非电量电测法(讲稿)李江全石河子大学机电学院电气工程教研室
非 电 量 电 测 法 (讲 稿) 李江全 石河子大学机电学院电气工程教研室
目录一、“非电量电测法"的含义和工作原理1、含义2、基本工作原理3、对非电量的测量采用非电测量法的局限性二、非电量电测系统的组成1、三个环节和三个功能模块2、电测系统各部分的作用3、几种电测系统4、三个环节所遵循的基本原则三、非电量电测法的优点四、非电量电测技术的发展五、非电量电测技术在各个领域的应用1、在机械工程领域中的应用2、在工业生产过程中的应用3、在现代农业中的应用4、在家电领域中的应用5、在安全保护、防盗报警、环境保护中的应用补充问题：1、“电五官”2、常见的信号调理电路3、常用的显示记录方式及相应的仪器4、机械制造业的三个发展阶段5、手动控制与自动控制的比较
目 录 一、"非电量电测法"的含义和工作原理 1、含义 2、基本工作原理 3、对非电量的测量采用非电测量法的局限性 二、非电量电测系统的组成 1、三个环节和三个功能模块 2、电测系统各部分的作用 3、几种电测系统 4、三个环节所遵循的基本原则 三、非电量电测法的优点 四、非电量电测技术的发展 五、 非电量电测技术在各个领域的应用 1、在机械工程领域中的应用 2、在工业生产过程中的应用 3、在现代农业中的应用 4、在家电领域中的应用 5、在安全保护、防盗报警、环境保护中的应用 补充问题： 1、“电五官” 2、常见的信号调理电路 3、常用的显示记录方式及相应的仪器 4、机械制造业的三个发展阶段 5、手动控制与自动控制的比较
一、“非电量电测法"的含义和工作原理1、含义具体地讲：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称为非电量电测法。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”非电量的电测法通常包括以下几个部分：首先用传感器感受如温度，湿度，流量等非电量的变化并将其变换为电量，然后用电测仪器如电桥、电位差计等对相应的电量变化进行测量，最后用显示器如电磁仪表，示波器等显示出测量结果。非电量电测法涉及两个基本问题：一是怎样用传感器将非电量转换为电量，二是怎样对电量进行测量。因此非电量电测法同传感器技术、电子测量技术是紧密联系不可分割的。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。“电测”法的测量系统由传感器、中间转换电路、显示或记录仪表、电源等组成。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。3、对非电量的测量采用非电测量法的局限性对非电量的测量采用机械、液压、光学等非电测量法应用非常广泛，但随着生产技术、社会的发展，在很多场合显示出一定的局限性，甚至有时无法采用。这些局限性是：1）准确度、灵敏度低，反应速度慢，测量范围窄：2）无法进行动态，尤其是瞬态测量；3）无法实现运距离、集中测量：4）测量信号（数据）无法自动保存，无法实现自动化测量：5）对环境的适应性差，如在高温、腐蚀性、有毒环境下无法进行测量
一、"非电量电测法"的含义和工作原理 1、含义 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称为非电量电测法。 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” 非电量的电测法通常包括以下几个部分：首先用传感器感受如温度，湿度， 流量等非电量的变化并将其变换为电量，然后用电测仪器如电桥、电位差计等对 相应的电量变化进行测量，最后用显示器如电磁仪表，示波器等显示出测量结果。 非电量电测法涉及两个基本问题：一是怎样用传感器将非电量转换为电量， 二是怎样对电量进行测量。因此非电量电测法同传感器技术、电子测量技术是紧 密联系不可分割的。 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。 “电测”法的测量系统由传感器、中间转换电路、显示或记录仪表、电源等 组成。 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。 3、对非电量的测量采用非电测量法的局限性 对非电量的测量采用机械、液压、光学等非电测量法应用非常广泛，但随着 生产技术、社会的发展，在很多场合显示出一定的局限性，甚至有时无法采用。 这些局限性是： 1）准确度、灵敏度低，反应速度慢，测量范围窄； 2）无法进行动态，尤其是瞬态测量； 3）无法实现运距离、集中测量； 4）测量信号（数据）无法自动保存，无法实现自动化测量； 5）对环境的适应性差，如在高温、腐蚀性、有毒环境下无法进行测量
二、非电量电测系统的组成完成非电信号的检测与转换以及对信号的各种处理，最后显示出被测量数值的系统称为非电量电测系统（自动检测系统）。最简单的非电量测试系统是什么？如果所要测量的非电量正好是某传感器能转换的那种非电量，而该传感器转换出来的电量文正好能为后面的显示记录电路所利用，那么，由传感器和显示仪表便可构成一个最简单的非电量测量系统。例如热电偶测温度时产生的热电势可以驱动动圈式毫伏计，那么热电偶、导线、毫伏电压表就构成了一个最简单的温度测试系统。一个完整的检测系统或检测装置通常是由传感器、调理电路和显示记录装置等部分组成，分别完成信息获取，转换，显示和处理等功能。当然其中还包括电源和传输通道等不可缺少的部分。举例：电子称、容器液位测量1、三个环节结果非电信号电信号电信号检测单元转换单元输出单元三个功能模块结果非电信号电信号电信号传感器调理电路显示记录仪2、电测系统各部分的作用1）传感器：从广义上讲，传感器就是能感受外界信息并能按一定规律将这些信息转换成可用信号的装置：从狭义上讲，传感器就是能将外界信息转换成电信号的装置。作用：实现信号的检测与转换。功能：（a）能感受非电量：（b）可将非电量转换为电量：传感器是检测系统与被测对象直接发生联系的部分。它是获得信息的手段，在整个测试系统中占有首要地位。它处于被测对象和检测系统的接口位置，构成
二、非电量电测系统的组成 完成非电信号的检测与转换以及对信号的各种处理，最后显示出被测量数值 的系统称为 非电量电测系统（自动检测系统）。 最简单的非电量测试系统是什么？ 如果所要测量的非电量正好是某传感器能转换的那种非电量，而该传感器转 换出来的电 量又正好能为后面的显示记录电路所利用，那么，由传感器和显示仪表便可构成 一个最简单的非电量测量系统。例如热电偶测温度时产生的热电势可以驱动动圈 式毫伏计，那么热电偶、导线、毫伏电压表就构成了一个最简单的温度测试系统。 一个完整的检测系统或检测装置通常是由传感器、调理电路和显示记录装置 等部分组成，分别完成信息获取，转换，显示和处理等功能。当然其中还包括电 源和传输通道等不可缺少的部分。 举例：电子称、容器液位测量 1、三个环节 三个功能模块 2、电测系统各部分的作用 1）传感器： 从广义上讲，传感器就是能感受外界信息并能按一定规律将这些信息转换成 可用信号的装置；从狭义上讲，传感器就是能将外界信息转换成电信号的装置。 作用：实现信号的检测与转换。 功能：（a）能感受非电量；（b）可将非电量转换为电量； 传感器是检测系统与被测对象直接发生联系的部分。它是获得信息的手段， 在整个测试系统中占有首要地位。它处于被测对象和检测系统的接口位置，构成 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
了信息输入的主要窗口，为检测系统提供必需的原始信息。它是整个检测系统关键环节，检测系统获取信息的质量往往是由传感器的性能一次性确定的，因为检测系统的其它环节无法添加新的检测信息并且不易消除传感器所引入的误差。有人把计算机比喻为人的大脑的延续，称之为电脑：而把传感器比喻为人的感觉器官的延续，称之为“电五官”（视、听、味、膜、触）。没有“电五官”就不能实现自动化，没有检测与转换技术就不能有自动保护、自动报警和自动诊断系统，就不能组成自动控制系统，就不能实现自动计量和自动管理。近来，随着测量、控制及信息技术的发展，传感器作为这些领域里的一个重要构成因素，被视为90年代的关键技术之一受到了普遍重视。深入研究传感器的原理和应用，研制新型传感器，对于社会生产、经济交往、科学技术和日常生活中自动测量和自动控制的发展，以及人类观测研究自然界的深度和广度都具有重要的实际意义。一个国家的现代化水平是用自动化水平来衡量的，而自动化水平是用采用传感器的种类多少和数量来衡量的。由此可见传感器的重要地位和作用。2）信号调理电路作用：对传感器输出的电信号进行加工和处理，转换成便手输送、显示和记录的电信号（电压或电流）。根据变换及测量装置的类型和测量结果的要求不同，有时进行必要的信号变换，如传感器输出信号是微弱的，就需要由调理电路加以放大，以满足显示记录装置的要求；低频信号或近似直流信号，为了传输方便，需要将其调制成高频信号：有时为了与计算机接口方便，将模拟信号变换成数字信号或其它形式：根据需要调理电路还能进行阻抗匹配、微分、积分，：线性化补偿等信号处理工作。应当指出调理电路的种类和构成是由传感器的类型决定的，不同的传感器所要求配用的调理电路经常具有自己的特色。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：作用：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
了信息输入的主要窗口，为检测系统提供必需的原始信息。它是整个检测系统关 键环节，检测系统获取信息的质量往往是由传感器的性能一次性确定的，因为检 测系统的其它环节无法添加新的检测信息并且不易消除传感器所引入的误差。 有人把计算机比喻为人的大脑的延续，称之为电脑；而把传感器比喻为人的 感觉器官的延续，称之为“电五官”（视、听、味、嗅、触）。 没有“电五官”就不能实现自动化，没有检测与转换技术就不能有自动保护、 自动报警和自动诊断系统，就不能组成自动控制系统，就不能实现自动计量和自 动管理。 近来，随着测量、控制及信息技术的发展，传感器作为这些领域里的一个重 要构成因素，被视为 90 年代的关键技术之一受到了普遍重视。深入研究传感器 的原理和应用，研制新型传感器，对于社会生产、经济交往、科学技术和日常生 活中自动测量和自动控制的发展，以及人类观测研究自然界的深度和广度都具有 重要的实际意义。 一个国家的现代化水平是用自动化水平来衡量的，而自动化水平是用采用传 感器的种类多少和数量来衡量的。由此可见传感器的重要地位和作用。 2）信号调理电路 作用：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（电压或电流）。 根据变换及测量装置的类型和测量结果的要求不同，有时进行必要的信号变 换，如传感器输出信号是微弱的，就需要由调理电路加以放大，以满足显示记录 装置的要求；低频信号或近似直流信号，为了传输方便，需要将其调制成高频信 号；有时为了与计算机接口方便，将模拟信号变换成数字信号或其它形式；根据 需要调理电路还能进行阻抗匹配、微分、积分，线性化补偿等信号处理工作。 应当指出调理电路的种类和构成是由传感器的类型决定的，不同的传感器所 要求配用的调理电路经常具有自己的特色。 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： 作用：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