第5章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中常用的設(shè)備

1、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)1第5章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中常用的設(shè)備計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中常用的設(shè)備在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，為了正確的指導(dǎo)生產(chǎn)操作、保證生產(chǎn)安全、保證產(chǎn)品質(zhì)量和實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化，一項(xiàng)必不可少的工作是準(zhǔn)確而及時(shí)的檢測出生產(chǎn)過程中的各個(gè)有關(guān)參數(shù)，例如壓力、流量、物位、溫度、機(jī)械量及成分等。用于將這些參數(shù)轉(zhuǎn)換為一定的便于傳送的信號（例如電信號或氣壓信號）的儀表通常稱為傳感器。當(dāng)傳感器的輸出為單元組合儀表中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)信號時(shí)，通常稱為變送器。無論是模擬式儀表

2、構(gòu)成的系統(tǒng)，還是由計(jì)算機(jī)控制裝置構(gòu)成的系統(tǒng)，傳感器和變送器都是不可缺少的環(huán)節(jié)。執(zhí)行器在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的作用是接受來自計(jì)算機(jī)的控制信號，由執(zhí)行機(jī)構(gòu)將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或直線位移，去操縱調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)（調(diào)節(jié)閥），改變控制量，使被控變量符合預(yù)期的工藝要求，因此，執(zhí)行器也是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的一個(gè)重要的部分。5.15.1傳感器和變送器傳感器和變送器傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。

3、其中敏感元件是指傳感器中能直接感受被測量的部分，轉(zhuǎn)換援建指傳感器中能將敏感元件輸出轉(zhuǎn)換為適于傳輸和測量的電信號部分。傳感器的輸出信號有多種形式，如電壓、電流、頻率、脈沖等，輸出信號的形式由傳感器的原理確定。變送器在控制系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用，它將工藝變量（如溫度、壓力、流量、液位、成份等）和電、氣信號（如電流、典壓、頻率、氣壓信號等）轉(zhuǎn)換成該系統(tǒng)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號。因此，變送器的性能、精度等對控制系統(tǒng)影響重大。本節(jié)將主要介紹有關(guān)壓力、溫度

4、、流量、物位、成份等參數(shù)的檢測方法、檢測儀表及相應(yīng)的傳感器或變送器。5.1.15.1.1信號傳輸及供電的四線制與兩線制信號傳輸及供電的四線制與兩線制變送器是現(xiàn)場儀表，在傳統(tǒng)的DDZ控制系統(tǒng)以及DCS控制系統(tǒng)中，電源及大多計(jì)算、調(diào)節(jié)、控制和顯示儀表都安裝在距現(xiàn)場有一段距離的控制室，要將變送器采集的現(xiàn)場信號送入控制室，必須對變送器考慮信號傳輸及供電的問題。對此目前廣泛采用的是四線制和兩線制方式。四線制指儀表的信號傳輸與供電用四根導(dǎo)線，其中兩

5、根作為電源線，另兩根作為信號線。兩線制指儀表的信號傳輸與供電共用兩根導(dǎo)線，即這兩根導(dǎo)線既從控制室向變送器傳送電源，變送器又通過這兩根導(dǎo)線向控制室傳送現(xiàn)場檢測到的信號。兩線制變送器的應(yīng)用已十分流行，它與非兩線制儀表相比，節(jié)省了導(dǎo)線，有利于抗干擾及防爆?；贖ART協(xié)議的儀表仍采用兩線制，它在兩根導(dǎo)線上增加第三項(xiàng)功能：傳輸計(jì)算機(jī)易于接收的數(shù)字控制信號。5.1.25.1.2壓力壓力、壓差測量、壓差測量工業(yè)生產(chǎn)中許多生產(chǎn)工藝過程經(jīng)常要求在一定的

6、壓力或一定的壓力變化范圍內(nèi)進(jìn)行，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)3（5.2）pKdpkdCCCCHLHL????????式中，ε為電容的介電常數(shù)，A為極板面積，d為極板間距。由（5.2）可知，只要由電路獲得這個(gè)差動電容變化的比值，即可測出壓力差。該比值即為電容式壓力變送器的中間變量。隨著集成電路的廣泛應(yīng)用，其性能不斷提高，成本大幅度降低，使得微處理器在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用十分普遍。智能型壓力或差壓變送器就是在普通壓力或差壓傳感器的基礎(chǔ)上增加微處理器電路而形成

7、的智能檢測儀表。例如，用帶有溫度補(bǔ)償?shù)碾娙輦鞲衅髋c微處理器相結(jié)合，構(gòu)成精度為0.1級的壓力或差壓變送器，其量程范圍為100:1，時(shí)間常數(shù)在0—36s間可調(diào)，通過手持通訊器，可對1500m之間的現(xiàn)場變送器進(jìn)行工作參數(shù)的設(shè)定、量程調(diào)整以及向變送器加入信息數(shù)據(jù)。智能型變送器的特點(diǎn)是可進(jìn)行遠(yuǎn)程通信。利用手持通信器，可對現(xiàn)場變送器進(jìn)行各種運(yùn)行參數(shù)的選擇和標(biāo)定；其精確度高，使用與維護(hù)方便。通過編制各種程序，使變送器具有自修正、自補(bǔ)償、自診斷及錯誤方

8、式報(bào)警等多種功能，因而提高了變送器的精確度，簡化了調(diào)整、校準(zhǔn)與維護(hù)過程，促使變送器與計(jì)算機(jī)、控制系統(tǒng)直接對話。5.1.35.1.3溫度檢測及變送器溫度檢測及變送器溫度是各種工藝生產(chǎn)過程和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中非常普遍、非常重要的熱工參數(shù)之一。許多產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量、能量和過程控制等都直接與溫度參數(shù)有關(guān)，因此實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的溫度測量具有十分重要的意義。1.測溫方法分類測溫方法分類根據(jù)測量方法，可將溫度測量劃分為接觸式測溫和非接觸式測溫兩大類。接觸式測溫。接觸

9、式測溫是基于物體的熱交換原理設(shè)計(jì)而成的。其優(yōu)點(diǎn)是：較直觀、可靠；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對簡單；測量準(zhǔn)確高。其缺點(diǎn)是：測溫時(shí)有較大的滯后（因?yàn)橐M(jìn)行充分的熱交換），在接觸過程中易破壞被測對象的溫度場分布，從而造成測量誤差；不能測量移動的或太小的物體；測溫上限受到溫度計(jì)材質(zhì)的限制，故所測溫度不能太高。接觸式測溫儀表主要有：基于物體受熱膨脹原理制成的膨脹式溫度監(jiān)測儀表；基于密閉容積內(nèi)工作介質(zhì)隨溫度升高而壓力升高的性質(zhì)制成的壓力式溫度檢測儀表；基于導(dǎo)體或半

10、導(dǎo)體電阻值隨溫度變化的熱電阻溫度檢測儀表；基于熱電效應(yīng)的熱電偶溫度檢測儀表。非接觸式測溫。非接觸式測溫是基于物體的熱輻射特性與溫度之間的對應(yīng)關(guān)系設(shè)計(jì)而成的。其優(yōu)點(diǎn)是：測溫范圍廣（理論上沒有上限限制）；測溫過程中不破壞被測對象的溫度場分布；能測運(yùn)動的物體；測溫響應(yīng)速度快。缺點(diǎn)是：所測溫度受物體發(fā)射率、中間介質(zhì)和測量距離等的影響。目前應(yīng)用較廣的非接觸式測溫儀表有：輻射溫度計(jì)、光學(xué)高溫計(jì)、光電高溫計(jì)、比色溫度計(jì)等。其它測溫技術(shù)，如光纖測溫技術(shù)