【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 和無源傳感器。 有源傳感器將非電能量轉(zhuǎn)換為電能量，稱為能量轉(zhuǎn)換型傳感器，或換能器。通常配有電壓測(cè)量電路和放大器。 如壓電式、熱電式、電磁式等。 無源傳感器又稱為能量控制型傳感器。被測(cè)非電量?jī)H對(duì)傳感器中的能量起控制或調(diào)節(jié)作用。如電阻式、電容式和電感式等。 (4)按輸出信號(hào)的性質(zhì)分類 可分為模擬式和數(shù)字式兩大類。 — 過程裝備及控制系 — 賀鴻 太原理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 ?? 傳感器特性及標(biāo)定 (1)傳感器特性 被測(cè)量的兩種形式：靜態(tài)信號(hào)、動(dòng)態(tài)信號(hào) ①靜態(tài)特性 傳感器在被測(cè)量處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的輸出、輸入關(guān)系，一般用表格或曲線表示。通常要求靜態(tài)特性是線性關(guān)系。 靜態(tài)特性是在靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)條件下進(jìn)行標(biāo)定的。靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)條件： 沒有加速度、振動(dòng)和沖擊 (除非這些參數(shù)本身就是被測(cè)物理量 )； 環(huán)境溫度一般為室溫 (20177。 5)℃ ；相對(duì)濕度不大于 85％； 大氣壓力 (760177。 60) 。 靜態(tài)特性重要指標(biāo)有：線性度、遲滯、重復(fù)性等。 — 過程裝備及控制系 — 賀鴻 太原理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 ?? 傳感器特性及標(biāo)定 ② 動(dòng)態(tài)特性：傳感器對(duì)隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性。希望其輸出量盡可能快速準(zhǔn)確地跟隨被測(cè)量的變化。 ?在討論動(dòng)態(tài)特性時(shí)，常用的典型輸入信號(hào)：兩種 ?正弦函數(shù) 階躍函數(shù)。 ?動(dòng)態(tài)特性表示方法： ?傳遞函數(shù)、頻率特性（幅頻特性、相頻特性）。 ?動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)：主要有：響應(yīng)時(shí)間、頻率響應(yīng)范圍等 — 過程裝備及控制系 — 賀鴻 太原理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 ?? 傳感器特性及標(biāo)定 ?響應(yīng)時(shí)間： ?階躍輸入時(shí)，輸出從它的初始值第一次 (在過沖之前或無過沖 )到達(dá)最終值的規(guī)定范圍時(shí)所需時(shí)間。 ?考慮振蕩影響時(shí)，可定義為：當(dāng)輸入階躍信號(hào)時(shí)，輸出從它的初始值進(jìn)入最終值的規(guī)定范圍時(shí)所需時(shí)間。 ?規(guī)定范圍：最終值的 90％或 95％ ?頻率響應(yīng)范圍：指幅頻特性曲線相對(duì)幅值變化在 177。 3dB時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率范圍。 — 過程裝備及控制系 — 賀鴻 太原理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 ?? 傳感器特性及標(biāo)定 (2)傳感器的標(biāo)定 ?標(biāo)定：用試驗(yàn)的方法確定傳感器的性能參數(shù)的過程稱之。標(biāo)定就是利用某種規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)或標(biāo)準(zhǔn)器具對(duì)傳感器進(jìn)行刻度。 — 過程裝備及控制系 — 賀鴻 太原理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 ?? 新型傳感器介紹（略） (1)光纖傳感器 (2)激光傳感器 (3)仿生傳感器 (4)霍爾傳感器 (5)氣、濕敏傳感器 (6)數(shù)字式傳感器 (7)智能式傳感器 (8)其他新型傳感器 — 過程裝備及控制系 — 賀鴻 太原理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 ?? 傳感器的選用 選擇傳感器時(shí)應(yīng)考慮的幾方面準(zhǔn)則 (1)對(duì)傳感器的技術(shù)性能要求 ?精度高； ?靈敏度高，線性范圍寬廣； ?響應(yīng)快，滯后、漂移?。? ?輸出信號(hào)信躁比高； ?穩(wěn)定性、重復(fù)性好； ?動(dòng)態(tài)性能好； ?負(fù)載效應(yīng)低； ?超標(biāo)準(zhǔn)過大的輸入信號(hào)保護(hù) — 過程裝備及控制系 — 賀鴻 太原理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 ?? 傳感器的選用 (2)傳感器的選用原則 ①按測(cè)量方式選 針對(duì)被測(cè)對(duì)象的工作條件、工作方式，選擇不同的測(cè)量方式。如： 接觸與非接觸測(cè)量； 破壞與非破壞性測(cè)量； 在線與離線測(cè)量等。 ② 按測(cè)量要求選 測(cè)量要求不同，選擇的傳感器不同 ③按使用方便選 便于安裝、調(diào)試和維修。 ④按性能價(jià)格比選 — 過程裝備及控制系 — 賀鴻 太原理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 ?? 傳感器的發(fā)展方向 傳感器的發(fā)展有以下幾個(gè)方面。 (1)采用新原理 新的理論不斷產(chǎn)生，促進(jìn)了新的種類的傳感器不斷涌現(xiàn)。 (2)固態(tài)化和小型化 結(jié)構(gòu)型傳感器 發(fā)展早，已趨于成熟。特點(diǎn)：原理明確，受環(huán)境影響小，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積偏大、價(jià)格偏高。 物性型（固態(tài)）傳感器 包括半導(dǎo)體、電介質(zhì)和強(qiáng)滋體三類。 半導(dǎo)體傳感器 靈敏度高、響應(yīng)速度快，小型化。電路可以做在半導(dǎo)體傳感器的硅片上，并實(shí)現(xiàn)溫度、非線性補(bǔ)償。 如：?jiǎn)尉Ч琛⒍嗑Ч鑹毫鞲衅鳌? — 過程裝備及控制系 — 賀鴻 太原理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 ?? 傳感器的發(fā)展方向 (3)傳感器的集成化和多功能化 隨著半導(dǎo)體的蒸鍍技術(shù)、擴(kuò)散技術(shù)、光刻技術(shù)、精密細(xì)微加工及組裝技術(shù)等的發(fā)展，傳感器從單個(gè)元件，單一功能向集成化和多功能化方向發(fā)展。 集成化主要是指將敏感元件、信息處理或轉(zhuǎn)換單元以及電源等部分，集成在同一芯片上。 多功能化是指一塊芯片具有多種參數(shù)的檢測(cè)功能，即一次可測(cè)量許多信息，如半導(dǎo)體溫度濕敏傳感器和多功能氣體傳感器等。 目前先進(jìn)的固態(tài)傳感器，在一塊芯片上能同時(shí)集成差壓、靜壓、溫度三個(gè)傳感器，使差壓傳感器具有溫度和壓力補(bǔ)償功能。 — 過程裝備及控制系 — 賀鴻 太原理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 ?? 傳感器的發(fā)展方向 (4)傳感器的智能化 智能傳感器：集成有微型計(jì)算機(jī)的傳感器。 將傳感器功能、邏輯功能、存貯功能等集成于同一半導(dǎo)體芯片上，智能傳感器。 (5)仿生傳感器的研制 仿制生物體感覺器官的機(jī)理，制成相應(yīng)的傳感器。仿生傳感器是傳感器的發(fā)展方向之一。 — 過程裝備及控制系 — 賀鴻 太原理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 ?? 壓力測(cè)量 概述 ? 壓力單位及測(cè)量?jī)x表 ? 壓力 ：均勻垂直地作用在單位面積上的力，即： ? 壓力 的單位：帕斯卡，簡(jiǎn)稱帕（ Pa） ? 幾種單位之間的換算 見關(guān)系表 表示受力面積。表示垂直作用力；表示壓力；式中， SFpSFp ?211 mNPa ? PaM P a61011 ??— 過程裝備及控制系 — 賀鴻 太原理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 ?? 壓力單位 帕 /Pa 兆帕 / MPa 工程大氣壓 / (kgf/cm2) 物理大氣壓 / atm 汞柱 / mmHg 水柱 / mH2O （磅 /英寸 2）/ （ 1b/in2） 巴 /bar 帕 1 1 106 105 106 103 104 104 1 105 兆帕 1 106 1 103 102 102 10 工程大氣壓 104 102 1 物理大氣壓 105 1 760 汞柱 102 104 103 103 1 102 103 水柱 103 103 1 （磅 /英寸 2） 103 103 1 巴 1 105 1 表 各種壓力單位換算表 — 過程裝備及控制系 — 賀鴻 太原理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 ?? 概述 大氣壓力絕對(duì)壓力表壓 ppp ??p表 P真 P絕 P絕 大氣壓力線 絕對(duì)壓力的零線 在壓力測(cè)量中，常有表壓、絕對(duì)壓力、負(fù)壓或真空度之分。 絕對(duì)壓力大氣壓力真空度 ppp ??當(dāng)被測(cè)壓力低于大氣壓力時(shí)，一般用負(fù)壓或真空度來表示。 圖 34 絕對(duì)壓力、表壓、負(fù)壓（真空度）的關(guān)系 — 過程裝備及控制系 — 賀鴻 太原理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 ?? 概述 測(cè)量壓力或真空度的儀表按照其轉(zhuǎn)換原理的不同，分為四類。 它根據(jù)流體靜力學(xué)原理，將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成液柱高度進(jìn)行測(cè)量。 按其結(jié)構(gòu)形式的不同 有 U形管壓力計(jì)、單管壓力計(jì)等 優(yōu)點(diǎn) 這類壓力計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便 缺點(diǎn) 其精度受工作液的毛細(xì)管作用、密度及視差等因素的影響，測(cè)量范圍較窄，一般用來測(cè)量較低壓力、真空度或壓力差。 — 過程裝備及控制系 — 賀鴻 太原理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 ?? 壓力單位及測(cè)量?jī)x表 它是將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件變形的位移進(jìn)行測(cè)量的。 它是通過機(jī)械和電氣元件將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成電量（如電壓、電流、頻率等）來進(jìn)行測(cè)量的儀表。 — 過程裝備及控制系 — 賀鴻 太原理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 ?? 壓力單位及測(cè)量?jī)x表 它是根據(jù)水壓機(jī)液體傳送壓力的原理，將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成活塞上所加平衡砝碼的質(zhì)量來進(jìn)行測(cè)量的。 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 測(cè)量精度很高，允許誤差可小到 %～ %。 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，價(jià)格較貴。 — 過程裝備及控制系 — 賀鴻 太原理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 ?? 液柱式壓力計(jì) 液柱式壓力計(jì) ?基本原理：流體靜力學(xué)定理。 用一定高度的液柱去平衡被測(cè)壓力，用液柱的高度表示被測(cè)壓力的大小。 ?使用范圍：一般用來測(cè)量較低的壓力、真空或壓差。 ?分類：種類很多，常用的有 u形管壓力計(jì)，單管壓力計(jì)和微壓計(jì)等。 ?相關(guān)內(nèi)容（ Page79Page81）自學(xué) — 過程裝備及控制系 — 賀鴻 太原理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 ?? 彈性式壓力計(jì) 定義 彈性式壓力計(jì) 是利用各種形式的彈性元件，在被測(cè)介質(zhì)壓力的作用下，使彈性元件受壓后產(chǎn)生彈性變形的原理而制成的測(cè)壓儀表。 優(yōu)點(diǎn) 具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用可靠、讀數(shù)清晰、牢固可靠、價(jià)格低廉、測(cè)量范圍寬以及有足夠的精度等優(yōu)點(diǎn)。 可用來測(cè)量幾百帕到數(shù)千兆帕范圍內(nèi)的壓力。 — 過程裝備及控制系 — 賀鴻 太原理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 ?? 彈性式壓力計(jì) 彈性元件是一種簡(jiǎn)易可靠的測(cè)壓敏感元件。當(dāng)測(cè)壓范圍不同時(shí)，所用的彈性元件也不一樣。 圖 35 彈性元件示意圖 彈簧管式彈性元件 如圖 (a)和 (b)所示， 波紋管式彈性元件 如圖 (e)所示， 薄膜式彈性元件 如圖 (c)和 (d)所示。 — 過程裝備及控制系 — 賀鴻 太原理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 ?? 彈性元件特性 彈性元件的不完全彈性因素主要包括彈性滯后和彈性后效。 ①彈性滯后 指由于彈性元件工作時(shí)分子間存在摩擦而導(dǎo)致的加載曲線與卸載曲線不重合的現(xiàn)象，如圖 313 ② 彈性后效 指彈性元件所受載荷改變后，在一定時(shí)間間隔內(nèi)逐漸完成變形的現(xiàn)象，如圖 314。 彈性滯后和彈性后效與 其材料特性有關(guān)，同時(shí) 產(chǎn)生，是造成儀表誤差 的主要因素。 — 過程裝備及控制系 — 賀鴻 太原理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 ?? 彈性式壓力計(jì) 彈性式壓力檢測(cè)是用彈性元件把壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件位移的一種檢測(cè)方法 。 其工作原理 xp xpxpxp xpx x xxx 平薄膜 波紋膜 波紋管 單圈彈簧管 多圈彈簧管 膜片 受壓力作用產(chǎn)生位移 ， 可直接帶動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)指示 。 但是膜片的位移較小 ， 靈敏度低 ， 指示精度不高 ， 一般為 。 膜片更多的是和其他轉(zhuǎn)換元件合起來使用 ， 通過膜片和轉(zhuǎn)換元件把壓力轉(zhuǎn)換成電信號(hào)； 波紋管 的位移相對(duì)較大 ， 一般可在其頂端安裝傳動(dòng)機(jī)構(gòu) ， 帶動(dòng)指針直接讀數(shù) 。 其特點(diǎn)是靈敏高 （ 特別是在低壓區(qū) ） ， 常用于檢測(cè)較低的壓力（ ～ 106Pa） ， 但波紋管遲滯誤差較大 ， 精度一般只能達(dá)到 ； 彈簧管 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 、 使用方便 、 價(jià)格低廉 ， 使用范圍廣 ， 測(cè)量范圍寬 ，可以測(cè)量負(fù)壓 、 微壓 、 低壓 、 中壓和高壓 ， 應(yīng)用十分廣泛 。 精度最高可達(dá) 。 是：變形的大小與所受壓力成比例 。 彈性元件 — 過程裝備及控制系 — 賀鴻 太原理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 ?? 彈簧管和彈簧管壓力表 彈簧管是橫截面呈非圓形（橢圓形或扁圓形），彎成圓弧狀（中心角常為 270176。 ）的空心管子。 管子的一端為封閉 ， 另一端為開口 。 閉口端作為自由端 ， 開口端作為固定端 。 被測(cè)壓力介質(zhì)從開口端進(jìn)入并充滿彈簧管的整個(gè)內(nèi)腔 ， 由于彈簧管的非圓橫截面 ， 使它有變成圓形并伴有伸直的趨勢(shì)而產(chǎn)生力矩 ， 其結(jié)果使彈簧管的自由端產(chǎn)生位移 ， 同時(shí)改變其中心角 。 中心角改變量和所加壓力有如下關(guān)系： 222220)1(1 ?? ??? ? ??????? abbhREP式中 ,θ 0:中心角的初始角； Δθ :中心角的改變量； R:圓弧的外半徑； h:管壁厚度； a、 b:橢圓形截面的長(zhǎng) 、 短半軸 。 0P??? ?— 過程裝備及控制系 — 賀鴻 太原理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 ?? 1－彈簧管 2－拉桿 3－扇形齒輪 4－中心齒輪 5－指針 6－－面板 7－游絲 8－調(diào)節(jié)螺釘 9－接頭 圖 318 彈簧管壓力表 彈簧管自由端 B的位移量一般很小，需要通過放大機(jī)構(gòu)才能