测量和数据采集系统第4版

0.707 Af
0
幅频特性
ω） （ω）= – arctan（ ωc
ωc ω0
ω
( ω)
0 -
ω
π
4
相频特性
-
π
2
用低通滤波器进行信号处理示例
高通滤波电路
UO = (1+ ui
C .
Rf R1
)
R R + jωC
1 1
Ui
.
.
uo
R Rf =
Af R R + jωC ωc 1- j ω
Ui
R1
2. 功率和电能的测量
功率的测量常采用功率计直接测量。目前常用 的是电动式功率计，它是电动式仪表的一种。 F
可动线圈
固定 固定 线圈 线圈
*
+
*
i i1
负载
F
u
-
i2
功率计接线
电动式仪表结构示意
感 应 式 电 度 表 结 构
*7.2非电量电测法和数据采集系统的组成
非电量电测法
非 电 量 信 号 模拟显示 传感器 信号处理 A/D转换 计算机
=
Af
Ui
.
一阶高通滤波电路
H(j ω)
H(jω) =
UO . Ui
2
瓷绝缘管
3 5
SnO2烧结体
（b）符号 （a）结构 旁热式气敏器件结构及符号
家用可燃性气体报警器电路
霍尔传感器
霍尔传感器是将霍尔元件、放大器、温度补偿 器及稳压电路集成在一个芯片上，它基于霍尔 磁效应，可以将磁场磁通量的变化转化成为线 性的电压信号输出。 用霍尔元件可以制成霍尔电流传感器、霍尔电 压传感器及霍尔功率传感器 另外，霍尔元件可用于位置及位移检测，转速、 转角及移动速度检测等。
电梯智能称重变送装置
*7.4 有源滤波器和测量放大电路
7.4.1 有源滤波电路
7.4.2 测量放大电路
7.4.1 有源滤波电路
1.低通有源滤波电路
ui
R
同相输入比例 放大电路
C
RC滤波环节
Rf
负反馈网络
R1
一阶低通有源滤波电路
UO = (1+
.
Rf R1
)
- j ωC
R - jωC
.
1
1
Ui Ui =Af ) Ui = (1+ ω R1 1+ jωRC 1+j ω
仪表的准确度是按仪表的最大相对额定误差来 分级的，即：
相对额定误差：γm=
△Am
Am
×100%
目前我国直读式电工测量仪表的准确度分为如 表7.1.2所示7个等级。
表7.1.2 各级仪表的最大基本误差
仪表的准确度等级 基本误差% 0.1 ±0.1 0.2 ±0.2 0.5 ±0.5 1.0 ±1.0 1.5 ±1.5 2.5 ±2.5 5.0 ±5.0
.
Rf
.
.
c
H(jω) =
Af 1 UO . =Af ω = ω 2 1+j ω Ui 1+( ω ) c c
√
–arctan
ω ωc
H(jω) =
√
Af
ω 2 1+( ω ) c
ω） （ω）= – arctan（ ωc
幅频特性
相频特性
H(j ω) H(jω) =
√
Af ω 1 + ( ω )2 c
第7章 测量和数据采集系统
7.1 电量测量 7.2 非电量电测法和数据采集系统的组成 7.3 传感器 *7.4 有源滤波和测量放大电路 *7.5 模拟开关和取样-保持电路 7.6 数-模（D/A）转换器 7.7 模-数（A/D）转换器 7.8 非电量测量系统举例
7.1 电量测量
7.1.1 常用电工测量仪表的分类 7.1.2 测量误差和仪表准确度 7.1.3 电流、电压、功率和电能的测量
数字显示
原理框图
数据采集系统的组成
模拟 信号1 模拟 信号2 模拟 信号n
传 感 器
1
滤波放大1
S/H 1
传 感 器
2
滤波放大2
S/H 2
传 感 器
n
滤波放大n
S/H n
多 路 转 换 开 关
A/D
微机 系统
原理框图
7.3 传感器
传感器是一种以测量为目的，能够感受规定的被 测量，并按一定规律转换成可用输出信号的器件 或装置。 按被测对象的参数分类：温度、速度、力… 按被变换原理分类: 电阻式、电容式、… 正确合理选择传感器: 精度、可靠性、稳定性、 抗干扰性。
符号
~
_ ~
意义
直流仪表 交流仪表 交直流仪表 准确度等级1.5级
Hale Waihona Puke Baidu符号
2 或 2kV
意义
绝缘强度实验电压2kV 仪表直立放置 仪表水平放置 工作环境等级
1
⊥或↑ ︹或→ B C
1.5 或 1.5
1 工作环境等级分A、B、C三组，其中A组（温度0℃+40℃,相对湿度 80%以下）不在面板上标出；B——温度-20℃~+50℃，相对湿度85 %以下； C——温度-40℃~+60℃，相对湿度98 %以下。
- Us + 应变测量电路
R l k R l
U s R U 4 R
热释电红外线传感器
双探测元件 滤光片 + + RG E D S 信号 处理 电路 + UDD -
待测 目标
光学系统 （菲涅尔透镜）
热释电红 外传感器
信号 处理
报警
电路
气体传感器
B
加热器 电极 1 6 4
气敏传感器
R ~220V 氖管 BZ 蜂鸣器
7.1.3 电流、电压、功率和电能的测量
1. 电流和电压的测量 测量直流电流常用 磁电式电流表
F
测量直流电压常用 磁电式电压表
F 圆柱型铁心
磁电式仪表的结构示意
测量交流电 流常用电磁式 电流表，测量 交流电压常用 电磁电压表。
电磁式仪表 常采用推斥式 结构。
固定线圈 固定铁片
可动铁片
电磁式仪表结构示意
7.1.2 测量误差和仪表准确度
在用电工测量仪表进行测量时，仪表的读数和被 测量的实际值之间总要存在一定的误差。 误差的表示方法主要有绝对误差和相对误差： 绝对误差是指仪表的指示值Ax与被测量实际值A0 之间的差值，即 △A = Ax-A0 相对误差是指绝对误差 △A与被测量的实际值A0 △A 之间的差值，即 γ= ×100% A0
几种常用传感器介绍
温度传感器 金属热电阻、半导体热电阻（热敏电阻）、热电 偶、集成稳度传感器。 热敏电阻又分：PTC（阻值随温度成正比变 化）、NTC（阻值随温度成反比变化）。
Is
+ RT
+
处理
常用测温电路
力传感器
胶膜衬底 硅条 R+∆R
R1
内引线
R
+
U
焊接电极 外引线
R
R
-
放大 和 显示
半导体应变片
7.1.1 常用电工测量仪表的分类
电工测量仪表按测量方法分为直读式和比较式仪表。 直读式仪表能直接指示被测量的大小，又分为模拟 式仪表和数字式仪表。
比较式仪表（例如直流电桥、直流电位差计、交流电 桥）是将被测量和已知的标准量进行比较，从而确定 被测量的数值。
表7.1.1 电工测量仪表上的几种符号及其意义