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1、传感器与检测技术,主编 朱自勤,第9章 检 测 仪 器,9.1 模拟仪器 9.1.1 动圈式仪器 9.1.2 自动平衡式显示仪器 9.1.3 电动单元组合仪器 9.2 数字仪器 9.2.1 数字式显示仪器的概述 9.2.2 数字面板仪器 9.2.3 数字式显示仪器实例 9.3 智能仪器 9.3.1 智能仪器的典型结构 9.3.2 智能仪器的主要特点,第9章 检 测 仪 器,9.4 虚拟仪器 9.4.1 虚拟仪器的发展历史 9.4.2 虚拟仪器的硬件系统 9.4.3 虚拟仪器的软件系统 9.4.4 虚拟仪器的发展趋势 9.5 网络化检测仪器 9.5.1 总线技术 9.5.2 基于现场总线技术的网
2、络化测控系统 9.5.3 面向Internet网络测控系统 9.5.4 网络化检测仪器与系统实例,9.1.1 动圈式仪器,1.动圈式仪器 2.动圈式调节仪器,9.1 模拟仪器,1.动圈式仪器,动圈式仪器的测量电路由串联电阻、串联温度补偿电阻并联的线性补偿电阻等组成。,2.动圈式调节仪器,1)根据系统的功能、需要和环境条件的实际情况，选用符合质量要求的仪表。 2)仪表安装人员必须掌握仪表安装手册中的有关知识，阅读仪表说明书，了解仪表的性能和特点。 3)在仪表使用时，应根据冷端补偿方法的不同，调整指针机械零位。 4)动圈式仪表的准确度统一规定为1.0级，应定期校验。 5)平时应定期检查和维护，若发
3、生故障应及时排除，并做好记录。,9.1.2 自动平衡式显示仪器,图9-1 自动平衡式电子电位差计原理,9.1.3 电动单元组合仪器,图9-2 电动单元组合仪表简单调节系统框图,9.2.1 数字式显示仪器的概述,1.数字式显示仪器的分类 2.数字显示仪器的组成 典型的工业用数字显示仪器由信号转换、前置放大、线性化、A/D转换、标度变换、数字显示以及电源等部分组成。 3.数字显示仪器的基本构成方案 根据线性化在数字仪器电路中的不同位置，常有三种方案。,9.2 数字仪器,1.数字式显示仪器的分类,1)按输入信号的形式分为电压型和频率型两类。 2)按被测信号的点数分为单点和多点两类。 3)按仪器的功能
4、分为显示仪、显示报警仪、显示输出仪、显示记录仪及具有复合功能的数字显示报警输出记录仪等。,2.数字显示仪器的组成,典型的工业用数字显示仪器由信号转换、前置放大、线性化、A/D转换、标度变换、数字显示以及电源等部分组成。,3.数字显示仪器的基本构成方案,1)模拟线性化方案。 2)A/D转换线性化方案。 3)数字线性化方案。,9.2.2 数字面板仪器,图9-3 数字显示仪器的原理框图,9.2.3 数字式显示仪器实例,1.仪器的输入电路 以配接热电偶的输入电路为例，它将热电偶产生的毫伏信号经冷端温度补偿和滤波后送入前置放大器放大，前置放大器的第一级是由高精度运算放大器构成的同相放大电路，它提高了仪器
5、整机的输入阻抗，从而降低了包含外连线电阻在内的信号源内阻对测量准确度的影响。 2.非线性补偿电路 对于热电偶和热电阻的非线性温度特性，仪器采用模拟非线性补偿方法进行补偿。,9.2.3 数字式显示仪器实例,3.标度变化 在设计时，选取前置放大器的放大倍数及非线性补偿电路的输出，满足灵敏度为1mV/或0.1mV/的要求，选用输出为3(1/2)位(显示数字为-1.999)A/D转换器，可使仪器的数字显示值恰与实际被测温度一致，仪器是通过设计合理的放大倍数实现标度变化的。 4.A/D转换与显示电路 XZMA200系列数字显示仪器采用3(1/2)位集成单片ICL107实现A/D转换。,9.2.3 数字式
6、显示仪器实例,图9-4 XZMA200型仪器原理框图,1.仪器的输入电路 以配接热电偶的输入电路为例，它将热电偶产生的毫伏信号经冷端温度补偿和滤波后送入前置放大器放大，前置放大器的第一级是由高精度运算放大器构成的同相放大电路，它提高了仪器整机的输入阻抗，从而降低了包含外连线电阻在内的信号源内阻对测量准确度的影响。输入电路中还采用不平衡电桥组成冷端温度补偿器，来补偿热电偶冷端温度变化带来的热电动势的变化。,9.2.3 数字式显示仪器实例,2.非线性补偿电路,对于热电偶和热电阻的非线性温度特性，仪器采用模拟非线性补偿方法进行补偿。,3.标度变化,在设计时，选取前置放大器的放大倍数及非线性补偿电路的
7、输出，满足灵敏度为1mV/或01mV/的要求，选用输出为3（1/2）位（显示数字为-19991999A/D转换器，可使仪器的数字显示值恰与实际被测温度一致，仪器是通过设计合理的放大倍数实现标度变化的。,4.A/D转换与显示电路,A/D转换与显示电路XZMA200系列数字显示仪器采用3（1/2）位集成单片ICL107实现A/D转换。,9.3.1 智能仪器的典型结构,图9-5 智能仪器通用结构框图,9.3 智能仪器,9.3.2 智能仪器的主要特点,1)智能仪器使用键盘代替传统仪器中的旋转式或琴键式切换开关来实施对仪器的控制，从而使仪器面板的布置和仪器内部有关部件的安排不再相互限制和牵连。 2)微处
8、理器的运用极大地提高了仪器的性能。 3)智能仪器运用微处理器的控制功能，可以方便地实现量程自动转换、自动调零、触发电平自动调整、自动校准和自诊断等功能，有利地改善了仪器的自动化测量水平。,9.3.2 智能仪器的主要特点,4)智能仪器具有友好的人-机对话的功能，使用人员只需通过键盘输入命令，仪器就能实现某种测量和处理功能，与此同时，智能仪器还通过显示屏将仪器运行情况、工作状态以及对测量数据的处理结果及时告诉使用人员，使人-机之间的联系非常密切。 5)智能仪器一般都配有GPIB或RS232等接口，使智能仪器具有可程控操作的功能，从而可以很方便地与计算机和其他仪器一起组成用户所需要的多种功能的自动测
9、量系统，来完成更复杂的测试任务。,9.4.2 虚拟仪器的硬件系统,图9-6 虚拟仪器的构成基本框图,9.4 虚拟仪器,9.4.3 虚拟仪器的软件系统,软件是虚拟仪器的核心，目前软件的开发平台主要几种：美国国家仪器公司（NI）的Lab VIEW、Lab Windows/CVI和HP公司的VEE等。虚拟仪器完全符合国际上流行的“硬件软件化”的发展趋势，因而也被称作“软件仪器”。,9.4.4 虚拟仪器的发展趋势,虚拟仪器走的是一条标准化、开放性和多厂商的技术路线，经过10多年的发展，正沿着总线与驱动程序的标准化、硬/软件的模块化和硬件模块的即插即用化、编程平台的图形化等方向发展。随着计算机网络技术的
10、多媒体技术和分布式技术的飞速发展，融合了计算机技术的VI技术，其内容会更丰富, 如简化仪器数据传输的Internet访问技术DataSocket、基于组建对象模型（COM）的仪器软硬件互操作技术OPC和软件开发技术ActiveX等。这些技术不仅能有效提高测试系统的性能水平，而且也为“软件仪器时代”的到来做好了技术上的准备。,9.5 网络化检测仪器,总线式仪器和虚拟仪器等微机化仪器技术的应用，使组建集中和分布式测控系统变得更为容易。,9.5.1 总线技术,计算机系统通常采用总线结构，如构成计算机系统的CPU、存储器和I/O接口等部件之间都通过总线互连。总线的采用使得计算机系统的设计有了统一的标准
11、可循，不同的开发厂商或开发人员只要依据相应的总线标准即可开发出通用的扩展模块, 使得系统的模块化和积木化成为可能。,9.5.2 基于现场总线技术的网络化测控系统,1)彻底网络化。 2)一切N结构。 3)可靠性高。 4)操作性好。 5)综合功能强。 6)组态灵活。,9.5.3 面向Internet网络测控系统,图9-8 面向Internet的测控系统结构,9.5.4 网络化检测仪器与系统实例,1.网络化流量计 流量计是用来检测流动物体流量的仪器，它能记录各个时段的流量，并在流量过大和过小时报警。 2.网络化传感器 与计算机技术和网络技术相结合，传感器从传统的现场模拟信号通信方式转为现场级的全数字
12、通信方式成为现实，即产生了传感器现场级的数字网络化网络化传感器。 3.网络化示波器和网络化逻辑分析仪 安捷伦(Agilent)科技有限公司遵循“对网络看得越清楚，问题就越快地解决”的宗旨，几年前就将联网功能作为其Infinium系列数字存储示波器的标准性能，并且最近又研制出了具有网络功能的16700B型逻辑分析仪网络化逻辑分析仪。,图9-9 基于现场总线技术的测控网络,9.5.4 网络化检测仪器与系统实例,习题,1.什么是动圈式指示仪器的测量机构和测量线路？ 2.动圈式仪器有哪几种？配接热电偶和热电阻的动圈式仪器各是什么型号？ 3.自动平衡显示仪器由哪几部分组成？有哪些特点？ 4.DDZ系列仪器的信号制是什么？如何联络？ 5.数字式显示仪器构成的基本方案有哪些？各有何特点？ 6.数字面板表由哪几部分组成？何为3(1/2)位显示？ 7.XSZ101和XSZ102各配接哪几种传感器？,
