电磁测量学习教案

1、会计学1电磁电磁(dinc)测量测量 第一页，共59页。 7数据易于存储和传输； 8与计算机结合，实现智能测量； 9不便于观察动态过程 。第1页/共59页第二页，共59页。返回(fnhu)数字式仪表(ybio)的结构示意图 数字式仪表主要由功能转换电路、模数转换器（A/D转换器）、计数器或频率计等组成，如图所示。 第2页/共59页第三页，共59页。 1逐次逼近式模数转换器 这种模数转换方式是由一个控制电路按一定编码顺序操纵一系列开关，把参考电压通过一个电阻网络分压，分压所得的电压按8421码排列，称为码电压Uc。被转换电压与码电压从Uc的高位到低位逐次比较，直到二者逼近到一个程度，控制电路所编

2、成的码即为对应的数字量。根据每次比较的结果决定取舍Uc ，当 时，保留Uc ，开关位置(wi zhi)闭合，数字量对应“1”，当 时，舍去Uc ，开关位置(wi zhi)断开，数字量对应“0”。电路如图所示。 xCUUxCUU第3页/共59页第四页，共59页。逐次逼近(bjn)式模数转换器的结构 这种模数转换器的特点是转换速度快，但由于是反映瞬时信号，所以如有干扰混入被转换信号，将产生(chnshng)较大误差，因此抗干扰能力差。第4页/共59页第五页，共59页。积分(jfn)式模数转换器的结构第5页/共59页第六页，共59页。21oxo11dttUU t URC1xTURC 定值积分(jfn

3、) 3oNo221 dtUU t UtRC2NTURC 因为积分器输出电压逐渐(zhjin)减少，直到等于零为止，所以0o1o2UU得 2xN1TUUT 第6页/共59页第七页，共59页。22xNN11NNNNUUUN1是预先(yxin)给定的，则 与计数脉冲N2成正比。xU第7页/共59页第八页，共59页。第8页/共59页第九页，共59页。ALE 地址锁存，低电平有效(yuxio)；ST 起动A/D开始转换信号， 高电平有效(yuxio)；EOC 转换结束提示；OE 允许输出信号；CLK 时钟信号； 正参考电源； 负参考电源； 工作电源；GND 地。CCVRVRV ADC0809外形(wi

4、xn)引脚如图第9页/共59页第十页，共59页。第10页/共59页第十一页，共59页。AD570123456789181716151413121110VCB/VINAGNDBOSDGNDDRNC76543210DDDDDDDDNC 注意： 采用双极性输入时，转换结果的数字(shz)量11111111（FFH）表示+5V ，10000000（80H）表示0V，而00000000（00H）则表示-5V示 。 AD570的外形引脚如图第11页/共59页第十二页，共59页。采样(ci yn)保持器的电路二、采样(ci yn)保持器(S/H)第12页/共59页第十三页，共59页。 图中的Tc为捕获时间，

5、 Tc为保持时间，显然，开启脉冲的宽度必须大于捕获时间才能使采样保证一定的准确度，否则(fuz)，充电电压达不到预计的额定值，不能真实反映被采样的信号。 开启脉冲(michng)与充放电过程图第13页/共59页第十四页，共59页。s2ff1s2 f 3单片集成采样保持器 LF198的外形引脚如图，IN为模拟输入端，OUT为采样输出，C与GND之间应接保持电容，L为逻辑(lu j)控制信号输入，控制信号大于1.4V时LF198处于采样状态。 LF198的外形(wi xn)引脚图第14页/共59页第十五页，共59页。 数模转换器是模数转换器的逆变换，即把数字(shz)量变换成模拟量，其转换原理是用

6、数字(shz)量控制一系列电子开关，然后对电子开关接通电路的电流求和，最后把总电流变换成电压。下图是权电阻型D/A转换器的电路。 权电阻(dinz)型D/A转换器的电路第15页/共59页第十六页，共59页。3321032100(2222 )2iiiUUIDDDDDRR3o02iffiiUUIRRDR 对于(duy)n 位数字量转换成的模拟量为 1o02nifiiUURDR第16页/共59页第十七页，共59页。 为片选信号； 为输入允许信号； 和 是两个(lin )写信号； 是传送控制信号； 是反馈信号输入端。CSILE1WRWR2XFERfbRDAC0832外形(wi xn)引脚图第17页/共

7、59页第十八页，共59页。异步计数器的逻辑电路(lu j din l)波形(b xn)第18页/共59页第十九页，共59页。 不论用JK触发器构成(guchng)还是以D型触发器构成(guchng)，都存在工作速度较慢的问题。 当计数脉冲到来时，应该翻转的各个(gg)触发器同时翻转。因此，有效地消除了传输延时。 同步计数器的逻辑电路第19页/共59页第二十页，共59页。 共阴极 共阳极(yngj) 七段排列顺序 对于共阴极的LED，阴极接地，当阳极信号(xnho)为“1”时，发光二极管导通，该段点亮；信号(xnho)为“0”时，发光二极管截止，该段不亮。对于共阳极的LED，阳极接+5V，当阴极

8、信号(xnho)为“1”时，该段不亮；信号(xnho)为“0”时该段点亮。第20页/共59页第二十一页，共59页。硬件译码器与LED的接口(ji ku)电路第21页/共59页第二十二页，共59页。返回(fnhu) 图中的每一亮点由一个(y )发光二极管控制，35个亮点分 7 行 5列，通过译码器控制，可以显示各种数字、字母及特殊符号。点阵式LED的排列及接口电路第22页/共59页第二十三页，共59页。时间T0 则计数器在标准时间内记录的窄脉冲个数N与被测频率的关系为0TNf 测量频率(pnl)的电路框图第23页/共59页第二十四页，共59页。N1NNN fN011NfT 另一部分是门控信号宽度

9、T的误差，因门控信号由晶体振荡器产生，晶体振荡器的输出(shch)频率准确度很高，故这部分误差可以忽略。因此，测量频率时产生的误差就等于量化误差，即第24页/共59页第二十五页，共59页。测量(cling)电路中的波形图第25页/共59页第二十六页，共59页。TN 时标信号为频率(pnl)已知的高频脉冲，被测信号经整形变成脉冲，经触发器变成与被测周期相等宽度的门控信号打开闸门，使计数器在这段时间内记录时标信号的脉冲个数。设时标信号脉冲间隔为 ，计数器值为N，则被测信号周期为测量(cling)周期的电路框图第26页/共59页第二十七页，共59页。测量(cling)电路中的波形图第27页/共59页

10、第二十八页，共59页。T1NNT返回(fnhu)三、相位差的测量(cling)测量相位差的电路框图第28页/共59页第二十九页，共59页。2360TNT转换成角度(jiod)为02TT 这种方法应先测量出T和N，经计算可得两电压的瞬时相位差，也可以用触发器代替与门，把相位差直接转变成方(chngfng)波，再测方波的宽度。第29页/共59页第三十页，共59页。表7-3 直流数字(shz)电压表的分类 第30页/共59页第三十一页，共59页。直流数字(shz)电压表的结构框图 第31页/共59页第三十二页，共59页。9400VFC单电源(dinyun)供电的电路图 第32页/共59页第三十三页，

11、共59页。1峰值响应的AC/DC转换(zhunhun)电路 峰值检波的AC/DC转换电路由检波二极管和保持电容组成(z chn)，其原理电路如图所示。 峰值响应的AC/DC转换电路第33页/共59页第三十四页，共59页。平均值响应(xingyng)的AC/DC转换电路第34页/共59页第三十五页，共59页。返回(fnhu)双偶AC/DC转换器原理图第35页/共59页第三十六页，共59页。TTEK J2JI RT因此，热电势(dinsh)与电流的有效值的平方成正比。第36页/共59页第三十七页，共59页。 随着(su zhe)电子技术的发展，数字电压表已由单一测量直流电压发展为测量交流电压、交流

12、电流、功率、相位等许多物理量，因此，这种多功能的数字电压表又称为数字多用表。有些数字多用表还具有测量信号频率、元件参数等更多功能。各种测量功能的数字仪表都是在直流数字电压表的基础上附加一些转换电路构成的，下图是数字多用表的结构框图。数字(shz)多用表的结构框图第37页/共59页第三十八页，共59页。数字式功率表的原理(yunl)框图 第38页/共59页第三十九页，共59页。21NxTTTkuUy12ouTTTkU yxuRix xoNRu iUk kU )sin(2uxtUu)sin(2ixtIi设 有第39页/共59页第四十页，共59页。utuicos()cos(2)x xpu iUIUI

13、t滤掉 由此可见，时分割乘法器的输出电压反映了输入电压ux和uy瞬间平均值的乘积，实际(shj)上“瞬间”的含义是相对的，它就是节拍方波的周期T，在实际(shj)中它不可能是无限小，因此随着ux和uy频率的增高，运算误差越来越大。第40页/共59页第四十一页，共59页。第41页/共59页第四十二页，共59页。三相(sn xin)有功功率的测量原理框图第42页/共59页第四十三页，共59页。正比，而经过电压频率转换后变为频率，所以有功功率与频率成正比返回(fnhu)Pkf因电能的基本单位(dnwi)是“度”或千瓦时，故三相电能可表示为01dt3600tWkf第43页/共59页第四十四页，共59页

14、。比率变换(binhun)电路第44页/共59页第四十五页，共59页。N12xRTTR 通过对T1和T2 的数字测量，从而实现对电阻的数字测量。由于，基准电压和各级漂移都不出现(chxin)，因此可实现高准确度的测量。被测电阻为第45页/共59页第四十六页，共59页。11110.70.28(1.0)tRCR12220.70.28(1.0)tR CR测出t1和t2，可计算(j sun)出C1和C2 。图中电容-时间变换电路输出波形16 15 14 13 91 5 6 774LS123+5VQ2Q1+5VR1C1C2Q1Q2t1t2R2第46页/共59页第四十七页，共59页。返回(fnhu) 介绍

15、同步电压分离法，同步电压分离法测量电感的原理是通过将被测电感线圈电压的实部（电感中电阻两端(lin dun)的电压）和虚部（感抗两端(lin dun)的电压）分离出来，再对实部和虚部分别进行定时积分和反向积分，通过测量积分时间段内时钟脉冲的个数，间接测出电感，其原理框图如图所示。1 21211RTR NLTN121R NRN第47页/共59页第四十八页，共59页。同步电压分离法测量电感(din n)的原理电路第48页/共59页第四十九页，共59页。智能仪表的结构(jigu)示意图第49页/共59页第五十页，共59页。第50页/共59页第五十一页，共59页。多可采用扫描方式。（2）LED显示器接

16、口电路位数少可采用硬件译码；位数多可采用软件译码。（3）LCD点阵(din zhn)式液晶显示器接口电路 显示汉字时，首先建立(jinl)汉字的字模数据及字符代码，然后将字模数据写入字符发生器 。第51页/共59页第五十二页，共59页。 3软件设计 软件设计的过程(guchng)分为任务描述、编写程序和调试程序 。任务描述是根据需要确定该仪表所完成的任务和要求达到的功能，从而确定编程方式；编写程序要根据仪表所要求的功能先画出程序流程方框图，然后根据方框图编制程序；调试程序是确定程序的正确性。模拟量输入通道(tngdo)的结构第52页/共59页第五十三页，共59页。返回(fnhu)第53页/共59页第五十四页，共59页。 对同一个被测量，采用的硬件电路(dinl)、软件流程、算法不同，测量结果的精确度也有差别，只要满足工程要求，方案即为可行。第54页/共59页第五十五页，共59页。谐波(xi b)测量仪的结构 在单片机测量系统中，主要完成信号的采样、预处理、FFT 以及各种参数的计算、各所需画面的显示等任务。 第55页/共59页第五十六页，共59页。n