第二讲电测系统原理与特性（2001年9月13日，9月17日）一、电测系统的组成与原理1、"非电量电测法”的含义简单地讲：用电子仪器来测量非电量的一种方法。简称“电测法”具体地讲：先将待测的非电量转换为电量，通过测量该电量来达到间接测量非电量的一种测量方法。对非电量的测量采用电测法是为了克服非电测量方法的一些局限性。2、“电测法”的基本工作原理用传感器将所需测定的非电量转换为电量，然后通过一定的测量电路及仪表对此电量进行测量，测得了电量，就可知与之成比例的非电量。3、电测系统的组成举例：容器液位测量1）三个环节：检测单元、转换单元、输出单元：结果非电信号电信号电信号检测单元转换单元输出单元2）三个功能模块：传感器、信号调理电路、显示记录仪；结果非电信号电信号电信号传感器调理电路显示记录仪3）三个环节所遵循的基本原则：各环节的输出量与输入量之间应保持一一对应和尽量不失真的关系，并尽可能地减小或消除各种干扰。4、电测系统各部分的作用1）传感器：实现信号的检测与转换。功能：（1）能感受非电量：（2）可将非电量转换为电量：2）信号调理电路：对传感器输出的电信号进行加工和处理，转换成便于输送、显示和记录的电信号。常见的信号调理（转换）电路有：电桥电路、调制、解调电路、滤波电路、放大电路、线性化电路A/D转换电路等。3）显示记录仪：显示所测量的参数数值及变化的波形，记录动态测试过程中的变化信号，供人们观测和分析。常用的显示记录方式及相应的仪器有：1）模拟（指针）指示：如万用表，毫伏表、温度压力表等指针式电气测量仪表：2）数字式：如数字电压表、频率计、转速表等：3）图像、图形显示记录：如笔录仪、电子示波器、光线示波器等：4）磁记录方式：如磁带记录器、录音机、录像机、电子计算机等：5）其他形式：声音和光线等
第二讲 电测系统原理与特性 （2001 年 9 月 13 日，9 月 17 日） 一、电测系统的组成与原理 1、"非电量电测法"的含义 简单地讲：用电子仪器来测量非电量的一种方法。简称“电测法” 具体地讲：先将待测的非电量转换为电量，通过测量该电量来达到间接测量非电量的一 种测量方法。 对非电量的测量采用电测法是为了克服非电测量方法的一些局限性。 2、“电测法”的基本工作原理 用传感器将所需测定的非电量转换为电量，然后通过一定的测量电路及仪表对此电量进 行测量，测得了电量，就可知与之成比例的非电量。 3、电测系统的组成 举例：容器液位测量 1）三个环节：检测单元、转换单元、输出单元； 2）三个功能模块：传感器、信号调理电路、显示记录仪； 3）三个环节所遵循的基本原则：各环节的输出量与输入量之间应保持一一对应和尽量 不失真的关系，并尽可能地减小或消除各种干扰。 4、电测系统各部分的作用 1）传感器：实现信号的检测与转换。 功能：（1）能感受非电量；（2）可将非电量转换为电量； 2）信号调理电路：对传感器输出的电信号进行加工和处理，转换成便于输送、显示和 记录的电信号。 常见的信号调理（转换）电路有：电桥电路、调制、解调电路、滤波电路、放大电路、线性化电路、 A/D 转换电路等。 3）显示记录仪：显示所测量的参数数值及变化的波形，记录动态测试过程中的变化信 号，供人们观测和分析。 常用的显示记录方式及相应的仪器有： 1）模拟（指针）指示：如万用表，毫伏表、温度压力表等指针式电气测量仪表； 2）数字式：如数字电压表、频率计、转速表等； 3）图像、图形显示记录：如笔录仪、电子示波器、光线示波器等； 4）磁记录方式：如磁带记录器、录音机、录像机、电子计算机等； 5）其他形式：声音和光线等 检测单元 转换单元 输出单元 非电信号 电信号 电信号 结果 传感器 调理电路 显示记录仪 非电信号 电信号 电信号 结果
二、电测法与自动化1、工业过程自动化1）工业过程自动化的含义利用自动化仪表和计算机等技术工具，自动获取各过程变量值的信息，并对影响过程状况的变量进行自动调节或操纵，以达到提高经济效益和劳动生产率，节约能源和安全生产等目的。2）手动控制与自动控制的比较举例：发酵过程的温度控制3）自动控制系统框图2、机械加工自动化1）机械制造工业的三个发展阶段：（1）人工化制造加工阶段：（2）机械化制造加工阶段：（3）自动化制造加工阶段：2）机械自动加工系统组成3）传统机械工业的自动化改造四、电测法的优点及应用1.电测法的优点1）具有较高的灵敏度、较高的精度；2）频率响应好，测量范围广，可进行动态、瞬态测量：3）可实现自动测量，数据自动处理，生产过程的自动监控：4）可实现远距离测量和集中监控：5）便于多线测量，同步多参数测量，连续测量：6）环境适应性强；2.电测技术在其它领域的应用1）在机械工程领域中的应用：2）在交通运输航空领域中的应用：3）在家电领域中的应用；4）在工业生产过程中的应用：5）在现代农业中的应用：6）在安全保护、防盗报警、环境保护中的应用。3.电测技术的发展1）技术方法的发展：遥测技术、CAT技术：2）仪器设备的发展：传感器、信号调理电路、显示记录仪：
二、 电测法与自动化 1、工业过程自动化 1）工业过程自动化的含义 利用自动化仪表和计算机等技术工具，自动获取各过程变量值的信息，并对影响过程状 况的变量进行自动调节或操纵，以达到提高经济效益和劳动生产率，节约能源和安全生产等 目的。 2）手动控制与自动控制的比较 举例：发酵过程的温度控制 3）自动控制系统框图 2、机械加工自动化 1）机械制造工业的三个发展阶段：（1）人工化制造加工阶段； （2）机械化制造加工阶段； （3）自动化制造加工阶段； 2）机械自动加工系统组成 3）传统机械工业的自动化改造 四、电测法的优点及应用 1. 电测法的优点 1）具有较高的灵敏度、较高的精度； 2）频率响应好，测量范围广，可进行动态、瞬态测量； 3）可实现自动测量，数据自动处理，生产过程的自动监控； 4）可实现远距离测量和集中监控； 5）便于多线测量，同步多参数测量，连续测量； 6）环境适应性强； 2. 电测技术在其它领域的应用 1）在机械工程领域中的应用； 2）在交通运输航空领域中的应用； 3）在家电领域中的应用； 4）在工业生产过程中的应用； 5）在现代农业中的应用； 6）在安全保护、防盗报警、环境保护中的应用。 3. 电测技术的发展 1）技术方法的发展：遥测技术、CAT 技术； 2）仪器设备的发展：传感器、信号调理电路、显示记录仪；
三电测装置的基本特性1、对测试装置的基本要求理想的测试装置应该具有单值的、确定的输入一输出关系。2、线性测试系统的基本性质1）叠加原理；2）比例特性：3）微分特性；4）积分特性：5）频率保持性：加原理的实用款义：分析线性系统在复杂输入的作用下的总输出，可以先将输入分解成许多简单的输入分量，求得这些简单输入分量各自对应的输出，再求这些输出之和即为总输出。频毫保持性的实用意义：假如已知系统是线性的和其输入的频率，那么依据频率保持性，可以认定测得信号中只有与输入频率相同的成份才真正是由该输入引起的输出，而其它频率成分都是干扰，进而可以采用相应的滤波技术，在很强的噪声干扰下，把有用的信息提取出来。3、有关测试系统的若干术语1）测量、计量和测试；2）误差和准确度：3）量程和测量范围：4）信噪比：5）动态范围3、测试装置的静态特性1）线性度：反映输出量与输入量之间保持线性关系的程度。2）滞性：反映测试装置在正反行程（输入量增大、减小）期间输出一输入曲线不重合的程度。3）重复性：反应测试装置在输入量按同一方向作全量程连续多次变动时所得特性曲线不一致的程度。4）灵敏度：用来描述测量装置对被测量变化的反应能力。4、测试装置的动态特性1）幅频特性和相频特性：2）影响一阶系统动态特性的参数：时间常数时间常数表征一阶系统的惯性，是过渡过程长短的度量：时间常数愈小，则装置的响应愈快，近于满足测试不失真条件的通频带也愈宽：一阶测试装置的时间常数愈小愈好。3）影响二阶系统动态特性的参数：固有频率和阻尼比（1）固有频率：表征二阶系统惯性的大小，其值将直接影响系统响应速度的快慢：它是表征动态响应时间长短的指标：固有频率越大，系统响应越快，可测量的信号频率范围就越宽：（2）阻尼比：一般来说，E=0.6~0.8时，可以获得较为合适的综合特性。为使测试装置获得较小的误差和较宽的工作频率范围，要选择恰当的固有频率和阻尼比的组合。一般取o≤（0.6~0.8）n，=0.7。5、实现不失真测试的条件若要求装置的输出波形不失真，则其幅频和相频特性应分别满足：A（の）=Ao=常数β（0)=-to6、负载效应1）负载效应及其对测试的影响：2）减轻负载效应的措施
三 电测装置的基本特性 1、对测试装置的基本要求 理想的测试装置应该具有单值的、确定的输入—输出关系。 2、线性测试系统的基本性质 1）叠加原理； 2）比例特性； 3）微分特性； 4）积分特性； 5）频率保持性； 叠加原理的实用意义：分析线性系统在复杂输入的作用下的总输出，可以先将输入分解成许多简单的输 入分量，求得这些简单输入分量各自对应的输出，再求这些输出之和即为总输出。 频率保持性的实用意义：假如已知系统是线性的和其输入的频率，那么依据频率保持性，可以认定测得 信号中只有与输入频率相同的成份才真正是由该输入引起的输出，而其它频率 成分都是干扰，进而可以采用相应的滤波技术，在很强的噪声干扰下，把有用 的信息提取出来。 3、有关测试系统的若干术语 1）测量、计量和测试； 2）误差和准确度； 3）量程和测量范围； 4）信噪比； 5）动态范围 3、测试装置的静态特性 1）线性度：反映输出量与输入量之间保持线性关系的程度。 2）迟滞性：反映测试装置在正反行程（输入量增大、减小）期间输出—输入曲线不 重合的程度。 3）重复性：反应测试装置在输入量按同一方向作全量程连续多次变动时所得特性曲 线不一致的程度。 4）灵敏度：用来描述测量装置对被测量变化的反应能力。 4、测试装置的动态特性 1）幅频特性和相频特性； 2）影响一阶系统动态特性的参数：时间常数 时间常数表征一阶系统的惯性，是过渡过程长短的度量； 时间常数愈小，则装置的响应愈快，近于满足测试不失真条件的通频带也愈宽； 一阶测试装置的时间常数愈小愈好。 3）影响二阶系统动态特性的参数：固有频率和阻尼比 （1）固有频率：表征二阶系统惯性的大小，其值将直接影响系统响应速度的快慢；它是表征动 态响应时间长短的指标；固有频率越大，系统响应越快，可测量的信号频率范围就越宽； （2）阻尼比：一般来说，=0.60.8 时，可以获得较为合适的综合特性。 为使测试装置获得较小的误差和较宽的工作频率范围，要选择恰当的固有频率和阻 尼比的组合。一般取（0.60.8）n，=0.7。 5、实现不失真测试的条件 若要求装置的输出波形不失真，则其幅频和相频特性应分别满足： A（）=A0=常数 （）=−t0 6、负载效应 1）负载效应及其对测试的影响； 2）减轻负载效应的措施