西安交通大学：《工程训练之—工业系统的测量》第四讲 工业测量系统概述

XPAN JIAOTONG UNVERSITY 《工程训练》之 工业系统的测量 陈永森 工程训练中心 2004年12月 讲义V12

XI’AN JIAOTONG UNIVERSITY 工业系统的测量 陈永森 工程训练中心 2004年12月 《工程训练》之一 讲义 V 1.2

第四讲工业测量系统概述 引言 >如何测量你的体温? 包括:获取温度信号以及处理温度信号 温度测量系统 温度 温度 电信号 信号 符合要求 传感器 预处理 的信号 >本讲我们将了解测量系统的组成原理。包 括信号的获取以及信号的预处理。另外, 着重讲解在信号处理中用得最多的器件: 运算放大器。 Industry Training Center 《工程训练》一力的测量与差动放大

Industry Training Center 《工程训练》——力的测量与差动放大 4-1 第四讲 工业测量系统概述 引言 温度测量系统 信号 预处理 温度 温度 传感器 电信号 符合要求 的信号 ➢如何测量你的体温？ 包括：获取温度信号以及处理温度信号 ➢本讲我们将了解测量系统的组成原理。包 括信号的获取以及信号的预处理。另外， 着重讲解在信号处理中用得最多的器件： 运算放大器

第四讲工业测量系统概述 本讲内容(3课时) 传感器 信号调理电路 典型测量系统的组成 运算放大器 训练内容1:反相放大器测试 训练内容2:同相放大器测试 训练内容3:电压跟随器测试 选做:积分器及比较器 IC间距与DIP封装 Industry Training Center 《工程训练》一力的测量与差动放大 4-2

Industry Training Center 《工程训练》——力的测量与差动放大 4-2 第四讲 工业测量系统概述 本讲内容（3课时） ➢传感器 ➢信号调理电路 ➢典型测量系统的组成 ➢运算放大器 ➢训练内容1：反相放大器测试 ➢训练内容2：同相放大器测试 ➢训练内容3：电压跟随器测试 ➢选做：积分器及比较器 ➢IC间距与DIP封装

分941传感器 被测量 可用信号 物理量 传感器 化学量 生物学量 传感器:能感受碁种信息孓被测量)并按一定规律将信 息转换成可用信号的器件或装置。 可信号;某二定场合中便于传输和处理且可以使用的 信 号(常 是电量 >传感器的本质;将被测曩丛一种能量形式转换成另一种 量形式,并作为可 号输出 狭义的传感器:被测量→电信号 传感器:工业系统的感官(位置、转速、温度、液位、 压力) 对传盛嚣的要求:线性度好、无滞环误差、特性稳定、 Industry Training Center 《工程训练》一力的测量与差动放大 4-3

Industry Training Center 《工程训练》——力的测量与差动放大 4-3 §4.1 传感器 ➢ 传感器：能感受某种信息（被测量）并按一定规律将信 息转换成可用信号的器件或装置。 ➢ 可用信号：某一定场合中便于传输和处理且可以使用的 信号（常是电量） ➢ 传感器的本质：将被测量从一种能量形式转换成另一种 能量形式，并作为可用信号输出 ➢ 狭义的传感器：被测量➔电信号 ➢ 传感器：工业系统的感官（位置、转速、温度、液位、 压力） ➢ 对传感器的要求：线性度好、无滞环误差、特性稳定、 测量范围宽、响应迅速 被测量 传感器 可用信号 物理量 化学量 生物学量

分94.2信号调理电路 >问题: 传感器的输出信号往往很微弱,或波形不适当,或 信号形式不适合,不能直接用于工业系统的状态显 示和控制 解决:电压放太、整形、电流一电压转换、频 率一电压转换等 信号调理电路:对传感器的输出信号施行一定 预处理的装置,便信号适子显示或控制。 主要技术:电子技术—运算放大器 测量同一被测量:不同的测量方法→不同的传 感器及信号调理电路 同一传感器:不同的工业系统 Industry Training Center 《工程训练》一力的测量与差动放大

Industry Training Center 《工程训练》——力的测量与差动放大 4-4 §4.2 信号调理电路 ➢ 问题： 传感器的输出信号往往很微弱，或波形不适当，或 信号形式不适合，不能直接用于工业系统的状态显 示和控制 ➢ 解决：电压放大、整形、电流－电压转换、频 率－电压转换等 ➢ 信号调理电路：对传感器的输出信号施行一定 预处理的装置，使信号适于显示或控制。 主要技术：电子技术——运算放大器 ➢ 测量同一被测量：不同的测量方法➔不同的传 感器及信号调理电路 ➢ 同一传感器：不同的工业系统

943典型测量系统的组成 直流电源 测量系统 现场 物理量 可用 信号 I传感器 一信号调理 显示装置 电路 控制装置 信号发生器 示波器 Industry Training Center 《工程训练》一力的测量与差动放大 4-5

Industry Training Center 《工程训练》——力的测量与差动放大 4-5 直流电源 测量系统 信号调理 电路 §4.3 典型测量系统的组成 现场 物理量 传感器 可用 信号 显示装置 信号发生器 示波器 控制装置

943典型测量系统的组成 常用仪器在测量系统中的使用 >信号发生器:产生标准信号(不同fA、波形 的信号) →调试和维修时,模拟传感器的输出信号 >示波器:测量并显示电路中不同点的信号 >直流电源:为系统各部分供电 万用表:最方便的检测仪器。 电压、电流、电阻、电容、电感、温度 Industry Training Center 《工程训练》一力的测量与差动放大 4-6

Industry Training Center 《工程训练》——力的测量与差动放大 4-6 §4.3 典型测量系统的组成 常用仪器在测量系统中的使用 ➢ 信号发生器：产生标准信号（不同f、A、波形 的信号） ➔调试和维修时，模拟传感器的输出信号 ➢ 示波器：测量并显示电路中不同点的信号 ➢ 直流电源：为系统各部分供电 ➢ 万用表：最方便的检测仪器。 电压、电流、电阻、电容、电感、温度……

分944运算放大器 运放的符号常见的运放 OP07 LM324 E 8 6 14131211109 8 E GND 或-V 管脚起始 朝左 管脚序号逆时针方向增长!! Industry Training Center 《工程训练》一力的测量与差动放大 4-7

Industry Training Center 《工程训练》——力的测量与差动放大 4-7 §4.4 运算放大器 运放的符号常见的运放 - OP07 + 8 1 2 3 4 7 6 5 +V -V GND 或－V 324 +V - + - + + - + - 14 13 12 11 10 9 8 1 2 3 4 5 6 7 管脚起始 朝左 管脚序号逆时针方向增长！！ OP07 LM324 E- Vo V+ - + E+ V￾Vo V+ - V- +

分944运算放大器 “放大”的含义及工作特性曲线 饱和压降约03V, 截止导通电压约0.7V E-0.3 E 正向饱和 线性放大区 E (V+-1 反向截止 E_+0.7 Vo∈[E+0.7,E4-0.3] “放大”的含义 运放的工作特性曲线 Industry Training Center 《工程训练》一力的测量与差动放大 4-8

Industry Training Center 《工程训练》——力的测量与差动放大 4-8 §4.4 运算放大器 “放大”的含义及工作特性曲线 Vi Vo 0 E+-0.3 E- +0.7 正向饱和 反向截止 线性放大区 E- Vo Vi - + E+ V￾V+ o ( ) V AV A V V = = - i + - “放大”的含义 运放的工作特性曲线 Vo∈[E-+0.7,E+-0.3] 饱和压降约0.3V， 截止导通电压约0.7V

分944运算放大器 理想运算放大器 反相 输入端 输出端 AVi 十 同相 输入端 电压 VV∈(E,E 虚通 A很大,1000以上 A→+00 →0=V2 虚短 r很大,兆欧以上 A →00 r很小,可以忽略 0 J.→)0 V有限,电源电压范围内H∈(E,E4)1=-= →0 l=0虚断 电 流 Industry Training Center 《工程训练》一力的测量与差动放大 4-9

Industry Training Center 《工程训练》——力的测量与差动放大 4-9 §4.4 运算放大器 理想运算放大器 ri ＋ － AVi ro Vi 2 － 1 ＋ 2 － 1 ＋ V- Vi=0 V- V+ V+ Vo Vo 反相 输入端 同相 输入端 3 3 输出端 Ii=0 A很大，1000以上 ri很大，兆欧以上 ro很小，可以忽略 Vo有限，电源电压范围内 A→∞ ri→∞ ro→0 Vo∈(E- ,E+ ) V1=V2 Ii=0 虚通 虚短 虚断 o ( , ) 0 0 0 i i i o i i i V V E E V A V I r A V r  - + = = → → = =  → →  → o ( ) V AV A V V = = - i + - 电压 电 流