檢測技術(shù)案例1課件

傳感器在現(xiàn)代

檢測系統(tǒng)中的應(yīng)用我們已經(jīng)學(xué)過了十幾種傳感器的工作原理和特性參數(shù)，并了解了它們的一些實(shí)際應(yīng)用。但是在現(xiàn)代工業(yè)中，往往不是單獨(dú)地使用一種傳感器，而是綜合應(yīng)用各種傳感器來組成現(xiàn)場檢測儀表。2/6/20231傳感器在控制系統(tǒng)中的綜合應(yīng)用舉例一個(gè)現(xiàn)代化火力發(fā)電廠需要多臺計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，來快速地測量鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)上許多重要部位的溫度、壓力、流量、液位、燃燒狀況、轉(zhuǎn)速、振動、位移、應(yīng)力等熱工、機(jī)械參數(shù)，還必須測量發(fā)電機(jī)的電壓、電流、功率、功率因數(shù)以及各種輔機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，然后進(jìn)行綜合處理，將各被監(jiān)測的重要參數(shù)進(jìn)行數(shù)字或模擬顯示，自動調(diào)整運(yùn)行工況，對某些超限參數(shù)進(jìn)行聲光報(bào)警或采取緊急措施。在上述這個(gè)系統(tǒng)中，需要數(shù)百個(gè)不同的傳感器將各種機(jī)械、熱工量轉(zhuǎn)換成電量，供計(jì)算機(jī)采樣和運(yùn)算。

2/6/20232現(xiàn)代化火力發(fā)電廠及其控制系統(tǒng)火力發(fā)電廠控制室火力發(fā)電廠機(jī)組汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)勵磁機(jī)2/6/20233智能儀器的芯片及模塊

51系列單片機(jī)芯片2/6/2023551系列單片機(jī)數(shù)據(jù)采集模塊

2/6/20236各種智能儀器

最低溫度最高溫度手持式頻譜儀和示波器2/6/20237工控機(jī)也稱工業(yè)電腦，是專門為工業(yè)現(xiàn)場而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)。防振、防潮、防塵能力均較強(qiáng)，它的電源系統(tǒng)有很高的抗電磁場干擾能力，所以適于現(xiàn)場條件較惡劣的場合使用。使用者不必去研制微機(jī)電路，而是將精力放在配置合乎要求的硬件接口和軟件開發(fā)上。在硬件方面，目前已有許多廠商生產(chǎn)出可以與各種傳感器配套的接口板；在軟件方面，也有許多成熟的工控軟件出售。小知識2/6/20239一體化工作站

平板式工作站（帶觸摸屏）軍用便攜式工作站2/6/202310一體化工作站（續(xù)）

2/6/202311工業(yè)級底板（參考研祥智能科技有限公司資料）底板上的擴(kuò)展槽用于插接各種數(shù)據(jù)采集卡PCI擴(kuò)展槽ISA擴(kuò)展槽2/6/202313各種數(shù)據(jù)采集卡ISA數(shù)據(jù)采集卡ISA數(shù)據(jù)采集卡的插腳間隔為2.54mm（0.1英寸）2/6/202314各種數(shù)據(jù)采集卡（續(xù)）PCI數(shù)據(jù)采集傳輸卡2/6/202315USB

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)卡（盒）USB數(shù)據(jù)采集電纜數(shù)據(jù)接線端子2/6/202317數(shù)據(jù)采集便攜式工控整機(jī)

2/6/202318筆記本電腦數(shù)據(jù)采集整機(jī)

信號從USB端口輸入2/6/202319USB接口卡及USB電纜2/6/202321嵌入式計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)傳感器信號采集卡可多層疊合，插入到嵌入式計(jì)算機(jī)的總線接口中，就可以構(gòu)成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。2/6/202322各種嵌入式計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集卡2/6/202323網(wǎng)絡(luò)化儀表示意圖工業(yè)總線

2/6/202325網(wǎng)絡(luò)化儀表工業(yè)總線

局域網(wǎng)2/6/202326

鋼廠自動化監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)例2/6/202327二、帶計(jì)算機(jī)的檢測系統(tǒng)的特點(diǎn)及功能1.性能價(jià)格比高；2.設(shè)計(jì)靈活性高；3.操作方便；4.有強(qiáng)大的運(yùn)算功能；5.具有記憶功能；6.有自校準(zhǔn)功能；7.能進(jìn)行自動故障診斷。2/6/2023298通道巡回檢測數(shù)據(jù)采集器8個(gè)傳感器信號輸入端口2/6/202330三、系統(tǒng)中的幾種重要部件

1.采樣開關(guān)

1)干簧繼電器：干簧繼電器主要由驅(qū)動線圈和干簧管組成，驅(qū)動線圈繞在干簧管外面。當(dāng)線圈通以額定電流后，干簧管中的兩根常開彈簧片互相吸引而吸合。它的耐壓較高，額定電流較大，導(dǎo)通電阻接近零。耗電較大、速度較慢是干簧繼電器的主要缺點(diǎn)。

干簧管2/6/202331(2)CMOS模擬采樣開關(guān)

模擬采樣開關(guān)切換對象是多路模擬信號。它的控制端處于“有效”狀態(tài)時(shí)，內(nèi)部的P溝道MOS管或N溝道MOS管導(dǎo)通，模擬開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)，導(dǎo)通電阻約幾歐至幾百歐（視型號而定）。當(dāng)控制端處于“無效”狀態(tài)時(shí)開關(guān)截止，截止電阻大于108Ω。其優(yōu)點(diǎn)是集成度高，動作快（小于1s）、耗電省等。缺點(diǎn)是有一定的導(dǎo)通電阻、各通道間有一定的漏電、擊穿電壓低、易損壞等。

2/6/2023322.放大器從傳感器來的信號有許多是毫伏級的微弱信號，須經(jīng)放大才能進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)對放大器的主要要求是：精度高、溫漂小、共模抑制比高、頻帶寬至直流。目前常用的放大器有以下幾種型式：一種是高精度、低漂移的雙極型放大器；另一種為隔離放大器，它帶有光電隔離或變壓器隔離的低漂移信號放大器，以及一個(gè)高隔離的DC/DC電源。2/6/202333精密隔離放大器舉例

線性誤差：小于0.01%

輸入阻抗：1MΩ

隔離度：2500V/50Hz/1min

工作溫度：-10℃～+60℃2/6/202334精密隔離放大器舉例（續(xù)）

導(dǎo)軌安裝式2/6/202335隔離放大器用的隔離電源

典型技術(shù)指標(biāo)：封裝：SIP、DIP（符合UL94-V0標(biāo)準(zhǔn)）；電壓準(zhǔn)確度：±1%；工作溫度：-40～+85℃；效率：80%Min（滿載)；隔離電壓：1500VDC；80mVp-pMax；輸出紋波/噪聲（20MHz帶寬)；功率：0.1W～2W（可選）2/6/2023363.A/D轉(zhuǎn)換器（ADC）

放大器放大后的模擬信號必須進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換才能由計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算處理。目前采用較多的A/D轉(zhuǎn)換器有兩大類：一類是并行A/D轉(zhuǎn)換器，另一類是串行A/D轉(zhuǎn)換器。在并行A/D轉(zhuǎn)換器中，又有逐位比較型和雙積分型之分。前者轉(zhuǎn)換速度較快，有8位、12位、16位等規(guī)格。位數(shù)越高，精度也越高，但價(jià)格也相應(yīng)提高；后者轉(zhuǎn)換速度較慢（每秒10次左右），常見的有3位半、4位半等規(guī)格。

2/6/2023374.D/A轉(zhuǎn)換器（DAC）與接口電路

計(jì)算機(jī)運(yùn)算處理后的數(shù)字信號有時(shí)必須轉(zhuǎn)換為模擬信號，才能用于工業(yè)生產(chǎn)的過程控制。它的輸入是計(jì)算機(jī)送出的數(shù)字量，它的輸出是與數(shù)字量相對應(yīng)的電壓或電流。如果在計(jì)算機(jī)與D/A之間插入多路光耦合器就能較好地防止工業(yè)控制設(shè)備干擾計(jì)算機(jī)的工作。如果使用多路采樣保持器，只要使用一只D/A即可進(jìn)行多路D/A轉(zhuǎn)換。

2/6/202338可編程序控制器中的傳感器接口板

傳感器與PLC的聯(lián)系主要是輸入接口。不同的“I/O模板”與各種不同的傳感器配套：

模擬量輸入模板、開關(guān)量輸入模板、溫度輸入控制模板等。用戶只須按照說明書選購不同功能的模板即可構(gòu)成完整的自動檢測控制系統(tǒng)。

三菱系列可編程控制器2/6/202339第二節(jié)傳感器在溫度、

壓力測控系統(tǒng)中的應(yīng)用陶瓷隧道窯溫度、壓力監(jiān)測控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)涉及熱工參數(shù)的測量，它采用工控機(jī)。該系統(tǒng)將巡回?cái)?shù)據(jù)采集電路及控制電路裝在獨(dú)立的接口箱中，其中裝有定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、并行輸入／輸出接口等，接口箱與主機(jī)之間通過并行接口插卡與計(jì)算機(jī)通信。

2/6/202340隧道窯外形2/6/202341隧道窯計(jì)算機(jī)檢測控制系統(tǒng)框圖

2/6/202342第三節(jié)傳感器在流量測量中的應(yīng)用所謂智能化流量積算儀，就是使用計(jì)算機(jī)技術(shù)，將一次儀表送來的流量信號對時(shí)間作積分，求出流量累積總量的儀器。

2/6/202343智能化流量積算儀原理（以上圖NY-Ⅰ型為例）

智能化流量積算儀采用差壓法測量瞬時(shí)流速，因此必須首先測出差壓⊿p。由于溫度和壓力會引起流體的密度的變化，有時(shí)還需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償和壓力補(bǔ)償，所以必須測出流體的溫度和壓力。如果使用熱電偶，還必須測量熱電偶的冷端（室溫）溫度。

2/6/202344智能化流量積算儀原理（以上圖NY-Ⅰ型為例）某一次儀表轉(zhuǎn)換的輸出為4~20mA，要得到10V輸出電壓到計(jì)算機(jī)的A/D板，需要采用多大阻值的取樣電阻？上述四種信號先由標(biāo)準(zhǔn)的一次儀表轉(zhuǎn)換為4~20mA的電流信號，經(jīng)信號傳輸線傳送到本積算儀的輸入端，再用取樣電阻（250.０Ω）轉(zhuǎn)換成４個(gè)低內(nèi)阻的1~5V電壓信號：U⊿p、Up、Ut、Uto。上述四個(gè)電壓信號按順序輪流通過采樣繼電器K1~K2傳送至模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端，再經(jīng)光耦，由單片機(jī)計(jì)算出累積流量。2/6/202345NY-Ⅰ型智能化流量積算儀原理框圖2/6/202346第四節(jié)傳感器在現(xiàn)代家電中的應(yīng)用所謂模糊控制系統(tǒng)是模擬人智能的一種控制系統(tǒng)。它將人的經(jīng)驗(yàn)、知識和判斷力作為控制規(guī)則，根據(jù)諸多復(fù)