信号变换技术.ppt

化学工业出版社主要内容第一节 信号变换的基本形式第二节 常见信号间的转换第三节 典型仪表的信号变换举例第四节 新型变送器第一节 信号变换的基本形式一、简单直接变换 信号变换是依靠转换元件和转换电路来实现 •转换元件： 将敏感元件输出的非电物理量转换为电学量 •转换电路：将敏感元件或转换元件输出的电路参数量转换成便 于测量的电量 ，或将非标准的电压、电流转换成统一的电流、 电压信号• 结构形式被测量电学量电压电流被测量 电学量中 间 量电压电流检测元件简单直接变换，转换电路必不可少• 转换电路的信息能量传递‒ 有源检测元件与转换电路连接uL 转换电路输出电压E 有源检测元件的等效电势Ri 检测元件内阻RL 负载电阻PL 负载有效功率Rp0 检测元件初始电阻值 ΔRp检测元件电阻变化量‒ 有源检测元件与转换电路连接‒ 简单直接变换式仪表的特点① 误差是各个环节相对误差之和，故该种计分表精度较低② 当仪表的某个环节非线性，则整个仪表就存在非线性信息能量传输效率较低，转换电路与检测元件间需考虑阻抗匹配③ 具有结构简单、结果可靠，价格便宜的特点差动式变换• 结构形式用两个性能完全 相同的转换元件，感受敏感元件的输出量，并把它转换两个性质相同，但沿反方向变化的物理量。

三、参比式变换• 结构形式亦称补偿式变换，目的是消除环境条件变化对敏感元件的影响四、平衡式变换• 结构形式转换元件转换电路输入输出yxxi反馈元件敏感元件放大器xfC+-亦称反馈式变换，指信号变换环节为闭环式结构根据平衡时比较器的输入信号和反馈信号之间是否有差值，平衡式变换可分为有差随动式变换和无差随动式变换第二节 常见信号的变换当敏感元件的输出为位移量时，需利用转换元件将位移转换为电信号1.霍尔元件在外磁场作用下，当有电流以垂直于外磁场方向通过它 时，在薄片垂直于电流和磁场方向的两侧表面之间将产 生霍尔电势，其大小与磁场强度和电流乘积成正比RH ：霍尔常数, 一、位移与电信号的变换• 霍尔式压力计 - 被测压力为0，霍尔电势输出为0；- 被测压力升高，弹簧管产生位移,改变霍尔元件在磁场中的位置，霍尔电势改变被测压力越大，输出霍尔电势越大-通过霍尔元件将位移信号轮换为电信号2. 电容器当敏感元件（电容的其中一个极板）在被测量作用下产 生位移，电容量就会发生变化CLCHPLPH（定极板） （动极板）- 为减小非线性和温度的影响，电容器常采用差动结构； -当被测压力或压力差作用于膜片并产生位移时， 所形成的两个电容器的电容量，一个增大， 一个减小。

该电容值的变化经测量电路转换成与压力或压力差相对应的电流或电压的变化CLCHPLPH（定极板） （动极板）3. 差动变压器 利用互感原理把位移转换成电信号的一种常用转换元件- 原边由交流电供电；- 反向连接两个二次线圈取其差动信号，在铁心位于中央位置时，差动信号输出电压为零；- 当铁心因偏移中央位置时，差动信号的输出与位移成正比的交流电压变压器一次线圈和上下对称的两个二次线圈之间的互感应强度随铁心 的位置而发生变化4. 其他转换元件或方法• 电感器利用互感原理把位移转换成电感量的变化N ：线圈匝数 µ0：气隙磁导导率 S ：气隙横断面 d气隙长长度• 光学法先将位移量转换成光强的变化，再用光敏元件把光信号转换成信号二、电阻与电压的变换有外加电源法和电桥转换两种方法1. 不平衡电桥的电压灵敏度当RL→∞时，电桥输出电压为 当电桥平衡时，Uo=0，则有 R1R4=R2R3或 电桥平衡条件： 欲使电桥平衡，其相邻两臂电阻的比值应相等，或相对两臂电阻的乘积应相等 电桥平衡条件电压灵敏度电阻值变化很小，电桥相应输出电压也很小，一般需要加 入放大器进行放大由于放大器的输入阻抗比桥路输出阻 抗高很多，所以此时仍视电桥为开路情况。

若电阻变化为ΔR，其它桥臂固定不变，电桥输出电压 Uo≠0，则电桥不平衡，输出电压为： 设桥臂比n=R2/R1=R4/R3，由于ΔR1<

PLPH. 力矩平衡式原理基于力矩平衡式的变送器，其工作原理的核心就在于如何将各种信号转换成等效的力矩，并测量出这些力矩达到相对平衡时所产生的微小位移，以备变送器进行放大和后处理 - 力矩平衡式变送器工作原理• DDZ-Ⅲ型差压变送器工作原理示意图1—高压室 2—低压室 3—膜片或膜盒子 4—密封膜片 5—主杠杆 6—过载保护簧片 7—静压调整螺钉 8—矢量机构 9—零点迁移弹簧 10—平衡锤 11量程调整螺钉 12—检测片 13—差动变压器 14—副杠杆 15—放大器 16—反馈线圈 17—永久磁钢 18—调零弹簧当被测压力通过高压室和低压室的比较生成压差后，该压差作用在具有一定有效面积的敏感元件上，形成作用力F该作用力作用在主杠杆的下端，以密封膜片为支点推动主杠杆按逆时针方向偏转，其结果形成力F1推动矢量机构沿水平方向移动第四节 新型变送器一、 微电子式变送器1 扩散硅差压变送器• 扩散硅差压变送器测量元件结构图：1——过载保护装置2——金属隔离膜3——硅油4——硅杯5——玻璃密封6——引出线• 扩散硅差压变送器电路原理：2 硅谐振差压变送器硅谐振差压变送器的测量元件是由蚀刻方式制作的“H”形硅梁，它与放大电路形成振荡电路。

硅谐振差压变送器工作原理及特性曲线：二、数字式变送器 • 目前，实际应用的数字式变送器种类较多，其总体结 构相似，如下：• 数字式变送器结构示意检测单元完成被测过程参数的信号 输入，可直接与各种传感器连接• 数字式变送器的核心是微处理器，因而要求各种信号在变 送器内部进行交换和处理时均采用数字信号方式• 微处理器的处理功能一般包括检测信号的线性化处理、量 程调整、数据转换、系统自检以及网络通讯等，同时还控 制A/D和D/A单元的运行，实现模拟信号和数字信号的转换• 可以根据实际应用的要求，增加与上位计算机的连接接口 ，亦可通过遥控单元或网络通讯控制单元实现远程数据的 传送。