申忠如《电气测量技术》传感器.ppt

5常用传感器的原理及其应用,D、基本参数,E、特 点,F、使用方法,直检式霍尔电流传感器,直检式霍尔电压传感器,补偿式霍尔电流传感器,补偿式霍尔电压传感器,2,5常用传感器的原理及其应用,F、使用方法,直流电流的测量,补偿式霍尔电流传感器测量电流原理,JT,V-,M,仪表(电路),Rm,I1,V+,U2,I1N1=I2N2,N=N2/N1,3,5常用传感器的原理及其应用,F、使用方法,直流电流的测量,直检式霍尔电流传感器测量电流原理,JHT,V+,VH+,仪表（电路）,VH-,I1,V-,RL,U0,4,F、使用方法,直流电压的测量,5常用传感器的原理及其应用,（N=N2/N1）,补偿式霍尔电压传感器测量电压原理,5,5常用传感器的原理及其应用,F、使用方法,交流电流电压的测量,补偿式霍尔电流传感器测量交流电流原理,JT,V+,V-,M,仪表（电路）,Rm,I1,AC/DC 转换器,6,5常用传感器的原理及其应用,G、注意事项,从安全和减小测量误差两方面考虑,a直检式霍尔传感器为电压输出型，负载电阻应 大于某一值；,b磁补偿式霍尔传感器为电流输出型，负载电阻应 小于某一值；,c原、副边耦合要好；,d经常退磁；,e尽量使I1N1=额定安匝数；,f.注意霍尔传感器的热效应.,5常用传感器的原理及其应用,一补偿式霍尔电流传感器的输入标称电流为100A，负载能力为0.08W，N2为5000.,问：测量一20A左右的直流电流，如何测量？,5常用传感器的原理及其应用,5.3 电磁式互感器,（1）结构和原理,（2）用途,（3）使用方法,（4）注意事项,5常用传感器的原理及其应用,1、铁芯易饱和，使二次电流值和波形失真，产生较大测量误差；2、适应频率范围窄；3、结构复杂，体积大、造价高；4、绝缘问题可靠性和安全较低；5、功能单一.,传统电磁式互感器存在的问题,5常用传感器的原理及其应用,5常用传感器的原理及其应用,0,1,2,9,8,7,6,5,3,4,0,1,f/(200Hz/div),2,3,4,5,6,i/A,10,电网侧电流的频谱,电网侧电压和电流的波形,5常用传感器的原理及其应用,5.4 光纤传感器（简介）,光纤通讯,光纤照明,光纤传感器,5常用传感器的原理及其应用,5.4 光纤传感器（简介）,光纤物理特性,b.电绝缘性能:电阻率很高，一般为1108cm.石英光纤可承受几十千至几十万伏的高电压,a.热性能：一般耐热温度大于500，纯石英光纤耐热温度大于1000,a.利用光纤本身对被测物理量的敏感特性,b.利用其它元件对被测物理量的敏感特性和光纤的导光特性,光波方程：E=E0cos(t+)特征参量 强度E02、频率、相位（t+)、偏振状态,光纤传感器基本原理,5常用传感器的原理及其应用,5.4 光纤传感器（简介）,光波方程：E=E0cos(t+),5常用传感器的原理及其应用,5.4 光纤传感器,光纤电磁量传感器,工作基础是基于材料的下列物理效应,法拉第效应;磁致伸缩效应;电致光吸收效应;压电弹光效应.,测量磁场或电流,测量电场或电压,法拉第效应,磁致伸缩效应,电致光吸收效应,压电弹光效应,5常用传感器的原理及其应用,5.4 光纤传感器,光纤电磁量传感器,光纤电流互感器的类型,全光纤型光电电流互感器光电混合型光电电流互感器,有源型光电电流互感器,无源型光电电流互感器,5常用传感器的原理及其应用,5.4 光纤传感器,光纤电磁量传感器,5常用传感器的原理及其应用,5.4 光纤传感器,光纤电磁量传感器,V/F,电源变换,电源变换I/V,E/O,高压侧,O/E,低压侧,前置放大,F/V,微处理器,测量仪表,继电保护,有源型光电式电流互感器,高压母线,驱动器,Rogowski线圈,电源CT,19,6传感器信号的预处理,6.1 为什么要对传感器输出的信号进行预处理？,6.2 常用的信号预处理技术,6.3 线性化处理技术,（1）常见的非线性类型,a.指数函数型,b.多项式代数函数型,c.反比函数型,6传感器信号的预处理,6.3 线性化处理技术,（2）基本思想和处理方法,消除非线性因子,校正或补偿非线性环节。,方法1：在非线性器件之后另外插入一个非线性器件线性 化器，使二者的组合特性呈线性关系.线性化器通常 是用集成运算放大器组成函数发生器来逼近所需要的 非线性特性.方法2：采用非线性A/D转换器.方法3：采用标度系数可变的乘法器.方法4：用软件实现 线性化.,6传感器信号的预处理,（3）线性校正环节特性的获取方法,解析法和图解法,解析法,非线性器件,线性化器,x,y=f(x),z=(y),图5.35 图解法求线性校正特性,1,2,3,4,31,32,33,34,传感器输入输出特性曲线,U1=f1(x),U2=GU1,放大器输入输出特性曲线,U0=K x,期望系统的输入输出特性曲线,U0=f2(U2),线性化器的输入输出特性曲线,6传感器信号的预处理,图解法,由第2象限各点作x轴垂线，再由第4象限各点作x轴平行线，两者在 第3象限的交点连线即为线性校正环节的非线性特性曲线.,将传感器的输入-输出特性曲线U1=f1(x)画在第1象限，横坐标表 示被测量x，纵坐标表示传感器的输出U1；,将放大器的输入-输出特性曲线U2=GU1画在第2象限，横坐标表示 放大器的输出U2，纵坐标表示放大器的输入U1；,将测量系统所期望得到的线性特性曲线U0=K x画在第4象限，横坐 标为输入x，纵坐标为输出U0;,将x轴分成n段，由点1，2，n各作x轴垂线，分别与U1=f1(x)曲线及第4象限中曲线交于11，12，13，1n及41，42，43，4n 各点.然后从第1象限中这些点作 x 轴平行线与第2象限曲线U2=GU1交于21，22，23，2n各点;,图解法的步骤,6传感器信号的预处理,6传感器信号的预处理,（4）非线性校正电路设计,x线性化器的输入量；y线性化器的输出量；K i该段直线的斜率；C i该段直线的初值.,折线逼近法的原理,用集成运算放大器组成函数发生器,使它的函数与被校正的非线性函数或特性曲线合成为一个线性函数.,模拟硬件线性化的基本思想,6传感器信号的预处理,折线逼近法的实现电路,b.当V1ViV 2时，D1导通，,a.当 ViV1时,所有二极管都 截止，V0=0;,6传感器信号的预处理,c.当V2ViV 3时，D1和D2导通,本章小结,（1）传感器是把被测量变换为有用信号的一种装置,它包括敏感元件、变换电路和辅助机构.,（2）变送器是输出标准信号的传感器.通用标准信号:电流信号010 mA 或420mA，电压信号05V.,（3）传感器的特性参数主要有-线性度、迟滞、重复性、灵敏度、阈值、分辨力、稳定性等.,（4）温度传感器按其是否与被测物体接触分为接触式和非接触式两种.,（5）热电偶工作的物理基础是“热电效应”，它是由两种不同的导体连 接成一闭合回路而制成的温度计.,（6）热电偶的4个基本定律-均质导体定律、中间导体定律、中间温度定 律和冷端延长线定律.它们是正确使用热电偶的条件.,（7）“冷端延长线”又叫补偿线，是指在一定温度范围内和热电偶具有相 同热电特性的便宜材料A、B做成的延长线。,本章小结,（8）由于-热电偶分度表都是以冷端温度为0时给出的，如欲直接利 用分度表根据显示仪表的读数求得温度，必须使冷端温度保持 为0；冷端温度难以稳定在0.所以要进行冷端补偿.,（9）冷端补偿方法有冷端延长线、冷端恒温、冷端补偿器（补偿电桥）.,（10）热电偶使用注意事项,（11）热电偶的测温误差,（12）基于热电偶的测温仪表的校准方法,（13）集成温度传感器AD590和LM35输出信号分别是电流信号和电压信 号，前者与K成正比（1A/K），后者与成正比（10mV/）.,（14）红外测温仪由光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理、显示输出等部分组成，它是一种非接触测温方法.,（15）霍尔传感器基于霍尔效应的磁电式传感器，属于非接触式传感器，它在电压、电流、微弱磁场、微位移等检测方面有广泛的应用.,（16）理解霍尔元件的基本参数是正确设计和使用霍尔传感器的前提.,本章小结,（17）直检式霍尔传感器与补偿式霍尔传感器的区别（结构和性能）是,（18）为了充分发挥霍尔传感器的性能，在使用霍尔电流传感器时，应尽 量使I1N1=额定安匝比，在使用霍尔电压传感器时，应尽量使 U1/R1=初级额定工作电流.,（19）电磁式互感器存在磁饱和问题，电压互感器副边不允许短路，必须在原副边串入保险丝或保护电阻；电流互感器副边不允 许开路，更换仪表时首先将互感器副边短路.,（20）常用的信号预处理技术有信号滤波、隔离、线性化和规格化.,（21）线性化处理的基本思想根据欲处理单元的非线性特性，用解析法 或图解法求得线性校正环节的的特性，然后通过电路或软件实现线 性化.,本章思考题,（1）热电偶的4个基本定律是（）、（）、（）、（）；（2）热电偶的4个基本定律的应用价值；（3）热电偶使用中为什么要进行冷端补偿？（4）什么是热电偶的冷端延长线？如何正确使用冷端延长线？（5）传感器一般由（）、（）和（）三部分组成；（6）AD590的测温原理和应用；（7）选择传感器时，通常应注意它的那些特性与参数？（8）霍尔电压、电流传感器的使用方法和注意事项。（基本参数、应用原理图、有关参数设计）（9）电压互感器和电流互感器的使用注意事项.电压互感器实际上是一个（）变压器.电流互感器实际上是一个（）变压器.,5常用传感器的原理及其应用,作业：一补偿式霍尔电压传感器参数为：工作电源15V，输入额定电流10mA，输出额定电流50mA，额定负载 电压5V.试问如何用其测量一小于500V的直流电压？,