3.1 信号变换技术.ppt

第三章 信号变换技术 引入 第二章中，已讲各种参数检测共性。 自动化仪表需要统一信号传递，国标。 信号变换：敏感元件输出的物理量经过转换元件及（或）转换电路变成标准的或可显的信号。 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  ①一级转换； ②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： 无源检测元件与转换电路 下面分析如何提高 ①令 要获 ， 但 更低。 ②提高 和 下图电桥作初级转换时的情况 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：①精度低 ②线性度较差 ③信息能量传递效率低 ④简单、可靠、价低、应用广。 二、差动式变换 结构形式 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： ①差动比简单式的有效输出信号提高了1倍，信号比极大改善。 ②消除了非线性项 ，改善了仪表非线性。 ③若 则 ， 则干扰X2可消除。 ④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 （3-11） （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。 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 上式表明： 决定稳定性和精度， 越大，稳定性越好，但精度下降。兼顾两方面 仪表速度由 和 共同决定，一般在 范围内， 越大，仪表的反应速度越快。 * * 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， （3－2） ： 由戴维南等效电路法： 一般采用：电桥或差动放大式 检测件1：输入： 输出： 检测件2：输入： 输出：