第六节非电量电测系统

第六节、非电量电测系统
以热敏电阻为例： 从热敏电阻的温度特性可知，其阻值与温度 1 1 之间的关系为： β( ) 对数放
大器 以恒流源I通过热敏电阻，输出电压可表示为： _ U O IRT U 1e ＋Ube Rt 式中U1=IR1 Uo 1 1 - ∞ Uo' ( ) θ I + T T
说
明
为了方便各位老师根据不同的 教学风格修改课件，这里将一部分 自行制作的素材库附上。 素材库包括：元器件、电路符号、 各种变量、波形、圆点标记等。
附件：素材库
b e
DZ +UGG +UDD +UCC UBB T2 C1
c
∞ + + ∞ + +
±UZ IB IC
RS Rb RC2 Re Rb2 RL
三、湿度传感器
用于测量气体成分和环境湿度。 半导体陶瓷湿度传感器是具有微孔结构的 湿敏元件，其电阻值随相对湿度呈线性或指数 规律变化。
第九章
小结
结露传感器对高湿敏感，具有开关特性。
四、光电传感器
将光能转换为电信号。 光电二极管、光电三极管、光敏电阻的输 出不仅与光的入射照度及波长有关，而且与环 境温度及外加电压大小有关。
0
RT R1e
T T0
+
将这个信号输入对数放 R 大器，则输出U'O与φ值成线 性关系。
热敏电阻测温 的非线性修正
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+U
US Ub U S Ub Ub Rt R1 R
RF UO Ub R
s
RF
反相运算 放大器
θ Rt R
b
R1
∞ + +
Uo
-Us 补偿热敏电阻非线性 的另一种线性化电路 Rt为热敏电阻，合理选择R的阻值，也可 使输出的非线性程度大为减小。
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4、调制式直流放大器 把输入的微弱直流信号经调制器变为交流 信号，用没有零漂问题的交流放大器予以放大， 再用解调器把放大了的交流信号变换为与输入 相对应的直流信号。
直流电源 U1
O
U2
t
调制器 交流放大
O
t UO
U1
解调器
调制式直流放大器原理框图
振荡器
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2、分类：用的较多的有笔式记录仪、光线示 波器、自动平衡记录仪、磁带记录仪等。 磁电式笔录仪：是一种动圈磁电仪表。特点 是操作方便，灵敏度高，但机械惯性较大，频带 窄，记录幅度小，在一般工程测量中使用较多。 自动平衡记录仪：它的驱笔系统是闭环控制 的。记录精度较高，记录幅度较宽，可用于瞬变 记录。 X－Y函数记录仪：也使用闭环控制驱笔系统， 它可在X、Y两个方向上同时产生位移，且记录纸 不动，自由记录特性曲线。
五、其它传感器及技术
（一）接近开关 可在一定距离内检测物体有无的传感器。
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小结
（二）霍尔传感器 是一种基于霍尔效应的磁敏元件，可用于检测 磁物理量以及电流、电功率和某些机械量。 （三）生物传感器 一种新型传感器，包含识别元件和物理化学器 件两个部分。
六、非电量电测系统
由传感器、信号处理电路、显示/记录装置组成。 随着现代科学技术的不断发展，其性能和可靠 性不断提高，并向智能化、小型化、无接触化、多 功能化的方向发展。
5、调制器：将直流信号变换成交流信号。
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在实际工作中，S是自动无触点开关，可用三 极管或场效应管组成。
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6、解调器：把经过调制及交流放大的信号变 换为与输入信号的幅度及极性相对应的直流信号。
ui
O
t
uO
O
t
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（三）线性化 1、非线性校正 在整个测量系统中有许多非线性环节，采 取某些措施，使本来是非线性的输入、输出特 性，在全部或局部测量范围内呈现线性关系。 2、解决非线性问题的办法 （1）减小测量范围，在局部范围内将非线性特 性近似处理为线性特性。 （2）采用非线性刻度。 （3）增设非线性校正环节。
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具有温度补偿的电阻电桥电路 几乎所有的传感器都会受到温度影响而产生 温度误差，故需采用一定的温度补偿措施。R1可 采用与传感器特性一致的热敏元件，也可在集成 运放中采用正反馈或负反馈。
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（二）放大环节 1、放大的原因：输出信号通常非常微弱，系 统中有很大的干扰和噪音。 2、对放大器的要求：精度高、漂移小、线性 度好、抗干扰能力强、反应速度快。 3、放大器的种类：直接耦合放大器、调制式 放大器和自动稳零式放大器。
第九章
小结
一、非电量电测技术概述
非电量的电测量依靠 （一）传感器的定义 是将被测的非电物理量转换为电量的装置。 （二）传感器的作用 在非电量电测系统中占有重要地位。应用 非常广泛，已发展成为一种专门的科学技术。 （三）传感器的基本性能 静态特性（6种主要参数）、动态特性。 传感器 测量电路
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（二）数字式装置
是将反映被测物理量变化的模拟信号， 经模/数转换器转换为数字信号，再经译码、 驱动及显示器件，将测量结果以十进制数字 形式显示。 1、显示方式：用的较多的显示器件是发光 二极管（LED）和液晶显示器，在大系统计算机 测试中则可使用屏幕显示。 2、分类：数字磁带记录仪、数字打印机等。
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二、信号的显示与记录
显示与记录装置是测量系统的最后环节。
按显示方式分模拟式、数字式。 （一）模拟式装置 是以模拟量（如仪表指针的偏转角、记录 笔的位移）来显示或记录被测量。 1、特点：仪表功耗小、能反应信号极性、 湿度性能也较好，使用相当广泛。但它的运动 机构有相当大的惯性，故一般只用于静态和稳 态测量，不作动态和高频测量。
调节器
交流放大器 相敏检波
直流 放大器
低通滤波 显示/记录
非电量电测系统方框图
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一、信号处理电路
（一）电桥电路 是传感器输出接口中用得最为广泛的基本 电路。 平衡电桥 两种工作方式 非平衡电桥（主要使用） 不平稳电桥的输出电压应仅决定于桥臂阻抗 对其初始值的变化，但激励电压的变化或不精确 也会影响电桥输出，从而造成测量误差。为了使 激励电压稳定，电桥电压一般采用恒压源或恒流 源激励，并在电路中采取抑制共模电压的措施。
一、信号处理电路 二、信号的显示与记录
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传感器（将非物理量的变化转换为 电参数或电物理量的变化，但输出 信号往往非常微弱） 非电量电 测系统
信号处理电路（对电信号进行放大 处理和变换）
显示/记录装置（显示和记录经过放 大处理和变换的信号）
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被测量
传感器
测量电桥
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磁带记录仪：利用磁性材料的剩磁效应输入 （写）、存储和输出（读）信息，将信号记录在 磁带上。
优点:存储容量大，密度高，频带宽，记录 速度快，便于长期保存和复制，可实现多路记录， 可直接作为计算机数据处理的外围设备。 缺点:信息不能直接使用。 光线示波器：用振子代替动圈式测量机构中 的线圈，用反射镜和光路系统代替记录笔。 优点:改善了动态性能，扩展了频带，提高了 灵敏度，可同时记录变化频率较高的多路信号。 缺点:结构复杂，操作维修不方便，测量结果 需记录在感光材料上，使其使用受到限制。
小结
（四）传感器的选择原则 6种原则。 （五）传感器的测量误差 按表示方法分类：绝对误差、相对误差、 满度相对误差。 按误差的性质分类：系统误差、随机误差、 粗大误差。 按被测量与时间的关系分类：静态误差、 动态误差。
二、温度传感器
第九章
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把温度的变化转换为电信号。 热敏电阻的阻值随温度呈指数规律变化， 主要用于测温、控温和温度补偿等方面。 热电偶工作的物理基础是热电效应，其两 端电动势的大小随两端温差的改变而改变。 集成温度传感器是利用半导体的热敏特性， 其输出电流随温度的变化而线性变化。
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