第三章计算机测控系统外围设备PPT讲稿.ppt
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1、第三章计算机测控系统外围设备第1页,共90页,编辑于2022年,星期二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页,共90页,编辑于2022年,星期二1.传感器和变送器 传感器是能感受规定的被测量并按照一定规律转换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。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,它将工艺变送器在控制系统中起着至关重要的作
2、用,它将工艺变量变量(如温度、压力、流量、液位、成份等如温度、压力、流量、液位、成份等)和电、气信和电、气信号号(如电流、电压、频率、气压信号等如电流、电压、频率、气压信号等)转换成统一的标转换成统一的标准信号。准信号。第3页,共90页,编辑于2022年,星期二1.1 信号传输及供电的四线制与两线制信号传输及供电的四线制与两线制 1.2 压力检测及变送压力检测及变送1.3 温度检测和变送温度检测和变送1.4 流量检测及变送流量检测及变送1.5 物位检测及变送物位检测及变送1.6 其它检测仪表和装置其它检测仪表和装置第4页,共90页,编辑于2022年,星期二二线制:二线制:仪表的信号传输与仪表的
3、信号传输与供电共用两根导线。供电共用两根导线。四线制:四线制:仪表的信号传输仪表的信号传输与供电用四根导线与供电用四根导线 1.1 信号传输及供电的四线制与两线制信号传输及供电的四线制与两线制第5页,共90页,编辑于2022年,星期二n 智能式变送器智能式变送器 智智能能式式变变送送器器采采用用双双向向全全数数字字量量传传输输信信号号,即即现现场场总总线线通通讯讯方方式式;智智能能式式变变送送器器的的电电源源也也由由通通信信电电缆缆传输。传输。第6页,共90页,编辑于2022年,星期二n HART协议协议HART(Highway Addressable Remote Transducer)可寻
4、址远可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议,是美国程传感器高速通道的开放通信协议,是美国Rosement公公司于司于1985年推出的用于现场智能仪表和控制室设备之间年推出的用于现场智能仪表和控制室设备之间的通信协议。的通信协议。具有具有HART通信协议的变送器可在一条通信协议的变送器可在一条电缆上同时传输电缆上同时传输420mADC的模拟信号和数字信号。的模拟信号和数字信号。已成为全球智能仪表的工业标准。已成为全球智能仪表的工业标准。第7页,共90页,编辑于2022年,星期二HART协议采用基于协议采用基于Bell202标准的标准的FSK频移键控频移键控信号,在低频的信号,在低频的4-20mA
5、模拟信号上叠加幅度为模拟信号上叠加幅度为0.5mA的音频数字信号进行双向数字通讯,数据传输的音频数字信号进行双向数字通讯,数据传输率为率为1.2Mbps。由于。由于FSK信号的平均值为信号的平均值为0,不影响,不影响传送给控制系统模拟信号的大小,保证了与现有模拟传送给控制系统模拟信号的大小,保证了与现有模拟系统的兼容性。系统的兼容性。第8页,共90页,编辑于2022年,星期二 HART通信采用的是半双工的通信方式,在现有通信采用的是半双工的通信方式,在现有模拟信号传输线上实现数字信号通信,属于模拟系统模拟信号传输线上实现数字信号通信,属于模拟系统向数字系统转变过程中过渡性产品,因而在当前的过向
6、数字系统转变过程中过渡性产品,因而在当前的过渡时期具有较强的市场竞争能力,得到了较快发展。渡时期具有较强的市场竞争能力,得到了较快发展。第9页,共90页,编辑于2022年,星期二 HART通信协议是依照国际标准化组织通信协议是依照国际标准化组织(ISO)的开放的开放式系统互连式系统互连(OSI)参考模型,简化并引用其中三层:物参考模型,简化并引用其中三层:物理层、数据链路层、应用层而制定的。理层、数据链路层、应用层而制定的。物理层物理层规定了信号的传输方法和传输介质;规定了信号的传输方法和传输介质;数据链路层数据链路层规定了数据帧的格式和数据通讯规程;规定了数据帧的格式和数据通讯规程;应用层应
7、用层规定了通讯命令的内容。规定了通讯命令的内容。第10页,共90页,编辑于2022年,星期二n 压力检测的主要方法和分类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:按敏感元件和转换原理的特性不同,一般分为:液注式压力检测液注式压力检测:依据流体静力学原理:依据流体静力学原理弹性式压力检测弹性式压力检测:依据弹性形变原理:依据弹性形变原理负荷式压力检测负荷式压力检测:依据静力平衡原理:依据静力平衡原理电气式压力检测电气式压力检测:利用敏感元件:利用敏感元件其它检测方法其它检测方法:弹性振动、压磁式:弹性振动、压磁式1.2 压力检测及变送压力检测及变送第11页,共90页,编辑
8、于2022年,星期二U形管压力计(根据流体静力学原理)第12页,共90页,编辑于2022年,星期二弹簧管压力计(弹性元件受力变形原理)第13页,共90页,编辑于2022年,星期二电容式差压变送器第14页,共90页,编辑于2022年,星期二电容式差压变送器结构框图第15页,共90页,编辑于2022年,星期二 智能型压力或差压变送器就是在普通压力或差压传感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。智能型变送器具有智能型变送器具有自修正、自补偿、远程通信、自自修正、自补偿、远程通信、自诊断及错误方式诊断
9、及错误方式报警等多种功能,因而提高了变送器报警等多种功能,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。器与计算机、控制系统直接对话。n 智能式压力变送器智能式压力变送器第16页,共90页,编辑于2022年,星期二第17页,共90页,编辑于2022年,星期二第18页,共90页,编辑于2022年,星期二1.3 温度检测和变送温度检测和变送热电偶热电偶热电阻热电阻模拟式温度变送器模拟式温度变送器智能式温度变送器智能式温度变送器第19页,共90页,编辑于2022年,星期二n 测温方法的分类测温方法的分类接触式
10、测温:接触式测温:基于热交换原理基于热交换原理非接触式测温:非接触式测温:基于热辐射原理基于热辐射原理第20页,共90页,编辑于2022年,星期二n 温度计的分类和形式温度计的分类和形式膨胀式温度计膨胀式温度计辐射式温度计辐射式温度计热电偶温度计热电偶温度计热电阻温度计热电阻温度计第21页,共90页,编辑于2022年,星期二膨胀式温度计第22页,共90页,编辑于2022年,星期二辐射式温度计第23页,共90页,编辑于2022年,星期二n热电偶热电偶 热电偶温度计利用不同导体或半导体的热电效应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)来测温的。两种不同的导
11、体材料(或半导体)A A,B B组组成的闭合回路。相接触时,存在电子的迁移,达到平成的闭合回路。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。衡时,在接触的两端形成电势。mV(1)测温原理测温原理第24页,共90页,编辑于2022年,星期二 热热电电偶偶的的热热电电势势是是两两个个接接点点温温度度的的函函数数表表,只只有有当当冷冷端端温温度度不不变变时时,热热电电势势才才是是热热端端温温度度的的单单值值函函数数。实实际际应应用用中中,热热电电偶偶冷冷端端所所处处环环境境温温度度总总有有波波动动,从从而而使使测测量量得得不不到到正正确确结结果果,必必须须采采取取补补偿偿措施。措施。
12、a.冰浴法;冰浴法;b.冷端温度修正法;冷端温度修正法;c.校正仪表零点法校正仪表零点法d.补偿法。补偿法。(2)热电偶冷端温度补偿热电偶冷端温度补偿第25页,共90页,编辑于2022年,星期二(1)测温原理测温原理 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,则在参比温度温度的变化,则在参比温度t0下的电阻值下的电阻值Rt0和电阻温度和电阻温度系数系数a已知,可以通过测量此物体的电阻来反映其温度。已知,可以通过测量此物体的电阻来反映其温度。R
13、t=Rt01+a(t-t0)n热电阻热电阻第26页,共90页,编辑于2022年,星期二 热电阻引线的功能是使感温元件能与外部测量线路相连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。线方式有两线制、三线制和四线制三种。(2)引线引线第27页,共90页,编辑于2022年,星期二 两线制:两线制:在热电阻感温元件两端各连一根导线的引线形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。这种方式简单、费用低,但引线电阻以及引线式为两线制。这种方式简单、费用低,但
14、引线电阻以及引线电阻的变化会带来附加误差。两线制适用于引线不长,测温电阻的变化会带来附加误差。两线制适用于引线不长,测温准确度要求较低的场合。准确度要求较低的场合。第28页,共90页,编辑于2022年,星期二 三线制:三线制:在热电阻感温元件一端接两根引线,另一端接在热电阻感温元件一端接两根引线,另一端接一根引线,称为三线制。这种引线形式可以较好的消除引线一根引线,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。三线制接法。第29页,共90页,编辑于2022年,星期二 四线制:四线制:
15、在热电阻两端各接两根引线的接法称为四线在热电阻两端各接两根引线的接法称为四线制,主要用于高精度检测。其中两根引线为热电阻提供恒制,主要用于高精度检测。其中两根引线为热电阻提供恒流源流源I,在热电阻上产生的压降通过另两根引线引至电位,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。能完全消除引线电阻对测量的影响,且在差计进行测量。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。连接导线阻值相同时,还可以消除连接导线的影响。第30页,共90页,编辑于2022年,星期二(3)工业常用热电阻工业常用热电阻 在我国在我国,标准化的热电阻现有铂(铂电阻有标准化的热
16、电阻现有铂(铂电阻有Pt10和和Pt100两种分度号)和铜(两种分度号)和铜(Cu50和和Cu100)两种。其中:)两种。其中:铂热电阻用于铂热电阻用于-200+650摄氏度范围内测温,铜热电摄氏度范围内测温,铜热电阻因在高温下易氧化而适用于阻因在高温下易氧化而适用于50+150摄氏度范围内摄氏度范围内测温。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。阻与温度关系的线性度较好。第31页,共90页,编辑于2022年,星期二第32页,共90页,编辑于2022年,星期二电厂专用热电阻和隔爆型热电阻第33页,共90页,编辑于2022年
17、,星期二套管式热电阻第34页,共90页,编辑于2022年,星期二装配式热电阻第35页,共90页,编辑于2022年,星期二1.4 流量检测及变送流量检测及变送流量检测原理有很多,有许多分类方法:流量检测原理有很多,有许多分类方法:按测量单位分:质量流量计与体积流量计按测量单位分:质量流量计与体积流量计按测量流体运动原理分:容积式、速度式、动量式和质按测量流体运动原理分:容积式、速度式、动量式和质量流量式量流量式按测量方法分:直接测量式和间接测量式按测量方法分:直接测量式和间接测量式第36页,共90页,编辑于2022年,星期二差压流量计差压流量计转子流量计转子流量计速度式流量计速度式流量计容积式流
18、量计容积式流量计靶式流量计靶式流量计电磁流量计电磁流量计涡街流量计涡街流量计超声波流量计超声波流量计量热式流量计量热式流量计质量流量计质量流量计其它流量计其它流量计按测量原理细分按测量原理细分第37页,共90页,编辑于2022年,星期二文丘利式差压流量计第38页,共90页,编辑于2022年,星期二转子流量计转子流量计又称浮子流量计,转子流量计又称浮子流量计,是目前工业上或实验室常用的是目前工业上或实验室常用的一种流量计。它是由一根锥形一种流量计。它是由一根锥形的玻璃管和一个能上下移动的的玻璃管和一个能上下移动的浮子所组成浮子所组成第39页,共90页,编辑于2022年,星期二n 涡街流量计涡街流
19、量计 流流体体在在阻阻流流体体两两侧侧交交替替地地分分离离释释放放出出两两串串规规则则的的旋旋涡涡,在在一一定定的的流流量量范范围围内内旋旋涡涡分分离离频频率率正正比比于于管管道道内内的的平平均均流流速速,通通过过采采用用各各种种形形式式的的检检测测元元件件测测出出旋旋涡涡频频率率就就可可以推算出流体的流量。以推算出流体的流量。第40页,共90页,编辑于2022年,星期二dhDl11第41页,共90页,编辑于2022年,星期二n电磁流量计电磁流量计流体流动时,两电极之间产生感应电势。流体流动时,两电极之间产生感应电势。第42页,共90页,编辑于2022年,星期二 电磁流量计是基于电磁感应原理来
20、测量流量的仪表,电磁流量计是基于电磁感应原理来测量流量的仪表,它能测量具有一定电导率的液体的体积流量。它能测量具有一定电导率的液体的体积流量。测量的准确度不受被测液体粘度、密度、温度及电导率测量的准确度不受被测液体粘度、密度、温度及电导率变化影响,测量管中没有任何阻碍被测液体流动的部件,所变化影响,测量管中没有任何阻碍被测液体流动的部件,所以几乎没有压力损失。以几乎没有压力损失。适当选用测量管中绝缘内衬和测量电极材料,就适当选用测量管中绝缘内衬和测量电极材料,就可以测量各种腐蚀性溶液的流量,尤其在测量含有固可以测量各种腐蚀性溶液的流量,尤其在测量含有固体颗粒溶液如泥浆、纸浆、矿浆或纤维液体流量
21、时,体颗粒溶液如泥浆、纸浆、矿浆或纤维液体流量时,更显示出其优越性。更显示出其优越性。第43页,共90页,编辑于2022年,星期二电磁流量计第44页,共90页,编辑于2022年,星期二n超声波流量计超声波流量计 超超声声波波在在流流动动的的流流体体中中的的传传播播速速度度与与流流体体的的流流速速有有关关。相相对对于于固固定定座座标标系系(如如管管壁壁),顺顺流流的的超超声声波波的的传播速度将大于逆流的传播速度。传播速度将大于逆流的传播速度。第45页,共90页,编辑于2022年,星期二 利利用用声声波波在在流流体体中中传传播播时时因因流流体体流流动动方方向向不不同同而而传传播播速速度度不不同同的
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