第7章测量和数据采集系统

1、第,7,章,测量和数据采集系统,主要内容,7.1,电量测量,7.2,非电量电测法和数据采集系统的组成,7.3,传感器,7.4,有源滤波和测量放大电路,7.5,模拟开关和取样保持电路,7.6,数模,D/A,转换器,7.7,模数,A/D,转换器,8.7,非电量测量系统举例,西北大学化工学院,电工电子学,上页,下页,1,7.1,电量测量,主要内容,7.1.1,常用电工测量仪表的分类,7.1.2,测量误差和仪表准确度,7.1.3,电流、电压、功率和电能的测量,西北大学化工学院,电工电子学,上页,下页,2,7.1.1,常用电工测量仪表的分类,电工测量仪表按测量方法分为,直读式,和,比较式,直读式,它能直

2、接指示被测量的大小,按显示方式分为,模拟式,和,数字式,模拟式,用指针在刻度盘上指示出被测量的数,值，指示值可随被测量的改变而,连续,地变化,数字式,将被测模拟量先转换为数字量，用,离散,的数,字来显示被测量的大小，可消除人为的,读数误差,直读式仪表按被测量的不同分为,电流表、电压表、功率表,瓦时计（电能表）、频率计、电阻表、功率因数表等,按工作原理不同可分为,磁电式、电磁式、电动式等,按电流种类分为,直流表、交流表、交直流两用表,西北大学化工学院,电工电子学,上页,下页,3,7.1.1,常用电工测量仪表的分类,电工测量仪表按测量方法分为,直读式,和,比较式,比较式仪表,将被测量和已知的标准量

3、进行比较,从而确定被测量的数值,特点是,测量准确，但价格较贵，使用较繁,常用的比较仪表有,直流电桥、直流电位差计、交流电桥等,西北大学化工学院,电工电子学,上页,下页,4,7.1.1,常用电工测量仪表的分类,电工测量仪表上的符号及意义,符,号,意,义,直流仪表,交流仪表,交直仪表,准确度等级,1.5,级,2kV,1.5,2,或,绝缘强度试验电压为,2kV,仪表直立放置,或,或,B,C,仪表水平放置,工作环境等级,A,温度,0,40,相对湿度,80,以下,B,温度为,20,50,相对湿度,85,以下,C,温度,40,60,相对湿度,98,以下,电工电子学,上页,下页,5,西北大学化工学院,7.1

4、.2,测量误差和仪表准确度,1,误差,用于反映仪表的,测量值,与被测量的,实际值,之间的差别,2,误差分为,基本误差,和,附加误差,基本误差,由仪表构造和制作上的,不完善,所引起的误差,如磁场分布不理想、轴和轴承间的摩擦、弹簧变形、零件安装移,位、标尺刻度不准确等。,由仪表本身决定,附加误差,因外界因素,不符合,仪表的,规定工作条件,引起的误差,如环境温度与湿度、仪表安放位置、周围外磁场等不符合规定的要,求。,由人为因素决定,西北大学化工学院,电工电子学,上页,下页,6,7.1.2,测量误差和仪表准确度,3,误差的表示方法,绝对误差,和,相对误差,绝对误差,A,仪表的,指示值,A,x,与被测量

5、,实际值,A,0,之间的差值。即,A,A,x,A,0,相对误差,绝对误差,A,与被测量的实际值,A,0,的比值，通常用百分数,表示。即,A,100,A,0,注意,相对误差可以用来评价,测量结果的准确程度,但不能,反映,仪表,的准确程度,反映仪表的准确程度的量是,准确度等级（精度等级,西北大学化工学院,电工电子学,上页,下页,7,7.1.2,测量误差和仪表准确度,4,准确度等级（精度等级,最大相对额定误差,在规定工作条件下进行测量时可能产生的,最大绝对误差,A,m,与仪表的量程,满标值,A,m,之比的百分数,即,A,m,m,100,A,m,最大相对额定误差,又称为,最大引用误差,仪表的准确度（精

6、度等级,将仪表的相对额定误差分成不,同的级别,我国直读式仪表的准确度分为七级,0.1,0.2,0.5,1.0,1.5,2.5,5.0,精密测量或校验用,西北大学化工学院,工程测量用,电工电子学,上页,下页,8,7.1.2,测量误差和仪表准确度,不同精度等级仪表的最大基本误差,仪表的准确度等级,基本误差,0.1,0.2,0.5,1.0,1.5,2.5,5.0,0.1,0.2,0.5,1.0,1.5,2.5,5.0,例题,7.1.1,若选用,1.0,级量程为,10A,的电流表,分别测量,2A,和,8A,的电,流,求两次测量的最大相对误差,A,m,1.0,10,100,5,解,测量,2A,电流的最大

7、相对误差,2,A,0,2,A,m,1.0,10,8,100,1.25,测量,8A,电流的最大相对误差,A,0,8,可见,同一仪表，测量值较小时,相对误差大,而测量值较大时,相对,误差小。因此，一般应使,被测值超过仪表量程的一半,西北大学化工学院,电工电子学,上页,下页,9,7.1.2,测量误差和仪表准确度,例题,有一量程为,200V,精度为,1.0,级的电压表,试问,1,该表测量,过程中,产生的,最大绝对误差,是多少,2,若用它测量,50V,的电压,这时,的,最大相对误差,是多少,3,若用同样量程的电压表测量,100V,的电压,要求测量相对误差不得大于,1.5,应选,精度等级为多少,的电压表,

8、解,1,该表的最大绝对误差,A,m,A,0,1.0,200,2,V,A,m,2,2,测量,50V,电压时的最大相对误差,100,100,4,A,0,50,3,测,100V,相对误差不大于,1.5,时,最大绝对误差为,A,m,A,0,1.5,100,1.5,V,最大绝对误差为,1.5V,量程为,200V,时,仪表精度应为,A,m,1.5,100,100,0.75,A,0,200,故应选精度等级为,0.5,量程为,200V,的电压表,西北大学化工学院,电工电子学,上页,下页,10,7.1.3,电流、电压、功率和电能的测量,一,磁电式仪表结构及工作原理,结构,结构如图，由永久磁铁、可动线圈、指针,刻

9、度盘等组成,工作原理,在永久磁铁产生的磁场中，当线圈中,有电流流过时，线圈的两边受到大小相等、方向相,反的电磁力,F,使线圈偏转，并带动指针偏转，其,结构图,偏转角与该电流成正比,特点,灵敏度和准确度高、标尺刻度,均匀；过载能力较弱,电流出,用于,测量直流电压,和,直流电流,西北大学化工学院,电流入,工作原理,电工电子学,上页,下页,11,7.1.3,电流、电压、功率和电能的测量,二、电磁式仪表结构及工作原理,结构,结构如图，由固定线圈、固定铁片、可动,铁片、阻尼机构等组成,工作原理,当线圈中有电流时，产生的磁场,使两铁片磁化，两铁片磁化的极性相同，从而,相互推斥，使可动铁片受到斥力，带动仪表

10、指,针偏转,特点,结构简单、具有较大的过载能力；当线圈中,电流为交流时，两铁片的极性同时改变，仍然产生,斥力，所以,可测直流,也,可测交流,缺点,因偏转角与电流的平方成正比，所以刻度,不均匀；易受外界磁场影响，准确度不高,西北大学化工学院,结构图,上页,下页,12,电工电子学,7.1.3,电流、电压、功率和电能的测量,三、电动式仪表结构及工作原理,结构,结构如图，由固定线圈、可动线圈、指针,显示盘等组成,工作原理,当固定线圈通有电流时，产生磁场，若可,动线圈中也通有电流时，可动线圈的两边受到大小相等,方向相反的电磁力,F,使线圈偏转，并带动指针偏转,其偏转角与两个线圈电流的乘积成正比，当通过的

11、是交,流电时，偏转角还与两个电流的相位差有关,特点,准确度较高、但受外界磁场的影响较大,结构图,用于测量交直流电压、电流、功率,西北大学化工学院,电工电子学,上页,下页,13,7.1.3,电流、电压、功率和电能的测量,1,电流和电压的测量,直流,电流和电压的测量常用,磁电式仪表,交流,电流和电压的测量常用,电磁式仪表,A,V,测量电流时,电流表应串联在电路中，电流表的内阻必须很小,测量电路如图,测量电压时,电压表应和电路中所测部位相并联，电压表的内阻必,须很大。测量电路如图,测量时应选择合适的,仪表,和,量程,注意,测量直流大电流,10,3,10,4,A,时，选用,霍尔效应大电流测量仪表,测量

12、交流大电流时要用,电流互感器,测量交流高电压时要用,电压互感器,测量,微电流和电压,时常采用精密放大器将它们放大后再测量,西北大学化工学院,电工电子学,上页,下页,14,7.1.3,电流、电压、功率和电能的测量,2,功率的测量,功率测量分为,间接测量法,和,直接测量法,间接测量法,用电压表测电压为,U,用电流表测电流为,I,用功率因,数表测功率因数为,cos,则,直流时,P,UI,交流时,S,UI,P,UI,cos,直接测量法,用功率表测量；它是电动式仪表,固定线圈用较粗的导,线绕成,匝数少,与负载串联,反映负载电流的大小,称为,电流线圈,可动,线圈用较细的导线绕成,匝数多,串联附加电阻后与负

13、载并联,反映电压的,大小,称为,电压线圈,接线如图,U,I,u,R,注意,同名端，它们应接在电源,的同一侧，若接反指针会反向偏转,R,为附加电阻,西北大学化工学院,负载,电工电子学,上页,下页,15,7.1.3,电流、电压、功率和电能的测量,3,电能的测量,电能的测量,常用,感应式,或,电子式,电度表测量,感应式电度表,基本原理是：把电压、电,流、相位转变为,磁力矩,推动铝制圆盘转动,转,矩与负载消耗功率,UIcos,成正比；铝盘转动时,受到永久磁铁的制动作用,制动力矩正比于铝盘,的转速；当,旋转力矩,与,制动力矩,相平衡时,铝盘,转速正比于负载功率,铝转盘带动计数器计数,计数器的指示值就是所

14、消耗的电能,特点,结构简单直观，价廉可靠，停电时,不丢失数据。但精度低，自身能耗大，防窃,电能力弱，且不易管理,西北大学化工学院,结构原理,电工电子学,上页,下页,16,7.1.3,电流、电压、功率和电能的测量,3,电能的测量,电子式电度表,运用模拟或数字电路得到电流和电压相,量的乘积，然后通过模拟或数字电路实现电能计量功能,测量由电子模块来完成，计算结果由软件实现,特点,防窃电能力强,计量精度高,自身,电压线圈,电流线圈,接线端,功耗低,计量参数灵活性好,可与计算机,连网,实现远距离记录,电度表有,单相电度表、三相电度表,u,电源,i,电度表接线方法如图,西北大学化工学院,电工电子学,上页,

15、下页,17,7.2,非电量电测法和,数据采集系统的组成,主要内容,一、非电量的电测法,二、数据采集系统的组成,西北大学化工学院,电工电子学,上页,下页,18,7.2.1,非电量的电测法,非电量的电测法,把非电量（如温度、湿度、压力、速度等）通,过传感器，将其变换成电量再进行测量。示意图,模拟显示,非电量,信号,传感器,信号处理,数字显示,A/D,转换,计算机,电压、电流,频率等信号,模数转换,电路,西北大学化工学院,电工电子学,上页,下页,19,7.2.2,数据采集系统组成,数据采集系统组成示意图,多输入、多参量系统,模拟,信号,1,模拟,信号,2,滤波,放大,1,滤波,放大,2,多路转,换开

16、关,S/H 1,显示,S/H 2,A/D,转换,传感器,1,传感器,2,微机,系统,记录,存储,模拟,信号,n,传感器,n,滤波,放大,n,S/H n,开关,选通控制,取样保持,S/H,控制,采样保持,电路,西北大学化工学院,电工电子学,上页,下页,20,7.3,传感器,主要内容,一、传感器概述,二、湿度传感器,三、力传感器,四、热释电红外线传感器,五、气体传感器,六、霍尔传感器,西北大学化工学院,电工电子学,上页,下页,21,传感器的基本概念,传感器,以测量为目的，能够感受规定的被测量，并按一定规律转换,成可用输出信号的器件或装置,传感器分类,按被测对象的参数分,温度、湿度、压力、位移、流量

17、、液位、力,力矩、速度、加速度、振动、位置等传感器,按变换原理分,电阻式、电容式、电感式、压电式、光电式、光栅式,热电式、红外线、光纤、超声波、激光等传感器,新型传感器,数字式传感器、非接触式传感器、仿生传感器,测量对传感器的基本要求,精度高、可靠性好、稳定性强、抗干扰能力强、线性好,西北大学化工学院,电工电子学,上页,下页,22,7.3.1,温度传感器,常用的有,热电阻、热电偶、集成温度传感器,1,热电阻传感器,分为金属热电阻、半导体热电阻,基本原理,利用电阻阻值随温度变化而变化的原理来测量温度,1,金属热电阻（铂电阻、铜电阻、镍电阻,铂电阻：测量范围,200660,阻值与温度之间关系,R,

18、T,R,0,1,At,Bt,其中,R,T,为温度为,t,时的电阻值,R,0,是温度为0时的电阻值,A=3.9,410,3,B=-5.8,10,7,(,2,2,常用的铂电阻有,Pt100,Pt50,Pt10,三种,R,0,分别为,100,50,10,铜电阻：测量范围,50150,R,T,R,0,1,t,t,0,阻值与温度之间关系,温度系数为,4.25,10,3,C,常用的铂电阻有,Cu100,Cu50,两种,R,0,分别为,100,50,西北大学化工学院,电工电子学,上页,下页,23,7.3.1,温度传感器,1,热电阻传感器,分为金属热电阻、半导体热电阻,2,半导体热电阻,热敏电阻，由单晶、多晶

19、半导体材料制作,正温度系数,PTC,常用钛酸钡,BaTiO,3,，锶,Sr,，锆,Zr,等材料制作,当温度升高时电阻值增大,负温度系数,NTC,常用锰,Mn,钴,Co,镍,Ni,铜,Cu,铝,AI,等金属的氧化物采,用陶瓷工艺制成,当温升高时电阻值减小,半导体热电阻的特点,对温度反映较敏感、体积小、响应快；电阻,值随温度呈非线性变化，稳定性及互换性差，不能用于高温条件下,西北大学化工学院,电工电子学,上页,下页,24,7.3.1,温度传感器,2,热电阻传感器测量温度电路原理,恒流源测,量电路,I,S,U,X,A,0,R,T,铂电阻,放大,和,显示,跟随器,铂电阻两端电压,U,X,I,S,R,T

20、,原理,当温度变化时，热敏电阻阻值随之变化,U,X,与温度,一一对应，经,跟随器隔离,后再经放大，最后用显示器显示,出对应的温度,西北大学化工学院,电工电子学,上页,下页,25,7.3.2,力传感器,1,半导体应变片式力传感器结构,2,应变效应,当电阻体的尺寸发生变化时，阻值随,之变化的现象称为,应变效应,胶膜衬底,内引线,焊接电极,外引线,硅条,半导体应变片结构图,3,应变片的灵敏系数,k,设应变片的电阻长度为,l,阻值为,R,当长度改变,l,时，电阻值,变化,R,则有,R,l,k,R,l,R,R,或,k,l,l,k,称为应变片的灵敏系数,半导体应变片的灵敏系数在,100,150,之间,西北

21、大学化工学院,电工电子学,上页,下页,26,7.3.2,力传感器,4,半导体应变片测力原理,支架,应变片,F,将半导体应变片粘贴在被测构件的表面，当构,件受力变形时，应变片同时变形，阻值发生变化,测出阻值就能反映力的大小,构件,5,应变测量电路,原理,在应变片未受力时,R,0,电桥平衡,输,出电压,U,0,应变片测力原理图,R,放大,U,显示,R,当应变片受力时,应变片将力的变化转换成电阻,的变化,电桥将电阻的变化转换成电压的变化,通,过放大显示电路显示出力的大小,输出电压,U,为,R,1,R,U,S,R,实际中,R,R,输出电压,U,为,U,4,R,电工电子学,西北大学化工学院,上页,下页,

22、R,R,R,R,U,U,S,U,S,U,S,R,R,R,R,R,4,R,2,R,U,R,为固定电阻,S,R,1,为应变片电阻,27,7.3.3,热释电红外线传感器,1,热释电红外线传感器,PIR,结构,由传感探测元件、干涉滤光片、场效晶体,管三部分组成,PIR,菲涅尔透镜,探测元件,由高热电系数的铁钛酸,铅汞陶瓷或钽酸锂、硫酸三甘铁等晶,体制作,双探测元件,G,R,G,D,S,信号处,U,DD,理电路,热释电效应,即其受热产生温度变,化时，其原子排列发生变化，晶体自,然极化，在其表面产生电荷,E,滤光片,PIR,工作原理,探测元件受热后表面产生电荷，该电荷由场效晶体管,构成的,源极跟随器,放大

23、，由源极输出信号,西北大学化工学院,电工电子学,上页,下页,28,7.3.3,热释电红外线传感器,2.PIR,的应用,由,PIR,构成的报警系统结构图,PIR,待测,目标,光学系统,菲涅尔透镜,热释电红外,线传感器,信号,处理,菲涅尔透镜,报警,电路,说明,探测元件波长灵敏度在,0.2,20,m,范围,人体辐射的红外线中心波长为,9,10,m,范围,用于人体红外探测时，选择通过光的波长范围为,7,10,m,的滤光片,利用菲涅尔透镜，将热释的红外线信号聚焦到,PIR,上，提高灵敏度,用红外线热释电处理芯片,如,BISS0001,进行信号处理，电路简单可靠,西北大学化工学院,电工电子学,上页,下页

24、,29,7.3.3,热释电红外线传感器,3,热释电红外线传感器应用电路,红外自动干手机,红外感应探头,光电耦合器（开关,西北大学化工学院,电工电子学,上页,下页,30,7.3.3,热释电红外线传感器,4,红外线热释电处理芯片,BISS0001,BISS0001,配以热释电红外传感器和少量外接,元器件构成被动式的热释电红外开关。它能,自动快速开启各类白炽灯、荧光灯、蜂鸣器,自动门、电风扇、烘干机和自动洗手池等装,置，特别适用于企业、宾馆、商场、库房及,家庭的过道、走廊等敏感区域，或用于安全,区域的自动灯光、照明和报警系统,引,脚,1,2,名称,A,VO,I/O,功能说明,I,可重复触发和不可重复

25、触发选择端。当,A,为,1,时,允许重复触发；反之，不可重复触发,O,控制信号输出端。由,VS,的上跳变沿触发，使,Vo,输,出从低电平跳变到高电平时视为有效触发。在输出,延迟时间,Tx,之外和无,VS,的上跳变时,Vo,保持低电,平状态,3,4,5,6,RR1,RC1,RC2,RR2,输出延迟时间,Tx,的调节端,输出延迟时间,Tx,的调节端,触发封锁时间,Ti,的调节端,触发封锁时间,Ti,的调节端,7,8,9,10,11,12,13,VSS,VRF,VC,IB,VDD,2OUT,2IN,1IN,工作电源负端,I,参考电压及复位输入端。通常接,VDD,当接,0,时,可使定时器复位,I,触发

26、禁止端。当,VcVR,时禁止触发；当,VcVR,时允,许触发,VR,0.2VDD,运算放大器偏置电流设置端,工作电源正端,O,第二级运算放大器的输出端,I,第二级运算放大器的反相输入端,I,第一级运算放大器的同相输入端,SIB0001,内部电路,西北大学化工学院,14,15,16,1IN,1OUT,I,第一级运算放大器的反相输入端,O,第一级运算放大器的输出端,电工电子学,上页,下页,31,7.3.3,热释电红外线传感器,5,红外线热释电处理芯片,BISS001,应用电路,图中,R,3,为,光敏电阻,检测环境照度。当作为照明控制时,若环境较明亮,R,3,的电阻值会降低,使,9,脚的输入保持为低

27、电平,从而封锁触发信号,V,s,SW,1,是工作,方式选择开关,当,SW,1,与,1,上,端连通时,芯片处于,可重复触发,工,作方式；当,SW,1,与,2,下,端连通时,芯片则处于,不可重复触发,工作方式,图中,R,6,可以调节,放大器增,益的大小,可以提高电路增益,改善电路性能,输出延迟时间,T,x,由外部的,R,9,和,C,7,的大小调整，触发封锁时,间,T,i,由外部的,R,10,和,C,6,的大小调,整,R,9,R,10,可以用,470,欧姆,C,6,C,7,可以选,0.1,F,西北大学化工学院,电工电子学,上页,下页,32,7.3.4,气体传感器,1,主要用途,检测气体类别、浓度、成

28、份，常用,于环境监测、安全预警系统中,2,分类,按气敏材料及特性分为：半导体式、固,体电解式、电化学式、接触燃烧式、高分子式等,3,半导体气敏传感器,是利用气体在半导体表面的,氧化,和,还原,反应,导致敏感元件,阻值变化,而制成,有,氧化锡,SnO,2,氧化锌,ZnO,2,三氧化铁,Fe,2,O,3,等,它们对可燃气体（甲烷、液化石油气、煤气等）、有毒气体（一氧化,碳、硫化氢、氨气等）、环境气体（氧气、二氧化碳、水蒸汽等）、酒,精、烟气均有气敏效应,半导体气敏电阻在常温下吸附气体，电导率变化不大，所以，气,敏元件使用时,要加热,加热方式有,直热式,和,旁热式,两种,西北大学化工学院,电工电子学

29、,上页,下页,33,7.3.4,气体传感器,4,旁热式气敏器件结构及工作原理,如图,1(2,端和,3(4,端为测量电极,5,6,端为加热丝,工作原理,当气体浓度增加时，气敏元件,阻值减小，根据阻值的不同，可,特点,得到气体浓度的高低,旁热式消耗功率小，性能稳定，安全可靠，应用广泛,气敏元件的材料中加入微量的铅、铂、金、银等元素以及一些金属盐,类催化剂，可以获得低温时的灵敏度，也可增强对气体种类的选择性,西北大学化工学院,电工电子学,上页,下页,34,7.3.4,气体传感器,5,旁热式气敏器件应用,家用可燃气体报警器电路,工作原理,随着可燃气体浓,度增加，气敏元件阻值减小,BZ,蜂鸣器,当阻值减

30、小到一定值时，蜂鸣,器工作发出报警信号,5,气体传感器,4,1,R,220V,氖管,2,6,3,MQ,2,广谱型气敏元件,MQ,3,型,酒精,MQ,4,型,天然气,MQ,5,型,煤气,MQ,6,型,液化气,MQ,7,型,一氧化碳,MQ,8,型,氢,气,MQ,135,型,甲醛,3,MQ,214,型,烟雾两个引脚,MQA137,氨气,MQA138,甲醛,MGA811,二氧化碳固体电解质,式,MC110,用于煤气报警器,MC112,适用于固定式甲烷,MC113,用便携式瓦斯检测,议,ME2,02,检测氧气,ME3,CO,检测一氧化碳,ME3,CO,检测一氧化碳,西北大学化工学院,电工电子学,上页,下

31、页,35,7.3.5,霍尔传感器,1,霍尔效应,在,半导体薄片,两端通以电流,I,并在薄片的垂直方向,施加磁感应强度为,B,的匀强磁场，则在垂直于电流和磁场,的方向上，将产生电位差，此现象称为,霍尔效应,B,E,d,I,KIB,此电位差称为,霍尔电势,大小为,E,d,式中,I,为通过的电流,B,为磁感应强度,d,为薄片厚度,K,为霍尔系数,霍尔效应,是美国物理学家霍尔,A.H.Hall,1855-1938,于,1879,年在研,究金属的导电机构时发现的。后来发现半导体、导体等也有这种效应,半导体的霍尔效应比金属强的多,西北大学化工学院,电工电子学,上页,下页,36,7.3.5,霍尔传感器,2,

32、霍尔元件及器件,霍尔元件是由半导体材料,锑化铟,或,硅的薄片,制成,将霍尔元件、放大电路、温度补偿电路及稳压电路集成,在一个芯片上，构成了霍尔器件,它是一种集成电路，又是一种磁敏感传感器，如图,霍尔传感器的种类,电流、电压、功率、位置、转速、转角、力,力矩等传感器。用于测量各种模拟量，也有很多开关量传感器,霍尔器件常用于,无刷直流电机、电动车助力传感器、汽车里程表,转速表、点火器、热水器、电动滑板车、电动缝纫机、电脑绣花机、空,调风机、空调轴流风扇、全自动麻将机、安全报警装置、测量设备、仪,器仪表,西北大学化工学院,电工电子学,上页,下页,37,7.3.5,霍尔传感器,3,霍尔器件应用,电流测

33、量原理,导线电流,产生的磁通,2,通电导线,由霍尔效应产生的,与,i,x,成比例的霍尔电势,E,V,KIB,E,d,平行于导线的,霍尔片,4,1,3,被测电流,i,x,I,特点,通过霍尔片的恒定电流,适当选取电路参数，可直接读出电流的大小,主电路与测量显示电路相隔离，使用方便,既可测量直流，也可测量交流,西北大学化工学院,电工电子学,上页,下页,38,7.3.5,霍尔传感器,3,霍尔器件应用,测量转速原理,磁条,R,2k,S,U,CC,12V,计数器,或,集成霍尔开关,A44E,1,A44E,2,3,光电耦合器,频率计,1 2 3,引脚,1,为电源端,引脚,2,为地端,引脚,3,为输出端,旋转

34、体,集成霍尔,开关元件,西北大学化工学院,电工电子学,上页,下页,39,7.4,有源滤波和测量放大器,主要内容,7.4.1,有源滤波电路,7.4.2,测量放大电路,西北大学化工学院,电工电子学,上页,下页,40,7.4.1,有源滤波电路,滤波电路,允许某一频率范围内的信号顺利通过，抑制此频率,范围以外的其它频率信号的电路，称为,滤波电路,A,低通,f,A,高通,f,滤波电路的分类,1,按,通过,或,抑制,的信号频率范围分为,低通,高通,带宽,带阻,滤波电路,A,带宽,f,A,带阻,2,按滤波元件性质分,无源滤波电路,和,有源滤波电路,f,无源滤波电路由无源元件,R,L,C,构成,有源滤波电路由

35、含有,晶体管,或,集成运放,等有源元件构成,有集成运放的有源滤波电路特点,具有放大作用，通过运,放使输入与负载隔离，带负载能力强,西北大学化工学院,电工电子学,上页,下页,41,7.4.1,有源滤波电路,一,低通有源滤波电路,1,电路结构,RC,构成一阶滤波环节,u,i,R,C,A,0,u,o,R,f,R,1,2,输出与输入关系,1,j,R,f,R,f,U,i,U,i,C,U,o,1,U,i,1,A,f,R,1,R,j,1,R,1,1,j,RC,1,j,C,c,A,f,1,式中,R,f,R,1,为放大倍数,0,1,c,为特征,截止,角频率,RC,i,U,之比称为电路的频率特性，为,U,和,3,

36、电路的频率特性,即,H,j,U,o,U,i,A,f,1,1,j,c,A,f,2,1,c,arctan,c,幅频特性,H,j,Af,2,1,c,arctan,相频特性,c,上页,下页,42,西北大学化工学院,电工电子学,7.4.1,有源滤波电路,一,低通有源滤波电路,4,电路的频率特性曲线,u,i,R,C,A,0,u,o,R,f,R,1,A,f,1,0.707,A,f,当,c,时,H,j,RC,2,H(j,阻带,0,c,c,0.707A,f,0,通带,4,2,幅频特性曲线,相频特性曲线,1,2,RC,5,低通滤波器特点,低于截止频,的信号可以通过,f,c,高于截止频率的信号衰减很大，不能通过,西

37、北大学化工学院,电工电子学,上页,下页,43,7.4.1,有源滤波电路,二,高通有源滤波电路,1,电路的频率特性,H,j,幅频特性,U,o,U,i,A,f,u,i,H,j,A,f,c,1,j,C,R,A,0,u,o,R,f,R,1,c,2,1,c,相频特性,arctan,通带,2,4,H(j,A,f,0.707A,f,0,阻带,c,0,c,2,高通滤波器特点,幅频特性曲线,相频特性曲线,1,f,c,高于截止频,的信号可以通过,2,RC,低于截止频率的信号衰减很大，不能通过,西北大学化工学院,电工电子学,上页,下页,44,7.4.2,测量放大电路,1,集成运放构成的测量放大电路,电路如图,由理想集成运放特点得,u,i,2,u,i,1,u,i,2,u,i,1,i,p,R,p,R,p,u,i1,u,i1,2,R,1,u,o,2,u,o,1,R,1,R,p,R,1,i,p,1,u,i,2,u,i,1,R,p,R,p,R,3,R,3,2,R,1,u,o,u,o,2,u,o,1,1,u,i,2,u,i,1,R,2,R,2,R,p,i,u,o,R,3,2,R,1,1,放大倍数为,A,d,u,i,2,u,i,1,R,2,R,p,A,0,u,o1,