检测设备和执行机构

2023/1/81第2章

计算机控制系统中的

检测设备和执行机构2023/1/82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过程控制中常用的执行器运动控制中常用的执行机构2023/1/832.1传感器和变送器传感器是能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。传感器的输出信号有多种形式，如电压、电流、频率、脉冲等，输出信号的形式由传感器的原理确定。变送器在控制系统中起着至关重要的作用，它将工艺变量(如温度、压力、流量、液位、成份等)和电、气信号(如电流、典压、频率、气压信号等)转换成该系统统一的标准信号。因此，变送器的性能、精度等指标对控制系统影响重大。

2023/1/842.1传感器和变送器主要内容：信号传输及供电的四线制与两线制压力检测及变送温度检测和变送流量检测及变送物位检测及变送其它检测仪表和装置2023/1/852.1.1信号传输及供电的四线制与两线制变送器安装在现场，它的气源或电源从控制室送来，而输出信号送到控制室。气动变送器用两根气动管线分别传送气源和输出信号。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。2023/1/862023/1/87HART协议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；目前广泛采用一种过渡方式，即在一条通讯电缆中同时传输4~20mA电流信号和数字信号，这种方式称为HART协议通讯方式。智能式变送器的电源也由通信电缆传输。2023/1/88HART协议HART(HighwayAddressableRemoteTransducer)通信协议是数字式仪表实现数字通信的一种协议，具有HART通信协议的变送器可以在一条电缆上同时传输4~20mADC的模拟信号和数字信号。HART通信协议是依照国际标准化组织(ISO)的开放式系统互连(OSI)参考模型，简化并引用其中三层：物理层、数据链路层、应用层而制定的。物理层规定了信号的传输方法和传输介质；数据链路层规定了数据帧的格式和数据通讯规程；应用层规定了通讯命令的内容。2023/1/892.1.2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2022/12/2910压力力检检测测的的主主要要方方法法和和分分类类按敏敏感感元元件件和和转转换换原原理理的的特特性性不不同同，，一一般般分为为以以下下几几类类：：液注注式式压压力力检检测测：：依据据流体体静静力力学学原原理理，把把被被测测压压力力转转换换成成液液柱柱高高度度来来实实现现测测量量的的。。U型管管压压力力计计、、单单管管压压力力计计、、补补偿偿微微压压计计等等。。结构构简简单单、、使使用用方方便便，，但但其其精精度度受受工工作作液液的的毛毛细细管管作作用用、、密密度度及及视视差差等等因因素素的的影影响响。。一般般用用于于测量量较较低低压压力力、、真真空空度度或或压压力力差差。2022/12/2911弹性式压力检检测：根据弹性元件受力力变形原理，将被测压力力转换成位移移来实现压力力测量。主要有弹簧管管、膜片和波波纹管等负荷式压力检检测：利用静压平衡原理理进行压力测量量。典型仪表：活活塞式、浮球球式和钟罩式式。普遍用作标准准仪器对压力力仪表进行标标定。2022/12/2912电气式压力力检测：：利用敏感元件将被测压力转换成成各种电量量，如电阻、、电感、电电容、电位位差等。具有较好的的动态响应应，特性量量程范围大大，线形好好，便于进进行压力的自动动控制。其它压力检检测方法：：弹振式压力力计、压磁磁式压力计计。2022/12/2913电容式差差压变送送器电容式差差压变送送器采用用差动电容容作为检测测元件，，是目前前工业上上普遍使使用的一一种变送送器2022/12/29142022/12/2915测量部分分的作用用是通过过电容式式压力传传感器及及相关电电路把被测差压压∆p成比例的的转换成成为差动电流流信号Id。差动电容容的相对对变化量量再通过过电容/电流转换换电路比比例的转转换成差差动电流流信号Id，经放大大后转换换成4~20mA输出电流流。2022/12/2916智能式压压力变送送器2022/12/29172022/12/29182.1.3温度检测和和变送测温方法分分类热电偶热电阻模拟式温度度变送器智能式温度度变送器2022/12/2919测温方法分分类接触式测量量基于物体的的热交换原理理设计而成。。优点：较直直观、可靠靠，系统结结构相对简简单，测量量准确度高高。缺点：测温温有较大滞滞后，在接接触过程中中易破坏被被测对象的的温度场分分布，从而而造成测量量误差，不不能测量移移动或太小小的物体。。测温上限限受到温度度计材料的的限制，故故所测温度度不能太高高。2022/12/2920测温方法分分类接触式测量量主要仪表表：基于物体受受热膨胀原原理制成的的膨胀式温度检测仪仪表；基于密闭容容器内工作作介质随温温度升高而而压力升高高的性质制制成的压力式温度检测仪仪表；基于导体或或半导体电电阻随温度度变化而变变化的热电阻温度检测仪仪表基于热电效效应的热电偶温度检测仪仪表。2022/12/2921测温温方方法法分分类类非接接触触测测量量基于于物物体体的的热辐辐射射特特性性与温温度度之之间间的的对对应应关关系系而而设设计计的的。。优点点:测温温范范围围广广，，测测温温过过程程中中不不破破坏坏被被测测对对象象的的温温度度场场分分布布；；能能测测量量运运动动物物体体；；测测温温响响应应速速度度快快。。缺点点：：所所测测温温度度受受物物体体发发射射率率、、中中间间介介质质和和测测温温距距离离的的影影响响。。主要要仪仪表表：：辐辐射射温温度度计计、、光光学学高高温温计计、、光光电电高高温温计计、、比比色色温温度度计计等等。。其他他测测量量技技术术：：光光纤纤测测温温技技术术、、集集成成温温度度传传感感器器测测温温技技术术等等2022/12/2922热电偶测温原原理热电偶温度计计利用不同导导体或半导体体的热电效应来测温的工业上常用的的(已标准化)热电偶有：铂铂铑30-铂铑6热电偶(分度号为B)、铂铑10-铂热电偶(分度号为S)、镍铬-镍硅(镍铬-镍铝)热电偶(分度号为K)等。2022/12/2923热电阻测温原原理热电阻温度计计是利用导体体或半导体的的电阻值随温度度变化的性质来测量量温度的热电阻引线的的功能是使感感温元件能与与外部测量线线路相连接。。热电阻引线线对测量结果果有较大的影影响，现在常常用的引线方方式有两线制制、三线制和和四线制三种种。2022/12/2924智能式式温度度变送送器图.

智能温度变送器TT302构成框图2022/12/2925模拟式式温度度变送送器以DDZ-ⅢⅢ型为例例，它它可以以和热热电阻阻或热热电偶偶配合合使用用，将将温度信信号转转换成成统一一标准准信号号；它也可可以作作为直直流毫毫伏转转换器器来使使用，，也将将其它它能够够转换换成直直流毫毫伏信信号的的工艺艺变量量也变变成统统一的的标准准信号号2022/12/2926模拟式温温度变送送器图.

模拟式温度变送器原理框图2022/12/29272022/12/29282.1.4流量检测测及变送送流量检测测原理有有很多，，有许多多分类方方法：按测量的的单位分分：质量量流量计计与体积积流量计计；按测量流流体运动动的原理理分：容容积式、、速度式式、动量量式和质质量流量量式；按测量方方法分：：直接测测量式和和间接测测量式。。2022/12/2929涡街流量计计涡街流量计计又称为漩漩涡流量计计，是利用有规规则的漩涡涡剥离现象象来测量流流体流量的的仪表。2022/12/2930电磁磁式式流流量量计计电磁磁流流量量计计是是基基于于电磁磁感感应应原原理理来测测量量流流量量的的仪仪表表，，它它能能测测量量具具有有一一定定电电导导率率的的液液体体的的体体积积流流量量。。由于于它它测测量量的的准准确确度度不不受受被被测测液液体体的的粘粘度度、、密密度度、、温温度度以以及及电电导导率率(在允允许许最最低低限限以以上上)变化化的的影影响响，，测测量量管管中中没没有有任任何何阻阻碍碍被被测测液液体体流流动动的的部部件件，，所所以以几几乎乎没没有有压压力力损损失失。。适当当选选用用测测量量管管中中绝绝缘缘内内衬衬和和测测量量电电极极的的材材料料，，就就可可以以测测量量各各种种腐腐蚀蚀性性(酸、、碱碱、、盐盐)溶液液的的流流量量，，尤尤其其是是在在测测量量含含有有固固体体颗颗粒粒的的溶溶液液如如泥泥浆浆、、纸纸浆浆、、矿矿浆浆或或纤纤维维液液体体的的流流量量时时，，更更显显示示出出其其优优越越性性。。2022/12/2931电磁流流量计计用于于测量量导电电液体体的体体积流流量，，也适适用于于含或或不含含悬浮浮颗粒粒物的的液体体，或或淤泥泥、浆浆料等等粘稠稠的介介质。。质量流流量计计、超超声波波流量量计、、孔板板流量量计2022/12/2932系列电电磁流流量计计2022/12/29332.1.5物位检测测及变送送物位仪表表的分类类差压式液液位变送送器电容式物物位传感感器2022/12/2934分类直读式物位测量量仪表浮力式物位测量量仪表静压式物位测量量仪表电磁式物位测量量仪表核辐射式式物位仪表表声波式物位测量量仪表光学式物位测量量仪表2022/12/2935差压式式液位位变送送器利用差差压或或压力力变送送器可可以很很方便便的测测量液液位，，且能能输出出标准准的电电流或或气压压信号号。差压式式液位位变送送器是是利用用容器器内的的液位改改变时，由由液柱柱产生生的静压也也相应应变化化的原理理而工工作的的p2022/12/2936电容式物物位传感感器在电容器器的极板板之间，，充以不不同介质质时，电电容量的的大小也也有所不不同因此可通通过测量电容容量的变变化来检测液液位、料料位和两两种不同同液体的的分界面面2022/12/29372.1.6其它检测测仪表和和装置接近开关关、光电电开关测速发电电机光电编码码器测厚仪表表2022/12/2938行程开开关、、接近近开关关行程开开关、、接近近开关关主要要将机械位位移变变为电电信号号，以实实现对对系统统的控控制，，广泛泛的应应用在在机电电一体体化的的设备备上，，作为为电路路自动动切换换、限限位保保护、、行程程控制制等应应用图.行程开关图.接近开关2022/12/2939光电电开开关关光电电开开关关也也是是一一种种常常用用的的开开关关型型检检测测元元件件。。它它有有投光光器器、、受受光光器器和和电电源源组成成，，投投光光器器常常用用发发光光二二极极管管，，受受光光器器常常用用光光敏敏二二极极管管或或光光敏敏三三极极管管。。其工工作作原原理理是是使使投投光光器器和和受受光光器器相相对对，，当当被被测测物物体体挡挡住住从从投投光光器器发发射射出出的的光光线线时时，，受受光光器器就就输输出出相相应应的的控控制制信信号号。。光光电电开开关关按按检检测测方方式式可可分分为为反反射射式式、、对对射射式式两两种种类类型型2022/12/2940图.光电开关2022/12/2941测速发电电机测速发电电机是一一种专门门用来测量转速速的微型型电机，其本质质是一种种微型发发电机。。有直流流和交流流两种。。直流测速速发电机机输出电压压和转速速有较好好的线性性关系，，并且电电流的极极性反映映出转动动的方向向，应用用方便。。由于直直流测速速发电机机有电刷刷、换向向器等接接触装置置，使它它的可靠靠性变差差，精度度也受到到影响。。交流测速速发电机机的输出频频率与转转速严格格对应，，输出信信号可经经放大整整形变换换电路转转换成标标准的电电压或电电流信号号。输输出特性性随负载载性质变变化而变变化。2022/12/2942光电编码器光电编码器作作为一种传感感器具有精度度高、耗能低低、非接触无磨损损、稳定可靠等等优点。尤其是它以数字量输出，具有与计算算机容易联机机的优点。编码器的应用用对象，就其其所测量的物物理量的性质质，它可对运运动机械的直线位移、角角位移、速度度、相位等进行测量，，也可间接地地对能变换成成这些量的，，例如温度压压力、流量等等物理量进行行测量，并给给出相应的电电学量输出。。在自动化系统统中，它可作作为敏感检测测元件组成自自动检测系统统，也可作为为检测反馈元元件，组成闭闭环或半闭环环的自动控制制系统光电编码器2022/12/29432022/12/29442022/12/2945测厚厚仪仪表表厚度度测测量量属属于于长长度度测测量量范范畴畴，，但但它它是是一一种种特特殊殊的的长长度度测测量量。。目目前前常常用用的的厚厚度度测测量量一一般般属属于于运动动物物体体厚厚度度的的连连续续测测量量，而而对对于于非非连连续续测测量量则则多多用用一一般般简简单单机机械械式式测测量量仪仪按检检测测方方式式分分为为接触触式式和和非非接接触触式式两大大类类；；按按其其变变换换原原理理分分为为射射线线式式、、电电涡涡流流式式、、微微波波式式、、激激光光式式、、电电容容式式、、电电感感式式等等。。2022/12/29462.2过程程控控制制中中常常用用的的执执行行器器执行行器器在在过过程程计计算算机机控控制制系系统统中中的的一一个个重重要要组组成成部部分分。。它的的作作用用是是接接收收控控制制器器送送来来的的控控制制信信号号，，改改变变被被控控介介质质的的流流量量，，从从而而将将被被控控变变量量维维持持在在所所要要求求的的数数值值上上或或一一定定的的范范围围内内。。2022/12/2947执行器有各各种不同的的分类方法法，其分类类如下：①按动力力能源分类类分为为气动执行器、电动执行器、液动执行器。气气动执行器器利用压缩缩空气作为为能源，其其特点是结结构简单、、动作可靠靠、平稳、、输出推力力较大、维维修方便、、防火防爆爆，而且价价格较低；；它可以方方便的与气气动仪表配配套使用，，即使是采采用电动仪仪表或计算算机控制时时，只要经经过电/气转换器或或电/气阀门定位位器，将电电信号转换换为0.02~0.1MPa的标准气压压信号，仍仍然可用气气动执行器器。②按动作作极性分类类分为为正作用执行器和反作用执行器。③按动作作行程分类类分为为角行程执行器和直行程执行器。④按动作作特性分类类分为为比例式执行器和积分式执行器。2022/12/2948气动执行行器气动执行行器又称称为气动动调节阀阀，由气气动执行行机构和和调节阀阀(控制机构构)组成。执行器上有标标尺，用以指指示执行器的的动作行程图.

气动执行器2022/12/2949气动执行机构构常见见的的气气动动执执行行机机构构有有薄膜膜式式和活塞塞式式两大大类类其中中薄薄膜膜式式执执行行机机构构最最为为常常2022/12/2950控制制机机构构控制制机机构构即即调调节节阀阀，，实实际际上上是是一一个个局局部部阻阻力力可可以以改改变变的的节节流流元元件件调节节阀阀由由阀阀体体、、阀阀座座、、阀阀芯芯、、阀阀杆杆、、上上下下阀阀盖盖等等组组成成。。调调节节阀阀直直接接与与被被控控介介质质接接触触，，为为适适应应各各种种使使用用要要求求，，阀阀芯芯、、阀阀体体的的结结构构、、材材料料各各不不相相同同调节节阀阀的的阀阀芯芯有有直直行行程程阀阀芯芯与与角角行行程程阀阀芯芯2022/12/2951电/气转换换器电气转转换器器电电气气阀门门定位位器压压缩缩空气气过滤滤器2022/12/2952电动执执行器器2022/12/2953电动执行行器电动执行行器和气气动执行行器一样样，是控控制系统统中的一一个重要要部分。。它接收来自控制制器的4~20mA或0~10mA直流电流流信号，并将其其转换成成相应的的角位移移或直行行程位移移，去操操纵阀门门、挡板板等控制制机构，，以实现现自动控控制电动执行行器有直直行程、、角行程程和多转转式等类类型2022/12/2954电动执行行器主要要由伺服服放大器器和执行行机构组组成，，如下图图：图.

电动执行机构方框图2022/12/2955现场总线执行行器现场总线的智智能执行器由由传统的执行器器、含有微处理理器的控制器以及可与PC或PLC双向通信的模模件及软件组成，具有与与上位机或控控制系统通信信的功能智能化和高精精度的系统控控制功能一体化的结构构智能化的通信信功能智能化的自诊诊断功能2022/12/29562.3运动控制中常用用的执行机机构直流伺服电电机交流伺服电电机步进电机电磁阀和液液压阀2022/12/2957直流伺服服电机直流伺服服电机是是控制系系统中具具有特殊殊用途的的电动机机。它的工作作原理、、基本结结构及内内部电磁磁关系和和一般用用途的电电动机相相同。一般分为为永磁式和电磁式两种基本本结构类类型。电磁式直直流伺服服电机按按励磁方方式不同同又分为为它励、、并励、、串励和和复励四四种；永磁式直直流伺服服电机也也可看作作是一种种它励式式直流电电动机。。直流伺服服电机具具有启动动力矩大大，调速速范围广广，机械械特性和和调节特特性线性性度好，，控制方方便等特特点。一一般把直直流电机机的电枢枢电压作作为控制制信号，，实现电动动机的转转速控制制。2022/12/2958交流伺伺服电电机交流伺伺服电电机在在自动动控制制系统统中也也常被被用来来作为为执行行元件件在自动动控制制系统统中，，伺服服电动动机是是将控制信信号快速地地转换换为转轴转转动的的一个个执行行元件件，因此此，自自动控控制系系统对对它主主要提提出以以下几几点要要求：：①转转速和和转向向应方方便地地受控控制信信号的的控制制，调调速范范围要要大；；②整整个运运行范范围内内的特特性应应具有有线性性关系系，保保证运运行的的稳定定性；；③当当控制制信号号消除除时，，伺服服电动动机应应立即即停转转，也也就是是要求求伺服服电动动机无无“自自转””现象象；④控控制功功率要要小，，启动动转矩矩应大大；⑤机机电时时间常常数要要小，，始动动电压压要低低。当当控制制信号号变化化时，，反应应应快快速灵灵敏2022/12/2959步进电机步进电机又又称为脉冲冲电机，是是计算机控控制系统的的一种执行行元件。其其功用是将将脉冲电信号号转换成相应应的角位移或直线位移，即给一个个脉冲信号号，电动机机就转动一一个角度或或前进一步步，步进电动机机的角位移移量θ或线位移量量s与脉冲数k成正比；它它的转速n，或线速度度v与脉冲频率率f成正比它不需要变变换能直接接将数字脉脉冲信号转转换为角位位移，很适适合采用计计算机控制制，被广泛泛的应用于于简易数控控机床、送送料机构、、仪器仪表表等领域。。2022/12/29602022/12/2961液压阀液压阀的种类类很多，按不不同的分类方方法可有许多多种类型。按功能分，液液压阀可分为为：①压力控制阀如溢流阀、减减压阀、顺序序阀等。②方向控制阀如单向阀、电电磁换向阀、、电液换向阀阀等。③流量控制阀如节流阀、调调速阀、溢流流节流阀、分分流阀等。按液压系统的的压力分，所所使用的液压压阀可分为节节流阀、分流流阀等。①低压阀其其允允许使用压强强≤6Mpa；②中压阀其其允允许使用压强强≤16Mpa；③高压阀其其允允许使用压强强>16Mpa；按阀的工作方方式分，液压压阀可分为开关型和模拟量两种。开关型型液压阀工作作在开和关两两种工作状态态，通过控制制电磁铁的通通断来实现。。模拟量阀连连续控制液压压系统的压力力、流量的变变化，如比例例阀、伺服阀阀，它是通过过对比例电磁磁铁输入连续续变化的模拟拟量信号来实实现的2022/12/2962第2章结结束THEEnd9、静夜四四无邻，，荒居旧旧业贫。。。12月-2212月-22Thursday,December29,202210、雨中黄叶叶树，灯下下白头人。。。14:46:4714:46:4714:4612/29/20222:46:47PM11、以我独沈久久，愧君相见见频。。12月-2214:46:4714:46Dec-2229-Dec-2212、故人人江海海别，，几度度隔山山川。。。14:46:4714:46:4714:46Thursday,December29,202213、乍见翻疑疑梦，相悲悲各问年。。。12月-2212月-2214:46:4714:46:47December29,202214、他乡乡生白白发，，旧国国见青青山。。。29十十二二月20222:46:47下下午14:46:4712月月-2215、比不了了得就不不比，得得不到的的就不要要。。。十二月222:46下午午12月-2214:46December29,202216、行动出成果果，工作出财财富。。2022/12/2914:46:4714:46:4729December202217、做前前，能能够环环视四四周；；做时时，你你只能能或者者最好好沿着着以脚脚为起起点的的射线线向前前。。。2:46:47下下午2:46下下午午14:46:4712月月-229、没有有失败败，只只有暂暂时停停止成成功！！。12月月-2212月月-22Thursday,December29,202210、很多事事情努力力了未必必有结果果，但是是不努力力却什么么改变也也没有。。。14:46:4714:46:4714:4612/29/20222:46:47PM11、成功就是是日复一日日那一点点点小小努力力的积累。。。12月-2214:46:4714:46Dec-2229-Dec-2212、世间成成事，不不求其绝绝对圆满满，留一一份不足足，可得得无限完