《传感器检测技术及仪表》第10章PPT

第10章热工量的电测法10.1压力和差压的电测法10.1.1压力的概念、单位和测量方法一、压力的概念和术语压力――流体介质作用于单位面积的力图10-1-1压力术语间的关系二、压力单位三、压力测量方法1、压力平衡法砝码压力平衡式――活塞式压力计液体压力平衡式――液柱式压力计2、弹性变形法――利用压力敏感型弹性元件在压力作用下产生弹性变形，根据弹性变形的大小来测量压力。弹性式压力计是应用最普遍的工业用压力计。3、电测法(1)直接法，如压电式压力传感器压阻式、压力传感器。(2)间接法--以压力敏感型弹性元件作为敏感器配接传感器。10.1.2压力敏感器――压力敏感器是能够将压力转换为应变和位移的弹性敏感元件压力→位移压力→应变一、C型弹簧管dkP弯曲成C形的空心扁管，一端与接头相连，另一端(自由端)密封。在压力作用下自由端位移与压力成正比：ykP图10-1-3波纹管二、波纹管带同心环状波形皱纹的薄壁圆管，一端开口，另一端封闭自由端位移y与压力P近似成正比：三、膜片和膜盒在压力P作用下，圆形平膜片的应变与压力成正比各膜片、膜盒的中心位移也均与压力近似成正比四、薄壁圆筒筒壁在圆周方向和轴向上的应变均与压力P成正比。10.1.3压力电测法一、应变式压力传感器1、膜片式压力传感器2、筒式压力传感器3、组合式压力传感器三种应变式压力传感器共同点：将应变片粘贴到压力敏感型弹性元件上，由弹性元件或弹性元件组合将压力转换为应变，再由应变电桥将应变转换为电压输出。1、电容式压力传感器2008CaPCd二、位移式压力传感器共同点：将位移传感器的可动部分与压力敏感型弹性元件的自由端连在一起，将压力转换为位移，再由位移传感器将位移转换为电量2、电感式压力传感器共同点：电感式传感器配接压力敏感器。压力敏感器将压力转换成衔铁位移，电感式传感器将位移转换成电量3、电位器式压力传感器原理：在压力作用下，麻花形弹簧管上部封口端产生扭转变形，带动电位器滑臂转动，将压力转换成电压。4、霍尔式压力传感器（a）线性霍尔传感器配接压力敏感器膜盒（b）线性霍尔传感器配接压力敏感器弹簧管图10-1-13光电测压原理图5、光电式压力传感器差动结构的优点：不仅可提高灵敏度，而且能消除光源亮度变化产生的影响图10-1-14振弦式压力计的原理1—支承(夹紧件);2—振弦;3—膜片;4—电磁铁;5—拾振线圈三、谐振式压力传感器1、振弦式压力传感器2、振筒式压力传感器图6-4-6图10-1-15压阻式压力传感器结构1—低压腔；2—高压腔；3—硅杯；4—引线；5—硅膜片四、压阻式压力传感器图10-1-16压电式压力传感器FPA五、压电式压力传感器10.1.4差压的电法一、电容式差压传感器（a）两室结构1.2－测量膜片；3－可动电极；4.5－固定电极；6－绝缘体。（b）一室结构1.2－测量膜片；3－可动电极；4－中心轴；5－片簧；6－绝缘体；7.8-固定电极；9－节流孔。二、电阻式差压传感器1、应变式——图10-1-62、硅压阻式——图10-1-153、金属薄膜式10.2温度电测法10.2.1温度的概念.单位和测量方法一、温度的概念温度是表征物体冷热程度的一种物理量，是物体内部分子无规则运动剧烈程度的标志。二、温度的单位摄氏温度t℃华氏温度θ°F国际开尔文温度T(K)国际摄氏温度t(℃)三、温度测量方法1、接触式――温度传感器与被测物体发生接触2、非接触式――温度传感器与被测物体不发生接触10.2.2接触式测温法一、将温度转换为非电量——温度敏感器1、热膨胀式――将温度转换成位移液体膨胀式——酒精温度计、水银温度计固体膨胀式——热敏双金属元件2121234lthh2、压力式——将温度转换为压力二、将温度转换为电量——温度传感器：热电阻、热敏电阻、热电偶、半导体PN结、集成温度传感器10.2.3温度和温度差的电测法一、单点温度的电测法１、采用热电阻或热敏电阻图10－2－2电桥式电阻温度计的原理图图10－2－3热敏电阻测温电路三线连接法——消除连接导线电阻造成的测量误差四线连接法——消除连接导线电阻和电位器接触电阻造成的测量误差（1）采用单个热电偶——图4-3-7（2）采用多个热电偶串联：可提高灵敏度，减小相对误差一、单点温度的电测法2、采用热电偶３、采用二极管、三极管和集成温度传感器（1）采用二极管、三极管——图5-1-16（2）采用集成温度传感器AD590RP1用于调零，RP2用于调满度二、平均温度的电测法1、采用集成温度传感器2、采用热电偶a）采用热电偶并联b）采用热电偶串联图10－2－10双桥温度测量电路三、温度差的电测法1、采用双热电阻或热敏电阻电桥图10－2－11热电偶测温差电路2、采用热电偶反向串联3、采用AD590测量温度差的电路4、晶体管测量温差电路10.2.4非接触式测温法一、电涡流式测温法反射式涡流传感器测量导体的温度二、辐射式测温法——辐射式温度计辐射式温度计一般包括两部分：1、光学系统，用于瞄准被测物体，把被测物体的辐射能聚焦到辐射接收器上。2、辐射接收器，利用各种热敏元件或光电元件将会聚的辐射能转换为电量。辐射式温度计常见的有以下几种（1）全辐射温度计——接收被测物体辐射的全光谱范围，不加滤光片。（2）部分辐射温度计——接收被测物体辐射的部分光谱范围，加滤光片。例如红外测温仪——图10－2-14（3）光电亮度温度计——只接收被测物体辐射的单色光，加滤光片图10－2-15（4）光电比色温度计——只接收被测物体辐射的红光、蓝光，两个波长的亮度比，随温度变化图10－2-16图10－2－14红外测温仪光路系统1－次镜；2－主镜；3－目镜系统；4－锗单晶滤光片；5－机械调制片；6－热敏电阻。（2）部分辐射温度计——红外测温仪（3）光电亮度温度计1－被测对象；2－透镜；3－滤光片；4－光电器件；5－放大电路；6－显示仪器；7－调制盘；8－同步电机。（4）光电比色温度计1－被测对象；2－透镜；3－光电器件；4－运算.放大电路；5－显示装置；6－调制盘；7－同步电机；8－滤光片；9－滤光片；10－反射镜；11－分光棱镜。10.3流量的电测法体积流量单位：m/sL/minm3/n平均流速质量流量单位：kg/skg/h总量单位：m3单位：kg10.3.1流量的概念10.3.2流量－转速转换法一、椭圆齿轮流量计――（总量测量仪表）图10-3-1椭圆齿轮流量计原理图1—外壳;2—椭圆形转子(齿轮);3—测量室.图10-3-2磁电式涡轮流量计1－涡轮；2－前导流架；3－后导流架；4－壳体；5－磁钢；6－线圈。crAmQf2tan二、涡轮式流量计pcQ10.3.3流量——差压、力、位移转换法一、流量——差压转换法二、流量——力转换法（靶式流量计）FcFKQddD2222三、流量——位移转换法（转子流量计）cHQ1、玻璃锥管——适用于透明液体2、金属锥管——适用于混浊液体10.3.4流量－频率转换法图10-3-6漩涡发生原理图一、涡街流量计(a)圆柱检测器(b)三角柱检测器1—漩涡；2—圆柱检测器；3—隔墙；1—三角柱检测器；4—铂电阻丝；5—导压孔；6—空腔。2—热敏电阻。涡街流量计漩涡频率f的检测图10－3－8悬浮陀螺式流量传感器二、悬浮陀螺流量计感应电势频率与流量成正比10.3.5流量－温度转换法一、托马斯流量计图10-3-9托马斯流量计原理结构1—热电偶；2—加热器；3—功率表；4—热电偶。图10-3-10热量气体微流量计1—上游电阻;2—下游电阻;3、4—固定电阻.二、热量气体微流量计图10-3-11热敏电阻流量计三、热敏电阻流量计10.3.6非接触式流量测量法图10-3-12电磁流量计原理图1—磁极；2—导管；3—电极；4—仪表。一、电磁流量计二、超声波流量计1、时差法2、相差法3、频差法频差法可消除超声波速的影响