检测与转换技术课件：第三章 阻抗测量1,2
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传感器检查与转换技术(共76张PPT)
物体的性质和成分量： • 空气的湿度（绝对、相对）、气体的化学成分、
浓度、液体的粘度、浊度、透明度、物体的颜色 状态量： • 工作机械的运动状态（启停等）、生产设备的异
常状态（超温、过载、泄漏、变形、磨损、堵塞、 断裂等）
电工量（U、I、f、R、Z、E、B ……在电工、电子等
课程中讲授，大多数不属于本课程的范围。）
(2)动态误差。
第四十八页，共76页。
5．按使用条件分类
(1)基本误差。
(2)附加误差 。
6．按误差与被测量的关系分类
(1)定值误差。
(2)累积误差。
第三节 随机误差概率密度的正态分布
一、随机误差的实验结果——频率直方图
现在来研究一组无系统误差且无粗差的独立的等精度实验结果。所谓独立和等 精度测量，是指在相同条件下，对某量重复进行的独立测量。
第三页，共76页。
信息转换是将所提取的有用信息，根据下一单元需要，在幅值、功率及精度 等方面进行处理和转换。
信息处理的任务，视输出环节的需要，将变换后的电信号进行数字运算、A／D变 换等处理。
信息传输的任务是，在排除干扰的情况下经济地、准确无误地把信息进 行传递。
第四页，共76页。
检测（Detection）定义： 利用各种物理、化学效应，选择合 适的方法与装置，将生产、科研、生活 等各方面的有关信息通过检查与测量的 方法，赋予定性或定量结果的过程称为 检测技术。
模拟显示
的特点：
直观
第十三页，共76页。
光柱也属于模拟显光示柱显示
的特点：
一目了然
第十四页，共76页。
数字式仪表
数字式仪表的 特点： 准 确，但最后一 位经常跳动不 止。
热敏电阻
检测与转换第03章电量和电路参数的测量.ppt
上式表明，如果电流表的内阻RA越小于支路总电阻R，则方法误 差愈小。式中的负号表示接入电流表以后，被测电流变小了。
(二)测量电压的方法误差 当电压表未接入时，电阻R上的实际电压值为：
现接入内阻为RV的电压表，电压值变为：
由于电压表接入引起的方法误差为：
二、功率的直读测量 直流电路中负载吸收的电功率为： 因此，可以用间接测量法测出P，即分别测出U和I，然后算出
互感器是利用铁心变压器能够变压和变流的特性，把高电压变成低电 压，大电流变成小电流，因而可用普通低、中量程的仪表进行测量， 其明显的优点是：受频率的影响小；损耗小；可以实现多功能测量； 测量仪表可以标准化；安全可靠。
（一）测量用互感器的结构和工作原理 按照变压器的原理，当变压器为理想情况时，一、二次电压（Ｕl、
1．误差 实际互感器不是理想的，因而互感器的额定电压（电流）比与实 际值之间存在一定误差，这种误差叫做电压（电流）比误差，如用相 对误差表示，则称为比值差或比差。
设某电压互感器在一定工作条件下，二次电压实际值为Ｕ2，一次 电压的实际值为Ｕ1，而按额定电压比计算出的一次电压为：
则该电压互感器的比差为：
（二） 用伏安法测量电阻 用伏安法测量直流电阻为间接法。 电压表有两种接法：电压表前接法和电压表后接法。
（三）用替代法测量直流电阻 特代法属于比较测量法。
五、交流电路参数的直读测量 (一) 交流阻抗的测量
1．三表法
如果忽略仪表本身的损耗，即认为电压表读数U、电流表读数I、 功率表读数P，这时可写成：
Ｕ2）、电流（Ｉl、Ｉ2）间的关系为：
式中，Ｎl、Ｎ2为一次绕组、二次绕组的匝数。 电压互感器一般为降压变压器。
即：
KHU注明在铭牌上。KHU一般为500V／100V，750V／100V……。 电流互感器一般为“降流”变压器。
(二)测量电压的方法误差 当电压表未接入时，电阻R上的实际电压值为：
现接入内阻为RV的电压表，电压值变为：
由于电压表接入引起的方法误差为：
二、功率的直读测量 直流电路中负载吸收的电功率为： 因此，可以用间接测量法测出P，即分别测出U和I，然后算出
互感器是利用铁心变压器能够变压和变流的特性，把高电压变成低电 压，大电流变成小电流，因而可用普通低、中量程的仪表进行测量， 其明显的优点是：受频率的影响小；损耗小；可以实现多功能测量； 测量仪表可以标准化；安全可靠。
（一）测量用互感器的结构和工作原理 按照变压器的原理，当变压器为理想情况时，一、二次电压（Ｕl、
1．误差 实际互感器不是理想的，因而互感器的额定电压（电流）比与实 际值之间存在一定误差，这种误差叫做电压（电流）比误差，如用相 对误差表示，则称为比值差或比差。
设某电压互感器在一定工作条件下，二次电压实际值为Ｕ2，一次 电压的实际值为Ｕ1，而按额定电压比计算出的一次电压为：
则该电压互感器的比差为：
（二） 用伏安法测量电阻 用伏安法测量直流电阻为间接法。 电压表有两种接法：电压表前接法和电压表后接法。
（三）用替代法测量直流电阻 特代法属于比较测量法。
五、交流电路参数的直读测量 (一) 交流阻抗的测量
1．三表法
如果忽略仪表本身的损耗，即认为电压表读数U、电流表读数I、 功率表读数P，这时可写成：
Ｕ2）、电流（Ｉl、Ｉ2）间的关系为：
式中，Ｎl、Ｎ2为一次绕组、二次绕组的匝数。 电压互感器一般为降压变压器。
即：
KHU注明在铭牌上。KHU一般为500V／100V，750V／100V……。 电流互感器一般为“降流”变压器。
第三章 阻抗测量1,2
第3章 阻抗（电阻、电容、电感）测量 3、4 阻抗—数字转换法
• 1、电阻—数字转换 一、单斜积分法，适合高值电阻测量。
N Ub U a CRX U N TC
TC时标脉冲的周期
3、4 、2 电感、电容阻抗--数字转换法
•
电感器
U X U S rx L X jU S R R
电容器
U X U S RGX jU SRCX
R13 2 R9 总电压放大倍数， uf A (1 ) R11 Rw3
• 作业 56页 • 1题 • 4题（1档，即S与R5连接。） • 补充题 如图所示电路，初始状态R1=R2=R3=R4=1000Ώ, 如果电阻传感器R2阻值减少10%， 电阻传感器R3阻值增加20%，U=14V, 求输出电压UO是多少？
• 四臂二极管电容电压转换桥路
2(u U d )(CX C0 ) UO CX C0
四臂二极管电容电压转换原理 • CX是敏感电容，CO是参考电容，在激励 信号的前半周，电荷从B点通过VD2对CX 充电，同时也从A点经过VD3对CO充电， 在激励信号的后半周， CX上的电荷通过 VD1向A点放电，同时CO上的电荷也经VD4 向B点放电，当CX不等于CO时，导致A,B 两点直流电位一个升高，一个降低，电 容变化转化为输出电压变化。
U SM U0 COS 2 U SM 输入信号幅度
• 基准信号与阻抗—电压变换器输出信号 同相，输入相敏检波，得到阻抗电压的 实部， • 基准信号移相900作参考信号，输入相敏 检波器，得到阻抗电压的虚部。
电容电压转换
方波振荡信号 产生电路
四臂二极管桥路， 电容变化转换成 电压变化。
输出电压放大和调节
测量放大器
• 1、电阻—数字转换 一、单斜积分法，适合高值电阻测量。
N Ub U a CRX U N TC
TC时标脉冲的周期
3、4 、2 电感、电容阻抗--数字转换法
•
电感器
U X U S rx L X jU S R R
电容器
U X U S RGX jU SRCX
R13 2 R9 总电压放大倍数， uf A (1 ) R11 Rw3
• 作业 56页 • 1题 • 4题（1档，即S与R5连接。） • 补充题 如图所示电路，初始状态R1=R2=R3=R4=1000Ώ, 如果电阻传感器R2阻值减少10%， 电阻传感器R3阻值增加20%，U=14V, 求输出电压UO是多少？
• 四臂二极管电容电压转换桥路
2(u U d )(CX C0 ) UO CX C0
四臂二极管电容电压转换原理 • CX是敏感电容，CO是参考电容，在激励 信号的前半周，电荷从B点通过VD2对CX 充电，同时也从A点经过VD3对CO充电， 在激励信号的后半周， CX上的电荷通过 VD1向A点放电，同时CO上的电荷也经VD4 向B点放电，当CX不等于CO时，导致A,B 两点直流电位一个升高，一个降低，电 容变化转化为输出电压变化。
U SM U0 COS 2 U SM 输入信号幅度
• 基准信号与阻抗—电压变换器输出信号 同相，输入相敏检波，得到阻抗电压的 实部， • 基准信号移相900作参考信号，输入相敏 检波器，得到阻抗电压的虚部。
电容电压转换
方波振荡信号 产生电路
四臂二极管桥路， 电容变化转换成 电压变化。
输出电压放大和调节
测量放大器
阻抗测量专业知识讲座
第三部分基本电参量测量 电子测量原理 第3章 阻抗测量
3.1 引言 3.2 阻抗旳模拟测量法 3.3 阻抗旳数字测量法
2
第1页
3.1 引言
3.1.1集总参数元件特征表征
1. 阻抗定义及表达措施
电子测量原理
•
I
•
U
Z
阻抗定义图
•
Z
U
•
I
第2页
电子测量原理
阻抗两种坐标形式旳转换关系为：
+j
电 感
虚 轴
C
C R0
,
R0
L0
第5页
电子测量原理
C R0
➢ 电感器 理想电感
考虑导线损耗
考虑导线损耗 和分布电容
L
R0
L
R0
L
C0
电子测量原理
第6页
3.1.2 测试连接方式
电子测量原理
全部阻抗测试都涉及连接头旳问题.常用旳连接措 施有：
两端接线柱式
有极性旳同轴旳连接头 中性精密同轴连接头
三端连接头、四端连接头、五端连接头
ATT A/D
LC
Rr
放大器
振 荡
源电阻 HC
LP
Zx
电 流 电 压 缓冲器 转换器
本 振
器
00
900
积分器
Zx
Rr
Ux Us
-900
调制器
自动平衡电桥
功率放大器
HC-电流高端 LC-电流低端 Hp-电位高端 LP-电位低端
第29页
.
Z
U
.
x
R
jX
I
I Us Rs
,
Zx
Ux Us
3.1 引言 3.2 阻抗旳模拟测量法 3.3 阻抗旳数字测量法
2
第1页
3.1 引言
3.1.1集总参数元件特征表征
1. 阻抗定义及表达措施
电子测量原理
•
I
•
U
Z
阻抗定义图
•
Z
U
•
I
第2页
电子测量原理
阻抗两种坐标形式旳转换关系为：
+j
电 感
虚 轴
C
C R0
,
R0
L0
第5页
电子测量原理
C R0
➢ 电感器 理想电感
考虑导线损耗
考虑导线损耗 和分布电容
L
R0
L
R0
L
C0
电子测量原理
第6页
3.1.2 测试连接方式
电子测量原理
全部阻抗测试都涉及连接头旳问题.常用旳连接措 施有：
两端接线柱式
有极性旳同轴旳连接头 中性精密同轴连接头
三端连接头、四端连接头、五端连接头
ATT A/D
LC
Rr
放大器
振 荡
源电阻 HC
LP
Zx
电 流 电 压 缓冲器 转换器
本 振
器
00
900
积分器
Zx
Rr
Ux Us
-900
调制器
自动平衡电桥
功率放大器
HC-电流高端 LC-电流低端 Hp-电位高端 LP-电位低端
第29页
.
Z
U
.
x
R
jX
I
I Us Rs
,
Zx
Ux Us
人教版初中物理九年级全一册17.3电阻的测量(共21张PPT)
A
A．电流表烧坏，电压表示数为0
B．小灯泡烧坏
C．电流表示数为0，电压表示数为电源电压值
D．电流表示数为0，电压表示数为0
例2．小东同学做“测量小灯泡电阻”的实验： （1）请完成如图实验电路的连接；（2）小东正确 连接电路后闭合开关，调节滑动变阻器使电压表的 示数为图（甲）所示，此时电流表的示数如图 （乙）所示，小灯泡的电阻是 5 Ω。
则故障原因可能有几种？请写出三种灯泡不亮的原因。
用电压表、电流表间接测电阻
电源、电压表、电流表、滑动变阻器、
的实验中，某同学在连接电路时，
实验步骤
1．调节电流表、电压表的指针到零刻度；按电
路图连接实物。调节滑动变阻器到阻值最大端；
2．闭合开关，调节滑动变阻器的滑片至适当位
置，分别读出电流表的示数 I、电压表的示数U，并
记录在表格中；
3．根据公式
R=
U I
计算出R 的值，并记录在
表格中。
4．调节滑动变阻器的滑片改变待测电阻中的电
流及两端的电压，再测几组数据，并计算R 的值。
c
d
a
b
三、实验现象分析:
1.某同学刚一“试触”，就发现电流表的指 针迅速摆动到最大刻度，其可能原因是：
电流表所选量程小 电源电压太大 滑动变阻器在最小端等
2．小东同学做测量灯泡电阻实验，连接 电路后闭合开关，发现灯不亮，电流表无示 数，电压表示数为电源电压。则故障原因可 能有几种？请写出三种灯泡不亮的原因。
电源、电压表、电流表、滑动变阻器、
四、伏安法测电阻，找错处？
1．在连接电路前要调节电流表、电压表到零刻度。
电源、电压表、电流表、滑动变阻器、
3．连接好电路，在检查电路连接无误后要用开关 ，然后电压表和电流表要选择适当的量程。
阻抗测量
一个实际的元件， 如电阻器、 电容器和电感器， 都不
可能是理想的， 存在着寄生电容、 寄生电感和损耗。 也就 是说， 一个实际的R、 L、 C元件都含有三个参量： 电阻、 电感和电容。 表7.1分别画出了电阻器、 电感器和电容器在 考虑各种因素时的等效模型和等效阻抗。 其中，R0、R0′、 L0
和C0均表示等效分布参量。
忽略其损耗， 则其等效导纳为
第7章
1 jC jL0 C Ye j 1 2 L0C 1 j C L 0
故其等效电容为
阻抗测量
Ce
C 1 2 L0C
由式(7.1-20)可见， L0越大， 频率越高， 则Ce与C相差就越 大。
第7章
B=R3(R1+jX1)
第7章
阻抗测量
由于A和B均为复数， 画在复平面上如图7-6(a)所示。 若
选择R1和L1为调节元件， 则画在复平面上如图7-6 (b)所示。
当调节X1时， 复数B的实部保持不变， 复数B将沿直线ab移 动。 当移动到B1点时， 由B1到A的距离最短， 复数N最小， 指示器的读数为最小。然后调节R1， 这时复数B1的虚部不变， 复数B1将沿直线cd移动。 当B1移动到A点时， 复数N为零，
第7章
阻抗测量
7.1 概
7.1.1 阻抗的定义与表示
述
阻抗是表征一个元器件或电路中电压、电流关系的复
数特征量。 对于图7-1所示的无源单口网络， 阻抗定义为
U Z I
(7.1)
和 I 分别为端口电压和电流相量。 在集总参数系 式中，U
统中， 表明能量损耗的参量是电阻元件R， 而表明系统储存
| Z | R 2 X 2 X z arctan R
《阻抗测量》课件
1
基本步骤
进行阻抗测量时，需要先准备电路、设置测量仪器、连接电路并进行测量。
2
常用的测量工具和仪器
常见的阻抗测量工具包括万用表、示波器和频谱分析仪等。
3
数据分析
获取阻抗测量数据后，需要进行数据分析和解释，以得出正确的结论。
常见的阻抗测量技术和应用案例
阻抗测量在电子工程中的应用
阻抗测量在生物医学中的应用
《阻抗测量》PPT课件
阻抗测量是一种用于测量电路中元件或系统的阻抗的技术。通过阻抗测量， 我们可以了解电路元件的特性和性能，在电子工程和生物医学等领域有广泛 的应用。
阻抗测量的定义和基本概念
1 阻抗测量是什么？
阻抗测量是一种测量电路中元件或系统的阻抗的技术。
2 基本概念
阻抗是指电路中对电流流动的阻力，是交流电路中电压与电流的比值。
3 应用领域
阻抗测量在电子工程、生物医学、电力系统和通信网络等领域中都有重要的应用。
ห้องสมุดไป่ตู้
阻抗测量的原理和方法
1 基本原理
2 常用的测量方法
阻抗测量基于电压和电流之间的关系，通 过测量电压和电流的幅值和相位差来计算 阻抗值。
常见的阻抗测量方法包括交流电桥、阻抗 分析仪和频率响应分析等。
阻抗测量的步骤和工具
阻抗测量广泛应用于电子元件和电路的性能评估、 故障检测和设计验证等方面。
阻抗测量常用于心电图（ECG）和生物电阻抗成 像等医疗设备中，用于诊断和监测患者的生理状 况。
感测技术基础第三章 阻抗(电阻、电容、电感)的测量
(a)
.
U0
.
U
E
C0
Cx
(b)
.
U0
.
U
E
Cx
C0
(c)
U0
UE
C2 C1 C0
3.2.3 差动脉冲调宽法 也称脉冲调制电路，C1和C2为差动电容传感器的两个电 容。双稳态触发器两端分别输出高电平UE和低电平0。
uC1 U E (1 et / R1C1 )
T1
R1C1
ln
UE UE UR
T2
Z1 Z2 2 2 Z1 Z2
•
•
U0
E
R2
R1
2 R1 R2
.
.
U0
E
L2
L1
2 L1 L2
.
.
U0
E
C1
C2
2 C1 C2
此三个式子都包含两个参数的差与两参数 的和之比。故变压器电桥和电阻平衡臂电 桥都适合于差动式阻抗传感器
三、有源电桥
有源电桥输出电压线性度高、灵敏度高、且具有很低的输出阻抗，在测温电 路中得到了广泛应用。
缺点：为获得平衡状态，需要进行反复调节，不仅麻烦，而且测试速度 慢，不能适应大量、快速测量的需要，也不适合电阻传感器的变化电阻 的测量。
图3-1-3 测电容电桥
测量损 耗小的 电容器
Rx
R3 R4
R2
Cx
R4 R3
C2
图3-1-3 测电容电桥
0
UE
L1 L1
L2 L2
滤波器截止频率
方波基波频率
1
1
f0
T1 T2
(
1
2
)
ln
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UX
U S(rx
jLX R
)
U S
rx R
jU S
LX R
因此经过A/D转换就可实现阻抗数字化测量，通过计算可以得到阻 抗、Q值、损耗因素等参数。
相敏检波原理:输入信号与参考信
号同频但有一定相位差时，输出信
号的大小与相位差有确定的函数关
系：
U0
k U iU S
2
COS
(1)
U i 输入信号幅度,U S 参考信号源幅度
jU S
Lx R
因此 : U xx
kU
2 s
2R
Lx
• 补充题
如图所示电路，初始状态R1=R2=R3=R4=1000Ώ, 如果电阻传感器R2阻值减少10%， 电阻传感器R3阻值增加10%，U=14V, 求输出电压UO是多少？ (注意输出电压参考方向)
3、4 阻抗—数字转换法
• 1、电阻—数字转换 一、单斜积分法，适合高值电阻测量。
U a
1
C
U Ta N 0 Rx
dt
Ta
U aRxC UN
N
Tb Ta TC
Ub Ua U NTC
CRX
TC 时标脉冲的周期
Tb
U bRxC UN
3、4 、2 电感、电容阻抗--数字转换法
rX jLX
•
k检波系数，相位差
对于检波器Ⅰ，Ux的虚部与Us 正交,输出为0。Ux的实部与Us 的相位角为180°，故实部被
检出：
式(1)中U i
U x(实部) U S
rx R
因此 : U xr
kU
2 s
2R
rx
对于检波器Ⅱ，Ux的实部与jUs 正交,输出为0;虚部与jUs的相 位角为180° ：
Ui
U x(虚部)
电感器
UX
U S(rx
jLX ) R
U S
rx RjU S来自LX RUS是正弦波信号源。
1
1
Rx
jC x
电容器
U X U S
R
1
GX jC X
U S RGX jU SRC X
GX=1/RX (直流电导)
阻抗电压变换器的输出电压包含实部和虚部，采用相敏检波器把输出
电压的实部和虚部分离。