數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

1、.1Chapter 102主要內(nèi)容主要內(nèi)容 測量系統(tǒng)簡介測量系統(tǒng)簡介 電量的測量電量的測量 非電量的測量非電量的測量 測量調(diào)理電路測量調(diào)理電路310.1 概述概述10.1.1 測量系統(tǒng)簡介測量系統(tǒng)簡介半導(dǎo)體基本知識半導(dǎo)體基本知識傳感器信號變換微機(jī)采集系統(tǒng)顯示儀表變送器放大濾波線性化標(biāo)準(zhǔn)化傳感器：直接感受被測物理量，并將其轉(zhuǎn)換成與被測物理量有一定函數(shù)關(guān)系的電壓、電流等物理量。 變送器：把傳感器的輸出參數(shù)變化轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電信號。 顯示儀表和微機(jī)采集系統(tǒng) 4信號的傳輸方式：電流傳輸R1R2Rni+ +u1u2un被被測測信信號號測量顯示儀表測量顯示儀表優(yōu)點(diǎn)：1、輸出電流的大小與負(fù)載電阻無關(guān)，所以傳送

2、導(dǎo)線的電阻不會造成誤差，且抗干擾能力強(qiáng)。2、可以同時串接幾個測量儀表，而不會影響測量精度。3、能夠?qū)崿F(xiàn)傳送線的斷線自檢。 510.2 電量的檢測電量的檢測 10.2.1高電壓與大電流檢測高電壓與大電流檢測一、使用的傳感器一、使用的傳感器（被測電流）（被測電流）A AR Ri i1 1i i2 2高高壓壓側(cè)側(cè)檢檢測測端端電壓互感器電壓互感器電流互感器電流互感器6二、二、互感器的正確選擇和使用互感器的正確選擇和使用 選擇：選擇：1、按被測量線路的電壓高低、電流大小選擇合適的電壓或電流互感器，以確保操作人員和儀表的安全。2、一般選用互感器的準(zhǔn)確度等級比測量儀表的準(zhǔn)確度高兩倍。如0.5級儀表須選用0.

3、1級互感器。3、根據(jù)需要接入互感器的負(fù)載(包括測量儀表及連接導(dǎo)線)大小及性質(zhì)，選擇合適的額定容量的互感器。 如額定容量S為5伏安的電流互感器，在次級額定電流I2N5A和功率因數(shù)cosl時，次級所能接入的最大負(fù)載阻抗|Z|=SI22N0.2。 7使用：使用：1、電壓互感器的次級線圈不許短路。電流互感器的次級線圈不許開路。2、互感器的次級線圈、鐵心及外殼都要可靠接地，以確保人身和設(shè)備安全。3、除特殊設(shè)計(jì)的可逆互感器外，一般互感器不許反方向使用(即不能將初級與次級互換)。4、儀表接入互感器后，應(yīng)將電壓表讀數(shù)乘以變壓比，電流表讀數(shù)乘以變流比才是所測高電壓和大電流的數(shù)值。 8三、電壓變送器和電流變送器

4、隔離型變送器分類： 按隔離方式劃分：電磁隔離型、線性光電隔離型和霍爾效應(yīng)型 按信號類型劃分：交流變送器、交直流通用變送器 按接線方式：穿心式和接線式 輸出信號：輸出電壓15v,輸出電流420mA 910.2.2三相交流電路功率的檢測三相交流電路功率的檢測1功率的檢測 WIUPll866151003cos3 在高電壓、大電流的系統(tǒng)中，一般并不單測功率，而是同時測量三相電壓和三相電流，所以功率表不需要單獨(dú)的互感器，而是和電壓表、電流表共用電壓和電流互感器。 一般電壓互感器的次級滿量程電壓為100 V，電流互感器的次級滿量程電流為5 A，功率因數(shù)最大為1，所以 功率變送器所測功率再乘以電壓互感器的變

5、壓比Ku和電流互感器的變流比Ki，就是負(fù)載的實(shí)際有功功率。 102智能電量變送器 智能電量變送器將電壓、電流、功率變送器的接線及功能集于一身，采用高性能微控制器(MCU)，綜合運(yùn)用數(shù)字信號處理(DSP)技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)、自動控制技術(shù)、高速數(shù)據(jù)采集技術(shù)、集成技術(shù)、貼片安裝工藝等一系列先進(jìn)技術(shù)和工藝，通過對三相電壓和三相電流進(jìn)行高速采樣、數(shù)據(jù)處理和實(shí)時計(jì)算，可以得到各種交、直流電量參數(shù)，并通過RS-485總線傳送到計(jì)算機(jī)。智能電量變送器尤其適用于電壓、電流波形畸變的電量檢測。 1110.2.310.2.3頻率的檢測頻率的檢測 1數(shù)字式頻率計(jì)的工作原理 設(shè)在時間T內(nèi)計(jì)數(shù)器累計(jì)的脈沖數(shù)為N，則頻率為

6、： TNfxTfNNNx11誤差： 當(dāng)T1 s時，若計(jì)數(shù)N100000，則fx=100000 Hz，顯示100.000 kHz；若T=0.1 s，則計(jì)數(shù)值必減少為N 10000，則顯示100.00 kHz。 122數(shù)字式頻率計(jì)的測周期原理數(shù)字式頻率計(jì)的測周期原理 若將被測信號作為門控信號，去計(jì)量在門若將被測信號作為門控信號，去計(jì)量在門控時間內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)頻率信號的個數(shù)，則可以測量控時間內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)頻率信號的個數(shù)，則可以測量被測信號的周期被測信號的周期1310.3非電量的檢測非電量的檢測 10.3.1溫度的檢測溫度的檢測 一、熱電偶溫度傳感器一、熱電偶溫度傳感器 (1) 熱電效應(yīng) 兩種不同的導(dǎo)體兩端相互緊密地

7、連接在一起，組合成一個閉合回路，當(dāng)兩接點(diǎn)溫度不等(TT0)時，回路中就會產(chǎn)生電動勢，從而形成電流，這一現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，該電動勢稱為熱電動勢。 (2) 中間導(dǎo)體定則 在熱電偶回路中，可以接入連接導(dǎo)線、測試儀表(如毫伏表、變送器)等，只要保證這些中間導(dǎo)體各自兩端的溫度相同，則對熱電偶的熱電勢沒有影響。 14（3）計(jì)算修正法 將多支熱電偶的冷端集中在一起，用其它方式(如熱電阻)測知其冷端溫度，再由每支熱電偶的熱電勢通過查表和計(jì)算得出其熱端溫度。 例如，用鎳鉻鎳硅熱電偶測某介質(zhì)的溫度，測得熱電勢為33.29 mV，冷端溫度30。由分度表查得30時的熱電勢為1.20 mV，故冷端溫度為0時的熱電勢應(yīng)為

8、33.29+1.2034.49 mV。再據(jù)此電勢查分度表得溫度為829.6，此值即為真實(shí)溫度值。 （4）補(bǔ)償導(dǎo)線的使用 15二、熱電阻溫度傳感器二、熱電阻溫度傳感器常用的熱電阻：鉑電阻和銅電阻。測量范圍：中低溫接線方式：二線制 、三線制 231RRRRt312RRRRt 當(dāng)電橋平衡時： 二線制接法：16三線制接法： rrrrtRRRRRRRRRRRRRR232312231)(312)()(RRRRRRrrt 若使R2=R3，Rt=R1，說明此種接法導(dǎo)線電阻Rr對熱電阻的測量無影響。 1710.3.2壓力的檢測壓力的檢測 絕對壓力：絕對壓力：從完全真空的零壓力起算所測得的壓力。從完全真空的零壓力

9、起算所測得的壓力。表壓力：表壓力：以大氣壓作為零壓力起算所測得的壓力。以大氣壓作為零壓力起算所測得的壓力。差壓：差壓：兩個壓力之間的差值。兩個壓力之間的差值。 一、一、電容式壓力傳感器電容式壓力傳感器 1、測量原理 原理：將壓力的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化，主要采用變間隙和變面積兩種方法。 18)(LHHLHLPPKCCCC192、測量電路2121112121211TTTTUUTTTUTTTUUUBAoRUUURCT1111lnRUUURCT1122ln12121UCCCCUo+-+10100011101001020二、二、應(yīng)變片式壓力傳感器應(yīng)變片式壓力傳感器 金屬導(dǎo)體應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片金屬導(dǎo)體

10、應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片 金屬電阻應(yīng)變片：金屬電阻應(yīng)變片：測量應(yīng)變的原理是基于其應(yīng)變效應(yīng)，即導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外界作用下(如壓力等)產(chǎn)生機(jī)械變形時，其阻值將發(fā)生相應(yīng)的變化。 半導(dǎo)體應(yīng)變片：半導(dǎo)體應(yīng)變片：工作原理是基于壓阻效應(yīng)，即單晶半導(dǎo)體材料沿某一軸向受到外力作用時，其電阻率發(fā)生變化。 半導(dǎo)體應(yīng)變片式壓力傳感器又稱為壓阻式壓力傳感器或壓阻式壓力傳感器或硅傳感器硅傳感器，它在小量程小量程時有很高的精度，靈敏度高靈敏度高，但溫溫度系數(shù)大度系數(shù)大，應(yīng)變與電阻的關(guān)系曲線呈非線性。 21測量電路二臂差動電橋二臂差動電橋四臂差動電橋四臂差動電橋ERRRRRRRRRUo)(434221122ERRUo1221

11、ERRUo112210.3.2 轉(zhuǎn)速的檢測轉(zhuǎn)速的檢測 一一、光電式測速傳感器、光電式測速傳感器 例：光電式測速儀碼盤槽縫數(shù)為1024，測得每1秒鐘內(nèi)有256個脈沖，試求所測轉(zhuǎn)速n為多少？minn23二二、霍爾元件傳感器、霍爾元件傳感器 工作原理工作原理2410.3.4 物位的測物位的測量量一、一、差壓式液位儀表差壓式液位儀表 PH 密閉容器內(nèi)的液位可由液位起點(diǎn)與液面上部氣體的壓力差測得，稱為差壓式液位儀表。 25二、超聲波二、超聲波物位測量物位測量 2tChhHh2610.4 信號測量電路信號測量電路 10.4.1 測量放大器 作用：作用：由于傳感器輸出信號變化速度緩

12、慢、變化范由于傳感器輸出信號變化速度緩慢、變化范圍小必須對其進(jìn)行放大處理。圍小必須對其進(jìn)行放大處理。要求：要求：該放大電路必須具有很高的共摸抑制比、很高該放大電路必須具有很高的共摸抑制比、很高的輸入阻抗和與下一級電路匹配的輸出阻抗。的輸入阻抗和與下一級電路匹配的輸出阻抗。27典型的測量放大器電路結(jié)構(gòu)（儀用放大器）雙端差模信號輸入雙端差模信號輸入單端輸出單端輸出由兩個電壓跟隨器由兩個電壓跟隨器和一個減法電路構(gòu)和一個減法電路構(gòu)成成)21 (1246RRRRuuAiouf2810.4.2 程控測量放大器 2910104 43 3電壓電壓- -電流變換電路電流變換電路 3010.5 濾波器 定義：濾波

13、器是一種能使一定頻率范圍內(nèi)的信號順利通過，而使其它頻率的信號受到較大衰減的電路。作用：主要用于濾除干擾信號。一般在微弱信號放大的同時附加濾波功能和信號采樣前使用濾波器。 分分類類低通濾波器：低通濾波器：低頻信號能通過而高頻信號不能通過的濾波器； 高通濾波器：高通濾波器：高頻信號能通過而低頻信號不能通過的濾波器； 帶通濾波器：帶通濾波器：在某一個頻率范圍內(nèi)的信號能通過而在此之外的信號均不能通過的濾波器 帶阻濾波器：帶阻濾波器：在某一個頻率范圍內(nèi)的信號不能通過而在此之外的信號均能通過的濾波器 31低通濾波器低通濾波器帶通濾波器帶通濾波器高通濾波器高通濾波器帶阻濾波器帶阻濾波器其中：其中：.2 ,

14、1 , 0,)cos()(222ndttntfTaTTn.2 , 1 , 0,)sin()(222ndttntfTbTTn.)2sin()sin(.)2cos()cos(2)(21210tbtbtataatf滿足狄里赫利條件的任意函數(shù)滿足狄里赫利條件的任意函數(shù)f(t)的傅立葉變換：的傅立葉變換：任意函數(shù)信號可以看任意函數(shù)信號可以看成多個頻率為成多個頻率為 的整的整數(shù)倍的正弦和余弦信數(shù)倍的正弦和余弦信號的疊加號的疊加32,.1 , 0.,)sin(1).5sin(51)3sin(31)sin(4)(ntnnttttf例如：方波信號的傅立葉級數(shù)展開為例如：方波信號的傅立葉級數(shù)展開為基波基波基波基波+三次諧波三次諧波基波基波+三次諧波三次諧波+五次諧波五次諧波3310.5.1 無源RC濾波器 由無源器件構(gòu)成的濾波器由無源器件構(gòu)成的濾波器)()(1111)(212RCarctgRCRCjUUjT幅頻特