自动检测技术及仪表 (2)幻灯片.ppt

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1、自动检测技术及仪表第1页，共86页，编辑于2022年，星期二2-32-3：检测仪表系统构成原理：检测仪表系统构成原理：检测仪表系统构成原理：检测仪表系统构成原理一、传感器的基本概念及构成原理一、传感器的基本概念及构成原理 二、检测仪表系统的基本概念及结构分析二、检测仪表系统的基本概念及结构分析三、提高仪表检测精度的方法三、提高仪表检测精度的方法2-42-4：讨论、思考题、作业：讨论、思考题、作业：讨论、思考题、作业：讨论、思考题、作业：目目 录录第二章：检测仪表系统的构成原理第二章：检测仪表系统的构成原理2-12-1：自动检测系统的构成及种类：自动检测系统的构成及种类：自动检测系统的构成及种类

2、：自动检测系统的构成及种类一、自动检测系统的基本构成一、自动检测系统的基本构成二、自动检测仪表及系统的种类二、自动检测仪表及系统的种类三、检测仪表及系统的构成实例三、检测仪表及系统的构成实例 2-22-2：检测方法及概念：检测方法及概念：检测方法及概念：检测方法及概念一、检测的基本概念一、检测的基本概念二、检测的基本方法二、检测的基本方法第2页，共86页，编辑于2022年，星期二主要内容：主要内容：主要内容：主要内容：自动检测技术的概念及方法自动检测技术的概念及方法自动检测技术的概念及方法自动检测技术的概念及方法 自动检测系统的基本构成原理自动检测系统的基本构成原理自动检测系统的基本构成原理自

3、动检测系统的基本构成原理 自动检测仪表的构成原理自动检测仪表的构成原理自动检测仪表的构成原理自动检测仪表的构成原理 检测系统及仪表的结构分析检测系统及仪表的结构分析检测系统及仪表的结构分析检测系统及仪表的结构分析 提高检测系统及仪表精度的方法提高检测系统及仪表精度的方法提高检测系统及仪表精度的方法提高检测系统及仪表精度的方法第二章第二章 检测仪表系统的构成原理检测仪表系统的构成原理第3页，共86页，编辑于2022年，星期二第二章：检测仪表系统的构成原理第二章：检测仪表系统的构成原理 获取信息获取信息是仪器科学的基本任务是仪器科学的基本任务 仪器仪表是信息产业的仪器仪表是信息产业的重要组成部分重

4、要组成部分 仪器仪表是信息工业的仪器仪表是信息工业的源头源头第4页，共86页，编辑于2022年，星期二2-1 自动检测系统的构成及种类自动检测系统的构成及种类 自动检测过程自动检测过程自动检测过程自动检测过程就是人们借助专门的技术和设备，通过实验方法取得某一客观事物数就是人们借助专门的技术和设备，通过实验方法取得某一客观事物数量信息的过程。量信息的过程。检测技术检测技术检测技术检测技术是自动控制系统的重要基础。特别是在工业生产中，采用是自动控制系统的重要基础。特别是在工业生产中，采用自动检自动检自动检自动检测系统进行实时测量及分析产品性能测系统进行实时测量及分析产品性能测系统进行实时测量及分析

5、产品性能测系统进行实时测量及分析产品性能，采用，采用自动控制系统对产品加工过程进行实自动控制系统对产品加工过程进行实自动控制系统对产品加工过程进行实自动控制系统对产品加工过程进行实时控制时控制时控制时控制，则是提高产品质量的现代化方法。，则是提高产品质量的现代化方法。检测检测检测检测定义定义：检测是确定被测对象的：检测是确定被测对象的属性属性和和量值量值为目的的全部操作。为目的的全部操作。第5页，共86页，编辑于2022年，星期二检测是确定检测是确定被测对象被测对象的的属性属性和和量值量值为目的的为目的的全部操作全部操作。被测对象被测对象：宇宙万物（固液气体、动物、植物、天体宇宙万物（固液气体

6、、动物、植物、天体）被测信息被测信息：物理量（光、电、力、热、磁、声、：物理量（光、电、力、热、磁、声、）化学量（化学量（PH、成份、成份）生物量（酶、葡萄糖、生物量（酶、葡萄糖、）全部操作全部操作：检测器具检测器具-传感器、检测仪器、检测装置、检测系统传感器、检测仪器、检测装置、检测系统 检测过程检测过程-信号采集、信号处理、信号显示、信号输出信号采集、信号处理、信号显示、信号输出第6页，共86页，编辑于2022年，星期二检测系统构成举例检测系统构成举例力力位移位移 速度速度 加速度加速度 压力压力流量流量温度温度电阻式电阻式电容式电容式电感式电感式 压电式压电式热电式热电式 光电式光电式磁

7、电式磁电式电桥电桥 放大器放大器滤波器滤波器调制器调制器解调器解调器运算器运算器 阻抗变换器阻抗变换器 笔式记录仪笔式记录仪光线示波器光线示波器 磁带记录仪磁带记录仪 电子示波器电子示波器 半导体存储器半导体存储器 显示器显示器 磁卡磁卡 数据处理器数据处理器 频谱分析仪频谱分析仪 FFT 实时信号分析仪实时信号分析仪 电子计算机电子计算机 被测对象被测对象 传感器传感器 中间变换中间变换测量装置测量装置 显示及显示及 记录装置记录装置 实验结果实验结果处理装置处理装置 激发装置激发装置 第7页，共86页，编辑于2022年，星期二一、自动检测系统的基本构成一、自动检测系统的基本构成第8页，共8

8、6页，编辑于2022年，星期二 检测仪表或检测系统检测仪表或检测系统-专门用于检测的仪表或系统；基本任务就是从检测对象专门用于检测的仪表或系统；基本任务就是从检测对象上获取被测量，并向测量的操作者展示检测的结果。上获取被测量，并向测量的操作者展示检测的结果。自动检测系统或自动控制系统在与外部环境接触时，一般是有三种联系方式，自动检测系统或自动控制系统在与外部环境接触时，一般是有三种联系方式，如检测与控制仪表与外界环境之间的三种界面联系图：如检测与控制仪表与外界环境之间的三种界面联系图：是与获取检测对象工是与获取检测对象工作状态的传感器和变作状态的传感器和变送器，以及控制并调送器，以及控制并调节

9、对象状态的执行器节对象状态的执行器之间的联系方式；之间的联系方式；是与操作员联系的界面方式。如键盘式、触摸式、远程遥控式等；是与其它系统联系的工作方式。如监控系统、通信系统等。第9页，共86页，编辑于2022年，星期二1 1、信号检出部分、信号检出部分、信号检出部分、信号检出部分-传感器（传感器（SensorSensor）1 1）传感器作用：检出功能的器件）传感器作用：检出功能的器件-信号提取（被测量）信号提取（被测量）-传输（信号变换部分）传输（信号变换部分）2 2）传感器输出信号的特点：输出形式两种：数字量、模拟量；）传感器输出信号的特点：输出形式两种：数字量、模拟量；输出量为电压、电流、

10、频率输出量为电压、电流、频率电阻、电容、电感电阻、电容、电感 输出的电信号一般较微弱：电压输出的电信号一般较微弱：电压-毫伏级、微伏级；电流毫伏级、微伏级；电流-毫安级等；毫安级等；输出信号与噪声混杂在一起输出信号与噪声混杂在一起-传感器内部噪声传感器内部噪声 传感器的信噪比小、输出信号弱传感器的信噪比小、输出信号弱-信号淹没在噪声中；信号淹没在噪声中；传感器的输出特性呈线性或非线性；传感器的输出特性呈线性或非线性；外界环境的变化会影响传感器的输出特性。外界环境的变化会影响传感器的输出特性。3 3）选择方法：选择方法：选择方法：选择方法：传感器是检测系统中形式最多样、与被测对象关联最密切的部分

11、，选择时要考虑传感器是检测系统中形式最多样、与被测对象关联最密切的部分，选择时要考虑-测量精度要求、被测量变化范围、被测对象所处的环境条件、测量精度要求、被测量变化范围、被测对象所处的环境条件、测量精度要求、被测量变化范围、被测对象所处的环境条件、测量精度要求、被测量变化范围、被测对象所处的环境条件、以及对传感器以及对传感器以及对传感器以及对传感器体积和整个检测系统的成本等的限制。体积和整个检测系统的成本等的限制。体积和整个检测系统的成本等的限制。体积和整个检测系统的成本等的限制。第10页，共86页，编辑于2022年，星期二2 2、信号变换部分（中间环节）、信号变换部分（中间环节）、信号变换部

12、分（中间环节）、信号变换部分（中间环节）1 1）中间环节的作用）中间环节的作用-检出信号检出信号适合于分析和处理的信号。适合于分析和处理的信号。2 2）中间环节的信号调理电路）中间环节的信号调理电路 阻抗变换阻抗变换-输出阻抗很高时；输出阻抗很高时；信号放大信号放大-输出信号微弱时；输出信号微弱时；噪声抑制噪声抑制-信号淹没在噪声中；信号淹没在噪声中；电压电压/电流（电流（V/AV/A）转换）转换-需要电流输出时；需要电流输出时；模拟模拟/数字（数字（A/DA/D）转换）转换-需要输出数字信号时需要输出数字信号时3 3）中间环节的目的：）中间环节的目的：对传感器的输出量变换成易于处理或放大的量

13、；对传感器的输出量变换成易于处理或放大的量；消除或抑制传感器输出量中的无用信号；消除或抑制传感器输出量中的无用信号；提高测量、分析的准确度；提高测量、分析的准确度；简化后续系统的组成简化后续系统的组成.第11页，共86页，编辑于2022年，星期二3 3、分析处理部分、分析处理部分、分析处理部分、分析处理部分1 1）分析处理部分的作用：不断注入新内容）分析处理部分的作用：不断注入新内容-检测系统的研究中心检测系统的研究中心2 2）特点：）特点：当采用一般显示仪表时，它能实时显示或记录被测量的大小及变化趋势；当采用一般显示仪表时，它能实时显示或记录被测量的大小及变化趋势；当采用计算机系统时，它具有

14、强大的问题分析能力、及对复杂系统的实时控制能力；当采用计算机系统时，它具有强大的问题分析能力、及对复杂系统的实时控制能力；可根据检测及控制要求，针对越限参数输出超限报警开关信号。可根据检测及控制要求，针对越限参数输出超限报警开关信号。3 3）目标：实现自动化、智能化。）目标：实现自动化、智能化。第12页，共86页，编辑于2022年，星期二4 4、通信接口与总线部分、通信接口与总线部分、通信接口与总线部分、通信接口与总线部分1 1）功能作用：管理不同系统之间的数据、状态和控制信息的传输和交换；）功能作用：管理不同系统之间的数据、状态和控制信息的传输和交换；2 2）功能特点：）功能特点：接口接口-

15、分系统和上位机之间、以及分系统之间交换信息；分系统和上位机之间、以及分系统之间交换信息；通用标准接口通用标准接口-不同的系统尤其是不同厂家的产品能够互联；不同的系统尤其是不同厂家的产品能够互联；（硬件系统）（硬件系统）USBUSB、IEEE-488 IEEE-488、RS-232 RS-232（串行）、并行（串行）、并行 总线：传送数字信号的公共通道总线：传送数字信号的公共通道-信号线的集合。信号线的集合。（规范、结构形式）（规范、结构形式）RS-232CRS-232C、VXIVXI、CentronicsCentronics（并行）（并行）第13页，共86页，编辑于2022年，星期二二、自动检

16、测仪表及系统的种类二、自动检测仪表及系统的种类自动检测系统是个 开环开环 系统 检测仪表或检测系统的基本功能是向测量操作者显示测量结果。检测仪表或检测系统的基本功能是向测量操作者显示测量结果。测量结果的显示方法有测量结果的显示方法有模拟方式和数字方式模拟方式和数字方式模拟方式和数字方式模拟方式和数字方式两种。两种。模拟方式模拟方式模拟方式模拟方式-通常是用指针式仪表或示波器显示被测量的大小或变化波形。通常是用指针式仪表或示波器显示被测量的大小或变化波形。数字方式数字方式数字方式数字方式-就是用数字显示器（如就是用数字显示器（如LEDLED数码显示器、数码显示器、LCDLCD液晶显示器等）液晶显

17、示器等）显示被测量的数值大小的。显示被测量的数值大小的。当采用不同的检测技术手段时，检测系统则有不同的结构原理及特性。当采用不同的检测技术手段时，检测系统则有不同的结构原理及特性。第14页，共86页，编辑于2022年，星期二（1 1）当采用）当采用模拟仪表模拟仪表模拟仪表模拟仪表进行测量时，其电测仪表的组成为：进行测量时，其电测仪表的组成为：传感器传感器传感器传感器是将非电量转换为与之有确定对应关系的电量或非电量输出的器件或是将非电量转换为与之有确定对应关系的电量或非电量输出的器件或装置。装置。它本质上它本质上是非电系统与电系统之间的接口是非电系统与电系统之间的接口是非电系统与电系统之间的接口

18、是非电系统与电系统之间的接口。在非电量的测量中，它是必不可少的转换元件。在非电量的测量中，它是必不可少的转换元件。当传感器输出仍为非电量时，则须配用相应的转换变送器，完成非电量当传感器输出仍为非电量时，则须配用相应的转换变送器，完成非电量当传感器输出仍为非电量时，则须配用相应的转换变送器，完成非电量当传感器输出仍为非电量时，则须配用相应的转换变送器，完成非电量 到电量的转换工作。到电量的转换工作。到电量的转换工作。到电量的转换工作。第15页，共86页，编辑于2022年，星期二（2 2）当采用）当采用数字仪表数字仪表进行测量时，其电测仪表的组成为：进行测量时，其电测仪表的组成为：数字式仪表数字式

19、仪表-将被测量离散化、数据处理后以数字形式显示的仪表。将被测量离散化、数据处理后以数字形式显示的仪表。如果测量的参数为电量，则可去掉传感器部分，直接将电量送入测量电路中，如果测量的参数为电量，则可去掉传感器部分，直接将电量送入测量电路中，构成电量测量系统。构成电量测量系统。非电量测量系统与电量测量系统除传感器外，其余部分是相同或相似的非电量测量系统与电量测量系统除传感器外，其余部分是相同或相似的非电量测量系统与电量测量系统除传感器外，其余部分是相同或相似的非电量测量系统与电量测量系统除传感器外，其余部分是相同或相似的。数字式仪表的结构如下图：数字式仪表的结构如下图：第16页，共86页，编辑于2

20、022年，星期二比较数字式检测仪表与模拟式检测仪表的结构特点，比较数字式检测仪表与模拟式检测仪表的结构特点，可知可知数字式检测仪表数字式检测仪表-优点优点优点优点 准确度高、灵敏度高准确度高、灵敏度高 输入阻抗高（对被测电路工作状态的影响小）输入阻抗高（对被测电路工作状态的影响小）读数与记录方便，无读数误差读数与记录方便，无读数误差 检测速度快、操作简单检测速度快、操作简单 检测过程容易实现自动化检测过程容易实现自动化数字式检测仪表数字式检测仪表-缺点缺点缺点缺点 结构复杂，可靠性较低结构复杂，可靠性较低 不便于观察动态过程，不直观不便于观察动态过程，不直观 成本较高。并对维修人员的要求较高成

21、本较高。并对维修人员的要求较高模拟式显示仪表模拟式显示仪表模拟式显示仪表模拟式显示仪表数字式显示仪表数字式显示仪表数字式显示仪表数字式显示仪表第17页，共86页，编辑于2022年，星期二特点特点特点特点 检测过程控制的软件化检测过程控制的软件化 数据处理能力强数据处理能力强 多功能化多功能化（3 3）智能仪器智能仪器智能仪器智能仪器第18页，共86页，编辑于2022年，星期二（4 4）当采用计算机进行测量时，其典型的）当采用计算机进行测量时，其典型的计算机检测系统计算机检测系统计算机检测系统计算机检测系统的组成为：的组成为：当采用计算机或数字控制器作为调节单元时，系统的结构就可能是多样的，但当

22、采用计算机或数字控制器作为调节单元时，系统的结构就可能是多样的，但其基本控制原理差别不大。例如：有直接数字控制系统其基本控制原理差别不大。例如：有直接数字控制系统DDCDDC、分布式控制系统、分布式控制系统DCSDCS、现场总线控制系统、现场总线控制系统FCSFCS。在网络化的控制回路系统中，多数检测和仪表。在网络化的控制回路系统中，多数检测和仪表单元均是通过网络相互联接和传送信息的。单元均是通过网络相互联接和传送信息的。第19页，共86页，编辑于2022年，星期二特点：特点：特点：特点：传感器：将被测量转换成可用输出信号；传感器：将被测量转换成可用输出信号；信号调理：信号调理：放大；滤波放大

23、；滤波 数据采集卡：量程变换；分时采样；数据采集卡：量程变换；分时采样；A/DA/D或或V/FV/F转换；转换；计算机：管理。计算机：管理。（5）PC PC PC PC仪器系统仪器系统仪器系统仪器系统第20页，共86页，编辑于2022年，星期二（6）虚拟仪器虚拟仪器-是一个微机、软件技术和检测系统的有机结合体。是一个微机、软件技术和检测系统的有机结合体。特点：特点：为软件就是仪器。为软件就是仪器。第21页，共86页，编辑于2022年，星期二结论：结论：结论：结论：从以上图中可知从以上图中可知;由于传感器大多都存在着一定的非线性，为了保证测量仪表或测量系统的显示值与被测量由于传感器大多都存在着一

24、定的非线性，为了保证测量仪表或测量系统的显示值与被测量之间的线性关系，经常需之间的线性关系，经常需要在检测仪表或检测系统中加入非线性校正电路，或采取要在检测仪表或检测系统中加入非线性校正电路，或采取要在检测仪表或检测系统中加入非线性校正电路，或采取要在检测仪表或检测系统中加入非线性校正电路，或采取非线性校正的软件措施非线性校正的软件措施非线性校正的软件措施非线性校正的软件措施。从图中可见，测量信号是逐级传递到显示器的，那么每一级信号传递和信号处理的准从图中可见，测量信号是逐级传递到显示器的，那么每一级信号传递和信号处理的准确性都是非常重要的，否则将会造成测量值在最终显示时的不准确。为此我们要求

25、特确性都是非常重要的，否则将会造成测量值在最终显示时的不准确。为此我们要求特别是别是传感器一定要具有高的准确性、高的稳定性、高的灵敏度。传感器一定要具有高的准确性、高的稳定性、高的灵敏度。传感器一定要具有高的准确性、高的稳定性、高的灵敏度。传感器一定要具有高的准确性、高的稳定性、高的灵敏度。当采用当采用常规检测和控制仪表常规检测和控制仪表常规检测和控制仪表常规检测和控制仪表时，控制系统的结构与此图相同，其中检测元件和时，控制系统的结构与此图相同，其中检测元件和变送单元可以是分立元件也可能是组合功能仪表，各环节之间采用的是点对变送单元可以是分立元件也可能是组合功能仪表，各环节之间采用的是点对点联

26、接的方法。点联接的方法。第22页，共86页，编辑于2022年，星期二2-2 检测方法及概念（检测技术概述）检测方法及概念（检测技术概述）一、检测的基本概念一、检测的基本概念 检测技术是研究检测方法、系统模型和信号处理的一门综合性学科。检测技术是研究检测方法、系统模型和信号处理的一门综合性学科。实现自动检测的主要目的是为了获得信息获得信息。鉴于客观世界中物质运动信息和状态信息的复杂性，为有效地获取这些信息，就产生了多种的检测方法、变换原理和系统模型，也就有了各种分类的方法。第23页，共86页，编辑于2022年，星期二1 1、检测与测量：、检测与测量：、检测与测量：、检测与测量：-检测是意义更为广

27、泛的测量检测是意义更为广泛的测量 测量：以确定被测对象的属性和量值为目的的全部测量：以确定被测对象的属性和量值为目的的全部 操作。操作。检测技术：测量检测技术：测量+信号检出（极为重要）。信号检出（极为重要）。检测过程：信息提取、信号转换、存储与传输、显示记录、分析处理。检测过程：信息提取、信号转换、存储与传输、显示记录、分析处理。检测技术检测技术检测技术检测技术-检测方法、检测结构、检测信号处理检测方法、检测结构、检测信号处理检测方法、检测结构、检测信号处理检测方法、检测结构、检测信号处理-综合性技术。综合性技术。综合性技术。综合性技术。第24页，共86页，编辑于2022年，星期二2 2、检

28、测的分类检测的分类检测的分类检测的分类按被测量值的物理属性分类：按被测量值的物理属性分类：电量电量-电压、电流、电阻、功率等电压、电流、电阻、功率等 非电量非电量-压力、温度、流量、物位、成份、长度、速度、角度等压力、温度、流量、物位、成份、长度、速度、角度等 检测技术主要分为：检测技术主要分为：电量测量技术和非电量测量技术两大类电量测量技术和非电量测量技术两大类电量测量技术和非电量测量技术两大类电量测量技术和非电量测量技术两大类 非电量检测技术非电量检测技术非电量检测技术非电量检测技术-是利用各种传感器和变送器，采用物理、化学、生物是利用各种传感器和变送器，采用物理、化学、生物 等原理，将温

29、度、压力、流量等转化为电信号，再利等原理，将温度、压力、流量等转化为电信号，再利 用电子技术和计算机技术进行处理，实现信息的采集、用电子技术和计算机技术进行处理，实现信息的采集、利用和远传。利用和远传。按检测原理分类（物理的、化学的、生物学的）：电磁法、光学法、微波法、按检测原理分类（物理的、化学的、生物学的）：电磁法、光学法、微波法、超声法、核辐射法、电化学分析、色谱分析、质谱分析等。超声法、核辐射法、电化学分析、色谱分析、质谱分析等。按检测方法分类：主动和被动、直接与间接、接触式与非接触式、动态和静态等。按检测方法分类：主动和被动、直接与间接、接触式与非接触式、动态和静态等。第25页，共8

30、6页，编辑于2022年，星期二SI SI 基本单位：七个物理量单位基本单位：七个物理量单位-相互独立相互独立 长度（长度（mm）质量（质量（kgkg）时间（时间（s s）电流（电流（A A）热力学温度（热力学温度（K K）物质的量（物质的量（molmol）光量（光量（cdcd）米米-光在真空中光在真空中1s1s时间内传播距离的时间内传播距离的1/2997924851/299792485 实物单位实物单位-千克标准原器千克标准原器SI SI 组合单位：由基本单位导出组合单位：由基本单位导出 能量（能量（J J）=力力 距离距离=质量质量 加速度加速度 距离距离=m=m2 2kg/skg/s2 2

31、 能量能量-焦（耳）：长度、质量、时间焦（耳）：长度、质量、时间另：大得多另：大得多/小得多小得多-词头词头：mmmm、mm、nmnm（1010-9-9mm）；）；kHz kHz、MHz MHz（10106 6HzHz）、）、GHzGHz（10109 9HzHz）3 3、测量单位测量单位测量单位测量单位-国际单位制（国际单位制（SISI）第26页，共86页，编辑于2022年，星期二二、检测的基本方法二、检测的基本方法 测量方法是实现测量过程所采用的具体方法，应当根据被测量的性质、特点和测量方法是实现测量过程所采用的具体方法，应当根据被测量的性质、特点和测量任务的要求来测量任务的要求来选择适当的

32、测量方法选择适当的测量方法选择适当的测量方法选择适当的测量方法。测量方法的分类测量方法的分类测量方法的分类测量方法的分类：主要方法主要方法 按测量原理来分类：开环测量、闭环测量按测量原理来分类：开环测量、闭环测量 ；按照测量步骤来分类：直接测量、间接测量；按照测量步骤来分类：直接测量、间接测量；按照获得测量值的方式来分类：按照获得测量值的方式来分类：偏移法测量、零位法测量、差分式测量；偏移法测量、零位法测量、差分式测量；根据传感器的安装方式（是否与被测参数直接接触）来分类：根据传感器的安装方式（是否与被测参数直接接触）来分类：接触式测量、非接触式测量；接触式测量、非接触式测量；根据被测对象变化

33、的特点来分类：静态测量、动态测量等。根据被测对象变化的特点来分类：静态测量、动态测量等。第27页，共86页，编辑于2022年，星期二1 1、开环型检测与闭环型检测、开环型检测与闭环型检测、开环型检测与闭环型检测、开环型检测与闭环型检测 开环型检测系统开环型检测系统开环型检测系统开环型检测系统由传感器、信号放大器、转换电路、显示器等串联组成。由传感器、信号放大器、转换电路、显示器等串联组成。工作过程：系统将对象中的测量信号直接逐级往后传递，最终显示出来。工作过程：系统将对象中的测量信号直接逐级往后传递，最终显示出来。其信息处理器就是信号放大器和转换电路组成的。其信息处理器就是信号放大器和转换电路

34、组成的。系统结构如图系统结构如图特点：在系统中任何一个环节的误差都会影响到最后的测量结果。特点：在系统中任何一个环节的误差都会影响到最后的测量结果。串联型开环检测一般精度较低，非线性误差大，动态响应时间长。串联型开环检测一般精度较低，非线性误差大，动态响应时间长。但它结构简单、维修方便。但它结构简单、维修方便。第28页，共86页，编辑于2022年，星期二 例如：温度测量过程，如图例如：温度测量过程，如图开环检测开环检测 温度信号经过多个环节的转换和处理后输出，每一个传递过程都是接收前一温度信号经过多个环节的转换和处理后输出，每一个传递过程都是接收前一个环节的信号，经过加工处理后把偏差信号再送给

35、下一个环节。整个信号的个环节的信号，经过加工处理后把偏差信号再送给下一个环节。整个信号的流程是开环串联的。流程是开环串联的。在测量过程中，利用测量仪表在测量过程中，利用测量仪表指针相对于刻度初始点的位移指针相对于刻度初始点的位移指针相对于刻度初始点的位移指针相对于刻度初始点的位移(即偏差即偏差)来决定被测量来决定被测量的测量方法，称为的测量方法，称为偏差式测量偏差式测量偏差式测量偏差式测量。在使用这种测量方法的仪表内并没有标准量具。只有经过标准量具校准过的标尺或在使用这种测量方法的仪表内并没有标准量具。只有经过标准量具校准过的标尺或刻度盘。测量时，利用仪表指针在标尺上的示值，读取被测量的数值。

36、它以间接方刻度盘。测量时，利用仪表指针在标尺上的示值，读取被测量的数值。它以间接方式实现被测量和标准量的比较。式实现被测量和标准量的比较。偏差法偏差法第29页，共86页，编辑于2022年，星期二第一章 绪论 闭环型检测系统闭环型检测系统闭环型检测系统闭环型检测系统由正向通道中的变换器、放大器与由正向通道中的变换器、放大器与 反向通道中的反变换器三部分组成。反向通道中的反变换器三部分组成。工作过程：工作过程：正向通道中的变换器、放大器将被测信号与反向通道中的反变换器来的正向通道中的变换器、放大器将被测信号与反向通道中的反变换器来的 非电信号相比较后转换成电信号输出。非电信号相比较后转换成电信号输

37、出。反向通道中的反变换器是起将电信号转换成非电信号作用的。反向通道中的反变换器是起将电信号转换成非电信号作用的。例如：平衡式仪表及检测系统是采用这种伺服结构形式。例如：平衡式仪表及检测系统是采用这种伺服结构形式。系统结构如图系统结构如图第30页，共86页，编辑于2022年，星期二闭环检测闭环检测平衡法平衡法由恒流源和滑线电阻形成的标准电压与热电势进行比较后，将偏差送入相敏放由恒流源和滑线电阻形成的标准电压与热电势进行比较后，将偏差送入相敏放大器，然后推动可逆电机带动滑线电阻滑动头左右移动大器，然后推动可逆电机带动滑线电阻滑动头左右移动寻找平衡点寻找平衡点寻找平衡点寻找平衡点。当。当=0=0时系

38、统时系统处于平衡，从滑动头与温度标尺的相对位置即可处于平衡，从滑动头与温度标尺的相对位置即可读出温度读出温度 t t 值。值。例如：电位差计的工作原理，如图所示例如：电位差计的工作原理，如图所示第31页，共86页，编辑于2022年，星期二2 2 2 2、直接测量与间接测量、直接测量与间接测量、直接测量与间接测量、直接测量与间接测量直接测量直接测量直接测量直接测量 -与同类基准进行简单的比较可以得到被测量的测量方法。与同类基准进行简单的比较可以得到被测量的测量方法。一般指用各种仪器对被测量直接获得结果一般指用各种仪器对被测量直接获得结果.。例如：用万用表测电流、电压等；例如：用万用表测电流、电压

39、等；线标尺与物体尺寸比较、天平与物体重量比较等。线标尺与物体尺寸比较、天平与物体重量比较等。特点：直观、简便、迅速，但不易达到很高的测量精度。是工程技术中常用的方法。特点：直观、简便、迅速，但不易达到很高的测量精度。是工程技术中常用的方法。间接测量间接测量间接测量间接测量-被测量无法或不易进行直接测量而采用中间参数进行直接测量的方法。被测量无法或不易进行直接测量而采用中间参数进行直接测量的方法。一般指利用和被测量有确定函数关系的几个物理量（一般指利用和被测量有确定函数关系的几个物理量（中间参数中间参数中间参数中间参数）进行直接测量后，通过函数）进行直接测量后，通过函数关系获得结果，关系获得结果

40、，且其且其中间参数与被测量须成单值函数关系中间参数与被测量须成单值函数关系中间参数与被测量须成单值函数关系中间参数与被测量须成单值函数关系。例如：测量直流电功率时，根据例如：测量直流电功率时，根据P P P PIU IU IU IU 的关系，分别对的关系，分别对I I、U U 进行直接测量，再计算出功率进行直接测量，再计算出功率P P。第32页，共86页，编辑于2022年，星期二3 3 3 3、偏移法、零位法、微差法测量、偏移法、零位法、微差法测量、偏移法、零位法、微差法测量、偏移法、零位法、微差法测量 偏移法偏移法偏移法偏移法-利用测量仪表的指针相对于刻度的偏差位移直接表示测量的利用测量仪表

41、的指针相对于刻度的偏差位移直接表示测量的利用测量仪表的指针相对于刻度的偏差位移直接表示测量的利用测量仪表的指针相对于刻度的偏差位移直接表示测量的 数值。数值。数值。数值。完全从被测量中获得信号转换所需能量完全从被测量中获得信号转换所需能量测量误差。例如：弹簧秤测量误差。例如：弹簧秤 零位法零位法零位法零位法-利用指零机构的作用，使用被测量和已知标准量两者达到利用指零机构的作用，使用被测量和已知标准量两者达到利用指零机构的作用，使用被测量和已知标准量两者达到利用指零机构的作用，使用被测量和已知标准量两者达到 平衡，根据指零机构示值为零来确定被测量等于标准量值。平衡，根据指零机构示值为零来确定被测

42、量等于标准量值。平衡，根据指零机构示值为零来确定被测量等于标准量值。平衡，根据指零机构示值为零来确定被测量等于标准量值。不从信号源获得能量不从信号源获得能量高精度测量高精度测量高精度测量高精度测量。例如：天平称量物体。例如：天平称量物体 又称天平法，即用已知标准量去平衡未知的被测量又称天平法，即用已知标准量去平衡未知的被测量X X，求得测量结果。，求得测量结果。在零位式测量中，标准量具处于测量系统中，它提供在零位式测量中，标准量具处于测量系统中，它提供一个可调节的标准量，被测量能够直接与标准量相比一个可调节的标准量，被测量能够直接与标准量相比较，较，测量误差主要取决于标准量具的误差。测量误差主

43、要取决于标准量具的误差。测量误差主要取决于标准量具的误差。测量误差主要取决于标准量具的误差。因此，可获得因此，可获得比较高的测量精度。比较高的测量精度。第33页，共86页，编辑于2022年，星期二 另外，示零机构越灵敏，平衡的判断越准确，愈有利于提高测量精度。另外，示零机构越灵敏，平衡的判断越准确，愈有利于提高测量精度。但是这种方法需要平衡操作，测量过程较复杂，花费时间长，即使采用但是这种方法需要平衡操作，测量过程较复杂，花费时间长，即使采用自动平衡操作，反应速度也受到限制，因此只能适用于变化缓慢的被测自动平衡操作，反应速度也受到限制，因此只能适用于变化缓慢的被测量，而不适于变化较快的被测量。

44、量，而不适于变化较快的被测量。微差法：微差法：微差法：微差法：偏差法和零位法的结合偏差法和零位法的结合偏差法和零位法的结合偏差法和零位法的结合被测量大致与标准量大体平衡被测量大致与标准量大体平衡补偿测量被测量余数补偿测量被测量余数第34页，共86页，编辑于2022年，星期二 差分式测量差分式测量差分式测量差分式测量（常见检测结构形式）（常见检测结构形式）结构：对称结构的两个传感器，被测量反对称作用在两个传感器上。结构：对称结构的两个传感器，被测量反对称作用在两个传感器上。结构：对称结构的两个传感器，被测量反对称作用在两个传感器上。结构：对称结构的两个传感器，被测量反对称作用在两个传感器上。作用

45、：消除干扰的影响、测作用：消除干扰的影响、测量原理线性化、提高灵敏度量原理线性化、提高灵敏度 。例如电阻例如电阻电压变换电路，如图所示：电压变换电路，如图所示：输出：输出：V V0 0=（R Rx x/R/Rx x+R+R1 1）E E 当初始当初始 ：R Rx x=R=R0 0 时，时，则零位电压：则零位电压：V V0 0=（R R0 0/R/R0 0+R R1 1）E E 并且随并且随 R Rx x 变化而变化。变化而变化。第35页，共86页，编辑于2022年，星期二而差动法如图所示：两个同样的传感器接入电桥中，一个作为测量用，一个作为而差动法如图所示：两个同样的传感器接入电桥中，一个作为

46、测量用，一个作为参考用，处在同一个环境下：参考用，处在同一个环境下：当初始电阻：当初始电阻：R Rx x=R=Rd d=R=R0 0 时时 则则 V V0 0=V=Vx x-V Vd d=（R Rx x/R/Rx x+R+R1 1）E E-（R Rd d/R/Rd d+R+R1 1）E=0E=0，可消除零位电压可消除零位电压 当当 R Rx x 、R Rd d 同时受环境变化发生漂移时，其同时受环境变化发生漂移时，其 V V0 0 输出电压不会产生漂移。输出电压不会产生漂移。以上差动法是一种基本重要以上差动法是一种基本重要的测量方法的测量方法,在以后的测量电在以后的测量电路中经常出现，并适用于

47、电感路中经常出现，并适用于电感式电容式传感器的测量。式电容式传感器的测量。第36页，共86页，编辑于2022年，星期二4 4、随动跟踪测量、随动跟踪测量、随动跟踪测量、随动跟踪测量 特点特点-基于零位法的测量，是高精度测量。基于零位法的测量，是高精度测量。例：高精度电子秤、伺服加速度计、高精度压力传感器等。例：高精度电子秤、伺服加速度计、高精度压力传感器等。第37页，共86页，编辑于2022年，星期二5 5、能量变换与能量控制型检测方法、能量变换与能量控制型检测方法、能量变换与能量控制型检测方法、能量变换与能量控制型检测方法 能量变换型又称自生效应型或被动型检测；能量变换型又称自生效应型或被动

48、型检测；能量控制型又称非自生效应型或能动型检测，能量控制型又称非自生效应型或能动型检测，它们是按测量方法来分类的。它们是按测量方法来分类的。能量变换型检测方法能量变换型检测方法能量变换型检测方法能量变换型检测方法-是指是指“能量变换型检测元件能量变换型检测元件能量变换型检测元件能量变换型检测元件”的输出信号是由输入的输出信号是由输入信号的一部信号的一部 分转换来的。分转换来的。一般采用压电、热电或光电效应的传感器进行测量，传感一般采用压电、热电或光电效应的传感器进行测量，传感器输出信号的能量是吸收了压力能、热能或光辐射能转换得来的。所以也称被动型检器输出信号的能量是吸收了压力能、热能或光辐射能

49、转换得来的。所以也称被动型检测。测。如：太阳能电池作为光传感器、热电偶作为温度传感器使用时，输出信号如：太阳能电池作为光传感器、热电偶作为温度传感器使用时，输出信号的能量是传感器吸收的光能、热能的一部分。的能量是传感器吸收的光能、热能的一部分。第38页，共86页，编辑于2022年，星期二能量控制型检测方法能量控制型检测方法能量控制型检测方法能量控制型检测方法-是指是指“能量控制型检测元件能量控制型检测元件能量控制型检测元件能量控制型检测元件”在输入被测量在输入被测量（光强、热量）的作用下，其某些特性（电阻值）发生了变化，从而控制（光强、热量）的作用下，其某些特性（电阻值）发生了变化，从而控制了

50、从电源转向输出信号的能量大小，即了从电源转向输出信号的能量大小，即输出信号能量是由外界电源提供的。输出信号能量是由外界电源提供的。如：光敏电阻、热敏电阻分别在光照、热辐射的条件下，其电阻值发生变化，这种如：光敏电阻、热敏电阻分别在光照、热辐射的条件下，其电阻值发生变化，这种类型的检测元件的输出信号能量不是来自光源或热能，而是为检测阻值变化的电路类型的检测元件的输出信号能量不是来自光源或热能，而是为检测阻值变化的电路电源所提供的。所以称为电源所提供的。所以称为能量控制型检测能量控制型检测能量控制型检测能量控制型检测。由于其输出信号的能量远比用于控制能源转换的输入（光能、热能）信号由于其输出信号的