申忠如《电气测量技术》电工量计.ppt

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1、1/201/20光耦基本应用光耦基本应用3自动控制自动控制-+VCCJVCCT1R1R2R3OPVREFVIN光耦在保护电路中的应用光耦在保护电路中的应用2/202/20光耦基本应用光耦基本应用3开关电源开关电源光耦在开关电源中的应用光耦在开关电源中的应用3/203/201.常用元器件基础常用元器件基础R、C构成的高压分压器构成的高压分压器ViVoC1C2R1R2高频电压的测量高频电压的测量示波器示波器问题：为使输入至示波器的信号不失真，图中问题：为使输入至示波器的信号不失真，图中R1、C1、R2、C2应满足什么关系？（注：忽略示波器的输入阻抗）应满足什么关系？（注：忽略示波器的输入阻抗）4/

2、204/2042.4 比较器比较器（1）常用比较器及其使用）常用比较器及其使用用作比较器的器件用作比较器的器件输出形式输出形式 比较器的使用比较器的使用 比较器的振荡问题比较器的振荡问题 5/205/2052.4 比较器比较器tVinVrefV0振荡振荡+-VrefVinV0比较器输出转换期间的振荡比较器输出转换期间的振荡6/206/2062.4 比较器比较器7/207/2072.4 比较器比较器AC220V+T1R1R2RtR4R5JT2温度控制电路温度控制电路VCC+-8/208/202.4 比较器比较器（2）迟滞比较器（）迟滞比较器（）V 0VCC+-V+V-R1ViVXD1R3DZR2

3、RWV0ViVPVZVCC设计公式：设计公式：9/209/20V 0VCC+-R1ViVXD1R3DZR2RWV0ViVPVZVCC 时：时：时：时：（高电平高电平），令，令 时：时：，（低电平低电平）时：时：，（低电平低电平）时：时：，（高电平高电平）（高电平）（高电平）10/2010/202.4 比较器比较器（3）窗口比较器）窗口比较器11/2011/202.5 差动电压放大器差动电压放大器R3R1R4R2U0V1V2I1+-（1）标准差动电压放大器）标准差动电压放大器12/2012/202.5 差动电压放大器差动电压放大器（1）仪表放大器）仪表放大器电路组成电路组成参数设计参数设计R4/

4、R5=R6/R7R1=R2，R4=R5=R6=R713/2013/202.5 差动电压放大器差动电压放大器电路性能特点电路性能特点高共模抑制比、高输入高共模抑制比、高输入阻抗和低失调阻抗和低失调.14/2014/20（1）问题提出）问题提出uiu02.6 精密整流电路精密整流电路15/2015/20（2）设计思想）设计思想2.6 精密整流电路精密整流电路16/2016/202.6 精密整流电路精密整流电路（3）半波精密整流电路）半波精密整流电路17/2017/202.6 精密整流电路精密整流电路（4）全波精密整流电路）全波精密整流电路18/2018/20182.7 信号变换电路信号变换电路（1

5、）在信号传输线中，直流不受交流感应影响，易于解决）在信号传输线中，直流不受交流感应影响，易于解决仪表的抗干扰问题；仪表的抗干扰问题；（2）直流不受传输线路的电感、电容及电荷性质的影响，）直流不受传输线路的电感、电容及电荷性质的影响，不存在相位偏移问题，使接线简化；不存在相位偏移问题，使接线简化；（3）直流信号便于）直流信号便于A/D转换转换.统一标准信号采用直流信号的优点？统一标准信号采用直流信号的优点？19/2019/20（1）电流）电流电压变换（电压变换（I/V）电路）电路+EfRf8e0iiZiei2.7 信号变换电路信号变换电路20/2020/20 I/V变换电路变换电路1A10A10

6、0A1mA F.S.全量程全量程输输入入端端+1k5k5ke02e01Cf+15V-15V输入保护电路输入保护电路+Cf+15V-15V-15V+15V5V5V950k 100k95k 10k9.5k 1k0.95k 0.1k10k3.3k3.3k100k Rf4558A71488防止振荡防止振荡20k输输出出端端21/2021/2021（2）V/I变换电路变换电路2.7 信号变换电路信号变换电路（1）电压很容易受到干扰，而电流不易被干扰；）电压很容易受到干扰，而电流不易被干扰；（2）小电压信号不易远距离传送）小电压信号不易远距离传送;（3）给一些小型传感器供电）给一些小型传感器供电.在工业环

7、境下常把传感器输出信号转换为电流信号在工业环境下常把传感器输出信号转换为电流信号？4-20mA22/2022/2022（2）V/I变换电路变换电路2.7 信号变换电路信号变换电路0-10mA V/I变换电路变换电路23/2023/20232.7 信号变换电路信号变换电路4-20mA V/I变换电路变换电路（2）V/I变换电路变换电路24/2024/20令令UN=UP当当R1=R2,R4=R5时，有时，有2.7 信号变换电路信号变换电路25/2025/202.8 实例分析实例分析（1）TL431应用应用交流稳压电源交流稳压电源（3）窗口比较器应用）窗口比较器应用电压正常范围指示电路电压正常范围指

8、示电路（4）差动放大器应用）差动放大器应用霍尔传感器的基础放大器霍尔传感器的基础放大器（5）迟滞比较器应用）迟滞比较器应用光电式电流互感器的供电电源光电式电流互感器的供电电源（发明（发明ZL03111514.4）（2）温度传感器应用）温度传感器应用热电偶的冷端补偿热电偶的冷端补偿26/2026/202.8 实例分析实例分析（1）TL431应用应用交流稳压电源交流稳压电源27/2027/202.8 实例分析实例分析（2）温度传感器应用）温度传感器应用热电偶的冷端补偿之一热电偶的冷端补偿之一28/2028/202.8 实例分析实例分析（2）温度传感器应用）温度传感器应用热电偶的冷端补偿之一热电偶的

9、冷端补偿之一接入前的回路电势接入前的回路电势EAB(t,t1)=EAB(t,t0)-EAB(t1,t0)接入后的回路电势接入后的回路电势EAB(t,t0)-EAB(t1,t0)+e1其中，补偿电压其中，补偿电压e1=273.15R1+R1t1(V)令，令，R1t1(V)=EAB(t1,t0)则，接入后的回路电势则，接入后的回路电势EAB(t,t0)+273.15R129/2029/202.8 实例分析实例分析（2）温度传感器应用）温度传感器应用热电偶的冷端补偿之二热电偶的冷端补偿之二如图，如图，K型热电偶，将型热电偶，将0500的温度转换为的温度转换为05V的电压信的电压信号。已知号。已知1对

10、应热电偶输出电压对应热电偶输出电压40V，500对应输出电压对应输出电压20.64mV。求：。求：信号电路增益信号电路增益AV；描述电路个部描述电路个部分作用；分作用；如何实现热电如何实现热电偶偶断线检测功断线检测功能的？为何要能的？为何要求运放输入偏求运放输入偏置电流小？置电流小？30/2030/20（3）窗口比较器应用）窗口比较器应用电压正常范围指示电路电压正常范围指示电路2.8 实例分析实例分析31/2031/202.8 实例分析实例分析+-6V1234R1R1R2R251k51k2M2M326TL071VOUT标准差动放大器仪器放大器+-6V1234R1R2R2310k10k10k10

11、k9108TL071VOUT+-+-21657100k100k5.1k（4）差动放大器应用）差动放大器应用霍尔传感器的基础放大器霍尔传感器的基础放大器32/2032/202.8 实例分析实例分析（5）迟滞比较器应用）迟滞比较器应用光电式电流互感器的供电电源光电式电流互感器的供电电源（发明（发明ZL03111514.4）电流源电流源/电压源的一般方法电压源的一般方法(a(a)(b(b)33/2033/20 电流源电流源/电压源的改进方法电压源的改进方法2.8 实例分析实例分析34/2034/20 电流源电流源/电压源的改进方法电压源的改进方法2.8 实例分析实例分析电源的工作过程分析电源的工作过

12、程分析T2T1U2U1UinUinILIIgGT1由断态向通态过度时的GT1-1触发电流为Ig1维持GT1工作的GT1-1维持电流为Ig2GT1由通态向断态过度时的GT1-1截止电流为Ig3Ig3Ig2Ig1DW支路和支路和GT1-2间形成的负反馈作用间形成的负反馈作用，使使Uin在在U1U2间波动间波动35/2035/20 当UinU2时 C C （U2-U1U2-U1）=(IL+Ig)=(IL+Ig)T2 T2(a)(a)Q=C U；Q=I t I T1=C（U2-U1）+IL T1(b)2.8 实例分析实例分析36/2036/202.8 实例分析实例分析 T2期间GT1-2导通，它以较大

13、的导纳切入CT次级参与分流；T1期间GT1-2截止，它的等效导纳近似于零，不参与分流T2/(T1+T2）=1(IL+Ig)/(I+Ig)的物理意义的物理意义T2/(T1+T2）相当于）相当于CT次级电流为次级电流为I时的时的GT1-2等效导纳（平均）等效导纳（平均）值或分流能力，它受控于值或分流能力，它受控于CT的次级电流的次级电流IT2T1U2U1Uin取GT1-2导通时的等效导纳或分流能力为1,则 T2/(T1+T2）的物理意义在于:UinIIgIL37/2037/20固态继电器输出的电压波形2.8 实例分析实例分析38/2038/202.8 实例分析实例分析 电流源电流源/电压源的改进方

14、法电压源的改进方法39/2039/20电源电源CT分分 流流 器器整整流流滤滤波波器器取取样样电电路路稳压器稳压器滤滤 波波 器器隔离驱动隔离驱动电电 路路继电器继电器J1控制控制CT基准电压基准电压电电 路路迟迟 滞滞比较器比较器继电器继电器J1线线 圈圈高压高压母线母线OECT高压侧高压侧电电 路路驱动器驱动器电流电流/电压电压转转 换换 器器（2）基准电压基准电压电电 路路迟迟 滞滞比较器比较器J1-1J1-2（1）DC/DCV+V-电源电源CT变比变比控制单元控制单元电源变换电源变换与与稳压单元稳压单元cba一种光电式电流互感器的供电电源（发明一种光电式电流互感器的供电电源（发明ZL0

15、3111514.4）一种适应母线电流动态范围宽的光电式电流互感器供电电源一种适应母线电流动态范围宽的光电式电流互感器供电电源.中国电机工程学报中国电机工程学报,2006,26(19):160-164 40/2040/20本章小结本章小结（1）掌握元器件应着重）掌握元器件应着重“类型类型-结构（等效电路）结构（等效电路）-主要参数主要参数-作用作用-典型应用典型应用-使用注意事项使用注意事项”等几方面；等几方面；（2）元器件是组成测量装置的基本元素，正确地选用元器件是设计测量装）元器件是组成测量装置的基本元素，正确地选用元器件是设计测量装置的重要环节，所以选用元器件应遵循一些原则；置的重要环节，

16、所以选用元器件应遵循一些原则；（3）电阻、电容、电感是电路中最常见的元件，它们都具有分布参数，并）电阻、电容、电感是电路中最常见的元件，它们都具有分布参数，并对高频电路产生影响；对高频电路产生影响；（4）在测量电路设计中，应关注运算放大器的带宽、共模抑制比、失调、）在测量电路设计中，应关注运算放大器的带宽、共模抑制比、失调、飘逸和功耗等参数；飘逸和功耗等参数；（5）积分器的特性是衰减交流信号成分，对直流信号增益大，在测量电路）积分器的特性是衰减交流信号成分，对直流信号增益大，在测量电路中常用于消除运放的直流失调漂移；中常用于消除运放的直流失调漂移；（6）光电耦合器在检测电路中广泛应用，其输入端

17、与输出端是通过光传递）光电耦合器在检测电路中广泛应用，其输入端与输出端是通过光传递信号，可电隔离，有线性和非线性光耦。传输速率、信号，可电隔离，有线性和非线性光耦。传输速率、CTR和和隔离电压隔离电压是其重要参数；是其重要参数；41/2041/20本章小结本章小结（7）电压输入型传感器的）电压输入型传感器的“前置放大器前置放大器”宜选用同相放大器；宜选用同相放大器；（8）阻抗匹配电路的类型类型有）阻抗匹配电路的类型类型有，其作用分别是，其作用分别是；（9）提高测量电桥的灵敏度措施是）提高测量电桥的灵敏度措施是（10）比较器是控制电路中的常用器件，常规比较器在比较基准附）比较器是控制电路中的常用

18、器件，常规比较器在比较基准附近输出存在振荡现象，在某些场合为避免其带来的问题可采近输出存在振荡现象，在某些场合为避免其带来的问题可采用迟滞比较器；用迟滞比较器；（11）差动电压放大器在测量电路中的首要任务是消除共模干扰，）差动电压放大器在测量电路中的首要任务是消除共模干扰，所以其最重要特性就是共模抑制比（所以其最重要特性就是共模抑制比（CMRR）；）；（12）仪表放大器由两级组成，前级是由两个同相放大器，后级是）仪表放大器由两级组成，前级是由两个同相放大器，后级是标准差动放大器，其性能特点是高共模抑制比、高输入阻抗标准差动放大器，其性能特点是高共模抑制比、高输入阻抗和低失调，所以它可有效抑制运

19、放的输入失调和外界共模干和低失调，所以它可有效抑制运放的输入失调和外界共模干扰信号；扰信号；42/2042/20（13）精密整流电路的设计思想是把二极管置于运算放大器组成的负）精密整流电路的设计思想是把二极管置于运算放大器组成的负反馈环路中，来削弱二极管压降的影响，提高整流精度；反馈环路中，来削弱二极管压降的影响，提高整流精度；（14）目前世界各国均以直流信号作为统一信号，并将直流电压）目前世界各国均以直流信号作为统一信号，并将直流电压05V及直流电流及直流电流010mA或或420mA作为统一标准信号；作为统一标准信号；（15）在工业测量中，因电压容易受到干扰，所以，在这种情况下，）在工业测量

20、中，因电压容易受到干扰，所以，在这种情况下，一般将直流电流一般将直流电流010mA或或420mA作为统一标准信号。作为统一标准信号。本章小结本章小结43/2043/20本章思考题本章思考题（6）目前世界各国均以直流信号作为统一信号，并将直流电压目前世界各国均以直流信号作为统一信号，并将直流电压（）V及直流电流（及直流电流（）mA或（或（）mA作为统一标作为统一标准信号；准信号；（2）统一标准信号采用直流信号的优点？）统一标准信号采用直流信号的优点？（3）在工业测量中，为什么常把传感器输出信号转换为）在工业测量中，为什么常把传感器输出信号转换为4-20mA信号信号？（4）电压输入型传感器的）电压输入型传感器的“前置放大器前置放大器”宜选用（宜选用（）；）；（7）（）（）易实现高输入阻抗；）易实现高输入阻抗；a.同相放大器，同相放大器，b.反相放大器反相放大器（5）积分器的特性及其在测量电路中的作用？）积分器的特性及其在测量电路中的作用？（1）标准差动电压放大器和仪表放大器的电路组成及其特点？）标准差动电压放大器和仪表放大器的电路组成及其特点？