第十四章-電工電子技術(shù)典型應(yīng)用

第十四章電工電子技術(shù)典型應(yīng)用

14.1555定時(shí)器及應(yīng)用14.2D/A轉(zhuǎn)換器和A/D轉(zhuǎn)換器14.3電工測量簡介14.4非電量的測量（傳感器）簡介第一節(jié)555定時(shí)器及應(yīng)用555定時(shí)器是將模擬和數(shù)字電路集于一體的中規(guī)模集成電路。它的應(yīng)用十分廣泛，通常只要外接幾個(gè)適當(dāng)?shù)淖枞菰?，就可以組成像多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和施密特觸發(fā)器等脈沖波形的產(chǎn)生與整形電路，在工業(yè)自動(dòng)控制、定時(shí)、延時(shí)、報(bào)警、仿聲、電子玩具等方面有著廣泛的應(yīng)用。555定時(shí)器的產(chǎn)品有雙極型和單極型（CMOS）兩大類。所有雙極型產(chǎn)品型號的最后三個(gè)數(shù)碼都是555，電源電壓在4.5~18V之間，輸出電流可達(dá)200mA,典型產(chǎn)品有NE555、5G555等。CMOS555定時(shí)器功耗低，輸出電流小，典型產(chǎn)品有CC7555、CC7556等，電源電壓在3V～18V之間，下面以雙極型NE555為例介紹集成定時(shí)器的電路組成及應(yīng)用，其余產(chǎn)品的邏輯功能和外部引線排列與其完全相同。一、555定時(shí)器電路組成及功能（一）555定時(shí)器的電路組成輸出為低電平時(shí)，VT導(dǎo)通；輸出為高電平時(shí)，VT截止VT（二）555定時(shí)器的功能高觸發(fā)輸入低觸發(fā)輸入復(fù)位輸出輸入輸出放電管VT××00導(dǎo)通10導(dǎo)通11截止1不變原態(tài)555定時(shí)器的功能表二、555定時(shí)器構(gòu)成施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器可以把不規(guī)則的輸入波形變?yōu)榱己玫木匦尾ㄐ盘?/p>

圖14-2(a)是用555定時(shí)器構(gòu)成施密特觸發(fā)器的原理圖，圖中將6、2端相連。輸入信號為一三角波，當(dāng)時(shí)，3端輸出為0；當(dāng)時(shí)，3端輸出為1。于是從3端就得到一矩形波輸出信號。該電路的輸入、輸出波形，如圖14-2(b)所示。當(dāng)電壓控制端5端電壓不懸空，而在5端與1端間接入一個(gè)可調(diào)電壓時(shí)，可以用來調(diào)節(jié)高低觸發(fā)電壓的范圍。這種施密特觸發(fā)器在脈沖電路中常用作波形的變換、波形的整形和脈沖幅度的鑒別。三、555定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是一種只有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)的電路，如果沒有外加輸入信號的變化，電路將保持這一穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)受到外加觸發(fā)脈沖的作用，電路能夠從穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到一種與其相反的狀態(tài)，電路將在這一狀態(tài)維持一定時(shí)間，依靠電路自身的作用，電路將自動(dòng)地返回到穩(wěn)定狀態(tài)。因?yàn)榕c穩(wěn)定狀態(tài)相反的狀態(tài)不能長久保存，所以把它稱為暫穩(wěn)狀態(tài)。由555定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器如圖14-3（a）所示，觸發(fā)脈沖（即輸入信號）uI接在2端，6端與7端相連并與R、C相接。t1uc（a）電路圖（b）波形圖圖14-3555定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電源接通瞬間，電路有一個(gè)進(jìn)入穩(wěn)定的過程，電源+UCC通過電阻R向電容C充電，當(dāng)uC上升到時(shí)，u0=0，放電管VT導(dǎo)通，電容C放電，電路進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。設(shè)在t1時(shí)，外加觸發(fā)信號uI（），低觸發(fā)端電壓，u0=1，VT截止。此后，電容C充電，當(dāng)充電至?xí)r，即時(shí)，電路翻轉(zhuǎn)，u0=0，VT導(dǎo)通，電容C放電，電路自動(dòng)地返回到穩(wěn)態(tài)。由于VT導(dǎo)通電阻很小，故放電較快。uI、uC和u0的波形變化情形如圖14-3（b）所示。由圖14-3（b）可以看出，暫穩(wěn)態(tài)的時(shí)間就是輸出u0為高電平的時(shí)間，它是uC由0充電至的時(shí)間，我們把這一時(shí)間稱為u0的輸出脈沖寬度tW，由電工理論進(jìn)行計(jì)算，可得四、555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器用555定時(shí)器組成的多諧振蕩器電路，如圖14-4(a)所示。6端與2端相連并與R1、R2、C相接，7端直接連在R1與R2的連接處。電路沒有輸入端。當(dāng)VT截止時(shí)，+UCC通過R1、R2對C進(jìn)行充電；當(dāng)VT導(dǎo)通時(shí)，C通過R2和555定時(shí)器內(nèi)部的導(dǎo)通管進(jìn)行放電。

圖14-4555定時(shí)器組成的多諧振蕩器(a)電路圖(b)波形圖設(shè)電路在接通電源前，電容C上的電壓為0。接通電源Ucc后，由于=0，，=1，VT截止，這時(shí)電源經(jīng)電阻和對電容C充電，當(dāng)電容電壓上升到時(shí)，由高電平1翻轉(zhuǎn)為低電平0。放電管VT導(dǎo)通，已充電至的電容C通過電阻和放電管VT放電，電容電壓下降。當(dāng)下降到時(shí)，由低電平0翻轉(zhuǎn)為高電平l，此時(shí)放電管VT截止，電源又經(jīng)電阻和對電容C充電，如此循環(huán)重復(fù)上述過程，就在555定時(shí)器的輸出端產(chǎn)生一連續(xù)的矩形波，波形如圖14-4(b)所示。輸出端高電平維持的時(shí)間是電容充電使其電壓從上升到的時(shí)間；低電平維持的時(shí)間是電容放電使其電壓從下降到的時(shí)間。前者的時(shí)間常數(shù)是（R1+R2）C，后者的時(shí)間常數(shù)是R2C。由電工理論分析可得，輸出端為高電平的時(shí)間約為；輸出為低電平的時(shí)間約為C。則振蕩波形的周期T為

五、555定時(shí)器的其它應(yīng)用舉例

(一)模擬聲響發(fā)生器如圖所示是用兩塊集成555定時(shí)器和外圍元件組成的模擬聲響發(fā)生器?？梢钥闯?，它是由兩個(gè)多諧振蕩器構(gòu)成的電路。+UCC(二)定時(shí)開關(guān)電路利用555定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路，可以制作一個(gè)定時(shí)器，以控制各種電器的啟動(dòng)和停止。一個(gè)實(shí)用的電子定時(shí)器電路如圖14-6所示。該電路可直接驅(qū)動(dòng)小功率繼電器工作。第二節(jié)D／A轉(zhuǎn)換器和A／D轉(zhuǎn)換器隨著數(shù)字計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，模擬量和數(shù)字量的相互轉(zhuǎn)換變得十分重要。例如，用數(shù)字系統(tǒng)對生產(chǎn)過程進(jìn)行控制，由于生產(chǎn)過程所處理的常常是反映溫度、壓力、流量、位移等變化的模擬量，不能為數(shù)字系統(tǒng)所直接處理，因此需要先將模擬量轉(zhuǎn)換為與之相應(yīng)的數(shù)字量，經(jīng)由數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行處理；經(jīng)處理后的輸出為數(shù)字量，需要再將它轉(zhuǎn)換為與之相應(yīng)的模擬量，去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作。將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬信號稱為數(shù)/模(D/A)轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換的電路稱為數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(簡稱DAC)。將模擬信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字信號稱為模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的電路稱為模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(簡稱ADC)一、D/A轉(zhuǎn)換器（一）D/A轉(zhuǎn)換器的實(shí)現(xiàn)方法將輸入的每一位二進(jìn)制代碼按其權(quán)的大小轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，然后將代表各位的模擬量相加，所得的總模擬量就與數(shù)字量成正比，這樣便實(shí)現(xiàn)了從數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。常用的D/A轉(zhuǎn)換器有權(quán)電阻DAC、R-2RT型電阻DAC、倒T型電阻DAC等幾種類型。某位數(shù)字量Di=1時(shí)，相應(yīng)模擬開關(guān)Si倒向集成運(yùn)算放大器的反相輸入端；Di=0時(shí)，相應(yīng)模擬開關(guān)Si倒向集成運(yùn)算放大器的同相輸入端。因?yàn)橥噍斎攵私拥?，故反相輸入端為“虛地”。因此，由UREF端往里看的等效電阻為R，故2R電阻支路上的電流自右向左（高位D3→低位D0）依次為這些電流是否流向集成運(yùn)算放大器的反相輸入端，由相應(yīng)位的數(shù)字量來決定，即運(yùn)算放大器的輸出電壓即(二)D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)1．分辨率是指最小輸出電壓和最大輸出電壓之比。它取決于D/A轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。位數(shù)越多分辨率越高，如8位D/A轉(zhuǎn)換器，最小輸出電壓與數(shù)字00000001對應(yīng)，而最大輸出電壓與數(shù)字11111111對應(yīng)。所以，分辨率為

2．精度指輸出模擬電壓的實(shí)際值和理論值之差，即最大靜態(tài)誤差。誤差主要是參考電壓偏離標(biāo)準(zhǔn)值、運(yùn)算放大器零點(diǎn)漂移、模擬開關(guān)的壓降、電阻值誤差等引起的。3．轉(zhuǎn)換速度D/A轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換所需的最大時(shí)間。二、A／D轉(zhuǎn)換器(一)A/D轉(zhuǎn)換器工作原理A/D轉(zhuǎn)換器分直接型和間接型兩大類。并行A/D轉(zhuǎn)換器、計(jì)數(shù)型A/D轉(zhuǎn)換器、逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器屬于直接型A/D轉(zhuǎn)換器；單積分A/D轉(zhuǎn)換器、雙積分A/D轉(zhuǎn)換器等屬于間接型A/D轉(zhuǎn)換器。現(xiàn)以逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器為例說明工作原理。D/A轉(zhuǎn)換器數(shù)碼寄存器控制電路－＋＋△8…….…時(shí)鐘脈沖UIUfDn-1Dn-2Dn-3D0n位數(shù)字量輸出電壓比較器輸入模擬電壓將要轉(zhuǎn)換的模擬電壓UI與一系列的基準(zhǔn)電壓Uf比較。比較是從高位到低位逐位進(jìn)行，同時(shí)依次確定各位數(shù)碼是1還是0。轉(zhuǎn)換開始前，先將數(shù)碼寄存器清零，開始轉(zhuǎn)換后，控制邏輯將寄存器最高位置1，使其輸出為100…000，這個(gè)數(shù)碼被D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬電壓Uf，送至比較器與輸入U(xiǎn)I進(jìn)行比較。說明寄存器輸出的數(shù)碼大了，應(yīng)將最高位1改為0（去碼），同時(shí)設(shè)次高位為1。說明寄存器輸出的數(shù)碼還不夠大，需將最高位設(shè)置的1保留（加碼），同時(shí)再設(shè)次高位為1。然后按同樣的方法進(jìn)行比較，確定次高位的1是去掉還是保留。這樣逐位比較下去，一直到最低位為止，比較完畢后，寄存器中的狀態(tài)就是轉(zhuǎn)換后的數(shù)字輸出。比較原理比較原則工作過程比較結(jié)果(二)A／D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)1．分辨率以二進(jìn)制代碼位數(shù)表示，位數(shù)越多，量化誤差越小，分辨率越高。2．相對誤差指A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)際輸出數(shù)字量和理想輸出數(shù)字量之間的差別，通常以最低位有效位的倍數(shù)表示。例如，給出相對誤差≤LSB／2。這表明實(shí)際輸出數(shù)字量和理論計(jì)算出數(shù)字量之間的誤差不大于最低位1的一半。3．轉(zhuǎn)換速度完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需時(shí)間，一般低速為1~30ms，中速為50us左右，高速為50ns左右。(三)A/D轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用數(shù)字式萬用表是電工、電子技術(shù)中使用非常廣泛的測量儀表，它的核心即是A/D轉(zhuǎn)換器，它具有自動(dòng)化和智能化程度高、測量范圍廣、讀數(shù)直觀準(zhǔn)確、過載能力強(qiáng)、直接顯示極性、測量速度快等特點(diǎn)。數(shù)字式萬用表電路組成結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。測量時(shí)，被測量(電阻、電壓、電流)先轉(zhuǎn)換為適當(dāng)大小的直流電壓，直流電壓經(jīng)過量程選擇電路加到ADC上，將轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，再經(jīng)過譯碼顯示電路顯示出測量的結(jié)果。第三節(jié)電工測量簡介

電工測量是采用電工儀表對電學(xué)物理量（電壓、電流、電能、電功率等）和常見電路元件參數(shù)（電阻、電感、電容等）所進(jìn)行的測量。隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的日益提高，電工測量的意義也顯得越來越重要。電工測量技術(shù)的應(yīng)用得益于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展?，F(xiàn)代的電工測量儀表具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、精確度高等特點(diǎn)，它可以靈活地安裝在需要進(jìn)行測量的地方，并可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)記錄，它可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的測量，它還可以在一定的條件下對非電物理量進(jìn)行測量。一、電工測量的分類

（一）按測量方式分類1．直接測量將被測量與作為標(biāo)準(zhǔn)的量直接比較，或者用已經(jīng)有刻度的儀表進(jìn)行測量，儀表讀出值就是被測量的電磁量。2．間接測量利用某種中間量與被測量量之間的函數(shù)關(guān)系，先測出中間量，再算出被測量。3．組合測量被測量與中間量的函數(shù)式中還有其它未知數(shù)，須通過改變測量條件，得出不同條件下的關(guān)系方程組，然后解聯(lián)立方程組求出被測量的數(shù)值。（二）按測量方法分類

1．直讀法直讀法是根據(jù)測量儀表顯示的數(shù)值直接讀取被測量的數(shù)值的方法。2．比較法比較法是指在測量過程中需要度量器直接參與并通過比較儀器來確定被測量數(shù)值的。根據(jù)比較方式的不同，比較法可分為以下三種：（1）零值法。在測量過程中，連續(xù)改變標(biāo)準(zhǔn)量，使它產(chǎn)生的效應(yīng)與被測量產(chǎn)生的效應(yīng)相抵消或者相平衡，即使被測量與相比較的同類標(biāo)準(zhǔn)量之間的微差為零，這種方法稱為零值法。（2）差值法。如果在測量過程中，被測量與標(biāo)準(zhǔn)量互相不能完全平衡或標(biāo)準(zhǔn)量不便于精細(xì)調(diào)節(jié)，則用測量儀器測量二者的差值量或測量正比于差值的量，進(jìn)而根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)量的數(shù)值確定被測量的大小，這種方法稱為差值法。該方法實(shí)際上是一種不徹底的零值法。（3）替代法。將被測量與標(biāo)準(zhǔn)量分別接入同一個(gè)測量裝置，在標(biāo)準(zhǔn)量替代被測量的情況下，調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)量器的大小，使得測量裝置的工作狀態(tài)保持不變，則可以用標(biāo)準(zhǔn)量器的數(shù)值大小來確定被測量的量值，這種方法稱為替代法。此方法是一種極其準(zhǔn)確的測量方法，準(zhǔn)確度完全取決于標(biāo)準(zhǔn)量器的準(zhǔn)確度。二、測量誤差的表示方法被測量的真實(shí)值稱為真值，在一定的時(shí)間和空間內(nèi)，真值是一個(gè)客觀存在的確定的數(shù)值。在實(shí)際測量中，即使選用準(zhǔn)確度最高的測量器具、測量儀器和儀表，而且沒有人為失誤，想要得到真值也是不可能的。絕對誤差定義為測量結(jié)果與被測量的真值的差值。絕對誤差用表示，即：

實(shí)際應(yīng)用時(shí)，常用精度高一級的標(biāo)準(zhǔn)器具的示值A(chǔ)作為實(shí)際值來代替真值。

（一）絕對誤差

（二）相對誤差

（1）實(shí)際相對誤差定義為絕對誤差與被測量的實(shí)際值的百分比值。實(shí)際相對誤差用表示，即：（2）示值相對誤差示值相對誤差又稱標(biāo)稱相對誤差，定義為絕對誤差與讀數(shù)值的百分比。示值相對誤差用表示，即：（3）引用相對誤差定義為絕對誤差與測量儀器滿度值的百分比。引用相對誤差用表示，即：三、電工測量儀表的分類電工測量儀表的種類繁多，分類方法也各有不同。按照電工儀表的結(jié)構(gòu)和用途，大體上可以分為以下五類。（1）指示儀表類：直接從儀表指示的讀數(shù)來確定被測量的大小。（2）比較儀器類：需在測量過程中將被測量與某一標(biāo)準(zhǔn)量比較后才能確定其大小。（3）數(shù)字式儀表類：直接以數(shù)字形式顯示測量結(jié)果，如數(shù)字萬用表、數(shù)字頻率計(jì)。（4）記錄儀表和示波器類：如X-Y記錄儀、光線示波器。（5）擴(kuò)大量程裝置和變換器：如分流器、附加電阻、電流互感器、電壓互感器。

常用的指示儀表可按以下方法分類：

（1）按儀表的工作原理分類主要有電磁式、電動(dòng)式和磁電式指示儀表，其他還有感應(yīng)式、振動(dòng)式、熱電式、熱線式、靜電式、整流式、光電式和電解式等類型的指示儀表。

（2）按測量對象的種類分類主要有電流表（又分安培表、毫安表、微安表）、電壓表（又分為伏特表、毫伏表等）、功率表、頻率表、歐姆表、電度表等。

（3）按被測電流種類分類有直流儀表、交流儀表、交直流兩用儀表。

（4）按使用方式分類有安裝式儀表和可攜式儀表。

（5）按儀表的準(zhǔn)確度分類指示儀表的準(zhǔn)確度可分為0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0七個(gè)等級。儀表的級別即儀表準(zhǔn)確度的等級。

（6）按使用環(huán)境條件分類指示儀表可分為A、B、C三組。A組：工作環(huán)境為0～+40℃，相對濕度在85%以下。B組：工作環(huán)境為-20～+50℃，相對濕度在85%以下。C組：工作環(huán)境為-40～+60℃，相對濕度在98%以下。(7)按對外界磁場的防御能力分類指示儀表有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ4個(gè)等級。四、常用電工測量儀表（一）電流表和電壓表

電流表和電壓表的工作原理常見的電流表和電壓表按工作原理的不同分為磁電式、電磁式和電動(dòng)式三種，以磁電式儀表為例說明其工作原理如下

它的固定磁路系統(tǒng)由永久磁鐵、極靴和圓柱形鐵心組成。它的可動(dòng)部分由繞在鋁框上的線圈、線圈兩端的、半軸、指針、平衡重物、游絲等組成。圓柱形鐵心固定在儀表支架上，用來減小磁阻，并使極靴和鐵心間的卒氣隙中產(chǎn)生均勻的輻射磁場。整個(gè)可動(dòng)部分被支承在軸承上，可動(dòng)線圈處于永久磁鐵的氣隙磁場中。

當(dāng)線圈中有被測電流流過時(shí)，通過電流的線圈在磁場中受力并帶動(dòng)指針而偏轉(zhuǎn)，當(dāng)與彈簧反作用力矩平衡時(shí)，指針便停留在相應(yīng)位置，并存面板刻度標(biāo)尺上指出被測數(shù)據(jù)。

（1）磁電式儀表有以下優(yōu)點(diǎn)：標(biāo)度均勻,靈敏度和準(zhǔn)確度較高,讀數(shù)受外界磁場的影響小。（2）磁電式儀表的缺點(diǎn)如下：表頭本身只能用來測量直流量（當(dāng)采用整流裝置后也可用來測量交流量），過載能力差。（3）使用磁電式儀表的注意事項(xiàng)有：測量時(shí)，電流表要串聯(lián)在被測的支路中，電壓表要并聯(lián)在被測電路中；使用直流表，電流必須從“+”極性端進(jìn)入，否則指針將反向偏轉(zhuǎn);一般的直流電表不能用來測量交流電，儀表誤接交流電時(shí)，指針雖無指示，但可動(dòng)線圈內(nèi)仍有電流通過，若電流過大，將損壞儀表;磁電式儀表過載能力較低，注意不要過載。

（二）指針式萬用表萬用電表又稱三用表、萬能表等，是一種多功能的攜帶式電工儀表，用以測量交、直流電壓、電流、直流電阻等。有的萬用表還可以測量電容量、晶體管共射極直流放大系數(shù)hFE和音頻電平等參數(shù)。萬用表的結(jié)構(gòu)主要由表頭（測量機(jī)構(gòu)）、測量線路、轉(zhuǎn)換開關(guān)、面板及表殼等部分組成。萬用表的工作原理比較簡單，采用磁電系儀表為測量機(jī)構(gòu)。測量電阻時(shí)，使用內(nèi)部電池做電源，應(yīng)用電壓、電流法；測量電流時(shí)，用并聯(lián)電阻分流以擴(kuò)大量限；測量電壓時(shí)，采用串聯(lián)電阻分壓的方法以擴(kuò)大電壓量限。指針式500型萬用表電路原理圖

(三)兆歐表兆歐表又叫搖表，是一種簡便的，常用來測量高電阻值的直讀式儀表。一般用來測量電路、電機(jī)繞組、電纜、電氣設(shè)備等的絕緣電阻。最常見的兆歐表是由作為電源的高壓手搖發(fā)電機(jī)（交流或直流發(fā)電機(jī)）及指示讀數(shù)的磁電式雙動(dòng)圈流比計(jì)所組成。

1．兆歐表的選用兆歐表的常用規(guī)格有250V、500V、1000V、2500V和5000V，選用兆歐表主要應(yīng)考慮它的輸出電壓及測量范圍。一般額定電壓在500V以下的設(shè)備，選用500V或1000V的表，額定電壓在500V以上的設(shè)備，選用1000V或2500V的表，而瓷瓶、母線、刀閘等應(yīng)選2500V以上的表。2．兆歐表的使用（1）兆歐表應(yīng)放在平整而無搖晃或震動(dòng)的地方，使表身置于平穩(wěn)狀態(tài)。測量前先將兆歐表進(jìn)行一次開路和短路試驗(yàn)，檢查兆歐表是否良好。若將兩連線開路，搖動(dòng)手柄，指針應(yīng)指在“∞”處，這時(shí)如再把兩連接線短接一下，指針應(yīng)指在“0”處，說明兆歐表是良好的，否則，該表不能正常使用。

（2）兆歐表上有三個(gè)分別標(biāo)有E（接地）、L（電路）和G（保護(hù)環(huán)或屏蔽端子）的接線柱。測量電路絕緣電阻時(shí)，可將被測端接于L接線柱上，而以良好的地線接于E接線柱上，如圖14-13a所示；在作電機(jī)絕緣電阻測量時(shí)，將電機(jī)繞組接于L接線柱上，機(jī)殼接于E接線柱上，如圖14-13b所示；測量電纜的纜芯對纜殼的絕緣電阻時(shí)，除將纜芯和纜殼分別接于L和E接線柱外，再將電纜殼芯之間的內(nèi)層絕緣物接G接線柱，以消除因表面漏電而引起的誤差，如圖14-13c所示。

在使用兆歐表前應(yīng)進(jìn)行以下準(zhǔn)備工作：

（1）檢查兆歐表是否正常。（2）檢查被測電氣設(shè)備和線路，看其是否已全部切斷電源。（3）測量前應(yīng)對設(shè)備和線路先行放電，以免設(shè)備或線路的電容放電危及人身安全和損壞兆歐表，同時(shí)還可以減少測量誤差。兆歐表的正確使用要點(diǎn)如下：

（1）兆歐表必須水平放置于平穩(wěn)、牢固的地方，以免在搖動(dòng)時(shí)因抖動(dòng)和傾斜產(chǎn)生測量誤差。（2）接線必須正確無誤，接線柱“E”（接地）、“L”（線路）和“G”（保護(hù)環(huán)或稱屏蔽端子）與被測物的連接線必須用單根線，要求絕緣良好，不得絞合，表面不得與被測物體接觸。（3）搖動(dòng)手柄的轉(zhuǎn)速要均勻，一般規(guī)定為120r/min，允許有±20%的變化，但不應(yīng)超過25%。通常要搖動(dòng)1min待指針穩(wěn)定后再讀數(shù)。（4）測量完畢，應(yīng)對設(shè)備充分放電，否則容易引起觸電事故。（5）嚴(yán)禁在雷電時(shí)或附近有高壓導(dǎo)體的設(shè)備上測量絕緣電阻，只有在設(shè)備不帶電又不可能受其他電源感應(yīng)而帶電的情況下才可進(jìn)行測量。（6）兆歐表未停止轉(zhuǎn)動(dòng)之前，切勿用手去觸及設(shè)備的測量部分或兆歐表接線柱。（7）兆歐表應(yīng)定期校驗(yàn)，其方法是直接測量有確定值的標(biāo)準(zhǔn)電阻，檢查其測量誤差是否在允許范圍之內(nèi)。

（五）功率表功率表用于測量直流電路和交流電路的功率，又稱為電力表或瓦特表。功率表大多采用電動(dòng)式儀表的測量機(jī)構(gòu)。它有兩組線圈，一組是電流線圈，一組是電壓線圈。它的指針偏轉(zhuǎn)（讀數(shù)）與電壓、電流以及電壓與電流之間的相角差的余弦的乘積成正比。因此，可用它測量電路的功率。由于它的讀數(shù)與電壓、電流之間的相角差有關(guān)，因此電流線圈與電壓線圈的接線必須按照規(guī)定的方式連接才能正確測量。

直流功率的測量，可以用分別測量電壓、電流的間接方法測量，也可以用功率表直接測量。單相交流有功功率的測量，在頻率不很高時(shí)采用電動(dòng)系或鐵磁電動(dòng)系功率表直接測量。在頻率較高時(shí)，采用熱電系或整流系功率表直接測量。三相有功功率的測量，可采用三相有功功率表進(jìn)行測量，也可采用幾個(gè)單相有功功率表進(jìn)行測量。功率表的接線必須遵守“發(fā)電機(jī)端”規(guī)則，即：功率表標(biāo)有“*”號的電流端鈕必須接到電源的一端，而另一電流端鈕接到負(fù)載端，電流線圈串聯(lián)接人電路中。功率表標(biāo)有“*”號的電壓端鈕，可以接到電流端鈕的任一端，而另一電壓端鈕則跨接到負(fù)載的另一端。

第四節(jié)非電量的測量(傳感器)簡介一、傳感器概述(一)傳感器在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中為了檢查、監(jiān)督和控制某個(gè)生產(chǎn)過程或運(yùn)動(dòng)對象，使它們處于過程的最佳狀態(tài)，就必須掌握描述它們特性的各種參數(shù)，因此就需要測量這些參數(shù)的大小、方向、變化、速度等。這些參數(shù)就其電學(xué)特征來分，可分為電量和非電量。電量一般指電流、電壓、脈沖等。非電量一般包含物理量、化學(xué)量、工業(yè)量、感覺量四種。位移、速度、力、壓力、加速度、溫度等參數(shù)的測量最為常見。傳感器是一種以測量為目的，以一定的精度將被測量轉(zhuǎn)換為與之有確定關(guān)系，易于處理和測量的某種物理量(主要是電學(xué)量)的測量裝置或部件。各種高技術(shù)的智能武器、機(jī)器及家用電器設(shè)計(jì)水平的高低，主要取決于使用傳感器的數(shù)量與質(zhì)量的不同。傳感器是智能化高技術(shù)的前驅(qū)和象征。國家標(biāo)準(zhǔn)（GB7665—87）中傳感器（Transducer/Sensor）的定義為：能夠感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。(二)傳感器的組成敏感元件是直接感受被測量(一般是非電量)，并輸出與被測量有確定關(guān)系的其他量

傳感元件是將敏感元件輸出的非電量(如位移)轉(zhuǎn)換成電參量(如電阻、電感、電容)

基本轉(zhuǎn)換電路是將電參量轉(zhuǎn)換成便于測量的電量，如電壓、電流、脈沖等

（非電量）（電量）輸出量(三)傳感器的分類1.根據(jù)傳感器的工作原理分類

這是傳感器最常見的分類方法，這種分類方法將物理、化學(xué)、生物等學(xué)科的原理、規(guī)律和效應(yīng)作為分類的依據(jù)，有利于對傳感器工作原理的闡述和對傳感器的深入研究與分析，但不便于使用者根據(jù)用途選用。按照傳感器工作原理的不同，傳感器可分為電參數(shù)式傳感器(包括電阻式、電感式和電容式傳感器)、壓電式傳感器、光電式傳感器(包括一般光電式、光纖式、激光式和紅外式傳感器等)、熱電式傳感器、半導(dǎo)體式傳感器、波式和輻射式傳感器等。這些類型的傳感器大部分是分別基于其各自的物理效應(yīng)原理命名的。(三)傳感器的分類2.根據(jù)傳感器的用途分類

按傳感器的用途來分類，例如位移傳感器、壓力傳感器、振動(dòng)傳感器、溫度傳感器等，對人們系統(tǒng)地使用傳感器很有幫助。

3.根據(jù)傳感器的材料類別分類

近年來對傳感器材料的開發(fā)研究有較大的進(jìn)展，用復(fù)雜材料來制造性能更加良好的傳感器是今后發(fā)展的方向之一。

1）半導(dǎo)體材料

2）陶瓷材料3）磁性材料4）智能材料半導(dǎo)體硅在力敏、熱敏、光敏、磁敏、氣敏、離子敏及其他敏感元件方面均具有廣泛用途。具有耐熱性、耐腐蝕性、多孔性、光電性、介電性及壓電性。利用它已制成了諸如溫度（新型熱敏電阻）、氣體、濕度、光電、離子、超聲及加速、力、陀螺等多種傳感器。非晶磁性材料具有磁導(dǎo)率高、矯頑力小、電阻率高、耐腐蝕、硬度大等特點(diǎn)智能材料是指設(shè)計(jì)和控制材料的物理、化學(xué)、機(jī)械、電學(xué)等參數(shù)，研制出生物體材料所具有的特性或者優(yōu)于生物體材料性能的人造材料二、幾種常用傳感器簡介

(一)測力傳感器在機(jī)械制造中，無論是生產(chǎn)過程或檢驗(yàn)過程，常需對各種力進(jìn)行分析研究及檢測。測力傳感器主要有電阻式、電容式、壓電式等形式。其中電阻應(yīng)變式傳感器測量范圍寬、精度高、動(dòng)態(tài)性能好、壽命長、體積小、重量輕、價(jià)格便宜，可在惡劣條件(高速、振動(dòng)、腐蝕等)下工作，因而應(yīng)用范圍最廣。1.彈性敏感元件彈性敏感元件是許多傳感器的基本元件。彈性敏感元件根據(jù)感受的物理量不同，可分為力敏感型、壓力型和溫度敏感型。

其中力敏感型彈性元件是能夠感受力的變化，并將其轉(zhuǎn)換成位移(或應(yīng)變)的彈性敏感元件。

常見的彈性敏感元件結(jié)構(gòu)形式有柱式和梁式。柱式彈性元件可以是實(shí)心柱體或空心柱體，其主要特點(diǎn)是加工方便、結(jié)構(gòu)簡單，適用于拉力測量和稱重系統(tǒng)，能承受較大載荷梁式彈性元件是一端固定，另一端自由的彈性元件，又稱懸梁。按其截面形狀又可分為等截面懸臂梁和變截面懸臂梁。其主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高，適用于小載荷測量2．電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器可分為張絲式和應(yīng)變片式。其中應(yīng)變片式傳感器工作原理，是利用粘接劑將電阻應(yīng)變片粘貼在試件表面上，并隨同試件一起受力變形，從而使應(yīng)變片的電阻值產(chǎn)生相應(yīng)的變化。通過適當(dāng)?shù)臏y量電路，將電阻的變化量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電流或電壓信號，即可實(shí)現(xiàn)對于被測試件產(chǎn)生變形的電測量。

電阻應(yīng)變片可分為金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片。金屬電阻應(yīng)變片常見的形式有金屬絲式、箔式和薄膜式應(yīng)變片。其工作原理是基于金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)。

(1)電阻應(yīng)變效應(yīng)金屬導(dǎo)體的電阻隨著它受外力作用發(fā)生機(jī)械變形的大小而變化的現(xiàn)象稱為金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)。如金屬電阻絲受張力作用而變細(xì)，其電阻值增大。設(shè)有一根長L、截面積為S、電阻率為ρ的金屬電阻絲，其電阻值為如果該電阻絲在軸向應(yīng)力作用下，長度變化、截面積變化、電阻率為，則電阻R也將隨之變化

(2)金屬電阻應(yīng)變片結(jié)構(gòu)金屬電阻應(yīng)變片式傳感器基本結(jié)構(gòu)有彈性元件、應(yīng)變片、測量橋路三部分。使用應(yīng)變片式傳感器進(jìn)行力的測量時(shí)，首先要選擇合適的應(yīng)變片粘貼在被測試件上。當(dāng)試件受力產(chǎn)生應(yīng)變和應(yīng)力時(shí)，粘貼在其上的應(yīng)變片也會(huì)受力產(chǎn)生應(yīng)變，其結(jié)果是應(yīng)變片的電阻值也發(fā)生變化。這樣就把力這個(gè)非電量轉(zhuǎn)換為電阻量，而電阻的測量通常借助于電橋電路。圖14-18所示為電橋的基本線路。圖中，、、、為電橋的四個(gè)橋臂電阻，電橋的供電電源可以是直流電源也可以是交流電源圖14-18橋式轉(zhuǎn)換電路為了調(diào)整方便，通常采用四個(gè)橋臂電阻值相等的等臂電橋或用兩相鄰橋臂電阻值相等的對稱電橋。當(dāng)橋臂電阻無變化時(shí)，電橋處于平衡狀態(tài)，輸出電壓為零；當(dāng)橋臂電阻有變化時(shí)輸出一個(gè)與電阻變化成正比的電壓值。如果把應(yīng)變片式傳感器中的電阻應(yīng)變片作為電橋的橋臂電阻接在線路上，那么應(yīng)變片受力產(chǎn)生的電阻的改變，可以轉(zhuǎn)換為電橋電壓值的變化。被測試件受力值的測量過程可以簡單示意如下：力的變化()應(yīng)變()應(yīng)變片電阻變化()橋路電壓的變化。若電橋四個(gè)橋臂電阻都用應(yīng)變片，則稱為全橋式；若只有兩相鄰橋臂用應(yīng)變片則稱半橋式；若只有一個(gè)橋臂為應(yīng)變片電阻的稱為單臂電橋。(二)溫度傳感器溫度是與人類的生活、工作關(guān)系最為密切的物理量，也是各門學(xué)科與工程研究設(shè)計(jì)中經(jīng)常遇到和必須精確測定的物理量。從工業(yè)爐溫、環(huán)境氣溫到人體溫度，各個(gè)技術(shù)領(lǐng)域都離不開測溫和溫控。在工業(yè)生產(chǎn)中溫度的測量和控制，對改善產(chǎn)品性能，提高產(chǎn)品質(zhì)量，對生產(chǎn)過程的自動(dòng)檢測與自動(dòng)控制等具有重要意義。

1、熱電阻熱電阻主要是利用導(dǎo)體的電阻隨溫度變化這一特性來測量溫度的。目前廣泛應(yīng)用的熱電阻材料是鉑和銅。(1)鉑電阻鉑電阻的物理化學(xué)性能在高溫下和氧化介質(zhì)中很穩(wěn)定。它能用作工業(yè)測溫元件和作為溫度標(biāo)準(zhǔn)。鉑的性能最穩(wěn)定，采用特殊結(jié)構(gòu)可制標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)。它的適用范圍為。工業(yè)用鉑電阻如圖14-19所示，一般是將鉑絲2繞在帶有螺旋溝槽的玻璃或云母板上，外加不銹鋼護(hù)套，也可將繞好的鉑絲套入玻璃管熔燒封裝。圖14-19鉑電阻結(jié)構(gòu)1-測溫段2-鉑絲3-熱電極鉑電阻與溫度的關(guān)系為

式中——溫度為時(shí)的電阻；——溫度為時(shí)的電阻；——任意溫度；A、B——溫度系數(shù)。鉑電阻阻值不僅與溫度t有關(guān)，還與溫度在時(shí)的鉑電阻值有關(guān)。目前國內(nèi)統(tǒng)一設(shè)計(jì)的工業(yè)用鉑電阻的值有、等幾種，將與相應(yīng)關(guān)系列成表格稱其為鉑電阻分度表，分度號分別用、表示。(2)銅電阻銅電阻價(jià)廉且線性特性好，但溫度高時(shí)易氧化。當(dāng)測量精度要求不高，測量范圍不大時(shí)，可以用銅電阻代替鉑電阻使用。在時(shí)，銅電阻呈線性關(guān)系銅電阻值有、兩種，分度號分別用、表示。

2、熱敏電阻熱敏電阻是近年來出現(xiàn)的一種新型半導(dǎo)體測溫元件。主要是利用半導(dǎo)體的電阻隨溫度變化的特性測溫。熱敏電阻是由一些金屬氧化物如鈷、錳、鎳等氧化物，采用不同比例配方，高溫?zé)Y(jié)成陶瓷。熱敏電阻可根據(jù)使用要求封裝加工成各種形狀，如珠狀、片狀、桿狀等，（a）（b）（c）