第六节非电量电测系统

第六节、非电量电测系统
（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。
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。
第九章
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。
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
第六节、非电量电测系统
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。
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
第九章
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
第六节、非电量电测系统
+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。
第六节、非电量电测系统
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。
第六节、非电量电测系统
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。
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
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
第六节、非电量电测系统
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
第六节、非电量电测系统
+ + + ++ Us i充 ui u U IDQ UO1 – O o Us uO – - -
讨论
5、调制器：将直流信号变换成交流信号。
第六节、非电量电测系统
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。
第六节、非电量电测系统
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
第六节、非电量电测系统
（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。
第六节、非电量电测系统
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。
第六节、非电量电测系统
（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。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。
一、信号处理电路 二、信号的显示与记录
第六节、非电量电测系统
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）
第六节、非电量电测系统
被测量
传感器
测量电桥
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
小结
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。
第六节、非电量电测系统
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。