1.1 检测技术及仪表的地位与作用

1.1.1 检测仪表的地位与作用

1、检测的定义

• 门捷列也夫：检测是认识自然界的主要手段
• 西门子：检测就是去认识
• 从信息论角度：检测就是信息获取

检测是人们借助专门工具，对研究对象进行检验和测量，取得定性信息和定量信息的过程。

---

• 检测过程：信息提取、信号转换、存储、传输、显示记录与分析处理。
• 检测技术：研究如何获取被测参数信息的门学科，涉及众多学科，随这些学科的发展而发展。
• 检测仪表：专门用于“测试”或“检测”的仪表。

---

• 检测与测量的关系：
  测量：确定被测对象量值；
  检测：可能是确定量值，也可以是判定被测参数的“有”或“无”，也可以是一种预报、故障分析；
  所以，检测是意义更为广泛的测量。

2、检测仪表的地位与作用

3、检测方法

• 按检测过程分类：
  1. 直接测量：利用测量仪器，直接读取被测量的测量结果。
  2. 间接测量：已知被测量与其他几个量有确定的函数关系，可以分别测出其他几个量,再利用函数关系求出被测量。
• 根据传感器是否与被测对象接触分类：
  1. 接触式测量：将仪表的敏感元件与被测对象相接触。
  2. 非接触式测量：非接触式检测法的敏感元件与被测对象之间无机械接触。多用于高速运动或环境恶劣场合检测。
• 按被测对象的变化特点分类：
  1. 静态测量：被测量不随时间变化或变化缓慢，测比较稳定的量值。
  2. 动态测量：被测量随时间变化，测变化过程。

1.2 传感器概述

1.2.1 传感器的基本概念

1、传感器（transducer）的定义

能够把特定的被测量信息（如物理量﹑化学量、生物量等）按一定规律转换成某种可用信号输出的器件或装置。

• 传感器需要满足两点要求：
  (1)对被测变量一定要敏感。
  (2)输出响应必须是易于传送的物理量。

---

传感器功用：感受被测信息,并传送出去。

2、传感器的组成

1、敏感元件（sensor）

也称检测元件，能够灵敏地感受被测变量并作出响应的元件。例：铂电阻 、弹性膜盒。
+ 对敏感元件的要求：
敏感元件对所测变量的响应足够灵敏
敏感元件不受或少受环境因素的影响

总之，敏感元件的输出响应最好是单值的取决于被测输入变量。即：敏感元件的输出响应与输入变量最好是线性关系。

2、转换元件

转换元件又称为变换元件，是将敏感元件的输出量转换成电信号的部分。一般情况下，不直接感受被测量。如应变式压力传感器中的应变片就是转换元件，作用是将弹性膜片的变形转换成电阻值的变化。

• 注意：并不是所有的传感器都含有敏感元件和转换元件。如压电传感器、热电偶、热电阻、光电器件等。

3、信号调理与转换电路

信号调理与转换电路也称为二次仪表，将转换元件输出的电信号放大，转变成易于处理、显示和记录的信号。

4、电源

电源的作用是为传感器提供能源。需要外部接电源的称为无源传感器；不需要外部接电源的称为有源传感器。

3、传感器的地位和作用

(1) 在人类对自然界认识中的作用和地位
感知自然的重要手段
无论在日常生活中还是在工程、医学、科学实验中，几乎人类在认识和改造自然的各个环节都离不开检测技术的应用。
各种各样的测量仪表就仿佛象人们的眼睛、嗅觉、味觉、触觉等一些感官一样在不断的帮助人们认识和感知世界。
可以说在当今世界没有检测技术和仪表的存在,人类和社会就很难发展和生存。
检测技术及仪表的发展与科学技术的发展相互推进。
检测技术的发展程度决定了一个国家的科技水平，或者说检测技术和仪表的状况代表了一个国家现代科技水平的高低。
仪表工业作为一种新兴的工业，其发展的历史不太长，在国际上是上世纪初才发展起来的。我国的仪表工业形成较晚，可以说是上世纪50年代末才形成的。
仪表工业，特别是自动化仪表工业是随着工业现代化的发展而发展的。
它与国民经济密切相关，是提高产量、保证质量的必要手段。对此人们已有越来越深刻的认识，世界上许多国家，特别是经济发达国家都把发展仪表工业放在重要位置。

1.2.2 传感器的分类和命名法

• 传感器是否需要提供外部电源分类：
  (1) 有源传感器
  (2) 无源传感器
• 被测参数进行分类：
  温度传感器、压力传感器、流量传感器、位移传感器、速度传感器等。
• 输出信号的类型进行分类：
  (1) 模拟式传感器
  (2) 数字式传感器
• 据传感器的工作原理进行分类 ：
  (1) 电阻式传感器（被测对象的变化引起了电阻的变化）
  (2) 电感式传感器（被测对象的变化引起了电感的变化）
  (3) 电容式传感器（被测对象的变化引起了电容的变化）
  等。
• 传感器的基本效应分类：
  (1) 物理传感器
  (2)化学传感器

物理传感器是把被测量的一种物理量转化成为便于处理的另一种物理量的元器件或装置。
如：光电式传感器、压电式传感器、压阻式传感器、电磁式传感器、热电式传感器等。
化学传感器是将各种化学物质的特性（如气体、离子、电解质浓度、空气湿度等）的变化定性或定量地转换成电信号。
如气敏、湿敏和电化学传感器。

1.3 检测仪表概述

1.3.1 检测仪表的基本组成

传感器：把被测非电量转换成电量
测量电路：对该电量进行测量
显示装置：显示测量结果
仪表电路=测量电路+显示装置
检测仪表=传感器+仪表电路
电量测量技术=仪表共性技术

1.3.2 常规检测仪表的基本类型

1、普通模拟式检测仪表

2、普通数字式检测仪表

(a)模数转换式――A/D转换器把直流电压转换成数字

(b)脉冲计数式――计数器对传感器脉冲进行计数

3、智能仪表

略