自动化概论之传感器.ppt

1 自动化与传感器 主讲 刘志成自动化系 2 自动化与传感器 什么是自动化 什么是传感器 自动化与传感器的关系传感器的现状与发展 3 自动化与传感器 工业自动化的概念 工业自动化是化工 炼油 食品 轻工 电力等流程工业生产过程自动化的简称 在生产设备上 配上一些自动化装置 仪表 代替操作人员的部分直接劳动 使生产在不同程度上自动地进行 并达到预定的目标 这种用自动化装置来管理生产过程的办法 称为生产过程自动化 4 自动化与传感器 随着现代科学技术的蓬勃发展 炼油 化工 冶金 电力 生物 制药等工业过程的生产规模越来越大型化 复杂化 各种类型的自动控制技术已经成了现代工业生产实现安全 高效 优质 低耗的基本条件和重要保证 5 自动化与传感器 6 自动化与传感器 7 自动控制系统的基本组成及方块图 1 自动控制系统的基本组成 1 被控对象 生产中要求控制的生产设备 或过程 2 测量元件或变送器 对被控参数进行测量的仪表 3 控制器 把被控参数的测量值与给定值相减得出偏差 并按某种运算规律算出结果 同时将此结果送给调节阀 执行器 4 调节阀 执行器 根据调节器送来的信号的大小 自动改变阀的开启度 调节介质的流量 实现控制的目的 8 自动控制系统的基本组成及方块图 2 自动控制系统的有关名词术语 1 被控对象 受控对象 2 被控变量 受控变量 控制对象内要求以一定的精度保持恒定或随某一参数 给定值 的变化而变化的变量 3 给定值 要求被控参数所保持或遵循的数值 4 偏差 给定值与测量值的差值 5 干扰 影响被控变量 使其偏离给定值的因素 6 操纵变量 影响被控变量 克服干扰使被控变量回到给定值的 调节阀的输出 7 控制作用 控制器的输出 9 4 自动控制系统的工作过程以换热器系统为例 冷物料 热物料 10 5 影响控制系统控制质量的主要因素被控对象是核心测量仪表是基础控制器是灵魂执行器是关键 11 自动控制系统的分类 1 根据给定值不同分类 1 定值控制系统 给定值保持不变的系统 系统的任务是使被控变量以一定的精度保持在给定值上不变 2 随动控制系统 给定值是随机变化的 这种变化是事先不知道的 3 程序控制系统 给定值是按事先规定的程序变化的 12 2 按控制系统的复杂程度区分 简单控制系统复杂控制系统 3 按控制变量的名称区分 温度控制系统压力控制系统 4 按调节规律区分 P PI PD PID 预估控制 13 常见的测控参数 T P L F A 五大参数 测控仪表的分类 变送器 传感器 执行器 控制器三大类 14 常见的测控参数 T P L F A 五大参数 测控仪表的分类 变送器 传感器 执行器 控制器三大类 控制器 常规调节器 智能调节器 计算机系统 15 传感器技术简介 传统的传感器是一种能将物理量 化学量 生物量等转换成电信号的器件 输出信号有不同形式 如电压 电流 频率 脉冲等 能满足信息传输 处理 记录 显示 控制要求 是自动控制系统中不可缺少的元件 16 传感器技术简介 在今天的信息时代里 信息产业的三大支柱是传感器技术 通信技术 计算机技术 传感器是信息采集系统的首要部件 是测控系统获得信息的主要环节 在很大程度上影响和决定着系统的功能 现代的计算机技术和通信技术由于超大规模集成电路的飞速发展 而已经充分发达后 对传感器的要求更高 17 传感器技术简介 传感器的应用范围极广 几乎应用于所有的技术领域 如机器人技术领域 航空航天技术领域 兵器领域 民用工业领域 并逐渐深入到人们的日常生活中 18 传感器技术简介 鉴于传感器的重要性和应用的广泛性 美国曾把80年代称作传感器时代 把传感器技术列为90年代22项关键技术之一 日本曾把传感器技术列为技术之首 我国的863计划 科技攻关等计划中也曾把传感器的研究放在重要的位置 美国 日本 德国等发达国家的传感器技术发展最快 19 传感器技术简介 我国由于基础薄弱 传感器技术与这些发达国家相比有较大的差距 主要表现在产品的质量 生产规模 市场开发 销售等方面 我国传感器的科研开发水平约落后发达国家5 10年 生产技术约落后10 15年 20 传感器技术简介 传感器新技术的发展 主要有以下几个方面 1 发现并利用新现象 2 利用新材料 3 微机械加工技术 4 集成传感器 5 智能化传感器 21 传感器技术简介 随着微型计算机技术的发展 传感器技术与计算机技术的结合 赋予了传感器智能的功能 构成了智能传感器 智能传感器不仅具有信号检测 转换和通信功能 同时还具有记忆 存储 解析 统计处理及自诊断 自校准 自补偿 自适应等功能 不再只是信号的变换器 22 智能传感器技术 1 复合敏感功能部分智能传感器具有复合敏感功能 能够同时测量多种物理量和化学量 给出能够较全面反映物质运动规律的信息 如 23 如科氏质量流量计 可同时检测出流体的质量流量和密度信息 美国加利佛尼亚大学电子研究所实验室研制的一种传感器 芯片尺寸为8 9mm2 集成的敏感元件有 气体流量 红外 化学敏 悬臂梁加速度计 声表面波蒸汽敏 触觉阵列和红外电荷耦合器件 美国HONYWELL公司ST 3000型智能传感器 芯片尺寸只有3 4 2mm3 采用半导体工艺 在同一芯片上集成CPU EPROM 静压 差压 温度等三种敏感元件 24 智能传感器技术 2 自检 自校 自诊断功能检验校正的主要参数是零位和增益 普通的传感器需要定期离现检验和标定 以保证它的正常使用和足够的准确度 对于智能传感器 由于有微处理器 内存中带有自校功能的软件 效验工作可以在线自动进行 25 智能传感器技术 自诊断可看作是自校的一个分支 其目的是确定传感器的工作是否正常 如果不 则诊断出故障点 26 智能传感器技术 3 自补偿和计算功能许多工程技术人员多年来一直从事传感器温度漂移和非线性补偿工作 虽然每年都有所进展 但都是修修补补没有根本性突破 而智能传感器的自补偿和计算功能为传感器的温度漂移和非线性补偿开辟了新的道路 27 智能传感器技术 4 通信功能智能传感器 或变送器 可以通过装在传感器 变送器 内部的电子模块来实现通信 也可以通过智能现场通信器 SFC 来交换信息 还可以使无线通信 28 智能传感器技术 智能传感器的最新发展趋势是网络化 传感器技术与计算机技术结合发展了智能传感器 并在此基础上再与通信技术相结合发展为网络传感器 网络传感器除具有上述的智能传感器的功能特点外 还在它自身内部嵌入了通信协议 HART TCP IP LonTalk等协议 从而使其具有强大的通信能力 29 敏感元件 是能够灵敏地感受被测变量并作出响应的元件 传感器不但应该对被测变量敏感 而且具有把对被测变量的响应传送出去的功能 变送器是从传感器发展而来 凡能输出标准信