1、傳感器在現(xiàn)代檢測系統(tǒng)中的應(yīng)用,我們已經(jīng)學過了十幾種傳感器的工作原理和特性參數(shù)，并了解了它們的一些實際應(yīng)用。但是在現(xiàn)代工業(yè)中，往往不是單獨地使用一種傳感器，而是綜合應(yīng)用各種傳感器來組成現(xiàn)場檢測儀表。,傳感器在控制系統(tǒng)中的綜合應(yīng)用舉例,一個現(xiàn)代化火力發(fā)電廠需要多臺計算機聯(lián)網(wǎng)，來快速地測量鍋爐、汽輪機、發(fā)電機上許多重要部位的溫度、壓力、流量、液位、燃燒狀況、轉(zhuǎn)速、振動、位移、應(yīng)力等熱工、機械參數(shù)，還必須測量發(fā)電機的電壓、電流、功率、功率因數(shù)以及各種輔機的運行狀態(tài)，然后進行綜合處理，將各被監(jiān)測的重要參數(shù)進行數(shù)字或模擬顯示，自動調(diào)整運行工況，對某些超限參數(shù)進行聲光報警或采取緊急措施。在上述這個系統(tǒng)中，需

2、要數(shù)百個不同的傳感器將各種機械、熱工量轉(zhuǎn)換成電量，供計算機采樣和運算。,現(xiàn)代化火力發(fā)電廠及其控制系統(tǒng),火力發(fā)電廠控制室,火力發(fā)電廠機組,汽輪機,發(fā)電機,勵磁機,第一節(jié) 現(xiàn)代檢測系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu),一、現(xiàn)代檢測系統(tǒng)可分為三種基本結(jié)構(gòu)體系： 1.智能儀器 2.個人儀器 3.自動測試系統(tǒng),1.智能儀器：將諸如微處理器、存儲器、接口等芯片與傳感器融合在一起，可組成智能儀器。它有專用的小鍵盤、開關(guān)、按鍵及顯示屏等，多使用匯編語言，體積小，專用性強。,智能儀器的芯片及模塊,51系列單片機芯片,2020/7/29,6,51系列單片機數(shù)據(jù)采集模塊,2020/7/29,7,各種智能儀器,最低溫度,最高溫度,手持式頻

3、譜儀和示波器,2.個人儀器,個人儀器又稱個人計算機儀器系統(tǒng)。它是以個人計算機（必須符合工控要求）配以適當?shù)挠布娐放c傳感器組合而成的檢測系統(tǒng)。,組裝個人儀器時，將傳感器信號傳送到相應(yīng)的接口板（或接口盒）中，再將接口板插到工控機總線擴展槽中或?qū)⒔涌诤械腢SB插頭插入計算機相應(yīng)的插座上，編寫相應(yīng)的軟件就可以完成自動檢測功能。,工控機也稱工業(yè)電腦，是專門為工業(yè)現(xiàn)場而設(shè)計的計算機。防振、防潮、防塵能力均較強，它的電源系統(tǒng)有很高的抗電磁場干擾能力，所以適于現(xiàn)場條件較惡劣的場合使用。使用者不必去研制微機電路，而是將精力放在配置合乎要求的硬件接口和軟件開發(fā)上。在硬件方面，目前已有許多廠商生產(chǎn)出可以與各種傳感

4、器配套的接口板；在軟件方面，也有許多成熟的工控軟件出售。,小 知 識,一體化工作站,平板式工作站 （帶觸摸屏）,軍用便攜式工作站,2020/7/29,11,一體化工作站（續(xù)）,工業(yè)計算機（工控機）機箱,工控機的抗電磁干擾能力、防振、防潮、防塵能力均較強，有較多的擴展槽，它的電源系統(tǒng)有較好的抗電磁干擾能力。雖然工控機的價格比個人電腦貴，但可靠性強得多，性能價格比高，適合在工業(yè)現(xiàn)場條件較惡劣的場合使用。,2020/7/29,13,工業(yè)級底板（參考研祥智能科技有限公司資料）,底板上的擴展槽用于 插接各種數(shù)據(jù)采集卡,PCI擴展槽,ISA擴展槽,各種數(shù)據(jù)采集卡,ISA數(shù)據(jù)采集卡,ISA數(shù)據(jù)采集卡的插腳間

5、隔為2.54mm（0.1英寸）,2020/7/29,15,各種數(shù)據(jù) 采集卡（續(xù)）,PCI數(shù)據(jù)采集傳輸卡,2020/7/29,16,其他端子擴展板,34芯排線插座,37芯排線插座,USB 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)卡（盒）,USB數(shù)據(jù)采集電纜,數(shù)據(jù) 接線端子,2020/7/29,18,數(shù)據(jù)采集便攜式工控整機,2020/7/29,19,筆記本電腦數(shù)據(jù)采集整機,信號從USB 端口輸入,筆記本電腦數(shù)據(jù)采集,USB接口盒及信號電纜,利用USB擴展分線器可配接多個接口盒,信號輸入,USB接口卡及USB電纜,2020/7/29,22,嵌入式計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),傳感器信號采集卡可多層疊合，插入到嵌入式計算機的總線接口中，就

6、可以構(gòu)成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。,2020/7/29,23,各種嵌入式計算機數(shù)據(jù)采集卡,自動測試系統(tǒng),自動測試系統(tǒng)是以工控機為核心，以標準接口總線為基礎(chǔ)，以可程控的多臺智能儀器為下位機組合而成的一種現(xiàn)代檢測系統(tǒng)。一個自動測試系統(tǒng)還可以通過各種標準總線成為其它級別更高的自動測試系統(tǒng)的子系統(tǒng)。許多自動測試系統(tǒng)還可以作為服務(wù)器工作站加入到Internet網(wǎng)絡(luò)中，成為網(wǎng)絡(luò)化測試子系統(tǒng)，從而實現(xiàn)遠程監(jiān)測、遠程控制、遠程實時調(diào)試等。,2020/7/29,25,網(wǎng)絡(luò)化儀表示意圖,工業(yè)總線,2020/7/29,26,網(wǎng)絡(luò)化儀表,工業(yè)總線,局域網(wǎng),2020/7/29,27,鋼廠自動化監(jiān)控系統(tǒng)實例,2020/7/29,28

7、,糧食溫濕度測控系統(tǒng)實例,上位機（內(nèi)插CAN通信卡）,溫度分線器,CAN總線,通風機械,測濕探頭,測溫電纜,智能分機,通風控制器,濕度分線器,二、帶計算機的檢測系統(tǒng)的 特點及功能,1.性能價格比高； 2.設(shè)計靈活性高； 3.操作方便； 4.有強大的運算功能； 5.具有記憶功能； 6.有自校準功能； 7.能進行自動故障診斷。,2020/7/29,30,8通道巡回檢測數(shù)據(jù)采集器,8個傳感器信號 輸入端口,三、系統(tǒng)中的幾種重要部件,1.采樣開關(guān) 1)干簧繼電器：干簧繼電器主要由驅(qū)動線圈和干簧管組成，驅(qū)動線圈繞在干簧管外面。當線圈通以額定電流后，干簧管中的兩根常開彈簧片互相吸引而吸合。它的耐壓較高，額

8、定電流較大，導(dǎo)通電阻接近零。耗電較大、速度較慢是干簧繼電器的主要缺點。,干簧管,(2) CMOS模擬采樣開關(guān),模擬采樣開關(guān)切換對象是多路模擬信號。它的控制端處于“有效”狀態(tài)時，內(nèi)部的P溝道MOS管或N溝道MOS管導(dǎo)通，模擬開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)，導(dǎo)通電阻約幾歐至幾百歐（視型號而定）。當控制端處于“無效”狀態(tài)時開關(guān)截止，截止電阻大于108。 其優(yōu)點是集成度高，動作快（小于1s）、耗電省等。缺點是有一定的導(dǎo)通電阻、各通道間有一定的漏電、擊穿電壓低、易損壞等。,2.放大器,從傳感器來的信號有許多是毫伏級的微弱信號，須經(jīng)放大才能進行A/D轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)對放大器的主要要求是：精度高、溫漂小、共模抑制比高、頻帶寬至

9、直流。 目前常用的放大器有以下幾種型式：一種是高精度、低漂移的雙極型放大器；另一種為隔離放大器，它帶有光電隔離或變壓器隔離的低漂移信號放大器，以及一個高隔離的DC/DC電源。,2020/7/29,34,精密隔離放大器舉例,線性誤差：小于0.01%輸入阻抗：1M 隔離度：2500V/50Hz/1min 工作溫度：-10+60,2020/7/29,35,精密隔離放大器舉例（續(xù)）,導(dǎo)軌安裝式,隔離放大器用的隔離電源,典型技術(shù)指標： 封裝： SIP、DIP （符合UL94-V0標準） ； 電壓準確度：1%； 工作溫度：-40+85 ； 效 率：80% Min（滿載)； 隔離電壓：1500VDC ； 8

10、0mVp-p Max ； 輸出紋波/噪聲（20MHz帶寬)； 功率：0.1W2W（可選）,3.A/D轉(zhuǎn)換器（ADC）,放大器放大后的模擬信號必須進行A/D轉(zhuǎn)換才能由計算機進行運算處理。目前采用較多的A/D轉(zhuǎn)換器有兩大類：一類是并行A/D轉(zhuǎn)換器，另一類是串行A/D轉(zhuǎn)換器。 在并行A/D轉(zhuǎn)換器中，又有逐位比較型和雙積分型之分。前者轉(zhuǎn)換速度較快，有8位、12位、16位等規(guī)格。位數(shù)越高，精度也越高，但價格也相應(yīng)提高；后者轉(zhuǎn)換速度較慢（每秒10次左右），常見的有3位半、4位半等規(guī)格。,4. D/A轉(zhuǎn)換器（DAC）與接口電路,計算機運算處理后的數(shù)字信號有時必須轉(zhuǎn)換為模擬信號，才能用于工業(yè)生產(chǎn)的過程控制。它

11、的輸入是計算機送出的數(shù)字量，它的輸出是與數(shù)字量相對應(yīng)的電壓或電流。如果在計算機與D/A之間插入多路光耦合器就能較好地防止工業(yè)控制設(shè)備干擾計算機的工作。如果使用多路采樣保持器，只要使用一只D/A即可進行多路D/A轉(zhuǎn)換。,可編程序控制器中的傳感器接口板,傳感器與PLC的聯(lián)系主要是輸入接口。不同的“I/O模板”與各種不同的傳感器配套： 模擬量輸入模板、開關(guān)量輸入模板、 溫度輸入控制模板等。用戶只須按照說明書選購不同功能的模板即可構(gòu)成完整的自動檢測控制系統(tǒng)。,三菱系列 可編程控制器,第二節(jié) 傳感器在溫度、 壓力測控系統(tǒng)中的應(yīng)用,陶瓷隧道窯溫度、壓力監(jiān)測控制系統(tǒng),該系統(tǒng)涉及熱工參數(shù)的測量，它采用工控機。

12、該系統(tǒng)將巡回數(shù)據(jù)采集電路及控制電路裝在獨立的接口箱中，其中裝有定時器、計數(shù)器、并行輸入輸出接口等，接口箱與主機之間通過并行接口插卡與計算機通信。,2020/7/29,41,隧道窯外形,2020/7/29,42,隧道窯計算機檢測控制系統(tǒng)框圖,2020/7/29,43,第三節(jié)傳感器在流量測量中的應(yīng)用,所謂智能化流量積算儀，就是使用計算機技術(shù)，將一次儀表送來的流量信號對時間作積分，求出流量累積總量的儀器。,智能化流量積算儀原理（以上圖NY-型為例）,智能化流量積算儀采用差壓法測量瞬時流速，因此必須首先測出差壓p。由于溫度和壓力會引起流體的密度的變化，有時還需要進行溫度補償和壓力補償，所以必須測出流體

13、的溫度和壓力。如果使用熱電偶， 還必須測量熱電偶的冷端（室溫） 溫度。,2020/7/29,45,智能化流量積算儀原理（以上圖NY-型為例）,某一次儀表轉(zhuǎn)換的輸出為420mA ，要得到10V輸出電壓到計算機的A/D板，需要采用多大阻值的取樣電阻？,上述四種信號先由標準的一次儀表轉(zhuǎn)換為420mA 的電流信號，經(jīng)信號傳輸線傳送到本積算儀的輸入端，再用取樣電阻（250.）轉(zhuǎn)換成個低內(nèi)阻的15V電壓信號：Up、Up、Ut、Uto。上述四個電壓信號按順序輪流通過采樣繼電器K1K2傳送至模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端，再經(jīng)光耦，由單片機計算出累積流量。,2020/7/29,46,NY-型智能化流量積算儀原理框圖,第