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1、电子系统设计电子系统设计福州大学通讯工程系 第四讲第四讲 电参量的丈量电参量的丈量主要内容主要内容o电压、电流、电功率的丈量o频率、时间、相位的丈量o电阻、电容、电感的丈量电压、电流、电功率的丈量电压、电流、电功率的丈量o直流电压的丈量直流电压的丈量o采样电路：高电压，弱信号，接地问题采样电路：高电压，弱信号，接地问题o信号调理信号调理 oAD转换转换o数据记录，存储及显示数据记录，存储及显示电压、电流、电功率的丈量电压、电流、电功率的丈量o直流电流的丈量直流电流的丈量o电流传感器：分流器，电流互感器电流传感器：分流器，电流互感器o电流电压变换电流电压变换 电压、电流、电功率的丈量电压、电流、
2、电功率的丈量o直流电流的丈量直流电流的丈量o电流电压变换工业丈量电流电压变换工业丈量 电压、电流、电功率的丈量电压、电流、电功率的丈量o直流电流的丈量直流电流的丈量o电流电压变换微弱信号电流电压变换微弱信号 电压、电流、电功率的丈量电压、电流、电功率的丈量o直流电流的丈量直流电流的丈量o电流电压变换非接地电流检测电流电压变换非接地电流检测 o MAX471/472 AD626/628/629电压、电流、电功率的丈量电压、电流、电功率的丈量o直流电流的丈量直流电流的丈量o电压电流变换浮地电压电流变换浮地 共地共地 o 电压、电流、电功率的丈量电压、电流、电功率的丈量o峰值、平均值和有效值的丈量峰
3、值、平均值和有效值的丈量o交变电压峰值交变电压峰值 o 电压、电流、电功率的丈量电压、电流、电功率的丈量o峰值、平均值和有效值的丈量峰值、平均值和有效值的丈量o交变电压峰值交变电压峰值 o 电压、电流、电功率的丈量电压、电流、电功率的丈量o峰值、平均值和有效值的丈量峰值、平均值和有效值的丈量o交变电压平均值交变电压平均值o 平均值全波平均值电压、电流、电功率的丈量电压、电流、电功率的丈量o峰值、平均值和有效值的丈量峰值、平均值和有效值的丈量o交交变变电电压压平平均均值值如如图图，不不适适宜宜小小电电流流，小小于于0.8Vo 电压、电流、电功率的丈量电压、电流、电功率的丈量o峰值、平均值和有效值
4、的丈量峰值、平均值和有效值的丈量o交变电压平均值精细二极管交变电压平均值精细二极管o 电压、电流、电功率的丈量电压、电流、电功率的丈量o峰值、平均值和有效值的丈量峰值、平均值和有效值的丈量o交变电压平均值精细二极管交变电压平均值精细二极管o 电压、电流、电功率的丈量电压、电流、电功率的丈量o峰值、平均值和有效值的丈量峰值、平均值和有效值的丈量 o有有效效值值的的丈丈量量？ Root Mean Square，RMS o 正弦波普通讯号如何丈量？电压、电流、电功率的丈量电压、电流、电功率的丈量o峰值、平均值和有效值的丈量峰值、平均值和有效值的丈量o有效值的丈量方法有效值的丈量方法o 1、利用平方率
5、器件、利用平方率器件 o 2、运算式有效值丈量、运算式有效值丈量o 3、热热点点式式 温温度度概概率率有效值有效值o 电压、电流、电功率的丈量电压、电流、电功率的丈量o峰值、平均值和有效值的丈量峰值、平均值和有效值的丈量o有效值的丈量方法有效值的丈量方法o 1、利用平方率器件、利用平方率器件 o o 电压、电流、电功率的丈量电压、电流、电功率的丈量o峰值、平均值和有效值的丈量峰值、平均值和有效值的丈量o有效值的丈量方法有效值的丈量方法o 1、利用平方率器件、利用平方率器件 o o 分段式逼近平方率电压、电流、电功率的丈量电压、电流、电功率的丈量o峰值、平均值和有效值的丈量峰值、平均值和有效值的
6、丈量o有效值的丈量方法有效值的丈量方法o 2、运算式有效值丈量、运算式有效值丈量o o ADI AD536 Linear Technology LTC1966 /1967/1968电压、电流、电功率的丈量电压、电流、电功率的丈量o峰值、平均值和有效值的丈量峰值、平均值和有效值的丈量o有效值的丈量方法有效值的丈量方法o 3、热热点点式式 温温度度概概率率有效值有效值o Linear Technology LTC1088频率、时间、相位的丈量频率、时间、相位的丈量o频率的丈量频率的丈量o测频法较高频率测频法较高频率 测周法较低频率测周法较低频率 o 频率、时间、相位的丈量频率、时间、相位的丈量o频
7、率的丈量频率的丈量o测频法较高频率测频法较高频率 测周法较低频率测周法较低频率 o 频率、时间、相位的丈量频率、时间、相位的丈量o频率的丈量频率的丈量o等精度测频法等精度测频法 抑制抑制o 频率、时间、相位的丈量频率、时间、相位的丈量o频率的丈量频率的丈量-波形预处置波形预处置o频频率率丈丈量量普普通通要要预预处处置置，使使输输入入信信号号变变成成规规范范电电平平的方波信号，以减少误差的方波信号，以减少误差o 频率、时间、相位的丈量频率、时间、相位的丈量o时间的丈量时间的丈量o 误差问题误差问题频率、时间、相位的丈量频率、时间、相位的丈量o时间的丈量时间的丈量o 误差问题误差问题Fc稳定度：稳
8、定度：Fc大：计数器位数大和任务频率升高大：计数器位数大和任务频率升高Tx大：分频大：分频频率、时间、相位的丈量频率、时间、相位的丈量o相位的丈量相位的丈量o 模拟丈量法：李萨育图形，乘法鉴相器模拟丈量法：李萨育图形，乘法鉴相器数字丈量法：数字丈量法：频率、时间、相位的丈量频率、时间、相位的丈量o相位的丈量相位的丈量o 数字丈量法实现：脉冲鉴相器数字丈量法实现：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电阻、电容、电感的丈量电阻、电容、电感的丈量o电阻的自动丈量电阻的自动丈量o 恒压源方式和恒流源方式恒压源方式和恒流源方式电阻、电容、电感的丈量电阻、电容、电感的丈量o电容的自动丈量
9、电容的自动丈量o C-f方式，方式， C-U方式，方式， C-T方式方式C-f方式方式电阻、电容、电感的丈量电阻、电容、电感的丈量o电容的自动丈量电容的自动丈量o C-f方式，方式， C-U方式，方式， C-T方式方式C-U方式方式电阻、电容、电感的丈量电阻、电容、电感的丈量o电容的自动丈量电容的自动丈量o C-f方式，方式， C-U方式，方式， C-T方式方式C-T方式方式电阻、电容、电感的丈量电阻、电容、电感的丈量o电感的自动丈量电感的自动丈量o L-U方式，方式， L-f方式方式 ， L-T方式方式传感器传感器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
10、换成易于丈量、传输、处置的电学量如电压、电流、电容等的一种组件，起自动控制造用。普通由敏感元件、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是指指能能直直接接感感受受或或呼呼应应被被丈丈量量的的部部分分，即即将将被被丈丈量量经经过过传传感器的敏感器的敏 感元件转换成与被丈量有确定关系的非电量或其它量。感元件转换成与被丈量有确定关系的非电量或其它量。n转换器件那么将上述非电量转换成电参量。转换器件那么将上述非电量转换成电参量。n转转换换电电路路的的作作用用是是将将转转换换元元件件输输入入的的电电参参量量
11、经经过过处处置置转转换换成成电电压压、电电流流或频率等可测电量，以便进展显示、记录、控制和处置的部分。或频率等可测电量，以便进展显示、记录、控制和处置的部分。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传感器传感器o热电偶传感器o压电传感器o压电式传感器是以某些晶体受力后在其外表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o霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器传感器传感器o新型传感器o光纤传感器o红外线传感器o超声波传感器o激光传感器传感器传感器o传感器
12、静态特性参数目的 o灵敏度o 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oYXo分辨力o 传感器在规定的丈量范围内可以检测出的被丈量的最小变化量称为分辨力。 o丈量范围和量程o 在允许误差限内，被丈量值的下限到上限之间的范围称为丈量范围。 o线性度非线性误差o 在规定条件下，传感器校准曲线与拟合直线间的最大偏向与满量程输出值的百分比称为线性度或非线性误差。传感器传感器o传感器静态特性参数目的o迟滞o 迟滞是指在一样的任务条件下，传感器的正行程特性与反行程特性的不一致程度。 o反复性o 反复性是指在同一任务条件下，输入量按同一方向在全丈量范围内延续变化多
13、次所得特性曲线的不一致性。o零漂和温漂o 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向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向与满量程的百分比，称为温漂。传感器传感器o温度传感器温度传感器o常用的温度传感器原理常用的温度传感器原理o热热电电偶偶:将将温温度度转转换换成成电电势势变变化化，利利用用热热电电效应效应o 将将不不同同资资料料的的导导体体组组成成一一个个回回路路，假假设设两两个节点温度不同，那么回路个节点温度不同，那么回路o 中中将将产产生生一一定定的的电电流流电电势势。其其大大小小与与资料及结点温度有关。资料及结点温度有关。o热电阻
14、：将温度转换成电阻变化热电阻：将温度转换成电阻变化o 金金属属导导体体电电阻阻：RtR01t-t0o Rt:t摄摄氏氏度度的的电电阻阻 R0：0度度的的电电阻阻 ：热电阻的温度系数：热电阻的温度系数o 半半导导体体热热敏敏：比比金金属属具具有有更更大大得得电电阻阻温温度度系数系数o PTC CTR NTC传感器传感器o温度传感器温度传感器o常用的温度传感器原理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半导体热敏：比金属具有更大得电阻温度系数o PTC CTR NTCoPTC正正温温度度系系数数：彩彩电电消消磁磁、各各种种电电器器设设备备的的过过热热维维护护、发热源的定发热源
15、的定 o 温控制，限流元件等温控制，限流元件等oCTR临界温度系数：温度开关临界温度系数：温度开关oNTC负负温温度度系系数数：在在点点温温、外外表表温温度度、温温差差、温温度度场场等等丈丈量量中中得得到到广广 泛泛运运用用，还还广广泛泛运运用用于于自自动动控制及线路的热补偿电路中，是运用最广泛的热敏电阻控制及线路的热补偿电路中，是运用最广泛的热敏电阻o 传感器传感器o温度传感器运用热电偶温度传感器运用热电偶o热电偶温度传感器：热点效应实际根底上热电偶温度传感器：热点效应实际根底上o 热热电电偶偶由由两两种种不不同同金金属属结结合合而而成成，它它受受热热时时会会产产生生微微小小的的电电压压，电
16、电压压大大小小取取决决于于组组成成热热电电偶偶的的两两种种金金属属资资料料，铁铁-康康铜铜(J型型)、铜铜-康康铜铜(T型型)和和铬铬-铝铝(K型型)热热电电偶偶是是最最常常用用的三种。的三种。o可以思索运用公用的可以思索运用公用的o 热电偶信号调理器，如热电偶信号调理器，如o AD594/595，具有冰点，具有冰点o 补偿电路。补偿电路。传感器传感器o温度传感器运用温度传感器运用o金属热敏电阻金属热敏电阻o金属导体电阻：金属导体电阻：oRtR01t-t0oRt:t摄氏度的电阻摄氏度的电阻 oR0：0度的电阻度的电阻 o：热电阻的温度系数：热电阻的温度系数传感器传感器o温度传感器运用温度传感器
17、运用o金属热电阻金属热电阻o铂铂热热电电阻阻：测测温温复复现现性性好好，广广泛泛用用于于温温度度的的基准、规范的传送基准、规范的传送o铜铜电电阻阻： 灵灵敏敏度度高高，但但易易于于氧氧化化，普普通通只只用用于于150度度以以下下低低温温以以及及没没有有水水及及无无侵侵蚀蚀性性的介质中的温度丈量的介质中的温度丈量o电电阻阻：易易于于氧氧化化，化化学学稳稳定定性性差差，不不易易提提纯纯，复用性也差，目前用的较少。复用性也差，目前用的较少。o o RtR01t-t0oRt:t摄氏度的电阻摄氏度的电阻 oR0：0度的电阻度的电阻 o：热电阻的温度系数：热电阻的温度系数传感器传感器o温度传感器温度传感器
18、o常用的温度传感器运用常用的温度传感器运用o半导体热敏：比金属具有更大得电阻温度系数半导体热敏：比金属具有更大得电阻温度系数o PTC CTR NTC传感器传感器o集成温度传感器运用oAD590绝对温度电流传感器oLM35/45摄氏温度电压传感器oAN6701传感器传感器o霍尔传感器及其运用o 霍 尔 效 应 ： 美 国 物 理 学 家 霍 尔(Hall,Edwin Herbert,1855-1938)于1879年在实验中发现，当电流垂直于外磁场经过导体时，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，这一景象便是霍尔效应。这个电势差也被叫做霍尔电势差。o 输出电压与电流 磁场有关
19、o o 传感器传感器o霍尔传感器及其运用o 传感器传感器o霍尔传感器及其运用o 传感器传感器o霍尔传感器及其运用o 转速丈量传感器传感器o霍尔传感器及其运用o 丈量电流传感器传感器光电传感器及其运用 反射式 透射式 聚焦式 传感器传感器光电传感器及其运用 反射式 透射式 聚焦式 传感器传感器o超声波传感器及其运用o TCT402F 发射 TCT402S 接纳 o RU100M30AP8XH1141 集成传感器传感器o超声波传感器及其运用o TCT402F 发射 TCT402S 接纳 o 传感器传感器o超声波传感器及其运用o TCT402F 发射 TCT402S 接纳 o 传感器传感器o超声波传
20、感器及其运用o TCT402F 发射 TCT402S 接纳 o 传感器传感器o超声波传感器及其运用o TCT402F 发射 TCT402S 接纳 o 传感器传感器o光传感器o光敏器件o光敏电阻o光敏二极管o光敏三极管o热释电人体红外传感器o普通人体都有恒定的体温，普通在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左右的红外线而进展任务的。人体发射的10UM左右的红外线经过菲尼尔滤光片加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，这种元件在接纳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置后即可产生报警信号。 o采用热释电人体红外传感器制造的红外探测器，普通用于控制自动门，自动灯及高级光电玩具等。传感器传感器o其他传感器oMQ303A酒精传感器oM007可燃性气体传感器o 对丙烷，丁烷，氢气等可燃性气体，包括天然气，液化气传感器传感器o传感器选用原那么o根据丈量对象与丈量环境确定传感器的类型o灵敏度的选择o频率呼应特性o线性范围o稳定性o精度o自制传感器
