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1、,退出,退出,第7章,上页,下页,返回,7.1.1 常用电工测量仪表的分类,7.1 电量测量,7.1.2 测量误差和仪表准确度,7.1.3 电流、电压和功率的测量,7.1.1 常用电工测量仪表的分类,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。,第7章,翻页,上页,下页,电工测量仪表按测量方法分为直读式和比较式仪表。,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。,返回,（2）按仪表的工作原理分为：磁电式、电磁式、电动式；,第7章,翻页,上页,下页,（1）按被测量的不同分为： 电流表（安培、毫安、微安表）、 电压
2、表（伏特、毫伏表）、 功率表（瓦特表）、 电能表(电度表）（千瓦时表）、 频率计、电阻表（欧姆表）、 功率因数表；,（3）按仪表的种类分为：直流仪表、交流仪表、交直流 两用仪表。,返回,直读式仪表分类,上页,下页,翻页,第7章,几种常见的测量仪表,指针式万用表,数字式万用表,钳型电流表,兆欧表,返回,第7章,上页,下页,翻页,表7.1.1 电工测量仪表上的几种符号及其意义,返回,第7章,上页,下页,翻页,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 =
3、Ax-A0,7.1.2 测量误差和仪表准确度,返回,第7章,上页,下页,翻页,目前我国直读式电工测量仪表的准确度分为如表7.1.2所示五个等级。,仪表的准确度是按仪表的最大相对额定误差来分级的，即：,返回,Am是仪表的量程(满偏值), Am是可能发生的最大误差。,7.1.3 电流、电压和功率的测量,1. 电流和电压的测量,测量直流电流常用磁电式电流表测量直流电压常用磁电式电压表,第7章,上页,下页,翻页,返回,第7章,上页,下页,翻页,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。,电磁式仪表结构示意,返回,上页,下页,返回,第7章,2. 功率的测量,
4、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。,本节结束,第7章,上页,下页,返回,7.2.1 非电量电测法,*7.2非电量电测法和数据采集系统的组成,7.2.2 数据采集系统的组成,非电量电测法示意图,上页,下页,第7章,返回,翻页,传感器,7.2.1 非电量电测法,上页,下页,第7章,返回,7.2.2 数据采集系统的组成,数据采集系统的组成示意图,本节结束,第7章,上页,下页,返回,7.3.1 有源滤波电路,*7.3 有源滤波器和测量放大电路,7.3.2 测量放大电路,第7章,上页,下页,返回,7.3.1 有源滤波电路,翻页,定义：滤波电路是一种允许某一指
5、定频率范围内的信号顺利通过，而 抑制此频率范围以外的其他频率信号的电路,分类： （1）按通频带分：高通、低通、带通和带阻； （2）按组成元件的性质分： 无源滤波电路（仅含无源元件R、L、C） 有源滤波电路（含晶体管或集成运放等有源元件）,特点：与无源滤波电路相比，含有集成运放的有源滤波电路具有放大 作用，可以通过运放使输入与负载隔离，并且带负载能力强。,第7章,上页,下页,返回,翻页,R,Rf,一阶低通有源滤波电路,R1,ui,负反馈网络,同相输入比例放大电路,1.低通有源滤波电路,上页,下页,第7章,返回,翻页,第7章,上页,下页,返回,翻页,2. 高通滤波电路,第7章,上页,下页,返回,翻
6、页,第7章,上页,下页,返回,翻页,第7章,上页,下页,返回,7.3.2 测量放大电路,翻页,输入电阻高、躁声低、稳定性好、精度及可靠性高、共模抑制比大、线性度好、失调小、并有一定的抗干扰能力。,将传感器送来的微弱信号进行放大，再送到后面电路去处理。,第7章,上页,下页,返回,翻页,用集成运放组成的测量放大电路,类型：反相输入、同相输入、差分输入的比例运放电路,比较： 同相输入：输入电阻高，可用作测量放大电路的前置级，但易引入 共模干扰； 反相输入：运放输入端为“虚地”，短距离测量时抗干扰性能好，远 距离测量时，地电阻易引入干扰；此外输入电阻低，不易与传感器相连。,典型的测量放大电路由三个集成
7、运放构成，如图7.3.7所示。,第7章,上页,下页,返回,翻页,用集成运放组成的测量放大电路,差分放大电路,同相 输入,同相 输入,iP,第7章,上页,下页,返回,ui1,uo,ui2,R1,RP,R2,R2,R3,R3,A1,A2,A3,uo1,uo2,iP,）,本节结束,第7章,上页,下页,返回,7.4.1 模拟开关,*7.4 模拟开关和采样-保持电路,7.4.2 采样-保持（S/H）电路,第7章,上页,下页,返回,翻页,模拟量转换成数字量通常分四个步骤： 采样、保持由采样/保持电路完成量化、编码由A/D转换器完成,第7章,上页,下页,返回,翻页,7.4.1 模拟开关,模拟开关用于传输模拟
8、信号，它主要由控制电路和开关电路两部分组成。,主要介绍由CMOS传输门构成的模拟开关和集成多路模拟开关。,构成方式：双极型晶体管电路,MOS场效应晶体管,第7章,上页,下页,返回,翻页,CMOS传输门,电路,工作原理： 假设T1、T2管的开启电压的绝对值为3V，输入电压Ui的变化范围为010V ，CP=1 时认为CP端加了10V电压。,第7章,上页,下页,返回,翻页,CMOS传输门,电路,图形符号,注意： 由于MOS管的漏极和源极在结构上完全一样，可以互换，故传输门具有双向传输的特性，即Ui和Uo可以互换。,第7章,上页,下页,返回,翻页,电路,图形符号,模拟开关,模拟开关的结构：由一个传输门
9、加一个反相器构成。,模拟开关的工作原理：当控制信号D=1时，模拟开关接通，使Ui=Uo；当控制信号D=0时，模拟开关断开。,第7章,上页,下页,返回,翻页,电路,图形符号,单刀双掷模拟开关,工作原理：当控制信号D=1时，传输，Uo=Ui；当控制信号D=0时，传输，Uo=Ui。可以通过控制端来控制信号Ui是传输到Uo还是Uo。,第7章,上页,下页,返回,翻页,多路转换开关集成多路模拟开关,作用：用于多选一,种类：常见的有四选一、八选一、十六选一等类型。,例子：集成块是一个八选一多路开关。它主要由逻辑电平转换电路、地址译码电路、开关通道三部分组成。为禁止端，当其为高电平时，八个通道全部不通；当其为
10、低电平时，相应的输出各通道。,第7章,上页,下页,返回,翻页,CC4051模拟开关,第7章,上页,下页,返回,翻页,7.4.2 采样-保持（S/H）电路,采样-保持电路的基本概念,采样/保持电路的作用：若被测信号是快速变化的，则应在A/D转换前加采样/保持电路，使某一时刻采样到的被测信号，可以保持一段时间不变，让A/D 变换具有足够的时间进行变换，送给计算机。,第7章,上页,下页,返回,翻页,采样/保持电路的设计思想：采样/保持电路应由采样脉冲控制。在采样状态时，电路的输出跟随模拟电压变化 在保持状态时，保持前一次采样结束瞬间的模拟电压，直至下一次采样。,采样定理（香农定理）： 为保持信号的不
11、失真，必须满足： fs 2 fimax 其中： fs 采样频率；fimax 输入信号最高频率分量的频率。,第7章,上页,下页,返回,翻页,模拟开关,保持电容,采样-保持电路示意图,第7章,上页,下页,返回,采样-保持电路波形图,本节结束,工作原理： （1） Uc（t）高电平时，开关S闭合，属采样时间， Ui（t）通过A1对保持电容快速充电， Uo跟随 Ui的变化而变化。 （2） Uc（t）低电平时，开关S断开，属保持时间，电容电压保持着开关断开瞬间的输入电压值，Uo=Ui（nT），此值一直保持到下一次采样 状态开始为止。,第7章,上页,下页,返回,7.5.1 T型电阻网络D/A转换器,7.5
12、数/模(D/A)转换器,7.5.2 集成D/A转换器举例,D/A的功能：将数字信号转换成模拟信号，它通常 用于系统里对外部设 备实现控制操作 的输出通道中。,上页,下页,第7章,返回,翻页,7.5.1 T型电阻网络D/A转换器,T型电阻D/A变换器的工作原理： 由输入二进制数码的各位分别控制相应的模拟开关，通过电阻网络得到一个与二进制数码各位的权值成比例的电流，再经过运放求和，转换成与输入二进制码成比例的模拟电压输出。,D/A的组成框图,上页,下页,第7章,返回,翻页,模拟量输出,数字量输入,T型电阻网络D/A转换器,梯形电阻网络A、B、C、D任意一点，其右边的电阻网络等效电阻均等于R 。,当
13、 D=0时 S接右边（接地） ；当 D=1时 S 接左边（虚地）。,并行数字输入,上页,下页,第7章,翻页,模拟信号输出,返回,当 D=0时S 接地；当 D=1时S 接“地”（虚地），,T型电阻网络的等效电路,即不论模拟开关接到左边还是右边，电阻2R一端总是零电位。其等效电路如图：,第7章,上页,下页,翻页,R,返回,上页,下页,第7章,翻页,2R,UO= Rf I01,返回,上页,下页,第7章,D/A的主要技术参数,是指最小输出电压（ 对应的输入二进制数为1 ）与最大输出电压(对应的输入二进制数的所有位全为1)之比。,例如十位数模转换器的分辨率为：,分辨率=1/（2n-1）,表示实际输出的电
14、压值与理想的输出电压值之间的差别。,从数码输入到模拟电压稳定输出间的时间称为转换速度。, 分 辨 率:, 转换精度：, 转换速度：,翻页,返回,CC7520 外部引脚图,Iout1、Iout2：电流输出端,RF：反馈信号输入端,UDD：电源输入端，5 10V,GND：接地端,UREF：基准电源，10V +10V,上页,下页,第7章,翻页,CC7520 D/A转换器,CC7520是10位CMOS电流开关型D/A转换器，其结构简单，通用性好。片内只含倒T型电阻网络、电子开关和反馈电阻RF，应用时外部要接参考电压源和运算放大器。,引脚功能,D9D0：数字信号输入端,7.5.2 集成D/A转换器举例,返回,上页,下页,第7章,翻页,CC7520 D/A转换器应用电路,返回,程控三角波/方波发生器,UO2,UO1,第7章,上页,下页,返回,本节结束,1k,R1,R2,C,DZ,10k,20k,第7章,上页,下页,返回,7.6.1 逐次逼近型A/D转换器,7.6 模/数(A/D)转换器,*7.6.2 双积分型A/D转换器,概述,上页,下页,第7章,返回,翻页,A/D 转换器的作用是将输入的模拟电压数字化。,
