常用传感器的应用

1、1 第十章第十章 常用传感器的应用常用传感器的应用2 在自动化系统中，各种工艺变量的获取，在自动化系统中，各种工艺变量的获取，都要通过传感器，传感器直接响应被测物理都要通过传感器，传感器直接响应被测物理量，并输出一个对应关系的信号。量，并输出一个对应关系的信号。如：热电偶测量温度时，将被测温度转化如：热电偶测量温度时，将被测温度转化为热电势后输出，电容式传感器测量位移时，为热电势后输出，电容式传感器测量位移时，将被测位移转化为电容后输出，将被测位移转化为电容后输出， 传感器的输出信号传感器的输出信号需要经过变送器转换需要经过变送器转换成标准统一的电气信号（如成标准统一的电气信号（如420mA直

2、流电直流电信号，信号，20100kPa气压信号）气压信号）再送往显示再送往显示仪表仪表指示或记录工艺变量指示或记录工艺变量或同时送往控或同时送往控制器对被控变量进行控制。制器对被控变量进行控制。3 对于检测仪表，检测、变松和显示可以是对于检测仪表，检测、变松和显示可以是 三三个独立的部分，也可以只用到其中两个部分。个独立的部分，也可以只用到其中两个部分。例如：热电偶测温所得的毫伏信号可以不通过例如：热电偶测温所得的毫伏信号可以不通过变送器，而直接送到电子电位差计显示。变送器，而直接送到电子电位差计显示。 对检测仪表有三条基本要求：对检测仪表有三条基本要求：（1）测量值要正确反映被控变量的值，误

3、差不超过）测量值要正确反映被控变量的值，误差不超过 1 规定的范围。规定的范围。（2）在环境条件下能长期工作，保证测量的可靠性。）在环境条件下能长期工作，保证测量的可靠性。（3）测量值必须迅速反映被控变量的变化，即动态）测量值必须迅速反映被控变量的变化，即动态 1 响应比较迅速。响应比较迅速。4第一节第一节 可燃性气体报警器可燃性气体报警器 在生产过程中，可燃性、有毒、有害气在生产过程中，可燃性、有毒、有害气体的泄漏是经常发生的。体的泄漏是经常发生的。 泄露出来的可燃性气体或有毒气体很快泄露出来的可燃性气体或有毒气体很快地被空气稀释。地被空气稀释。 因此，泄漏位置很难查寻，更难进行定因此，泄漏

4、位置很难查寻，更难进行定量分析。经过一段时间后，在局部地区量分析。经过一段时间后，在局部地区这些气体就积累起来。当可燃性气体在这些气体就积累起来。当可燃性气体在空气中的含量达到一定值时，遇到明火空气中的含量达到一定值时，遇到明火非常容易发生燃烧或爆炸。非常容易发生燃烧或爆炸。5 预报该潜在的危险，可以在有泄漏隐预报该潜在的危险，可以在有泄漏隐患处安装较多数量的可燃性气体报警器。患处安装较多数量的可燃性气体报警器。 可燃性气体报警器由传感器和报警器可燃性气体报警器由传感器和报警器二部分组成。二部分组成。 报警器根据传感器传来的信号报警器根据传感器传来的信号通过通过电子线路以指针或数字形式显示出此

5、时电子线路以指针或数字形式显示出此时空气中可燃气体的体积百分浓度空气中可燃气体的体积百分浓度同时同时对输入信号与报警设定值进行比较对输入信号与报警设定值进行比较当当达到报警设定值时就能发出声、光报警。达到报警设定值时就能发出声、光报警。 6 报警器的显示值采用国际标准，以报警器的显示值采用国际标准，以%LEL为计量单位。就是以可燃气体的爆炸为计量单位。就是以可燃气体的爆炸下限浓度为下限浓度为100%。 一般情况下，预报警设定点应设置一般情况下，预报警设定点应设置在在 20%LEL或或 40%LEL处，也可以根处，也可以根据情况自行设定，但不大于据情况自行设定，但不大于 60%LEL。7一、半导

6、体气敏传感器一、半导体气敏传感器 气敏传感器把气体中的特定成分检测出气敏传感器把气体中的特定成分检测出来来并将它转换成电信号并将它转换成电信号提供有关待提供有关待测气体的存在及其浓度的高低。测气体的存在及其浓度的高低。 根据这些电信号的强弱就可以获得与待根据这些电信号的强弱就可以获得与待测气体在环境中村情况有关的信息。测气体在环境中村情况有关的信息。 从而可以进行检测、监控、报警，还可从而可以进行检测、监控、报警，还可以通过接口电路与计算机组成自动检测、以通过接口电路与计算机组成自动检测、控制和报警系统。控制和报警系统。8（一）工作原理（一）工作原理 （P.143）9（二）应用（二）应用 气敏

7、传感器主要用于报警器和控制器。气敏传感器主要用于报警器和控制器。 作为报警器：当被测气体超过报警浓度作为报警器：当被测气体超过报警浓度时时发出声光报警。发出声光报警。 作为控制器：当被测气体超过设定浓度作为控制器：当被测气体超过设定浓度时时输出控制信号输出控制信号由驱动电路带动继由驱动电路带动继电器或其他元件完成控制动作。电器或其他元件完成控制动作。10气敏传感器112. 简易酒精测试器简易酒精测试器 电路中的酒精传感器对酒精有较高的灵敏度。电路中的酒精传感器对酒精有较高的灵敏度。 加热和工作电压都是加热和工作电压都是5V，接热电流约，接热电流约125mA。 当无酒精蒸气时当无酒精蒸气时传感器

8、的输出电压很低。传感器的输出电压很低。 随着酒精蒸气浓度的增加随着酒精蒸气浓度的增加输出电压也上升输出电压也上升LED（发光二极管）亮的数目也增加。（发光二极管）亮的数目也增加。 该测试器工作时，人只要向传感器呼一口气该测试器工作时，人只要向传感器呼一口气LED 亮的数目就可以知道是否喝酒亮的数目就可以知道是否喝酒并可大概并可大概了解饮酒多少。了解饮酒多少。1213二、接触燃烧气敏传感器二、接触燃烧气敏传感器 对铂丝线圈通以电流，使其保持高温对铂丝线圈通以电流，使其保持高温(300400 C)，此时，若与可燃气体接触此时，若与可燃气体接触可燃性气体就会在催可燃性气体就会在催化层上无火焰燃烧化层

9、上无火焰燃烧产生热量产生热量铂丝线圈的温度铂丝线圈的温度上升上升其电阻值也上升其电阻值也上升测量电阻的变化测量电阻的变化可知可知道可燃气体的浓度。道可燃气体的浓度。14三、温差火灾报警传感器三、温差火灾报警传感器 一个温度传感一个温度传感器利用金属板器利用金属板来检测异常温来检测异常温度度 一个温度传感一个温度传感器安装在塑料器安装在塑料壳体内检测正壳体内检测正常室温常室温 无火情时，两个温度传感器的温度相同无火情时，两个温度传感器的温度相同输出与温度成正输出与温度成正 比的电压基本相等比的电压基本相等无报警信号输出无报警信号输出 当有火情时当有火情时安装在金属板上的温度传感器受热而温度升安装

10、在金属板上的温度传感器受热而温度升高较快高较快而安装在塑料壳体内的温度传感器温度上升很慢而安装在塑料壳体内的温度传感器温度上升很慢输出一个温度差的电压信号输出一个温度差的电压信号当温度差的电压信号达到当温度差的电压信号达到一定值时一定值时可发出报警信号。可发出报警信号。15四、烟雾传感器四、烟雾传感器 烟雾是由气体分子大得多的微粒悬浮在气体中形烟雾是由气体分子大得多的微粒悬浮在气体中形成的，和一般气体成分分析不同，必须利用微粒成的，和一般气体成分分析不同，必须利用微粒的特点进行检测。的特点进行检测。 烟雾传感器是由烟雾的有无来决定输出信号的。烟雾传感器是由烟雾的有无来决定输出信号的。不能定量地

11、进行测量。不能定量地进行测量。16（1）散射式）散射式 在发光管和光敏元件之间设置在发光管和光敏元件之间设置遮光屏遮光屏 无烟雾时无烟雾时接受不到光信号接受不到光信号 有烟雾时有烟雾时借微粒的散射光使借微粒的散射光使光敏元件发出电信号光敏元件发出电信号（2）离子式）离子式 有烟雾时有烟雾时微粒将离子吸附微粒将离子吸附粒子本身也吸收粒子本身也吸收 射射线线离子电流离子电流 Ik减少减少 如果有一个密封有纯净空气的离子室作为参比元件如果有一个密封有纯净空气的离子室作为参比元件将两者的离子电流比较将两者的离子电流比较 可清除外界干扰可清除外界干扰得到得到可靠的检测结果。可靠的检测结果。17第二节第二

12、节 压力测量压力测量 一、弹簧管压力表一、弹簧管压力表 被测压力由接头被测压力由接头 1 即弹簧管即弹簧管的固定端通入的固定端通入 迫使迫使弹簧管弹簧管 5 与与拉杆拉杆 7 的连接处的连接处(即弹簧即弹簧管的自由端管的自由端)向右上方扩张向右上方扩张自由端的弹性变形位移通过自由端的弹性变形位移通过拉杆拉杆 7 使使扇形齿轮扇形齿轮 6 做逆时做逆时针偏转针偏转带动中心齿轮做顺带动中心齿轮做顺时针偏转时针偏转固定在中心齿轮固定在中心齿轮上的指针上的指针 4 也做顺时针偏转也做顺时针偏转从而在面板从而在面板 3 的刻度标尺的刻度标尺上显示出被测压力上显示出被测压力p 的数值。的数值。18二、压力

13、、差压变送器二、压力、差压变送器 （一）变送器的基本原理（一）变送器的基本原理 变送器变送器 能直接感受非电的被测能直接感受非电的被测变量并将其转换成标准信号输出的传变量并将其转换成标准信号输出的传感转换装置。感转换装置。 变送器的工作原理变送器的工作原理 基于负反馈原理。基于负反馈原理。 变送器的组成：变送器的组成： 测量（输入转换）、放大、反馈。测量（输入转换）、放大、反馈。19 测量部分的作用测量部分的作用 检测被测参数检测被测参数 x，将其转换成电压，将其转换成电压（或电流、位移、力矩等）信号（或电流、位移、力矩等）信号 Zi 送到放大器输入端。送到放大器输入端。 反馈部分的作用反馈部

14、分的作用 将变送器的输出信号将变送器的输出信号 y 转换成反馈信转换成反馈信号送回放大器输入端。号送回放大器输入端。 Zi 与调零信号与调零信号 Z0 的代数和与反馈信号的代数和与反馈信号 Zf 进行比较进行比较其差值其差值 送入放大器进行放大送入放大器进行放大转换成标准输出信号转换成标准输出信号2021第三节第三节 液位测量液位测量 液位测量指：对液位、液位差、相界面的液位测量指：对液位、液位差、相界面的连续测量，定点信号报警、控制等。连续测量，定点信号报警、控制等。 如：火力发电厂中锅炉汽包水位的测量和如：火力发电厂中锅炉汽包水位的测量和控制；低温领域如：液氮、液氢等液体在控制；低温领域如

15、：液氮、液氢等液体在各种低温容器或储槽中液面位置的监测和各种低温容器或储槽中液面位置的监测和报警。报警。 如：通过液位检测可确定容器中原料或产如：通过液位检测可确定容器中原料或产品的数量，判断并调节容器中物料的流入品的数量，判断并调节容器中物料的流入量、流出量量、流出量保证生产过程中各环节液位保证生产过程中各环节液位受到有效的监督和控制。受到有效的监督和控制。22一、浮力式液位仪表一、浮力式液位仪表 浮力式液压仪表利用液体浮力来测量浮力式液压仪表利用液体浮力来测量液位。液位。 一般可分为两类：一般可分为两类：（1）恒浮力式液位计）恒浮力式液位计（2）浮筒式液位计）浮筒式液位计23设：浮子重设：

16、浮子重W，平衡锤重，平衡锤重G，浮子的截面浮子的截面A，浸没于液体，浸没于液体中的高度为中的高度为 h， 液体密度液体密度 。 当液位高度为当液位高度为 H测量系测量系统达到平衡统达到平衡作用在浮子上作用在浮子上的合力为零。的合力为零。 力平衡关系为：力平衡关系为： WF浮浮G 式中：式中： F浮浮 hA g W (F浮浮 F浮浮) G 浮子由于向上浮力作用的浮子由于向上浮力作用的增加，在平衡锤的牵引下向增加，在平衡锤的牵引下向上做相应的位移上做相应的位移直到系统直到系统达到新的平衡状态达到新的平衡状态作用在作用在浮子上的合力关系又恢复为浮子上的合力关系又恢复为: WF浮浮G（一）恒浮力式液位

17、计（一）恒浮力式液位计24（二）浮筒式液位计（二）浮筒式液位计2526二、光纤液位计二、光纤液位计 光纤传感技术由于具有很高的灵敏光纤传感技术由于具有很高的灵敏度，以及具有优异的电磁绝缘性能度，以及具有优异的电磁绝缘性能和防爆性能和防爆性能为易燃易爆介质的液为易燃易爆介质的液位测量提供了安全的检测手段。位测量提供了安全的检测手段。 （1）全反射式光纤液位计）全反射式光纤液位计 （2）浮沉式光纤液位计）浮沉式光纤液位计27 两根光纤中的一两根光纤中的一根光纤与光源耦合，根光纤与光源耦合，称为发射光纤。称为发射光纤。 另一根光纤与光另一根光纤与光电元件耦合，成为电元件耦合，成为接受光纤。接受光纤。

18、 当棱镜一触及液当棱镜一触及液体体传感器的输出传感器的输出光强马上变弱光强马上变弱根根据传感器的光强信据传感器的光强信号就可判断液位的号就可判断液位的高度。高度。28（二）浮沉式光纤液位计（二）浮沉式光纤液位计29第五节第五节 温度测量温度测量 温度的检测方法和分类：温度的检测方法和分类： 温度测量仪表按其测温方式可分为：温度测量仪表按其测温方式可分为： （1）接触式测温）接触式测温 （2）非接触式测温）非接触式测温 接触式测温仪表结构简单、可靠、测温精接触式测温仪表结构简单、可靠、测温精度高。但存在测温的延迟现象，测温元件度高。但存在测温的延迟现象，测温元件容易破坏被测对象的温度场等。容易破

19、坏被测对象的温度场等。 接触式测温不可能用于很高的温度测量。接触式测温不可能用于很高的温度测量。3031321. 工业用双金属温度计工业用双金属温度计 感温元件为直螺旋形感温元件为直螺旋形双金属片，一端固定，双金属片，一端固定，另一端连在度盘指针的另一端连在度盘指针的芯轴上。芯轴上。 当温度变化时当温度变化时双金双金属片产生角位移属片产生角位移带动带动指针指示出相应温度指针指示出相应温度 在规定的温度范围内在规定的温度范围内双金属片的偏转角与双金属片的偏转角与温度成线性关系。温度成线性关系。33 在两根平行光纤之间的平行光位置上放置一个双金在两根平行光纤之间的平行光位置上放置一个双金属片属片构

20、成了一个温度传感器。构成了一个温度传感器。 当温度变化时当温度变化时双金属片带动端部的遮光片在平行双金属片带动端部的遮光片在平行光中做垂直方向的位移光中做垂直方向的位移使透过的光强度变化使透过的光强度变化通通过光电检测器将透射到输出光纤中的光信号转换成过光电检测器将透射到输出光纤中的光信号转换成电信号电信号检测出被测温度。检测出被测温度。34 将双金属片固定在油库的壁上。用长光纤传输被温将双金属片固定在油库的壁上。用长光纤传输被温度调制的光信号度调制的光信号经光电探测器转换成电信号经光电探测器转换成电信号再经再经放大后输出放大后输出。 由于光纤传感器的传感头不带电由于光纤传感器的传感头不带电特

21、特别适合在油库等易燃、易爆场合进行温度检测。别适合在油库等易燃、易爆场合进行温度检测。3536 用于电冰箱中的过电流保护，把双金属片制成中央凸起的用于电冰箱中的过电流保护，把双金属片制成中央凸起的圆盘形，并将圆心固定，边缘有两组电接点，串联在电路里圆盘形，并将圆心固定，边缘有两组电接点，串联在电路里（图（图a）。）。 双金属片下方有电热丝，电热丝与被保护的冰箱压缩机相双金属片下方有电热丝，电热丝与被保护的冰箱压缩机相连。当压缩机电流过大时连。当压缩机电流过大时电热丝对双金属片加热电热丝对双金属片加热到一定到一定程度后程度后双金属片突然由中央凸起变为中央凹陷状态双金属片突然由中央凸起变为中央凹陷状态其边其边缘上的电接点在一瞬间断开（图缘上的电接点在一瞬间断开（图b）。）。373839第六节第六节 气体成