第4章现代控制系统集成基础.ppt

第4章  现代测控系统集成基础 4.1 现代测控系统的基本结构： 当系统较小，最好选用CPU中带有程序、数据存储器，甚至带有A/D和D/A的芯片以简化硬件系统设计。 发展方向：核心控制电路趋向于嵌入式系统，如ARM内核、DSP，操作系统采用Wince或Linix或 c/os。以CPLD、EPLD或FPGA完成外围高速处理或直接设计基于FPGA的专用SOC（嵌入式片上系统）核心控制电路。 PCI总线图4-2 应用扩展型测量仪器结构框图 4.2 传感器概述 4.2.1 传感器的定义 国标定义：能感受规定的被测量并按一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。其基本内涵是： 特定传感器感应（输入）规定的物理量（电量或非电量）。 传感器的输出信号（测量结果），（远距离）传送规范信号以便后续环节接收和信号处理。常见信号：电信号、光信号、气动信号等。 传感器的输入、输出关系遵循一定规律，且这种规律是可复现的。 总之，传感器处于测量系统或现场总线测控节点的最前端。 4.2.2 传感器的组成 4.2.3 传感器的分类： 按被测量的性质分类 机械量 位移、力、速度、加速度、重量等； 热工量 温度、压力、流量、液位、物位、流速 等； 化学量 浓度、粘度、湿度、气体的组分、液体 的组分等； 光学量 光强、光通量、辐射能量等； 生物量 血糖、血压、酶等； 电学量 电压、电流、功率（能量）、R、L、C等。 按输出量的性质分类 电参数型传感器：输出量为电参量，如电阻式、电 感式和电容式 电量型传感器：输出量为电量，如热电式、压电式 、磁电式等。 按能量关系分类 能量转换型 如热电偶、光电池等。 能量控制型 如R、L、C电参数型传感器。 4.3 变送器 图4-3中，虚线框处有时也叫变送器。 变送器可以和传感器组合在一起构成测控节点 变送器必须送出标准信号、总线制传送。 电信号：4-20mA、1-5V 气压：20-1000KPa 或 2-1.0kg/cm2 总线： LonWork、Hart、CAN等协议 4.4 热电温度与电阻压力传感器1 温度传感器(1) 热电阻型温度传感器 1) 金属热电阻(简称热电阻) ： ——铂电阻、铜电阻 2) 半导体热电阻（热敏电阻） (2) 热电偶型温度传感器 2 压力传感器 (1)应变式电阻压力传感器 (2)压阻式电阻压力传感器 4.4.1 温度传感器 常用的温度传感器： 热电阻型温度传感器、 热电偶型温度传感器。 4.4.1.1 热电阻型温度传感器 工作原理：利用金属导体或半导体的电阻值随温度变化的特性，制成测量温度的传感器。 1、 金属热电阻 2、 热敏电阻 3、热电阻温度传感器常用调理电路 1 金属热电阻 ：纯金属铂、铜热电阻。 （1）金属热电阻的R-t关系 ①铂电阻 稳定性好，公认的标准电阻 0～850℃ Rt = R0 (1 + At + Bt2) -200～0℃ Rt = R0 [1 + At + Bt2 + C (t－100) t3] A，B，C —— 常数 ②铜电阻 在(-50～150)℃中 稳定性、线性度好，价格低廉 Rt = R0 (1+ At + Bt2 + Ct3) A，B，C —— 常数 (2) 灵敏度 （温度系数） 求微分，得at≈A。 铂电阻at ≈3.9×10-3/℃， 铜电阻at ≈4.3×10-3/℃ (3) 主要技术指标 分度号 测量范围及测量精度 从下表可见铂电阻明显优于铜电阻 允通电流： 通过热电阻中的工作电流应小于5mA，以避免自热效应产生影响。 时间常数： 有四个级别： I级 ：(90～180)s II级：(30～90)s III级：(10～30)s