動力工程基本量測量技術動力工程測控技術

動力工程基本量測量技術動力工程測控技術第1頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.動力工程基本量測量技術第2頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.1測量儀表的靜態(tài)特性和動態(tài)特性第3頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.1測量儀表的靜態(tài)特性和動態(tài)特性§3.1.1靜態(tài)特性靜態(tài)特性曲線理論設計時希望y=a1x

為線性特性，并且a0=0，無零點偏移。

靜態(tài)校準：在標準條件下，用高于被校系統(tǒng)3~5倍精度的校準設備，對系統(tǒng)重復（不少于3次）進行全量程逐級地加載（正行程）和卸載（反行程）測試，從而確定輸入和輸出關系的過程。理論特性曲線：第4頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.1測量儀表的靜態(tài)特性和動態(tài)特性靜態(tài)校準條件：環(huán)境溫度為20±5℃，濕度不大于85%，大氣壓力為101.3±8Kpa，沒有振動和沖擊（除非這些參數本身是被測物理量）。靜態(tài)校準曲線：由各次校準數據的平均值擬合得到的曲線。如用線性擬合，也稱為工作直線，對應的方程稱為擬合方程。第5頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.1測量儀表的靜態(tài)特性和動態(tài)特性量程和刻度范圍準確度（精度）

最大輸入量與最小輸入量區(qū)間稱為量程；儀表刻度終值與始值區(qū)間稱為刻度范圍。兩者相差儀表的基本誤差和倍率。

儀表的最大絕對誤差折合到儀表標尺范圍的百分數，按此將儀表精度分級，常用有0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0七個等級。注意對同一量程和準確度的儀表，其絕對誤差與被測參數的大小無關；對同一準確度的儀表，量程越大，絕對誤差也越大。第6頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.1測量儀表的靜態(tài)特性和動態(tài)特性

因此，在滿足被測量數值范圍的前提下，盡可能選擇量程小的儀表，對穩(wěn)態(tài)測量值選在儀表滿刻度的三分之二左右。例：被測溫度40℃左右，要求-0.5℃≤Δt≤0.5℃，請選擇合適的溫度計。（1）0~50℃（2）0~100℃（3）50~100℃，

1.0級（4）0~50℃，（5）0~100℃，0.5級精度滿足要求，測點位置合適。精度不滿足要求，測點不位置合適。精度滿足要求，測點位置不合適，與（1）比不經濟。測點位置合適，精度高于要求，與（1）比不經濟。量程范圍不對第7頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.1測量儀表的靜態(tài)特性和動態(tài)特性線性度

反映實際輸入、輸出與理想直線的偏離程度。第8頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.1測量儀表的靜態(tài)特性和動態(tài)特性遲滯性

反映測量裝置正、反行程校準曲線在同一校準級上輸出值不一致的程度，也稱為變差。第9頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.1測量儀表的靜態(tài)特性和動態(tài)特性重復性

反映在規(guī)定的同一校準條件下對測量裝置按同一方向在全量程范圍內多次重復校準得到的各次校準曲線的不一致性。t為置信系數，一般取95%置信度的t分布值；σmax為正、反行程各校準級上標準偏差σvj的最大值：反行程第j-a校準級（校準n次）正行程第j校準級（校準n次）第10頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.1測量儀表的靜態(tài)特性和動態(tài)特性靈敏度

靜態(tài)測量時，輸出量變化值Δy

與輸入量變化值Δx

之比。對一臺線性儀表，S為常數，但表達的方式和含義不完全一致。如：

5mV/Mpa表示某壓力傳感器的輸入每變化1Mpa有5mV的變化輸出。

1.5mV/V表示某壓力傳感器在額定壓力作用下，當電橋輸入電壓為1V時，電橋輸出電壓為1.5mV。第11頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.1測量儀表的靜態(tài)特性和動態(tài)特性分辨力和分辨率環(huán)境誤差

分辨力指能引起輸出量發(fā)生變化的最小輸入量Δx

。分辨率用全量程范圍內最大的Δx

與測量系統(tǒng)滿量程輸出值之比表示。

儀表特性隨溫度等環(huán)境條件的變化而變化。如：第12頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.1測量儀表的靜態(tài)特性和動態(tài)特性輸入阻抗與輸出阻抗

輸入阻抗是指儀表在輸出端接有額定負載時，輸入端所表現(xiàn)出來阻抗。輸入阻抗越大，信號源衰減程度越小。輸出阻抗是指儀表在輸入端接有信號源時，輸出端所表現(xiàn)出來阻抗。輸出阻抗小，信號衰減程度也小。第13頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.1測量儀表的靜態(tài)特性和動態(tài)特性§3.1.2動態(tài)特性線性系統(tǒng)動態(tài)特性的數學模型

動態(tài)特性是指儀表對隨時間變化的被測量的響應特性。動態(tài)特性好，其輸出量隨時間變化的曲線與被測量隨同一時間變化的曲線一致或者比較接近。第14頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.1測量儀表的靜態(tài)特性和動態(tài)特性傳遞函數

為簡化計算，對上述微分方程通過拉氏變換：，將初始條件為零時輸出與輸入的拉氏變換之比定義為傳遞函數：

H（s）和輸入無關，它只反映測量系統(tǒng)本身的特性，包含瞬態(tài)、穩(wěn)態(tài)時間響應和頻率響應的全部信息，并且與具體的物理結構也無關，如彈簧-阻尼系統(tǒng)和RC電路同是一階系統(tǒng)（n=1）。第15頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.1測量儀表的靜態(tài)特性和動態(tài)特性頻率響應函數

輸入信號為正弦函數時，測量系統(tǒng)的響應稱為頻率響應。傳遞函數也稱為線性系統(tǒng)的頻率響應函數，它等于在初始條件為零時輸出與輸入的傅氏變換（）之比：第16頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.1測量儀表的靜態(tài)特性和動態(tài)特性

從物理意義上說，通過傅氏變換可將滿足一定條件的任意信號分解成不同頻率的正弦信號之和，其實質是將由時間域變換到頻率域來描述，H（jw）反映一個系統(tǒng)對正弦輸入的穩(wěn)態(tài)響應。如果輸入一個標準正弦信號：其穩(wěn)態(tài)輸出將是與輸入同頻率的正弦信號：則：第17頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.1測量儀表的靜態(tài)特性和動態(tài)特性測量系統(tǒng)的頻率響應一階系統(tǒng)的頻率響應

常見的一階系統(tǒng)有彈簧-阻尼、RC電路、RL電路、液體溫度計等，這些裝置均可以用一階微分方程來表示它們的輸入與輸出關系。第18頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.1測量儀表的靜態(tài)特性和動態(tài)特性

對彈簧-阻尼系統(tǒng)，根據力學平衡：

第19頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.1測量儀表的靜態(tài)特性和動態(tài)特性

對不同物理結構的測量系統(tǒng)，傳遞函數形式相同，參數有所不同，如RC電路，。對一階系統(tǒng)的頻率響應特性：其幅頻特性（設K=1）：相頻特性：第20頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.1測量儀表的靜態(tài)特性和動態(tài)特性1、一階系統(tǒng)在正弦激勵下，穩(wěn)態(tài)輸出時響應幅值和位相差取決于輸入信號的頻率ω和系統(tǒng)的時間常數τ。2、響應幅值隨ω的增大而減小，位相差隨ω的增大而增大。3、頻率響應還與τ有關。當ωτ<0.3時，振幅與相位失真都比較小，說明τ小，工作頻率范圍就可以大一些。第21頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.1測量儀表的靜態(tài)特性和動態(tài)特性二階系統(tǒng)的頻率響應

典型的二階系統(tǒng)有彈簧-質量-阻尼、RLC電路等。這些裝置均可以用二階微分方程來表示它們的輸入與輸出關系。第22頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.1測量儀表的靜態(tài)特性和動態(tài)特性對彈簧-質量-阻尼系統(tǒng)，根據力學平衡：第23頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.1測量儀表的靜態(tài)特性和動態(tài)特性設K=1對二階系統(tǒng)的頻率響應特性：其幅頻特性和相頻特性分別為：第24頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.1測量儀表的靜態(tài)特性和動態(tài)特性第25頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.1測量儀表的靜態(tài)特性和動態(tài)特性測量系統(tǒng)的階躍響應一階系統(tǒng)的階躍響應第26頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.1測量儀表的靜態(tài)特性和動態(tài)特性二階系統(tǒng)的階躍響應第27頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.1測量儀表的靜態(tài)特性和動態(tài)特性二階系統(tǒng)的時域性能指標第28頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.1測量儀表的靜態(tài)特性和動態(tài)特性測量系統(tǒng)動態(tài)特性參數的測定一階測量系統(tǒng)時間常數τ的測定二階系統(tǒng)阻尼比ζ和固有頻率ωn的測定第29頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.1測量儀表的靜態(tài)特性和動態(tài)特性例：某一階壓力傳感器的時間常數為0.5s，如果階躍壓力從25MPa降到5MPa，試求2倍時間常數的壓力和2s后的壓力。第30頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.1測量儀表的靜態(tài)特性和動態(tài)特性例：某二階力傳感器，固有頻率為1KHz，阻尼比等于0.7，設靈敏度為1，求測量頻率分別為600Hz和400Hz的正弦交變力的輸出與輸入的幅值比和相位差。第31頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月作業(yè)某溫度傳感器的時間常數為3s，當傳感器受突變溫度作用后，求傳感器指示出溫度差的1/3和1/2所需時間。某一階測量系統(tǒng)，在t=0時，輸出為10mV；在穩(wěn)定后，輸出為100mV；在t=5s時，輸出為50mV；求該測量系統(tǒng)的時間常數。某力傳感器為二階系統(tǒng)，已知固有頻率為10KHz，阻尼比為0.6，如果要求其幅值誤差不大于10%，問其可測的頻率范圍有多大？第32頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.2傳感器§3.2.1傳感器傳感器的作用傳感器命名法

傳感器（Transducer或者Sensor）是將非電量轉換成與之有確定對應關系的電量或電參量的裝置。1、敏感作用：完成信號的拾??；2、轉換作用：完成非電量到電量的轉換。主題詞+被測量+轉換原理或特征描述+主要技術指標傳感器，壓力，應變式，10KPa傳感器，位移，磁電式，10mm第33頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.2傳感器傳感器的分類電阻式傳感器：金屬應變式；半導體壓阻式電容式傳感器：變面積式；變介電常數式；變間隙式電感式傳感器：自感型可變磁阻式；互感型差動變壓器式電渦流式傳感器：高頻發(fā)射式；低頻發(fā)射式磁電式傳感器：動圈式；磁阻式；霍爾式壓電式傳感器：熱電式傳感器：熱電偶；熱電阻光電式傳感器：光敏電阻；光電池；光敏晶體管光纖傳感器：功能型；非功能型；拾光型第34頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.2傳感器§3.2.2電阻式傳感器金屬應變式傳感器

將物理量的變化轉換為敏感元件應力的變化致使電阻值改變，再通過轉換電路變?yōu)橄鄳碾娦盘栞敵?。工作原理：?5頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.2傳感器應變片構造與分類：第36頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.2傳感器彈性敏感元件基本特性：非線性度、彈性滯后、彈性后效、固有頻率第37頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.2傳感器測量電路常用電橋電路，按電源性質不同，有直流電橋和交流電橋。應變片布置有單臂、雙臂和全橋等形式。溫度誤差及補償

溫度誤差的補償有橋路補償法和組合式自補償法。金屬電阻應變式傳感器的特點

性能穩(wěn)定，精度高（0.05%~0.015%）；測量范圍寬（0.03~1000MPa）；結構簡單，使用方便；對環(huán)境適應能力強。

第38頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.2傳感器半導體壓阻式傳感器金屬電阻應變式傳感器的應用應變片可直接貼于被測試件上，也可貼于各種彈性敏感元件上，構成測量各種物理量的傳感器，再接入測量電橋，常用于力、壓力、位移、加速度和扭矩的測量。工作原理壓阻式傳感器的典型結構第39頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.2傳感器壓阻式傳感器的特點及應用

靈敏度高；固有頻率高，響應快；結構簡單，可方便地實現(xiàn)微型化，易于批量生產；精度高；工作可靠，抗振、抗干擾能力強。電阻和靈敏系數的熱穩(wěn)定性差，使用溫度范圍受到一定的限制，在溫度變化大的環(huán)境中使用時，必須進行溫度補償；量程小，在測量大應變時，非線性較嚴重；受腐蝕性氣體影響大、工藝復雜、要求嚴格、成本較高。這類傳感器在航空、航天及風洞等方面得到廣泛應用。

第40頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.2傳感器§3.2.3電容式傳感器變面積式電容傳感器第41頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.2傳感器變介電常數式電容傳感器第42頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.2傳感器變間隙式電容傳感器第43頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.2傳感器差動電容傳感器第44頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.2傳感器

有電橋電路、運算放大器電路、調頻電路、二極管環(huán)型檢波電路、脈寬調制電路等。運算放大器電路原理測量電路第45頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.2傳感器電容傳感器的特點及應用特點：1、輸入能量小，靈敏度高；2、動態(tài)特性好；3、結構簡單，環(huán)境適應性好；4、非線性較大；5、外界電容影響大。應用：1、可直接測量直線位移，角位移和介質的幾何尺寸以及動態(tài)的直線振動和角振動；2、單極式變間隙電容傳感器常用于金屬表面狀況、距離尺寸、振幅等測量；3、用于力、壓力測量時，要用彈性元件先將壓力轉換成電容間距的變化；4、可變介電常數式電容傳感器常用于液位測量和溫度濕度測量。第46頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.2傳感器§3.2.4電感式傳感器自感型——可變磁阻式傳感器

利用電磁感應原理，把位移、振動、壓力、流量等轉換為電感線圈電感量變化的一種裝置。傳感器靈敏度：S=L/δ，一般取Δδ/δ0≤0.1，Δδ=0.001~1mm第47頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.2傳感器互感型——差動變壓器式傳感器常用可變磁阻式傳感器的典型結構可變導磁面積型變氣隙差動型單螺管線圈型雙螺管線圈差動型ie1=-M1(di/dt)e2=-M2(di/dt)第48頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.2傳感器測量電路銜鐵移動使互感系數M1和M2變化，從而輸出e0。差動變壓器式傳感器的后接電路，需要采用即能反映銜鐵位移的大小和方向，又能補償零點殘余電壓的相敏檢波輸出電路。第49頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.2傳感器差動變壓式傳感器的特點第50頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.2傳感器§3.2.5電渦流式傳感器高頻反射式電渦流傳感器線圈的阻抗Z=F(d,I,r,ρ,μ,ω)d：距離；r：尺寸因子；I、ω：激勵電流強度和頻率；ρ、μ：金屬材料電導率和磁導率

高頻磁場不能透過一定厚度的金屬板，表面渦電流反作用于線圈，導致線圈電感的變化。常用于測量探頭與金屬板之間距離的變化。第51頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.2傳感器低頻透射式電渦流傳感器

低頻激勵貫穿深度大，金屬材料的厚度和電阻率，影響低頻激勵的貫穿深度，從而影響感生交變電勢u2，因此低頻激勵適用于測金屬材料的厚度。激勵頻率較低（1KHz）時，線性好，測量范圍大，但靈敏度低。如金屬材料的厚度較小時，采用較高的激勵頻率以提高靈敏度。另外，金屬材料的電阻率較小時，用較低的激勵頻率（0.5KHz），而電阻率較大時，用較高的激勵頻率（2KHz）。第52頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.2傳感器測量電路1.電橋電路：可以把線圈的阻抗作為電橋的一個橋臂，但通常用兩個相同的電渦流線圈組成差動傳感器。2.諧振電路：通常采用一個電容與電渦流線圈并聯(lián)，構成并聯(lián)諧振LC回路。第53頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.2傳感器被測體的材料、形狀和大小對測量的影響

被測體是非磁性材料時，傳感器的靈敏度較高；被測體是磁性材料時，磁導率將影響電渦流線圈的感抗和等效品質因數，靈敏度要根據具體情況而定。一般情況下，被測體電導率越高，靈敏度越高，在相同量程下，其線性范圍越寬。被測體面積比傳感器檢測線圈大得多時，靈敏度基本不變，被測體面積比傳感器檢測線圈小時，靈敏度下降。被測體厚度一般需要在0.2mm以上。測量時要盡量避開其它導體。第54頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.2傳感器電渦流傳感器的應用1.位移測量2.振幅測量3.轉速測量4.渦流探傷測量第55頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.2傳感器§3.2.6磁電式傳感器磁電感應式傳感器之一——動圈式

通過磁電作用把被測物理量的變化轉換為感應電動勢e的變化。1.線速度型：e=NBLvsinθ（常用作速度計）N：在均勻磁場內參與切割磁力線的線圈匝數；L：單匝線圈有效長度；v：線圈與磁場的相對運動速度；B：磁感應強度；θ：線圈運動方向與磁場方向的夾角。2.角速度型：e=kNBAω（常用作轉速計）k：依賴于結構的系數A：單匝線圈截面積ω：角頻率第56頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.2傳感器磁電感應式傳感器之一——磁阻式

線圈與磁鐵不動，有運動著的物體（導磁材料）改變磁路的磁阻，引起磁力線增強或者減弱，使線圈產生感生電動勢。第57頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.2傳感器霍爾傳感器霍爾效應第58頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.2傳感器霍爾元件霍爾元件結構霍爾元件的兩種符號霍爾元件的基本電路半導體材料：N型鍺（Ge）銻化銦（InSb）砷化銦（InAs）第59頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.2傳感器霍爾元件的主要參數第60頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.2傳感器第61頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.2傳感器霍爾器件的誤差與補償（1）溫度誤差與補償第62頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.2傳感器（2）不等位電勢與補償第63頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.2傳感器霍爾元件的特點及應用微位移測量轉速測量第64頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.2傳感器§3.2.7壓電式傳感器壓電效應第65頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.2傳感器第66頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.2傳感器壓電材料的性能主要特性參數性能要求第67頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.2傳感器壓電式傳感器的輸出與測量電路

為了提高輸出靈敏度，通常將n片壓電晶體疊合使用。

對并聯(lián)法，有Q=nq，U=u，C=C0。由于輸出電荷量大，通常以電荷輸出，又因其電容量大，時間常數也大，故適用于測量慢變信號；對串聯(lián)法，有Q=q，U=nu，C=C0/n。由于輸出電壓量大，通常以電壓輸出，又因其電容量小，時間常數也小，故適用于測量瞬變信號。為防止傳感器的電荷通過測量電路的輸入電阻釋放掉，相應的有電荷放大器和電壓放大器兩種形式的高阻抗儀器與它配套。第68頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.2傳感器壓電式傳感器的特點（1）屬于自源傳感器，受力后即有電壓輸出。（2）固有頻率高，適于測量動態(tài)力。（3）靈敏度高，信噪比大，工作可靠，體積小，重量輕。（4）多數實用壓電材料，剛度大、強度高、工作變形小。（5）對測量電路的阻抗和傳輸電纜有要求，以防止漏電而影響測量的精度。（6）可作為壓力、溫度等測量的傳感器。第69頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.2傳感器§3.2.8熱電式傳感器熱電偶

是一種將溫度變化轉換為電勢變化的傳感器。熱電效應接觸電勢：由不同導體因自由電子密度不同導致擴散產生的電動勢，與材料的性質及接觸點的溫度有關。溫差電勢：由于導體或半導體兩端溫度不同而產生的一種電動勢，與材料的性質及導體兩端的溫差有關?；芈房傠妱荩旱?0頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.2傳感器熱電偶的基本定理（1）均質導體定律：用均勻導體組成閉合回路，則不論此導體是否存在溫度梯度，均不產生電動勢。第71頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.2傳感器（2）中間導體定律：在熱電偶回路中加入第3種導體材料時，如果兩接點的溫度相同，則對整個回路的熱電勢無影響。（3）中間溫度定律：對同一熱電偶，當冷端處于恒定的中間溫度t1（t0<t1<t)，則有：（4）標準熱電極定律：任意3種導體A，B，C組成AB，CB，AC三種熱電偶，則有：第72頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.2傳感器熱電偶的常用材料（1）熱電極材料的基本要求（2）常用熱電偶材料鉑銠10-鉑熱電偶（S）；鎳鉻-鎳硅熱電偶（K）；鉑銠30-鉑銠6熱電偶（B）；鎳鉻-康銅熱電偶（E）；銅-康銅熱電偶（MK）；等（3）非標準化熱電偶高溫：鎢錸熱電偶；低溫：金鐵-鎳鉻熱電偶第73頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.2傳感器熱電偶測溫的主要優(yōu)點（1）結構簡單，使用方便，制造容易，熱電偶的大小和形狀可按照需要自行配置；（2）測量溫度范圍廣，低溫用熱電偶可達-270℃，高溫用熱電偶可達3000℃；（3）測量精確度較高；（4）屬于自源傳感器，無須外加電源；（5）易于實現(xiàn)遠距離傳輸和測量。第74頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.2傳感器熱電偶結構（1）普通熱電偶（2）鎧裝熱電偶（3）快速反應薄膜熱電偶（4）快速消耗微型熱電偶第75頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.2傳感器冷端補償（1）冷端恒溫（2）補償導線（3）冷端補償器第76頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月熱電偶的連接方式（1）單點連接（2）并聯(lián)連接（3）串聯(lián)連接（4）反接與熱電偶配套的測溫儀表直流電位差計、自動電子電位差計、熱電偶溫度變送器§3.2傳感器第77頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.2傳感器熱電偶測溫誤差（1）熱電偶的分度誤差（2）動態(tài)響應誤差及消除（3）安裝誤差（4）導熱誤差（5）測量誤差：冷端補償不完全、補償導線使用不當、測量儀表與測量電路電阻變化引入的誤差（6）老化誤差第78頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.2傳感器熱電阻熱電阻效應

物質電阻率隨本身溫度變化而變化的物理現(xiàn)象稱為熱電阻效應。熱電阻的常用材料（1）熱電阻材料的基本要求（2）常用熱電阻鉑熱電阻；銅熱電阻；NTC型熱敏電阻熱電阻溫度計的測量儀表直流平衡電橋、自動電子平衡電橋、熱電阻溫度變送器

第79頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.2傳感器熱電阻結構形式熱電阻的接線形式（1）二線制（2）三線制第80頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.2傳感器熱電阻的特點金屬熱電阻與熱電偶相比，同樣溫度下輸出信號大，容易測量，測溫上限不及熱電偶高，但0℃下反應較靈敏，適宜測低溫；熱電阻阻值測量必須借助外加電源，但不需冷端補償；熱電阻的感溫體結構復雜、體積較大、熱慣性大、抗機械沖擊和振動性能也較差，不適宜測體積狹小之處的溫度和瞬態(tài)變化的溫度。半導體熱敏電阻的主要優(yōu)點是溫度系數大，靈敏度高，電阻率較大，測量系統(tǒng)簡單，體積小，連接導線對測量誤差的影響小，此外，其結構簡單、價格低廉，使用壽命長。主要缺點是性能不夠穩(wěn)定，互換性差，精度低，測量范圍有限，目前在-50℃~300℃左右，電阻與溫度呈非線性。第81頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.2傳感器§3.2.9光電式傳感器光電效應第82頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.2傳感器光電傳感器的主要特性光照特性、光譜特性、頻率特性、溫度特性第83頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.2傳感器§3.2.10光纖傳感器第84頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.2傳感器光纖導光原理與分類按折射率分階躍型光纖和漸變型光纖；按傳輸模式分單模光纖和多模光纖。第85頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.2傳感器光纖傳感器的分類（1）功能型：強度調制型偏振調制型頻率調制型相位調制型（2）非功能型（3）拾光型第86頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.2傳感器光纖傳感器的應用遮光式光纖溫度傳感器透射型半導體光纖溫度傳感器膜片反射式光纖壓力傳感器第87頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.3溫度測量溫度的物理概念溫標宏觀概念：熱平衡狀態(tài)系統(tǒng)的宏觀性質。微觀概念：分子平均動能大小的量度。

攝氏溫標華氏溫標熱力學溫標第88頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.3溫度測量溫度測量方法接觸式測溫方法：選擇某種物體與被測物體接觸使溫度達到平衡，利用該物體由于受熱程度不同，其物理性質（如線性尺寸、容積、壓力、電阻、電勢、電容、壓電晶體的振動頻率、鐵磁體的磁導率和渦流損失、P-N結電壓降等）隨著變化的特性來測量溫度。如雙金屬溫度計、玻璃管液體溫度計、壓力式溫度計、熱電阻、熱電偶、電容諧振溫度計、石英晶體溫度計、電