第2部分计算机控制系统中的检测设备和执行机构ppt课件

1、第2章 计算机控制系统中的检测设备和执行机构 传感器和变送器传感器和变送器 过程控制中常用的执行器过程控制中常用的执行器 运动控制中常用的执行机构运动控制中常用的执行机构第2章计算机控制系统中的检测设备和执行机构调理器执行器对象丈量变送x (t)e (t)u (t)q (t)y (t)z (t) 传感器是能感受规定的被丈量并按照一定规律传感器是能感受规定的被丈量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或安装。传感器的转换成可用输出信号的器件或安装。传感器的输出信号有多种方式，如电压、电流、频率、输出信号有多种方式，如电压、电流、频率、脉冲等，输出信号方式由传感器原理确定。脉冲等，输出信号方式由传

2、感器原理确定。 变送器在控制系统中起着至关重要的作用，它变送器在控制系统中起着至关重要的作用，它将工艺变量将工艺变量( (如温度、压力、流量、液位、成如温度、压力、流量、液位、成份等份等) )和电、气信号和电、气信号( (如电流、电压、频率、气如电流、电压、频率、气压信号等压信号等) )转换成一致的规范信号。转换成一致的规范信号。2.1 传感器和变送器主要内容：主要内容：信号传输及供电的四线制与两线制信号传输及供电的四线制与两线制 压力检测及变送压力检测及变送温度检测和变送温度检测和变送流量检测及变送流量检测及变送物位检测及变送物位检测及变送其它检测仪表和安装其它检测仪表和安装2.1.1 信号

3、传输及供电的四线制与信号传输及供电的四线制与两线制两线制 变送器安装在现场，它的气源或电源从变送器安装在现场，它的气源或电源从控制室送来，而输出信号送到控制室。控制室送来，而输出信号送到控制室。气动变送器用两根气动管线分别传送气气动变送器用两根气动管线分别传送气源和输出信号。源和输出信号。 电动模拟式变送器采用二线制或四线制电动模拟式变送器采用二线制或四线制传输电源和输出信号。传输电源和输出信号。 二线制：仪表的二线制：仪表的信号传输与供电信号传输与供电共用两根导线共用两根导线 四线制：仪表的四线制：仪表的信号传输与供电信号传输与供电用四根导线用四根导线 智能式变送器 智能式变送器采用双向全数

4、字量传输信智能式变送器采用双向全数字量传输信号，即现场总线通讯方式；目前广泛采号，即现场总线通讯方式；目前广泛采用一种过渡方式，即在一条通讯电缆中用一种过渡方式，即在一条通讯电缆中同时传输同时传输420mA电流信号和数字信号，电流信号和数字信号，这种方式称为这种方式称为HART协议通讯方式。智协议通讯方式。智能式变送器的电源也由通讯电缆传输。能式变送器的电源也由通讯电缆传输。HART协议 HART(Highway Addressable Remote Transducer)通讯协议是数字式仪表实现数字通讯的一种协议，通讯协议是数字式仪表实现数字通讯的一种协议，具有具有HART通讯协议的变送器可

5、以在一条电缆上通讯协议的变送器可以在一条电缆上同时传输同时传输420mADC的模拟信号和数字信号。的模拟信号和数字信号。 HART通讯协议是按照国际规范化组织通讯协议是按照国际规范化组织(ISO)的的开放式系统互连开放式系统互连(OSI)参考模型，简化并援用其参考模型，简化并援用其中三层：物理层、数据链路层、运用层而制定的。中三层：物理层、数据链路层、运用层而制定的。物理层规定了信号的传输方法和传输介质；数据物理层规定了信号的传输方法和传输介质；数据链路层规定了数据帧的格式和数据通讯规程；运链路层规定了数据帧的格式和数据通讯规程；运用层规定了通讯命令的内容。用层规定了通讯命令的内容。2.1.2

6、压力检测及变送压力检测的主要方法和分类电容式差压变送器智能型差压变送器 大气压力大气压力-用气压计测定的压力用气压计测定的压力, ,随大气条件和地点而变随大气条件和地点而变化化. .确定为确定为 规范形状规范形状 的大气压力参考值等于是的大气压力参考值等于是101325Pa101325Pa。 相对压力或表压相对压力或表压-相对于大气压力测定的压力。相对于大气压力测定的压力。 负压负压-负的相对压力，因此它低于大气压力负的相对压力，因此它低于大气压力 过压过压-正的相对压力。正的相对压力。 差压差压-两个压力的差值。两个压力的差值。 绝对压力绝对压力-相对于真空相对于真空0 0压丈量的压力压丈量

7、的压力几种压力表述方式压力检测的主要方法和分类按敏感元件和转换原理的特性不同，普通分为以下几类：液注式压力检测 ：根据流体静力学原理弹性式压力检测 ：根据弹性形变原理负荷式压力检测 ：根据静力平衡原理电气式压力检测 ：利用敏感元件其它压力检测方法 ：弹性振动、压磁式U形管压力计(根据流体静力学原理)弹簧管压力计(弹性元件受力变形原理) 1.金属弹簧管 2.指针 3-连杆 4.扇型齿轮 5.弹簧 6-底座 7.测压接头 8.小齿轮 9.外壳 电容式差压变送器 电容式差压变电容式差压变送器采用差动送器采用差动电容作为检测电容作为检测元件，是目前元件，是目前工业上普遍运工业上普遍运用的一种变送用的一

8、种变送器器 电容式差压变送器构造框图 丈量部分的作用是经过丈量部分的作用是经过电容式压力传感器及相电容式压力传感器及相关电路把被测差压关电路把被测差压p p成成比例的转换成为差动电比例的转换成为差动电流信号流信号IdId。 差动电容的相对变化量差动电容的相对变化量再经过电容再经过电容/ /电流转换电电流转换电路比例的转换成差动电路比例的转换成差动电流信号流信号IdId，经放大后转，经放大后转换成换成4-20mA4-20mA输出电流。输出电流。 智能型压力变送器 智能型压力或差压变送器就是在普通压力或差压智能型压力或差压变送器就是在普通压力或差压传感器的根底上添加微处置器电路而构成的智能传感器的

9、根底上添加微处置器电路而构成的智能检测仪表检测仪表 。 智能型变送器的特点是可进展远程通讯。其准确智能型变送器的特点是可进展远程通讯。其准确度高，运用与维护方便。经过编制各种程序，使度高，运用与维护方便。经过编制各种程序，使变送器具有自修正、自补偿、自诊断及错误方式变送器具有自修正、自补偿、自诊断及错误方式报警等多种功能，因此提高了变送器的准确度，报警等多种功能，因此提高了变送器的准确度，简化了调整、校准与维护过程，促使变送器与计简化了调整、校准与维护过程，促使变送器与计算机、控制系统直接对话。算机、控制系统直接对话。 智能式压力变送器2.1.3 温度检测和变送温度检测和变送 热电偶热电偶 热

10、电阻热电阻 模拟式温度变送器模拟式温度变送器 智能式温度变送器智能式温度变送器测温方法的分类 接触式测温接触式测温 基于热交换原理基于热交换原理 非接触式测温非接触式测温 基于热辐射原理基于热辐射原理温度计的分类和方式 膨胀式温度计膨胀式温度计 辐射式温度计辐射式温度计 热电偶温度计热电偶温度计 热电阻温度计热电阻温度计 膨胀式温度计膨胀式温度计 膨胀式温度计膨胀式温度计辐射式温度计 物体受热后，有物体受热后，有一部分热能转化一部分热能转化成辐射能，以电成辐射能，以电磁波方式向周围磁波方式向周围辐射。辐射。 假设物体能将落假设物体能将落在其上的热辐射在其上的热辐射全部吸收称为绝全部吸收称为绝对

11、黑体对黑体 普朗克定律建立普朗克定律建立辐射强度和温度辐射强度和温度的内在联络的内在联络 热电偶测温原理 热电偶温度计利用不同导体或半导体的热电偶温度计利用不同导体或半导体的热电效应来测温的热电效应来测温的 两种不同的导体资料或半导体两种不同的导体资料或半导体A A，B B组成的闭合回路。相接触时，存在电子组成的闭合回路。相接触时，存在电子的迁移，到达平衡时，在接触的两端构的迁移，到达平衡时，在接触的两端构成电势成电势mV热电偶测温原理工业上常用的(已规范化)热电偶有：铂铑30-铂铑6热电偶(分度号位B)、铂铑10-铂热电偶(分度号为S)、镍铬-镍硅(镍铬-镍铝)热电偶(分度号位K)等。序号

12、计 量 器 具 名 称 准 确 度 等 级 测 量 范 围 R-001-304 标准组铂铑10-铂热电偶 标准组标准组3001300 R-002-305 标准铂铑10-铂热电偶 一等3001300 二等3001300工作铂铑10-铂热电偶 0级016000级01600 R-003-306 标准铂铑30-铂铑6热电偶 一等12001600二等12001600工作用铂铑30-铂铑6热电偶 0级12001600 R-004-307 工作用镍铬-镍硅热电偶 0级01300 R-005-308 标准铜-康铜热电偶2 0级0200 工作用铜-康铜热电偶 0级0200 热电偶冷端温度补偿 热电偶的热电势是两

13、个接点温度的函数表热电偶的热电势是两个接点温度的函数表, , 只只需当冷端温度不变普通取需当冷端温度不变普通取0 0度时度时, ,热电势才热电势才是热端温度的单值函数。是热端温度的单值函数。 实践运用中实践运用中, ,热电偶冷端所处环境温度总有动热电偶冷端所处环境温度总有动摇摇, ,从而使丈量得不到正确结果从而使丈量得不到正确结果, , 必需采取补必需采取补偿措施偿措施. . 冷端温度补偿方法有以下几种冷端温度补偿方法有以下几种: : 1. 1.冰浴法冰浴法 2.2.冷端温度修正法冷端温度修正法 3.3.校正仪表零点法校正仪表零点法 4.4.补偿法补偿法热电阻测温原理 热电阻温度计是利用导体或

14、半导体的电阻值随温热电阻温度计是利用导体或半导体的电阻值随温度变化的性质来丈量温度的度变化的性质来丈量温度的 假设忽略物体的长度和截面随温度的变化假设忽略物体的长度和截面随温度的变化, ,那么那么在参比温度在参比温度t0t0下的电阻值下的电阻值Rt0Rt0和电阻温度系数和电阻温度系数a a知知, ,可以经过丈量此物体的电阻来反映其温度可以经过丈量此物体的电阻来反映其温度. . Rt=Rt01+a(t-t0)Rt=Rt01+a(t-t0) 热电阻引线的功能是使感温元件能与外部丈量线热电阻引线的功能是使感温元件能与外部丈量线路相衔接。热电阻引线对丈量结果有较大的影响，路相衔接。热电阻引线对丈量结果

15、有较大的影响，如今常用的引线方式有两线制、三线制和四线制如今常用的引线方式有两线制、三线制和四线制三种。三种。 两线制：在热电阻感温元件两端各连一根导线的引线方式为两线制：在热电阻感温元件两端各连一根导线的引线方式为两线制。这种引线方式简单、费用低，但是引线电阻以及引线两线制。这种引线方式简单、费用低，但是引线电阻以及引线电阻的变化会带来附加误差。因此两线制适用于引线不长，测电阻的变化会带来附加误差。因此两线制适用于引线不长，测温准确度要求较低的场所。温准确度要求较低的场所。 三线制：在热电阻感温元件一端衔接两根引线，另一端衔接三线制：在热电阻感温元件一端衔接两根引线，另一端衔接一根引线，此种

16、引线方式称为三线制。这种引线方式可以较好一根引线，此种引线方式称为三线制。这种引线方式可以较好的消除引线电阻的影响，丈量准确度高于两线制。工业热电阻的消除引线电阻的影响，丈量准确度高于两线制。工业热电阻通常采用三线制接法。通常采用三线制接法。 四线制：在热电阻感温元件两端各衔接两根引线的接法称为四线制：在热电阻感温元件两端各衔接两根引线的接法称为四线制。这种方式主要用于高精度温度检测。其中两根引线为四线制。这种方式主要用于高精度温度检测。其中两根引线为热电阻提供恒流源热电阻提供恒流源I I，在热电阻上产生的压降经过另两根引线，在热电阻上产生的压降经过另两根引线引至电位差计进展丈量。因此它能完全

17、消除引线电阻对丈量的引至电位差计进展丈量。因此它能完全消除引线电阻对丈量的影响，且在衔接导线阻值一样时，还可以消除衔接导线的影响。影响，且在衔接导线阻值一样时，还可以消除衔接导线的影响。工业常用热电阻 在我国在我国, ,规范化的热电阻现有铂的和铜的两种规范化的热电阻现有铂的和铜的两种 铂热电阻用于摄氏度范铂热电阻用于摄氏度范围内测温，铜热电阻因在高温下易氧化而适围内测温，铜热电阻因在高温下易氧化而适用于摄氏度范围内测温。前用于摄氏度范围内测温。前者稳定性好，准确度高；后者价钱廉价，电者稳定性好，准确度高；后者价钱廉价，电阻与温度关系的线性度较好。阻与温度关系的线性度较好。 分度号 根据根据IE

18、CIEC规定规定, ,铂电阻有铂电阻有Pt10Pt10和和Pt100Pt100两种分两种分度号度号 铜热电阻按铜热电阻按WZCWZC规范规范, ,代号有代号有Cu50Cu50和和Cu100Cu100两两种。种。 IECIEC：国际电工委员会：国际电工委员会International Electro International Electro Technical CommissionTechnical Commission，成立于，成立于19061906年成月，是世界上年成月，是世界上成立最早的专门国际规范化机构成立最早的专门国际规范化机构 电厂公用热电阻和隔爆型热电阻套管式热电阻 套管式热电阻

19、作为温度丈量和控制的传感器与显示仪表配套，以直接丈量和控制消费过程中气体，液体和蒸汽的温度。不仅用于发电厂管道测温，同时也用于其他工业部门的测温。 装配式热电阻 工业用铂电阻作为温度丈量的传感器，通常用来和显示仪表、记录仪表和电子调理器配套运用。 耐腐型、耐磨型热电阻 但在某些特殊场所，如化工厂、冶炼厂、火电厂等，用普通热电偶，热电阻就极易损坏。因此，在这些场所必需采用特殊资料及机构的热电偶热电阻。 模拟式温度变送器 以以DDZ-DDZ-型为例，它可以和热电阻或热型为例，它可以和热电阻或热电偶配合运用，将温度信号转换成一致电偶配合运用，将温度信号转换成一致规范信号；规范信号； 主要由丈量部分和

20、放大部分组成主要由丈量部分和放大部分组成 热电阻温度变送器构造方框图热电阻温度变送器构造方框图+-输出电流输出电流 Io被测温度被测温度 tC热电阻热电阻输入电桥输入电桥放大电路放大电路反响电路反响电路2.1.4 流量检测及变送流量检测及变送流量检测原理有很多，有许多分类方法：流量检测原理有很多，有许多分类方法：按丈量单位分：质量流量计与体积流量计按丈量单位分：质量流量计与体积流量计按丈量流体运动原理分：容积式、速度式、按丈量流体运动原理分：容积式、速度式、动量式和质量流量式动量式和质量流量式按丈量方法分：直接丈量式和间接丈量式按丈量方法分：直接丈量式和间接丈量式差压流量计差压流量计转子流量计

21、转子流量计速度式流量计速度式流量计容积式流量计容积式流量计靶式流量计靶式流量计电磁流量计电磁流量计涡街流量计涡街流量计超声波流量计超声波流量计量热式流量计量热式流量计质量流量计质量流量计其它流量计其它流量计按丈量原理细分文丘利式差压流量计文丘利管转子流量计 转子流量计又称浮子流量计，是目前工业上或实验室常用的一种流量计。它是由一根锥形的玻璃管和一个能上下挪动的浮子所组成涡街流量计 在流体中放置一非线性柱状物(如圆柱或三角形等),那么在某一雷诺数范围内,在柱状物的下游就会产生两列不对称且又有规律的漩涡。通常称为卡门涡街。由实验获知,三角柱卡门漩涡产生的频率f与平均流速V,管道直径D,三角扁平面的

22、宽度d 之间的关系为: f =St/(l-1.25d/D)V/d 涡街流量计涡街流量计又称为漩涡流量计，是利涡街流量计又称为漩涡流量计，是利用有规那么的漩涡剥离景象来丈量流用有规那么的漩涡剥离景象来丈量流体流量的仪表。体流量的仪表。 dhDl11电磁流量计 流体流动时流体流动时,两电极之间产生感应电势两电极之间产生感应电势E, 设两电极设两电极之间间隔为之间间隔为L。那么根据法拉第电磁感应定律。那么根据法拉第电磁感应定律: Q = 3.14D2E/(4KLB)= CE/B (7-5) 其中其中 Q 被测流体的流量被测流体的流量 m3/s C 检验因数检验因数 C = 3.14D2/(4KL)

23、D 管道内径，管道内径，L 两电极间隔两电极间隔 E感应电势感应电势, B 磁感应强度，磁感应强度，电磁式流量计 电磁流量计是基于电磁感应原理来丈量流量的电磁流量计是基于电磁感应原理来丈量流量的仪表，它能丈量具有一定电导率的液体的体积仪表，它能丈量具有一定电导率的液体的体积流量。流量。 丈量的准确度不受被测液体粘度、密度、温度丈量的准确度不受被测液体粘度、密度、温度及电导率变化影响，丈量管中没有任何妨碍被及电导率变化影响，丈量管中没有任何妨碍被测液体流动的部件，所以几乎没有压力损失。测液体流动的部件，所以几乎没有压力损失。 适中选用丈量管中绝缘内衬和丈量电极资料，适中选用丈量管中绝缘内衬和丈量

24、电极资料，就可以丈量各种腐蚀性溶液的流量，尤其在丈就可以丈量各种腐蚀性溶液的流量，尤其在丈量含有固体颗粒溶液如泥浆、纸浆、矿浆或纤量含有固体颗粒溶液如泥浆、纸浆、矿浆或纤维液体流量时，更显示出其优越性维液体流量时，更显示出其优越性 电磁流量计电磁流量计超声波流量计 超声波流量计常用丈量方法为传播速度差法、多普勒超声波流量计常用丈量方法为传播速度差法、多普勒法等。传播速度差法根本原理是丈量超声波脉冲顺水法等。传播速度差法根本原理是丈量超声波脉冲顺水流和逆水流时速度之差来反映流体的流速，从而测出流和逆水流时速度之差来反映流体的流速，从而测出流量；多普勒法的根本原理那么是运用声波中的多普流量；多普勒

25、法的根本原理那么是运用声波中的多普勒效应测得顺水流和逆水流的频差来反映流体的流速勒效应测得顺水流和逆水流的频差来反映流体的流速从而得出流量。从而得出流量。 超声波流量计可用于丈量任何液体流量超声波流量计可用于丈量任何液体流量, ,尤其适用于丈尤其适用于丈量腐蚀性液体量腐蚀性液体, ,高粘度液体和非导电液体的流量。也可高粘度液体和非导电液体的流量。也可用于丈量大口径管道的水流量或各种水渠用于丈量大口径管道的水流量或各种水渠, ,河流河流, ,海水海水的流速和流量。的流速和流量。便携式超声波流量计2.1.5 物位检测及变送物位检测及变送物位仪表的分类物位仪表的分类差压式液位变送器差压式液位变送器电

26、容式物位传感器电容式物位传感器物位仪表分类物位仪表分类 直读式物位丈量仪表直读式物位丈量仪表 浮力式物位丈量仪表浮力式物位丈量仪表 静压式物位丈量仪表静压式物位丈量仪表 电磁式物位丈量仪表电磁式物位丈量仪表 辐射式物位仪表辐射式物位仪表 声波式物位丈量仪表声波式物位丈量仪表 光学式物位丈量仪表光学式物位丈量仪表 磁性液位控制器 磁性液位控制器 利用磁性浮子随液位变化升或降，使检测管内的干簧管开关动作，送出接点信号。 构造简单，易于安装维修。 运用广泛，价钱低廉。 浮球液位控制器 液位浮动开关 利用重力与浮力的原理设计。主要包括浮标和微动开关，当液位变化，浮标内的开关通、断。浮球液位控制器 浮球

27、液位控制器 由丈量和输出两部分组成，当液位变化时，浮球随之上下挪动，从而使磁钢摆动。根据磁性同性相斥原理，使触点接通或断开顶装式磁翻柱液位计液位计根据浮力原理和磁性耦协作用研制而成。当液位上升时,翻柱由白色转为红、白界位处为容器内介质液位的实践高度，从而实现液位的指示。差压式液位变送器 利用差压或压力变利用差压或压力变送器可以很方便的送器可以很方便的丈量液位，且能输丈量液位，且能输出规范的电流或气出规范的电流或气压信号。压信号。 差压式液位变送器差压式液位变送器是利用容器内的液是利用容器内的液位改动时，由液柱位改动时，由液柱产生的静压也相应产生的静压也相应变化的原理而任务变化的原理而任务的的

28、pgHpp1pp2gHppp21电容式物位传感器 在电容器的极板之在电容器的极板之间，充以不同介质间，充以不同介质时，介电系数不同，时，介电系数不同，电容量的大小也有电容量的大小也有所不同所不同 可经过丈量电容量可经过丈量电容量的变化来检测液位、的变化来检测液位、料位和两种不同液料位和两种不同液体的分界面体的分界面 电容量大小与液位电容量大小与液位高度高度H成正比成正比2.1.6 其它检测仪表和安装其它检测仪表和安装 接近开关、光电开关接近开关、光电开关 测速发电机测速发电机 光电编码器光电编码器 测厚仪表测厚仪表行程开关、接近开关 行程开关、接近行程开关、接近开关主要将机械开关主要将机械位移

29、变为电信号，位移变为电信号，以实现对系统的以实现对系统的控制，广泛的运控制，广泛的运用在机电一体化用在机电一体化的设备上，作为的设备上，作为电路自动切换、电路自动切换、限位维护、行程限位维护、行程控制等运用控制等运用 行程开关接近开关光电开关 光电开关也是一种常用的开关型检测元件。光电开关也是一种常用的开关型检测元件。它有投光器、受光器和电源组成，投光器它有投光器、受光器和电源组成，投光器常用发光二极管，受光器常用光敏二极管常用发光二极管，受光器常用光敏二极管或光敏三极管或光敏三极管 任务原理：使投光器和受光器相对，当被任务原理：使投光器和受光器相对，当被测物体挡住从投光器发射出的光线时，受测

30、物体挡住从投光器发射出的光线时，受光器就输出相应的控制信号。光电开关按光器就输出相应的控制信号。光电开关按检测方式可分为反射式、对射式两种类型检测方式可分为反射式、对射式两种类型 图 . 光电开关测速发电机 tachogenerator 输出电动势与转速成比例的微特电输出电动势与转速成比例的微特电机。测速发电机的绕组和磁路经准机。测速发电机的绕组和磁路经准确设计，其输出电动势确设计，其输出电动势E E和转速和转速n n成成线性关系，即线性关系，即E Eknkn，其中，其中k k是常数。是常数。改动旋转方向时输出电动势的极性改动旋转方向时输出电动势的极性即相应改动。当被测机构与测速发即相应改动。

31、当被测机构与测速发电机同轴联接时，只需检测出输出电机同轴联接时，只需检测出输出电动势，即能获得被测机构的转速，电动势，即能获得被测机构的转速，故又称速度传感器。故又称速度传感器。测速发电机 测速发电机是一种专门用来丈量转速的微型电测速发电机是一种专门用来丈量转速的微型电机，其本质是一种微型发电机。有直流和交流机，其本质是一种微型发电机。有直流和交流两种两种 测速发电机广泛运用于各种速度或位置控制系测速发电机广泛运用于各种速度或位置控制系统。在自动控制系统中作为检测速度元件，以统。在自动控制系统中作为检测速度元件，以调理电动机转速或经过反响来提高系统稳定性调理电动机转速或经过反响来提高系统稳定性

32、和精度和精度 由于直流测速发电机有电刷、换向器等接触安由于直流测速发电机有电刷、换向器等接触安装，使它的可靠性变差，精度也遭到影响。交装，使它的可靠性变差，精度也遭到影响。交流测速发电机的输出频率与转速严厉对应，输流测速发电机的输出频率与转速严厉对应，输出信号可经放大整形变换电路转换成规范的电出信号可经放大整形变换电路转换成规范的电压或电流信号压或电流信号 光电编码器 光电编码器，是一种经过光电转换将输出轴上的机械几何光电编码器，是一种经过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。光电编码器是由光位移量转换成脉冲或数字量的传感器。光电编码器是由光栅盘和光电检测安装组成。光栅

33、盘是在一定直径的圆板上栅盘和光电检测安装组成。光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通假设干个长方形孔。由于光电码盘与电动机同等分地开通假设干个长方形孔。由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测安装检测输出假设干脉冲信号，极管等电子元件组成的检测安装检测输出假设干脉冲信号，经过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电经过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。动机的转速。光电编码器 光电编码器作为一种传感器具有精度高、耗能低、光电编码器作为一种传感器具有精度高、耗能低、

34、非接触无磨损、稳定可靠等优点。非接触无磨损、稳定可靠等优点。 尤其是它以数字量输出，具有与计算机容易联机尤其是它以数字量输出，具有与计算机容易联机的优点。的优点。 编码器的运用对象，就其所丈量的物理量的性质，编码器的运用对象，就其所丈量的物理量的性质，它可对运动机械的直线位移、角位移、速度、相它可对运动机械的直线位移、角位移、速度、相位等进展丈量，也可间接地对能变换成这些量的，位等进展丈量，也可间接地对能变换成这些量的，例如温度压力、流量等物理量进展丈量，并给出例如温度压力、流量等物理量进展丈量，并给出相应的电学量输出。相应的电学量输出。 在自动化系统中，它可作为敏感检测元件组成自在自动化系统

35、中，它可作为敏感检测元件组成自动检测系统，也可作为检测反响元件，组成闭环动检测系统，也可作为检测反响元件，组成闭环或半闭环的自动控制系统或半闭环的自动控制系统 编码器分类表编码器 2.2 过程控制中常用的执行器 执行器是过程计算机控制系统中的一个重执行器是过程计算机控制系统中的一个重要组成部分。要组成部分。 其作用是接纳控制器送来的控制信号，改其作用是接纳控制器送来的控制信号，改动被控介质的流量，从而将被控变量维持动被控介质的流量，从而将被控变量维持在所要求的数值上或一定的范围内。在所要求的数值上或一定的范围内。图2.26 常见执行器的构成及控制方式调理器伺服放大器操作器电动执行机构调理阀调理

36、器电/气转换器气动执行机构调理阀调理器电/气阀门定位器气动执行机构调理阀 执行器有各种不同的分类方法：执行器有各种不同的分类方法： 按动力能源分类按动力能源分类 分为气动执行器、电动执行分为气动执行器、电动执行器、液动执行器。气动执行器利用紧缩空气作为器、液动执行器。气动执行器利用紧缩空气作为能源，其特点是构造简单、动作可靠、平稳、输能源，其特点是构造简单、动作可靠、平稳、输出推力较大、维修方便、防火防爆，价钱较低；出推力较大、维修方便、防火防爆，价钱较低；可方便的与气动仪表配套运用，即使是采用电动可方便的与气动仪表配套运用，即使是采用电动仪表或计算机控制时，只需经过电仪表或计算机控制时，只需

37、经过电/ /气转换器或电气转换器或电/ /气阀门定位器，将电信号转换为气阀门定位器，将电信号转换为0.02-0.1MPa0.02-0.1MPa的的规范气压信号，仍可用气动执行器规范气压信号，仍可用气动执行器 按动作极性分类按动作极性分类 分为正作用、反作用执行器分为正作用、反作用执行器 按动作行程分类按动作行程分类 分为角行程、直行程执行器分为角行程、直行程执行器 按动作特性分类按动作特性分类 分为比例式、积分式执行器分为比例式、积分式执行器气动执行器气动执行器 气动执行器又称气动调气动执行器又称气动调理阀，由气动执行机构理阀，由气动执行机构和控制机构组成。和控制机构组成。 执行器上有标尺，用

38、以执行器上有标尺，用以指示执行器的动作行程指示执行器的动作行程 行 程 标 尺控制机构气动执行机构图 . 气动执行器气动执行机构 常见的气动常见的气动执行机构有执行机构有薄膜式和活薄膜式和活塞式两大类塞式两大类 其中薄膜式其中薄膜式执行机构最执行机构最常见常见 气动薄膜调理阀的组成 气动薄膜调理阀是由上部的薄膜执行机构和下部的调理机构两部分组成 执行机构执行机构调理机构调理机构控制机构 控制机构即调理阀，实践上是一个部分阻控制机构即调理阀，实践上是一个部分阻力可以改动的节流元件力可以改动的节流元件 调理阀由阀体、阀座、阀芯、阀杆、上下调理阀由阀体、阀座、阀芯、阀杆、上下阀盖等组成。调理阀直接与

39、被控介质接触，阀盖等组成。调理阀直接与被控介质接触，为顺应各种运用要求，阀芯、阀体的构造、为顺应各种运用要求，阀芯、阀体的构造、资料各不一样资料各不一样 调理阀的阀芯有直行程阀芯与角行程阀芯调理阀的阀芯有直行程阀芯与角行程阀芯 直通单座调理阀三通调理阀 三通阀可以把一路流体分成两路，或是把两路流体合为一路， 它们是在直通单座或双座调理阀的根底上开展起来的，可以替代两个直通阀 流量特性 由于调理阀开度变化时，阀前后的压差由于调理阀开度变化时，阀前后的压差PP也会变，从而流量也会变，从而流量Q Q也会变。也会变。 为分析方便，称阀前后的压差不随阀的为分析方便，称阀前后的压差不随阀的开度变化的流量特

40、性为理想流量特性；开度变化的流量特性为理想流量特性； 阀前后的压差随阀的开度变化的流量特阀前后的压差随阀的开度变化的流量特性为任务流量特性性为任务流量特性 流量特性 对不同的阀芯外形，具有不同的理想流量特性：对不同的阀芯外形，具有不同的理想流量特性： 1-快开；2-直线；3-抛物线；4-等百分比4321l/L（%）Q/Qmax（%）04321电/气转换器 电气转换器 电气阀门定位器电气转换器 它是基于力它是基于力矩平衡的任矩平衡的任务原理务原理 挡板喷嘴 永久磁钢支点 平衡锤波纹管气信号输出气源气阻电信号输入气动功率放大器PB图 . 电/气转换器简化原理图电气阀门定位器调零弹簧反馈压板阀杆反馈

41、拉杆反馈轴气动执行器气动功率放大器输入绕组气阻气源调量程支点支点挡板反馈弹簧平衡锤永久磁钢喷嘴杠杆20-100KPa反馈弹簧140KPa 图 . 电/气阀门定位器原理图原理智能型电/气阀门定位器 调 节 阀被 控 介 质膜 头阀B阀A气 源排 气进 气阀 位反 馈 杆电 位 计电 气 阀 门 定 位 器微 电 脑 控 制 电 路输 入 信 号以微处置器为中心以微处置器为中心采用的数字定位技术采用的数字定位技术 先进性在于：控制精先进性在于：控制精度高、能耗低、调整度高、能耗低、调整方便、可恣意选择流方便、可恣意选择流量阀的流量特性、缺量阀的流量特性、缺点报警、经过接口与点报警、经过接口与其它现

42、场总线用户实其它现场总线用户实现通讯。现通讯。电动执行器电动执行器 电动执行器和气动执行器一样，是控制电动执行器和气动执行器一样，是控制系统中的一个重要部分。它接纳来自控系统中的一个重要部分。它接纳来自控制器的制器的420mA或或010mA直流电流信号，直流电流信号，并将其转换成相应的角位移或直行程位并将其转换成相应的角位移或直行程位移，去支配阀门、挡板等控制机构，以移，去支配阀门、挡板等控制机构，以实现自动控制实现自动控制 电动执行器有直行程、角行程和多转式电动执行器有直行程、角行程和多转式等类型等类型 电动执行器主要由伺服放大器和执行机构组电动执行器主要由伺服放大器和执行机构组成成 ，如以

43、下图：，如以下图：0-900-10mA或4-20mAI iI fmA执行机构放大器减速器位置发送器伺服电机电动操作器伺服放大器电动执行机构方框图现场总线执行器现场总线执行器 符合现场总线的智能执行器由传统的执行符合现场总线的智能执行器由传统的执行器、含有微处置器的控制器以及可与器、含有微处置器的控制器以及可与PCPC或或PLCPLC双向通讯的模件及软件组成，具有与上双向通讯的模件及软件组成，具有与上位机或控制系统通讯的功能位机或控制系统通讯的功能 智能化和高精度的系统控制功能智能化和高精度的系统控制功能 一体化的构造一体化的构造 智能化的通讯功能智能化的通讯功能 智能化的自诊断功能智能化的自诊

44、断功能 公司名称公司名称阀门执行器产品及类型阀门执行器产品及类型总线类型总线类型推出年代推出年代EIM美国美国MOV1224MOV1224（电动执行器）（电动执行器）Modbus1985Keystone美国美国Electrical Actuators（电动执行器）（电动执行器）Modbus1985Rotork英国英国PakscanIIE（智能电动执行器）（智能电动执行器）Modbus1986Limitorque美国美国DDC100TM（电动执行器）（电动执行器）BITBUS Modbus1989AUMA美国美国Matic（电动执行器）（电动执行器）Profibus1991Siemens德国德国

45、SIPART PS2（阀门定位器）（阀门定位器）HART2019Valtek美国美国Starpac（智能调节器）（智能调节器）HART2019Masoneilan美国美国Smart Valve Positioner（阀门定位器）（阀门定位器）HARTHART2019Neles美国美国ND800（调节阀）（调节阀）HART2019Jordan美国美国Electric Actuators（电动执行器）（电动执行器）HART2019ElsagBailey德国德国Contract（电动执行器）（电动执行器）HART2019FisherRosmount美国美国DVC5000f Series Digita

46、l（调节阀）（调节阀）FF2019Flowserve美国美国Logix14XX（阀门定位器）（阀门定位器）FF2019BUSwitch（离散型调节阀）（离散型调节阀）FF2019Yokogawa日本日本YVP（阀门定位器）（阀门定位器）FF2019Yamatake日本日本SVP3000AlphaplusAVP303（阀门定位器）（阀门定位器）FF2019Rotork英国英国FF01 Network Interface（电动执行器）（电动执行器）FF20002.3 运动控制中常用的执行机构直流伺服电机直流伺服电机交流伺服电机交流伺服电机步进电机步进电机电磁阀和液压阀电磁阀和液压阀交流伺服电机 交流伺服电机在自动控制中也常被用来作为执行元件交流伺服电机在自动控制中也常被用来作为执行元件 在自控系统中，伺服电动机是将控制信号快速地转换为在自控系统中，伺服电动机是将控制信号快速地转换为转轴转动的一个执行元件，自动控制系统对它主要提出转轴转动的一个执行元件，自动控制系统对它主要提出以下几点要求：以下几点要求： 转速和转向方便地受控制信号控制，调速范围要大转速和转向方便地受控制信号控制，调速范围要大 整个运转范围内特性具有线性关系，运转稳定性整个运转范围内特性具有线性关系，运转稳定性 当控制信号消除时，伺服电动机应立刻停转，也就