第4章过程输入输出通道ppt课件.ppt

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1、第4章过程输入输出通道当计算机用作测控系统时，系统总要有被测量信号的输入通道，由计算机拾取必要的输入信息，对于测量系统而言，如何准确获取被测信号是其核心任务；而对测控系统来讲，对被控对象状态的测试和对控制条件的监察也是不可缺少的环节。系统需要的被测信号，一般可分为开关量和模拟量二种。所谓开关量输入，是指输入信号为状态信号，其信号电平只有二种，即高电平或低电平。对于这类信号，只需经放大、整形和电平转换等处理后，即可直接送入计算机系统。对于模拟量输入，由于模拟信号的电压或电流是连续变化信号，其信号幅度在任何时刻都有定义，因此对其进行处理就较为复杂，在进行小信号放大、滤波量化等处理

2、过程中需考虑干扰信号的抑制、转换精度及线性等诸多因素；而这种信号又是测控系统中最普通、最常碰到的输入信号，如对温度、湿度、压力、流量、液位、气体成份等信号的处理等。对被测对象状态的拾取，一般都离不开传感器或敏感器件，这是因为被测对象的状态参数往往是一种非电物理量，而计算机只是一个能识别和处理电信号的数字系统，因此利用传感器将非电物理量转换成电信号才能完成测量和控制的任务。然而，利用传感器转换后得到的电信号，尤其是模拟信号，往往是小信号，需经放大后才能进行有效的处理。对于多路输入情况，如多路参数巡回检测等，则需采用多路切换技术。另外，测控系统要对外部设备进行控制，则需要开关量及

3、模拟量输出。本章主要介绍传感器、变送器、执行器、模拟信号放大技术、多通道模拟信号测量技术、A/D和D/A转换技术及电流/电压（I/V）转换技术。4.1传感器4.1.1传感器的定义和分类及构成传感器的主要作用是拾取外界信息。如同人类在从事各种作业和操作时，必须由眼睛、耳朵等五官获取外界信息一样，否则就无法进行有效地工作和正确操作。传感器是测控系统中不可缺少的基础部件。1.传感器的定义和分类传感器的通俗定义可以说成“信息拾取的器件或装置”。传感器的严格定义是：把被测量的量值形式（如物理量、化学量、生物量等）变换为另一种与之有确定对应关系、且便于计量的量值形式（通常是电量）的器件或

4、装置。它实现两种不同形式的量值之间的变换，目的是为了计量、检测。对传感器的分类有很多种方法。可以根据技术和使用要求、应用目的、测量方法、传感材料的物性、传感或变换原理等进行分类，如表4-1所示。2.传感器的构成传感器一般是由敏感元件、传感元件和其它辅助件组成，有时也将信号调节与转换电路、辅助电源作为传感器的组成部分。如图4-1所示。图4-1传感器组成方框图敏感元件是直接感受被测量（一般为非电量），并输出与被测量成确定关系的其它量（一般为电量）的元件。敏感元件是传感器的核心部件，它不仅拾取外界信息，还必须把变换后的量值传输出去。传感元件又称变换器或转换器（Converter），

5、一般说来，它不直接感受被测量，而是将敏感元件的输出量转换为电量输出的元件。图4-1中的信号调节与转换电路把传感元件输出的电信号经过放大、加工处理，输出有利于显示、记录、检测或控制的电信号。信号调节和转换电路或简或繁,视传感元件的类型而定，常见的电路有电桥电路、放大器、阻抗变换器等。目前，利用先进的集成电路工艺技术，将敏感元件、传感元件，甚至外围电路集成于一体，构成所谓集成传感器。它具有体积小、寿命长、可靠性高、功能强等优点，日益受到广泛重视，是传感器研究开发的一个重要方向。4.1.2传感器的基本性能利用传感器设计开发高性能的测量或控制系统，必须了解传感器的性能，根据系统要求，

6、选择合适的传感器，并设计精确可靠的信号处理电路。1．精确度传感器的精确度表示传感器在规定条件下允许的最大绝对误差相对于传感器满量程输出的百分数，可表示为（4-1）式中，A为传感器的精确度；为测量范围内允许的最大绝对误差；为满量程输出。工程技术中为简化传感器的精度的表示方法，引用了精度等级概念。精度等级以一系列标准百分比数值分档表示。如压力传感器的精度等级分别为0.05，0.1，0.2，0.3，0.5，1.0，1.5，2.0等。2．稳定性（1）稳定度：一般指时间上的稳定性。它是由传感器和测量仪表中随机性变动、周期性变动、漂移等引起示值的变化程度。（2）环境影响：室温、大气压、振

7、动等外部环境状态变化给予传感器和测量仪表示值的影响，以及电源电压、频率等仪表工作条件变化给示值的影响统称环境影响，用影响系数来表示。3．输入输出特性（1）灵敏度：传感器的灵敏度指到达稳定工作状态时，输出变化量与引起此变化的输入变化之比，用S表示，即S=。它是静态特性曲线上各点的斜率。传感器静态特性曲线如图4-2所示。（2）分辨率：是指传感器示值发生可察觉的极微小变化时所需被测量的最小变化值，用表示。（3）线性度（也称非线性误差）：线性度用来说明输出量与输入量的实际关系曲线偏离直线的程度。通常用如下的最简