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自动检测技术及仪表 Test Measurement Technology and Automation Instruments TMTAI ?? 检测元件与检测技术 检测元件 有源检测元件(释能型检测元件) 电信号:电压、电流、电荷 光信号:强度 磁信号 无源检测元件(耗能型检测元件) 电参数:电阻、电容、电感(自感、互感) 光参数:强度、频率、相位、偏振 传输型检测元件 TMTAI ?? 检测元件与检测技术 检测装置 一般信号变换结构 简单变换 差动变换    → 开环结构仪表 参比变换 平衡/反馈变换 → 闭环结构仪表 第①部分 基础知识 第二章 检测元件 与检测技术 TMTAI ?? 检测元件与检测技术 在传感器中,有一大类是通过电阻参数变化来实现非电量测量的目的。它们统称为电阻式传感器。 各种电阻材料,受被测量的作用,将产生电阻参数的变化。 位移、应变、压力、光、热等 电阻式传感器 电位计式、热电阻式、应变式、压阻式和光电式等 TMTAI ?? 检测元件与检测技术 电阻式检测元件 电阻是介质阻挡电流流动能力的大小。电阻的单位是欧姆,用符号“Ω”表示。 电阻是一个线性元件。 通过实验发现,在一定条件下,流经一个电阻的电流与电阻两端的电压成正比 —— 即它是符合欧姆定律: TMTAI ?? 检测元件与检测技术 电阻式检测元件 一段长为 l(m),截面积为 A(mm2),电阻率 为 ?(??mm2?m-1)的导体(如金属丝),其电阻 为 电阻式检测元件分类 变 l 型 —— 位移 变 ? 型 —— 温度、成份等 变 (l, A, ?) 型 —— 应变 TMTAI ?? 检测元件与检测技术 电阻型检测元件 电位器 线位移 角位移 TMTAI ?? 检测元件与检测技术 电阻型检测元件 电位器 当 A 恒定时,? 与 ?l 为线性关系 适合于较大位移的测量 应用 电力传输线的故障检测 电阻触摸屏 TMTAI ?? 检测元件与检测技术 电阻型检测元件 热电阻 纯金属具有正的温度系数,可以作为测温元件 作为测温用的热电阻应具有下列要求 电阻温度系数大,以获得较高的灵敏度; 电阻率高,元件尺寸可以小; 电阻值随温度变化尽量是线性关系; 在测温范围内,物理、化学性能稳定; 材料质纯、加工方便和价格便宜等。 TMTAI ?? 检测元件与检测技术 电阻型检测元件 热电阻 铂、铜、铁和镍是常用的热电阻材料 TMTAI ?? 检测元件与检测技术 电阻型检测元件 热电阻 金属热电阻 半导体材料的电阻率也随温度变化而变化。用半导体 材料制成的测温元件称为“热敏电阻”。 TMTAI ?? 检测元件与检测技术 电阻型检测元件 热电阻 标称值 Pt100,0℃时电阻值为100Ω Cu50,0℃时电阻值为50Ω Cu100,0℃时电阻值为100Ω 温度系数 响应时间 一般铂热电阻的时间常数为几秒至几十秒 TMTAI ?? 检测元件与检测技术 电阻型检测元件 金属材料的应变电阻效应 1856 年,英国物理学家发现金属丝的电阻随它所受机械变形(拉伸或压缩)的大小发生变化即电阻的应变效应。 TMTAI ?? 检测元件与检测技术 电阻型检测元件 金属材料的应变电阻效应 应力(stress) 连续体内部截面的一侧施于另一侧上单位面积的作用力。 应力矢量沿它所作用的微元平面的法向投影称为法向应力或正应力。 TMTAI ?? 检测元件与检测技术 电阻型检测元件 金属材料的应变电阻效应 应变(strain) 连续体在体内应力作用下发生的形状和大小的相对变化。 三种最简单的应变 线应变 即物体内任一点处单位长度的长度增加量。线应变又称为相对伸长; 角应变 体应变 TMTAI ?? 检测元件与检测技术 电阻型检测元件 金属材料的应变电阻效应 应变(strain) 连续体在体内应力作用下发生的形状和大小的相对变化。 三种最简单的应变 线应变 角应变 即物体内任一点处两互相垂直方向的角度减小量。角应变又称为切应变或剪切应变。 体应变 TMTAI ?? 检测元件与检测技术 电阻型检测元件 金属材料的应变电阻效应 应变(strain) 连续体在体内应力作用下发生的形状和大小的相对变化。 三种最简单的应变 线应变 角应变 体应变 即物体内任一点处单位体积的体积增加量; TMTAI ?? 检测元件与检测技术 电阻型检测元件 金属丝的应变电阻效应 当它受到轴向力 F 拉伸或压缩时,其 A、l、? 均发生变化,导体的电阻也随之发生变化 令 ?x = dl/l 导体轴向 应变,?y = dr/r 导体 径向应变。 TMTAI ?? 检测元件与检测技术 电阻型检测元件 金属丝的应变电阻效应 由《材料力学》知道,在金属丝弹性范围内,沿其长度方向拉伸时

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