第四讲电参量的测量

1、2021-10-22电子系统设计电子系统设计福州大学通信工程系 第四讲第四讲 电参量的测量电参量的测量主要内容主要内容o 电压、电流、电功率的测量o 频率、时间、相位的测量o 电阻、电容、电感的测量电压、电流、电功率的测量电压、电流、电功率的测量o 直流电压的测量直流电压的测量n 采样电路：高电压，弱信号，接地问题n 信号调理 n ad转换n 数据记录，存储及显示电压、电流、电功率的测量电压、电流、电功率的测量o 直流电流的测量直流电流的测量n 电流传感器：分流器，电流互感器n 电流电压变换 电压、电流、电功率的测量电压、电流、电功率的测量o 直流电流的测量直流电流的测量n 电流电压变换（工业

2、测量） 电压、电流、电功率的测量电压、电流、电功率的测量o 直流电流的测量直流电流的测量n 电流电压变换（微弱信号） 电压、电流、电功率的测量电压、电流、电功率的测量o 直流电流的测量直流电流的测量n 电流电压变换（非接地电流检测） max471/472 ad626/628/629电压、电流、电功率的测量电压、电流、电功率的测量o 直流电流的测量直流电流的测量n 电压电流变换（浮地 共地） 电压、电流、电功率的测量电压、电流、电功率的测量o 峰值、平均值和有效值的测量峰值、平均值和有效值的测量n 交变电压峰值 电压、电流、电功率的测量电压、电流、电功率的测量o 峰值、平均值和有效值的测量峰值、

3、平均值和有效值的测量n 交变电压峰值 电压、电流、电功率的测量电压、电流、电功率的测量o 峰值、平均值和有效值的测量峰值、平均值和有效值的测量n 交变电压平均值 平均值全波平均值电压、电流、电功率的测量电压、电流、电功率的测量o 峰值、平均值和有效值的测量峰值、平均值和有效值的测量n 交变电压平均值（如图，不适合小电流，小于0.8v） 电压、电流、电功率的测量电压、电流、电功率的测量o 峰值、平均值和有效值的测量峰值、平均值和有效值的测量n 交变电压平均值（精密二极管） 电压、电流、电功率的测量电压、电流、电功率的测量o 峰值、平均值和有效值的测量峰值、平均值和有效值的测量n 交变电压平均值（

4、精密二极管） 电压、电流、电功率的测量电压、电流、电功率的测量o 峰值、平均值和有效值的测量峰值、平均值和有效值的测量 n有效值的测量？ （ root mean square，rms ） 正弦波一般信号如何测量？电压、电流、电功率的测量电压、电流、电功率的测量o 峰值、平均值和有效值的测量峰值、平均值和有效值的测量n有效值的测量方法 1、利用平方率器件 2、运算式有效值测量 3、热点式 温度概率有效值 电压、电流、电功率的测量电压、电流、电功率的测量o 峰值、平均值和有效值的测量峰值、平均值和有效值的测量n有效值的测量方法 1、利用平方率器件 电压、电流、电功率的测量电压、电流、电功率的测量o

5、 峰值、平均值和有效值的测量峰值、平均值和有效值的测量n有效值的测量方法 1、利用平方率器件 分段式逼近平方率电压、电流、电功率的测量电压、电流、电功率的测量o 峰值、平均值和有效值的测量峰值、平均值和有效值的测量n有效值的测量方法 2、运算式有效值测量 adi ad536 linear technology ltc1966 /1967/1968电压、电流、电功率的测量电压、电流、电功率的测量o 峰值、平均值和有效值的测量峰值、平均值和有效值的测量n有效值的测量方法 3、热点式 温度概率有效值 linear technology ltc1088频率、时间、相位的测量频率、时间、相位的测量o 频

6、率的测量频率的测量n测频法（较高频率） 测周法（较低频率） 频率、时间、相位的测量频率、时间、相位的测量o 频率的测量频率的测量n测频法（较高频率） 测周法（较低频率） 频率、时间、相位的测量频率、时间、相位的测量o 频率的测量频率的测量n等精度测频法 克服 频率、时间、相位的测量频率、时间、相位的测量o 频率的测量频率的测量-波形预处理波形预处理n频率测量一般要预处理，使输入信号变成标准电平的方波信号，以减少误差 频率、时间、相位的测量频率、时间、相位的测量o 时间的测量时间的测量 误差问题误差问题频率、时间、相位的测量频率、时间、相位的测量o 时间的测量时间的测量 误差问题误差问题fc稳定

7、度：稳定度：fc大：计数器位数大和工作频率升高大：计数器位数大和工作频率升高tx大：分频大：分频频率、时间、相位的测量频率、时间、相位的测量o 相位的测量相位的测量 模拟测量法：李萨育图形，乘法鉴相器模拟测量法：李萨育图形，乘法鉴相器数字测量法：数字测量法：频率、时间、相位的测量频率、时间、相位的测量o 相位的测量相位的测量 数字测量法实现：脉冲鉴相器数字测量法实现：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、电感的测量电阻、电容、电感的测量o 电阻的自动测量电阻的自动测量 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、电感的测量电阻、电容、电感的测量o 电容的

8、自动测量电容的自动测量 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、电感的测量电阻、电容、电感的测量o 电容的自动测量电容的自动测量 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、电感的测量电阻、电容、电感的测量o 电容的自动测量电容的自动测量 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、电感的测量电阻、电容、电感的测量o 电感的自动测量电感的自动测量 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、

9、光照度等）转换成易于测量、传输、处理的电学量（如电压、电流、电容等）的一种组件，起自动控制作用。一般由敏感元件、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敏感元件敏感元件是指能直接感受（或响应）被测量的部分，即将被测量通过传感器的敏 感元件转换成与被测量有确定关系的非电量或其它量。n转换器件转换器件则将上述非电量转换成电参量。n转换电路转换电路的作用是将转换元件输入的电参量经过处理转换成电压、电流或频率等可测电量，以便进行显示、记录、控制和处理的部分。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

10、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n 压电式传感器是以某些晶体受力后在其表面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n 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n 光纤传感器n 红外线传感器n 超声波传感器n 激光传感器传感器传感器o 传感器静态特性参数指标 n灵敏度 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yxn分辨力 传感器在规定的测量范围内能够检测出的被测量的最小变化量称为分辨力。 n测

11、量范围和量程 在允许误差限内，被测量值的下限到上限之间的范围称为测量范围。 n线性度（非线性误差） 在规定条件下，传感器校准曲线与拟合直线间的最大偏差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指标n迟滞 迟滞是指在相同的工作条件下，传感器的正行程特性与反行程特性的不一致程度。 n重复性 重复性是指在同一工作条件下，输入量按同一方向在全测量范围内连续变化多次所得特性曲线的不一致性。n零漂和温漂 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差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差与满量程的百分比，称为温漂。传感

12、器传感器o 温度传感器温度传感器n 常用的温度传感器原理o 热电偶:将温度转换成电势变化，利用热电效应 将不同材料的导体组成一个回路，如果两个节点温度不同，则回路 中将产生一定的电流（电势）。其大小与材料及结点温度有关。o 热电阻：将温度转换成电阻变化 金属导体电阻：rtr0（1（t-t0） rt:t摄氏度的电阻 r0：0度的电阻 ：热电阻的温度系数o 半导体热敏：比金属具有更大得电阻温度系数 ptc ctr ntc传感器传感器o 温度传感器温度传感器n 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 ptc ctr ntcptc正温度系数：彩电消磁、各种电器设备的过热保护、

13、发热源的定 温控制，限流元件等ctr临界温度系数：温度开关ntc负温度系数：在点温、表面温度、温差、温度场等测量中得到广 泛应用，还广泛应用于自动控制及线路的热补偿电路中，是应用最广泛的热敏电阻 传感器传感器o 温度传感器应用热电偶温度传感器应用热电偶n 热电偶温度传感器：热点效应理论基础上 热电偶由两种不同金属结合而成，它受热时会产生微小的电压，电压大小取决于组成热电偶的两种金属材料，铁-康铜(j型)、铜-康铜(t型)和铬-铝(k型)热电偶是最常用的三种。n 可以考虑使用专用的 热电偶信号调节器，如 ad594/595，具有冰点 补偿电路。传感器传感器o 温度传感器应用温度传感器应用n 金属

14、热敏电阻n金属导体电阻：rtr0（1（t-t0）rt:t摄氏度的电阻 r0：0度的电阻 ：热电阻的温度系数传感器传感器o 温度传感器应用温度传感器应用n 金属热电阻n铂热电阻：测温复现性好，广泛用于温度的基准、标准的传递n铜电阻： 灵敏度高，但易于氧化，一般只用于150度以下低温以及没有水及无侵蚀性的介质中的温度测量n电阻：易于氧化，化学稳定性差，不易提纯，复用性也差，目前用的较少。 rtr0（1（t-t0）rt:t摄氏度的电阻 r0：0度的电阻 ：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n 常用的温度传感器应用o 半导体热敏：比金属具有更大得电阻温度系数 ptc ctr ntc传

15、感器传感器o 集成温度传感器应用n ad590绝对温度电流传感器n lm35/45摄氏温度电压传感器n an6701传感器传感器o 霍尔传感器及其应用 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通过导体时，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，这一现象便是霍尔效应。这个电势差也被叫做霍尔电势差。 输出电压与电流 磁场有关 传感器传感器o 霍尔传感器及其应用 传感器传感器o 霍尔传感器及其应用 传感器传感器o 霍尔传感器及其应用 转速测量传感器传感器o 霍尔传感器及其应用 测量电流传感器传感

16、器o 光电传感器及其应用 反射式 透射式 聚焦式 传感器传感器o 光电传感器及其应用 反射式 透射式 聚焦式 传感器传感器o 超声波传感器及其应用 tct402f 发射 tct402s 接收 ru100m30ap8xh1141 集成传感器传感器o 超声波传感器及其应用 tct402f 发射 tct402s 接收 传感器传感器o 超声波传感器及其应用 tct402f 发射 tct402s 接收 传感器传感器o 超声波传感器及其应用 tct402f 发射 tct402s 接收 传感器传感器o 超声波传感器及其应用 tct402f 发射 tct402s 接收 传感器传感器o光传感器n光敏器件o光敏电阻o光敏二极管o光敏三极管n热释电人体红外传感器o一般人体都有恒定的体温，一般在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左右的红外线而进行工作的。人体发射的10um左右的红外线通过菲尼尔滤光片增强后聚集到红外感应源