测控电路第5版_ch1绪论

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1、测控电路设计测控电路设计 课程性质与任务课程性质与任务 本课程是“测控技术与仪器”专业的专业课程。主要研究测控 系统中的电路问题,阐述如何在电子技术与测量、控制之间架起一座 桥梁。 学生需学会如何在测量和控制中运用电子技术，如何与光、机、 计算机紧密配合，实现测控的总体思想，围绕精、快、灵和测控任 务的其它要求来选用电路、设计电路。 课程学时安排和成绩评定课程学时安排和成绩评定 学时：38/32/6；学分: 2 成绩评定：考试（70%）+平时（30%）考勤10%；作业10%；实验10%； 参考书籍参考书籍-测控电路（第5版），张国雄，机械工业出版社； -现代测控电路，李刚，高等教育出版社； -

2、测控电路及装置，孙传友等，北京航空航天大学出版社。本课程与其他课程的关系本课程与其他课程的关系测控电路设计模拟电子技术数字电子技术自动控制原理主要内容和学时安排主要内容和学时安排第一章第一章绪论绪论2 2学时学时第二章第二章信号放大电路信号放大电路6 6学时学时第三章第三章信号调制解调电路信号调制解调电路6 6学时学时第四章第四章信号分离电路信号分离电路6 6学时学时第五章第五章信号运算电路信号运算电路4 4学时学时第六章第六章信号转换电路信号转换电路4 4学时学时第八章第八章习题课习题课2 2学时学时总复习总复习2 2学时学时3232课内学时课内学时从信号的测量从信号的测量、 变换和控制出发

3、变换和控制出发， 侧重于侧重于： 测控系统电路； 电路结构和芯片 外特性及应用； 各单元电路之间 及与系统之间的 相互关联；第一章第一章绪论绪论学习要点学习要点1.测控系统的作用;2.现代测控系统的构成;3.正确理解单元电路分析与整体电路设计之间的关系及整体电路设计主要考虑的问题;4.掌握自上而下的系统设计方法和明确单元电路之间、单元电路与系统之间的关系。 学习方法学习方法1.理论联系实际，重视实验、课程设计等实践活动;2.结合常用测控电路，学生自行搭建、焊接和调试电路模块;3.针对常用测控电路在测控系统中的位置，正确理解测控电路的功能和作用;只有通只有通 过足够的实过足够的实 验和仿真实验和

4、仿真实 践践，才能提才能提 高实际动手高实际动手 能力能力，更好更好 地掌握书本地掌握书本 知识知识，更加更加 自信地面对自信地面对 就业的激烈就业的激烈 竞争竞争。第一节第一节测控电路的功用测控电路的功用第二节第二节对测控电路的主要要求对测控电路的主要要求第三节第三节测控电路的输入信号与输出信号测控电路的输入信号与输出信号第四节第四节测控电路的类型与组成测控电路的类型与组成第五节第五节测控电路的发展趋势测控电路的发展趋势第一章主要内容第一章主要内容第一节第一节 测控电路的功用测控电路的功用( (1 1) )http:/ 测控电路的功用测控电路的功用( (2 2) )小区智能化控制系统集合了楼

5、宇可视对讲 、门禁系统、周边防范、停车场自动管理、电 子巡更、防盗报警于一体，实现小区一体化安 防管理和卡通用，大大提高了家庭防范的灵活 性及可靠性。 在工业生产领域的应用在工业生产领域的应用； 在日常生活中的应用在日常生活中的应用（家用电器家用电器、办公商办公商务务、智能楼宇智能楼宇和医疗卫生系统和医疗卫生系统）；）； 在陆海空交通领域的应用在陆海空交通领域的应用; ; 在国防领域的应用在国防领域的应用； 在航空航天领域的应用在航空航天领域的应用为什么说在现代生产中提高产 品质量与生产效率都离不开测 量与控制技术？试举例说明测量与控制技术在 生产、生活与各种工作中的广 泛应用。测控系统由那几

6、部分组成？第一节第一节 测控电路的功用测控电路的功用( (3 3) )动手找动手找：找出几个你身边的测控找出几个你身边的测控 电路的应用实例电路的应用实例，试着试着 问几个为什么问几个为什么。第一节第一节 测控电路的功用测控电路的功用( (4 4) )例例：空调机测量控制室温空调机测量控制室温实际温度实际温度被测对象被测对象：被测信号被测信号：检测器具检测器具：操作过程操作过程：室内空气室内空气温度温度温度传感器温度传感器 - 热电阻热电阻、热电偶或热电偶或集成温度传感器集成温度传感器 热敏电阻热敏电阻 电信号电信号 信号调理信号调理 控制和显示控制和显示空调机空调机http:/112.90.

7、145.242/gree_product/jyktxx.jsp?seid=1003#3设定温度设定温度AD590 传感器传感器测量控测量控 制电路制电路执行机构执行机构图1-1测控系统的组成和应用第一节第一节 测控电路的功用测控电路的功用( (5 5) )信号放大信号放大; ;信号调制解调信号调制解调； 信号分离信号分离；信号运算信号运算； 信号转换信号转换；信号控制信号控制。第二节第二节 对测控电路的主要要求对测控电路的主要要求( (1 1) )精度高精度高高的输入阻抗和低的输出阻抗高的输入阻抗和低的输出阻抗响应快响应快转换灵活转换灵活可靠性与经济性可靠性与经济性GBT 13283-2008

8、 工业过程测量和控制 用检测仪表和显示仪表精确度等级输入阻抗 input impedance 仪器仪表输入端之间的阻抗。 输出阻抗 output impedance 仪器仪表输出端之间的阻抗。 负载阻抗 load impedance 与仪器仪表输出端连接的所有装置及连 接导线的阻抗总和。时间常数时间常数 time constanttime constant ： 在一阶线性系统中，由阶跃或脉冲输入引起 的变化，输出完成总上升或总下降的 63.2% 所需的时间。 阶跃响应时间阶跃响应时间 step response timestep response time ： 当输入产生阶跃变化时，输出由 初

9、始值第一次到达最终稳态值与初始稳态值之差的规定百分数 时的时间。GB强制国标；GBT推荐国标影响测控电路精度的主要因素有哪些影响测控电路精度的主要因素有哪些？ 其中那几个因素是最基本的其中那几个因素是最基本的？ 1 1、噪声与干扰噪声与干扰 2 2、失调与漂移失调与漂移，主要是温漂主要是温漂 3 3、线性度与保真度线性度与保真度 4 4、输入与输出阻抗的影响输入与输出阻抗的影响第二节第二节 对测控电路的主要要求对测控电路的主要要求( (2 2) )为什么说测控电路是测控系统中最灵活为什么说测控电路是测控系统中最灵活 的环节的环节，它体现在哪些方面它体现在哪些方面？ 1 1、模数转换与数模转换模

10、数转换与数模转换 2 2、信号形式的转换信号形式的转换 3 3、量程的变换量程的变换 4 4、信号的选取信号的选取 5 5、信号处理与运算信号处理与运算第二节第二节 对测控电路的主要要求对测控电路的主要要求( (3 3) )第三节第三节测控电路的输入信号测控电路的输入信号 与输出信号与输出信号( (1 1) )一一、模拟式信号模拟式信号(一)非调制信号图1-2 非调制模拟信号120xt举例： 温度信号； 流量信号； 力信号(二)已调制信号 例：用电感传感器测量工件轮廓形状 几个重要概念几个重要概念： 1、载波频率（carrying frequency) 2、载波信号（carrying sign

11、al) 3、调制信号（modulating signal) 4、已调信号（modulated signal) 5、调幅信号（amplitude modulated signal) 6、调频信号（frequency modulated signal)第三节第三节测控电路的输入信号测控电路的输入信号 与输出信号与输出信号( (2 2) )usucx214图1-3 用电感传感器测量 工件轮廓形状3图1-4 调幅信号c)ustuctb)a)O xtxO xO第三节第三节测控电路的输入信号测控电路的输入信号 与输出信号与输出信号( (3 3) )测杆线圈磁芯被测工件二二、数字式信号数字式信号 （一）增量

12、码信号(光栅) （二）绝对码信号 （三）开关信号11110000000100100011010001010110 01111000111011001101101110101001第三节第三节测控电路的输入信号测控电路的输入信号 与输出信号与输出信号( (4 4) )图1-5 码盘6位二进制码盘4位二进制码盘第三节第三节测控电路的输入信号测控电路的输入信号 与输出信号与输出信号( (5 5) )测控电路中的信号制测控电路中的信号制KMM可编程调节器结构框图信号制信号制是在成套系列仪器仪是在成套系列仪器仪 表测控电路中表测控电路中，各个单元的输入各个单元的输入、 输出信号采用何种统一的联络信输出信

13、号采用何种统一的联络信 号问题号问题。 电模拟电模拟信号种类信号种类： 直流电压直流电压 ( (电流电流) )，交流电压交流电压( (电流电流) )； 19731973年年4 4月月IECIEC第第6565次技术委次技术委 员会通过的标准规定了员会通过的标准规定了国际统一国际统一 信号信号：过程控制系统的模拟直流过程控制系统的模拟直流 电流信号为电流信号为4 42020mAmA，模拟直流电模拟直流电 压信号为压信号为1 15 5V V；国内统一信号国内统一信号： 4 42020mAmA，1 15 5V V； 0 01010mAmA， 1 11010V V。信号传输方式信号传输方式由于测控系统的

14、变送器是现场仪表由于测控系统的变送器是现场仪表，输出信号要送到控制室中输出信号要送到控制室中。 信号的传输方式有三种信号的传输方式有三种：两线制两线制、三线制和四线制三线制和四线制 International Electrotechnical Commission 国际电工委员会第三节第三节测控电路的输入信号测控电路的输入信号 与输出信号与输出信号( (6 6) )变送器需要两根电源线，加上两根 电流输出线，总共要接4根线，称之为 四线制变送器。传感器传感器是能够受规定的被测量并是能够受规定的被测量并 按照一定的规律转换成可用输出信号的按照一定的规律转换成可用输出信号的器件器件或或 装置的总称

15、装置的总称，通常由敏感元件和转换元件组成通常由敏感元件和转换元件组成。 当传感器的输出为规定的当传感器的输出为规定的标准信号标准信号时时，则称为变送器则称为变送器。电流输出可以与电源公用一根线 （公用VCC或者GND），可节省一根线， 变成三线制变送器。4-20mA电流本身就可以为变送器供电。 变送器在电路中相当于一个特殊的负载， 特殊之处在于变送器的耗电电流在420mA 之间根据传感器输出而变化。显示仪表只 需要串在电路中即可。这种变送器只需外 接2根线，因而被称为两线制变送器。第四节第四节 测控电路的类型与组成测控电路的类型与组成( (1 1) )一一、测量电路的基本组成测量电路的基本组成(一)模拟式测量电路的基本组成(二)数字式测量电路的基本组成二二、控制电路的基本组成控制电路的基本组成(一)开环控制(二)闭环控制第四节第四节 测控电路的类型与组成测控电路的类型与组成( (2 2) )模拟调速系统例子模拟调速系统例子速度调节器电流调节器霍尔传感器由模拟运放构成PI或PID电路测速电机放大滤波http:/www.g