第09章 计算机控制系统中的检测设备与执行装置.ppt

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1、第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置第9章计算机控制系统中的检测设备和执行机构12/29/20221计算机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置传感器和变送器传感器和变送器过程控制中常用的执行器过程控制中常用的执行器运动控制中常用的执行机构运动控制中常用的执行机构第9章计算机控制系统中的检测设备和执行机构12/29/20222计算机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置调节器执行器对象测量变送x(t)e(t)u(t)q(t)y(

2、t)z(t)12/29/20223计算机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置传感器传感器是能感受规定的被测量并按照一定规律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、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。脉冲等，输出信号形式由传感器原理确定。变送器变送器在控制系统中起着至关重要的作用，它在控制系统中起着至关重要的作用，它将工艺变量将工艺变量(如温度、压力、流量、液位、成如温度、压力、流量

3、、液位、成份等份等)和电、气信号和电、气信号(如电流、电压、频率、气如电流、电压、频率、气压信号等压信号等)转换成统一的标准信号。转换成统一的标准信号。12/29/20224计算机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置9.1传感器和变送器主要内容：主要内容：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 压力检测及变送压力检测及变送温度检测和变送温度检测和变送流量检测及变送流量检测及变送物位检测及变送物位检测及变送其它检测仪表和装置其它检测仪表和装置12/29/20225计算机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测

4、设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置9.1.1 信号传输及供电的四线制与信号传输及供电的四线制与两线制两线制变送器变送器安装在现场，它的气源或电源从安装在现场，它的气源或电源从控制室送来，而输出信号送到控制室。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气动变送器用两根气动管线分别传送气源和输出信号。源和输出信号。电动模拟式变送器电动模拟式变送器采用二线制或四线制采用二线制或四线制传输电源和输出信号。传输电源和输出信号。12/29/20226计算机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置二线制：二线制

5、：仪表的信号传输与供电共用两根导线 四线制：四线制：仪表的信号传输与供电用四根导线 12/29/20227计算机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置智能式变送器智能式变送器智能式变送器采用双向全数字量传输信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用一种过渡方式，即在一条通讯电缆中同时传输同时传输490mA电流信号和数字信号，电流信号和数字信号，这种方式称为这种方式称为HART协议通讯方式协议通讯方式。智。智能式变送器的电源也由通信电缆传输。能式变送器的

6、电源也由通信电缆传输。12/29/20228计算机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置HART协议HART(Highway Addressable Remote Transducer)通信协议是数字式仪表实现数字通信通信协议是数字式仪表实现数字通信的一种协议，具有的一种协议，具有HART通信协议的变送器可以通信协议的变送器可以在一条电缆上同时传输在一条电缆上同时传输490mADC的模拟信号和的模拟信号和数字信号。数字信号。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)的的开放式系统互连开放式系统互连(OSI

7、)参考模型，简化并引用其参考模型，简化并引用其中三层：物理层、数据链路层、应用层而制定的。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。用层规定了通讯命令的内容。12/29/20229计算机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置9.1.9压力检测及变送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12/29/202210计算

8、机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置大气压力大气压力-用气压计测定的压力用气压计测定的压力,随大气条件和地点而变化随大气条件和地点而变化.确定为确定为 标准状态标准状态 的大气压力参考值等于是的大气压力参考值等于是101395Pa101395Pa。相对压力或表压相对压力或表压-相对于大气压力测定的压力。相对于大气压力测定的压力。负压负压-负的相对压力，因此它低于大气压力负的相对压力，因此它低于大气压力过压过压-正的相对压力。正的相对压力。差压差压-两个压力的差值。两个压力的差值。绝对压力绝对压力-相对于真空（相对于真空（0 0压）测

9、量的压力压）测量的压力几种压力表述形式12/29/202211计算机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置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：利用敏感元件其它压力检测方法其它压力检测方法 ：弹性振动、压磁式：弹性振动、压磁式12/29/202212计算机控

10、制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置U形管压力计(根据流体静力学原理)12/29/202213计算机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置弹簧管压力计(弹性元件受力变形原理)1.1.金属弹簧管金属弹簧管9.9.指针指针3-3-连杆连杆4.4.扇型齿轮扇型齿轮5.5.弹簧弹簧6-6-底座底座7.7.测压接头测压接头8.8.小齿轮小齿轮9.9.外壳外壳 12/29/202214计算机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置电容式

11、差压变送器电容式差压变电容式差压变送器采用送器采用差动差动电容电容作为检测作为检测元件，是目前元件，是目前工业上普遍使工业上普遍使用的一种变送用的一种变送器器 12/29/202215计算机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置电容式差压变送器结构框图12/29/202216计算机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置测量部分的作用是通过测量部分的作用是通过电容式压力传感器及相电容式压力传感器及相关电路把被测差压关电路把被测差压p p成成比例的转换成为差动电比例的转换成为差动电流

12、信号流信号I Id d。差动电容的相对变化量差动电容的相对变化量再通过电容再通过电容/电流转换电电流转换电路比例的转换成差动电路比例的转换成差动电流信号流信号I Id d，经放大后转，经放大后转换成换成4-90mA4-90mA输出电流。输出电流。12/29/202217计算机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置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传感器的基础上增加微处理器微处理器电路而形成的智能电路而形成的智能检测仪表检测仪表 。智能型变送器的特点是可进

13、行智能型变送器的特点是可进行远程通信远程通信。其精确。其精确度高，使用与维护方便。通过编制各种程序，使度高，使用与维护方便。通过编制各种程序，使变送器具有变送器具有自修正、自补偿、自诊断自修正、自补偿、自诊断及错误方式及错误方式报警等多种功能，因而提高了变送器的精确度，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。算机、控制系统直接对话。12/29/202218计算机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置智能式压力变送器12/29/2

14、02219计算机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置12/29/202220计算机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置9.1.3 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12/29/202221计算机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置测温方法的分类接触式测温接触式测温 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

15、热辐射原理12/29/202222计算机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置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12/29/202223计算机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置 膨胀式温度计膨胀式温度计12/29/202224计算机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置 膨胀式温度计膨胀式温度计12/29/202225计算机控制技术第第9

16、9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置辐射式温度计物体受热后，有物体受热后，有一部分热能转化一部分热能转化成辐射能，以电成辐射能，以电磁波形式向四周磁波形式向四周辐射。辐射。若物体能将落在若物体能将落在其上的热辐射全其上的热辐射全部吸收称为绝对部吸收称为绝对黑体黑体普朗克定律建立普朗克定律建立辐射强度和温度辐射强度和温度的内在联系的内在联系 12/29/202226计算机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置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偶温度计利用不同导体或半导体的热电效

17、应热电效应来测温的来测温的 两种不同的导体材料（两种不同的导体材料（或半导体）或半导体）A A，B B组成的闭合回路。相接触时，存在组成的闭合回路。相接触时，存在电子电子的迁移的迁移，达到平衡时，在接触的两端形，达到平衡时，在接触的两端形成成电势电势mV12/29/202227计算机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置热电偶测温原理工业上常用的工业上常用的(已标已标准化准化)热电偶有：铂热电偶有：铂铑铑30-30-铂铑铂铑6 6热电偶热电偶(分度号位分度号位B)B)、铂铑、铂铑10-10-铂热电偶铂热电偶(分度号分度号为为S)S)、镍

18、铬、镍铬-镍硅镍硅(镍镍铬铬-镍铝镍铝)热电偶热电偶(分分度号位度号位K)K)等。等。12/29/202228计算机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置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3001300R-009-305标准铂铑10-铂热电偶一等3001300二等3001300工作铂铑10-铂热电偶0级016000级01600R-003-306标准铂铑30-铂铑6热电偶一等19001600二等19001600工作用铂铑30-铂铑6热电偶0级19001600R-004-307工作用镍铬

19、-镍硅热电偶0级01300R-005-308标准铜-康铜热电偶90级0900工作用铜-康铜热电偶0级090012/29/202229计算机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置热电偶冷端温度补偿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（一一般般取取0 0度度）时时,热热电电势势才才是热端温度的单值函数。是热端温度的单值函数。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

20、取取补补偿措施偿措施.冷端温度补偿办法冷端温度补偿办法有以下几种有以下几种:1.1.冰浴法冰浴法 9.9.冷端温度修正法冷端温度修正法 3.3.校正仪表零点法校正仪表零点法 4.4.补偿法补偿法12/29/202230计算机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置热电阻测温原理热电阻温度计是利用导体或半导体的热电阻温度计是利用导体或半导体的电阻值随温电阻值随温度变化度变化的性质来测量温度的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若忽略物体的长度和截面随温度的变化,则在参则在参比温度比温度t t0 0下的电阻值下的电阻值R Rt

21、 t0 0和电阻温度系数和电阻温度系数a a已知已知,可可以通过测量此物体的电阻来反映其温度以通过测量此物体的电阻来反映其温度.R Rt t=R=Rt t0 01+a(t-t1+a(t-t0 0)热电阻引线的功能是使感温元件能与外部测量线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，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、三线制和四线制现在常用的引线方式有两线制、三线制和四线制三种。三种。12/29/202231计算机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置两线制两线

22、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

23、导线阻值相同时，还可以消除连接导线的影响。12/29/202232计算机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置工业常用热电阻在我国在我国,标准化的热电阻现有铂的和铜的两种标准化的热电阻现有铂的和铜的两种铂热电阻用于铂热电阻用于9 9摄氏度范围摄氏度范围内测温，铜热电阻因在高温下易氧化而适用内测温，铜热电阻因在高温下易氧化而适用于摄氏度范围内测温。前者于摄氏度范围内测温。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。与温度关系的线性度较好。12/29/202233计算机控制技术第第

24、9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置分度号根据根据IECIEC规定规定,铂电阻有铂电阻有Pt10Pt10和和Pt100Pt100两种分两种分度号度号铜热电阻按铜热电阻按WZCWZC标准标准,代号有代号有Cu50Cu50和和Cu100Cu100两两种。种。IECIEC：国际：国际电工电工委员会（委员会（International Electro International Electro Technical CommissionTechnical Commission），成立于），成立于19061906年成月，是世界上年成月，是世界上成立最早的专门

25、国际标准化机构成立最早的专门国际标准化机构 12/29/202234计算机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置12/29/202235计算机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置电厂专用热电阻和隔爆型热电阻12/29/202236计算机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置套管式热电阻套管式热电阻作为温度套管式热电阻作为温度测量和控制的传感器与测量和控制的传感器与显示仪表配套，以直接显示仪表配套，以直接测量和控制生产过程

26、中测量和控制生产过程中气体，液体和蒸汽的温气体，液体和蒸汽的温度。不仅用于发电厂管度。不仅用于发电厂管道测温，同时也用于其道测温，同时也用于其他工业部门的测温。他工业部门的测温。12/29/202237计算机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置装配式热电阻工业用铂电阻工业用铂电阻作为温度测量作为温度测量的传感器，通的传感器，通常用来和显示常用来和显示仪表、记录仪仪表、记录仪表和电子调节表和电子调节器配套使用。器配套使用。12/29/202238计算机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备

27、和执行装置耐腐型、耐磨型热电阻但在某些特殊场合，但在某些特殊场合，如化工厂、冶炼厂、如化工厂、冶炼厂、火电厂等，用普通热火电厂等，用普通热电偶，热电阻就极易电偶，热电阻就极易损坏。因此，在这些损坏。因此，在这些场合必须采用特殊材场合必须采用特殊材料及机构的热电偶热料及机构的热电偶热电阻。电阻。12/29/202239计算机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置模拟式温度变送器以以DDZ-DDZ-型为例，它可以和热电阻或热型为例，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电偶配合使用，将温度信号转换成统一标准信号；标准信号；主要

28、由测量部分和放大部分组成主要由测量部分和放大部分组成 12/29/202240计算机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置热电阻温度变送器结构方框图热电阻温度变送器结构方框图+-输出电流输出电流 Io被测温度被测温度 t C热电阻热电阻输入电桥输入电桥放大电路放大电路反馈电路反馈电路12/29/202241计算机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置9.1.4 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：按按测量单位测量单位

29、分：质量流量计与体积流量计分：质量流量计与体积流量计按按测量流体运动原理测量流体运动原理分：容积式、速度式、分：容积式、速度式、动量式和质量流量式动量式和质量流量式按按测量方法测量方法分：直接测量式和间接测量式分：直接测量式和间接测量式12/29/202242计算机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置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

30、测量原理细分12/29/202243计算机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置文丘利式差压流量计12/29/202244计算机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置文丘利管12/29/202245计算机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置转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浮子所组成12/29/202246计算机控制技术第第9 9章章 计算机

31、控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置涡街流量计在流体中放置一非线性柱状物(如圆柱或三角形等),则在某一雷诺数范围内,在柱状物的下游就会产生两列不对称且又有规律的漩涡。通常称为卡门涡街。由实验获知,三角柱卡门漩涡产生的频率f与平均流速V,管道直径D,三角扁平面的宽度d 之间的关系为:f=St/(l-1.95d/D)V/d12/29/202247计算机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置涡街流量计涡街流量计又称为漩涡流量计，是利用涡街流量计又称为漩涡流量计，是利用有规则的漩涡剥离现象来测量流体流量有规则的漩涡

32、剥离现象来测量流体流量的仪表的仪表。12/29/202248计算机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置电磁流量计流流体体流流动动时时,两两电电极极之之间间产产生生感感应应电电势势E,设设两两电电极极之间距离为之间距离为L。则根据法拉第电磁感应定律则根据法拉第电磁感应定律:Q=3.14D9E/(4KLB)=CE/B (7-5)其中其中 Q 被测流体的流量被测流体的流量 m3/s C 检验因数检验因数 C=3.14D9/(4KL)D 管道内径，管道内径，L 两电极距离两电极距离 E感应电势感应电势,B 磁感应强度，磁感应强度，12/29/

33、202249计算机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置12/29/202250计算机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置电磁式流量计电磁流量计是基于电磁流量计是基于电磁感应原理电磁感应原理来测量流量的来测量流量的仪表，它能测量具有一定电导率的液体的体积仪表，它能测量具有一定电导率的液体的体积流量。流量。测量的准确度不受被测液体粘度、密度、温度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

34、，所以几乎没有压力损失。测液体流动的部件，所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，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，尤其在测就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、矿浆或纤量含有固体颗粒溶液如泥浆、纸浆、矿浆或纤维液体流量时，更显示出其优越性维液体流量时，更显示出其优越性 12/29/202251计算机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置电磁流量计电磁流量计12/29/202252计算机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装

35、置计算机控制系统中的检测设备和执行装置超声波流量计超超声声波波流流量量计计常常用用测测量量方方法法为为传传播播速速度度差差法法、多多普普勒勒法法等等。传传播播速速度度差差法法基基本本原原理理是是测测量量超超声声波波脉脉冲冲顺顺水水流流和和逆逆水水流流时时速速度度之之差差来来反反映映流流体体的的流流速速，从从而而测测出出流流量量；多多普普勒勒法法的的基基本本原原理理则则是是应应用用声声波波中中的的多多普普勒勒效效应应测测得得顺顺水水流流和和逆逆水水流流的的频频差差来来反反映映流流体体的的流流速速从从而得出流量。而得出流量。超超声声波波流流量量计计可可用用于于测测量量任任何何液液体体流流量量,尤尤

36、其其适适用用于于测测量量腐腐蚀蚀性性液液体体,高高粘粘度度液液体体和和非非导导电电液液体体的的流流量量。也也可可用用于于测测量量大大口口径径管管道道的的水水流流量量或或各各种种水水渠渠,河河流流,海海水水的流速和流量。的流速和流量。12/29/202253计算机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置便携式超声波流量计12/29/202254计算机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置9.1.5 物位检测及变送物位检测及变送物位仪表的分类物位仪表的分类差压式液位变送器差压式液位变送

37、器电容式物位传感器电容式物位传感器12/29/202255计算机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置物位仪表分类物位仪表分类直读式物位测量仪表直读式物位测量仪表浮力式物位测量仪表浮力式物位测量仪表 静压式物位测量仪表静压式物位测量仪表 电磁式物位测量仪表电磁式物位测量仪表 辐射式物位仪表辐射式物位仪表 声波式物位测量仪表声波式物位测量仪表 光学式物位测量仪表光学式物位测量仪表 12/29/202256计算机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置磁性液位控制器磁性液位控制器利用磁

38、性浮子随液位变化升或降，使检测管内的干簧管开关动作，送出接点信号。结构简单，易于安装维修。应用广泛，价格低廉。12/29/202257计算机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置浮球液位控制器液位浮动开关利用重力与浮力的原理设计。主要包括浮标和微动开关，当液位变化，浮标内的开关通、断。12/29/202258计算机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置浮球液位控制器浮球液位控制器由测量和输出两部分组成，当液位变化时，浮球随之上下移动，从而使磁钢摆动。根据磁性同性相斥原理，使触点接

39、通或断开12/29/202259计算机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置顶装式磁翻柱液位计液位计根据浮力原理和磁性耦合作用研制而成。当液位上升时,翻柱由白色转为红、白界位处为容器内介质液位的实际高度，从而实现液位的指示。12/29/202260计算机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置差压式液位变送器利用差压或压力变利用差压或压力变送器可以很方便的送器可以很方便的测量液位，且能输测量液位，且能输出标准的电流或气出标准的电流或气压信号。压信号。差压式液位变送器差压式液位变送器

40、是利用容器内的液是利用容器内的液位改变时，由液柱位改变时，由液柱产生的静压也相应产生的静压也相应变化的原理而工作变化的原理而工作的的 p12/29/202261计算机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置电容式物位传感器在电容器的极板之在电容器的极板之间，充以不同介质间，充以不同介质时，介电系数不同，时，介电系数不同，电容量的大小也有电容量的大小也有所不同所不同可通过测量电容量可通过测量电容量的变化来检测液位、的变化来检测液位、料位和两种不同液料位和两种不同液体的分界面体的分界面电容量大小与液位电容量大小与液位高度高度H成正比成正比12

41、/29/202262计算机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置9.1.6 其它检测仪表和装置其它检测仪表和装置接近开关、光电开关接近开关、光电开关测速发电机测速发电机光电编码器光电编码器测厚仪表测厚仪表12/29/202263计算机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置行程开关、接近开关行程开关、接近行程开关、接近开关主要将机械开关主要将机械位移变为电信号，位移变为电信号，以实现对系统的以实现对系统的控制，广泛的应控制，广泛的应用在机电一体化用在机电一体化的设备上，作为的设备上

42、，作为电路自动切换、电路自动切换、限位保护、行程限位保护、行程控制等应用控制等应用 行程开关接近开关12/29/202264计算机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置光电开关光电开关也是一种常用的开关型检测元件。光电开关也是一种常用的开关型检测元件。它有投光器、受光器和电源组成，投光器它有投光器、受光器和电源组成，投光器常用发光二极管，受光器常用光敏二极管常用发光二极管，受光器常用光敏二极管或光敏三极管或光敏三极管工作原理工作原理：使投光器和受光器相对，当被：使投光器和受光器相对，当被测物体挡住从投光器发射出的光线时，受测物体挡住从投

43、光器发射出的光线时，受光器就输出相应的控制信号。光电开关按光器就输出相应的控制信号。光电开关按检测方式可分为反射式、对射式两种类型检测方式可分为反射式、对射式两种类型 12/29/202265计算机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置图.光电开关12/29/202266计算机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置测速发电机tachogenerator输出电动势与转速成比例的微特电输出电动势与转速成比例的微特电机。测速发电机的绕组和磁路经精机。测速发电机的绕组和磁路经精确设计，其

44、输出电动势确设计，其输出电动势E E和转速和转速n n成成线性关系，即线性关系，即E Eknkn，其中，其中k k是常数。是常数。改变旋转方向时输出电动势的极性改变旋转方向时输出电动势的极性即相应改变。当被测机构与测速发即相应改变。当被测机构与测速发电机同轴联接时，只要检测出输出电机同轴联接时，只要检测出输出电动势，即能获得被测机构的转速，电动势，即能获得被测机构的转速，故又称速度传感器。故又称速度传感器。12/29/202267计算机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置测速发电机测速发电机是一种专门用来测量测速发电机是一种专门用来测

45、量转速转速的微型电机，的微型电机，其本质是一种微型发电机。有直流和交流两种其本质是一种微型发电机。有直流和交流两种 测速发电机广泛应用于各种速度或位置控制系统。测速发电机广泛应用于各种速度或位置控制系统。在自动控制系统中作为检测速度元件，以调节电在自动控制系统中作为检测速度元件，以调节电动机转速或通过反馈来提高系统稳定性和精度动机转速或通过反馈来提高系统稳定性和精度由于直流测速发电机有电刷、换向器等接触装置，由于直流测速发电机有电刷、换向器等接触装置，使它的可靠性变差，精度也受到影响。交流测速使它的可靠性变差，精度也受到影响。交流测速发电机的发电机的输出频率输出频率与与转速转速严格对应，输出信

46、号可严格对应，输出信号可经放大整形变换电路转换成标准的电压或电流信经放大整形变换电路转换成标准的电压或电流信号号 12/29/202268计算机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置光电编码器光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。光电编码器是由光位移量转换成脉冲或数字量的传感器。光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。光栅盘是在一定直径的圆板上栅盘和光电检测装置组成。光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。由于光电码盘与电动机同轴

47、，等分地开通若干个长方形孔。由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，通过等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。的转速。12/29/202269计算机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置光电编码器光电编码器作为一种传感器具有精度高、耗能低、光电编码器作为一种传感器具有精度高、耗能低、非接触

48、无磨损、稳定可靠等优点。非接触无磨损、稳定可靠等优点。尤其是它以尤其是它以数字量输出数字量输出，具有与计算机容易联机的，具有与计算机容易联机的优点。优点。编码器的应用对象，就其所测量的物理量的性质，编码器的应用对象，就其所测量的物理量的性质，它可对运动机械的直线位移、角位移、速度、相位它可对运动机械的直线位移、角位移、速度、相位等进行测量，也可间接地对能变换成这些量的，例等进行测量，也可间接地对能变换成这些量的，例如温度压力、流量等物理量进行测量，并给出相应如温度压力、流量等物理量进行测量，并给出相应的电学量输出。的电学量输出。在自动化系统中，它可作为敏感检测元件组成自动在自动化系统中，它可作

49、为敏感检测元件组成自动检测系统，也可作为检测反馈元件，组成闭环或半检测系统，也可作为检测反馈元件，组成闭环或半闭环的自动控制系统闭环的自动控制系统 12/29/202270计算机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置 编码器分类表12/29/202271计算机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置编码器12/29/202272计算机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置12/29/202273计算机控制技术第第9 9章章

50、计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置9.9过程控制中常用的执行器过程控制中常用的执行器执行器是过程计算机控制系统中的一个重执行器是过程计算机控制系统中的一个重要组成部分。要组成部分。其作用是接收控制器送来的控制信号，改其作用是接收控制器送来的控制信号，改变被控介质的流量，从而将被控变量维持变被控介质的流量，从而将被控变量维持在所要求的数值上或一定的范围内。在所要求的数值上或一定的范围内。12/29/202274计算机控制技术第第9 9章章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置计算机控制系统中的检测设备和执行装置图9.96 常见执行器的构成及控制形式调节器伺服