检测原理_A4纸

� 基本概念. 灵敏度灵敏度灵敏度灵敏度 xyS ∆∆= / , 分辨率分辨率分辨率分辨率=能分辨的最小输入 二者都描述测量的灵敏程度,但关注重点不一样(模拟/数字). 多个仪表首尾串联，其总灵敏度是各仪表灵敏度的乘积. 线性度:完全线性时应有灵敏度 constS = 安全火花型防爆仪表安全火花型防爆仪表安全火花型防爆仪表安全火花型防爆仪表: 两线制 4~20mA DC 传输 准确度准确度准确度准确度δ : 测量准确值(测量平均值 A )偏离真值 0A 的程度 精确精确精确精确(密密密密)度度度度σ : 测量值的分散程度. 不确定度不确定度不确定度不确定度: 表示测量结果 的不可信程度(分散程度), 不反映不反映不反映不反映测量结果与真值接近的程度. 用测量平均值的标准偏差来表示，或=标准偏差的倍数或置信 区间的半宽度. 零点迁移零点迁移零点迁移零点迁移/量程迁移量程迁移量程迁移量程迁移: 需要对仪表的零点调节和量程调节 精度等级精度等级精度等级精度等级: 0.5级 = 基本误差不超过量程的 ±0.5% 最大误差不超过量程的 0.5% 绝对误差绝对误差绝对误差绝对误差: 测量值-真值(有正负), 相对误差相对误差相对误差相对误差: 绝对误差/真值 误差误差误差误差=系统+随机. 设给定系统误差= ∆− , 则测量值应补偿∆ 关系关系关系关系: 测量值M = A测量平均值 + δ 准确度 ±U 不确定度 准确度准确度准确度准确度δ = 0AA − ,精确精确精确精确(密密密密)度度度度(标准差)σ ∑ = −= n i i AM n 1 0 1 误差传递误差传递误差传递误差传递: ),...,,( 21 nxxxfy = , ix 相互独立, 标准偏差 iσ 则总标准差 2 2 01 i n i i y x f σσ ∑ =       ∂ ∂ = 不确定度不确定度不确定度不确定度: A类类类类 2 1 )()1( 1 ∑ = − − = n i iA AM nn U , ∑ = = n i iM n A 1 1 AU 是测量结果平均值的标准偏差测量结果平均值的标准偏差测量结果平均值的标准偏差测量结果平均值的标准偏差, 有 n-1个自由度. 另:真值真值真值真值 0A 的无偏估计= A . 实验标准偏差实验标准偏差实验标准偏差实验标准偏差的无偏估计= 2 1 )()1( 1 ∑ = − − n i i AM n 总体标准偏差总体标准偏差总体标准偏差总体标准偏差(偏离真值的程度)= 2 1 0 )( 1 ∑ = − n i i AM n B类类类类: 设测量结果平均分布在 ],[ δδ +− AA , 则 3 δ =BU 相对不确定度相对不确定度相对不确定度相对不确定度: %100/ ×= AUU r A为真值. 扩展不确定度扩展不确定度扩展不确定度扩展不确定度U 0zU= : 置信区间 ],[ UAUA +− ,或记 UA ± 给定置信概率 )(zφ , 查表得置信系数 z, 置信水平= )(1 zφ− 0U 为 A类或 B类标准不确定度. � 位移测量. 金属应变片金属应变片金属应变片金属应变片: 泊松比 ≈v 0.3~0.5, 应变量 l l∆ =ε 应变系数应变系数应变系数应变系数 ερ ρ /21/ ∆++=∆∆= v l l R RK , 一般≈2. 应变片桥路连接方法: � 1片片片片 R1单臂单臂单臂单臂: 非线性误差,电源,温度 E R R e 1 1 4 1 ∆ ≈ n=1灵敏度最高 � 2片片片片 R1(上)R2(下)半桥半桥半桥半桥: 线性, 温度补偿, 灵敏*2 E R R e 1 1 2 1 ∆ ≈ � 4片片片片 R14(上)R23(下)全全全全桥桥桥桥: 线性, 温度补偿, 灵敏*4 E R R e 1 1∆ ≈ 差动检测结构差动检测结构差动检测结构差动检测结构: 消除共模干扰, 降低漂移, 提高灵敏度 [例例例例]: 比较变极距电容式位移传感器变极距电容式位移传感器变极距电容式位移传感器变极距电容式位移传感器和具有差动结构的电容 位移传感器的测量输入输出特性，简述差动结构具有哪些优差动结构具有哪些优差动结构具有哪些优差动结构具有哪些优 势势势势：①变极距电容式位移传感器：电容极距与电容大小成反比， 双曲线关系；②差动电容位移传感器：差动电容与位移在零点 近旁呈线性关系；③差动结构明显改善了线性灵敏度，另外因 静电力、温度变化、电源变化等环境条件引起的误差也因差动 结构的抵消作用而大幅减少；④差动结构具有对于环境参数的 对称结构，同时具有对于被测参数的反对称结构；⑤差动结构 的作用是提高线性灵敏度，消除共模干扰，降低漂移等。(分 类: 变极距式, 变面积式, 变电介质式…) [例例例例]: 证明差动电容位移传感器差动电容位移传感器差动电容位移传感器差动电容位移传感器的线性度线性度线性度线性度和灵敏度灵敏度灵敏度灵敏度>变极距式变极距式变极距式变极距式 差动: dd dd C C ∆− ∆+ = 0 0 1 2 , ..](.))(1[2 42 00 ++ ∆ + ∆ = ∆ d d d d C C 单电容: .))()(1( 32 +∆−∆+∆−∆−=∆ d d d d d d d d C C 阶次 [例例例例]: 同心圆筒型同心圆筒型同心圆筒型同心圆筒型电容器: 位移测量: )/log( dD lC ε= 物位测量: )/log( )(12 dD hHhC −+= εε 差动检测电路差动检测电路差动检测电路差动检测电路: 脉宽输出型, 幅值输出型 自感自感自感自感式位移传感器式位移传感器式位移传感器式位移传感器: 电感 d SN L 2 0 2 µ ≈ , 0µ 气隙导磁率很小 自感自感自感自感式差动位移传感器式差动位移传感器式差动位移传感器式差动位移传感器: (1) 00 2 d d L L ∆ ≈ ∆ , (2) 0 2 d R θ∆ 差动变压器差动变压器差动变压器差动变压器 LVDT: 互感式位移传感器 零点时相位发生翻转(相敏检波电路) 电路电路电路电路:交流变直流(差动全波整流),残余电压补偿. 优势优势优势优势:无机械磨损; 分辨率无限小; 铁心移动超出量程也无 损坏; 只对轴向敏感, 对径向不敏感; 铁心和线框之间可以是 高压高温液体; 电磁感应不受环境湿度和污染物的影响. (电容对介质敏感, 光电传感器对灰尘敏感.) 偏位偏位偏位偏位式检测式检测式检测式检测: 通过偏移零点的大小反应被测量的大小. 零位式检测零位式检测零位式检测零位式检测: 具有自平衡结构, 通过使纠正偏移所付出的代 价反应被测量的大小. [例例例例]: 力矩平衡式重量传感器用（电流）参数表示被测重量 电位平衡式温度传感器用（电机角度）参数表示被测温度 [例例例例]: 电位平衡式温度传感器的性能要求是：不超调，响应快， 跟踪紧。分别对应仪表的: 稳定性，响应速度，准确性/静态 误差。由系统的自由震动频率 0ω , 衰减率ζ 决定. 1 21 0 T KK β ω = , 1212 1 TKK βζ = 上 下 上 下 下 上 加速度检测加速度检测加速度检测加速度检测: 质量块m弹簧 k阻尼 c外壳支点振动 x=Asinωt 开环开环开环开环: 牛顿 ky dt dy c dt xyd m −−= + 2 2 )( , 固有频率 mkn /=ω [弹簧测力-偏位式偏位式偏位式偏位式]衰减比 )2/( nmc ωζ = 一般为 0.4~0.8. 结论: )sin( )2()1( )/( 22 2 2 2 φω ω ωζ ω ω ωω − +− = t A y nn n , nωω >> 时, tAy ⋅−= ωsin , 支点位移检测 nωω << 时, tAy n ⋅= ωωω sin)/( 2 , 支点加速度加速度加速度加速度检测 nωω ≈ 时, 支点速度检测. 闭环闭环闭环闭环伺服伺服伺服伺服[零位式零位式零位式零位式]: 固有频率 mkSn /)( +=ω , fsd SSSS = 输出灵敏度: ] /1 1[ SkS mR x US f O UO + ×−== && , 其中[]可忽略 [例例例例]: 叉指式硅微加速度传感器: 采用闭环反馈力平衡技术； 1.保持极板在中间位置平衡,2.消除横梁非线性和老化的影响 [例例例例]: 加速度检测的基础是（位移）检测。加速度检测系统是 （质量,弹簧,阻尼）的二阶系统。当（被测频率ω）远小于（固 有震动频率 nω ）的条件下，二阶系统的位移相当于加速度。 [例例例例]: 用固有频率为 2000Hz，衰减比为 0.5的加速度检测仪， 分别检测 1200Hz的振动加速度和 400Hz的振动加速度，比 较两种情况下加速度检测的系统误差的大小。 光纤位移检测光纤位移检测光纤位移检测光纤位移检测: 选择两个线形区域测量. 光栅标尺位移传感器光栅标尺位移传感器光栅标尺位移传感器光栅标尺位移传感器: 栅距 P一定，小至微米级 输出信号为平滑的三角波. 上下栅格相位差 1/4栅距 鉴相判断移动方向, 正向和反向分别计数, 正反向译码电路 通过 D 触发器 产生正向和反 向的技术信号. 通过一定的办 法将信号加倍 (2X, 4X),使检 测和分辨率的 提高. 莫尔条纹标尺莫尔条纹标尺莫尔条纹标尺莫尔条纹标尺: 两光栅成微小角度 θ. 条纹间距W ≈P/θ放大 [例例例例]: 相对 G1(水平)，G2右倾斜 θ: 若 G1向右水平移动，则条纹向上移动 激光扫描激光扫描激光扫描激光扫描与 CCD异同: 都适用于软质材料,高温物体等外径的 检测.区别区别区别区别:激光扫描测长只有一个光电元件,需要机械式扫描 投影光线;CCD图像扫描测长是扫描光电阵列元件的信号输出 [例例例例]: 反射式光纤位移传感器的位移特性由上升下降两段组成 非单调性变化，为什么: 过近时过近时过近时过近时反射光被阻挡,过远时过远时过远时过远时强度低. [例例例例]: 光栅标尺由栅距同为 P的（主尺）和（副尺光栅）构成. 光电传感器检测透过两窗口的光强，理想输出波形是（三角） 波形。A相和 B相传感器空间相距（1/4）个栅距，输出信号 相差（pi /2）rad. (四分之一周期) [例例例例]: 车床上的活动部件来回不确定地滑动，为检测部件绝对 位置，需要同时检测（移动大小）和（方向） [例例例例]: 利用 D触发器和 A、B相传感器脉冲输出，设计鉴向电 路，并绘制鉴向时序图。为得到栅距 1/2 倍和 1/4 倍的测量 分辨率，应如何设计电路. (利用 A,B波型的相位差, 器件方法 多可将分辨率提高 4倍) [例例例例]: 设动态磁栅标尺的磁极距离为 0.2mm，磁标尺总长为 3m，位移测量的标准测量不确定度为 0.002mm。问传感器输 出电压的分辨率至少应为多少 Vpp，才能达到 0.002mm的测 量不确定度 (Vpp/50) � PSD测距测距测距测距: 重心重心重心重心 21 12 II II Lx + − = 测距 S = LD / d 1) 测量 d是光线重心. 2) 适当增大 D可增加灵敏度. 3) 抗干扰的措施: ○1 提高 SN(信噪)比: 放大信号(利用红外 LED 增加发光强度),抑制噪声(远离或不正对干扰光). ○2 调制 发光, 同步积分解调. 外加干扰, 观察输出是否改变, 可判断器件是否有抗扰装置. 2 2 1 2 tan n n ω ω ω ωζ φ − = Cu Fe Fe C � 同步积分同步积分同步积分同步积分: 输入 )2sin()2sin()( nnss tfBtfAtx θpiθpi +++= 其中前半部分 sf 为信号频率, 后半部分 nf 为噪声频率. 同步积分 ττpiτ dfx T ty t Tt s∫ −= )2sin()( 1)( ,注意频率为 sf 结果 s A ty θcos 2 )( ≈ 为直流信号, )(tx 中只有同频同相保留 @输出直流成分、与发光信号同频率同相成分的大小成比例。 - A不变 -> 求相角 sθ . (相位差测量) - 主动改变角->调出最大输出->求 A. (微弱信号检测) [例例例例]: N个信号进行 同步加算 , 其信噪 比 SN 变为原来的 ( N ). � 速度测量速度测量速度测量速度测量: 1.离心转速测量仪离心转速测量仪离心转速测量仪离心转速测量仪: 机械方式 2.光电耦合器光电耦合器光电耦合器光电耦合器(透射型/反射型)＋光电码盘: 输出脉冲信号 - 绝对码盘 -> 转速,转角,转向 二进制编码/循环编码(每次只改变一位) - 增量码盘 -> (单相)转速; (ABZ三相)转速,转角,转向 3.光纤陀螺光纤陀螺光纤陀螺光纤陀螺(Sagnac效应): � ω= 0: 顺时针 = 逆时针环路 干涉条纹的光强不变化. � ω > 0: 设为[顺时针旋转],则 - CCW逆时针: 路径变短(速度变快) 2/// 2 Dnc D nc t DD t CCW CCW ω pi ωpi + = − = -CW顺时针: 路径变长(速度变慢), 折射率n , 砸数N 2/// 2 Dnc D nc t DD t CW CW ω pi ωpi − = + = 到达光电传感器的两束光的相位差 Sφ 满足. ωλ pi λpiφ c LDn tt cN CCWCWS 22)(2 =−= 相位测量精确度需要达到这一微小相位. 增加匝数 N和直径 D都可以提高灵敏度. 4.基于脉冲飞越时间脉冲飞越时间脉冲飞越时间脉冲飞越时间(FlightTime)的速度测量: c t LV − ∆ = 时间差的测量：差小，不容易分辨， 频率计数：周期性，累积计数 需要高频时钟 5. 相关法与相关函数相关函数相关函数相关函数: 一/两个随机过程在相隔 τ的两不同时 刻取值相关程度[自自自自:信号或噪声的周期性/互互互互:移动速度检测] � 互相关互相关互相关互相关函数: ∫ −∞>− += T TTxy dttytx T R )()( 2 1lim)( ττ (均值 ))(( txEx = ,均方值 ))(( 22 txE=ψ ,方差 222 x−=ψσ ) � 自相关自相关自相关自相关性质: 偶函数偶函数偶函数偶函数, 最大值最大值最大值最大值 2)0(]max[ ψ== xxxx RR 最小值最小值最小值最小值 2)(]min[ xRR xxxx =∞= ,周期T信号的自相关=T � 温度测量温度测量温度测量温度测量: 衡量冷热程度(宏观). 分子平均动能大小(微观). � 温标: 三要素:定义固定点定义固定点定义固定点定义固定点,内插公式内插公式内插公式内插公式,内插仪器内插仪器内插仪器内插仪器 摄氏摄氏摄氏摄氏经验经验经验经验温标温标温标温标 ct :冰点 0°C,沸点 100°C ( 328.1 += cf tt ) 华式华式华式华式经验经验经验经验温标温标温标温标 ft : 冰点 32°F，沸点 212 °F 国际温标国际温标国际温标国际温标 ITS－－－－90: T(T90):1K＝水三相点温度 1/273.16 (定义固定点定义固定点定义固定点定义固定点 17个个个个,内插公式内插公式内插公式内插公式,内插仪器内插仪器内插仪器内插仪器) 国际摄氏温度国际摄氏温度国际摄氏温度国际摄氏温度: t(t90): t＝T－273.15 单位°C (水的三相点[固、液、气三相共存]=0.01 °C / 611.73Pa) � 接触式接触式接触式接触式测温: (传导换热、对流换热) � 膨胀式温度计: 双金属温度计, 玻璃液体温度计 � 热电偶: 两种不同导体(半导体)连接成闭合回路时，若 两个结点温度不同，则回路中将产生热电势. 热电偶 - 热电效应(Seebeck), T为国际温标(K) 特点 结构简单、廉价、测温范围宽、性能稳定、输 出为电信号（易于处理和远传）、有足够精度 接触电势 导体 A、B结点在温度 T 时形成的接触电动势 BT AT AB N N e kT te ln)( = , 电荷 Ce 19106.1 −×= 波尔兹曼 KJk /1038.1 23−×= . 电子密度N 温差电势 导体 A两端温度为 T,T0时形成的温差电动势 ∫= T T AA dTTTe 0 ),( 0 σ , 汤姆逊系数 Aσ :导体 A两端的温度差为 1℃时所产生的温差电动势. 总效应 ),( 0TTEAB )()(),( 00 TeTeTTE ABABAB −= [主导作用] ),(),( 00 TTeTTe BA +− 实用定律 � 同一种均质导体同一种均质导体同一种均质导体同一种均质导体组成闭合回路不产生热电势 � 热电势产生条件产生条件产生条件产生条件:两不同金属,两接点温度不同 � 热电势大小和电极粗细、长短无关无关无关无关. � 中间导体中间导体中间导体中间导体定则: 接入中间导体后，只要中间导中间导中间导中间导 体两端温度相同体两端温度相同体两端温度相同体两端温度相同，对热电偶回路总热电势没有 影响. ),(),(),( 322131 TTETTETTE ABABAB += 温度补偿 � 参比端恒温法参比端恒温法参比端恒温法参比端恒温法. (冰点槽) 参比端恒为 0 ℃ � 参比端温度测量计算法参比端温度测量计算法参比端温度测量计算法参比端温度测量计算法: 测量参比端温度 0T . 补偿 )0,(),()0,( 00 TETTETE ABABAB += . � 补偿导线补偿导线补偿导线补偿导线: 引入与材料 A,B 同样特性的材料同样特性的材料同样特性的材料同样特性的材料 A’, B’(补偿导线), ),(),( 02''02 TTETTE BAAB = 则 ),(),(),( 022101 TTETTETTE ABABAB += 注: 补偿导线不能够消不能够消不能够消不能够消除参比端温度的影响. 自动补偿-热电组电桥法. 温度补偿 一般取 I =0.5mA 自动补偿 不能不能不能不能完全 消除冷端 温度变化 的影响 因为热电 偶是非线 性的. 而热电组 是线性的. � 补偿电桥法补偿电桥法补偿电桥法补偿电桥法: 通过热敏电阻补偿 0点 50 ),( IRIRtteU CM −+= , otherRR >>= 21 热敏 )1()( 050 tRtRCM ⋅+= α ,在 C°0 时桥平衡 平衡平衡平衡平衡要求要求要求要求 )0,( 005 tetIR =⋅α , 则有 )0,(teU = 计算 5R : 给定 0t 的波动区间 0t∆ ,-> 查表得 e∆ 则 05 tIRe ∆=∆ α ,则 )1()( 050 tRtRCM ⋅+= α 串/并联 � 串联串联串联串联: 热电堆 ( 0NUU =Σ 增加灵敏度) � 并联并联并联并联: 得到热电势平均值. � 热电组(RTD): 金属导体电阻阻值随温度变化而变化. 特点 稳定性高、互换性好、准确度高、高灵敏度、无 需参比温度. 测温原理 )1(0 tRRt α+= , 正温度系数正温度系数正温度系数正温度系数 0>α 桥式测量 实际问题 1.引线电阻的影响：引线也有阻值，且随环境温 度变化，影响可达 10％甚至 50％. 2.响应速 度慢； 3.自热问题：热电阻测量需外加电源， 电流流过热电阻使其发热从而改变阻值 接线方式 � 2线制：受引线电阻影响严重 � 3线制：基本可以消除引线电阻影响 � 4线制：可以完全消除引线电阻影响 [例例例例]: 两线制接线分析两线制接线分析两线制接线分析两线制接线分析. (PPT_Temp-P69) 已知: 上半桥 Ω== 35043 RR , 下半桥(加补偿) Ω= 3711R 引线 C°25 时 Ω== 5.100rRlead , 变化 Trr ∆×=∆ 0α 电源 VE 10= , 热电阻变化范围 Ω= 5.353~3502R 解: 1>. 当室温为 C°25 时. 输出 OV 的零点( Ω= 3502R ) 0 2 2 35041 1 302 02 2 =      + − ++ + = =R OZ RR R RrR rR EV 同理输出 OV 的最大值 == )5.353( 2RVOM 23.45mV 2>.当室温为 C°35 时, Ω=∆+= 904.100 rrRlead , 则 零点漂移 mVVOZ 44.5'= ,最值漂移 mVVOM 83.28'= 则零点漂移零点漂移零点漂移零点漂移比比比比 %23/)'( 00 =−= OMZZZ VVVη 量量量量程漂移比程漂移比程漂移比程漂移比 %26.0/])''[( 0 −=−−= OMOMZOMM VVVVη [例例例例]: 三线制接线分析三线制接线分析三线制接线分析三线制接线分析. (PPT_Temp-P72) 解: 输出公式改变:       + − ++ + = 41 1 302 02 2 2 )( RR R RrR rR ERVO � 热敏电阻(Thermistor): 金属氧化物或半导体材料制成 特点 廉价、高灵敏度、阻值高(kΩto100 kΩ，可忽略 引线电阻带来的影响)、响应速度快(小物理尺 寸)、与温度呈非线性非线性非线性非线性关系。 测温原理 )11( 0 0TTeRR − = β , 负温度系数负温度系数负温度系数负温度系数 0< � 集成温度传感器 测温原理 利用半导体器件温度特性，晶体管基极—发射极 的正向压降 BEV 随温度T 升高而降低. C BE I A q kTVV ln0 −= 多个时, 要求工艺相同 当多个并联时, 有 N q kTVVV NBEBE ln=−=∆ 2I (注意) RCM 热敏 R5 t0 t 输出 U I I [例例例例]: 分析“BROKAW CELL”工作原理 ( PPT_Temp-P82) 解: R2上取得 )ln(N q kTVBE =∆ , 运放保证 21 II = � 非接触式非接触式非接触式非接触式测温: (辐射换热) @黑体黑体黑体黑体: 自然界中所有物体对辐射都有吸收、透射或反射的能 力，如果某一物体在任何温度下，均能全部吸收辐射到它上面 的任何辐射能量，则称此物体为绝对黑体. @绝对黑体在任何温度下都能全部吸收辐射到其表面的全部 辐射能；同时它在任何一个温度上向外辐射的辐射出射度(简 称辐出度)亦最大；其它物体的辐出度总小于绝对黑体. @全辐射系数全辐射系数全辐射系数全辐射系数 )(Tε : 在温度 T 下某一物体在全波长范围的积积积积 分辐射出射度分辐射出射度分辐射出射度分辐射出射度M(T)与绝对黑体在全波长范围的积分幅射出射绝对黑体在全波长范围的积分幅射出射绝对黑体在全波长范围的积分幅射出射绝对黑体在全波长范围的积分幅射出射 度度度度Mo(T)之比. @光谱光谱光谱光谱(单色单色单色单色)辐射度辐射度辐射度辐射度 ),( Tλε : 在温度 T 和某个波长 λ 下物体 在此波长的光谱幅射出射度光谱幅射出射度光谱幅射出射度光谱幅射出射度与黑体在此波长的光谱幅射出射黑体在此波长的光谱幅射出射黑体在此波长的光谱幅射出射黑体在此波长的光谱幅射出射 度度度度之比. @幅射系数幅射系数幅射系数幅射系数ε : 1=++ γβε , 反射系数β , 透射系数γ . @普朗克定律普朗克定律普朗克定律普朗克定律: 黑体的单色辐射强度与波长及温度的关系. )1( 2 5 1 − = T co e c E λ λ λ , 单位 )( 12 −− ⋅⋅ mmW µ , 1c , 2c 为常数. 维恩维恩维恩维恩(长波长长波长长波长长波长) T co e c E λ λ λ 2 1 5 1 ≈ , 瑞利金斯瑞利金斯瑞利金斯瑞利金斯(短短短短) 4 2 1 λλ c Tc E o ≈ @黑体的全辐射定律黑体的全辐射定律黑体的全辐射定律黑体的全辐射定律: 4 0 TdEE oo σλλ == ∫ ∞ , )( 2−⋅ mW @对于一般物体对于一般物体对于一般物体对于一般物体:(ε 灰度) 有 λλλ ε oEE = , 全辐射 oEE ε= @表观温度表观温度表观温度表观温度: 辐射测温仪表在使用前都用黑体炉（模拟黑体） 来进行标定，其示值按黑体温度进行刻度。而实际使用时被测 物体通常均不为黑体，仪表显示的温度称为表观温度，应根据 被测物体的黑度系数将其转化为实际温度. � 光学高温计(维恩): λε λ 1ln11 2cTTL =− � 比色温度计: RT 物体比色温度. )11( ),( ),(ln 11 21 2 2 1 λλ λε λε − =− c T T TT R � 辐射温度计( 4TE εσ= ): pT 表观温度, 则 4 1εPTT = [例例例例]: 用全辐射法测量某金属温度，在假设其全辐射系数为 0.82的条件下得知被测温度为 1050°C，现由其他方法得知其 真实全辐射系数为 0.75,求其真实温度( 4TE εσ= ,1352 °C) [例例例例]: 已知日地平均距离为 1.5×108km,太阳常数（指平均日地 距离时，地球表面垂直于太阳辐射的单位表面积上所接受的太 阳辐射能）为 1353W/m2，太阳半径为 6.96 ×108 m ，求太 阳表面温度。( 22 4/4 rRE pipi× , 5770 °K) � 压力 p测量: 压力单位换算表 Pa bar kgfcm-2 atm mmH2O mmHg Pa 1 10-5 10-5 10-5 0.102 0.0075 bar 105 1 1.02 0.97 10.2 750 kgf/cm2 ~105 0.98 1 0.97 10.00 735.6 atm 101.3 1.01 1.033 1 10.33 760 mmH2O 9.8 10 -4 0.0001 10-4 1 0.074 mmHg 133.3 10-3 0.0014 10-3 13.595 1 @压力表示方法压力表示方法压力表示方法压力表示方法: 表压力表压力表压力表压力: 压力测量仪表中的敏感元件通常处 于大气中，所测压力为绝对压力与大气压的差，称为表压. 真真真真空度空度空度空度: 当绝对压力小于大气压时，表压为负值，其绝 对值为真空度. 标准大气压标准大气压标准大气压标准大气压：把 0°C 时，水银比重 13.5951 克/厘米 3，重力加速度 980.665厘米/秒 2,北纬 45度海 面的大气压定义为 1个标准大气压. 绝对压力绝对压力绝对压力绝对压力: 被测介质作用 于容器表面积的全部压力，以绝对真空作为基准所表示的压力 @压力测量: a.重力平衡法 a1.液柱式压力计 xρ 为被测气体密度. 0ρ 为便准液密度. 特点 被测压力和一定高度的液体产生的重力相平衡，简 单、直观、价格低廉、信号不易远传. U型管 0ρρ 喷嘴 > 文丘利管. 原理        = +=+ 44 22 2 2 22 2 11 2 2 2 2 2 1 1 1 d u D u upup piρpiρ ρρ , 设 ρρρ == 21 得 )(2 )/(1 1 214 2 2 pp Dd u − − = ρ 有 22 AuqV = , Vm qq ρ= ,其中 222 4 dA pi= 修正 � 实际采用某种取压方式所得到的压差 p∆ 来代 替 21 pp − 的值. 孔板开孔直径d 代替 2d . 记 4 2 )/(1 1 Dd− =α , 有 pAqV ∆= ρ α 2 ( A为板孔开孔面积) pAqm ∆= ρα 2 � 对于可压缩流体, 引入流束膨胀系数 ε修正 VV qq ε=' , mm qq ε=' 强调 测量非线性 pqV ∆∝ 安装 @直管段要求：节流件前后要求有一段足够长的直 管段，通常取节流件前 10D，节流件后 5D； @取压方式： b.差压式 -- b2. V-Cone流量计 特点 差压信号稳定，管道内不容易堵塞 由于应用中出现事故, 现较少使用 b.差压式 -- b3. 转子流量计 计算 由通用公式 pAqV ∆= ρ α 2 , α 流量系数 且 gVpA fff )( ρρ −=∆ , (下标 f 表浮子) 有 f ff V A gV Aq ρ ρρ α )(2 − = , ( fA 浮子截面积) A浮子（转子）与锥形管间的环形流通面积 强调 转子流量计是一种非通用性仪表，出厂时其刻度在 工业标准状态下以空气以空气以空气以空气/水标定水标定水标定水标定流量的仪表. 实际使用时若被测介质不是水或空气，则流量计的 指示值与实际流量值之间存在差别，必须对流量指 示值进行修正,修正方法: ( 'ρ 表示被测对象密度) 气体 ' ' ρ ρ VV qq = , 液体 ')( )'( ' ρρρ ρρρ − − = f f VV qq 安装 只能纵向安装. [例例例例] 出厂时以水标定的测量液体流量用转子流量计，当 实际用于测量酒精( ρ <水)流量时，其实际流量比刻 度指示值大, 即读数偏小 b.差压式流量计 -- b3其他流量计 其他 弯管流量计 (外高压 P1, 内低压 P2), 靶式流量计 c.明渠流流量测量 (明渠: 非满管状态流动的水路) 分类 堰法, 测流槽法, 流速-水位计算法, 电磁流量计法 原理 流量与水位高度水位高度水位高度水位高度成函数关系 )(hQQ = 对高度积分 ∫∫ == h dyydyvvdAQ 0 )()( . gvyhgvh Top 20)(20 22 ++−=++ 得 gyyv 2)( = d.速度式 -- d1.涡轮流量计涡轮流量计涡轮流量计涡轮流量计 原理 在—定范围内，涡轮的转速与流体的平均流速成正 比，通过磁电转换装置将涡轮转速变成电脉冲信 号，从而推导出被测流体的流量 Ruu s ωθ == tan 涡轮转速 R u n pi θ pi ω 2 tan 2 == 频率 nZf = , Z 为涡轮齿数 流量 ξθ pi ff Z RA uAqV === tan 2 , [ξ 仪表常数仪表常数仪表常数仪表常数] d.速度式 -- d2.涡街流量计 原理 @在均匀流动的流体中,垂直地插入一个柱体,称为 漩涡发生体，则在该漩涡发生体两侧会产生旋转方 向相反、交替出现的漩涡，并随着流体流动，在下 游形成两列不对称的漩涡列，称之为“卡门涡街” @涡街频率 f 与流体流速u有关:常数 u fmdSt = 计算 k f D d St fdDAuqV =      −== 25.11 4 2pi 其中 d为漩涡发生体的特征尺寸. [ k仪仪仪仪表常数表常数表常数表常数] d.速度式 -- d3.电磁流量计 原理 当被测导电流体在磁场中沿垂直于磁力线方向流 动而切割磁力线时，在对称安装在流通管道两侧的 电极上将产生感应电势，此电势与流速成正比 计算 k EE B D uDqV === 44 1 2 pipi , 其中 B磁感应强度 D管道内径, u流体平均流速, E感应电势 d.速度式 -- d4.超声流量计 原理 由于流体流动的影响，2束超声波传播速度不同， 通过测量他们间的时间差、频率差、相位差等可以 推出流体平均流速进而得知流体流量 H h y d 时差法 =∆t 12 tt − uc L t + =1 : 按顺流方向，超声波到达接收器时间 uc L t − =2 : 按逆流方向，超声波到达接收器时间 所以 L tc u 2 2∆ ≈ , 缺点缺点缺点缺点:声速c受流体温度粘度影响 频差法 1 1 1 t f = , 2 2 1 t f = , L ufff 221 =−=∆ , f L u ∆= 2 相差法 tft ∆=∆=−=∆ piωφφφ 212 , φpi ∆= fL c u 4 2 e.直接法 -- e1.科氏力流量计 原理 利用流体在振动管中流动而产生与质量流量成正 比的科里奥利力的原理来直接测量质量流量质量流量质量流量质量流量. 计算 测时差 t r K q Sm ∆= 28 , 其中 L r u r t p ω θθ 2sin2 ==∆ SK 为震动管弹性模量, ω为驱动震动的角速度. e.直接法 -- e2.热式质量流量计 原理 根据传热规律: 功率守恒 计算 测温差 Tc Pq p m ∆ = , pc 定压比热容, T∆ 温差 f.间接式质量流量计 -- f1.节流式流量计 + 密度计 原理 2 VVm qqq ρρρ ⋅== f.间接式质量流量计 -- f2.体积流量计 + 密度计 原理 Vm qq ρ= f.间接式质量流量计 -- f3.体积流量计 + 体积流量计 原理 VVVm qqqq / 2ρρ == [例例例例]: 明渠流流量测量 , V型明渠. 由 gvyhgvh Top 20)(20 22 ++−=++ , 且顶端 0=Topv 得 gyyv 2)( = . 又有 ϑtan)(2 yhdydA −×= , 则 ∫∫∫ −=−== hh dyyhgydyyhyvvdAQ 00 tan)(22tan)(2)( ϑϑ h h yhygdyyhyg 0 2 5 2 3 2 3 0 2 1 5 2 3 2 tan2tan22       −=−= ∫ ϑϑ     −⋅= 5 2 3 2 tan22 2 5 hg ϑ 2 5 tan2 15 8 hg ⋅= ϑ (此结论有待同志们认证…) @附加内容: 备注: 连续多于 1个的问号表示有疑问，可搜索问号定位 表明‘[例例例例]’ 为例题或思考题，

答案

八年级地理上册填图题岩土工程勘察试题省略号的作用及举例应急救援安全知识车间5s试题及答案

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