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1、第第2 2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2章 计算机控制系统中的 检测设备和执行机构Date1计算机控制技术第第2 2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2章计算机控制系统中的 检测设备和执行机构 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Date2计算机控制技术第第2 2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 2.1 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、
2、电流、 频率、脉冲等，输出信号的形式由传感器的 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、典压、频率 、气压信号等)转换成该系统统一的标准信号 。因此，变送器的性能、精度等指标对控制 系统影响重大。 Date3计算机控制技术第第2 2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2.1 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Date4计算机控制技术第第2 2章章计算机控制系统中的检测
3、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2.1.1 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。 Date5计算机控制技术第第2 2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Date6计算机控制技术第第2 2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 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，
4、即在一 条通讯电缆中同时传输420mA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。Date7计算机控制技术第第2 2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 420mADC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
5、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。Date8计算机控制技术第第2 2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2.1.2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Date9计算机控制技术第第2 2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 ： 依据流体静力学原理，把被测压力转换成液柱高 度来实现测量的。 U型管
6、压力计、单管压力计、补偿微压计等。 结构简单、使用方便，但其精度受工作液的毛细 管作用、密度及视差等因素的影响。 一般用于测量较低压力、真空度或压力差。 Date10计算机控制技术第第2 2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 弹性式压力检测 ： 根据弹性元件受力变形原理，将被测压力 转换成位移来实现压力测量。 主要有弹簧管、膜片和波纹管等 负荷式压力检测 ： 利用静压平衡原理进行压力测量。 典型仪表：活塞式、浮球式和钟罩式。 普遍用作标准仪器对压力仪表进行标定。Date11计算机控制技术第第2 2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
7、的检测设备和执行装置 电气式压力检测 ： 利用敏感元件将被测压力转换成各种电量 ，如电阻、电感、电容、电位差等。 具有较好的动态响应，特性量程范围大， 线形好，便于进行压力的自动控制。 其它压力检测方法 ： 弹振式压力计、压磁式压力计。Date12计算机控制技术第第2 2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 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 Date13计算机控制技术第第2 2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Date14计算机控制技术第
8、第2 2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 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420mA输出电 流。 Date15计算机控制技术第第2 2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Date16计算机控制技术第第2 2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Date17计算机控制技术第第2 2章章计算机控制系
9、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2.1.3 温度检测和变送 测温方法分类 热电偶 热电阻 模拟式温度变送器 智能式温度变送器Date18计算机控制技术第第2 2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 测温方法分类 接触式测量 基于物体的热交换原理设计而成。 优点：较直观、可靠，系统结构相对简单， 测量准确度高。 缺点：测温有较大滞后，在接触过程中易破 坏被测对象的温度场分布，从而造成测量误 差，不能测量移动或太小的物体。测温上限 受到温度计材料的限制，故所测温度不能太 高。Date19计算机控制技术第第2 2章章计算机控制系统中
10、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 测温方法分类接触式测量主要仪表： 基于物体受热膨胀原理制成的膨胀式温 度检测仪表； 基于密闭容器内工作介质随温度升高而 压力升高的性质制成的压力式温度检测 仪表； 基于导体或半导体电阻随温度变化而变 化的热电阻温度检测仪表 基于热电效应的热电偶温度检测仪表。Date20计算机控制技术第第2 2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 测温方法分类 非接触测量 基于物体的热辐射特性与温度之间的对应关系 而设计的。 优点:测温范围广，测温过程中不破坏被测对象 的温度场分布；能测量运动物体；测温响应速 度快
11、。 缺点：所测温度受物体发射率、中间介质和测 温距离的影响。 主要仪表：辐射温度计、光学高温计、光电高 温计、比色温度计等。 其他测量技术：光纤测温技术、集成温度传感器 测温技术等Date21计算机控制技术第第2 2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 体的热电效应来测温的 工业上常用的(已标准化)热电偶有 ：铂铑30-铂铑6热电偶(分度号为 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 度号为K)等。Date22计算机控制技术第第2 2章章计算机控制系统中的检测设备和执行装置
12、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 的电阻值随温度变化的性质来测量 温度的 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。 Date23计算机控制技术第第2 2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温度变送器图 . 智能温度变送器TT302构成框图Date24计算机控制技术第第2 2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DDZ-型为例，它可以和热电阻或
13、 热电偶配合使用，将温度信号转换成统 一标准信号； 它也可以作为直流毫伏转换器来使用， 也将其它能够转换成直流毫伏信号的工 艺变量也变成统一的标准信号 Date25计算机控制技术第第2 2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图 . 模拟式温度变送器原理框图Date26计算机控制技术第第2 2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Date27计算机控制技术第第2 2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2.1.4 流量检测及变送流量检测原理有很多，有许多分类方法：
14、按测量的单位分：质量流量计与体积流 量计； 按测量流体运动的原理分：容积式、速 度式、动量式和质量流量式； 按测量方法分：直接测量式和间接测量 式。Date28计算机控制技术第第2 2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， 是利用有规则的漩涡剥离现象来测量 流体流量的仪表。 Date29计算机控制技术第第2 2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 。 由于它测量的准确度不受被测液
15、体的粘度、密度 、温度以及电导率(在允许最低限以上)变化的影响 ，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。 适当选用测量管中绝缘内衬和测量电极的材料， 就可以测量各种腐蚀性(酸、碱、盐)溶液的流量， 尤其是在测量含有固体颗粒的溶液如泥浆、纸浆 、矿浆或纤维液体的流量时，更显示出其优越性 。Date30计算机控制技术第第2 2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 电磁流量计用于测量导电液体的体 积流量，也适用于含或不含悬浮颗 粒物的液体，或淤泥、浆料等粘稠 的介质。 质量流量计、超声波流量计、孔板 流量计Date31计算机控制技术第
16、第2 2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系列电磁流量计Date32计算机控制技术第第2 2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2.1.5 物位检测及变送 物位仪表的分类 差压式液位变送器 电容式物位传感器Date33计算机控制技术第第2 2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类 直读式物位测量仪表 浮力式物位测量仪表 静压式物位测量仪表 电磁式物位测量仪表 核辐射式物位仪表 声波式物位测量仪表 光学式物位测量仪表 Date34计算机控制技术第第2 2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
