电子测量技术（主编田华、刘斌、袁振东 第二版 西安电子科大版）课件：第10章 非电量的测量01.pptVIP

第10章　非电量的测量 　　在科学研究和工农业生产实践过程中，存在着很多非电量的测量需求。非电量无论在种类上还是在数量上都比电量和磁量多，如机械量(距离、位移、风速)、热工量(温/湿度、压力)、化工量(浓度、成分、pH值)等。针对这些非电量存在非电和电测两类测量方法。非电量的电测法就是用传感器将非电量转换成电量(电流、电压或频率)，再通过测量电量(电流或电压)的方法和措施呈现出非电量的数值。 　　本章中非电量的测量主要讨论电测法，并且只讨论距离与位移、速度、转速与加速度、温/湿度、压力、流量等几种常见非电量的电测法。非电量的电测量技术关键在于如何将非电量转换成电压、电流或频率等电信号量。传感器解决 了从非电量到电量的信息形态的转换，在非电量测量系统中发挥着十分重要的作用。 　　一个完整的非电量测量系统一般包括信息的获取、转换、显示处理等几个部分，其组成如图10.1所示。首先是获得被测量的非电量信息，它是通过传感器来实现的。基本转换电路的功能是将传感器的参数变化转换为电量输出。测量电路的作用是对传感器输出的电量进行阻抗变换、放大、滤波，方便后续的模拟和数字的传输和处理。显示和处理电路完成测量数据的显示、存储等。 图10.1　非电量电测系统的组成 　　非电量检测的方法依据传感器转换原理的不同而有不同的分类。归纳起来，主要划分为以下几类： 　　(1) 电磁检测：包括电阻式、电感式、电容式、磁电式、热电式、压电式、谐振式等。 　　(2) 光学检测：包括光电式、激光式、红外式、光栅式、光纤维式、光学编码器等。 　　(3) 超声波检测。 　　(4) 同位素检测。 　　(5) 微波检测。 　　(6) 电化学检测 　　应用传感器进行非电量的电测量有很多优点，例如：测量范围宽、速度快；便于实现远距离测量和集中控制；便于实现静态和动态测量；方便利用计算机进行信号的处理和记录等。随着传感技术的发展，应用电测技术手段去测量非电物理和化学量被人们普遍采用。 10.1　距离与位移的测量 　　距离是指(两物体)在空间或时间上相隔的长度。本章所讲的距离测量主要针对空间上的间隔测量。位移测量是线位移和角位移测量的统称，实际上就是长度或距离以及角度的测量。距离与位移测量在工程中应用很广，这不仅因为机械工程中常要求精确地测量零部件的位移、位置和尺寸，而且许多机械量的测量往往可以先通过适当地转换变成位移的测试，然后再换算成相应的被测量物理量。 　　由于位移是与物体在运动过程中的移动有关的量，所以位移的测量方法所涉及的范围是相当广泛的。微小位移通常用应变式、电感式等传感器来检测，大的位移常用感应同步器、光栅等传感技术来测量。 10.1.1　距离与位移的测量方法 　　位移是矢量，它表示物体上某一点在一定方向上的位置变化。对位移的度量，应使测量方向与位移方向重合，这样才能真实地测量出位移量的大小。位移测量的方法多种多样，常用的有以下几种： 　　(1) 积分法：测量运动体的速度或加速度，经过积分或二次积分求得运动体的位移。例如在惯性导航中，就是通过测量载体的加速度，经过二次积分而求得载体的位移。 　　(2) 相关测距法：利用相关函数的时延性质，向某被测物发射信号，将发射信号与经被测物反射的返回信号做相关处理，求得时延τ，若发射信号的速度已知，则可求得发射点与被测物之间的距离。例如红外测距就是应用这一原理。 　　(3) 回波法：从测量起始点到被测面是一种介质，被测面以后是另一种介质，利用介质分界面对波的反射原理测位移。如激光测距仪、超声波液位计都是利用分界面对激光、超声波的反射测量位移的。在回波法中常用相位差法，用于大位移量的测量，相位差法测量的载体是光波或电磁波。 　(4) 线位移和角位移相互转换测量法：被测量是线位移,若检测角位移更方便，则可用间接方法，先测角位移再换算成线位移。同样，被测量是角位移时，也可先测线位移再进行转换。例如汽车的里程表，是通过测量车轮转数再乘以周长而得到汽车的里程的。 　　(5) 位移传感器法：通过位移传感器，将被测位移量的变化转换成电量(电压、电流、阻抗等)、流量、光通量、磁通量等的变化，间接测位移。根据传感器的转换结果，可分为两类：一类是将位移量转换为模拟量，如电感式位移传感器、电容式位移传感器；另一类是将位移量转换为数字量，如光栅位移传感器等。 10.1.2　常见的位移传感器 　　在很多情况下，位移可以通过位移传感器直接测得。能够测量位移的传感器很多，如因位移引起传感器电感量变化的电感式位移传感器、将位移量变化转化为电容量变化的电容式位移传感器、利用莫尔条纹原理制成的光栅线位移和角位移的光栅传感器等。其中光栅传感器因具有易实现数字化、精度高、抗干扰能力强、无人为读数误差、安装方便、使用可靠等优