4常见非电量检测

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
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
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
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:
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）
1. 离心式转速表 通过齿圈齿条机构与指针相连.
F mr mr (
2
n
30
)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.
3ຫໍສະໝຸດ Baidu 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
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
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;
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
热阻效应
→ 电参数
热电阻 电涡流传感器
金 属
半导体
热电阻
热敏电阻
温 度 传感器
热电势效应 压电效应 光电效应
热电偶
压电陶瓷（热释电效应） 红外温度传感器、光纤温度传感器
PN结热电效应
热敏二极管/三极管、集成温度传感器
热传导测温 热辐射测温
应用:
测温
接触测温 非接触测温
2 、测温方法分类及其特点
根据传感器的测温方式，温度基本测量方法通常可分成接 触式和非接触式两大类。 接触式温度测量 非接触式温度测量
激光器
被测目标
c --- 光速 t --- 往返飞行时间
特点：对时间测量精度要求高，适于测量超长距离（地球-月球：分辨力达到1m ） (b) 相位差法： 原理：激光器发出连续激光脉冲 被测距离: D
c c 2 0 4f 0
激光器
被测目标
c --- 光速 f0 --- 脉冲频率 - 相位差
(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
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
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
x D

360
编码器 摩擦轮
2、增量码光电编码器 结构： 与绝对编码器类似 码道：最外 --- 增量码道：透光扇形区→分辨率 中间 --- 辨向码道：错开半个扇形区 最内 --- 零位码道：透光狭缝→基准脉冲 特点：结构简单、精度高、分辨率高，可靠性好， 脉冲数字输出，测量范围无限 速度不高（最高几千转/分）
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。
测量 范围
原理上测量范围可以从超低温到极高温， 但1000℃以下，测量误差大，能测运动物 体和热容小的物体温度 通常为1.0、1.5、2.5级
精 度
响应 速度
快，通常为2～3秒钟
其它 特点
整个测温系统结构简单、体积小、可靠、维 护方便、价格低廉，仪表读数直接反映被 测物体实际温度；可方便地组成多路集中 测量与控制系统
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
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
整个测温系统结构复杂、体积大、调整麻 烦、价格昂贵；仪表读数通常只反映被测 物体表现温度(需进一步转换)；不易组成 测温、控温一体化的温度控制装置
各类温度检测方法构成的测温仪表的大体测温范围
压力温度计
压力温度计是根据一定质量的 液体、气体、蒸汽在体积不变 的条件下其压力与温度呈确定 函数关系的原理实现其测温功 能的。 压力温度计的典型结构示意图
dqv vdAF , v为流速
qv vdAF
F
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
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
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
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
英国Renishaw（雷尼绍）： 量程：任意 分辨力： 0.1 m 0.01 m
中国长春光机所：
量 程：1000mm
分辨力：0.01 m 精 度：2 m
双频激光干涉位移传感器
测量原理：
激光器发出一束激光， 含有两束偏振光： 左旋光，频率f1 右旋光，频率f2， 振幅相同， 频率相差约2MHz。 f1→角锥棱镜 f1±Δ f1 f2→光电检测
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