电气测量技术课件.ppt

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1、应变测量系统的设计(二)曹建安博士/副教授2013.3.4复习根据被测对象,选择传感器和AD确定系统的输入和输出系统供电设计电磁兼容设计1、输入输出接口设计:体积和物理接口形式(1)应变检测:1、输入接口几线、插头形式2、输出接口几线、插头形式1、输入输出接口设计:体积和物理接口形式(2)供电形式直流供电:电池大小、容量和形状的选择、交流供电:模块功率和输出规格的选择1、输入输出接口设计:体积和物理接口形式(3)输入输出形式两线:单臂桥;三线:差动半桥;四线:全桥;是否带屏蔽线直流供电:充电端子,和通讯线交流供电:和通讯线分离,需要专用交流端子1、输入输出接口设计:调

2、理电路(1)(1)电桥:将电阻、电感、电容或阻抗参量的变化转换为电压或电流输出的一种测量电路。(2)特点:电路简单,较高的准确度和灵敏度,广泛使用(3)分类:(4种方法)按照激励电源的性质:直流与交流电桥;按照输出方式:平衡式电桥与不平衡式电桥。与传感器配接的电桥主要采用不平衡电桥。按照电源供电的方式:恒压源供电、恒流源供电。按照电桥的结构:单臂电桥、差动半桥、差动全桥。1、输入输出接口设计:调理电路:测量电桥(1)Z1,Z2,Z3,Z4为四个桥臂阻抗。A,C两端接电压源,则在B,D两端输出不平衡电压UBD分别为:EABCUZ4Z3Z2DZ1I1I2恒压源供电:恒流源

3、供电:Z0±ΔZ电源Z0±ΔZ电源ABCZ0Z0Z0DUUZ0±ΔZABCZ0Z0Z0ΔZD电源ABCZ0±ΔZZ0ΔZZ0ΔZDU将电桥的一个桥臂阻抗接电参数型传感器的变换器(Z0±ΔZ),其余三个臂的阻抗均恒定Z2=Z3=Z4=Z0,单臂电桥两个桥臂与电参数型传感器的两个差动变换器相接,则构成差动半桥,即两个桥臂阻抗发生差动变化(Z0±ΔZ,Z0ΔZ)其余两个臂的阻抗均恒定Z3=Z4=Z0,差动半桥若四个桥臂阻抗均为电参数型传感器的四个差动变换器,且四个桥臂阻抗发生差动变化(Z0±ΔZ,Z0ΔZ,Z0±ΔZ,Z0ΔZ),则构成差动全桥电路1、输入输出接口设计:调理

4、电路:测量电桥(2)1、输入输出接口设计:调理电路:差动半桥输入差动变化:EABCUZ4Z3Z2DZ1I1I2差动半桥可得:输入差动变化:EABCUZ4Z3Z2DZ1I1I2差动半桥输入差动变化:1、输入输出接口设计:调理电路:特性比较单臂电桥:差动半桥:差动全桥:输入量ΔZ相同的情况下,差动半桥的输出近似为单臂电桥的两倍,差动全桥是差动半桥的两倍,近似为单臂电桥的四倍。恒压源供电恒流源供电1、输入输出接口设计:调理电路:灵敏度比较单臂电桥:差动半桥:差动全桥:灵敏度:差动半桥的灵敏度近似为单臂电桥的两倍,差动全桥的灵敏度是差动半桥的两倍,近似为单臂电桥的四倍。单臂电

5、桥的灵敏度不为常数,具有非线性;恒压源供电恒流源供电差动半桥的灵敏度和差动全桥的灵敏度与ΔZ无关且为常数,是理想的直线。反映输出响应的变化对输入激励变化的能力单臂半桥全桥1、输入输出接口设计:调理电路:实际安装形式差动传感器与差动电桥相配合,能使测量系统具有更加优良的特性;与单臂电桥相比,差动电桥灵敏度更高、非线性误差更小,对同符号干扰有低偿作用;恒流源供电的差动全桥理论上无温度误差,对于易受温度影响传感器,可采用电流源供电。1、输入输出接口设计:调理电路:结论1、输入输出接口设计:调理电路:有源方式1、输入输出接口设计:常用输出接口RS232:RS485:USB:串

6、行接口形式:SPI,UART,IIC.........并行接口:远距离通讯±12V电平、负逻辑,3线接口,典型物理接口为DB9.差分电压、2线接口,远距离通讯差分电压、4线专用接口,近距离高速通讯1、输入输出接口设计:常用输出接口:RS232(1)物理接口:1、输入输出接口设计:常用输出接口:RS232(3)电路接口:电平变换信号变换单片机1、输入输出接口设计:常用输出接口:RS232(2)物理对接:1、输入输出接口设计:常用输出接口:RS232(4)缺点:通讯距离短,9600bps@15m接口不方便:体积太大,不适合小模块没有电源接口优点:接口标准1、输入输出接口设

7、计:常用输出接口:RS485(1)物理接口:没有统一标准的接口,可采用以下类似的物理接插件1、输入输出接口设计:常用输出接口:RS485(2)电路接口:信号变换接收器也与发送端相对的电平逻辑规定,收、发端通过平衡双绞线将AA与BB对应相连,当在接收端AB之间(DT)=(D+)-(D-)有大于+200mV的电平时,输出正逻辑电平,小于-200mV时,输出负逻辑电平。接收器接收平衡线上的电平范围通常在200mV至6V之间。1、输入输出接口设计:常用输出接口:RS485(3)1、输入输出接口设计:常用输出接口:RS485(4)应用原理1、输入输出接口设计:

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