第8章 信号测量与调理

1、此课件及“海南风光”封面属清华大学唐庆玉创作，如发现剽窃，必究法律责任！此课件及“海南风光”封面属清华大学唐庆玉创作，如发现剽窃，必究法律责任！此课件及“海南风光”封面属清华大学唐庆玉创作，如发现剽窃，必究法律责任！此课件及“海南风光”封面属清华大学唐庆玉创作，如发现剽窃，必究法律责任！海南风光8.1 概述概述 第第8章章 信号的测量与调理信号的测量与调理8.2 电量的检测电量的检测 8.5 滤波器滤波器 8.3 非电量的检测非电量的检测 8.4 信号测量电路信号测量电路 8.1 8.1 概述概述 在工业生产中，经常要测量很多物理量：在工业生产中，经常要测量很多物理量： 电量信号电量信号：电压

2、、电流、功率、频率：电压、电流、功率、频率 非电量信号非电量信号：压力、温度、流量、物位：压力、温度、流量、物位 本章将重点介绍高电压、大电流、功率和本章将重点介绍高电压、大电流、功率和频率等电量的测量方法和温度、压力、物位频率等电量的测量方法和温度、压力、物位等非电量的电气式测量方法。等非电量的电气式测量方法。测量仪表或测量系统组成框图测量仪表或测量系统组成框图1 1传感器传感器 直接感受被测物理量，并把其转换成与被测物理量有一定函直接感受被测物理量，并把其转换成与被测物理量有一定函数关系的电压、电流或其它物理量数关系的电压、电流或其它物理量(如电阻、电容、电感如电阻、电容、电感)。 传感器

3、的种类很多，电量传感器有电压互感器、电流互感器传感器的种类很多，电量传感器有电压互感器、电流互感器等，非电量传感器有热电式等，非电量传感器有热电式(如热电偶等如热电偶等)、电容式、电容式(如电容式差如电容式差压传感器等压传感器等)、电感式、光电式等、电感式、光电式等2 2变送器变送器将传感器的输出信号变化转换成标准的电信号。将传感器的输出信号变化转换成标准的电信号。(1)信号变换信号变换：将传感器输出的电参数转变成电压或电流。：将传感器输出的电参数转变成电压或电流。(2)放大放大：把微弱的电压或电流信号进行放大，在某些场：把微弱的电压或电流信号进行放大，在某些场合还需要进行信号的隔离。合还需要

4、进行信号的隔离。(3)滤波滤波：滤除干扰信号。：滤除干扰信号。(4)线性化线性化：被测物理量与电信号之间往往呈现非线性关：被测物理量与电信号之间往往呈现非线性关系，通过线性化电路，使电信号与物理量之间变成近似线系，通过线性化电路，使电信号与物理量之间变成近似线性关系。性关系。(5)标准化标准化：为了方便地实现仪表的互换性、信号的远距：为了方便地实现仪表的互换性、信号的远距离传送和提高信号的抗干扰能力，一般把电信号最终转换离传送和提高信号的抗干扰能力，一般把电信号最终转换成标准的成标准的420 mA的直流电流信号的直流电流信号 被测物理量为量程的下限：被测物理量为量程的下限：I=4 mA，上限：

5、，上限： I=20mA在量程范围内，被测物理量与电流则呈线性关系。在量程范围内，被测物理量与电流则呈线性关系。 如某压力变送器，量程为如某压力变送器，量程为01.6 MPa，当变送器输，当变送器输出出4 mA电流时，压力为电流时，压力为0 MPa，输出，输出20 mA时压力为时压力为1.6 MPa，当输出电流为，当输出电流为10 mA时，压力为时，压力为 P=(10-4)/(20-4)*1.6=0.6 Mpa 420 mA的电流信号传送输出具有以下优点：的电流信号传送输出具有以下优点： 输出电输出电流与负载电阻无关，适用于远距离传流与负载电阻无关，适用于远距离传输输。使用使用250(0.1级级

6、)的的IU变换电阻，可将变换电阻，可将420 mA的电流信号变换为的电流信号变换为15 V的直流电压信号。的直流电压信号。 可以同时串接几个指示测量仪表可以同时串接几个指示测量仪表，而不会影响，而不会影响测量精度。测量精度。 能够实现传送线的断线自检能够实现传送线的断线自检。 I=4+kP ( mA) 通常变送器的电源线和输出信号线共用两根线，通常变送器的电源线和输出信号线共用两根线，称为称为二线制变送器二线制变送器。在实际应用中，往往把传感器。在实际应用中，往往把传感器和变送器做在一起，称为和变送器做在一起，称为一体化二线制仪表一体化二线制仪表。 二线制温度变送器如下图二线制温度变送器如下图

7、3显示仪表和微机采集系统显示仪表和微机采集系统 变送器的输出信号可以送给显示仪表进行就地显变送器的输出信号可以送给显示仪表进行就地显示或远程显示，或送给微机采集系统进行信号处理、示或远程显示，或送给微机采集系统进行信号处理、控制、屏幕显示、报警、存储等操作，有时也同时控制、屏幕显示、报警、存储等操作，有时也同时送给显示仪表和微机采集系统。显示仪表有指针式、送给显示仪表和微机采集系统。显示仪表有指针式、光柱式、数字式等。光柱式、数字式等。8.2 8.2 电量的检测电量的检测8.2.1 电压与电流的检测电压与电流的检测 小电压检测：小电压检测： 串联电阻分压的方法串联电阻分压的方法 小电流检测：并

8、联电阻分流的方法小电流检测：并联电阻分流的方法 高电压高电压(几百伏以上几百伏以上)检测：检测：电压互感器电压互感器 大电流大电流(几十安培以上几十安培以上)检测：检测：电流互感器电流互感器 (1)一个互感器可同时接入几种仪表。例如电流表和功率一个互感器可同时接入几种仪表。例如电流表和功率表的电流线圈或电压表和功率表的电压线圈等。表的电流线圈或电压表和功率表的电压线圈等。 (2)降低了功率损耗。降低了功率损耗。 (3)保障工作人员的安全。保障工作人员的安全。 (4)仪表制造标准化。将工程测量中仪表量限统一设计为仪表制造标准化。将工程测量中仪表量限统一设计为5 A或或100 V。 1互感器的结构

9、和原理互感器的结构和原理 互感器实际上是一个铁心变压器，铁心上绕有两个或多个绕互感器实际上是一个铁心变压器，铁心上绕有两个或多个绕组组(特殊情况只有一个特殊情况只有一个)，接待测电压或电流的绕组称为，接待测电压或电流的绕组称为初级绕组初级绕组，接测量仪表的绕组称为接测量仪表的绕组称为次级绕组次级绕组。 电压互感器一般相当于一个降压变压器，其初级绕组额定电电压互感器一般相当于一个降压变压器，其初级绕组额定电压通常采用不同的电压等级，而次级线圈额定电压都定为压通常采用不同的电压等级，而次级线圈额定电压都定为100V， 电流互感器相当于一个电流变换器，其额定次级电流一般为电流互感器相当于一个电流变换

10、器，其额定次级电流一般为5 A或或1 A。其初级绕组匝数较少，甚至可能是几匝或一匝，所以。其初级绕组匝数较少，甚至可能是几匝或一匝，所以初级线圈使用一根直线表示。初级线圈使用一根直线表示。测压原理：测压原理： 互感器的额定初级电压互感器的额定初级电压U1(或电流或电流I1)与额定次级电与额定次级电压压U2(或电流或电流I2)之比，叫互感器的之比，叫互感器的额定变压比额定变压比K Ku u(或或额额定变流比定变流比K Ki i)2121NNUUKu1221NNIIKi2211UNNU 2121INNI （a）测单相电压；）测单相电压； （b）用单相互感器测三相相电压；）用单相互感器测三相相电压；

11、（c）用单相互感器测三相线电压；）用单相互感器测三相线电压； （c）用三相互感器）用三相互感器测三相相电压；测三相相电压；电压互感器接线方式电压互感器接线方式：v（a）测单相电流；）测单相电流； （b）测三相电流；）测三相电流；（c）测三相三线制的三相电流；）测三相三线制的三相电流； 电流互感器接线方式电流互感器接线方式：使用注意事项使用注意事项： （1）电压互感器的次级线圈不许短路，否则次）电压互感器的次级线圈不许短路，否则次级会出现很大的短路电流，故其初级和次级都要接级会出现很大的短路电流，故其初级和次级都要接短路保护熔断器短路保护熔断器(保险丝保险丝)。电流互感器的次级线圈。电流互感器的

12、次级线圈不许开路，也不能装熔断器。否则当次级突然开路不许开路，也不能装熔断器。否则当次级突然开路时，会在线圈中感应出很高的电压，损坏电流互感时，会在线圈中感应出很高的电压，损坏电流互感器的绝缘，并危及操作人员的安全。器的绝缘，并危及操作人员的安全。 （2）互感器的次级线圈、铁心及外壳都要可靠）互感器的次级线圈、铁心及外壳都要可靠接地，以确保人身和设备安全。接地，以确保人身和设备安全。 （3）除特殊设计的可逆互感器外，一般互感器）除特殊设计的可逆互感器外，一般互感器不许反方向使用不许反方向使用(即不能将初级与次级互换即不能将初级与次级互换)。8.2.2 三相交流电路功率的检测三相交流电路功率的检

13、测 1. 功率测量原理功率测量原理cos3llIU P=3UPIPcos= 2. 智能电量变送器智能电量变送器 智能电量变送器将电压、电流、功率变送器的智能电量变送器将电压、电流、功率变送器的接线及功能集于一体，采用高性能微处理器，综合接线及功能集于一体，采用高性能微处理器，综合运用数字信号处理技术、数据通信技术、自动控制运用数字信号处理技术、数据通信技术、自动控制技术、高速数据采集技术、集成技术、贴片安装工技术、高速数据采集技术、集成技术、贴片安装工艺等一系列先进技术和工艺，通过对三相电压和三艺等一系列先进技术和工艺，通过对三相电压和三相电流进行高速采样、数据处理和实时计算，可以相电流进行高

14、速采样、数据处理和实时计算，可以得到各种交、直流电量参数。智能电量变送器尤其得到各种交、直流电量参数。智能电量变送器尤其适用于电压、电流波形畸变的电量检测。适用于电压、电流波形畸变的电量检测。8.2.3 频率的检测频率的检测 1. 数字频率计原理数字频率计原理TNfX通常把通常把T选为选为1 ms，10 ms，0.1 s，l s，10 s等。等。当当T1 s时，若计数时，若计数N100000，则，则fx=100000 Hz，显示，显示100.000 kHz；若；若T= =0.1 s，则计数值必减少为，则计数值必减少为N 10000，则，则显示显示100.00 kHz。 TfNNNx11计数控制

15、计数控制 2. 数字频率计测周期原理数字频率计测周期原理 当用测频法测量低频信号时，测量的相对误差会当用测频法测量低频信号时，测量的相对误差会明显上升。为了提高测量低频时的准确度，减少测量明显上升。为了提高测量低频时的准确度，减少测量误差的影响，可改测周期误差的影响，可改测周期Tx，然后计算，然后计算fx1Tx。与。与测频相反，改为在图中的测频相反，改为在图中的C端加标准的高频信号端加标准的高频信号f0，其周期其周期T01f0，在，在D端加周期为端加周期为Tx待测信号待测信号fx，即，即把被测信号与时基信号换位，则可构成测试周期把被测信号与时基信号换位，则可构成测试周期Tx的的电路，门控信号由

16、电路，门控信号由T变为变为Tx。这样在每一。这样在每一Tx内，计数内，计数器计得的脉冲数为器计得的脉冲数为TxT0，若，若Tx10ms，T0ls，则，则从计数显示器计得脉冲数为从计数显示器计得脉冲数为l0000个，如以个，如以ms为单位，为单位，则从计数器显示器上可读得则从计数器显示器上可读得100000ms。显然，。显然，Tx愈大愈大(即被测频率愈低即被测频率愈低)，计数器所计脉冲数越多，测量误，计数器所计脉冲数越多，测量误差越小。差越小。8.3 8.3 非电量的检测非电量的检测传感器传感器非电量非电量电参数电参数8.3.1 温度的检测温度的检测接触式测量：接触式测量：热电阻、热电偶和半导体

17、传感器等。热电阻、热电偶和半导体传感器等。非接触式测量：非接触式测量：以辐射式测温为主，有光学高温计以辐射式测温为主，有光学高温计和辐射高温计等。和辐射高温计等。1 1热电偶温度传感器热电偶温度传感器 (1) 热电效应热电效应 两种不同的导体两端相互紧密地连接在一起，组两种不同的导体两端相互紧密地连接在一起，组合成一个闭合回路。当两接点温度不等合成一个闭合回路。当两接点温度不等(TT0)时，回时，回路中就会产生电动势，从而形成电流，这一现象称为路中就会产生电动势，从而形成电流，这一现象称为热电效应热电效应，该电动势称为，该电动势称为热电动势热电动势。把上述两种不同导把上述两种不同导体的组合称为

18、体的组合称为热电偶热电偶。自由端或冷端工作端或热端 热电偶可分为：铂铑热电偶可分为：铂铑1010铂、铂铑铂、铂铑3030铂铑铂铑6 6 、镍铬镍铬镍硅、镍铬镍硅、镍铬铜镍等型号铜镍等型号 分度表：分度表：热电势与温度对应关系的表格热电势与温度对应关系的表格 它是在冷端温度为它是在冷端温度为00的条件下得到的。不同热的条件下得到的。不同热电偶具有不同的分度表，根据热电偶产生的热电势电偶具有不同的分度表，根据热电偶产生的热电势和分度表即可得知其温度值。热电势与温度的关系和分度表即可得知其温度值。热电势与温度的关系为非线性。为非线性。 (2) (2) 中间导体定则中间导体定则 在热电偶回路中，可以接

19、入连接导线、测试在热电偶回路中，可以接入连接导线、测试仪表仪表( (如毫伏表、变送器如毫伏表、变送器) )等，只要保证这些中间等，只要保证这些中间导体各自两端的温度相同，则对热电偶的热电势导体各自两端的温度相同，则对热电偶的热电势没有影响。没有影响。(3) (3) 热电偶冷端温度的补偿热电偶冷端温度的补偿 因为分度表都是指冷端温度因为分度表都是指冷端温度00时的热电势，因此要时的热电势，因此要求热电偶工作时，冷端温度必须保持在求热电偶工作时，冷端温度必须保持在00，或进行冷，或进行冷端温度补偿，否则将要产生误差。端温度补偿，否则将要产生误差。 0 0恒温法恒温法 把热电偶冷端放在环境温度为把热

20、电偶冷端放在环境温度为00的容器里，此时热的容器里，此时热电偶的输出准确地和分度表值一致。但这种理想方法只电偶的输出准确地和分度表值一致。但这种理想方法只适用于实验室中使用，工业中使用极为不便。适用于实验室中使用，工业中使用极为不便。 电路补偿电路补偿 一般的热电偶温度变送器都采用电路进行冷端温度一般的热电偶温度变送器都采用电路进行冷端温度补偿，使得热电偶的输出相当于冷端始终处保持在补偿，使得热电偶的输出相当于冷端始终处保持在00。 计算修正法计算修正法 将多支热电偶的冷端集中在一起，用其它方式将多支热电偶的冷端集中在一起，用其它方式( (如热如热电阻电阻) )测知其冷端温度，再由每支热电偶的

21、热电势通过测知其冷端温度，再由每支热电偶的热电势通过查表和计算得出其热端温度。查表和计算得出其热端温度。 例如，用镍铬例如，用镍铬镍硅热电偶测某介质的温度，测得镍硅热电偶测某介质的温度，测得热电势为热电势为33.29 mV33.29 mV，冷端温度，冷端温度3030。由分度表查得。由分度表查得3030时的热电势为时的热电势为1.20 mV1.20 mV，故冷端温度为，故冷端温度为00时的热电势应时的热电势应为为33.29+1.2033.29+1.2034.49 mV34.49 mV。再据此电势查分度表得温度。再据此电势查分度表得温度为为829.6829.6，此值即为真实温度值。，此值即为真实温

22、度值。 补偿导线的应用补偿导线的应用 热电偶的热电偶的补偿导线补偿导线又称又称延伸导线延伸导线，它是一种廉价，它是一种廉价导线，在一定的温度范围内，其热电特性与其相应的导线，在一定的温度范围内，其热电特性与其相应的热电偶热电特性十分相近。它的用途是把热电偶的冷热电偶热电特性十分相近。它的用途是把热电偶的冷端延伸出去，远离热端，并与冷端补偿器、变送器、端延伸出去，远离热端，并与冷端补偿器、变送器、显示仪表等连接起来构成测温回路，同时不会由于引显示仪表等连接起来构成测温回路，同时不会由于引入该导线使工作热电偶带来附加误差。入该导线使工作热电偶带来附加误差。 2 2热电阻温度传感器热电阻温度传感器

23、热电阻温度计是基于金属导体或半导体的电阻值与热电阻温度计是基于金属导体或半导体的电阻值与温度呈一定函数关系的原理实现温度测量的。实验证明，温度呈一定函数关系的原理实现温度测量的。实验证明，大多数金属导体当温度上升大多数金属导体当温度上升11时，其电阻值均增大时，其电阻值均增大0.4% 0.4% 0.6%0.6%；而半导体当温度上升；而半导体当温度上升11时，其电阻值时，其电阻值则下降则下降3% 3% 6%6%。 工业上常用的热电阻为铂电阻和铜电阻。工业上常用的热电阻为铂电阻和铜电阻。 (1) (1) 铂电阻铂电阻 铂电阻由纯铂电阻丝绕制而成，其使用温度范围铂电阻由纯铂电阻丝绕制而成，其使用温度

24、范围为为-200-200 850850。优点优点：精度高、性能稳定。：精度高、性能稳定。缺点缺点：电阻温度系数小，电阻与温度呈非线性。电阻温度系数小，电阻与温度呈非线性。 一般工业上常用的铂电阻，我国规定的分度号为一般工业上常用的铂电阻，我国规定的分度号为Pt10Pt10和和Pt100Pt100。即。即00时：时：R R0 0=10=10和和R R0 0=100=100。 (2) (2) 铜电阻铜电阻 铜电阻一般用于铜电阻一般用于-50 -50 150150范围的温度测量。范围的温度测量。优点优点：电阻值与温度之间基本为线性关系，电阻温：电阻值与温度之间基本为线性关系，电阻温度系数大，且材料易

25、提纯，价格便宜；度系数大，且材料易提纯，价格便宜；缺点缺点：电阻：电阻率低，易氧化，所以在温度不高、测温元件体积无率低，易氧化，所以在温度不高、测温元件体积无特殊限制时，可以使用铜电阻温度计。特殊限制时，可以使用铜电阻温度计。我国工业用铜热电阻的分度号分为我国工业用铜热电阻的分度号分为Cu50Cu50和和Cu100Cu100两种，两种，其其R R0 0=50=50和和100100。 (3) (3) 热电阻测温线路热电阻测温线路 热电阻温度计主要由热电阻传感器、电阻测量桥热电阻温度计主要由热电阻传感器、电阻测量桥路、显示仪表及连接导线所组成。为了消除导线电阻路、显示仪表及连接导线所组成。为了消除

26、导线电阻对温度测量的影响，一般为三线制接法。对温度测量的影响，一般为三线制接法。(Rt+Rr)R2=(R1+Rr)R3rrrrtRRRRRRRRRRRRRR232312231)(若使若使R2=R3，Rt=R1，说明此种接法导线电阻说明此种接法导线电阻R Rr r对热电阻对热电阻的测量无影响。再以测量放大器、线性化电路和的测量无影响。再以测量放大器、线性化电路和U U/ /I I转转换电路代替微安表换电路代替微安表G G，就可以输出与温度成线性关系的，就可以输出与温度成线性关系的标准的标准的4 4 20 20 mAmA电流信号了。电流信号了。8.2.2 8.2.2 压力的检测压力的检测 在工程技

27、术中，为了不同测试目的，常使用以下在工程技术中，为了不同测试目的，常使用以下压力名词术语：压力名词术语：绝对压力绝对压力：从完全真空的零压力起所测得的压力。：从完全真空的零压力起所测得的压力。表压力表压力：以大气压作为零压力起所测得的压力。：以大气压作为零压力起所测得的压力。差压差压：两个压力之间的差值。：两个压力之间的差值。下面只介绍常用的电容式和应变片式压力传感器。下面只介绍常用的电容式和应变片式压力传感器。 1 1电容式压力传感器电容式压力传感器 (1) (1) 测量原理测量原理电容式压力传感器是将压力的变化转换为电容量的电容式压力传感器是将压力的变化转换为电容量的变化，电容量的改变可以

28、采用变间隙式和变面积式变化，电容量的改变可以采用变间隙式和变面积式两种方法，一般采用变间隙式方法。两种方法，一般采用变间隙式方法。)(LHHLHLPPKCCCCCHPHCLPL硅油硅油(2) (2) 差动脉冲宽度调制电路差动脉冲宽度调制电路2121112121211TTTTUUTTTUTTTUUUBAofUUURCT1111lnfUUURCT1122ln12121UCCCCUo-+- 2 2应变片式压力传感器应变片式压力传感器 (1) (1) 测量原理测量原理 应变片分金属应变片和半导体应变片。应变片分金属应变片和半导体应变片。 金属电阻应变片测量应变的原理是基于其应变效应，金属电阻应变片测量

29、应变的原理是基于其应变效应，即金属材料在外界作用下即金属材料在外界作用下( (如压力等如压力等) )产生产生机械变形机械变形时，时，其阻值将发生相应的变化。其阻值将发生相应的变化。 半导体应变片的工作原理是基于半导体应变片的工作原理是基于压阻效应压阻效应，即单晶，即单晶半导体材料沿某一轴向受到外力作用时，其电阻率半导体材料沿某一轴向受到外力作用时，其电阻率发生变化。所以半导体应变片式压力传感器又称为压发生变化。所以半导体应变片式压力传感器又称为压阻式压力传感器或硅传感器，它在小量程时有很高的阻式压力传感器或硅传感器，它在小量程时有很高的精度，灵敏度高，但温度系数大，应变与电阻的关系精度，灵敏度

30、高，但温度系数大，应变与电阻的关系曲线呈非线性。曲线呈非线性。 (2) (2) 测量电路测量电路 应变片式传感器的测量电路有直流电桥、交流应变片式传感器的测量电路有直流电桥、交流电桥和电阻电桥和电阻频率频率( (R R/ /F F) )转换电路等，以下介绍直转换电路等，以下介绍直流电桥中的差动电桥和四臂电桥。流电桥中的差动电桥和四臂电桥。ERRRRRRRRRUo)(434221122ERRUo1121 ERRUo11 8.3.38.3.3转速的检测转速的检测 测量转速的方法有很多，使用得比较多的是光电测量转速的方法有很多，使用得比较多的是光电式和霍尔式等。式和霍尔式等。 利用光电元件产生正比于

31、转速的脉冲信号，可以利用光电元件产生正比于转速的脉冲信号，可以实现非接触测量。光电式测速传感器常用透射式与反实现非接触测量。光电式测速传感器常用透射式与反射式两种类型。透射式光电测速传感器的原理图射式两种类型。透射式光电测速传感器的原理图 8.3.48.3.4物位的检测物位的检测 在工业生产过程中，常需要对一些设备和容器内的在工业生产过程中，常需要对一些设备和容器内的物位进行测量和控制，例如：气体物位进行测量和控制，例如：气体液体间的液位高度，液体间的液位高度，气体气体固体颗粒或粉末、液体固体颗粒或粉末、液体固体间的料位高度；液固体间的料位高度；液体体液体间的界面液体间的界面( (如油水界面如

32、油水界面) )高度的测量等，我们统高度的测量等，我们统称为物位的测量。称为物位的测量。 1 1差压式液位仪表差压式液位仪表 密闭容器内的液位可由液位起点与液面上部气体的压密闭容器内的液位可由液位起点与液面上部气体的压力差测得，称为力差测得，称为差压式液位仪表差压式液位仪表。敞口容器内的液位既。敞口容器内的液位既可采取这种减压法，又可采取压力法来测量。可采取这种减压法，又可采取压力法来测量。PH2tChh=H -h2 2超声波物位测量超声波物位测量 超声波反射式液位计主要由发射、接收和计超声波反射式液位计主要由发射、接收和计数数/ /显示电路组成显示电路组成 t0t1启动CP停止CPt=t1-t

33、28.3.5 8.3.5 其他量的检测其他量的检测 1 1位移的检测位移的检测e=k x2 2扭矩的测量扭矩的测量8.4 信号测量电路信号测量电路 在自动控制和非电量测量等系统中，常用各种传感在自动控制和非电量测量等系统中，常用各种传感器将非电量器将非电量(如温度、压力、应变、流量等）的变化变如温度、压力、应变、流量等）的变化变换为电压信号。但这种非电量的变化是缓慢的，电信换为电压信号。但这种非电量的变化是缓慢的，电信号的变化量常常很小（一般只有几毫伏到几十毫伏），号的变化量常常很小（一般只有几毫伏到几十毫伏），所以要将电信号加以放大，有时还要将电压变换为电所以要将电信号加以放大，有时还要将电

34、压变换为电流信号。流信号。 8.4.1 8.4.1 测量放大器测量放大器 对放大电路要求：具有很高的共模抑制比及很高对放大电路要求：具有很高的共模抑制比及很高的输入电阻和电压放大倍数，以免对传感器产生影响的输入电阻和电压放大倍数，以免对传感器产生影响 若若R2=R3，R4=R5，R6=R7，则电压放大倍数为，则电压放大倍数为)21 (1246RRRRuuAiouf8.4.28.4.2程控程控测量放大器测量放大器PGAPGA 1 1程控测量放大器的作用程控测量放大器的作用 传感器1u1 传感器2u2 传感器nun程控测量放大器模数转换器对于不同的输入信号可以提供不同的放大倍数对于不同的输入信号可

35、以提供不同的放大倍数2 2程控测量放大器电路程控测量放大器电路3 3集成程控测量放大器电路集成程控测量放大器电路LH0084LH0084正常工作：正常工作：R2=R3R4=R5R6=R7S1S1S2S2S3S3S4S4手动连接也手动连接也可改变增益可改变增益R18.4.3 8.4.3 电压电压- -电流变换电路电流变换电路 变送器一般要将处理过的电压信号转换为统一的变送器一般要将处理过的电压信号转换为统一的4 420 20 mAmA标准电流信号，称为标准电流信号，称为U UI I变换。变换。U UI I变换可变换可以用运算放大器实现，也可以用专用集成电路实现。以用运算放大器实现，也可以用专用集

36、成电路实现。 传感器与放大电路+IQI1E+-IoRLRFR2R1USI=IQ+I1=4+US/R1(1+RF/R2) 8.5 有源滤波器有源滤波器滤波电路的种类滤波电路的种类:按信号性质按信号性质: 模拟滤波器模拟滤波器和数字滤波器和数字滤波器按电路功能按电路功能: 低通滤波器低通滤波器高通滤波器高通滤波器带通滤波器带通滤波器带阻滤波器带阻滤波器按所用元件按所用元件: 无源滤波器和无源滤波器和有源滤波器有源滤波器8.5.1 概述概述按阶数按阶数: 一阶一阶,二阶二阶 高阶高阶 )j (Ui )j (Uo 传递函数：传递函数：ioioioUU)j (U)j (U)j (T ioUU)j (T 幅频特性幅频特性io)( 相频特性相频特性filter传递函数、幅频特性传递函数、幅频特性滤波器分类滤波器分类(按频率特性进行分类按频率特性进行分类)： ioUU ioUU ioUU ioUU低通低通高通高通带通带通带阻带阻RCR一阶一阶RC低通滤波器低通滤波器(无源无源)iU oU RC10 j1Rj1UUioRCj11 0j11 CC0j11)j (T 传递函数传递函数20)(11)j (T 幅频特性幅频特性20)(11)j (T ioUU0 10.707 0截止频率截止频率此电路的缺点：此电路的缺点：1、带负载