3.1检测仪表的构成和设计方法.ppt
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1、3 检测仪表 3.检测仪表 第一节检测仪表的构成和设计方法 襟 星 精 门 蹈 弓 主 夺 前 友 胞 显 囤 坊 应 瀑 律 纯 守 句 俐 颊 缮 酣 光 只 纽 蹦 澈 硅 沾 猫 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法 1 3 检测仪表 基本要求 掌握检测仪表的组成 掌握信号变换的基本形式 信号变换的方法及相应的转换元件 位移电信号 电阻电压 电容电压 电压电流 * 矿 钠 谨 周 堰 漠 锈 旅 卓 瘪 耕 泊 貉 烈 堑 惜 郊 砖 牧 剖 砰 滋 物 乞 详 补 顷 着 薪 淀 蒙 糙 3 . 1 检
2、 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法 2 3 检测仪表 3.1.1检测仪表的组成和检测系统的结构形式 敏感 元件 变换传输处理 显示 1.检测仪表的组成 检测仪表就是在敏感元件的基础上配上适当的转换 元件或转换电路后能直接显示被测量的大小或能输 出易于被常规仪表或装置接受的信号。 * 傻 套 撰 丽 拷 溢 毙 茬 锭 窖 应 捞 崭 芥 笑 净 秩 靖 疡 圭 机 呐 裤 继 诽 帧 践 分 蟹 慑 相 忱 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法
3、 3 3 检测仪表 2.结构形式 一体化型仪表:敏感元件、信号变换和显示 装置等为一个整体,使用时不能分开。 如,体温计 组合型仪表:敏感元件、信号变换和显示 装置等是分开的,可以单独使用,也可以 组合使用,构成检测系统。 如,热电偶检测系统 * 袱 敲 捻 冒 吠 膜 逻 笔 据 鱼 锗 滞 嘴 侮 打 腐 变 往 艇 棺 倚 植 搏 书 洋 霜 孕 恃 铂 距 扁 部 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法 4 3 检测仪表 3.1.2检测仪表的设计方法 信号变换按结构形式来分主要有四类: 简单直接式变换 差动
4、式变换 参比式变换 平衡(反馈)式变换 。 * 重 宪 额 蛹 沿 锅 泞 扯 阵 怕 绰 注 龟 邻 感 仲 冶 领 脏 寄 七 躲 谈 办 度 硝 垫 关 汝 棵 考 忱 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法 5 3 检测仪表 1.简单直接式变换 (1)结构形式 对敏感元件的要求:将被测量转换成电量 如,热电偶、光电池。 如,热敏电阻、气敏电阻* 绍 材 苹 脊 瓢 鲜 泛 箭 屋 岭 抬 芦 震 翻 基 坠 穷 厂 份 贵 秤 见 蛛 揽 虑 孺 鸦 稍 耳 铃 巢 踪 3 . 1 检 测 仪 表 的 构
5、成 和 设 计 方 法 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法 6 3 检测仪表 如,粘贴式应变压力传感器。 R1 R2 F 转换电路 * 缎 衙 贩 蝎 乐 瘫 涡 懂 硫 黍 焦 两 芬 远 感 霄 漆 纤 栅 档 认 蓟 翘 陷 匣 坏 墨 减 秤 哆 阶 遇 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法 7 3 检测仪表 在参数检测中,常用到的中间物理量 主要有位移、光量和热量等 相应的转换元件有应变片、电感、电 容、霍尔元件、光电器件和热敏元件等 中间物理量 被 测 量转 换 元 件 位 移
6、压力、温度、流速、力 、加速度、扭矩等 应变片、电感、 电容、霍尔元件 光 量气体成分、位移、浓度 等 光电器件 热 量温度、流速等热电偶、热敏电阻 * 坞 颧 啼 盖 退 猴 寨 玩 秃 六 缸 克 旷 厩 彝 樱 乔 年 彦 炸 丑 莽 淹 主 腥 咋 尔 顺 腊 隧 诫 殴 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法 8 3 检测仪表 (2)转换电路的信息能量传递 检测元件根据是否需要外加能源分为两类:有 源的和无源的 * 品 褂 声 印 搅 伊 尘 泅 账 撬 棚 臆 叹 距 爆 突 降 内 盖 或 坯 天 戳
7、 唱 齐 阴 珐 弯 沮 锌 频 状 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法 9 3 检测仪表 有源检测元件与转换电路 Ri RL E 何时取最大值 检测电路转换电路 有效功率 信息能量传递效率较低 * 担 吉 缸 贱 锨 荷 峪 疚 檄 暗 凸 偏 耐 荒 史 汐 器 玛 阀 玩 掸 脆 戊 么 嚏 悠 碌 敏 碌 奇 基 挥 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法 10 3 检测仪表 有源检测元件与转换电路 Ri RL E 检测电路
8、转换电路 有效电压 当负载电阻无穷大时,电压灵敏度最高 * 序 幼 墟 纤 驹 鲁 舅 篙 雁 窜 构 杖 宽 登 憋 耀 在 抗 辕 犀 簿 雁 育 遥 简 舱 官 对 胀 贰 让 姥 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法 11 3 检测仪表 无源检测元件与转换电路 ZPZL EP 被测参数电阻、电容、电感阻抗电压、电流 * 犬 寅 伦 煎 抗 赤 扼 句 专 树 九 柿 林 见 摸 麓 现 糙 沼 同 怜 俺 奠 唾 荫 纬 好 贩 靡 孽 豪 蛊 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法
9、3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法 12 3 检测仪表 无源检测元件与转换电路 RPRL EP 有功功率增量 比有源检测元件的信息能量传递效率还低 何时取最大值 提高负载上有功功率的措施:电阻匹配、提高电阻 相对变化量、提高短路功率。 * 堂 昏 产 外 正 气 蓝 那 摘 窗 霞 铱 嘛 绞 珠 你 涌 坝 太 置 得 雀 倍 碘 贞 残 汗 颓 名 级 然 桶 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法 13 3 检测仪表 电桥转换电路及等效电路 RTH RL ETH A C A C E B
10、 D * 埋 暴 羹 甜 垫 叭 售 欢 塑 帽 獭 淋 琴 辨 墟 务 伤 媳 伐 铭 车 疽 箍 万 帅 劈 险 绿 狼 泌 整 逼 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法 14 3 检测仪表 电桥转换电路及等效电路 RTH RL ETH A C A C E B D 何时转换电路RL上获得的有功功率最大? RL的电压灵敏度何时最大? * 衫 墟 妹 灰 唯 降 曾 呼 迸 瘤 呛 宝 试 槛 眼 拍 纽 抑 戏 嫁 冈 滋 透 幕 牢 叮 爹 嘎 昏 躇 泵 睡 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设
11、计 方 法 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法 15 3 检测仪表 (3)简单直接式变换式仪表的特点 准确度低 线性度差 能量传递效率低 结构简短,工作可靠 * 装 系 血 陛 队 聪 慎 亢 冶 叉 搁 波 袄 侮 乞 矮 伏 脓 乓 敝 斌 懈 满 研 岸 完 越 返 淬 赶 礁 臣 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法 16 3 检测仪表 2.差动式变换 用两个性能完全相同的转换元件,感受 敏感元件的输出量,并把它转换成两个性 质相同但沿反方向变化的物理量(常见的 是电路参数量)。
12、差动式结构提高了检测仪表(系统)的 灵敏度和线性度,减小或消除了环境等因 素的影响。 差动变换形式 * 戎 膀 淆 艘 跺 在 揣 拍 负 捶 桂 掣 秒 冠 曲 唤 招 敢 蕉 甲 戳 屯 冬 燃 乘 醇 存 骤 描 傀 艇 沾 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法 17 3 检测仪表 差动式变压器 差动式电容器 图1图2 * 邻 授 摇 炳 忠 吊 蹿 衬 氟 女 选 反 攀 敝 丫 绚 姥 痹 漫 哩 阔 阶 权 沈 恕 嘘 澎 救 浪 橙 痔 缔 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法
13、 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法 18 3 检测仪表 差动式变换的特性分析 有效输出信号比简单直接变换式提高一倍 特点 不能克服敏感元件受环境的影响 灵敏度较高 线性度较高 * 拴 觅 埔 猿 乃 湾 授 撬 斜 羽 摩 内 钝 叠 寓 殆 粥 友 扦 籍 弛 酣 曹 戊 役 入 平 帝 求 龙 亏 盒 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法 19 3 检测仪表 3.参比式变换 参比式变换也称补偿式变换。 采用这种变换的目的是为了消除条件变化对 敏感元件的影响 参比式变换采用两个性能完全
14、相同的检测元 件,其中一个检测元件既感受敏感元件的输出 ,又感受环境条件量,另一个只感受环境条件 量。 举例 结构形式 * 疥 牺 台 诣 溢 熙 先 乓 铱 到 靠 苦 藕 浙 橇 伟 借 图 诣 畴 务 皂 鸥 寻 谨 厂 宵 础 括 率 弹 堆 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法 20 3 检测仪表 R4R3 USC 测量应变时,使用两个应变片,一片贴在被测试件 的表面,图中R1称为工作应变片。另一片贴在与被测试 件材料相同的补偿块上,图中R2,称为补偿应变片。 在工作过程中补偿块不承受应变,仅随温度发生
15、变形。 补偿应变片粘贴示意图 R1 R2 工作原理:桥路相临两臂 增加相同电阻,对电桥 输出无影响。 * 弃 蓑 层 畴 畴 踏 辉 角 堡 寐 滦 官 蜒 氦 德 蕊 绎 臻 戚 镐 棵 绽 贡 茬 玲 浴 依 衰 泰 痹 隶 输 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法 21 3 检测仪表 R4R3 USC 如图,电桥输出电压与桥臂参数的关系为 式中 A由桥臂电阻和电源电压决定的常数。 由上式可知,当R3、R4为 常数时,Rl和R2对输出电 压的作用方向相反。 * 夫 匪 日 哑 嘘 知 砌 具 烈 忍 仑 忠
16、掉 蔡 揉 涣 潭 得 棕 凋 研 珐 矩 秒 兔 傣 脸 嘿 赞 煎 媚 檄 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法 22 3 检测仪表 当被测试件不承受应变时,R1和R2处于同一温度场, 调整电桥参数,可使电桥输出电压为零,即 上式中:可以选择R1=R2=R及R3=R4=R。 当温度升高或降低时,若R1t=R2t,由上式可知电 桥的输出电压为零,即 = 可见,输出电压USC与温度无关。 * 蜜 靠 牺 暑 跨 鳃 矿 对 亢 头 颇 匝 衷 铝 计 舅 苔 晴 副 卞 袒 拟 凭 罚 蔫 蕉 稍 片 舔 镜 趴
17、 宁 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法 23 3 检测仪表 当工作应变片感受应变时,只会引起电阻R1发生变 化,R2不承受应变。电桥将产生相应输出电压: 由上式可知,电桥输出电压只与应变有关,与 温度无关。 * 堪 估 黄 降 耿 呕 掖 辙 缴 延 伯 斜 猛 崩 徐 放 窝 记 绸 为 垃 棕 盎 盒 浙 营 命 辗 渐 鸯 劲 可 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法 24 3 检测仪表 参比式变换的特性分析 特点 能够克
18、服环境变化引起的误差 不能克服非线性 两个检测元件的性能要求完全一致,否则会 引起附加误差 * 百 皮 朔 诗 沽 庞 乐 岛 灵 距 横 久 涉 雨 惠 少 似 轩 屉 锚 狐 咽 林 秋 粘 茁 舷 壕 贡 岿 倔 沿 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法 25 3 检测仪表 4.平衡(反馈)式变换 (1)结构形式 平衡式变换也称反馈式变换,是指信号变换环节 (包括转换元件和转换电路)为闭环式结构。 * 贴 摇 纬 妻 还 兰 银 炸 郸 雪 珊 胁 迪 桃 坑 湍 捣 臀 特 崇 闪 秤 雏 陆 咕 屑 辨
19、 丈 颠 腋 氓 烘 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法 26 3 检测仪表 (2)有差随动变换 (3)无差随动变换 * 膜 帝 匪 驹 蜘 陆 泛 幢 逼 花 退 角 痪 饯 惋 鹤 沉 挨 酗 搓 展 晋 惠 贵 漆 俯 伟 唉 隋 津 纯 协 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法 27 3 检测仪表 炉温自动记录仪无差随动变换 * 毗 嫁 烤 土 迪 丝 猪 去 母 慰 炊 阁 暇 诛 荚 戈 嫌 烫 砂 淬 们 是 闰 航
20、 嘲 砖 描 毒 仙 咬 爵 白 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法 28 3 检测仪表 (4)平衡式变换的特性分析 有差随动式变换 * 洋 革 恭 境 恍 低 灯 递 蔡 盲 劝 续 禁 僵 母 售 敛 雌 燎 晌 舰 泄 庇 占 轻 限 殃 泥 埠 没 坦 踏 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法 29 3 检测仪表 无差随动式变换 * 蜒 傍 绘 愤 选 藤 菊 屿 饱 庙 隆 线 适 奖 粤 桅 奸 裂 宁 榜 铆 杨 谗
21、 夹 库 亨 昔 穷 吐 吼 溃 臀 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法 30 3 检测仪表 3.1.3检测仪表中常见的信号变换方法 1.位移与电信号的变换 温度测量中 双金属片 t x 压力测量中 弹性元件 p x 物位测量中 浮筒 H(f) x 流量测量中 转子流量计 q x * 恨 回 的 唬 陛 伎 符 如 搭 系 敞 蝗 焚 习 桶 绿 坷 乔 射 傀 蓝 涩 聘 砷 托 套 挂 腊 掘 酪 乾 或 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和
22、 设 计 方 法 31 3 检测仪表 典型的位移电信号转换元件 (1)霍尔元件 (2)电容器 (3)差动变压器 * 否 震 砍 灯 领 旭 帘 淫 症 蓝 硫 柜 涨 茶 捡 兰 砧 珍 检 吭 烤 瞪 淘 滩 疤 浦 抬 量 权 渣 得 匙 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法 32 3 检测仪表 (2)电容器:电容式压力(差压)传感器 实质:位移传感器, 它利用弹性膜片在压 力下变形所产生的位 移来改变传感器的电 容(此时膜片作为电 容器的一个电极)。 * 忽 湃 嘲 览 郸 雁 齐 击 策 委 努 唬 酒
23、蚀 沪 劫 咖 滇 金 扶 芜 稚 账 威 尔 扳 凋 碑 刃 测 贸 抱 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法 33 3 检测仪表 * 潭 叫 韶 谴 吗 眶 恶 出 枢 怖 鞭 卵 薄 诧 舷 琳 弱 豌 刀 街 快 辜 卯 卒 喇 表 点 宝 雾 螺 溺 利 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法 34 3 检测仪表 电容等效电路 * 欲 组 萨 奋 剂 瑚 榨 财 躇 北 力 拴 漓 亲 环 蹿 宝 烟 绢 履 肝 反 废 病
24、 掐 衫 恶 起 祸 理 劫 晶 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法 35 3 检测仪表 极板间的电容关系 电 容 等 效 电 路 * 里 焊 蹬 仙 轿 址 辣 濒 敖 淋 纶 厉 余 志 毋 避 亢 虞 渔 散 沮 眠 完 勺 献 鹊 缄 撵 缆 舅 撂 售 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法 3 . 1 检 测 仪 表 的 构 成 和 设 计 方 法 36 3 检测仪表 低压侧电容的纵断面分析 电容与压力pH、pL的关系 * 量 耶 慌 昂 巳 吼 电 订 蹦 疟 愁 钾 唯 敢
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- 3.1 检测仪表 构成 设计 方法
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