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第2章计算机控制系统中的检测设备和执行装置2019/12/20计算机控制技术1第2章计算机控制系统中的检测设备和执行机构第2章计算机控制系统中的检测设备和执行装置2019/12/20计算机控制技术2•传感器和变送器•过程控制中常用的执行器•运动控制中常用的执行机构第2章计算机控制系统中的检测设备和执行机构第2章计算机控制系统中的检测设备和执行装置2019/12/20计算机控制技术3调节器执行器对象测量变送x(t)e(t)u(t)q(t)y(t)z(t)＋－第2章计算机控制系统中的检测设备和执行装置2019/12/20计算机控制技术4•传感器是能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。传感器的输出信号有多种形式，如电压、电流、频率、脉冲等，输出信号形式由传感器原理确定。•变送器在控制系统中起着至关重要的作用，它将工艺变量(如温度、压力、流量、液位、成份等)和电、气信号(如电流、电压、频率、气压信号等)转换成统一的标准信号。第2章计算机控制系统中的检测设备和执行装置2019/12/20计算机控制技术52.1传感器和变送器主要内容：•信号传输及供电的四线制与两线制•压力检测及变送•温度检测和变送•流量检测及变送•物位检测及变送•其它检测仪表和装置第2章计算机控制系统中的检测设备和执行装置2019/12/20计算机控制技术62.1.1信号传输及供电的四线制与两线制•变送器安装在现场，它的气源或电源从控制室送来，而输出信号送到控制室。气动变送器用两根气动管线分别传送气源和输出信号。•电动模拟式变送器采用二线制或四线制传输电源和输出信号。第2章计算机控制系统中的检测设备和执行装置2019/12/20计算机控制技术7•二线制：仪表的信号传输与供电共用两根导线•四线制：仪表的信号传输与供电用四根导线第2章计算机控制系统中的检测设备和执行装置2019/12/20计算机控制技术8智能式变送器•智能式变送器采用双向全数字量传输信号，即现场总线通讯方式；目前广泛采用一种过渡方式，即在一条通讯电缆中同时传输4~20mA电流信号和数字信号，这种方式称为HART协议通讯方式。智能式变送器的电源也由通信电缆传输。第2章计算机控制系统中的检测设备和执行装置2019/12/20计算机控制技术9HART协议•HART(HighwayAddressableRemoteTransducer)通信协议是数字式仪表实现数字通信的一种协议，具有HART通信协议的变送器可以在一条电缆上同时传输4~20mADC的模拟信号和数字信号。•HART通信协议是依照国际标准化组织(ISO)的开放式系统互连(OSI)参考模型，简化并引用其中三层：物理层、数据链路层、应用层而制定的。物理层规定了信号的传输方法和传输介质；数据链路层规定了数据帧的格式和数据通讯规程；应用层规定了通讯命令的内容。第2章计算机控制系统中的检测设备和执行装置2019/12/20计算机控制技术102.1.2压力检测及变送•压力检测的主要方法和分类•电容式差压变送器•智能型差压变送器第2章计算机控制系统中的检测设备和执行装置2019/12/20计算机控制技术11•大气压力--用气压计测定的压力,随大气条件和地点而变化.确定为标准状态的大气压力参考值等于是101325Pa。•相对压力或表压--相对于大气压力测定的压力。•负压--负的相对压力，因此它低于大气压力•过压--正的相对压力。•差压--两个压力的差值。•绝对压力--相对于真空（0压）测量的压力几种压力表述形式第2章计算机控制系统中的检测设备和执行装置2019/12/20计算机控制技术12压力检测的主要方法和分类按敏感元件和转换原理的特性不同，一般分为以下几类：•液注式压力检测：依据流体静力学原理•弹性式压力检测：依据弹性形变原理•负荷式压力检测：依据静力平衡原理•电气式压力检测：利用敏感元件•其它压力检测方法：弹性振动、压磁式第2章计算机控制系统中的检测设备和执行装置2019/12/20计算机控制技术13U形管压力计(根据流体静力学原理)第2章计算机控制系统中的检测设备和执行装置2019/12/20计算机控制技术14弹簧管压力计(弹性元件受力变形原理)•1.金属弹簧管•2.指针•3-连杆•4.扇型齿轮•5.弹簧•6-底座•7.测压接头•8.小齿轮•9.外壳第2章计算机控制系统中的检测设备和执行装置2019/12/20计算机控制技术15电容式差压变送器•电容式差压变送器采用差动电容作为检测元件，是目前工业上普遍使用的一种变送器第2章计算机控制系统中的检测设备和执行装置2019/12/20计算机控制技术16电容式差压变送器结构框图第2章计算机控制系统中的检测设备和执行装置2019/12/20计算机控制技术17•测量部分的作用是通过电容式压力传感器及相关电路把被测差压∆p成比例的转换成为差动电流信号Id。•差动电容的相对变化量再通过电容/电流转换电路比例的转换成差动电流信号Id，经放大后转换成4-20mA输出电流。第2章计算机控制系统中的检测设备和执行装置2019/12/20计算机控制技术18智能型压力变送器•智能型压力或差压变送器就是在普通压力或差压传感器的基础上增加微处理器电路而形成的智能检测仪表。•智能型变送器的特点是可进行远程通信。其精确度高，使用与维护方便。通过编制各种程序，使变送器具有自修正、自补偿、自诊断及错误方式报警等多种功能，因而提高了变送器的精确度，简化了调整、校准与维护过程，促使变送器与计算机、控制系统直接对话。第2章计算机控制系统中的检测设备和执行装置2019/12/20计算机控制技术19智能式压力变送器第2章计算机控制系统中的检测设备和执行装置2019/12/20计算机控制技术20第2章计算机控制系统中的检测设备和执行装置2019/12/20计算机控制技术212.1.3温度检测和变送•热电偶•热电阻•模拟式温度变送器•智能式温度变送器第2章计算机控制系统中的检测设备和执行装置2019/12/20计算机控制技术22测温方法的分类•接触式测温基于热交换原理•非接触式测温基于热辐射原理第2章计算机控制系统中的检测设备和执行装置2019/12/20计算机控制技术23温度计的分类和形式•膨胀式温度计•辐射式温度计•热电偶温度计•热电阻温度计第2章计算机控制系统中的检测设备和执行装置2019/12/20计算机控制技术24膨胀式温度计第2章计算机控制系统中的检测设备和执行装置2019/12/20计算机控制技术25辐射式温度计•物体受热后，有一部分热能转化成辐射能，以电磁波形式向四周辐射。•若物体能将落在其上的热辐射全部吸收称为绝对黑体•普朗克定律建立辐射强度和温度的内在联系第2章计算机控制系统中的检测设备和执行装置2019/12/20计算机控制技术26热电偶测温原理•热电偶温度计利用不同导体或半导体的热电效应来测温的•两种不同的导体材料（或半导体）A，B组成的闭合回路。相接触时，存在电子的迁移，达到平衡时，在接触的两端形成电势mV第2章计算机控制系统中的检测设备和执行装置2019/12/20计算机控制技术27热电偶测温原理•工业上常用的(已标准化)热电偶有：铂铑30-铂铑6热电偶(分度号位B)、铂铑10-铂热电偶(分度号为S)、镍铬-镍硅(镍铬-镍铝)热电偶(分度号位K)等。第2章计算机控制系统中的检测设备和执行装置2019/12/20计算机控制技术28序号计量器具名称准确度等级测量范围R-001-304标准组铂铑10-铂热电偶标准组标准组300～1300℃R-002-305标准铂铑10-铂热电偶一等300～1300℃二等300～1300℃工作铂铑10-铂热电偶0级0～1600℃0级0～1600℃R-003-306标准铂铑30-铂铑6热电偶一等1200～1600℃二等1200～1600℃工作用铂铑30-铂铑6热电偶0级1200～1600℃R-004-307工作用镍铬-镍硅热电偶0级0～1300℃R-005-308标准铜-康铜热电偶±2℃0级0～200℃工作用铜-康铜热电偶0级0～200℃第2章计算机控制系统中的检测设备和执行装置2019/12/20计算机控制技术29热电偶冷端温度补偿•热电偶的热电势是两个接点温度的函数表,只有当冷端温度不变（一般取0度）时,热电势才是热端温度的单值函数。•实际应用中,热电偶冷端所处环境温度总有波动,从而使测量得不到正确结果,必须采取补偿措施.•冷端温度补偿办法有以下几种:–1.冰浴法–2.冷端温度修正法–3.校正仪表零点法–4.补偿法第2章计算机控制系统中的检测设备和执行装置2019/12/20计算机控制技术30热电阻测温原理•热电阻温度计是利用导体或半导体的电阻值随温度变化的性质来测量温度的•若忽略物体的长度和截面随温度的变化,则在参比温度t0下的电阻值Rt0和电阻温度系数a已知,可以通过测量此物体的电阻来反映其温度.Rt=Rt0[1+a(t-t0)]•热电阻引线的功能是使感温元件能与外部测量线路相连接。热电阻引线对测量结果有较大的影响，现在常用的引线方式有两线制、三线制和四线制三种。第2章计算机控制系统中的检测设备和执行装置2019/12/20计算机控制技术31•两线制：在热电阻感温元件两端各连一根导线的引线形式为两线制。这种引线方式简单、费用低，但是引线电阻以及引线电阻的变化会带来附加误差。因此两线制适用于引线不长，测温准确度要求较低的场合。•三线制：在热电阻感温元件一端连接两根引线，另一端连接一根引线，此种引线方式称为三线制。这种引线形式可以较好的消除引线电阻的影响，测量准确度高于两线制。工业热电阻通常采用三线制接法。•四线制：在热电阻感温元件两端各连接两根引线的接法称为四线制。这种方式主要用于高精度温度检测。其中两根引线为热电阻提供恒流源I，在热电阻上产生的压降通过另两根引线引至电位差计进行测量。因此它能完全消除引线电阻对测量的影响，且在连接导线阻值相同时，还可以消除连接导线的影响。第2章计算机控制系统中的检测设备和执行装置2019/12/20计算机控制技术32工业常用热电阻•在我国,标准化的热电阻现有铂的和铜的两种•铂热电阻用于－２００－＋６５０摄氏度范围内测温，铜热电阻因在高温下易氧化而适用于５０－＋１５０摄氏度范围内测温。前者稳定性好，准确度高；后者价格便宜，电阻与温度关系的线性度较好。第2章计算机控制系统中的检测设备和执行装置2019/12/20计算机控制技术33分度号•根据IEC规定,铂电阻有Pt10和Pt100两种分度号•铜热电阻按WZC标准,代号有Cu50和Cu100两种。•IEC：国际电工委员会（InternationalElectroTechnicalCommission），成立于1906年成月，是世界上成立最早的专门国际标准化机构第2章计算机控制系统中的检测设备和执行装置2019/12/20计算机控制技术34第2章计算机控制系统中的检测设备和执行装置2019/12/20计算机控制技术35电厂专用热电阻和隔爆型热电阻第2章计算机控制系统中的检测设备和执行装置2019/12/20计算机控制技术36套管式热电阻•套管式热电阻作为温度测量和控制的传感器与显示仪表配套，以直接测量和控制生产过程中气体，液体和蒸汽的温度。不仅用于发电厂管道测温，同时也用于其他工业部门的测温。第2章计算机控制系统中的检测设备和执行装置2019/12/20计算机控制技术37装配式热电阻•工业用铂电阻作为温度测量的传感器，通常用来和显示仪表、记录仪表和电子调节器配套使用。第2章计算机控制系统中的检测设备和执行装置2019/12/20计算机控制技术38耐腐型、耐磨型热电阻•但在某些特殊场合，如化工厂、冶炼厂、火电厂等，用普通热电偶，热电阻就极易损坏。因此，在这些场合必须采用特殊材料及机构的热电偶热电阻。第2章计算机控制系统中的检测设备和执行装置2019/12/20计算机控制技术39模拟式温度变送器•以DDZ-Ⅲ型为例，它可以和热电阻或热电偶配合使用，将温度信号转换成统一标准信号；•它也可以作为直