11信号变换技术(新).ppt

1、第一节 信号变换的基本形式,信号变换： 转换元件 I，U，C，L 转换电路：将U，I，C，L转换为便于测量的电量或非标准U，I转换为标准的U，I(变送器)。 分类（按结构）：简单变换，差动式变换，参比式及平衡式变换。,一、简单直接变换,结构形式 要求：敏感元件直接输出电量信号。 典型的转换电路：不平衡电桥。,敏感元件：被测参数 中间量。 转换元件：中间量 电量。 典型：粘贴式应变压力传感器,一级转换； 多级转换：转换元件数=2,转换电路的信息能量传递,检测元件：转换元件、敏感元件的统称。 有源：热电偶、压电元件。 无源：电容、热电阻。 有源检测元件与转换电路联结,信息在负载上产生的有效功率：,

2、从获得有效功率的角度，一般希望： 越大越好，仪表的灵敏度越高。要获Plmax，RL=Ri，但 较低。 另关心电压的灵敏度SU， （32）,无源检测元件与转换电路,：,下面分析如何提高 令 要获 ， 但 更低。 提高 和,下图电桥作初级转换时的情况,由戴维南等效电路法：,3.简单直接变换式仪表的特点,是由敏感元件、转换元件、转换电路、显示灯串接而成。 评价：精度低 线性度较差 信息能量传递效率低 简单、可靠、价低、应用广。,二、差动式变换,结构形式,一般采用：电桥或差动放大式,特性分析,单转化元件： 输入： 干扰： 输出：,两转换元件,两转换元件：输入： 干扰： 输出：,比较上两公式分析：,差动

3、比简单式的有效输出信号提高了1倍，信号比极大改善。 消除了非线性项 ，改善了仪表非线性。 若 则 ， 则干扰X2可消除。 差动变换可减、消转换元件的干扰，但无法降低敏感元件的干扰或非线性。,三、参比式变换（补偿式变换）,目的：消除 环境对敏感 元件的影响。 结构式,它可用2个“1敏感件1转换元件”；也可只用“1个敏感件和2个转换元件”。 2个转换件中：一个感受敏感件输出。 另一个只感受环境量。,例1：红外气体分析仪（成分检测：减小光源波动、环境温度变化影响）。,例2 ：R1 既感受敏感元件的输出，又感受环境条件量，R2只感受环境条件量。(应变片测应变时温度补偿),特性分析,检测件1：输入： 输

4、出： 检测件2：输入： 输出：,则,(3-10),(1)若,（3-11）,分析：消除了x2（环境干扰）； 存在，系统非线性没得到改善。,（2）若 则 （3-12）,四、平衡式变换反馈式变换,结构形式 平衡式变换原理 反馈系数 则 ， 稳定时，整个变换 环节精度高。,x,y,根据 是否为零，分有差、无差随动变换,2 有 差 随 动 式 变 换,根据 是否为零，分有差、无差随动变换,2 有 差 随 动 式 变 换,无差随动式变换,平衡式变换的特性分析,有差随动式变换 放大倍数： 时间常数：,上式表明，该闭环系统仍为一阶滞后环节，且放大倍数 和时间常数 皆为开环系统的 ，因此，这种闭环结构的仪表的时间响应快 倍但灵敏度下降 倍. 当K1足够大，有 (3-18) 说明闭环平衡式仪表的稳态特性主要取决于反馈回路。,无差随动式变换,自然角频率： 衰减系数：,上式表明：,