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1、5-3 机舱中常用的传感器机舱中常用的传感器 机舱常用的传感器机舱常用的传感器一、温度传感器一、温度传感器 较较低低温温度度场场合合用用热热电电阻阻或或热热敏敏电电阻阻式式（用用半半导导体体材材料料制制成成，具具有有负负的的电电阻阻温温度度系系数数），如如冷冷却却水水、滑滑油油温度、主轴承温度等。温度、主轴承温度等。较高温度较高温度场合场合热电偶式，如主机排气温度。热电偶式，如主机排气温度。1 1热电阻式温度传感器热电阻式温度传感器热电阻常由铜丝或铂丝用双线并绕在绝缘骨架上，再插入护热电阻常由铜丝或铂丝用双线并绕在绝缘骨架上，再插入护套内组成。其电阻与温度成正比（正的电阻温度系数）。套内组成。
2、其电阻与温度成正比（正的电阻温度系数）。铜热电阻铜热电阻测温范围测温范围-50-500 0C C+120+1200 0C C。铂热电阻铂热电阻测温范围测温范围-120-1200 0C C+800+8000 0C C （监视系统多用铂电阻）监视系统多用铂电阻）热电阻测温电桥热电阻测温电桥R Rt t：热电阻；热电阻；R R0 0：调零（调迁移）电位器调零（调迁移）电位器W W：调桥臂电流（调量程）电位器；调桥臂电流（调量程）电位器；R R1 1=R=R2 2为固定电阻（为固定电阻（R R1 1 R Rt t，R R2 2RR0 0）i i1 1=i=i2 2=i=i主要取决于主要取决于R R1
3、1、R R2 2的大小。的大小。设设R Rt t=起始电阻起始电阻R Rt0t0+随温度变化电阻随温度变化电阻RRt t，则输出电压：则输出电压：U Uabab=U=Ua a-U-Ub b=i R=i Rt t-i R-i R0 0=i(R=i(Rt0t0+R+Rt t)-iR)-iR0 0 当当t=0t=00 0C C时时，RRt t=0=0，则则R Rt t=R=R0 0，这这时时可可调调整整R R0 0使使U Uabab=0=0（调调零零）。如如果果起起始始温温度度为为T TL L，对对应应热热电电阻阻起起始始电电阻阻为为R RL L，可可调整调整R R0 0=R=RL L，同样可使同样
4、可使U Uabab=0=0，即将测温始点迁移到即将测温始点迁移到T TL L。当当温温度度在在T TL L的的基基础础上上升升时时，R Rt t增增大大RRt t，此此时时U Ua a,而而U Ub b不变，不变，U Uabab，即：即：U Uabab=U=Ua a-U-Ub b=i(R=i(Rt0t0+R+Rt t)-iR)-iR0 0=iR=iRt t 可可见见电电桥桥输输出出U Uabab与与热热电电阻阻随随测测量量温温度度而而变变化化的的阻阻值值RRt t成成正正比比，此此即即热热电电阻阻的的温温度度检检测测原原理理。其其量量程程可可由由W W改改变电流值来调整，即变电流值来调整，即t
5、=tt=tmaxmax时，使时，使U Uabab=U=Uabmaxabmax热电阻的温度修正热电阻的温度修正热电阻三线制接法热电阻三线制接法 热热电电阻阻插插入入需需检检测测的的监监视视点点，与与测测量量电电桥桥之之间间用用铜铜丝丝线线连连接接，铜铜丝丝线线的的阻阻值值也也会会随随温温度度而而变变化化，引引起起测测量量误误差差。实实际际测测量量电电桥桥中中采采用用热热电电阻阻“三三线线制制”连连接接法法来来实实现现环环境境温温度度的的补补偿偿，即即增增加加一一根根电电源源线线LC，将将热热电电阻阻的的两两根根导导线线La和和Lb分别接在测量桥臂和调零桥臂上分别接在测量桥臂和调零桥臂上 Uab=
6、Ua-Ub=i(Rt+Ra)-i(R0+Rb)=i(Rt-R0)+i(Ra-Rb)只只要要Ra恒恒等等于于Rb，则则Uab与与环环境境温温度度无无关关。要要求求La和和Lb用用同同样样材材料料，同同样样截截面面积积，同同样样长长度度以以及及同同一一路路径径，温温度度变变化时，化时，Ra和和Rb的变化量相等，两者相互抵消。的变化量相等，两者相互抵消。2 2热电偶式温度传感器热电偶式温度传感器 结结构构：由由两两种种导导电电率率不不同同的的金金属属导导体体或或半半导导体体材材料料焊焊接接而成，并插于护套内。而成，并插于护套内。原原理理：焊焊接接端端（热热端端）插插入入测测温温点点，与与导导线线连连
7、接接端端（冷冷端端）置置于于室室温温中中，当当冷冷热热两两温温度度不不同同时时，热热电电偶偶回回路路产产生生的的热热电电动动势势e e的的大大小小与与两两端端温温差差成成正正比比。若若冷冷端端温温度度保保持持不不变，则变，则e e与热端（测量温度）温度成正比。与热端（测量温度）温度成正比。冷冷端端补补偿偿电电桥桥：当当环环境境温温度度变变化化时时，冷冷端端温温度度会会变变化化，影响测量精度，用冷端补偿电桥解决。影响测量精度，用冷端补偿电桥解决。R R0 0、R R1 1、R R2 2是是阻阻值值恒恒定定的的锰锰铜铜丝丝电电阻阻。R Rt t是是用用于于温温度度补补偿偿的铜热电阻，当温度的铜热电
8、阻，当温度tRtRt tUUbcbc(同时同时e)e)，则则 U Uabab=e+U=e+Ucbcb 当当环环境境温温度度变变化化时时，只只要要e e的的减减少少量量与与U Ucbcb的的增增加加量量相相同同，则则U Uabab保持不变。保持不变。类型：铂铑类型：铂铑铂热电偶。铂热电偶。镍铬镍铬镍热电偶镍热电偶后者多用于机舱排烟温度测量。后者多用于机舱排烟温度测量。二、压力传感器二、压力传感器1电阻式压力传感器电阻式压力传感器 原原理理：压压力力信信号号经经弹弹簧簧管管变变化化位位移移信信号号，再再经经传传动动放放大大机机构构转转成成电电阻阻信信号号，经经测测量量电电桥桥变变成成电电压压信信号
9、号。若若测测量量压压力力 弹弹 簧簧 管管 变变 形形 位位 移移 扇扇 形形 齿齿 逆逆 转转 滑滑 针针 顺顺 转转Rf1,Rf2Ua,Ub不变不变Uab。由于弹簧管弹性敏感由于弹簧管弹性敏感元件存在弹性滞后效应，元件存在弹性滞后效应，因此这种传感器不适用因此这种传感器不适用于测量瞬时变化的动态于测量瞬时变化的动态压力，多用于测量压力压力，多用于测量压力2 2金属应变片式压力传感器金属应变片式压力传感器 R RP P金属应变片阻值。金属应变片阻值。R Rt t温度补偿电阻。温度补偿电阻。金金属属应应变变片片的的结结构构：铜铜镍镍或或镍镍铬铬合合金金绕绕成成栅栅状状，粘粘贴贴在在上上、下下两
10、两层层绝绝缘缘基基片片间间制制成成。使使用用时时，将将应应变变片片牢牢固固粘粘贴贴于于受受压容器上。压容器上。当测量压力为零时，调整测量电桥，使当测量压力为零时，调整测量电桥，使U Uabab=0=0。当当测测量量压压力力应应变变片片弯弯曲曲变变形形栅栅形形金金属属丝丝被被拉拉长长R RP PUUb b,U,Ua a不变不变U Uabab。由由于于R RP P的的阻阻值值会会随随温温度度而而变变，为为保保证证测测量量精精度度，设设有有一一温温度度补补偿偿电电阻阻R Rt t，R Rt t与与R RP P的的材材料料和和阻阻值值相相同同，当当温温度度，R RP PUUb b，R Rt tUUa
11、a，因因RRt t=R=RP P，故故UUb b=U=Ua a，保保持持U Uabab不变。不变。应变片式压力传感器可用于测量静态压力和动态压力应变片式压力传感器可用于测量静态压力和动态压力（3）电磁感应式压力传感器1 1变浮力式液位传感器变浮力式液位传感器 原原理理：液液位位信信号号经经浮浮筒筒浮浮力力信信号号经经差差动动变变压压器器交流电压信号交流电压信号经整流经整流直流电压信号。直流电压信号。差动变压器：差动变压器：组成：初级线圈组成：初级线圈+两个对称两个对称 的次级线圈的次级线圈+铁芯铁芯三、液位传感器三、液位传感器 基基本本原原理理：初初级级线线圈圈与与次次级级线线圈圈间间的的互互
12、感感系系数数随随铁铁芯芯的的位位置置移移动动而而变变化化。两两次次级级线线圈圈反反相相串串联联，当当铁铁芯芯在在中中间间时时，两两次次级级线线输输出出感感应应电电动动势势相相等等，U U0 0=U=U1 1-U-U2 2=0=0；若若铁铁芯芯偏偏离离中中间间位位置置向向上上移移动动时时，则则U U1 1UU2 2，U U0 0增增大大，位位移移越越大大，则则U U0 0越大。越大。当当测测量量液液位位处处于于下下限限值值时时，铁铁芯芯在在中中间间位位置置U U0 0=0=0，当当液液位位浮浮筒筒排排开开液液体体体体积积浮浮力力弹弹簧簧反反力力平平衡衡时铁芯上移量一定时铁芯上移量一定U U1 1
13、，U U2 2UU0 0 调平衡弹簧的圈数可改变液位测量的灵调平衡弹簧的圈数可改变液位测量的灵 敏度，圈数敏度，圈数灵敏度灵敏度。2吹气式液位传感器吹气式液位传感器减压阀减压阀差压变送器差压变送器节流阀节流阀安全阀安全阀浮子浮子流量流量计计切换阀切换阀导压管导压管减压阀减压阀1用来提供稳定的工作气压用来提供稳定的工作气压节流阀节流阀2调整吹气流量，保证导压管的微量气泡逸出调整吹气流量，保证导压管的微量气泡逸出浮子式流量计浮子式流量计6用来观察吹气流量用来观察吹气流量导压管导压管7将液体静压变换成气压后传递至差压变送器将液体静压变换成气压后传递至差压变送器切换阀切换阀3用来控制冲洗导压管，以免堵
14、塞用来控制冲洗导压管，以免堵塞安全阀安全阀4保证当有导压管堵塞等故障时，使输入至差保证当有导压管堵塞等故障时，使输入至差 变送器的气压不会超过其所能承受的压力变送器的气压不会超过其所能承受的压力差压变送器差压变送器5用来将导压管内的气压转换成用来将导压管内的气压转换成420mA的的 标准电流信号标准电流信号吹气式液位传感器基本原理吹气式液位传感器基本原理液体静压原理液体静压原理 即即当当导导压压管管排排气气口口有有微微量量气气泡泡逸逸出出时时，排排气气口口处处的的气气压压与与该该处处液液位位的的静静压压近近似似相相等等，将将液液位位高高低低变变成成气气压压信信号号，再由差压变送器变成标准电流信
15、号。再由差压变送器变成标准电流信号。保证测量准确性的条件：保持导压管内有微量气泡逸出保证测量准确性的条件：保持导压管内有微量气泡逸出。调调整整方方法法是是：当当测测量量液液位位处处于于上上限限值值时时，调调整整节节流流阀阀使使浮浮子子流流量量计计的的浮浮子子处处于于中中间间位位置置，且且导导压压管管排排出出口口有有微微量量气泡逸出。气泡逸出。注注意意：对对不不同同液液体体，其其密密度度不不同同，同同液液位位时时静静压压不不同同，故测量结果必须进行相对密度校正。故测量结果必须进行相对密度校正。船上应用：船上应用：用于测量压载舱水位用于测量压载舱水位四、流量传感器四、流量传感器容积式容积式用于检测
16、油和水的流量；用于检测油和水的流量；电磁式电磁式用于检测导电液体流量。用于检测导电液体流量。1 1容积式流量传感器容积式流量传感器 流流量量压压差差检检测测齿齿轮轮1 1转转速速永永久久磁磁铁铁3 3控控制制干干簧簧4 4继电器的通断频率继电器的通断频率输出电脉冲信号的频率输出电脉冲信号的频率。2 2电磁式流量传感器电磁式流量传感器 它它根根据据电电磁磁感感应应原原理理来来检检测测流流量量大大小小。测测量量管管道道置置于于一一对对磁磁极极之之间间，液液体体流流过过管管道道时时，因因切切割割磁磁力力线线在在两两电电极极上上产产生生感感应应电电动动势势，将将流流量量信信号号成成比比例例换换变变成成
17、感感应应电电动动势势大大小，感应电动势经检测放大后输出小，感应电动势经检测放大后输出4 4-20mA-20mA电流信号。电流信号。（3）差压式流量传感器五、转速传感器五、转速传感器 测速发电机测速发电机用于较低转速测量（如主机转速）用于较低转速测量（如主机转速）磁脉冲传感器磁脉冲传感器用于较高转速测量（如发电原动用于较高转速测量（如发电原动 机转速、增压器转速）机转速、增压器转速）1 1测速发电机测速发电机分直流和交流两种分直流和交流两种 直流测速发电机利用电磁感应原理使其输出的直流电直流测速发电机利用电磁感应原理使其输出的直流电压压U U与主机转速与主机转速n n成比例，即成比例，即U=kn
18、U=kn，U U的大小和极性反映主机的大小和极性反映主机转速的大小和转向。转速的大小和转向。当当测测速速信信号号作作为为电电子子调调速速器器的的转转速速反反馈馈信信号号或或作作为为转转速速逻逻辑辑鉴鉴别别信信号号时时，测测速速信信号号必必须须是是恒恒极极性性的的，故故必必须须经经过过整整流流把把倒倒车车时时的的负负电电压压信信号号转转换换成成正正电电压压信信号号，经经保保证证电电子调速器在正车或倒车时都是负反馈。子调速器在正车或倒车时都是负反馈。特特点点：电电路路简简单单，但但存存在在电电刷刷等等元元件件易易引引起起故故障障，新新型型船舶控制系统中多采用交流测速发电机。船舶控制系统中多采用交流
19、测速发电机。交流测速发电机输出的是交流电压，必须采用交流测速发电机输出的是交流电压，必须采用相敏整流相敏整流，其目的是判断主机的转向，使整流后的测速信号会随主机其目的是判断主机的转向，使整流后的测速信号会随主机转向而改变极性，在作为控制系统的转速反馈或转速逻辑转向而改变极性，在作为控制系统的转速反馈或转速逻辑鉴别信号时，仍需再次鉴别信号时，仍需再次整流整流使之在主机正反转时测速信号使之在主机正反转时测速信号极性不变。极性不变。2 2磁脉冲式测速装置磁脉冲式测速装置 属属非非接接触触式式传传感感元元件件，没没有有相相对对摩摩擦擦的的运运动动部部件件，使使用用寿命长，精度高。寿命长，精度高。在在主
20、主机机的的主主轴轴上上安安装装一一个个铁铁磁磁材材料料制制成成的的测测速速齿齿轮轮，磁磁脉脉冲冲探探头头对对准准齿齿轮轮的的齿齿顶顶固固定定，并并与与齿齿顶顶间间保保持持一一较较小小的的间间隙隙。当当主主机机带带动动齿齿轮轮转转动动时时，齿齿顶顶对对准准探探头头时时，间间隙隙小小，磁磁阻阻小小，探探头头线线圈圈的的磁磁通通量量较较强强；而而当当齿齿槽槽对对准准探探头头时时，间间隙隙增增大大，磁磁阻阻增增大大，探探头头线线圈圈中中的的磁磁通通量量较较弱弱。故故齿齿轮轮转转动动时时，齿齿顶顶与与齿齿槽槽相相继继对对准准磁磁探探头头，使使其其线线圈圈感感应应出出一一系列的脉动电势，磁脉冲探头产生的脉
21、冲频率可表示为：系列的脉动电势，磁脉冲探头产生的脉冲频率可表示为：磁脉冲测速原理磁脉冲测速原理 一一般般磁磁探探头头所所得得脉脉冲冲信信号号较较弱弱，其其波波形形也也不不理理想想，要要送送整整形形放放大大电电路路，使使其其成成为为同同频频率率的的幅幅值值较较大大的的矩矩形形波波，再再将将这这一一矩矩形形波波送送入入f-uf-u变变换换电电路路，将将它它变变换换成成与与矩矩形形波波频频率率成成正正比比的的直直流流电电压压信信号号来来表表示示主主机机的的转转速速，其其变变换换过过程程如下：如下：矩形波矩形波经微分电路变成同频率尖峰脉冲波经微分电路变成同频率尖峰脉冲波由单稳态由单稳态触触发发电电路路变变成成脉脉冲冲宽宽度度为为t tK K，周周期期为为T T，幅幅值值为为U Um m的的矩矩形形波波经滤波电路输出平均电压经滤波电路输出平均电压U Un n:这时这时U Un n与与f f成线性正比关系成线性正比关系