大连理工检测技术第2章(检测元件).ppt

第二章 检测技术与检测元件 通过第1章的学习知道，一个检测系统主要由敏感元件（传感器） 、变换、传输、处理和显示各部分组成。 其中敏感元件是检测系统的关键．它决定被测量的可测范围、测量准确度和检测系统的使用条件等。 本章是以敏感元件（传感器）为主线，介绍基于敏感元件（传感器）的各种检测技术和方法。除了敏感元件（传感器）外，本章还较多地使用检测元件这个名词。在本书中，检测元件是敏感元件和转换元件的总称，检测元件可以是一种敏感元件，即能直接感受被测量．并把被测量转换成另—种信息的物理量，也可以是—种转换元件，即把敏感元件的输出量进—步转换成其他形式的物理量．以便于信号的传输、处理和显示。 2.1检测技术原理与方法 1。自然规律与检测技术 （1）守恒定律 守恒定律是自然界最基本的定律，它包括质量、能量、动量和电荷量等守恒定律。例如，在流量检测方法中，毕托管流量计、节流式流量计和均速管流量计等都利用了能量守恒定律。 利用毕托管测流速（如图2.1所示） 检测原理：根据流体的总压与静压之间的差来 测量流体的流速。 2.1检测技术原理与方法 毕托管是由两根弯成直角的同心套管构成。测量时，毕托管的内管正对流 体流动方向。设在毕托管 前一小段距离的点1处的 流速为V1，静压为p1当 流体流至毕托管管口点2 处，因管内充满被测流体， 故流速变为零，动能转化 为静压能．使静压增至p2。 2.1检测技术原理与方法 根据能量守恒定律有：点1处的能量应等于点2处的能量 由于 内管所测得的为静压能为两者之和 将内管和外管的另一末端分别接到差压计的正负压室时，则差压计的读数Δp反映了流体的流速。 2.1检测技术原理与方法 已知流通面积A的大小，就可求出流量 2.1检测技术原理与方法 （2)场的定律 场的定律是关于物质作用的定律，如动力场的运动定律、电磁场的感应定律，光的电磁场的干涉现象等。 A.电容式传感器 电容式传感器是利用静电场的有关定律进行检测的典型例子，最简单的平行板电容器，如图2．2所示 电容器的电容量 2.1检测技术原理与方法 式中：ε介电常数；A平行板面积；d平行板间距 当ε ，A一定时，改变d将改变电容量C，可测位移； 当d ，A一定时，改变ε将改变电容量C，可测物位；厚度等； 当d ， ε一定时，改变A将改变电容量C，可测角位移等； 2.1检测技术原理与方法 b。电磁流量计 电磁流量计是利用电磁感应定律和运动定律进行测量的。 根据法拉第电磁感应定津、当长度为l的导体以速度v作垂直于磁场运动时，如磁场磁感应强度为B 则运动导体产生的感应电势为 可测流速 2.1检测技术原理与方法 （3）物质定律 利用物质本身内在规律，如物质的电阻； 当外界条件变化时，物质的电阻将发生变化，只要找到电阻的变化与这些外界因素之间的关系就可进行测量，如压力、温度、光强变化引起电阻变化，所以利用这一定律可测压力、温度、光强等 （4）统计法则 统计法则是利用统计方法把微观系统与宏观系统联系起来的物理法则。 奈奎斯特(Nyquist)定理是统计法则在检测技术中应用的一个例子。由统计物理可知，电子热运动的涨落，在电阻的两端产生热噪声的电压波动。奈奎斯特定理指出，电阻两端的热噪声电压的方均值为 式中为玻耳兹曼(Boltzmann)常数；为热噪声的频带宽度；为绝对温度。由此可见，利用热噪声电压和绝对温度的关系可以构成热噪声型热敏电阻，从而进行绝对温度的检测。 2.1检测技术原理与方法 2。基础效应 包括物理效应、化学效应、生物效应等 所谓的效应就是在某些条件下出现的物理现象，利用这些现象找出内在的联系和规律就可进行参数的检测了。 常见的基础效应如表2.1所示 2.1检测技术原理与方法 2.1检测技术原理与方法 3参数检测的一般方法 根据敏感元件的不同问，参数检测一般可分为以下几种方法。 1）光学法 利用光的散射、透射、折射和反射定律或性质，用光强度(常常是光波波长的函数)等光学参数来表示被测量的大小，通过光电元件接收光信号。辐射式温度计、、红外式气体成分分析仪是应用光学方法进行温度和气体成分检测的例子。 2）力学法 也称机械法 一般是利用敏感元件把被测量转换成机械位移、变形等。例如，利用弹性元件可以把压力或力转换为弹性元件的位移；用节流件把流体的流速变换成节流件两端的压差。 2.1检测技术原理与方法 热学法 根据被测介质的热物理量(参数)的差异以及热平衡原理进行参数的检测。例如热线风速仪是根据流体流速的大小与热线在流体中被带走的热量有关这一原理制成的，从而只要测出为保证热线温度恒定需提供的热量(加热电流量)或测出热线的温度(假定热线