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文檔簡介
傳感器在現(xiàn)代
檢測系統(tǒng)中的應(yīng)用我們已經(jīng)學(xué)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(shí)際應(yīng)用。但是在現(xiàn)代工業(yè)中,往往不是單獨(dú)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。2/6/20231傳感器在控制系統(tǒng)中的綜合應(yīng)用舉例一個(gè)現(xiàn)代化火力發(fā)電廠需要多臺(tái)計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng),來快速地測量鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)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(dòng)、位移、應(yīng)力等熱工、機(jī)械參數(shù),還必須測量發(fā)電機(jī)的電壓、電流、功率、功率因數(shù)以及各種輔機(jī)的運(yùn)行狀態(tài),然后進(jìn)行綜合處理,將各被監(jiān)測的重要參數(shù)進(jìn)行數(shù)字或模擬顯示,自動(dòng)調(diào)整運(yùn)行工況,對某些超限參數(shù)進(jìn)行聲光報(bào)警或采取緊急措施。在上述這個(gè)系統(tǒng)中,需要數(shù)百個(gè)不同的傳感器將各種機(jī)械、熱工量轉(zhuǎn)換成電量,供計(jì)算機(jī)采樣和運(yùn)算。
2/6/20232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(jī)組汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁機(jī)2/6/20233智能儀器的芯片及模塊
51系列單片機(jī)芯片2/6/2023551系列單片機(jī)數(shù)據(jù)采集模塊
2/6/20236各種智能儀器
最低溫度最高溫度手持式頻譜儀和示波器2/6/20237工控機(jī)也稱工業(yè)電腦,是專門為工業(yè)現(xiàn)場而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)。防振、防潮、防塵能力均較強(qiáng),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(jī)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(shí)2/6/20239一體化工作站
平板式工作站(帶觸摸屏)軍用便攜式工作站2/6/202310一體化工作站(續(xù))
2/6/202311工業(yè)級(jí)底板(參考研祥智能科技有限公司資料)底板上的擴(kuò)展槽用于插接各種數(shù)據(jù)采集卡PCI擴(kuò)展槽ISA擴(kuò)展槽2/6/202313各種數(shù)據(jù)采集卡ISA數(shù)據(jù)采集卡ISA數(shù)據(jù)采集卡的插腳間隔為2.54mm(0.1英寸)2/6/202314各種數(shù)據(jù)采集卡(續(xù))PCI數(shù)據(jù)采集傳輸卡2/6/202315USB
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2/6/202317數(shù)據(jù)采集便攜式工控整機(jī)
2/6/202318筆記本電腦數(shù)據(jù)采集整機(jī)
信號(hào)從USB端口輸入2/6/202319USB接口卡及USB電纜2/6/202321嵌入式計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)傳感器信號(hào)采集卡可多層疊合,插入到嵌入式計(jì)算機(jī)的總線接口中,就可以構(gòu)成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。2/6/202322各種嵌入式計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集卡2/6/202323網(wǎng)絡(luò)化儀表示意圖工業(yè)總線
2/6/202325網(wǎng)絡(luò)化儀表工業(yè)總線
局域網(wǎng)2/6/202326
鋼廠自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)例2/6/202327二、帶計(jì)算機(jī)的檢測系統(tǒng)的特點(diǎn)及功能1.性能價(jià)格比高;2.設(shè)計(jì)靈活性高;3.操作方便;4.有強(qiáng)大的運(yùn)算功能;5.具有記憶功能;6.有自校準(zhǔn)功能;7.能進(jìn)行自動(dòng)故障診斷。2/6/2023298通道巡回檢測數(shù)據(jù)采集器8個(gè)傳感器信號(hào)輸入端口2/6/202330三、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(dòng)線圈和干簧管組成,驅(qū)動(dòng)線圈繞在干簧管外面。當(dāng)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(diǎn)。
干簧管2/6/202331(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(hào)。它的控制端處于“有效”狀態(tài)時(shí),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(hào)而定)。當(dāng)控制端處于“無效”狀態(tài)時(shí)開關(guān)截止,截止電阻大于108Ω。其優(yōu)點(diǎn)是集成度高,動(dòng)作快(小于1s)、耗電省等。缺點(diǎn)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。
2/6/2023322.放大器從傳感器來的信號(hào)有許多是毫伏級(jí)的微弱信號(hào),須經(jīng)放大才能進(jìn)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(hào)放大器,以及一個(gè)高隔離的DC/DC電源。2/6/202333精密隔離放大器舉例
線性誤差:小于0.01%
輸入阻抗:1MΩ
隔離度:2500V/50Hz/1min
工作溫度:-10℃~+60℃2/6/202334精密隔離放大器舉例(續(xù))
導(dǎo)軌安裝式2/6/202335隔離放大器用的隔離電源
典型技術(shù)指標(biāo):封裝:SIP、DIP(符合UL94-V0標(biāo)準(zhǔn));電壓準(zhǔn)確度:±1%;工作溫度:-40~+85℃;效率:80%Min(滿載);隔離電壓:1500VDC;80mVp-pMax;輸出紋波/噪聲(20MHz帶寬);功率:0.1W~2W(可選)2/6/2023363.A/D轉(zhuǎn)換器(ADC)
放大器放大后的模擬信號(hào)必須進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換才能由計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)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(jià)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。
2/6/2023374.D/A轉(zhuǎn)換器(DAC)與接口電路
計(jì)算機(jī)運(yùn)算處理后的數(shù)字信號(hào)有時(shí)必須轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào),才能用于工業(yè)生產(chǎn)的過程控制。它的輸入是計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)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(jìn)行多路D/A轉(zhuǎn)換。
2/6/202338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(dòng)檢測控制系統(tǒng)。
三菱系列可編程控制器2/6/202339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(jī)。該系統(tǒng)將巡回?cái)?shù)據(jù)采集電路及控制電路裝在獨(dú)立的接口箱中,其中裝有定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、并行輸入/輸出接口等,接口箱與主機(jī)之間通過并行接口插卡與計(jì)算機(jī)通信。
2/6/202340隧道窯外形2/6/202341隧道窯計(jì)算機(jī)檢測控制系統(tǒng)框圖
2/6/202342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(jì)算機(jī)技術(shù),將一次儀表送來的流量信號(hào)對時(shí)間作積分,求出流量累積總量的儀器。
2/6/202343智能化流量積算儀原理(以上圖NY-Ⅰ型為例)
智能化流量積算儀采用差壓法測量瞬時(shí)流速,因此必須首先測出差壓⊿p。由于溫度和壓力會(huì)引起流體的密度的變化,有時(shí)還需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償和壓力補(bǔ)償,所以必須測出流體的溫度和壓力。如果使用熱電偶,還必須測量熱電偶的冷端(室溫)溫度。
2/6/202344智能化流量積算儀原理(以上圖NY-Ⅰ型為例)某一次儀表轉(zhuǎn)換的輸出為4~20mA,要得到10V輸出電壓到計(jì)算機(jī)的A/D板,需要采用多大阻值的取樣電阻?上述四種信號(hào)先由標(biāo)準(zhǔn)的一次儀表轉(zhuǎn)換為4~20mA的電流信號(hào),經(jīng)信號(hào)傳輸線傳送到本積算儀的輸入端,再用取樣電阻(250.0Ω)轉(zhuǎn)換成4個(gè)低內(nèi)阻的1~5V電壓信號(hào):U⊿p、Up、Ut、Uto。上述四個(gè)電壓信號(hào)按順序輪流通過采樣繼電器K1~K2傳送至模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端,再經(jīng)光耦,由單片機(jī)計(jì)算出累積流量。2/6/202345NY-Ⅰ型智能化流量積算儀原理框圖2/6/202346第四節(jié)傳感器在現(xiàn)代家電中的應(yīng)用所謂模糊控制系統(tǒng)是模擬人智能的一種控制系統(tǒng)。它將人的經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)和判斷力作為控制規(guī)則,根據(jù)諸多復(fù)
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