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计算机控制技术 第8章 典型计算机控制系统简介 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 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、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。 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 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。 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，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。 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。 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 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。 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。 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。 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 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。 智能式压力变送器 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 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。 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。 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。 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 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)