《电气工程概论》辅导资料十六..docVIP

电气工程概论辅导资料十六 主 题：第五章 电气测量技术（第2-3节） 学习时间：2013年1月14日－1月20日 内 容： 我们这周主要学习第五章的传感器技术和高电压大电流测量技术。 第五章 电气测量技术 第二节 传感器技术 传感器是一种能够感受到规定的被测量，并按照一定规律再转换成可用输出信号的器件或装置，即是一种以一定的精度把被测量转换为与这有确定对应关系的、便于应用的物理量的测量装置。非电量测量的关键技术就是如何将非电量转换成电量的技术——传感器技术。 电阻式传感器 电阻式传感器是指将有关非电量变换成与电阻阻值有关的电量传感器。它包括线性电位器传感器、非线性电位器传感器、电阻应变传感器、压力传感器和金属电阻传感器。 电阻应变式传感器是利用元件的电阻随着机械形变的大小而变化，其电阻应变片是用直径为0.025mm的具有高电阻率的金属电阻丝制成，如下图所示。图中，l为应变片的标距或称为工作基长，b称为应变片的工作宽度。应变片的转换原理是金属电阻的应变效应。所谓应变效应是指金属丝的电阻值随其变形而发生改变的一种物理现象。 式中：k为应变灵敏系数，其物理意义为单位应变引起的电阻的相对变化。对于金属来说，变化较小，其灵敏系数主要取决于项。由以上讨论可知，在机械力的作用下，金属电阻丝的电阻相对变化值与受力后的金属丝几何尺寸的变化有关，也与电阻丝的电阻率的变化有关。 这种电阻应变传感器的特点是精度高，测量范围广；结构简单，性能稳定可靠，寿命长；频率特性好，能在高温、高压、振动强烈、强磁场等恶劣环境下工作。目前这种传感器被广泛的应用于测量力和与力有关的非电量测量。 电容式传感器 电容式传感器利用电容器的原理，将非电量转化为电容量，从而实现非电量 到电量的转化和测量。电容式传感器的基本工作原理是通过改变电容器的参数，从而实现电容量的改变。根据改变的量的不同可以分为变间隙型、变面积型和变介电常数型。 气敏传感器 气敏传感器利用了气体的某些物理化学性质，将被测气体的某些特定成分转换成便于测量的电信号。气敏传感器具有测量范围宽、精确度高、灵敏度高、工作可靠、体积小，成本低等一系列特点，它广泛地应用于工业、农业、国防、环保、医疗等各个领域中。 气敏传感器和种类繁多，就其检测方法来分，可分为半导体式、催化还原式、红外吸收式等。 超声波式传感器 超声波是一种机械波，具有穿透能力强、方向性好、定向传播等特点。超声波在传播中通过两种不同的介质时，会产生折射和反射现象，其频率越高，反射和折射的特性愈与光波的特性相似。超声波在同一介质内传播时，随着传播距离的增加，其强度会减弱。超声波主要用于固体和液体中有关参数的测量。 红外式传感器 红外式传感器通过检测红外线特征的变化，并转换成各种便于测量的物理量，可以测量各种非电量。目前，将红外线转换成便于测量的红外敏感元件，可分为两类，红外热探测器和红外光电探测器。 光电式传感器 光电式传感器通常是指对光能量敏感，并将光信号转换成电信号的传感器。当光照射在某些物质上，物质的电子吸收光子的能量而释放电子的现象，称为光电效应。光电效应分为外光电效应、光导效应和光生伏特效应。 变送器 变送器将各种物理量转换成统一的标准信号。变送器种类繁多，但按其应用场合可以分为电量变送器和非电量变送器两大类，常用的电量变送器有电压、电流、功率等变送器，而常用的非电量变送器有温度、压力、流量等变送器。 交流电流、电压变送器 交流电流、电压变送器可将被测交流电流或交流电压变换为与其成线性比例的直流电流或直流电压。 温度变送器、 温度变送器分为气动和电动两种。 压力变送器 压力变送器分为力平衡式、位移式两类压力变送器。力平衡式压力变送器是采用力平衡原理，通过深度负反馈将弹性元件测压产生的力矩与输出信号的反馈力矩相平衡，有效地减小温度变化、弹性滞后及变形非线性的影响，提高了测量精度。位移式压力变送器是将弹性测压元件的位移变换为电感、电容、电阻等电量，再经测量桥路、放大电路转换为最后的输出压力值。位移式压力变送器的精度远超过力平衡式压力变送器，而且结构简单、运行可靠且维护方便。 第三节 高电压大电流的测量技术 为了检测电气设备对某些高电压大电流的耐受能力，常在实验室里进行模拟实验，为此介绍某些高电压大电流的检测方法。 1．稳态高电压的测量 稳态高电压，主要是指工频交流高电压和直流高电压，测量高电压的难度在于测量时往往有泄漏的影响、电晕的影响，在交流电压下还有杂散参数的影响。电压高达数兆伏时，难度更大。 在高压实验室中测量交流高电压的方法很多，目前常用的有下列几种： 1）利用气体放电测量交流高电压； 2）利用静电力测量交流高电压； 3）采用电容分压器系统来测量交流高电压。 以上前两种均可用来