传感器原理及工程应用第11章 传感器在工程检测中的应用

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11.1 温度测量
11.2 压力测量
11.3 流量测量
11.4 物位测量
11.5 机械量测量
11.6 变送器
第11 章 传感器在工程检测中的应用
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第11 章 传感器在工程监测中的应
用
在工业生产过程及工程检测中 , 为了对各种工业参
数（如压力、温度、流量、物位、位移等）进行检测与控制 ,
首先要把这些参数转换成便于传送的信息 , 这就要用到各
种传感器 , 把传感器与其它装置组合起来 , 组成一个检测系
统或调节系统 , 完成对工业参数的检测与控制。
考虑到系统中传感器与其它装置的兼容性与互换性 , 它们之
间是用标准信号进行传输的 , 这些标准信号都是符合国际标
准的信号 , 例如直流电流为 4~20 mA 、直流电压为 1~5 V 、
压力信号为 20~100 kPa, 以前也曾以直流电流 0~10 mA 作为
通用的标准信号。
对一般输出为非标准信号的传感器 , 需把传感器的
输出信号通过变送器（或变送器功能模块电路）变换成标准
信号 , 有了统一的信号形式和数值范围 , 无论是仪表还是计
算机 , 只要有同样的输入电路或接口 , 就可以从各种变送器
获得被测变量的信息 , 而且便于组成检测系统或调节系统。
在工业自动化仪表中 , 有些变送器既有信号检测
又有变送 , 如后面要介绍的压力（差压）变送器、 一体化
温度变送器等 , 这些变送器也可以认为是输出标准信号的传
感器。
下 面将着重介绍工程检测中应用的传感器及变送
器。
11.1 温度测量
一、 温度概述
1 ． 温度与温标
温度是工业生产和科学实验中一个非常重要的参数。
物体的许多物理现象和化学性质都与温度有关。许多生产过
程都是在一定的温度范围内进行的 , 需要测量温度和控制温
度。 随着科学技术的发展 , 对温度的测量越来越普遍 , 而且
对温度测量的准确度也有更高的要求。
温度是表征物体冷热程度的物理量。温度不能直接加
以测量 , 只能借助于冷热不同的物体之间的热交换 , 以及物
体的某些物理性质随着冷热程度不同而变化的特性间接测量。
为了定量地描述温度的高低 , 必须建立温度标尺 ,
即温标。 温标就是温度的数值表示。各种温度计和温度传
感器的温度数值均由温标确定。历史上提出过多种温标 , 如
早期的经验温标（摄氏温标和华氏温标） , 理论上的热力学
温标 , 当前世界通用的国际温标。热力学温标确定的温度数
值为热力学温度（符号为 T）, 单位为开尔文（符号为 K）,
1 K 等于水三相点热力学温度的 。
热力学温度是国际上公认的最基本温度 , 国际温标
最终以它为准而不断完善。我国目前实行的是 1990 年国际
温标（ ITS-90 ）, 它同时定义国际开尔文温度（符号 ITS-9
0）和国际摄氏温度（ t90 ）, T90 和t90 之间的关系为
16.273
1
15.273
9090
k
T
c
t
在实际应用中 , 一般直接用 T和t代替 T90 和t90。
2． 温度测量的主要方法和分类
(1) 温度传感器的组成在工程中无论是简单的还是复杂
的测温传感器 , 就测量系统的功能而言, 通常由现场的感
温元件和控制室的显示装置两部分组成 , 如图 11 - 1 所示。
简单的温度传感器往往是温度传感器和显示组成一体的 ,
一般在现场使用。
(2) 温度测量方法及分类测量方法按感温元件是否与被
测介质接触, 可以分成接触式与非接触式两大类。
接触式测温方法是使温度敏感元件和被测温度对
象相接触, 当被测温度与感温元件达到热平衡时 , 温度敏感
元件与被测温度对象的温度相等。这类温度传感器具有结构
简单， 工作可靠，精度高，稳定性好，价格低廉等优点。
这类测温方法的温度传感器主要有 : 基于物体受热体积膨胀
性质的膨胀式温度传感器，基于导体或半导体电阻值随温度
变化的电阻式温度传感器， 基于热电效应的热电偶温度传
感器。
非接触式测温方法是应用物体的热辐射能量随温
度的变化而变化的原理。物体辐射能量的大小与温度有关 ,
并且以电磁波形式向四周辐射 , 当选择合适的接收检测装置
时, 便可测得被测对象发出的热辐射能量并且转换成可测量
和显示的各种信号 , 实现温度的测量。这类测温方法的温度
传感器主要有光电高温传感器、红外辐射温度传感器、光纤
高温传感器等。非接触式温度传感器理论上不存在热接触式
温度传感器的测量滞后和在温度范围上的限制, 可测高温、
腐蚀、 有毒、 运动物体及固体、 液体表面的温度 , 不干
扰被测温度场, 但精度较低, 使用不太方便。
二、 膨胀式温度传感器
根据液体、 固体、 气体受热时产生热膨胀的原
理, 这类温度传感器有液体膨胀式、 固体膨胀式和气体膨
胀式。
1． 液体膨胀式
在有刻度的细玻璃管里充入液体（称为工作液,
如水银、 酒精等）构成液体膨胀式温度计。常用的有水银
玻璃温度计和电接点式温度计 , 这种温度计远不能算传感器 ,
它只能就地指示温度。
摘要：

11.1温度测量11.2压力测量11.3流量测量11.4物位测量11.5机械量测量11.6变送器第11章传感器在工程检测中的应用返回主目录第11章传感器在工程监测中的应用在工业生产过程及工程检测中,为了对各种工业参数（如压力、温度、流量、物位、位移等）进行检测与控制,首先要把这些参数转换成便于传送的信息,这就要用到各种传感器,把传感器与其它装置组合起来,组成一个检测系统或调节系统,完成对工业参数的检测与控制。考虑到系统中传感器与其它装置的兼容性与互换性,它们之间是用标准信号进行传输的,这些标准信号都是符合国际标准的信号,例如直流电流为4~20mA、直流电压为1~5V、压力信号为20...

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