传感器与检测技术课件第八章传感检测系统的构成.ppt

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1、第八章传感检测系统的构成通过本章的学习，了解传感检测系统的组成及检测系统的抗干扰问题；掌握电桥、调制与解调器、滤波器、A/D及D/A转换器的工作原理及用途；了解传感器与微机的连接通道。2021/7/291第一节传感检测系统的组成传感器信息传输接口信息分析处理控制显示记录中间转换电路被测对象传感检测系统通常由传感器、中间转换（信号调理）电路、微机接口电路、分析处理及控制显示电路等部分组成，分别完成信号的获取、转换（调理）、传输、分析处理、显示记录等功能。微机、I/O接口、外设2第二节电桥电桥是把电阻、

2、电感和电容等原件参数转换成电压或电流的一种测量电路。这种测量电路简单直接，而且精度和灵敏度都较高，在检测系统中应用较多。电桥的分类：按采用的电源：直流、交流按工作方式：平衡、不平衡按被测电阻接入方式：单臂、差动2021/7/293一、电桥工作原理1.直流电桥直流电桥当RL→∞时，电桥输出电压为第二节电桥2021/7/294当电桥平衡时，Uo=0，则有R1R4=R2R3或电桥平衡条件：欲使电桥平衡，其相邻两臂电阻的比值应相等，或相对两臂电阻的乘积应相等。电桥平衡条件2021/7/295引入原因：由于

3、应变电桥输出电压很小，一般都要加放大器，而直流放大器易于产生零漂，因此应变电桥多采用交流电桥。交流电桥输出：2.交流电桥2021/7/296电桥平衡条件：Uo=0，即Z1Z4=Z2Z3有:交流电桥的平衡条件必须同时满足阻抗的模和幅角两个条件。2021/7/2971.分类按所用电源分：直流电桥、交流电桥按电桥工作方式分：平衡电桥、不平衡电桥按被测电阻的接入方式分：单臂电桥、差动电桥二、电桥的分类与应用2021/7/298单、双差动电桥减小和消除非线性误差的方法2021/7/2992.电桥的应用（1）平

4、衡状态的应用——基于零测法适于测量静态值（2）不平衡状态的应用——基于偏差测量法可测量动态值与静态值常态时电桥平衡，输出电压为零；测量时，被测物理量引起桥路电阻变化，电桥失去平衡，输出电压随被测物理量的变化而变化2021/7/29102021/7/2911解(1)根据电桥平衡原理有：RBR0=2R0RtRB=2Rt=4R0（1+0.01t）(2)当t=20℃时，RB=4R0（1+0.01t）=48kΩ当t=40℃时，RB=4R0（1+0.01t）=56kΩRB的变化范围为48kΩ～56kΩ2021/

5、7/2912三、电桥的工作特性指标1.电桥的灵敏度当某一桥臂电阻变化ΔR，其它桥臂固定不变时，则电桥输出电压Uo有一变化量ΔU，电桥的灵敏度规定为电压的相对变化量与电阻的相对变化量之比，即:2021/7/29132.电桥的非线性误差电桥的非线性误差定义为：式中，U0为电桥的实际输出电压；U0S为电桥的线性化输出电压（理想输出电压）。2021/7/2914（1）单臂电桥分析当桥臂电阻R1有一变化量ΔR1，其它桥臂固定不变时，则电桥失去平衡，输出电压Uo为：2021/7/2915令ε=ΔR1/R1，当桥

6、臂电阻R1=R2，R3=R4时，上式为：忽略分母上的ε/2，可得线性输出电压为：2021/7/2916则电桥的非线性误差为：显然，输入变化量越大，非线性误差越大。单臂电桥的输出电压灵敏度为：2021/7/2917（2）差动半桥：在试件上安装两个工作应变片，一个受拉应变，一个受压应变，接入电桥相邻桥臂。该电桥输出电压为若ΔR1=ΔR2，R1=R2，R3=R4，则得显然：Uo与ΔR1/R1成线性关系，无非线性误差，电桥电压灵敏度是单臂工作时的两倍。2021/7/2918单、双差动电桥减小和消除非线性误

7、差的方法2021/7/2919(3)全桥差动：电桥四臂接入四片应变片，即两个受拉应变，两个受压应变，将两个应变符号相同的接入相对桥臂上。ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4，且R1=R2=R3=R4，则结论：全桥差动电路不仅没有非线性误差，而且电压灵敏度为单片工作时的4倍。2021/7/2920四、电桥的调零1.串联调零电路——调零电位器阻值R5较小2.并联调零电路——R5较大串联调零示意图2021/7/2921设桥臂比n=R2/R1，由于ΔR1<

8、1=R4/R3，则上式可写为电桥电压灵敏度定义为2021/7/2922分析：①电桥电压灵敏度正比于电桥电源电压，供电电压越高，电桥电压灵敏度越高，但供电电压的提高受到桥路电阻（应变片）允许功耗的限制，所以要作适当选择；②电桥电压灵敏度是桥臂电阻比值n的函数，恰当地选择桥臂比n的值，保证电桥具有较高的电压灵敏度。？当E值确定后，n取何值时才能使KU最高？2021/7/2923第三节调制与解调通过传感器输出的电信号一般多为微弱、变化缓慢的非周期信号，需要进行放大和某些处