檢測系統(tǒng)的基本組成.

1、檢測技術(shù) 在人類的各項生產(chǎn)活動和科學(xué)實驗中，為了了解和掌握整個過程的進(jìn)展及其最后結(jié)果，經(jīng)常需要對各種基本參數(shù)或物理量進(jìn)行檢查和測量，從而獲得必要的信息，并以之作為分析判斷和決策的依據(jù)。 可以認(rèn)為檢測技術(shù)就是人們?yōu)榱藢Ρ粶y對象所包含的信息進(jìn)行定性的了解和定量的掌握所采取的一系列技術(shù)措施。 隨著人類社會進(jìn)入信息時代，以信息的獲取、轉(zhuǎn)換顯示和處理為主要內(nèi)容的檢測技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為一門完整的技術(shù)學(xué)科，在促進(jìn)生產(chǎn)發(fā)展和科技進(jìn)步的廣闊領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揮著重要作用。1 檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢1.1.不斷提高檢測系統(tǒng)的測量精度、量程范圍、延不斷提高檢測系統(tǒng)的測量精度、量程范圍、延長使用壽命、提高可靠性：長使用壽命、提高可靠

2、性：檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢2.應(yīng)用新技術(shù)和新的物理效應(yīng)，擴(kuò)大檢測領(lǐng)域應(yīng)用新技術(shù)和新的物理效應(yīng)，擴(kuò)大檢測領(lǐng)域檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢3.3.發(fā)展集成化、功能化的傳感器發(fā)展集成化、功能化的傳感器4.4.采用計算機(jī)技術(shù)，使檢測技術(shù)智能化采用計算機(jī)技術(shù)，使檢測技術(shù)智能化5.5.發(fā)展網(wǎng)絡(luò)化傳感器及檢測系統(tǒng)發(fā)展網(wǎng)絡(luò)化傳感器及檢測系統(tǒng) 2.檢測系統(tǒng)的基本組成 檢測系統(tǒng)的組成檢測系統(tǒng)的組成1)1)傳感器傳感器定義：傳感器是檢測系統(tǒng)與被測對象直接發(fā)生聯(lián)系的器件或裝置。作用：感受指定被測參量的變化并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成一個相應(yīng)的便于傳遞的輸出信號。傳感器的分類 按被測參量分類 1)、電工量 2)、熱工量 3)、機(jī)械量 4)、

3、物性和成分量 5)、光學(xué)量 6)、狀態(tài)量 按傳感器轉(zhuǎn)換機(jī)理（工作原理）分類 1)、 電磁轉(zhuǎn)換2)、光電轉(zhuǎn)換 3)、其它能/電轉(zhuǎn)換 按輸出信號分類傳感器的要求 (1) 準(zhǔn)確性 (2) 穩(wěn)定性 (3) 靈敏度 (4) 其他要求2) 2) 信號調(diào)理信號調(diào)理作用：是對傳感器輸出的微弱信號進(jìn)行檢波、轉(zhuǎn)換、濾波、放大等，以方便檢測系統(tǒng)后續(xù)處理或顯示。組成：通常包括濾波、放大、線性化等環(huán)節(jié)。信號調(diào)理電路的一般要求1)能準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換、穩(wěn)定放大、可靠地傳輸信號；2)信噪比高，抗干擾性能要好。3) 3) 數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集作用：對信號調(diào)理后的連續(xù)模擬信號離散化并轉(zhuǎn)換成與模擬信號電壓幅度相對應(yīng)的一系列數(shù)值信息，同時以一定

4、的方式把這些轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)及時傳遞給微處理器或依次自動存儲。 性能指標(biāo) (1)輸入模擬電壓信號范圍，單位:V；(2)轉(zhuǎn)換速度（率），單位:次/秒；(3)分辨率，通常以模擬信號輸入為滿度時的轉(zhuǎn)換值的倒數(shù)來表征；(4)轉(zhuǎn)換誤差，通常指實際轉(zhuǎn)換數(shù)值與理想A/D轉(zhuǎn)換器理論轉(zhuǎn)換值之差。4) 4) 信號處理信號處理作用：信號處理模塊是現(xiàn)代檢測儀表、檢測系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和各種控制的中樞環(huán)節(jié)，其作用與功能和人的大腦相類似。5) 5) 信號顯示信號顯示作用：顯示被測參量的瞬時值、累積值或其隨時間的變化情況；分類：指示式、數(shù)字式和屏幕式。6) 6) 信號輸出信號輸出作用：把測量值及時傳送給控制計算機(jī)、可編程控制器（PL

5、C）或其它執(zhí)行器、打印機(jī)、記錄儀等，從而構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)或?qū)崿F(xiàn)打?。ㄓ涗洠┹敵觥?) 7) 輸入設(shè)備輸入設(shè)備定義：輸入設(shè)備是操作人員和檢測儀表或檢測系統(tǒng)聯(lián)系的另一主要環(huán)節(jié)，用于輸入設(shè)置參數(shù)、下達(dá)有關(guān)命令等。最常用的輸入設(shè)備是各種鍵盤、撥碼盤、條碼閱讀器等。8)8)穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓電源一個檢測儀表或檢測系統(tǒng)往往既有模擬電路部分，又有數(shù)字電路部分，通常需要多組幅值大小要求各異但均需穩(wěn)定的電源。這類電源在檢測系統(tǒng)使用現(xiàn)場一般無法直接提供，通常只能提供交流220 V工頻電源或+24V直流電源。 值得一提的是，以上七個部分不是所有的檢測系統(tǒng)(儀表)都具備的，而且對有些簡單的檢測系統(tǒng)、其各環(huán)節(jié)之間的界線也不是

6、十分清楚，需根據(jù)具體情況進(jìn)行分析。3 模擬信號制及供電方式 信號制模擬氣壓信號： 0.02-0.1MPa直流電流： 420mA模擬直流電壓： 15V電的信號主要有模擬信號、數(shù)字信號、頻率信號和脈寬信號等四大類電模擬信號有直流電流、直流電壓、交流電流和交流電壓四種直流信號與交流信號的比較 在信號傳輸線中，直流不受交流感應(yīng)影響，易于解決儀表的抗干擾問題 直流不受傳輸線路的電感、電容及負(fù)荷性質(zhì)的影響，不存在相位移問題，使接線簡化 直流信號便于模數(shù)轉(zhuǎn)換 直流信號易于獲得基準(zhǔn)電壓直流電流信號 應(yīng)用直流作為統(tǒng)一信號時，如一個發(fā)送儀表輸出電流同時輸送給幾個接收儀表，那么所有這些儀表必須串聯(lián)連接。同時發(fā)送儀表

7、的輸出電阻要足夠大，而接收儀表如調(diào)節(jié)器等的輸入電阻應(yīng)很小。 Why？ 串聯(lián)制的缺點 一臺儀表損壞或增減將影響其他儀表 儀表的輸出端處于高電位工作，儀表可靠性差 檢查各臺表的電路電位困難直流電壓信號 應(yīng)用電壓信號作為聯(lián)絡(luò)信號時，如一個發(fā)送儀表的輸出電壓要同時輸送給幾個接收儀表，則幾臺接收儀表應(yīng)并聯(lián)連接。要求儀表內(nèi)阻及導(dǎo)線電阻足夠小。因此電壓信號不適于作遠(yuǎn)距離傳輸。并聯(lián)制優(yōu)點 安裝簡單 增加或取消儀表不影響其它儀表 耐壓要求低，可靠性高信號上下限大小的比較 電流信號上限大：降低對集成運算放大器失調(diào)參數(shù)的要求，有利于生產(chǎn)和降低成本。但是增加了功率損失，儀表體積，不利于提高防爆性能 信號下限：從零開始

8、；活零點（判斷斷線與是否工作，半導(dǎo)體在好的工組段；兩線制）變送器信號傳輸方式變送器信號傳輸方式供電方式 交流供電 缺點： 直流集中供電 好處：典型的儀表系統(tǒng)基地式系統(tǒng)基地式儀表基地式儀表第0代常規(guī)儀表控制系統(tǒng)單元組合儀表：單元組合儀表：調(diào)、變、執(zhí)、算調(diào)、變、執(zhí)、算(DDZ-II、III、QDZ)第第1代代 DDC控制變、執(zhí)變、執(zhí)(DDZ-II、III) 集中型計算機(jī)控制系統(tǒng)變、執(zhí)變、執(zhí)(DDZ-II、III) 第2代DCSOS：小型機(jī)、：小型機(jī)、IPCCS：IPC、PLC、智能調(diào)節(jié)器智能調(diào)節(jié)器現(xiàn)場儀表：現(xiàn)場儀表：DDZ-III為主為主 第3代*分布式IO DCS現(xiàn)場信號根據(jù)傳輸距離或功能現(xiàn)場信

9、號根據(jù)傳輸距離或功能不同連接到現(xiàn)場不同連接到現(xiàn)場I/O設(shè)備上，各設(shè)備上，各現(xiàn)場現(xiàn)場I/O設(shè)備與控制站間通過網(wǎng)設(shè)備與控制站間通過網(wǎng)絡(luò)（現(xiàn)場總線）連接。絡(luò)（現(xiàn)場總線）連接?，F(xiàn)場儀表：現(xiàn)場儀表：DDZ-III、總線儀表總線儀表 過渡型過渡型*FCS將全廠最基礎(chǔ)的現(xiàn)場將全廠最基礎(chǔ)的現(xiàn)場級儀表和裝置均通過級儀表和裝置均通過現(xiàn)場總線連接起來，現(xiàn)場總線連接起來，實現(xiàn)全數(shù)字化通訊。實現(xiàn)全數(shù)字化通訊?，F(xiàn)場儀表：總線儀表現(xiàn)場儀表：總線儀表 第第4代代*全數(shù)字控制儀表間的通信方式 數(shù)字通信較模擬通信的優(yōu)點：1）全數(shù)字控制儀表間的通信方式 現(xiàn)場總線 全數(shù)字控制儀表間的通信方式OSI模型模型： 物理層物理層 鏈路層鏈路

10、層 網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層 傳輸層傳輸層 會話層會話層 表示層表示層 應(yīng)用層應(yīng)用層現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線： 通信過程通信過程 1. 需要信息交換時，命令或數(shù)據(jù)按應(yīng)用層規(guī)定需要信息交換時，命令或數(shù)據(jù)按應(yīng)用層規(guī)定 產(chǎn)生產(chǎn)生 2. 按數(shù)據(jù)鏈路層的規(guī)定進(jìn)行包裝按數(shù)據(jù)鏈路層的規(guī)定進(jìn)行包裝 3. 包裝后的信息在物理層進(jìn)行再加工后轉(zhuǎn)換成包裝后的信息在物理層進(jìn)行再加工后轉(zhuǎn)換成 符號標(biāo)準(zhǔn)的電信號符號標(biāo)準(zhǔn)的電信號 4. 接收信息的儀表進(jìn)行相反的開包，去掉物理接收信息的儀表進(jìn)行相反的開包，去掉物理 層所加信息，得到命令和數(shù)據(jù)，不同層按規(guī)層所加信息，得到命令和數(shù)據(jù)，不同層按規(guī) 定協(xié)議進(jìn)行，所以能相互理解定協(xié)議進(jìn)行，所以能相互理解現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）與DCS傳統(tǒng)的傳統(tǒng)的 4-20 mA 連線連線每臺設(shè)備需要一個安全柵每臺設(shè)備需要一個安全柵和一對連線和一對連線現(xiàn)場總線連線現(xiàn)場總線連線多臺設(shè)備共用一個安全柵多臺設(shè)備共用一個安全柵和一根總線和一根總線控制器控制器控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線4-20 mA輸入輸入/輸出輸出子系統(tǒng)子系統(tǒng)I.S.I.S.I.S.I.S.控制器控制器現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）與DCS傳統(tǒng)型傳統(tǒng)型現(xiàn)場總線型現(xiàn)場總線型有些控制和有些控制和 I/O 功能可以轉(zhuǎn)功能可以轉(zhuǎn)移到現(xiàn)場儀表移到現(xiàn)場儀表。控制器控制器控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線4-20 mA輸入輸入/輸出輸出子系統(tǒng)子系