現(xiàn)代檢測技術課件

1、 現(xiàn)代檢測技術 非電量測量技術：將除電量以外的物理量（化學量）如；溫度、壓力、振動、化學成分、位移等用各種手段變換為電量，從而進行準確測量的技術。 現(xiàn)代檢測技術近50年發(fā)展起來，具有很多技術上的優(yōu)點（1）它的反應速度快（2）可以測量微弱信號，并將轉換的電信號進行長距離傳輸，便于遠距離操作與控制。（3）測量精度高，能自動連續(xù)地進行測量（4）可輸出的電信號易與計算機連接、記錄和處理數(shù)據(jù)。 電爐控制系統(tǒng)電 爐 TS 加熱器控制裝置控制用計算機系統(tǒng)繪 圖 機顯 示 屏加熱器檢測與控制系統(tǒng)框圖測 控 對 象傳 感 器測量電路顯 示 器記 錄 器報 警 器控制電路執(zhí) 行 器單 片 微 機框圖各部分作用 傳

2、感器：直接感受被測物理量，并把其轉換成與被測物理量有一定函數(shù)關系的電壓、電流或電路參量（電阻、電容、電感）再輸出給其他儀表。 測量電路：也稱檢測電路。分為模擬檢測電路和數(shù)字檢測電路。 模擬檢測電路：傳感器放大器解調(diào)濾波運算數(shù)字檢測電路傳 感 器信號調(diào)理多 路 開 關主 放 大 器采樣保持器模/數(shù)轉換器 檢測技術的發(fā)展趨勢 1、不斷擴大測量范圍，提高可靠性和精度 用熱電偶場時間連續(xù)測量高溫介質(zhì)的溫度達25003000 體溫計測溫精度為0.011；工業(yè)ICT 2、開發(fā)集成化、一體化、多功能的傳感器 傳感器與信號調(diào)節(jié)電路集成化一體化,日本產(chǎn)多離子傳感器.用一滴血液可同時快速檢測出Na、K、H的濃度。

3、 3、非接觸測量技術 紅外線測溫、電渦流測金屬材料厚度 4、利用計算機使測量智能化 完成自校準、自調(diào)零、自動測試、修正測試結果 溫度傳感器 1、熱電偶溫度傳感器 熱電偶：將溫度變化轉換為電勢變化的傳感器。 由兩種不同材料的導體（或半導體）焊接而成，焊接端為熱端，與導線連接端為冷端。 熱電偶的工作原理：兩種不同的導體（或半導體)成閉合回路，兩接點溫度分別為T、T0（TT0）回路中就會產(chǎn)生電動勢，接在回路中的毫伏計就會偏轉。兩接點溫差越大指針偏轉越大。 熱電偶分度表：使熱電偶冷端溫度保持不變，將另一端與被測物體接觸，可以通過測量熱電勢來確定溫度數(shù)值，把熱電偶的熱電勢與工作端溫度之間的關系制成表格。

4、 常用熱電偶種類 貴金屬（1）鉑銠10-鉑熱電偶（S）長期測溫可測1300，短期可測溫1600 （2）鉑銠13鉑（R）（3）鉑銠30鉑銠6 廉金屬：1、銅康銅（T）2、鐵康銅（J）3、鎳鉻銅鎳（E） 快速消耗微型熱電偶：鉑銠30-鉑銠6 熱電偶結構：由熱電極、絕緣子、保護管、接線盒 與熱電偶配套的測量儀表：用高精度數(shù)字電壓表直接測量其輸出，通過查分度表得到溫度值?，F(xiàn)在多采用一體化的溫度變送器處理后，直接送到普通顯示記錄儀。 熱電阻傳感器 電阻溫度計:將溫度的變化轉化為電阻值的變化，通過測量電橋轉換成電壓信號，然后送到顯示儀表指示或記錄被測溫度。 熱電阻測溫線路：工業(yè)熱電阻多采用三線制接法。熱電

5、阻RT構成電橋一臂，當被測R1 R2 R3RRRRTE介 質(zhì) 溫 度 變 化 時，熱 電 阻 RT 阻 值 隨著 變 化，使 測 量電 橋 失 去 平 衡，電 橋輸 出 端 則 有 信 號 輸 出，此 信 號 反 映了 溫 度 變 化。 半導體熱敏電阻 特點：靈敏度高、體積小、反應快 半導體熱敏電阻分為三種類型（1）NTC熱敏電阻（負溫度系數(shù)）（2）CTR熱敏電阻（負）（3）PTC熱敏電阻（正） 集成溫度傳感器：在一塊極小的半導體芯片上集成了包括敏感器件、信號放大電路、溫度補償電路、基準電源電路等在內(nèi)的各個單元它使傳感器和集成電路融為一體。熱電偶、熱電阻的典型應用 金屬表面溫度的測量 熱電偶爐

6、溫控制系統(tǒng) 鋼水漏鋼預報系統(tǒng) 采用集成溫度傳感器的數(shù)字式溫度計 電動機保護器 熱電偶爐溫控制系統(tǒng)電動機保護器電路圖n 壓力傳感器 彈性式壓力傳感器：當被測壓力作用于彈性元件時，彈性元件就產(chǎn)生相應變形，根據(jù)變形的大小，可以知道被測壓力的數(shù)值。如：彈簧管式壓力表?；魻柶竭h傳壓力傳感器。 應變片式壓力傳感器：當彈性敏感元件受壓力作用產(chǎn)生變形，貼在上面的應變片也隨著發(fā)生相應變形，從而使應變片阻值也隨著變化，將應變片接入電橋電路中，就可將阻值變化轉變?yōu)殡妷夯螂娏鞯淖兓?，由此反映壓力變化?壓磁式測力傳感器 壓磁效應：某些鐵磁材料受機械力F作用后，內(nèi)部產(chǎn)生機械力，引起其磁導率（或磁阻）發(fā)生變化。受壓縮時

7、，沿應力方向其磁導率下降，沿著與應力垂直的方向則增加；若受拉，磁導率變化正好相反。 壓磁元件受力作用后，磁彈性體的磁阻（或磁導率）發(fā)生與作用力成正比的變化，測出磁阻變化即間接測定了力值。 壓磁元件及工作原理： 由若干形狀相同的硅鋼片疊合而成,孔1、2間的繞組W12為勵磁繞組，用于接入勵磁電源；孔3、4間的繞組W34用于產(chǎn)生感應電勢。當壓磁元件無外力作用時，由于鐵心磁性的各相同性，四個區(qū)域的磁導率相同，磁力線呈軸對稱分布，繞1、2孔閉合，不與繞組W34交鏈， W34不會產(chǎn)生感應電動勢，輸出為零。當壓磁元件受外力F作用時，A、B區(qū)域受到較大應壓力，磁導率下降，磁阻增大；C、D區(qū)域基本處于自由狀態(tài)，

8、磁導率基本不變，此時部分磁力線不再通過A、B區(qū)域，而是繞過C、D區(qū)域閉合，并與繞組W34交鏈，從而在二次側繞組中感應出電動勢E。作用力F越大。轉移磁通越多，E也越大，F(xiàn)和電流I或電壓U呈線性關系 液位測量 超生波式液位計：利用回聲測距的方法對液位進行連續(xù)測量。H探頭容器探頭既可發(fā)出超聲波又可接收超聲波，當超聲波達到液體與氣體的分界面時，由于兩種介質(zhì)的密度相差懸殊，聲波幾乎全部被反射，如果超聲波探頭從發(fā)射到接收超聲波所經(jīng)過時間T，超聲波在介質(zhì)中傳播速度為v，則探頭到液面的距離為H=(1/2)vt特點：非接觸測量，可測范圍廣，探頭壽命長，探頭本身不能承受高溫、聲速受到介質(zhì)的溫度、壓力影響，造價高。

9、 電容式液位計 將液位的變化轉換成電容量的變化，通過測量電容量的大小，來間接測量液位高低的液位測量儀表。電極絕緣套管容器在液體中插入一根帶絕緣套管的電極，金屬電極作為一個電極，容器和液體可視為另一個電極，絕緣套管為中間介質(zhì)，三者組成圓筒形電容器C=2L/Ln(D/d) C與L成正比。當液位變化時，電容器兩極被浸沒的長度也隨著變化，液位越高，電極被浸沒的就越多,相應的電容量越大. 光纖液位傳感器 基本結構 發(fā)光器件 受光器件顯示電路光纖敏感元件發(fā)光器件射出來的光通過傳輸光纖送到敏感元件,在敏感元件的球面上,一部分光透過,其余的被反射回來,敏感元件與液體相接觸,光透射量增大,反射量減少,由反射量可

10、知道敏感元件是否接觸液體.反射光量決定于被測定物質(zhì)的折射率,折射率越大,反射光量越小.來自敏感元件的反射光通過光纖由受光器件的光電晶體管進行光電轉換后輸出.可對水和油等進行物質(zhì)判別,能檢測兩種液體界面.核輻射式液(物)位計核輻射式液(物)位計 放射性同位素的原子核在核衰變中放出各種帶有一定能量的粒子或射線的現(xiàn)象-核輻射 同位素放射源所產(chǎn)生的射線能夠穿透物質(zhì)層,射線在穿透物質(zhì)層時有一部分被吸收掉,其透射強度隨物質(zhì)的厚度而變,I=I0e-，、射入介質(zhì)前和通過介質(zhì)后的射線強度,為介質(zhì)對射線的吸收系數(shù),H為介質(zhì)厚度,I0、為常數(shù)，只要能測知穿過介質(zhì)后的射線強度I，那么介質(zhì)的厚度即物位的高度，可求出。放

11、射源和接收器放置在被測容器旁，由放射源放射出的射線強度I0 穿過設備和被測介質(zhì)，由探測器接收并把探測出的射線強度I轉換成電信號，經(jīng)放大器放大送入顯示儀表進行顯示油箱油量檢測系統(tǒng)電機傳感器CXC0R1RPR2U顯示裝置減速器放大器流量檢測 差壓流量傳感器:在工業(yè)過程測量與控制中,應用最廣泛的是差壓式流量計,在所有測量液體氣體和蒸汽流量的場合,多采用差壓流量計.這種流量計是用節(jié)流裝置或其他檢測元件與差壓計配套使用來測量流量, 具有結構簡單,使用壽命長,適應性強和價格較低等優(yōu)點. 產(chǎn)生差壓的裝置有:孔板、文丘里管、噴嘴、靶式流量計、皮托管和均速管等。這些節(jié)流裝置在我國和國際上都已標準化，完全符合國家

12、已定的設計安裝和使用規(guī)程的各項條件時，流量和差壓之間的關系可不經(jīng)個別校準，而在規(guī)定的誤差范圍內(nèi)，直接用計算方法確定。當流體通過設置在管道中的節(jié)流件時，造成流束局部收縮，其流速提高，壓力減少，這個節(jié)流件兩側的壓差與通過的流量有關，流量越大，壓差越大，利用此壓差來測量流量。 孔板及取壓裝置 孔板是一片帶有圓孔的薄板，孔的中心位于管子的中心線上，K(P1-P2) 孔板一般用于測量干凈的液體、氣體和低速蒸汽,在50MM以上的管線上,同心孔板是最普通的節(jié)流件. 孔板用不銹鋼制造,孔板安裝時,必須垂直于管道軸線,其不垂直度不得大于1度. 根據(jù)上下游取壓的位置,孔板流量計的取壓方式:角接取壓、法蘭取壓、縮流

13、取壓、環(huán)室取壓。電磁流量計 是一種測量導電液體體積流量的儀表ENSV在管內(nèi)壁上設置相對兩個電極，沿垂直于連接兩電極的直線和液體流動方向加上磁場。E=BVD體積流量Q=ED/ 4B內(nèi)部結構：測量管上下裝有勵磁線圈；一對電極裝在測量管內(nèi)壁與液體接觸，引出感應電勢；測量導管處于磁場中；絕緣襯里：保證感應電勢引起的信號電極間的電位差不被金屬導管所短路。適用范圍：測量含有固體顆?；蚶w維的液固兩相流體，如礦槳、泥漿、污水等。對于大管徑供水管道最為合適。電渦流式傳感器 工業(yè)中可以測量位移、厚度、振動等。i1H1H2x線圈中通以高頻正弦交流電流i1,在線圈周圍產(chǎn)生一個交變磁場H1若被測導體置與于該磁場范圍內(nèi)，

14、則在導體內(nèi)產(chǎn)生電渦流i2，此渦流將產(chǎn)生一個新的磁場H2， H2與H1方向相反。渦流傳感器在金屬體中產(chǎn)生的渦流，其滲透深度與傳感器線圈的勵磁電流的頻率有關，分為高頻反射式低頻透射式電纜線圈探頭高頻信號施加于電感線圈,產(chǎn)生高頻磁場,作用于被測金屬體,在表面形成電渦流,此渦流產(chǎn)生電磁場反作用線圈,改變電感的大小,L主要決定于線圈與金屬板距離.X L f U低頻透射式電渦流傳感器 正弦波振蕩器產(chǎn)生的低頻電壓u1加到發(fā)射線L1u2u1圈L1兩端,產(chǎn)生一個交變磁場,若兩線圈間無被測材料,此磁場直接貫穿L2,感生交變電勢u2.如果線圈匝數(shù)、結構、兩者相對距離，u2是一個確定值。當在之間放一金屬板后，L產(chǎn)生的

15、磁力線穿過金屬板，并產(chǎn)生渦流，使達到L的磁場減弱，使u2減小。金屬板厚度越大，電渦流消耗越大，則u2越小，u2的大小間接反映了金屬板的厚度。L2微波測厚儀 上終端器，再經(jīng)過傳輸波導管、環(huán)行器A、下傳輸波導管傳送到下終端器。由下終端器發(fā)射到被測物下表面的微波，經(jīng)全反射后又回到下終端器，再經(jīng)過傳輸波導管回到環(huán)行器A，被測物的厚度與微波傳輸過程中的行程長度有密切關系。 當被測厚度增加時，微波傳輸?shù)男谐虦p小。 微波傳輸行程作為測量臂，完全模擬測量臂設置參考臂，若測量臂與參考臂行程完全相同，則反相疊加的微波經(jīng)檢波器C檢波后，輸出為零， 若兩臂行程長度不同，則反射回來的微波相位角不同，經(jīng)反射疊加后不相互抵

16、消，再經(jīng)檢波器檢波后就有不平衡信號輸出。此差值信號經(jīng)過放大后控制可逆電機旋轉，帶動補償短路器產(chǎn)生位移，從而改變補償短路器的長度，兩臂直到行程長度完全相同，放大器輸出為零，可逆電機停止轉動。 補償短路器的位移與被測物厚度增加量之間的關系 S=LB-（LA-LB）=LB-（LA-h)=hX射線測厚儀 當X射線穿透物質(zhì)時，它的強度減少，這是由于鋼板吸收了射線的能量，被吸收的數(shù)量取決于被測物體厚度，因此如果能測得被吸收后的射線的強度，就可以利用公式計算被測物體的厚度射線穿透物質(zhì)能量衰減的規(guī)律以下式表示： I=I0*- 為厚度 I0，I分別為通過物質(zhì)前后的強度，為吸收系數(shù)，通過物質(zhì)的厚度。 同一能量的射

17、線，穿透密度大的物質(zhì)射程小，穿透密度小的物質(zhì)射程大 射線和射線一樣，均顯電磁波從產(chǎn)生機構上來說，射線是從原子核內(nèi)部放出的射線，而射線則是由原子核外產(chǎn)生的射線強度的大小可以靠改變加在射線管上的高電壓來選擇所以，射線和射線一樣，可以測量厚度較厚的帶鋼，而且射線的防護問題比射線簡單得多 穿透式測厚儀表的放射源和檢測器分別置于被測帶材的上下方，如圖當射線穿過被測材料時，一部分射線被材料吸收；另一部分則穿過被測材料進入檢測器，為檢測器接收檢 測 器測 量 線 路指 示 儀 表 測量數(shù)據(jù)的后期處理 儀表計算出鋼板厚度后，還要進行溫度補償和合金補償計算。通過上位機傳送的帶鋼的化學成分及其含量，儀表計算機計算

18、出補償系數(shù)（AI）。測量數(shù)據(jù)通過計算機處理后所得數(shù)值乘以AI，就是經(jīng)過合金補償?shù)暮穸戎怠?測厚儀測量厚度是在終軋溫度800900時測量的，儀表輸出的是冷態(tài)（20）下帶鋼的厚度值，帶鋼有熱脹冷縮特性，所以就要進行溫度補償。測厚儀本身有一測溫儀，專用于溫度補償。儀表中存有14條溫度補償曲線，根據(jù)上位機選擇的溫度補償曲線號，儀表計算機在表中查得測量溫度的溫度補償系數(shù)。經(jīng)過合金補償?shù)暮穸戎党艘詼囟妊a償系數(shù)就是輸出的厚度值。磁柵位移傳感器結構 在非磁體的平整表面鍍一層0.02mm的Ni-co-p磁性薄膜,并用錄音磁頭沿長度方向,按一定的激光波長,錄上磁性刻度線-磁尺 在磁尺錄上相等節(jié)距的磁化信息而形成磁

19、柵,相當于一個個小磁鐵,按NS、SN、NS-排列，在磁尺上磁場強度呈周期性變化。 磁柵位移傳感器的結構:磁尺、磁頭、檢測電路。 磁頭：動態(tài)磁頭、靜態(tài)磁頭。 動態(tài)磁頭只有一個輸出繞組，靜態(tài)磁頭有兩個繞組。一個是激勵繞組，另一輸出繞組。 檢測電路：供給磁頭激勵電壓；把檢測到的信號轉換為脈沖信號輸出。磁柵位移傳感器工作原理NSNSSNSNNS檢 測 電 路UOUT當磁尺與磁頭產(chǎn)生相對運動，磁頭的鐵芯使磁尺的磁通有效地通過輸出繞組，在繞組中產(chǎn)生感應電壓，該電壓隨磁尺磁場強度周期的變化而變化，從而將位移量轉換成電信號輸出，磁頭輸出信號經(jīng)檢測電路轉換成電脈沖信號，并以數(shù)字形式顯示。允許最高工作速度為12m

20、/min,系統(tǒng)的精度可達0。01mm/m,最小指示值0。001mm。主要用于大型機床和精密機床作為位置或位移的檢測元件。結構簡單，使用方便，動態(tài)范圍大（120m)，磁信號可以重新錄制，需要屏蔽和防塵磁電式轉速傳感器 由電永久磁鐵、感應線圈、磁盤組成轉軸磁盤與轉軸一起旋轉，磁盤的凹凸齒形將引起磁盤與永久磁鐵間氣隙大小變化，使永久磁鐵組成的磁路中磁通量隨之變化,磁路通過感應線圈,當磁通量發(fā)生突變,感應線圈會感應出一定幅度的脈沖電勢,其頻率為:f= z n (z為磁輪的齒數(shù) n為磁輪轉數(shù))測定脈沖頻率,可得知被測物體的轉數(shù).如果磁電式轉速傳感器接上數(shù)字電路,組成數(shù)字式轉速測量儀,直接讀出被測物體的轉

21、速.測量轉速下限50r/s、上限數(shù)十萬r/s霍爾式傳感器霍爾效應：把一塊載流子導體置于磁場中，當載流子導體中有電流通過時，在垂直于電流方向上產(chǎn)生電動勢?；魻杺鞲衅鹘M成：霍爾元件、激勵電源、產(chǎn)生磁場的裝置和輸出測量電路構成?；魻栐倦娐罚航咏鼈鞲衅?是一種具有感知物體接近能力的器件，利用位移傳感器對所接近的物體具有的敏感特性來識別物體的接近，并輸出相應開關信號，也叫接近開關。 （1）電容式接近傳感器 以電極為檢測端的靜電電容式接近開關，振蕩電路檢波電路放大電路整形電路輸出電路U電容式接近傳感器原理 平時檢測電極與大地之間存在一定的電容量,成為振蕩電路一個組成部分,當被檢測物體接近檢測電極時,

22、由于檢測電極加有電壓,檢測物體受到靜電感應產(chǎn)生極化現(xiàn)象,被測物體越靠近檢測電極,檢測電極的電荷就越多,檢測電極的靜電電容為C=Q/V,電荷的增多,使檢測電極電容增大,近而又使振蕩電路的振蕩減弱甚至停止振蕩.振蕩電路的振蕩與停振這兩種狀態(tài)被檢測電路轉換為開關信號向外輸出.電感式接近傳感器振蕩電路檢波電路放大電路整形電路輸出電路U用敏感元件為檢測線圈,是振蕩電路的一個組成部分,在檢測線圈的工作面上存在一個交變磁場,當金屬物體接近檢測線圈時,金屬物體就會產(chǎn)生渦流,而吸收振蕩能量,使振蕩減弱以至停振.振蕩與停振這兩種狀態(tài)經(jīng)檢測電路開關信高頻振蕩型接近開關R1R2L3L2L1CT1T2T3+12VKA高頻振蕩型接近開關原理L1L2L3(1)LC振蕩電路振蕩線圈L2輸出線圈L3、反饋線圈L1繞在同一鐵心上，構成感應頭，它固定在