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第四章 数字化测量技术;主要内容;第一节 概述;一、数字化测量技术及数字式仪表;2、数字式仪表 (1)定义： 所谓数字式仪表，就是采用相应的数字测量技术，能够自动地将被测量的数值直接以数字形式指示出来(也包括记录或控制)的仪表。 (2)数字式仪表的发展 ①第一台数字式电压表出现于50年代初。 ②由于电子计算机的应用并逐渐推广到系统的自动控制及实验研究领域，提出了将各种被观测量或被控制量转换成数码的要求，以满足实时控制及数据处理的需要； ③计算机的发展带动了电子技术的进步，为数字式仪表的出现提供了条件。 ④数字式仪表的产生和发展与计算机的发展密切相关。 ;(3)数字式仪表与指针式仪表的比较 无论是在测量方法、原理、结构或操作方法上，数字式仪表都完全不同于指针式仪表 ①指针式仪表可以自动地给出测量结果，但测量结果是从指针相对于刻度盘的位置读出来的，并非数字量，而电桥、电位差计虽然是数字指示，但其测量过程必须有人参加平衡调节，并非自动进行。 ②数字式仪表能够自动地将被测量的数值直接以数字形式指示出来。 ;二、数字仪表的特点;三、数字化测量技术的理论基础;(4)图形表示 ;(5)量化 如果对变量X(t)的观测虽然在时间上是连续的，测量结果却呈阶梯性变化，将连续量转化为幅值按级距ΔX增减变化的量的过程称为量化。;(6)数字化 将连续量经离散化和量化过程转换为数字量的过程称为数字化。 (7)数字化测量技术的基础——把连续量数字化。 (8)模拟显示和数字显示： ①测量结果的模拟表示法是使测量结果与被测量之间保持连续的函数关系，例如指针式仪表的刻度尺长度与被测量之间就是这种关系。 ②测量结果的数字化显示是把数字化的模拟量以数字量的形式显示出来。 ;四、数字化测量技术的应用;(二)周期扫描法 1、工作原理 ;2、工作原理分析 ①线性扫描信号S(t)的扫描周期为T。上升到最高点即自动返零，然后再开始一次新的扫描。 ②每当S(t)上升到与被测量X(t)相等时，将生成一个复合信号(Ti,Xi)。Ti表示从每次扫描开始到对应点的时间，Xi表示相对应的被测量的瞬时值。 ③根据三角形相似 若k已知，可直接计算时刻Ti的测量值Xi。 ④周期扫描的主要缺点——由于锯齿波的扫描周期不可能无限短，单位时间内可测定点数不多，因此不能用于测量快速变化的被测量。;(三)跟踪测量法 1、工作原理 ;2、工作原理分析 (1)数字信号源输出跟踪信号S(t)。 (2)对于快速变化的被测量X(t)，跟踪信号S(t)始终跟踪X(t)变化，跟踪的差距不超过一个级距。 (3)以数码形式记录S(t)的两个参数，即幅值Xi和瞬时时间Ti，重新转化为模拟量时，就可以复现被测量X(t)。 (4)跟踪测量法的特点： ①跟踪测量法可以测量快速变化的被测量。 ②每一次跟踪只需要改变一个级距，跟踪过程相当于不断地进行测量，所以获得的信息要比周期扫描法多。 ③逻辑控制比较复杂，且只适用于单个的被测量。若有多个被测量需要同时跟踪时，必须有多个测量设备同时工作。;(四)采样保持法 1、工作原理 2、工作原理分析 采样保持法是对动态 信号按一定的时间进 行采样，将所得的瞬 时值保存在若干个记 忆单元中，然后再依 次对记忆元件进行数 字化测量。 ;第二节 传感器及其数字化;一、传感器;2、传感器的组成 (1)敏感元件：传感器中能直接感受(或响应)与检出被测对象的待测信息(非电量)的部分。 (2)转换元件：传感器中能将敏感元件所感受(或响应)出的信息直接转换成电信号的部分。 (3)转换电路：把转换元件输出的电信号转换为便于显示、记录、处理和控制的有用电信号的电路。 ;3、气体压力传感器 (1)敏感元件(气膜盒)：被测压力P的变化引起气膜盒上半部移动，产生输出位移量。 (2)转换元件(磁芯与电感线圈)：磁芯位移引起电感量的变化。 (3)转换电路：磁芯的变化引起转换电路输出变化。;4、传感器的一般特性 (1)线性度(产生系统误差)以及线性化处理。 (2)迟滞(产生系统误差)。 (3)重复性(产生随机误差)。 (4)灵敏度与灵敏度误差。 (5)分辨力与阈值：分辨力是指传感器能检测到的最小的输入增量。在传感器输入零点附近的分辨力称为阈值(死区)。 (6)分辨率：当用满量程的百分数表示分辨力时称为分辨率。 (7)稳定性：温度稳定性、抗干扰稳定性、时间稳定性。实际上是不稳定性。 (8)静态误差(精度)。 (9)动态特性。;二、传感器的应用;(3)按能量转换：能量控制型(包括外加电源、应变电阻、热阻、光阻)；能量转换型(包括压电效应、热电效应、光电效应)。 (4)按物理形式分类： ①电参量：电阻式、电感式、电容式 ②磁电式：磁电感、霍尔、磁栅。 ③压电式 ④光电式 ⑤气电式 ⑥热电式 ⑦波式：超声波、微波。 ⑧射线式。