数据采集系统培训课件PPT(共87页)
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(1)信号变换：将传感器输出的电参数转变成电压 或电流。
(2)放大：把微弱的电压或电流信号进行放大，在 某些场合还需要进行信号的隔离。
(3)滤波：滤除干扰信号。
(4)线性化：被测物理量与电信号之间往往呈现非线 性关系，通过线性化电路，使电信号与物理量之间 变成近似线性关系。
(5)标准化：为了方便地实现仪表的互换性、信号的 远距离传送和提高信号的抗干扰能力，一般把电信 号最终转换成标准的4~20 mA的直流电流信号。
电流互感器接线方式：
（a）测单相电流； （b）测三相电流； （c）测三相三线制的三相电流；
使用注意事项：
（1）电压互感器的次级线圈不许短路，否则次 级会出现很大的短路电流，故其初级和次级都要接 短路保护熔断器(保险丝)。电流互感器的次级线圈 不许开路，也不能装熔断器。否则当次级突然开路 时，会在线圈中感应出很高的电压，损坏电流互感 器的绝缘，并危及操作人员的安全。
电压互感器
电流互感器
测压原理： 互感器的额定初级电压U1(或电流I1)与额定次级电
压U2(或电流I2)之比，叫互感器的额定变压比Ku(或额 定变流比Ki)
Ku
U1 U2
Байду номын сангаасN1 N2
U1
N1 N2
U2
Ki
I1 I2
N2 N1
I1
N2 N1
I2
电压互感器接线方式：
v
（a）测单相电压； （b）用单相互感器测三相相电压； （c）用单相互感器测三相线电压； （d）用三相互感器测三相相电压.
（2）互感器的次级线圈、铁心及外壳都要可靠 接地，以确保人身和设备安全。
（3）除特殊设计的可逆互感器外，一般互感器 不许反方向使用(即不能将初级与次级互换)。
10.2.3 温度传感器
接触式测量：热电阻、热电偶和半导体传感器等。 非接触式测量：以辐射式测温为主，有光学高温计 和辐射高温计等。
1．热电偶温度传感器 (1) 测温原理—热电效应 两种不同的导体两端相互紧密地连接在一起，组
③能够实现传送线的断线自检。
通常变送器的电源线和输出信号线共用两根线， 称为二线制变送器。在实际应用中，往往把传感器 和变送器做在一起，称为一体化二线制仪表。
二线制温度变送器如下图
3．数据采集和控制系统
• 模数转换器 ADC • 数模转换器 DAC • 采样保持器 • 模拟开关 • 。。。。。。
被 测 物 理 量 为 量 程 的 下 限 ： I=4 mA ， 上 限 ： I=20mA，在量程范围内，被测物理量与电流则呈 线性关系。
如某压力变送器，量程为0~1.6 MPa，当变送器输 出4 mA电流时，压力为0 MPa，输出20 mA时压力为 1.6 MPa，当输出电流为10 mA时，压力为
电工电子学(下)
第10章 数据采集系统
中国石油大学(华东)信息与控制工程学院 电工电子学教学中心
此课件及“海南风光”封面属清华大学唐庆玉创作，如发现剽窃，必究法律责任！
此课件及“海南风光”封面属清华大学唐张庆玉勇创作，如发现剽窃，必究法律责任！
此此课课件件及及““海海南南风风光光””封封面面属属清清华华大大学学唐唐庆庆玉玉创创作作，，如如发发现现剽剽窃窃，，必必究究法法律律责责任任！！
第10章数据采集系统
10.1 典型的测控系统概述 10.2 传感器 10.3 信号测量与变换电路 10.4 滤波器 10.5 多路模拟开关 10.6 采样保持器 10.7 数模变换器 10.8 模数变换器 10.9 计算机数据采集系统简介
10.1典型的测控系统概述
• 传感器 • 变送器 • 数据采集和控制系统
10.2 传感器
10.2.1 电压与电流的检测 小电压检测： 串联电阻分压的方法 小电流检测：并联电阻分流的方法 高电压(几百伏以上)检测：电压互感器 大电流(几十安培以上)检测：电流互感器 互感器优点： (1)一个互感器可同时接入几种仪表。例如电流表和功率 表的电流线圈或电压表和功率表的电压线圈等。 (2)降低了功率损耗。 (3)保障工作人员的安全。 (4)仪表制造标准化。将工程测量中仪表量限统一设计为 5 A或100 V。
1．互感器的结构和原理
互感器实际上是一个铁心变压器，铁心上绕有两个或多个绕 组(特殊情况只有一个)，接待测电压或电流的绕组称为初级绕组， 接测量仪表的绕组称为次级绕组。
电压互感器一般相当于一个降压变压器，其初级绕组额定电 压通常采用不同的电压等级，而次级线圈额定电压都定为100V，
电流互感器相当于一个电流变换器，其额定次级电流一般为 5A（有的为1A）。其初级绕组匝数较少，甚至可能是几匝或一 匝，所以初级线圈使用一根直线表示。
1．传感器
直接感受被测物理量，并把其转换成与被测物理量有一定函 数关系的电压、电流或其它物理量(如电阻、电容、电感)。
传感器的分类:
电量传感器 电压互感器、电流互感器等
非电量传感器 热电式(如热电偶等)、光电式、电容式(如电容 式差压传感器等)、电感式等
2．变送器 将传感器的输出信号变化转换成标准的电信号。
P=(10-4)/(20-4)*1.6=0.6 Mpa
4～20 mA的电流信号传送输出具有以下优点：
① 输出电流与负载电阻无关，适用于远距离传
输 。 使 用 250Ω(0.1 级 ) 的 I ／ U 变 换 电 阻 ， 可 将 4 ～ 20
mA的电流信号变换为1～5 V的直流电压信号。
②可以同时串接几个指示测量仪表，而不会影响 测量精度。
合成一个闭合回路。当两接点温度不等(T>T0)时，回 路中就会产生电动势，从而形成电流，这一现象称为 热电效应，该电动势称为热电动势。把上述两种不同导
体的组合称为热电偶。
自由端或 冷端
工作端或 热端
热电偶可分为：铂铑10—铂、铂铑30—铂铑6 、 镍铬—镍硅、镍铬—铜镍等型号
分度表：热电势与温度对应关系的表格
它是在冷端温度为0℃的条件下得到的。不同热 电偶具有不同的分度表，根据热电偶产生的热电 势和分度表即可得知其温度值。热电势与温度的 关系为非线性。
(2) 中间导体定则
如果在热电偶回路中接入第三种金属材料, 只要 该材料与热电偶的两个接点的温度相同, 则热电 偶所产生的热电动势将保持不变，即不受第三种 金属接入回路中的影响。
(2)放大：把微弱的电压或电流信号进行放大，在 某些场合还需要进行信号的隔离。
(3)滤波：滤除干扰信号。
(4)线性化：被测物理量与电信号之间往往呈现非线 性关系，通过线性化电路，使电信号与物理量之间 变成近似线性关系。
(5)标准化：为了方便地实现仪表的互换性、信号的 远距离传送和提高信号的抗干扰能力，一般把电信 号最终转换成标准的4~20 mA的直流电流信号。
电流互感器接线方式：
（a）测单相电流； （b）测三相电流； （c）测三相三线制的三相电流；
使用注意事项：
（1）电压互感器的次级线圈不许短路，否则次 级会出现很大的短路电流，故其初级和次级都要接 短路保护熔断器(保险丝)。电流互感器的次级线圈 不许开路，也不能装熔断器。否则当次级突然开路 时，会在线圈中感应出很高的电压，损坏电流互感 器的绝缘，并危及操作人员的安全。
电压互感器
电流互感器
测压原理： 互感器的额定初级电压U1(或电流I1)与额定次级电
压U2(或电流I2)之比，叫互感器的额定变压比Ku(或额 定变流比Ki)
Ku
U1 U2
Байду номын сангаасN1 N2
U1
N1 N2
U2
Ki
I1 I2
N2 N1
I1
N2 N1
I2
电压互感器接线方式：
v
（a）测单相电压； （b）用单相互感器测三相相电压； （c）用单相互感器测三相线电压； （d）用三相互感器测三相相电压.
（2）互感器的次级线圈、铁心及外壳都要可靠 接地，以确保人身和设备安全。
（3）除特殊设计的可逆互感器外，一般互感器 不许反方向使用(即不能将初级与次级互换)。
10.2.3 温度传感器
接触式测量：热电阻、热电偶和半导体传感器等。 非接触式测量：以辐射式测温为主，有光学高温计 和辐射高温计等。
1．热电偶温度传感器 (1) 测温原理—热电效应 两种不同的导体两端相互紧密地连接在一起，组
③能够实现传送线的断线自检。
通常变送器的电源线和输出信号线共用两根线， 称为二线制变送器。在实际应用中，往往把传感器 和变送器做在一起，称为一体化二线制仪表。
二线制温度变送器如下图
3．数据采集和控制系统
• 模数转换器 ADC • 数模转换器 DAC • 采样保持器 • 模拟开关 • 。。。。。。
被 测 物 理 量 为 量 程 的 下 限 ： I=4 mA ， 上 限 ： I=20mA，在量程范围内，被测物理量与电流则呈 线性关系。
如某压力变送器，量程为0~1.6 MPa，当变送器输 出4 mA电流时，压力为0 MPa，输出20 mA时压力为 1.6 MPa，当输出电流为10 mA时，压力为
电工电子学(下)
第10章 数据采集系统
中国石油大学(华东)信息与控制工程学院 电工电子学教学中心
此课件及“海南风光”封面属清华大学唐庆玉创作，如发现剽窃，必究法律责任！
此课件及“海南风光”封面属清华大学唐张庆玉勇创作，如发现剽窃，必究法律责任！
此此课课件件及及““海海南南风风光光””封封面面属属清清华华大大学学唐唐庆庆玉玉创创作作，，如如发发现现剽剽窃窃，，必必究究法法律律责责任任！！
第10章数据采集系统
10.1 典型的测控系统概述 10.2 传感器 10.3 信号测量与变换电路 10.4 滤波器 10.5 多路模拟开关 10.6 采样保持器 10.7 数模变换器 10.8 模数变换器 10.9 计算机数据采集系统简介
10.1典型的测控系统概述
• 传感器 • 变送器 • 数据采集和控制系统
10.2 传感器
10.2.1 电压与电流的检测 小电压检测： 串联电阻分压的方法 小电流检测：并联电阻分流的方法 高电压(几百伏以上)检测：电压互感器 大电流(几十安培以上)检测：电流互感器 互感器优点： (1)一个互感器可同时接入几种仪表。例如电流表和功率 表的电流线圈或电压表和功率表的电压线圈等。 (2)降低了功率损耗。 (3)保障工作人员的安全。 (4)仪表制造标准化。将工程测量中仪表量限统一设计为 5 A或100 V。
1．互感器的结构和原理
互感器实际上是一个铁心变压器，铁心上绕有两个或多个绕 组(特殊情况只有一个)，接待测电压或电流的绕组称为初级绕组， 接测量仪表的绕组称为次级绕组。
电压互感器一般相当于一个降压变压器，其初级绕组额定电 压通常采用不同的电压等级，而次级线圈额定电压都定为100V，
电流互感器相当于一个电流变换器，其额定次级电流一般为 5A（有的为1A）。其初级绕组匝数较少，甚至可能是几匝或一 匝，所以初级线圈使用一根直线表示。
1．传感器
直接感受被测物理量，并把其转换成与被测物理量有一定函 数关系的电压、电流或其它物理量(如电阻、电容、电感)。
传感器的分类:
电量传感器 电压互感器、电流互感器等
非电量传感器 热电式(如热电偶等)、光电式、电容式(如电容 式差压传感器等)、电感式等
2．变送器 将传感器的输出信号变化转换成标准的电信号。
P=(10-4)/(20-4)*1.6=0.6 Mpa
4～20 mA的电流信号传送输出具有以下优点：
① 输出电流与负载电阻无关，适用于远距离传
输 。 使 用 250Ω(0.1 级 ) 的 I ／ U 变 换 电 阻 ， 可 将 4 ～ 20
mA的电流信号变换为1～5 V的直流电压信号。
②可以同时串接几个指示测量仪表，而不会影响 测量精度。
合成一个闭合回路。当两接点温度不等(T>T0)时，回 路中就会产生电动势，从而形成电流，这一现象称为 热电效应，该电动势称为热电动势。把上述两种不同导
体的组合称为热电偶。
自由端或 冷端
工作端或 热端
热电偶可分为：铂铑10—铂、铂铑30—铂铑6 、 镍铬—镍硅、镍铬—铜镍等型号
分度表：热电势与温度对应关系的表格
它是在冷端温度为0℃的条件下得到的。不同热 电偶具有不同的分度表，根据热电偶产生的热电 势和分度表即可得知其温度值。热电势与温度的 关系为非线性。
(2) 中间导体定则
如果在热电偶回路中接入第三种金属材料, 只要 该材料与热电偶的两个接点的温度相同, 则热电 偶所产生的热电动势将保持不变，即不受第三种 金属接入回路中的影响。