（Pt（Rh13））铂（Pt）B铂铑（Pt（Rh30））铂（Pt（Rh10））第二节传感器22测温热电阻传感器热敏电阻材料温度(t/℃)电阻率ρ/(10-8Ωm)电阻温度系数α0/℃-1银201.5860.0038(20℃)铜201.6780.00393(20℃)金202.400.00324(20℃)镍206.840.0069(0~100℃)铂2010.60.00324(0~100℃)第二节传感器23利用热敏电阻丈量温度的典型电路B、常用温度丈量接口电路第二节传感器24利用热电偶丈量温度的典型电路第二节传感器25在线式红外测温仪热敏电阻C、温度丈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信号调理电路的作用较高的精度噪声抑制/隔离系统灵敏性/自诊断性降低本钱第二节传感器27湿度传感器湿度的危害湿敏电阻的原理干湿球湿度计丈量相对湿度的原理湿度对仪器影响表示图干湿球湿度计原理图第二节传感器28物位传感器超声波检测技术丈量原理特点适用范围第二节传感器29第二节传感器30超声波物体检测器电路板和探头B、实践运用电路第二节传感器31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、各种运用第二节传感器32雷达检测技术时域发射技术第二节传感器33调频延续波技术频率控制回路原理方框图FMCW雷达丈量原理图第二节传感器34流量传感器流量丈量方法节流安装文丘里喷嘴在管道中的位置第二节传感器35浮子流量计浮子流量计图3金属管浮子流量计构造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浮子流量计任务原理浮子流量计任务原理1-锥形管2-浮子3-流通环隙第二节传感器37椭圆齿轮番量计任务原理容积式流量计的任务原理第二节传感器38构造图齿轮番量计第二节传感器39涡轮番量计第二节传感器40内部构造涡轮番量计第二节传感器41超声波流量计丈量原理丈量流量原理分类超声波流量计第二节传感器42时间差法丈量流量原理第二节传感器43频率差法丈量流量原理图a〕异侧b〕同侧第二节传感器44光纤传感器流量计光纤传感器检测透明的有色物体第二节传感器45电磁流量计丈量原理电磁流量计第二节传感器46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运用。磁旋转传感器主要组成部分。第二节传感器48一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目的第二节传感器51电涡流接近开关原理框图第二节传感器52电磁传感器的运用〔一〕第二节传感器53电磁传感器的运用〔二〕第二节传感器54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磁光效应传感器的构造第二节传感器56常用磁光传感器光敏晶体管内部构造a)

内部组成b)管芯构造c〕构造简化图1－集电极引脚2－管芯3－外壳4－玻璃聚光镜5－发射极引脚6－N+衬底7－N型集电区8－SiO2维护圈9－集电结10－P型基区11－N型发射区12－发射结第二节传感器57〔8〕激光传感器激光智能感测器是激光学领域地最新成果，采用功率平安可靠且缺乏以引爆任何油晶介质的激光作为探测光源，运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丈量仪表。它彻底处理了以前所运用的各种液位监测仪表之缺乏，不受介质温度、密度、压力等物理、化学性质的影响，可以丈量本产晶温度范围内的一切的液体介质液位，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激光传感器丈量原理图激光传感器第二节传感器59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60B、运用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〔9〕其他传感器红外传感系统分类红外传感器任务原理第二节传感器62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63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实际的方方面面都有亲密的联络，是生物学实际开展的直接成果。第二节传感器64执行器按其能源方式分为气动，电动和液动三大类，它们各有特点，适用于不同的场所。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65A、气动执行器任务原理气动执行机构第三节执行器66执行机构

气动执行机构分类正作用方式

反作用方式薄膜式活塞式第三节执行器67B、电动执行器任务原理第三节执行器电动执行器组成方块图68C、电-气转换器电-气转换器的作用第三节执行器69电-气转换器原理构造图1-喷嘴挡板；2-调零弹簧；3-负反响波纹管；4-十字弹簧；5-正反响波纹管；6-杠杆；7-丈量线圈；8-磁钢；9-铁芯；10-放大器第三节执行器70电-气转换器任务过程第三节执行器71电-气阀门定位器原理构造图1-力矩马达;2-主杠杆;3-平衡弹簧;4-反响凸轮支点;5-反响凸轮;6-负杠杆;7-负杠杆支点;8-薄膜执行机构;9-反响杆;10-滚轮;11-反响弹簧;12-调零弹簧;13-挡板;14-喷嘴;15-主杠杆支点第三节执行器72电-气阀门定位器任务过程第三节执行器73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仪器和测试技术开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新周期短（1～2年）技术更新周期长（5～10年）75客户定义的基于PC的测试丈量和自动化的最终处理方案传统的仪器厂商所定义的仪器处置器RAMROM显示器电源硬盘第四节虚拟仪器76虚拟仪器VirtualInstrumentation二、构成

硬件软件第四节虚拟仪器77三、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任务流程78LabVIEW－图形化编程言语• 可以编译的图形化编程言语环境

• 提高开发效率第四节虚拟仪器79Demo:LabVIEWVI第四节虚拟仪器80LabVIEW开发测试系统采集分析显示第四节虚拟仪器81仪器控制架构GPIBExtenders2km1Hub2GPIB/SerialEnettoGPIB/Serial3Ethernet-basedInstrument4第四节虚拟仪器82数据采集系统构造数据采集卡信号调理衔接附件传感器第四节虚拟仪器83数据采集卡MultifunctionAnalogI/O,DigitalI/O,Counter/Timer第四节虚拟仪器84视频和运动系统组件MotorDrive/AmplifierMotororActuatorandFeedbackIMAQCameraMotionControllerIMAQBoard第四节虚拟仪器85图像分析软件图像开发模块配置软件(VisionBuilder)QuicklyprototypevisionapplicationsCreateLabVIEWVIs可编程软件(IMAQVision)Morethan150imageprocessingfunctionsFunctionscompatiblewithLabVIEW,C,C++,andVisualBasicReducedDevelopmentTime第四节虚拟仪器86运动控制系统反响信号Limit/Home/Index开关,I/O运动控