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1、第四讲电参量的测量第四讲电参量的测量第一页，本课件共有62页 第四讲第四讲 电参量的测量电参量的测量第二页，本课件共有62页主要内容主要内容o电压、电流、电功率的测量o频率、时间、相位的测量o电阻、电容、电感的测量第三页，本课件共有62页电压、电流、电功率的测量电压、电流、电功率的测量o直流电压的测量直流电压的测量n采样电路：高电压，弱信号，接地问题n信号调理 nAD转换n数据记录，存储及显示第四页，本课件共有62页电压、电流、电功率的测量电压、电流、电功率的测量o直流电流的测量直流电流的测量n电流传感器：分流器，电流互感器n电流电压变换 第五页，本课件共有62页电压、电流、电功率的测量电压、
2、电流、电功率的测量o直流电流的测量直流电流的测量n电流电压变换（工业测量）第六页，本课件共有62页电压、电流、电功率的测量电压、电流、电功率的测量o直流电流的测量直流电流的测量n电流电压变换（微弱信号）第七页，本课件共有62页电压、电流、电功率的测量电压、电流、电功率的测量o直流电流的测量直流电流的测量n电流电压变换（非接地电流检测）MAX471/472 AD626/628/629第八页，本课件共有62页电压、电流、电功率的测量电压、电流、电功率的测量o直流电流的测量直流电流的测量n电压电流变换（浮地 共地）第九页，本课件共有62页电压、电流、电功率的测量电压、电流、电功率的测量o峰值、平均值
3、和有效值的测量峰值、平均值和有效值的测量n交变电压峰值 第十页，本课件共有62页电压、电流、电功率的测量电压、电流、电功率的测量o峰值、平均值和有效值的测量峰值、平均值和有效值的测量n交变电压峰值 第十一页，本课件共有62页电压、电流、电功率的测量电压、电流、电功率的测量o峰值、平均值和有效值的测量峰值、平均值和有效值的测量n交变电压平均值 平均值全波平均值第十二页，本课件共有62页电压、电流、电功率的测量电压、电流、电功率的测量o峰值、平均值和有效值的测量峰值、平均值和有效值的测量n交变电压平均值（如图，不适合小电流，小于0.8V）第十三页，本课件共有62页电压、电流、电功率的测量电压、电流
4、、电功率的测量o峰值、平均值和有效值的测量峰值、平均值和有效值的测量n交变电压平均值（精密二极管）第十四页，本课件共有62页电压、电流、电功率的测量电压、电流、电功率的测量o峰值、平均值和有效值的测量峰值、平均值和有效值的测量n交变电压平均值（精密二极管）第十五页，本课件共有62页电压、电流、电功率的测量电压、电流、电功率的测量o峰值、平均值和有效值的测量峰值、平均值和有效值的测量 n有效值的测量？（Root Mean Square，RMS）正弦波一般信号如何测量？第十六页，本课件共有62页电压、电流、电功率的测量电压、电流、电功率的测量o峰值、平均值和有效值的测量峰值、平均值和有效值的测量n
5、有效值的测量方法 1、利用平方率器件 2、运算式有效值测量 3、热点式 温度概率有效值 第十七页，本课件共有62页电压、电流、电功率的测量电压、电流、电功率的测量o峰值、平均值和有效值的测量峰值、平均值和有效值的测量n有效值的测量方法 1、利用平方率器件 第十八页，本课件共有62页电压、电流、电功率的测量电压、电流、电功率的测量o峰值、平均值和有效值的测量峰值、平均值和有效值的测量n有效值的测量方法 1、利用平方率器件 分段式逼近平方率第十九页，本课件共有62页电压、电流、电功率的测量电压、电流、电功率的测量o峰值、平均值和有效值的测量峰值、平均值和有效值的测量n有效值的测量方法 2、运算式有
6、效值测量 ADI AD536 Linear Technology LTC1966/1967/1968第二十页，本课件共有62页电压、电流、电功率的测量电压、电流、电功率的测量o峰值、平均值和有效值的测量峰值、平均值和有效值的测量n有效值的测量方法 3、热点式 温度概率有效值 Linear Technology LTC1088第二十一页，本课件共有62页频率、时间、相位的测量频率、时间、相位的测量o频率的测量频率的测量n测频法（较高频率）测周法（较低频率）第二十二页，本课件共有62页频率、时间、相位的测量频率、时间、相位的测量o频率的测量频率的测量n测频法（较高频率）测周法（较低频率）第二十三页
7、，本课件共有62页频率、时间、相位的测量频率、时间、相位的测量o频率的测量频率的测量n等精度测频法 克服 第二十四页，本课件共有62页频率、时间、相位的测量频率、时间、相位的测量o频率的测量频率的测量-波形预处理波形预处理n频率测量一般要预处理，使输入信号变成标准电平的方波信号，以减少误差 第二十五页，本课件共有62页频率、时间、相位的测量频率、时间、相位的测量o时间的测量时间的测量 误差问题误差问题第二十六页，本课件共有62页频率、时间、相位的测量频率、时间、相位的测量o时间的测量时间的测量 误差问题误差问题Fc稳定度：稳定度：Fc大：计数器位数大和工作频率升高大：计数器位数大和工作频率升高
8、Tx大：分频大：分频第二十七页，本课件共有62页频率、时间、相位的测量频率、时间、相位的测量o相位的测量相位的测量 模拟测量法：李萨育图形，乘法鉴相器模拟测量法：李萨育图形，乘法鉴相器数字测量法：数字测量法：第二十八页，本课件共有62页频率、时间、相位的测量频率、时间、相位的测量o相位的测量相位的测量 数字测量法实现：脉冲鉴相器数字测量法实现：脉冲鉴相器 D触发器或者异或门实现触发器或者异或门实现第二十九页，本课件共有62页电阻、电容、电感的测量电阻、电容、电感的测量o电阻的自动测量电阻的自动测量 恒压源方式和恒流源方式恒压源方式和恒流源方式第三十页，本课件共有62页电阻、电容、电感的测量电阻
9、、电容、电感的测量o电容的自动测量电容的自动测量 C-f方式，方式，C-U方式，方式，C-T方式方式C-f方式方式第三十一页，本课件共有62页电阻、电容、电感的测量电阻、电容、电感的测量o电容的自动测量电容的自动测量 C-f方式，方式，C-U方式，方式，C-T方式方式C-U方式方式第三十二页，本课件共有62页电阻、电容、电感的测量电阻、电容、电感的测量o电容的自动测量电容的自动测量 C-f方式，方式，C-U方式，方式，C-T方式方式C-T方式方式第三十三页，本课件共有62页电阻、电容、电感的测量电阻、电容、电感的测量o电感的自动测量电感的自动测量 L-U方式，方式，L-f方式方式，L-T方式方
10、式第三十四页，本课件共有62页传感器传感器o传感器是把非电学物理量（如位移、速度、压力、温度、湿度、流量、声强、光照度等）转换成易于测量、传输、处理的电学量（如电压、电流、电容等）的一种组件，起自动控制作用。一般由敏感元件、转换器件、转换电路三个部分组成，如：非电物理量非电物理量转换器件转换器件敏感元件敏感元件转换电路转换电路电学量电学量n敏敏感感元元件件是指能直接感受（或响应）被测量的部分，即将被测量通过传感器的敏 感元件转换成与被测量有确定关系的非电量或其它量。n转换器件转换器件则将上述非电量转换成电参量。n转转换换电电路路的作用是将转换元件输入的电参量经过处理转换成电压、电流或频率等可测
11、电量，以便进行显示、记录、控制和处理的部分。第三十五页，本课件共有62页传感器传感器o传感器的分类传感器的分类集成化传感器多环节集成多参量集成模拟式数字式按被测对象温度传感器湿度传感器光传感器压力传感器位移传感器流量传感器液位传感器力传感器第三十六页，本课件共有62页传感器传感器o热电偶传感器o压电传感器n压电式传感器是以某些晶体受力后在其表面产生电荷的压电效应为转换原理的传感器o光电式传感器o霍尔传感器n霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器第三十七页，本课件共有62页传感器传感器o新型传感器n光纤传感器n红外线传感器n超声波传感器n激光传感器第三十八页，本课件共有62页传感器传感器o传感器静
12、态特性参数指标 n灵敏度 灵敏度是指稳态时传感器输出量和输入量之比，或输出量的增量和输入量的增量之比，用表示为YXn分辨力 传感器在规定的测量范围内能够检测出的被测量的最小变化量称为分辨力。n测量范围和量程 在允许误差限内，被测量值的下限到上限之间的范围称为测量范围。n线性度（非线性误差）在规定条件下，传感器校准曲线与拟合直线间的最大偏差与满量程输出值的百分比称为线性度或非线性误差。第三十九页，本课件共有62页传感器传感器o传感器静态特性参数指标n迟滞 迟滞是指在相同的工作条件下，传感器的正行程特性与反行程特性的不一致程度。n重复性 重复性是指在同一工作条件下，输入量按同一方向在全测量范围内连
13、续变化多次所得特性曲线的不一致性。n零漂和温漂 传感器在无输入或输入为另一值时，每隔一定时间，其输入值偏离原示值的最大偏差与满量程的百分比为零漂。而温度每升高1，传感器输出值的最大偏差与满量程的百分比，称为温漂。第四十页，本课件共有62页传感器传感器o温度传感器温度传感器n常用的温度传感器原理o热电偶:将温度转换成电势变化，利用热电效应 将不同材料的导体组成一个回路，如果两个节点温度不同，则回路 中将产生一定的电流（电势）。其大小与材料及结点温度有关。o热电阻：将温度转换成电阻变化 金属导体电阻：RtR0（1（t-t0）Rt:t摄氏度的电阻 R0：0度的电阻：热电阻的温度系数o 半导体热敏：比
14、金属具有更大得电阻温度系数 PTC CTR NTC第四十一页，本课件共有62页传感器传感器o温度传感器温度传感器n常用的温度传感器原理o半导体热敏：比金属具有更大得电阻温度系数 PTC CTR NTCPTC正温度系数：彩电消磁、各种电器设备的过热保护、发热源的定 温控制，限流元件等CTR临界温度系数：温度开关NTC负温度系数：在点温、表面温度、温差、温度场等测量中得到广 泛应用，还广泛应用于自动控制及线路的热补偿电路中，是应用最广泛的热敏电阻 第四十二页，本课件共有62页传感器传感器o温度传感器应用热电偶温度传感器应用热电偶n热电偶温度传感器：热点效应理论基础上 热电偶由两种不同金属结合而成，
15、它受热时会产生微小的电压，电压大小取决于组成热电偶的两种金属材料，铁-康铜(J型)、铜-康铜(T型)和铬-铝(K型)热电偶是最常用的三种。n可以考虑使用专用的 热电偶信号调节器，如 AD594/595，具有冰点 补偿电路。第四十三页，本课件共有62页传感器传感器o温度传感器应用温度传感器应用n金属热敏电阻n金属导体电阻：RtR0（1（t-t0）Rt:t摄氏度的电阻 R0：0度的电阻：热电阻的温度系数第四十四页，本课件共有62页传感器传感器o温度传感器应用温度传感器应用n金属热电阻n铂热电阻：测温复现性好，广泛用于温度的基准、标准的传递n铜电阻：灵敏度高，但易于氧化，一般只用于150度以下低温以
16、及没有水及无侵蚀性的介质中的温度测量n电阻：易于氧化，化学稳定性差，不易提纯，复用性也差，目前用的较少。RtR0（1（t-t0）Rt:t摄氏度的电阻 R0：0度的电阻：热电阻的温度系数第四十五页，本课件共有62页传感器传感器o温度传感器温度传感器n常用的温度传感器应用o半导体热敏：比金属具有更大得电阻温度系数 PTC CTR NTC第四十六页，本课件共有62页传感器传感器o集成温度传感器应用nAD590绝对温度电流传感器nLM35/45摄氏温度电压传感器nAN6701第四十七页，本课件共有62页传感器传感器o霍尔传感器及其应用 霍尔效应：美国物理学家霍尔(Hall,Edwin Herbert,
17、1855-1938)于1879年在实验中发现，当电流垂直于外磁场通过导体时，在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差，这一现象便是霍尔效应。这个电势差也被叫做霍尔电势差。输出电压与电流 磁场有关 第四十八页，本课件共有62页传感器传感器o霍尔传感器及其应用 第四十九页，本课件共有62页传感器传感器o霍尔传感器及其应用 第五十页，本课件共有62页传感器传感器o霍尔传感器及其应用 转速测量第五十一页，本课件共有62页传感器传感器o霍尔传感器及其应用 测量电流第五十二页，本课件共有62页传感器传感器o光电传感器及其应用 反射式 透射式 聚焦式 第五十三页，本课件共有62页传感器传感器o
18、光电传感器及其应用 反射式 透射式 聚焦式 第五十四页，本课件共有62页传感器传感器o超声波传感器及其应用 TCT402F 发射 TCT402S 接收 RU100M30AP8XH1141 集成第五十五页，本课件共有62页传感器传感器o超声波传感器及其应用 TCT402F 发射 TCT402S 接收 第五十六页，本课件共有62页传感器传感器o超声波传感器及其应用 TCT402F 发射 TCT402S 接收 第五十七页，本课件共有62页传感器传感器o超声波传感器及其应用 TCT402F 发射 TCT402S 接收 第五十八页，本课件共有62页传感器传感器o超声波传感器及其应用 TCT402F 发射
19、 TCT402S 接收 第五十九页，本课件共有62页传感器传感器o光传感器n光敏器件o光敏电阻o光敏二极管o光敏三极管n热释电人体红外传感器o一般人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10UM左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10UM左右的红外线而进行工作的。人体发射的10UM左右的红外线通过菲尼尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，电后续电路经检验处理后即可产生报警信号。o采用热释电人体红外传感器制作的红外探测器，一般用于控制自动门，自动灯及高级光电玩具等。第六十页，本课件共有62页传感器传感器o其他传感器nMQ303A酒精传感器nM007可燃性气体传感器 对丙烷，丁烷，氢气等可燃性气体，包括天然气，液化气第六十一页，本课件共有62页传感器传感器o传感器选用原则n根据测量对象与测量环境确定传感器的类型n灵敏度的选择n频率响应特性n线性范围n稳定性n精度n自制传感器第六十二页，本课件共有62页