4常见非电量检测
传感检测技术
三、光栅位移传感器
3 2 1
4
1.标尺光栅 2.指示光栅 3.光电元件 4.光源
把指示光栅平行地放在标尺光栅上面,并且使它们的刻线相 互倾斜一个很小的角度,这时在指示光栅上就出现几条较粗 的明暗条纹,称为莫尔条纹,它们是沿着与光栅条纹几乎成垂 直的方向排列,
零阶环节 aa00yybb0x0x 零阶传感器 比例环节、
无惯性环节
一阶环节 a1add1dydtytaa00yybb0x0x
一阶传感器
二阶环节 a2add 2d2d2y2t2ytaa11dd ddytytaa 0y0yb0xb0x 二阶传感器
2. 传递函数
H (s)Y X ( (s s ) ) b a m n s sm n a b n m 1 1 s s n m 1 1 ....a .b .1 1 s .s . . .a b ..0 0
线式和圆盘式两类,
节距2τ 2mm
定尺 1/ 4W
滑尺
cos
sin
定尺
滑尺
定尺绕组
1
A
B
滑
2
尺
绕 组
3
位
置 4
A
B
A
B
A
B
5
1 eA
5
定 尺 感 应 电 势 变 化0 情2 况
4
3
仅 对A绕 组 激 磁
A
B
eB 1 0
4
3
5
2
仅 对B绕 组 激 磁
感应同步器的信号处理方式
2+非电量检测技术基础
2014-5-5
第二章 非电量检测技术基础
6/86
3、非电量检测技术的应用概述(工农业生产、科学研究 )
1)在工程结构和机械设计过程中
若仅凭已有的理论公式或经验公式计算，往往还不够准确， 2)在许多科学研究过程中
特别是对许多复杂的结构和特殊条件还没有理论或经验公式可 2013 年2月19日10时46分，云南省昭通市巧家县、四川省凉 “地震预警”并非“地震预报”，两者不属同一概念。地 地震学家、中国工程院院士许绍燮坦言，对于绝大多数地 地震预警系统的工作原理就在于可以探测到地震发生最初时发 非电量检测也占有很重要的位置。例如，航空和宇 美国地质勘探局明确表示，他们不预测地震，而只做长期 地震预警系统是指实现地震预警的配套设施。按照系统响 依据时，就更需要进行实地的测试。同时，在现代化的设计工 山彝族自治州宁南县交界发生 4.9级地震。而在 10 时 46 分59 秒， 震预报是对尚未发生、但有可能发生的地震事件事先发出通告； 震，地震预警能够提供的有效预警时间不超过 30 秒。日本是世 射出来的无破坏性的地震波（纵波即 P波， primary wave ）， 概率预报，对地震灾害做出评估。例如， 应的顺序可包括：地震监测台网、地震参数快速判测系统、警 2012 年 4 月，美国地质 航技术中的风洞实验要涉及大量的机械量的检测；新型 作中，通常都要先作模拟实验，通过模拟实验来寻找或判断最 安装在云南省昭通市防震减灾局工作人员手机和计算机上的地 而“地震预报”是指突发性大震已发生、抢在严重灾害尚未形 界上第一个建立向公众发布地震警报的地震预警系统的国家， 而破坏性的地震波（横波即 S-波，secondary wave）由于传播 勘探局评估说，在未来 报信息快速发布系统和预警信息接受终端。整套系统的特点是 30年内加州发生 6.7级以上的地震概率为 建筑材料、机械构件的研制以及桥梁的架设等，均需要 佳条件，而这些模拟实验是离不开非电量检测的。（月球、火 震预警信息接收终端发出了地震预警倒计时警报，并显示地震 成之前发出警告并采取措施的行动，也称作“震时预警”。 2011 年“3.11”大地震发生时，东京预警就为人们紧急避险提 速度相对较慢则会延后 10～30秒到达地表。深入地下的地震探 99.7 高度集成、实时监控、飞速响应，尤其是飞速响应这一点至关 ％，但是不能预测地震发生的具体地点和时间。 星） 进行种类繁多的非电量检测后，才能得到可靠的研究数 预警信息：“云南巧家 10时47 分05秒发生 5.0级地震……”该地 地震预警（ 供了几十秒钟的时间。但在此后的多次余震中，预警发布则显 earthquake warning ），不是地震预测或预报。 测仪器检测到纵波（ P-early 波）后传给计算机，即刻计算出震级、 重要。因为地震预警系统其实就是在和地震波赛跑，多跑赢一 据，取得应有的成果。（地震预测） 震预警信息也通过手机、计算机、专用接收终端、微博等进行 地震预警是指在地震发生以后，抢在地震波传播到设防地区前， 得有些混乱。 烈度、震源、震中位，于是预警系统抢先在横波（ S-波）到达 秒，就能多获得一秒的应对时间，用分秒必争来形容最为恰当 了同步发布。很快，地震如期而至。据悉，该地震预警系统还 向设防地区提前几秒至数十秒发出警报，以减小当地的损失。 一般来说，对面向公众的预警而言，地震预警系统只对距 地面前 10～30秒通过电视和广播发出警报。并且，由于电磁波 不过。 对随后的多次地震进行了成功预警，包括当天宜宾市境内发生 离震源50公里至200公里的范围有效。对于 50公里以内的地区， 比地震波传播得更快，预警也可能赶在 P波之前到达。 的 4.5级地震。 即使发出预警也可能来不及反应，而对于三四百公里以外的地 区，地震产生的破坏可能又并不严重，没有必要发出预警。
非电量电测知识点总结
非电量电测知识点总结1. 非电量电测的基本概念非电量电测是以非电参数（温度、压力、位移、速度、流量等）对电信号（电流、电压）进行检测、测量、分析和处理的技术。
通过传感器将非电量转换为电信号，然后再通过电路将电信号进行采集、处理和显示。
非电量电测技术的重点是非电参数与电信号之间的转换与传输。
2. 非电量电测的传感器非电量电测的传感器是将非电参数转换为电信号的装置，它是非电量电测的关键部件。
常见的非电量传感器有温度传感器、压力传感器、位移传感器、速度传感器、流量传感器等。
传感器的选择应根据被测量的非电参数性质和测量要求来确定。
传感器的性能参数包括灵敏度、量程、准确度、稳定性、线性度、响应时间等。
3. 非电量电测的信号调理非电量传感器输出的信号通常是微弱的电压信号，需要经过信号调理电路进行放大、滤波、线性化等处理，以便适应后续的信号处理和显示系统的要求。
常见的信号调理电路有放大电路、滤波电路、线性化电路、补偿电路等。
4. 非电量电测的数据采集非电量电测中常用的数据采集技术包括模数转换（A/D转换）、通信接口（串口、并口、USB接口）、存储器、微处理器等。
模数转换技术是将模拟信号转换为数字信号的技术，常见的模数转换芯片有AD转换器、DA转换器等。
数据采集系统可以将非电量信号转换为数字信号，并用数字方式进行存储和处理，方便后续的数据分析和显示。
5. 非电量电测的数据处理非电量电测的数据处理是通过软件对采集到的数据进行处理和分析，以实现对被测量参数的监测和控制。
数据处理的方法包括数字滤波、数据分析、图像显示、曲线对比、报警控制等。
常用的数据处理软件有Labview、Matlab、C语言等。
6. 非电量电测的应用领域非电量电测技术已广泛应用于工业自动化、环境监测、医疗仪器、航空航天、军事装备、汽车电子、生物医学工程等领域。
例如，在工业自动化中，非电量电测技术可以实现对生产过程中的各种工艺参数（温度、压力、流量、液位等）的准确测量与控制，提高生产效率并减少资源浪费。
电工知识一 非电量的电测法
电阻温度计中的热电阻传感器是绕在云母、石 英或塑料骨架上的金属电阻丝。 金属电阻丝的电阻随温度变化的关系为 Rt =R0 ( 1 + At + Bt2 )
tº C时的 电阻值 0º C时的 电阻值 A 和 B为金属丝电阻 在工作温度范围内的电 阻温度系数的平均值。
对铜丝：A= 410-3(1/º C)，B= 0； 铂丝：A=3.9810-3(1/º C)，B= –5.84 103(1/º C)² 。
非电量的电测法
1/35
非电量的电测法
非电量的电测法就是将各种非电量（如温度、压力、 速度、位移、应变、流量、液位等）变换为电量，而后进 行测量的方法。
非电量的电测仪器，主要由下列几个主要部分组成 传感器 测量电路 测录装置 (1) 传感器：将被测非电量变换为与其成一定比例 关系的电量。 (2) 测量电路：将传感器输出的电信号进行处理， 使之适合于显示、记录及和微型计算机的联接。 (3) 测录装置：各种电工测量仪表、示波器、自动 记录仪、数据处理器及控制电机等。
r
L2
铁心 衔铁
2. 工作原理 衔铁处于中间位置， 线圈 电桥平衡，输出电压 0 U 0 当衔铁偏离中间位置上 下移动时，电桥不平衡， 输出电压的大小与衔铁位 移的大小成正比，其相位 与衔铁移动的方向有关。 电感传感器常用来测 量压力、位移、液位、 表面光洁度等。
–
+
U –0
标 准 电 阻
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在自己专业专长专注的工作上，专心 作出卓越成果，走向成功。
今麦郎董事长：范现国
炉温高于给定值时，U2 >U1，差值电压U0。 U经放大后其输出的电压U 加在直流伺服电动 机的电枢两端。 电动机通过减速器带动调压器手柄，改变调压 器的输出电压，使加热电流减小，炉温下降。使 电路重新平衡（ U=0），即炉温保持给定值。
精品课件-电子测量技术(第二版)(田华)-第10章
第10章 非电量的测量
2. 磁电式转速传感器是以磁电感应为基本原理来实现转速测 量的。磁电式转速传感器由铁芯、磁钢、感应线圈等部件组成。 磁电式转速传感器的线圈内产生有磁力线，测量对象转动时， 齿轮转动会切割磁力线，磁路由于磁阻变化，在感应线圈内产 生电动势。感应电势产生的电压大小和被测对象转速有关，被 测物体的转速越快，输出的电压也就越大，也就是说输出电压 和转速成正比，通过换算可测出被测对象的转速。但是在被测 物体的转速超过磁电式转速传感器的测量范围时，磁路损耗会
第10章 非电量的测量
第10章 非电量的测量
10.1 距离与位移的测量 10.2 速度、转速与加速度测量 10.3 温、湿度测量 10.4 压力测量 10.5 流量测量
第10章 非电量的测量
在科学研究和工农业生产实践过程中，存在着很多非电量 的测量需求。非电量无论在种类上还是在数量上都比电量和磁 量多，如机械量(距离、位移、风速)、热工量(温/湿度、 压力)、化工量(浓度、成分、pH值)等。针对这些非电量存在 非电和电测两类测量方法。非电量的电测法就是用传感器将非 电量转换成电量(电流、电压或频率)，再通过测量电量(电流 或电压)
第10章 非电量的测量 (3) 速度传感器法：利用各种速度传感器，将速度信号 转换为电信号、光信号等易测信号进行测量。速度传感器
(4) 时间、位移计算测速法：这种方法是根据速度的定 义测量速度，即通过测量距离和走过距离的时间，然后求得平 均速度。测量时间越短，测得的平均速度越接近瞬时速度。根 据这种测量原理，在固定的距离内利用数学方法和相应器件又
测控系统原理及设计现代测控技术简介
6.5.1 嵌入式系统的定义 嵌入式系统 ( Embedded Systems ) 是指以 应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁 剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、 功耗严格要求的专用计算机系统。是将应用程序和 操作系统与计算机硬件集成在一起的嵌入在宿主设 备中的控制系统。
嵌入式计算机
5.4.4 基于计算机的网络控制 80年代后期，计算机控制开始采用开放式通 讯系统，可以和以太网接口，图示功能增强，组 态更加直观、灵活，基于计算机的网络控制系统 性能日益完善、应用逐渐普及。 1. 计算机集散控制系统DCS DCS(Distributed Control System)是以多个微 处理机为基础，利用现代网络技术、现代控制技 术、图形显示技术和冗余技术等实现对分散工艺 对象的控制、监视管理的控制系统。
6.1.1 现代测控技术的定义 现代测控技术隶属于现代信息技术，是以电 子、测量及控制等学科为基础，融合了电子技术、 计算机技术、网络技术、信息处理技术、测试测 量技术、自动控制技术、仪器仪表技术等多门技 术，利用现代最新科学研究方法和成果，对测控 系统进行设计和实现的综合性技术。 现代测控系统中的每一个环节都有新技术的 影子，如：新型传感器；专用集成芯片；以计算 机为核心；构建网络等。
6.3.2 虚拟仪器
虚拟仪器是测试技术和计算机技术结合的产物。
80年代后期
虚拟仪器（Virtual Instrument）
以通用计算机为基础，加上特定的硬件接口设 备和为实现特定功能而编制的软件而形成的一 种新型仪器。
1. 虚拟仪器的基本概念
所谓虚拟仪器（VI，Virtual Instrument），就 是在以计算机为核心的测控硬件和专用软件的平台 上，由用户设计定义测控功能、虚拟面板，由测控 软件实现的一种计算机仪器系统。
非电量的电测法
非电量的电测法非电量的电测法就是将各种非电量（如温度、压力、速度、位移、应变、流量、液位等）变换为电量，而后进行测量的方法。
非电量的电测仪器，主要由以下几个主要部分组成:(1) 传感器：将被测非电量变换为与其成一定比例关系的电量。
(2) 测量电路：将传感器输出的电信号开展处理，使之适合于显示、记录及和微型计算机的联接。
(3) 测录装置：各种电工测量仪表、示波器、自动记录仪、数据处理器及控制电机等。
一、应变电阻传感器1. 金属电阻丝应变片电阻丝由直径为0.02~0.04mm 的康铜或镍铬合金绕成。
2. 工作原理试件发生的应变通过胶层和纸片传给电阻丝，将电阻丝拉长或缩短，从而改变了它的电阻。
就将机械应变变换为电阻的变化。
二、电感传感器电感传感器能将非电量的变化变换为线圈电感的变化，再由测量电路转换为电压或电流信号。
1. 差动电感传感器两只线圈完全一样，且上下对称排列。
当衔铁在中间位置时，两线圈的电感一样，当衔铁受非电量的作用上下移动时，两个线圈的电感一增一减，发生变化，此即为差动。
2. 工作原理三、电容传感器电容传感器能将非电量的变化变换为电容器电容的变化。
1. 平板电容传感器可见，只要改变e ，S ，d 三者之一，都可使电容改变。
将上极板固定，下极板与被测物体相接触，当运动物体上、下位移（改变d ）或左、右位移（改变S ）时，将引起电容的改变。
2. 工作原理四、热电传感器热电传感器能将温度的变化变换为电动势或电阻的变化。
1. 热电偶热电偶由两根不同的金属丝或合金丝组成。
如果在两根金属丝相联的一端加热，则产生热电动势E t2. 热电阻热电阻传感器将温度的变化转换为电阻的变化。
电阻温度计中的热电阻传感器是绕在云母、石英或塑料骨架上的金属电阻丝。
金属电阻丝的电阻随温度变化的关系为对铜丝：A = 4 ＊10 -3 (1/ oC) ，B = 0 ；铂丝：A =3.98 ＊10 -3 (1/ oC) ，B = –5.84 ＊10 -3 (1/ oC)2 。
非电量电测技术的基本知识
反馈系统的传递函数 设闭环系统：
KF
KI 1 KK
反馈系统的传递函数
证明：
对正向通道： 对反向通道： 另外：
m
yo K I1K I 2 KIm xi' K Ii xi' K I xi'
i 1 n
x f KII1KII2 KIIn yo KIIj yo KII yo
j 1
动态特性：就是指测量系统对随时间 而变化的输入量
的响应特性。
一、线性系统的一般数学模型
d n y(t)
d n1 y(t)
dy(t)
an dt n an1 dt n1 ... a1 dt a0 y(t)
bm
d m x(t) dt m
bm1
d m1x(t) dt m1
...
b1
dx(t) dt
<3>微差法：被测量的大部分用零位法测量（此时，大 部分的被测量已与已知的标准量相抵消，其余部分再用 偏差法来测量。 例：用不平衡电桥测量电阻。
§1-2测量误差及其分类
一、误差分类 (一)按误差的表示方法： 测量值（示值）
1.绝对误差： x x A0 真值，约定真值
修正值：
ac Ao x x
y
KF (t )
拉斯变换：
(
1
0
2
s2
2 0
s
1)Y (s)
KX
(s)
传递函数：
H (s)
s2
02
K
2s 0
1
s j代入
频率特性：
H
(
j
)
1
0
K 2
2j
0
幅频特性： 相频特性：
非电量测试技术的基础知识
1
n
2
2 j
1
n
A( )
1
n
2 2
2
n
2
1 2
( ) arctg 2
n
1
n
2
频率响应特性指标
工作频带 传感器增益保持在一定值内的频率范围，
即对数幅频特性曲线上幅值衰减3dB时所 对应的频率范围，称为传感器的工作频 带，对应有上、下截止频率。
传感器无输入时，每隔一段时间进行读 数，其输出偏离零值，即为零点漂移。
零漂＝ Y0 100% YFS
Y0 : 最大零点偏差
6. 温漂
温漂表示温度变化时，传感器输出值的 偏离程度。一般以温度变化1℃，输出最 大偏差与满量程的百分比 :
温漂＝
max 100% YFS T
max : 输出最大偏差 T：温度变化范围
传感器分类
按能量转换情况，分为能量控制型、能量转换型。
✓ 能量控制型传感器在信息变换过程中，其能量需外电源供给。 如电阻、电感、电容等电路参量传感器。
✓ 能量转换型传感器，主要是由能量变换元件构成，它不需要 外电源。如基于压电效应、热电效应、光电效应等原理构成 的传感器。
按物理原理，可分为电参量式传感器（包括电阻式、 电感式、电容式等基本型式）、磁电式传感器（包 括磁电感应式、霍尔式、磁栅式等）、压电式传感 器、光电式传感器、气电式传感器、波式传感器 （包括超声波式、微波式等）射线式传感器、半导 体式传感器、其它原理的传感器（如振弦式和振筒 式传感器等）。
一阶传感器的单位阶跃响应
设x ( t )和y ( t ) 分别为传感器的输入量和输出量，均是 时间的函数，则一阶传感器的传递函数为
dy(t) y(t) kx(t)
局部放电检测方法 — 非电量检测法(声测法)
局部放电检测方法—非电量检测法(声测法)
非电量检测法局部放电发生时常伴有光声热等现象的发生对此局部放电检
测技术中也相应出现了光测法声测法红外热测法等非电量检测方法较之电检测
法非电量检测方法具有抗电磁干扰能力强与试样电容无关等优点。
非电量检测
法包括声测法、光测法、化学检测法声测法介质中发生局部放电时其瞬时释放
的能量将放电源周围的介质加热使其蒸发效果就像一个小爆炸此时放电源如同
一个声源向外发出声波由于放电持续时间很短所发射的声波频谱很宽可达到数MHz要有效检测声信号并将其转化为电信号传感器的选择是关键常用的声传感
器有用于气体中的电容麦克风condensermicrophone电介体麦克风electretsmicrophone和动态麦克风dynamicmicrophone用于液体中类似于声纳的所谓水中听诊器hydrophone用于固体中的测震仪accelerometer和声发射acousticemission传感器在声-电传感器中工作频带和灵敏度是两个最为重要的指标若传感器工作频带过窄脉冲相应时间过长容易造成信号混叠故必须保证传感器，一定的工作频带而在宽频传感器中要求传感器，几何尺寸必须小于声波波
长但是减小传感器体积会导致传感器测量面积减小进而降低测试灵敏度反之若
为了增大灵敏度而增大传感器几何尺寸又会导致传感器工作频带减小实际设计
中往往结合现场条件折中考虑这两方面的要求较之电测法声测法在复杂设备放
电源定位方面有独到的优点但是由于声波在传播途径中衰减畸变严重声测法基
本不能反映放电量的大小这使得实际中一般不独立使用声测法而将声测法和电
测法结合起来使用tips:感谢大家的阅读，本文由我司收集整编。
仅供参阅！。
《非电量测试传感器》课件
2 应用场景
光学传感器广泛应用于机器人技术、工业自动化、医疗成像等领域。它们可以帮助我们 实现精确的测量和控制。
速度传感器的原理和应用
1 工作原理
速度传感器通过测量物体在单位时间内的位移变化，计算出物体的速度，并将其转化为 电信号。常见的应用包括车辆测速、电机控制等。
Hale Waihona Puke 2工作原理传感器通过感受外界的物理或化学变化，如温度、压力、湿度等，将这些变化转 化为电信号，并输出给相应的设备或系统。
3
应用领域
传感器广泛应用于工业自动化、环境监测、医疗诊断、汽车电子等领域，为我们 的生活和社会提供了许多便利。
传感器的分类
基于检测参数
传感器根据检测的物理量 或化学量的不同进行分类， 如温度传感器、压力传感 器、声音传感器等。
基于工作原理
传感器也可以根据其工作 原理进行分类，如阻性传 感器、电容传感器、电感 传感器等。
基于应用领域
传感器还可以根据其应用 领域进行分类，如工业传 感器、环境传感器、医疗 传感器等。
什么是非电量测试传感器
非电量测试传感器是一种能够感知和测量非电量相关物理量或化学量的传感 器，如压力、声音、气体、光学等。它们将这些非电量转化为电信号，以便 进行检测和控制。
1 工作原理
气体传感器通过感知环境中的气体分子并将其转化为电信号。它们可以检测气体的浓度、 种类和污染程度，常见的应用包括室内空气质量监测、燃气泄漏检测等。
2 应用场景
气体传感器广泛应用于石油化工、环保治理、火灾预警等领域。它们可以帮助我们保持 良好的工作和生活环境。
非电量检测技术
在生产过程和科学实验中, 要对各种各样的参数进行检测和控 制, 就要求传感器能感受被测非电量的变化并将其不失真地变换成 相应的电量, 这取决于传感器的基本特性, 即输出—输入特性。 如果把传感器看作二端口网络, 即有两个输入端和两个输出端, 那么 传感器的输出-输入特性是与其内部结构参数有关的外部特性。 传感器的基本特性可用静态特性和动态特性来描述。 传感器的静态特性 一、 传感器的静态特性 传感器的静态特性是指被测量的值处于稳定状态时的输出输入 关系。只考虑传感器的静态特性时, 输入量与输出量之间的关系式 中不含有时间变量。衡量静态特性的重要指标是线性度、 灵敏度, 迟滞和重复性等。
∆Rmax rR = ± ×100% YFS
（2-5）
22
1 ∆Rmax rR = ± × 100% 2 YFS
（2-6）
23
• 5.分辨率
• 分辨率是指传感器能检测到的最小的输入增量. • 有些传感器，如电位器式传感器，当输入量
• 连续变化时，输出量只做阶梯变化，则分辨 率就是输出量的每’一个“阶梯”所代表的 输入量的大小。 • 分辨率可用绝对值表示，也可用与满量程的 百分比表示
20
1 ∆Η max rΗ = ± × 100% 2 YFS
（2-4）
式中: ∆Hmax——正反行程输出值间的最大差值。
21
4. 重复性 重复性 重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连 续多次变化时, 所得特性曲线不一致的程度, 如图 2 - 5 所 示。 重复性误差属于随机误差, 可用正反行程中的最大偏 差表示(或标准偏差表示), 即
10
传感器的分类
一、按工作原理分类 结构型 电容式压力传感器 物理型
传 感 器
《自动检测技术及应用》期末复习资料
《自动检测技术及应用》期末复习资料第1章检测技术的基本概念1.电工实验中，采用平衡电桥测量电阻的阻值，是属于零位式测量，而用水银温度计测量水温的微小变化，是属于偏位式测量。
2.某采购员分别在三家商店购买100kg大米，10kg苹果，1kg巧克力，发现均缺少0.5kg，但该采购员对卖巧克力的商店意见最大，在这个例子中，产生此心理作用的主要因素是示值相对误差。
3.在选购线性仪表时，必须在同一系列的仪表中选择适当的量程。
这时必须考虑到应尽量使选购的仪表量程为欲测量的1.5倍左右为宜。
4.用万用表交流电压档(频率上限为5kHz)测量100kHz、10V左右的高频电压，发现示值不到2V，该误差属于粗大误差。
用该表直流电压档测量5号干电池电压，发现每次示值均为1.8V，该误差属于系统误差。
5.重要场合使用的元器件或仪表，购入后需进行高、低温循环老化试验，其目的是为了提早发现故障，提高可靠性。
6.各举出两个日常生活中的非电量电测的例子来说明静态测量：用电子天平称出物体的重量；用水银温度计测量水温；动态测量：地震测量振动波形；心电图测量跳动波形；直接测量：用电子卡尺测量物体的高度；间接测量：曹聪称象；接触式测量：用体温计测体温；非接触式测量：雷达测速；在线测量：在流水线上，边加工，边检验，可提高产品的一致性和加工精度；离线测量：产品质量检验；7.有一温度计，它的测量范围为0~200℃，准确度等级为0.5级，求：(1)该表可能出现的最大绝对误差。
(2)当示值分别为20℃、100℃时的示值相对误差。
解:(1)由表1-1所示，温度计的准确度等级对应最大满度相对误差，即由满度相对误差的定义，可得最大绝对误差为：=(±0.5%)=±(0.5%某200)℃=±1℃(2)当示值分别为20℃和100℃时，示值相对误差为：某1mA某1m100%1100%5%201100%1%100某2A某2100%8.欲测240V左右的电压，要求测量示值相对误差不大于0.6%，问：若选用量程为250V电压表，其准确度应选模拟仪表中常用的哪一个等级？若选用量程为300V和500V的电压表，其准确度又应分别选哪一级？解：(240某0.6%)/250=0.576%，下近0.5级，应选择0.5级。
2 非电量检测技术基础综述
备。
2018/10/8 第二章 非电量检测技术基础 32/118
一、非电量检测系统组成
图2-1 非电量检测系统构成
主要是由三个基本部分 ——传感器、测量电路和输出电路所组成。一般又
称传感器部分为一次仪表，而称测量电路和输出电路（eg.数显计重仪）为二 次仪表。 根据传感器输出的测量信号的形式不同以及测量系统的功能不同，非电量 检测系统的具体构成也相应地有所不同，也会在相应三个基本部分的基础上有 所增加。如图2-1，非电量计算机辅助检测系统主要由传感器、转换电路、信 号预处理电路、微机辅助处理、输出等环节组成，其中基本转换电路和信号预
2018/10/8 第二章 非电量检测技术基础 34/118
图2-2 开关量测量电路
1）开关量测量电路
传感器的输出信号为开关信号，如电触点或光线的通断 信号，测量电路的实质为功率放大器。 上图所示为触点S接通使继电器K吸合的电路。
2018/10/8 第二章 非电量检测技术基础 35/118
2）模拟量测量电路 传感器输出模拟信号。电阻式、电感式、电容式、压电 式、磁电式、热电式及某些光电传感器均输出这类信号。
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第二章 非电量检测技术基础
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3、非电量检测技术的应用概述(工农业生产、科学研究 )
1)在工程结构和机械设计过程中
若仅凭已有的理论公式或经验公式计算，往往还不 够准确，特别是对许多复杂的结构和特殊条件还没有理 论或经验公式可依据时，就更需要进行实地的测试。同 时，在现代化的设计工作中，通常都要通过模拟实验来 寻找最佳条件，而这些模拟实验是离不开非电量检测的。 （月球、防突设计---煤与瓦斯突出模拟）
力、应力、力矩、扭矩； 重量、质量； 转速、线速度； 振动、加速度、噪声。 3）物性和成分量：气、液体化学成分、酸碱度、盐度、 浓度、粘度、硬度；密度、比重。 4）状态量：颜色、透明度、磨损量、裂纹、缺陷、泄
检测技术基础3周-应变片
有可能跟不上而导致失真. 半导体材料: 因体积小,保证响应速度良好的频率范围较宽. ❖ 4.其他特性: 半导体材料的横向效应,机械滞后小于金属电阻丝.
测量原理
金属应变的类型
非线性误差
R1 R2 R3 R4
U0
'
U4RR11
R2 R2
R3 R3
R4 R4
非线性误差
R1+ΔR
1
R2-ΔR2
半桥差动9 电路
在试件上安装两个工作应变片, 一个受 拉应变, 一个受压应变, 接入电桥相邻桥 臂, 称为半桥差动电路, 该电桥输出电压 为 U oE ( R 1 R R 11 R R 21 R 2R 3R 3R 4)
•横向应变与纵向应变的关系:
测量电桥
测量电桥大致分直流电桥,交流电桥两种. •直流电桥:工作电源是直流电源,桥臂元件为纯电阻.
•交流电桥:工作电源是交流电源,桥臂元件为电阻,电感,电容及 其组合件.
测量电桥的优点: <1>结构简单 <2>灵敏度高 <3>具备测量零位 <4>可以反映被测量的变化方向.
d R Rd l l2d l ld (12)d
金属-半导体区别
❖ (1)对于金属电阻丝应变片的电阻率受力后变化甚微,故可以忽略 不计:
dRdl2dl(12)K
Rl l
K(1为2电)阻丝灵敏系数，μ在0.3-0.5，所以K为1.6-2.0。 ❖ (2)对于半导体应变片是根据压阻效应工作的电阻率的变化要比
前两项大得多.
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在沿着偏心方向上，条纹近似地平行于栅线，称纵向莫尔条纹 其他位置上上，称为斜向莫尔条纹
(b) 切向光栅 --- 环形莫尔条纹
光栅：两块，切向刻线，切向相同，栅距角相同， 基圆半径不同，栅线面相对同心叠合， 条纹：是以光栅中心为圆心的同心圆簇， 宽度也不是定值，随位置不同而不同。 特点：具有全光栅平均效应，用于高精度角度测量和分度。 (c) 环形光栅 --- 辐射形莫尔条纹 光栅：两块完全相同，环形刻线，偏心叠合， 条纹：近似直线并成辐射方向，称为辐射形莫尔条纹。
nz f 60
r 1齿 （s ）
60 齿 （
r
min ）
一、测频法 测定在预定的标准时间内进入计数器的待测信号脉冲的个数从 而得到转速。 · （首先）将频率为 f 的电脉冲放大整形，传输到主门的输入端 ·由晶体（石英）振荡器产生标准频率 f 信号，经时基分频器产 生可调波宽的低频方波信号（即标准时基 t （0.1s,1s,10s 等）
非接触式测温具有不改变被测物体的温度分布，热惯性小， 测温上限可设计得很高，便于测量运动物体的温度和快速 变化的温度等优点。
接触式与非接触式测温特点比较
方 式 测量 条件 接 触 式 感温元件要与被测对象良好接触；感温元件 的加入几乎不改变对象的温度；被测温度不 超过感温元件能承受的上限温度;被测对象不 对感温元件产生腐蚀 特别适合1200℃以下、热容大、无腐蚀性 对象的连续在线测温，对高于l 300℃以上 的温度测量较困难 工业用表通常为1.0、0.5、0.2及0.1级， 实验室用表可达0.01级 慢，通常为几十秒到几分钟 非 接 触 式 需准确知道被测对象表面发射率；被测对 象的辐射能充分照射到检测元件上
(6) 流量检测
一. 流量的概念 流体在单位时间内流经某一有效截面的体积或质量，前 者称体积流量（m3/s)，后者称质量流量(kg/s)。
如果在截面上速度分布是均匀的，则：
qv vAF 如果介质的密度为，那么质量流量 qm = qv
流过管道某截面的流体的速度在截面上各处不 可能是均匀的，假定在这个截面上某一微小单 元面积上dAF速度是均匀的，流过该单元面积上 的体积流量为
1. 离心式转速表 通过齿圈齿条机构与指针相连.
F mr mr (2n30)2
可靠,精度较低些
2.磁性转速表 永久磁铁和铁芯随轴转动时,使位于其两者之间的金属圆盘切 割磁力线,而产生感应电流,受到一施转力矩,带动指针转动.
3、 比较法测速
闪光测速仪,闪光频率为转轴频率的倍数时,轴上的某一标 记静止不动.(清晰) 汽油机利用高压线产生的电脉冲测转速
常见非电量检 测方法
勤朴忠实
一、长度及线位移检测
1、电感位移传感器 意大利Marposs:
中国中原量仪:
2、光栅位移传感器（Grating）
德国Heidenhain（海德汉）：
封闭式：量程3000mm，分辨力0.1 m
开放式：量程270mm 分辨力1nm 开放式：量程1440mm，分辨力0.01m
增加码道、增大码盘尺寸 → 有限
光学细分 → 附加码道
测量电路： 放大 → 足够电平 ，驱动 整形 → 接近理想方波 细分 → 提高分辨率（光学+电路） 编码码制： 十进制码 --- 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 读数直观，不易电路处理 二进制码 --- 0000 0001 0010 0011 0100 直观，易于后续电路和计算机处理 多位码同时动作→同步误差→错码 格 雷 码---循环码：相邻两数只有一位不同 每次只有一位变化→转换
x 0
编码器
黑 发射管 12V 白 整形 放大 接收管 12V
稳压 电源
频 率 表
光电转速传感器原理示意图
Nx n z 60 t
N x －累计脉冲数
脉冲 每秒
60 N x n z t
·由于起始点的随机性，存在末位±1 个字的随机误差 ·因此低转速产生的测量误差大
二、测周法 ·当转速较低时，为提高测量精度，应采用测周法。 ·计数器累计一个待测脉冲信号周期 T 内的标准时钟脉冲数 N 0
超生探头
被测目标
c --- 声速 t --- 往返飞行时间
特点：超声波束发散，测量范围小 波束聚焦困难，测量精度低 测量目标不能太小； 应用：适于大目标、近距离、一般精度测距 手持测距仪 --- 盲人导盲 汽车倒车雷达 --- 汽车安全 工业应用 --- 超声测量液位、物位
四、温度检测
1、概述
工作原理： 温度 → 敏感元件 分类:
x
既两待测脉冲信号之间的间隔 (
s ,ms 级可调)
Tx N0 T0
n 1 z 60 Tx
Tx －以秒为单位的两脉冲信号周期 T
x
三、测频法测速误差分析
Nx f 频率 x t 单位时间的脉冲数
可能多一个脉冲，或少一个脉冲。 1 f x 频率误差 t 相对误差
T n z t 60
三、绝对测距
1、电涡流测距
(1) 工作原理:
输出信号 交变电流 交变磁场H2
参数变化(电感、阻抗、
品质因素等)
传感器线圈 电涡流
交变磁场H1 被测导体
日本Keynce 量程：50mm 精度0.03%
2、激光测距传感器 (1) 激光测距特点： 测量距离可达几公里甚至几十公里（主要手段） (2) 激光测距方法：飞行时间法、相位差法 (a) 飞行时间法： 原理：激光器发出单个激光脉冲 被测距离: d ct / 2
接触式温度测量
测温精度相对较高，直观可靠及测温仪表价格相对较低；
由于感温元件与被测介质直接接触，从而要影响被测介质热平衡状 态，而接触不良则会增加测温误差；被测介质具有腐蚀性及温度太 高亦将严重影响感温元件性能和寿命等缺点。
非接触式温度测量
感温元件不与被测对象直接接触，而是通过接受被测物体 的热辐射能实现热交换，据此测出被测对象的温度;
特点： 结构简单、精度高、分辨率高，可靠性好，
直接数字量输出 --- 数字传感器， 绝对码 --- 绝对角位置传感器
测量范围有限（360º ），
速度不高（最高几千转/分），怕振动 --- 丢数 连接 --- 弹性连轴结 应用：小范围绝对位置测量---角度、直线位置 小范围位移、速度检测 例：直线 → 旋转 < 360º
f
f x 1 fx fx t
60 n z t
nz fx ∵ 60
∴ f
n , z f
四、数字转速测量
n f z 主要有磁电、光电式两种 60 一般光电 z =360；720；3600, 磁电 透光式 接触式 反射式 非接触式
z =60
2、 模拟式转速表
电接点压力式温度计 这类压力温度计其毛细管细而长(规格 为1—60m)它的作用主要是传递压力， 长度愈长，则使温度计响应愈慢，在 长度相等条件下，管愈细，则准确度 愈高。 压力温度计和玻璃温度计相比，具有 强度大、不易破损、读数方便，但准 确度较低、耐腐蚀性较差等特点。
电接点压力式温度计 WTQ288 型号 WTQ288 公称直径（mm） φ100,φ150 测量范围（℃） -40~60—20~160 尾长（m） 3-20 精度等级 1.5 连接螺纹 M27×2 材料 胶木壳体，铜温包，铜毛细管
怕振动 --- 丢数 应用：相对位置测量---角度、直线位置， 位移、速度测量
3、圆光栅传感器 工作原理：莫尔条纹技术 类型：(1) 直线莫尔条纹：条纹 ---直线 RENISHAW 圆光栅：角度分辨率为0.01″ 系统精度为± 0.7″ (2) 圆型莫尔条纹：条纹 --- 圆型 (a) 径向光栅 --- 圆弧形莫尔条纹 光栅：两块，径向刻线，栅距角相同，偏心叠合 条纹：在不同区域栅线的交角不同，不同曲率半径圆弧 条纹宽度不是定值，随位置不同而不同。 在位于偏心的垂直位置上，条纹近似垂直于栅线，称横向莫尔条纹
码盘：光学玻璃，透光/不透光→ 照相腐蚀 要求：分度准确（工艺）、阴暗交替边缘陡峭（工艺、材质）
光源：LED → 光学系统 → 平行光 → 投影精确 光电元件：硅光电池，光电晶体管 滞后 → 响应速度 码道：位数→每个码道对应一个光电元件→分辨率 角度分辨率：α=360º/2n n-码道数（位数）
提高精度
测量光束 激光束 分光器 参考光束
λ/4波片
渥氏棱镜
光电检测
f2-(f1± Δ f) 参考信号 测量信号 f2-f1 ±Δ f
激光干涉位移传感器
HP5528A Laser interferometer： 量程：100m 分辨力： 0.01 m
二、角度及角位移检测
1、绝对码光电编码器
组成：光源、码盘、光电元件 原理：平行光源→码盘→ 光电元件→电信号输出
特点：测量精度高，测量范围大（短距离 – 超长距离）（相机自动调焦）
范围：0.2 ~ 300m 分辨力： 3mm
美国bushwell 单目军用 范围：1000m 分辨力：1m
德国俫卡手持式： 范围：0.2 ~ 200m 分辨力：0.2mm
3、超声测距传感器 超声波传感器（超声波探头），是实现声电转换的装置（超声换能器） 这种装置能够发射超声波，同时还可以接收超声回波，并转换成电信号。 超声测距原理： 被测距离: d ct / 2
五、转速检测
动力机械的功率、转矩、功测量.
kJ s
单位时间一般由转速
得到( r min ) ·转速有频率计数法测.转速模拟法测转速和比较法测转速三 种。 ·
1、频率计数法测量转速
将待测转速通过转速传感器转化成与转速成正比的电脉冲信号 再由电子计数器得到该电脉冲信号的频率或周期。 如 1 齿或 60 齿
dqv vdAF , v为流速
qv vdAF