传感检测系统及其应用

传感检测系统及其应用
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1 传感检测系统的组成
检测与电测法 检测是人类认识世界和改造世界必不可少的重要手段。 “检测”既包括定量的测量，也包括定性的试验。
就被测对象而言，机电工业需要检测的量有电量和非电量两 大类，非电量种类比电量的种类多得多。
电测法就是把非电量转换为电量来测量，同非电的方法相比， 电测法的优越性有：
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2）电桥电路
直流电桥工作原理
R1、R2、R3及R4组成电桥的四个臂，输入电源加在电桥的 CD端，输出信号取自电桥的AB端。当电桥的输出端与具有高 输入阻抗的装置相接时，电桥相当于工作在输出端开路状态， 其输出电压为
U0
R1 R4
R1 R2
R2 R3
R3 R4
ES
当R2R3＝R1R4时，输出 电压U0为零，关系而言可归纳为两大类：
1、直接法：用传感器直接将被测非电量x转换为电量y。
即
y＝f(x)
2、间接法：先用敏感器将被测量x转换为传感器的可用
非电量z，再用传感器将可用非电量z转换为电量y。设传感器
的转换关系为
y＝φ(z)
敏感器的转换关系为
z＝Ψ(x)
由敏感器与传感器组合成的非电量x电测装置的转换关系 便为复合函数
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2.2 输出信号处理方法和电路
1．输出信号处理的目的 提高测量系统的测量精度，提高测量系统的线性度，抑 制噪声。由传感器的接口电路完成，处理后的信号，应成为 可供测量、控制使用及便于向微型计算机输入的信号形式。 2．常用的信号处理电路 1) 阻抗匹配器 传感器输出阻抗都比较高，为防止信号的衰减，常常采 用高输入阻抗的阻抗匹配器作为传感器输入到测量系统的前 置电路。 半导体管阻抗匹配器，实际上是一个半导体管共集电极 电路，又称为射极输出器。 场效应管是一种电平驱动元件，栅漏极间电流很小，其 输入阻抗可高达 1012Ω 以上，可作阻抗匹配器、运算放大 器阻抗匹配器。
•
S
当Z1Z4一Z2Z3＝0时，电桥输
出电压U0＝0，这时电桥处于平
衡状态，其平衡条件为
Z1 Z4 Z2 Z3
1 4 2 3
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电桥的测量方法
1、零测法： 在零测法中，有一个电桥的桥臂电阻可以人为改变。假 设各桥臂电阻已调好，使电桥处于平衡状态，当桥臂的某一 个电阻值如R1发生变化时，电桥失去平衡状态，而使检流计 指针发生偏转。若R2是一个可调电阻，而使电桥重新回到平 衡状态，这时检流计也将回到零位。因此，由R2的变化量即 可得到R1的变化数值。
状态为平衡状态。
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2．交流电桥工作原理
采用交流电源供电的电桥称为交流电桥。在这种情况下
桥臂所接的元件可以是电阻、电感或电容。如果交流电源是
频率为f的正弦交流信号，则各桥臂的复阻抗参数设为Zl、Z2、 Z3、Z4，当电桥输出端开路时，其输出电压U0为
U U •
0
Z1Z4
Z1 Z 2
Z2Z3
Z3 Z4
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传感器与敏感器
传感器：将非电量转换为与之有确定对应关系 电量输出的器件或装置，它本质上是非电系统与电 系统之间的接口。
在非电量电测量中，传感器是必不可少的转换 元件。
敏感器：能把被测非电量转换为可用非电量的 器件或装置。
敏感器与传感器虽然都是对被测非电量进行转 换．但敏感器是把被测非电量转换为可用非电量， 而不是像传感器那样把非电量转换成电量。
(1)便于采用电子技术，扩展仪器的测量幅值范围(量程)。 (2) 采用电测技术具有很宽的测量频率范围(频带)。 (3)把非电量变成电信号后，可实现远距离的自动测量。 (4)把非电量转换为数字电信号，便于用计算机对测量数据 进行处理，实现测量的微机化和智能化。
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非电量电测法与检测技术
非电量电测法的两个基本问题： 1、怎样用传感器将非电量转换为电量； 2、怎样对电量进行测量。 因此，非电量电测法同传感器技术、电子测 量技术是紧密联系不可分割的。我们把传感器原 理、非电量测量、电量测量这三部分内容合称为 传感器与检测技术，简称感测技术。
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自动化检测与控制系统的对比
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普通电测仪表的组成
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计算机检测系统基本组成框图
被测 对象
传 感 器
信号 调理
多路 模拟 开关
取样 保持
A/D
检测系统
激励 装置
功率 放大
低通 滤波
D/A
显示
RAM
计
算
机 总
CPU
线
ROM
键盘
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2 传感器检测信号处理
2.1 输出信号的特点 (1) 由于传感器种类繁多，传感器的输出形式也是 各式各样的。例如，尽管同是温度传感器，热电偶随温 度变化输出的是不同的电压。 (2) 热敏电阻随温度变化使电阻发生变化。 (3) 双金属温度传感器则随温度变化输出开关信号。 传感器的输出信号，一般比较微弱，有的传感器输 出电压最小仅有0.1V。传感器的输出阻抗都比较高，这 样会使传感器信号输入到测量电路时，产生较大的信号 衰减。传感器的输出信号动态范围很宽。传感器的输出 信号随着输入物理量的变化而变化，但它们之间的关系 不一定是线性关系。传感器的输出信号大小会受温度的 影响，有温度系数存在。
y＝φ[Ψ(x)]＝f(x)
按照传感器定义，这种敏感器与传感器的组合装置仍可 称为传感器，但却不是原来的非电量z的传感器，而是被测量 x的传感器。
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1、传感检测系统的组成框图 ▲
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2、传感检测系统各环节的功能 ▲
传感器：为检测系统提供必须的原始信号。 中间转换电路：将传感器的输出信号转换成易于测量 或处理的电压或电流信号。 信息传输接口：经D／A、A／D转换，满足微机处理、 控制、显示和记录装置的要求， 信息分析处理：根据需要进行阻抗匹配、微分、积分、 线性化及温度补偿等信号处理工作。 控制显示记录：控制执行机械的运行，了解掌握检测 数值的大小或变化的过程。
2、偏差测量法： 在偏差测量法中，电桥原处于平衡状态，若R1变化，则 电桥失去平衡，输出端电压将不再为零，从而使检流计发生 偏转而显示某一读数，这一读数反映了电阻R1的变化大小。
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电桥的分类与应用
1、电桥的分类 ▲
按电源分类： 直流电桥、交流电桥。 按工作方式分类：平衡电桥、不平衡电桥。 按接入方式分类：单臂电桥、差动电桥。
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2、电桥的应用
（1）平衡状态的应用
平衡状态的应用基于零测法，由于电桥的平衡工作状态， 使得电源电压Us波动及指示仪表的误差(除零位误差外)等， 均不影响测量结果，可以获得较高的测量精度。