第8章信號測量與調理

1、此課件及“海南風光”封面屬清華大學唐慶玉創(chuàng)作，如發(fā)現剽竊，必究法律責任！此課件及“海南風光”封面屬清華大學唐慶玉創(chuàng)作，如發(fā)現剽竊，必究法律責任！此課件及“海南風光”封面屬清華大學唐慶玉創(chuàng)作，如發(fā)現剽竊，必究法律責任！此課件及“海南風光”封面屬清華大學唐慶玉創(chuàng)作，如發(fā)現剽竊，必究法律責任！海南風光8.1 概述概述 第第8章章 信號的測量與調理信號的測量與調理8.2 電量的檢測電量的檢測 8.5 濾波器濾波器 8.3 非電量的檢測非電量的檢測 8.4 信號測量電路信號測量電路 8.1 8.1 概述概述 在工業(yè)生產中，經常要測量很多物理量：在工業(yè)生產中，經常要測量很多物理量： 電量信號電量信號：電壓

2、、電流、功率、頻率：電壓、電流、功率、頻率 非電量信號非電量信號：壓力、溫度、流量、物位：壓力、溫度、流量、物位 本章將重點介紹高電壓、大電流、功率和本章將重點介紹高電壓、大電流、功率和頻率等電量的測量方法和溫度、壓力、物位頻率等電量的測量方法和溫度、壓力、物位等非電量的電氣式測量方法。等非電量的電氣式測量方法。測量儀表或測量系統(tǒng)組成框圖測量儀表或測量系統(tǒng)組成框圖1 1傳感器傳感器 直接感受被測物理量，并把其轉換成與被測物理量有一定函直接感受被測物理量，并把其轉換成與被測物理量有一定函數關系的電壓、電流或其它物理量數關系的電壓、電流或其它物理量(如電阻、電容、電感如電阻、電容、電感)。 傳感器

3、的種類很多，電量傳感器有電壓互感器、電流互感器傳感器的種類很多，電量傳感器有電壓互感器、電流互感器等，非電量傳感器有熱電式等，非電量傳感器有熱電式(如熱電偶等如熱電偶等)、電容式、電容式(如電容式差如電容式差壓傳感器等壓傳感器等)、電感式、光電式等、電感式、光電式等2 2變送器變送器將傳感器的輸出信號變化轉換成標準的電信號。將傳感器的輸出信號變化轉換成標準的電信號。(1)信號變換信號變換：將傳感器輸出的電參數轉變成電壓或電流。：將傳感器輸出的電參數轉變成電壓或電流。(2)放大放大：把微弱的電壓或電流信號進行放大，在某些場：把微弱的電壓或電流信號進行放大，在某些場合還需要進行信號的隔離。合還需要

4、進行信號的隔離。(3)濾波濾波：濾除干擾信號。：濾除干擾信號。(4)線性化線性化：被測物理量與電信號之間往往呈現非線性關：被測物理量與電信號之間往往呈現非線性關系，通過線性化電路，使電信號與物理量之間變成近似線系，通過線性化電路，使電信號與物理量之間變成近似線性關系。性關系。(5)標準化標準化：為了方便地實現儀表的互換性、信號的遠距：為了方便地實現儀表的互換性、信號的遠距離傳送和提高信號的抗干擾能力，一般把電信號最終轉換離傳送和提高信號的抗干擾能力，一般把電信號最終轉換成標準的成標準的420 mA的直流電流信號的直流電流信號 被測物理量為量程的下限：被測物理量為量程的下限：I=4 mA，上限：

5、，上限： I=20mA在量程范圍內，被測物理量與電流則呈線性關系。在量程范圍內，被測物理量與電流則呈線性關系。 如某壓力變送器，量程為如某壓力變送器，量程為01.6 MPa，當變送器輸，當變送器輸出出4 mA電流時，壓力為電流時，壓力為0 MPa，輸出，輸出20 mA時壓力為時壓力為1.6 MPa，當輸出電流為，當輸出電流為10 mA時，壓力為時，壓力為 P=(10-4)/(20-4)*1.6=0.6 Mpa 420 mA的電流信號傳送輸出具有以下優(yōu)點：的電流信號傳送輸出具有以下優(yōu)點： 輸出電流與負載電阻無關，適用于遠距離傳輸出電流與負載電阻無關，適用于遠距離傳輸。使用輸。使用250(0.1級

6、級)的的IU變換電阻，可將變換電阻，可將420 mA的電流信號變換為的電流信號變換為15 V的直流電壓信號。的直流電壓信號。 可以同時串接幾個指示測量儀表，而不會影響可以同時串接幾個指示測量儀表，而不會影響測量精度。測量精度。 能夠實現傳送線的斷線自檢。能夠實現傳送線的斷線自檢。 I=4+kP ( mA) 通常變送器的電源線和輸出信號線共用兩根線，通常變送器的電源線和輸出信號線共用兩根線，稱為稱為二線制變送器二線制變送器。在實際應用中，往往把傳感器。在實際應用中，往往把傳感器和變送器做在一起，稱為和變送器做在一起，稱為一體化二線制儀表一體化二線制儀表。 二線制溫度變送器如下圖二線制溫度變送器如

7、下圖3顯示儀表和微機采集系統(tǒng)顯示儀表和微機采集系統(tǒng) 變送器的輸出信號可以送給顯示儀表進行就地顯變送器的輸出信號可以送給顯示儀表進行就地顯示或遠程顯示，或送給微機采集系統(tǒng)進行信號處理、示或遠程顯示，或送給微機采集系統(tǒng)進行信號處理、控制、屏幕顯示、報警、存儲等操作，有時也同時控制、屏幕顯示、報警、存儲等操作，有時也同時送給顯示儀表和微機采集系統(tǒng)。顯示儀表有指針式、送給顯示儀表和微機采集系統(tǒng)。顯示儀表有指針式、光柱式、數字式等。光柱式、數字式等。8.2 8.2 電量的檢測電量的檢測8.2.1 電壓與電流的檢測電壓與電流的檢測 小電壓檢測：小電壓檢測： 串聯電阻分壓的方法串聯電阻分壓的方法 小電流檢測

8、：并聯電阻分流的方法小電流檢測：并聯電阻分流的方法 高電壓高電壓(幾百伏以上幾百伏以上)檢測：檢測：電壓互感器電壓互感器 大電流大電流(幾十安培以上幾十安培以上)檢測：檢測：電流互感器電流互感器 (1)一個互感器可同時接入幾種儀表。例如電流表和功率一個互感器可同時接入幾種儀表。例如電流表和功率表的電流線圈或電壓表和功率表的電壓線圈等。表的電流線圈或電壓表和功率表的電壓線圈等。 (2)降低了功率損耗。降低了功率損耗。 (3)保障工作人員的安全。保障工作人員的安全。 (4)儀表制造標準化。將工程測量中儀表量限統(tǒng)一設計為儀表制造標準化。將工程測量中儀表量限統(tǒng)一設計為5 A或或100 V。 1互感器的

9、結構和原理互感器的結構和原理 互感器實際上是一個鐵心變壓器，鐵心上繞有兩個或多個繞互感器實際上是一個鐵心變壓器，鐵心上繞有兩個或多個繞組組(特殊情況只有一個特殊情況只有一個)，接待測電壓或電流的繞組稱為，接待測電壓或電流的繞組稱為初級繞組初級繞組，接測量儀表的繞組稱為接測量儀表的繞組稱為次級繞組次級繞組。 電壓互感器一般相當于一個降壓變壓器，其初級繞組額定電電壓互感器一般相當于一個降壓變壓器，其初級繞組額定電壓通常采用不同的電壓等級，而次級線圈額定電壓都定為壓通常采用不同的電壓等級，而次級線圈額定電壓都定為100V， 電流互感器相當于一個電流變換器，其額定次級電流一般為電流互感器相當于一個電流

10、變換器，其額定次級電流一般為5 A或或1 A。其初級繞組匝數較少，甚至可能是幾匝或一匝，所以。其初級繞組匝數較少，甚至可能是幾匝或一匝，所以初級線圈使用一根直線表示。初級線圈使用一根直線表示。測壓原理：測壓原理： 互感器的額定初級電壓互感器的額定初級電壓U1(或電流或電流I1)與額定次級電與額定次級電壓壓U2(或電流或電流I2)之比，叫互感器的之比，叫互感器的額定變壓比額定變壓比K Ku u(或或額額定變流比定變流比K Ki i)2121NNUUKu1221NNIIKi2211UNNU 2121INNI （a）測單相電壓；）測單相電壓； （b）用單相互感器測三相相電壓；）用單相互感器測三相相電

11、壓；（c）用單相互感器測三相線電壓；）用單相互感器測三相線電壓； （c）用三相互感器）用三相互感器測三相相電壓；測三相相電壓；電壓互感器接線方式：電壓互感器接線方式：v（a）測單相電流；）測單相電流； （b）測三相電流；）測三相電流；（c）測三相三線制的三相電流；）測三相三線制的三相電流； 電流互感器接線方式：電流互感器接線方式：使用注意事項：使用注意事項： （1）電壓互感器的次級線圈不許短路，否則次）電壓互感器的次級線圈不許短路，否則次級會出現很大的短路電流，故其初級和次級都要接級會出現很大的短路電流，故其初級和次級都要接短路保護熔斷器短路保護熔斷器(保險絲保險絲)。電流互感器的次級線圈。電

12、流互感器的次級線圈不許開路，也不能裝熔斷器。否則當次級突然開路不許開路，也不能裝熔斷器。否則當次級突然開路時，會在線圈中感應出很高的電壓，損壞電流互感時，會在線圈中感應出很高的電壓，損壞電流互感器的絕緣，并危及操作人員的安全。器的絕緣，并危及操作人員的安全。 （2）互感器的次級線圈、鐵心及外殼都要可靠）互感器的次級線圈、鐵心及外殼都要可靠接地，以確保人身和設備安全。接地，以確保人身和設備安全。 （3）除特殊設計的可逆互感器外，一般互感器）除特殊設計的可逆互感器外，一般互感器不許反方向使用不許反方向使用(即不能將初級與次級互換即不能將初級與次級互換)。8.2.2 三相交流電路功率的檢測三相交流電

13、路功率的檢測 1. 功率測量原理功率測量原理cos3llIU P=3UPIPcos= 2. 智能電量變送器智能電量變送器 智能電量變送器將電壓、電流、功率變送器的智能電量變送器將電壓、電流、功率變送器的接線及功能集于一體，采用高性能微處理器，綜合接線及功能集于一體，采用高性能微處理器，綜合運用數字信號處理技術、數據通信技術、自動控制運用數字信號處理技術、數據通信技術、自動控制技術、高速數據采集技術、集成技術、貼片安裝工技術、高速數據采集技術、集成技術、貼片安裝工藝等一系列先進技術和工藝，通過對三相電壓和三藝等一系列先進技術和工藝，通過對三相電壓和三相電流進行高速采樣、數據處理和實時計算，可以相

14、電流進行高速采樣、數據處理和實時計算，可以得到各種交、直流電量參數。智能電量變送器尤其得到各種交、直流電量參數。智能電量變送器尤其適用于電壓、電流波形畸變的電量檢測。適用于電壓、電流波形畸變的電量檢測。8.2.3 頻率的檢測頻率的檢測 1. 數字頻率計原理數字頻率計原理TNfX通常把通常把T選為選為1 ms，10 ms，0.1 s，l s，10 s等。等。當當T1 s時，若計數時，若計數N100000，則，則fx=100000 Hz，顯示，顯示100.000 kHz；若；若T= =0.1 s，則計數值必減少為，則計數值必減少為N 10000，則，則顯示顯示100.00 kHz。 TfNNNx1

15、1計數控制計數控制 2. 數字頻率計測周期原理數字頻率計測周期原理 當用測頻法測量低頻信號時，測量的相對誤差會當用測頻法測量低頻信號時，測量的相對誤差會明顯上升。為了提高測量低頻時的準確度，減少測量明顯上升。為了提高測量低頻時的準確度，減少測量誤差的影響，可改測周期誤差的影響，可改測周期Tx，然后計算，然后計算fx1Tx。與。與測頻相反，改為在圖中的測頻相反，改為在圖中的C端加標準的高頻信號端加標準的高頻信號f0，其周期其周期T01f0，在，在D端加周期為端加周期為Tx待測信號待測信號fx，即，即把被測信號與時基信號換位，則可構成測試周期把被測信號與時基信號換位，則可構成測試周期Tx的的電路，

16、門控信號由電路，門控信號由T變?yōu)樽優(yōu)門x。這樣在每一。這樣在每一Tx內，計數內，計數器計得的脈沖數為器計得的脈沖數為TxT0，若，若Tx10ms，T0ls，則，則從計數顯示器計得脈沖數為從計數顯示器計得脈沖數為l0000個，如以個，如以ms為單位，為單位，則從計數器顯示器上可讀得則從計數器顯示器上可讀得100000ms。顯然，。顯然，Tx愈大愈大(即被測頻率愈低即被測頻率愈低)，計數器所計脈沖數越多，測量誤，計數器所計脈沖數越多，測量誤差越小。差越小。8.3 8.3 非電量的檢測非電量的檢測傳感器傳感器非電量非電量電參數電參數8.3.1 溫度的檢測溫度的檢測接觸式測量：接觸式測量：熱電阻、熱電

17、偶和半導體傳感器等。熱電阻、熱電偶和半導體傳感器等。非接觸式測量：非接觸式測量：以輻射式測溫為主，有光學高溫計以輻射式測溫為主，有光學高溫計和輻射高溫計等。和輻射高溫計等。1 1熱電偶溫度傳感器熱電偶溫度傳感器 (1) 熱電效應熱電效應 兩種不同的導體兩端相互緊密地連接在一起，組兩種不同的導體兩端相互緊密地連接在一起，組合成一個閉合回路。當兩接點溫度不等合成一個閉合回路。當兩接點溫度不等(TT0)時，回時，回路中就會產生電動勢，從而形成電流，這一現象稱為路中就會產生電動勢，從而形成電流，這一現象稱為熱電效應熱電效應，該電動勢稱為，該電動勢稱為熱電動勢熱電動勢。把上述兩種不同導把上述兩種不同導體

18、的組合稱為體的組合稱為熱電偶熱電偶。自由端或冷端工作端或熱端 熱電偶可分為：鉑銠熱電偶可分為：鉑銠1010鉑、鉑銠鉑、鉑銠3030鉑銠鉑銠6 6 、鎳鉻鎳鉻鎳硅、鎳鉻鎳硅、鎳鉻銅鎳等型號銅鎳等型號 分度表：分度表：熱電勢與溫度對應關系的表格熱電勢與溫度對應關系的表格 它是在冷端溫度為它是在冷端溫度為00的條件下得到的。不同熱的條件下得到的。不同熱電偶具有不同的分度表，根據熱電偶產生的熱電勢電偶具有不同的分度表，根據熱電偶產生的熱電勢和分度表即可得知其溫度值。熱電勢與溫度的關系和分度表即可得知其溫度值。熱電勢與溫度的關系為非線性。為非線性。 (2) (2) 中間導體定則中間導體定則 在熱電偶回路

19、中，可以接入連接導線、測試在熱電偶回路中，可以接入連接導線、測試儀表儀表( (如毫伏表、變送器如毫伏表、變送器) )等，只要保證這些中間等，只要保證這些中間導體各自兩端的溫度相同，則對熱電偶的熱電勢導體各自兩端的溫度相同，則對熱電偶的熱電勢沒有影響。沒有影響。(3) (3) 熱電偶冷端溫度的補償熱電偶冷端溫度的補償 因為分度表都是指冷端溫度因為分度表都是指冷端溫度00時的熱電勢，因此要時的熱電勢，因此要求熱電偶工作時，冷端溫度必須保持在求熱電偶工作時，冷端溫度必須保持在00，或進行冷，或進行冷端溫度補償，否則將要產生誤差。端溫度補償，否則將要產生誤差。 0 0恒溫法恒溫法 把熱電偶冷端放在環(huán)境

20、溫度為把熱電偶冷端放在環(huán)境溫度為00的容器里，此時熱的容器里，此時熱電偶的輸出準確地和分度表值一致。但這種理想方法只電偶的輸出準確地和分度表值一致。但這種理想方法只適用于實驗室中使用，工業(yè)中使用極為不便。適用于實驗室中使用，工業(yè)中使用極為不便。 電路補償電路補償 一般的熱電偶溫度變送器都采用電路進行冷端溫度一般的熱電偶溫度變送器都采用電路進行冷端溫度補償，使得熱電偶的輸出相當于冷端始終處保持在補償，使得熱電偶的輸出相當于冷端始終處保持在00。 計算修正法計算修正法 將多支熱電偶的冷端集中在一起，用其它方式將多支熱電偶的冷端集中在一起，用其它方式( (如熱如熱電阻電阻) )測知其冷端溫度，再由每

21、支熱電偶的熱電勢通過測知其冷端溫度，再由每支熱電偶的熱電勢通過查表和計算得出其熱端溫度。查表和計算得出其熱端溫度。 例如，用鎳鉻例如，用鎳鉻鎳硅熱電偶測某介質的溫度，測得鎳硅熱電偶測某介質的溫度，測得熱電勢為熱電勢為33.29 mV33.29 mV，冷端溫度，冷端溫度3030。由分度表查得。由分度表查得3030時的熱電勢為時的熱電勢為1.20 mV1.20 mV，故冷端溫度為，故冷端溫度為00時的熱電勢應時的熱電勢應為為33.29+1.2033.29+1.2034.49 mV34.49 mV。再據此電勢查分度表得溫度。再據此電勢查分度表得溫度為為829.6829.6，此值即為真實溫度值。，此值

22、即為真實溫度值。 補償導線的應用補償導線的應用 熱電偶的熱電偶的補償導線補償導線又稱又稱延伸導線延伸導線，它是一種廉價，它是一種廉價導線，在一定的溫度范圍內，其熱電特性與其相應的導線，在一定的溫度范圍內，其熱電特性與其相應的熱電偶熱電特性十分相近。它的用途是把熱電偶的冷熱電偶熱電特性十分相近。它的用途是把熱電偶的冷端延伸出去，遠離熱端，并與冷端補償器、變送器、端延伸出去，遠離熱端，并與冷端補償器、變送器、顯示儀表等連接起來構成測溫回路，同時不會由于引顯示儀表等連接起來構成測溫回路，同時不會由于引入該導線使工作熱電偶帶來附加誤差。入該導線使工作熱電偶帶來附加誤差。 2 2熱電阻溫度傳感器熱電阻溫

23、度傳感器 熱電阻溫度計是基于金屬導體或半導體的電阻值與熱電阻溫度計是基于金屬導體或半導體的電阻值與溫度呈一定函數關系的原理實現溫度測量的。實驗證明，溫度呈一定函數關系的原理實現溫度測量的。實驗證明，大多數金屬導體當溫度上升大多數金屬導體當溫度上升11時，其電阻值均增大時，其電阻值均增大0.4% 0.4% 0.6%0.6%；而半導體當溫度上升；而半導體當溫度上升11時，其電阻值時，其電阻值則下降則下降3% 3% 6%6%。 工業(yè)上常用的熱電阻為鉑電阻和銅電阻。工業(yè)上常用的熱電阻為鉑電阻和銅電阻。 (1) (1) 鉑電阻鉑電阻 鉑電阻由純鉑電阻絲繞制而成，其使用溫度范圍鉑電阻由純鉑電阻絲繞制而成，

24、其使用溫度范圍為為-200-200 850850。優(yōu)點優(yōu)點：精度高、性能穩(wěn)定。：精度高、性能穩(wěn)定。缺點缺點：電阻溫度系數小，電阻與溫度呈非線性。電阻溫度系數小，電阻與溫度呈非線性。 一般工業(yè)上常用的鉑電阻，我國規(guī)定的分度號為一般工業(yè)上常用的鉑電阻，我國規(guī)定的分度號為Pt10Pt10和和Pt100Pt100。即。即00時：時：R R0 0=10=10和和R R0 0=100=100。 (2) (2) 銅電阻銅電阻 銅電阻一般用于銅電阻一般用于-50 -50 150150范圍的溫度測量。范圍的溫度測量。優(yōu)點優(yōu)點：電阻值與溫度之間基本為線性關系，電阻溫：電阻值與溫度之間基本為線性關系，電阻溫度系數大

25、，且材料易提純，價格便宜；度系數大，且材料易提純，價格便宜；缺點缺點：電阻：電阻率低，易氧化，所以在溫度不高、測溫元件體積無率低，易氧化，所以在溫度不高、測溫元件體積無特殊限制時，可以使用銅電阻溫度計。特殊限制時，可以使用銅電阻溫度計。我國工業(yè)用銅熱電阻的分度號分為我國工業(yè)用銅熱電阻的分度號分為Cu50Cu50和和Cu100Cu100兩種，兩種，其其R R0 0=50=50和和100100。 (3) (3) 熱電阻測溫線路熱電阻測溫線路 熱電阻溫度計主要由熱電阻傳感器、電阻測量橋熱電阻溫度計主要由熱電阻傳感器、電阻測量橋路、顯示儀表及連接導線所組成。為了消除導線電阻路、顯示儀表及連接導線所組成

26、。為了消除導線電阻對溫度測量的影響，一般為三線制接法。對溫度測量的影響，一般為三線制接法。(Rt+Rr)R2=(R1+Rr)R3rrrrtRRRRRRRRRRRRRR232312231)(若使若使R2=R3，Rt=R1，說明此種接法導線電阻說明此種接法導線電阻R Rr r對熱電阻對熱電阻的測量無影響。再以測量放大器、線性化電路和的測量無影響。再以測量放大器、線性化電路和U U/ /I I轉轉換電路代替微安表換電路代替微安表G G，就可以輸出與溫度成線性關系的，就可以輸出與溫度成線性關系的標準的標準的4 4 20 mA20 mA電流信號了。電流信號了。8.2.2 8.2.2 壓力的檢測壓力的檢測

27、 在工程技術中，為了不同測試目的，常使用以下在工程技術中，為了不同測試目的，常使用以下壓力名詞術語：壓力名詞術語：絕對壓力絕對壓力：從完全真空的零壓力起所測得的壓力。：從完全真空的零壓力起所測得的壓力。表壓力表壓力：以大氣壓作為零壓力起所測得的壓力。：以大氣壓作為零壓力起所測得的壓力。差壓差壓：兩個壓力之間的差值。：兩個壓力之間的差值。下面只介紹常用的電容式和應變片式壓力傳感器。下面只介紹常用的電容式和應變片式壓力傳感器。 1 1電容式壓力傳感器電容式壓力傳感器 (1) (1) 測量原理測量原理電容式壓力傳感器是將壓力的變化轉換為電容量的電容式壓力傳感器是將壓力的變化轉換為電容量的變化，電容量

28、的改變可以采用變間隙式和變面積式變化，電容量的改變可以采用變間隙式和變面積式兩種方法，一般采用變間隙式方法。兩種方法，一般采用變間隙式方法。)(LHHLHLPPKCCCCCHPHCLPL硅油硅油(2) (2) 差動脈沖寬度調制電路差動脈沖寬度調制電路2121112121211TTTTUUTTTUTTTUUUBAofUUURCT1111lnfUUURCT1122ln12121UCCCCUo-+- 2 2應變片式壓力傳感器應變片式壓力傳感器 (1) (1) 測量原理測量原理 應變片分金屬應變片和半導體應變片。應變片分金屬應變片和半導體應變片。 金屬電阻應變片測量應變的原理是基于其應變效應，金屬電阻

29、應變片測量應變的原理是基于其應變效應，即金屬材料在外界作用下即金屬材料在外界作用下( (如壓力等如壓力等) )產生產生機械變形機械變形時，時，其阻值將發(fā)生相應的變化。其阻值將發(fā)生相應的變化。 半導體應變片的工作原理是基于半導體應變片的工作原理是基于壓阻效應壓阻效應，即單晶，即單晶半導體材料沿某一軸向受到外力作用時，其電阻率半導體材料沿某一軸向受到外力作用時，其電阻率發(fā)生變化。所以半導體應變片式壓力傳感器又稱為壓發(fā)生變化。所以半導體應變片式壓力傳感器又稱為壓阻式壓力傳感器或硅傳感器，它在小量程時有很高的阻式壓力傳感器或硅傳感器，它在小量程時有很高的精度，靈敏度高，但溫度系數大，應變與電阻的關系精

30、度，靈敏度高，但溫度系數大，應變與電阻的關系曲線呈非線性。曲線呈非線性。 (2) (2) 測量電路測量電路 應變片式傳感器的測量電路有直流電橋、交流應變片式傳感器的測量電路有直流電橋、交流電橋和電阻電橋和電阻頻率頻率( (R R/ /F F) )轉換電路等，以下介紹直轉換電路等，以下介紹直流電橋中的差動電橋和四臂電橋。流電橋中的差動電橋和四臂電橋。ERRRRRRRRRUo)(434221122ERRUo1121 ERRUo11 8.3.38.3.3轉速的檢測轉速的檢測 測量轉速的方法有很多，使用得比較多的是光電測量轉速的方法有很多，使用得比較多的是光電式和霍爾式等。式和霍爾式等。 利用光電元件

31、產生正比于轉速的脈沖信號，可以利用光電元件產生正比于轉速的脈沖信號，可以實現非接觸測量。光電式測速傳感器常用透射式與反實現非接觸測量。光電式測速傳感器常用透射式與反射式兩種類型。透射式光電測速傳感器的原理圖射式兩種類型。透射式光電測速傳感器的原理圖 8.3.48.3.4物位的檢測物位的檢測 在工業(yè)生產過程中，常需要對一些設備和容器內的在工業(yè)生產過程中，常需要對一些設備和容器內的物位進行測量和控制，例如：氣體物位進行測量和控制，例如：氣體液體間的液位高度，液體間的液位高度，氣體氣體固體顆?；蚍勰?、液體固體顆粒或粉末、液體固體間的料位高度；液固體間的料位高度；液體體液體間的界面液體間的界面( (如

32、油水界面如油水界面) )高度的測量等，我們高度的測量等，我們統(tǒng)稱為物位的測量。統(tǒng)稱為物位的測量。 1 1差壓式液位儀表差壓式液位儀表 密閉容器內的液位可由液位起點與液面上部氣體的壓密閉容器內的液位可由液位起點與液面上部氣體的壓力差測得，稱為力差測得，稱為差壓式液位儀表差壓式液位儀表。敞口容器內的液位既。敞口容器內的液位既可采取這種減壓法，又可采取壓力法來測量?？刹扇∵@種減壓法，又可采取壓力法來測量。PH2tChh=H -h2 2超聲波物位測量超聲波物位測量 超聲波反射式液位計主要由發(fā)射、接收和計超聲波反射式液位計主要由發(fā)射、接收和計數數/ /顯示電路組成顯示電路組成 t0t1啟動CP停止CPt

33、=t1-t28.3.5 8.3.5 其他量的檢測其他量的檢測 1 1位移的檢測位移的檢測e=k x2 2扭矩的測量扭矩的測量8.4 信號測量電路信號測量電路 在自動控制和非電量測量等系統(tǒng)中，常用各種傳感在自動控制和非電量測量等系統(tǒng)中，常用各種傳感器將非電量器將非電量(如溫度、壓力、應變、流量等）的變化變如溫度、壓力、應變、流量等）的變化變換為電壓信號。但這種非電量的變化是緩慢的，電信換為電壓信號。但這種非電量的變化是緩慢的，電信號的變化量常常很?。ㄒ话阒挥袔缀练綆资练?，號的變化量常常很小（一般只有幾毫伏到幾十毫伏），所以要將電信號加以放大，有時還要將電壓變換為電所以要將電信號加以放大，有

34、時還要將電壓變換為電流信號。流信號。 8.4.1 8.4.1 測量放大器測量放大器 對放大電路要求：具有很高的共模抑制比及很高對放大電路要求：具有很高的共模抑制比及很高的輸入電阻和電壓放大倍數，以免對傳感器產生影響的輸入電阻和電壓放大倍數，以免對傳感器產生影響 若若R2=R3，R4=R5，R6=R7，則電壓放大倍數為，則電壓放大倍數為)21 (1246RRRRuuAiouf8.4.28.4.2程控測量放大器程控測量放大器PGAPGA 1 1程控測量放大器的作用程控測量放大器的作用 傳感器1u1 傳感器2u2 傳感器nun程控測量放大器模數轉換器對于不同的輸入信號可以提供不同的放大倍數對于不同的

35、輸入信號可以提供不同的放大倍數2 2程控測量放大器電路程控測量放大器電路3 3集成程控測量放大器電路集成程控測量放大器電路LH0084LH0084正常工作：正常工作：R2=R3R4=R5R6=R7S1S1S2S2S3S3S4S4手動連接也手動連接也可改變增益可改變增益R18.4.3 8.4.3 電壓電壓- -電流變換電路電流變換電路 變送器一般要將處理過的電壓信號轉換為統(tǒng)一的變送器一般要將處理過的電壓信號轉換為統(tǒng)一的4 420 mA20 mA標準電流信號，稱為標準電流信號，稱為U UI I變換。變換。U UI I變換可變換可以用運算放大器實現，也可以用專用集成電路實現。以用運算放大器實現，也可

36、以用專用集成電路實現。 傳感器與放大電路+IQI1E+-IoRLRFR2R1USI=IQ+I1=4+US/R1(1+RF/R2) 8.5 有源濾波器有源濾波器濾波電路的種類濾波電路的種類:按信號性質按信號性質: 模擬濾波器模擬濾波器和數字濾波器和數字濾波器按電路功能按電路功能: 低通濾波器低通濾波器高通濾波器高通濾波器帶通濾波器帶通濾波器帶阻濾波器帶阻濾波器按所用元件按所用元件: 無源濾波器和無源濾波器和有源濾波器有源濾波器8.5.1 概述概述按階數按階數: 一階一階,二階二階 高階高階 )j (Ui )j (Uo 傳遞函數：傳遞函數：ioioioUU)j (U)j (U)j (T ioUU)j (T 幅頻特性幅頻特性io)( 相頻特性相頻特性filter傳遞函數、幅頻特性傳遞函數、幅頻特性濾波器分類濾波器分類(按頻率特性進行分類按頻率特性進行分類)： ioUU ioUU ioUU ioUU低通低通高通高通帶通帶通帶阻帶阻RCR一階一階RC低通濾波器低通濾波器(無源無源)iU oU RC10 j1Rj1UUioRCj11 0j11 CC0j11)j (T 傳遞函數傳遞函數20)(11)j (T 幅頻特性幅頻特性20)(11)j (T ioUU0 10.707 0截止頻率截止頻率此電路的缺點：此電路的缺點：1、帶負