参数检测技术

2020/4/171参数检测技术机械量检测技术温度测量技术振动测试技术2020/4/172机械量检测技术Mechanicalquantitymeasurement2020/4/173机械量检测技术位移检测速度、加速度检测力、重量和质量的检测转矩测量2020/4/174位移检测包括：直线位移检测和角位移检测两种。常用的检测方法：积分法、相关测距法、回波法、线位移和角位移相互转换法、位移传感器法。根据传感器输出信号：♣模拟式位移传感器：电容式位移检测、电感式位移检测、差动变压器式位移检测、光纤位移检测。♣数字式位移传感器：利用栅格编码器将长度或角度的变化直接转换成脉冲个数或二进制符号的方法。包括光电码盘、感应同步器和光栅标尺、容栅标尺和磁栅标尺等多种方式。位移检测2020/4/1751.模拟式位移检测☎模拟式位移检测是指将位移量转换为模拟量的检测方法。常用的有滑线电阻式位移检测、电容式位移检测、电感式位移检测、差动变压器式位移检测和光纤位移检测等几种。(1)电感式位移计位移检测(2)差动变压器位移计2020/4/1762.数字式位移检测☎数字式位移检测是利用栅格编码器将长度或角度的变化直接转换成脉冲个数或二进制符号的方法。包括光栅标尺、容栅标尺、磁栅标尺和光电脉冲式位移传感器等多种方式。☎光电脉冲式位移传感器位移检测光敏管放大整形光信号电脉冲光线示波器计数器数字打印机2020/4/177速度检测分为线速度检测和角速度检测。常用的检测方法：微积分法、线速度和角速度相互转换测速法、速度传感器法、时间、位移计算测速法。加速度检测是基于检测质量块敏感加速度产生惯性力的测量。速度、加速度检测2020/4/178加速度传感器主要采用加速度传感器，并配用适当的检测电路。1.磁电感应式速度测量速度、加速度检测2.电磁脉冲式转速计3.微机电系统加速度计2020/4/179按照力产生的原因不同，可以把力分为重力、弹性力、惯性力、膨胀力、摩擦力、浮力、电磁力等。按力对时间的变化性质可分为静态力和动态力两大类。静态力是指不变的力或变化很缓慢的力；动态力是指随时间变化显著的力，如冲击力、交变力或随机变化的力等。1.力的测量方法☎利用力的动力效应（将使物体的运动状态或动量改变，使物体产生加速度）和力的静力效应（使物体产生应力，发生变形），力的测量方法可归纳为力平衡法、测位移法和利用物理效应测力等。力、重量和质量的检测2020/4/17101.力的测量方法(1)力平衡法☎力平衡式测量法是基于比较测量的原理，用一个已知力来平衡待测的未知力，从而得出待测力的值。平衡力可以是已知质量的重力、电磁力或气动力等。力、重量和质量的检测托盘被测物刻度板弹簧k阻尼cyx图5.12重力平衡式测力法①机械式力平衡装置②磁电式力平衡装置(b)机械杠杆(a)天平00未知力GGFiFgFiab图5.14电磁式力平衡测力系统NS磁铁标准质量m线圈光电管放大器RU0Fi③液压和气压式测力系统2020/4/17111.力的测量方法(2)测位移法☎在力作用下，弹性元件会产生变形。测位移法就是通过测量未知力所引起的位移（线位移或角位移），从而间接地测得未知力值。力、重量和质量的检测支架极板弹性体绝缘材料Fi图5.16电容式测力装置弹簧线圈Fi（a）（b）铁心Fi变形部线圈下部上部图5.17差动变压器式测力装置2020/4/17121.力的测量方法(3)利用某些物理效应测力☎物体在力作用下会产生某些物理效应，如应变效应、压磁效应、压电效应等可以利用这些效应间接检测力值。力、重量和质量的检测2.电子皮带秤☎电子皮带秤是一种能连续称量散装颗粒物料重量的装置，它不但可以对某一瞬间在输送带上的输送物料重量进行称重，而且还可以在某段时间内对输送的物料总重进行称重。2020/4/1713转矩可分为静态转矩和动态转矩。☻静态转矩是指不随时间变化或变化很小、很缓慢的转矩，包括静止转矩、恒定转矩、缓变转矩和微脉动转矩。☻动态转矩是指随时间变化很大的转矩，包括振动转矩、过度转矩和随机转矩三种。根据转矩的不同情况，可以采取不同的转矩测量方法。转矩的测量2020/4/17141.转矩的测量方法☎转矩的测量方法可以分为平衡力法、能量转换法和传递法。其中传递法涉及的转矩测量仪器种类最多，应用也最广泛。(1)平衡力法及平衡力类转矩测量装置转矩的测量☻通过测量机体上的平衡力矩(实际上是测量力和力臂)来确定动力机械主轴上工作转矩的方法称为平衡力法。☻平衡力法直接从机体上测转矩，不存在从旋转件到静止件的转矩传递问题。但它适合测量匀速工作情况下的转矩，不能测动态转矩。(2)能量转换法☻依据能量守恒定律，通过测量其他形式能量如电能、热能参数来测量旋转机械的机械能，进而求得转矩的方法即能量转换法。从方法上讲，能量转换法就是对功率和转速进行测量的方法。2020/4/17151.转矩的测量方法(3)传递法转矩的测量☻传递法是指利用弹性元件在传递转矩时物理参数的变化与转矩的对应关系来测量转矩的一类方法。常用弹性元件为扭轴，故传递法又称为扭轴法。2.传递法转矩测量(1)应变式转矩测量(2)压磁式转矩传感器(3)扭转角式转矩测量①光电式转矩传感器②相位差式转矩传感器③振弦式转矩传感器受扭轴振弦测量环l图5.23振弦式转矩传感器2020/4/1716温度测量技术Temperaturemeasurementtechnology2020/4/1717温度测量技术温标与标定测温法分类及其特点热阻式测温方法热电式测温方法集成温度传感器AD590热辐射测温2020/4/1718温度是反映物体的冷热程度的物理量。温度的测量只能利用一些物质的某些物性(如尺寸、密度、硬度、弹性模量、辐射强度等)随温度变化的规律，通过这些量来对温度进行间接测量。为了保证温度量值的准确并利于传递，需要建立一个衡量温度的同一尺度，即温标。温标——衡量温度的标尺。是温度数值化的标尺，它给出了温度数值化的一套规则和方法，并明确了温度的测量单位和温度起点。温标与标定2020/4/17191.经验温标☎根据某些物质的体积膨胀与温度的关系，用实验方法或经验公式所确定的温标称为经验温标。(1)华氏温标☻德国人法勒海特(Fahrenheit)在1714年以水银为测温介质，制成玻璃水银温度计，选取氯化铵和冰水混合物的温度作为温度计的零摄氏度，人体温度为温度计的100度，把水银温度计从0度到100度按水银的体积膨胀距离分成100份，每一份为1华氏度，记作“1℉”。按照华氏温标，水的冰点为32℉，沸点为212℉。(2)摄氏温标☻1740年瑞典人摄氏(Celsius)提出在标准大气压下，把水的冰点规定为0度，水的沸点规定为100度。根据水这两个固定温度点来对玻璃水银温度计进行分度，平均分成100等份，每一份为1摄氏度，记作1℃。☻摄氏温度t和华氏温度T的关系为：温标与标定9325Tt2020/4/17201.经验温标温标与标定☎除华氏温标和摄氏温标外，还有一些类似经验温标，如列氏温标、兰氏温标等。经验温标均依赖于其规定的测量物质，测温范围也不能超过其上、下限(如摄氏温标为0℃、100℃)，超过了这个温区，摄氏温标将不能进行温度标定。2.热力学温标☎1848年由开尔文(Kelvin)提出的以卡诺循环(CarnotCycle)为基础建立的热力学温标，把理想气体压力为零时对应的温度——绝对零度(在实验中无法达到的理论温度，低于0K的温度不可能存在)与水的三相点温度分成273.16份，每份为1K(Kelvin)。热力学温度的单位为“K”。☎是一种理想而不能真正实现的理论温标，它是国际单位制中七个基本量单位之一。2020/4/1721温标与标定3.绝对气体温标☎从理想气体状态方程入手，复现的热力学温标叫绝对气体温标。当气体的而体积为恒定(定容)时，其压强就是温度的单值函数，即有：2121TTPP☎这种比值关系与开尔文给出的热力学温标的比值关系完全类似。因此若选用同一固定点(水的三相点)作参考点，两种温标在数值上就完全相同。☎理想气体仅是一种数学模型，实际上并不存在，故只能用真实气体来制作气体温度计。因此，直接用气体温度计来统一国际温标，不仅技术上难度很大，很复杂，而且操作非常复杂，困难。于是，出现了协议性的国际实用温标。4.国际实用温标和国际温标☎经国际协议产生的国际实用温标的指导思想是要尽可能地接近热力学温标，1989年7月第77届国际计量委员会批准建立了新的国际温标，简称ITS-90。为和IPTS-68温标相区别，用表示ITS-90温标。我国从1994年开始全面推行ITS-90新温标。2020/4/1722温标与标定5.标定☎对温度计的标定，有标准值法和标准表法两种方法。☎标准值法就是用适当的方法建立起一系列国际温标定义的固定温度点(恒温)作标准值，把被标定温度计(或传感器)依次置于这些标准温度值之下，记录下温度计的相应示值(或传感器的输出)，并利用国际温标规定的内插公式对温度计(传感器)的分度进行对比记录，从而完成对温度计的标定。标定后的温度计可作为标准温度计使用。☎标准表法是把被标定温度计(传感器)与已被标定好的更高一级精度的温度计(传感器)，紧靠在一起，共同置于可调节的恒温槽中，分别把槽温调节到所选择的若干温度点，比较和记录两者的读数，获得一系列对应差值，经多次升温、降温，重复测试，若这些差值稳定，即可把记录下的这些差值作为被标定温度计的修正量，完成对被标定温度计的标定。2020/4/1723测温法分类及其特点按测量体与被测介质接触与否来分，有接触式测温和非接触式测温两大类。☎接触式测温是基于热平衡原理，温度敏感元件与被测对象接触，依靠传热和对流进行热交换，当传热量为零，二者温度相等。♣根据测温转换的原理，接触式测温可分为膨胀式、热阻式、热电式等多种形式。如水银温度计、热电偶温度计等。☎非接触式测温时温度敏感元件不与被测对象接触，而是通过热辐射进行热交换，或者是温度敏感元件接收被测对象的部分热辐射能，由热辐射能的大小推出被测对象的温度，如辐射测温；或是利用敏感元件感受温度使其参数发生变化，通过非接触的场的耦合进行检测，如电涡流式测温。2020/4/1724测温法分类及其特点热膨胀式测温方法：☎膨胀式测温是基于物体受热时产生膨胀的原理，分为液体膨胀式和固体膨胀式两类。☎膨胀式温度计按膨胀基体可分为液体膨胀式玻璃温度计、液体或气体膨胀式压力温度计及固体膨胀式双金属温度计。(1)玻璃温度计☻玻璃温度计按使用方式又可分为全浸式和局浸式两大类。(2)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来实现测温功能。2020/4/1725测温法分类及其特点热膨胀式测温方法(3)双金属温度计☻基于固体受热膨胀原理，通常是把两片线膨胀系数相对差异很大的金属片叠焊在一起，构成双金属感温元件。当温度变化时，因双金属片的两个不同材料的线膨胀系数相对差异很大而产生不同的膨胀和收缩，导致双金属片产生弯曲变形。☻双金属温度计的感温双金属元件的形状有平面螺旋型和直线螺旋型两大类。2020/4/1726热阻式测温方法热阻式测温是根据金属导体或半导体的电阻值随温度变化的性质，将电阻值的变化转换为电信号，从而达到测温的目的。常用的热电阻主要有铂电阻、铜电阻和半导体热敏电阻。1.热电阻的结构☎热电阻主要由感温元件（电阻体）、内引线、保护管三部分构成。安装固定件电阻体绝缘套筒不锈钢套管引线口接线盒图5.26工业热电阻的基本结构2020/4/17271.热电阻的结构☎热电阻元件的种类：☎热电阻传感器的类型：普通型、铠装型、小型、薄膜型、防爆型等。2.热电阻的引线形式☎内引线是热电阻出厂时自身具备的引线，其功能是使感温元件能与外部测量及控制装置相连接。☻热电阻的外引线有两线制、三线制及四线制三种。①二线制：tR1R2R3RtEout(a)二线制②三线制：tR1R2R3RtEout(b)三线制③四线制：tiRtE