第5章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中常用的設(shè)備

1、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)1第5章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中常用的設(shè)備計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中常用的設(shè)備在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，為了正確的指導(dǎo)生產(chǎn)操作、保證生產(chǎn)安全、保證產(chǎn)品質(zhì)量和實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化，一項(xiàng)必不可少的工作是準(zhǔn)確而及時(shí)的檢測(cè)出生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)有關(guān)參數(shù)，例如壓力、流量、物位、溫度、機(jī)械量及成分等。用于將這些參數(shù)轉(zhuǎn)換為一定的便于傳送的信號(hào)（例如電信號(hào)或氣壓信號(hào)）的儀表通常稱為傳感器。當(dāng)傳感器的輸出為單元組合儀表中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)時(shí)，通常稱為變送器。無(wú)論是模擬式儀表

2、構(gòu)成的系統(tǒng)，還是由計(jì)算機(jī)控制裝置構(gòu)成的系統(tǒng)，傳感器和變送器都是不可缺少的環(huán)節(jié)。執(zhí)行器在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的作用是接受來(lái)自計(jì)算機(jī)的控制信號(hào)，由執(zhí)行機(jī)構(gòu)將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或直線位移，去操縱調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)（調(diào)節(jié)閥），改變控制量，使被控變量符合預(yù)期的工藝要求，因此，執(zhí)行器也是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的一個(gè)重要的部分。5.15.1傳感器和變送器傳感器和變送器傳感器是能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。

3、其中敏感元件是指?jìng)鞲衅髦心苤苯痈惺鼙粶y(cè)量的部分，轉(zhuǎn)換援建指?jìng)鞲衅髦心軐⒚舾性敵鲛D(zhuǎn)換為適于傳輸和測(cè)量的電信號(hào)部分。傳感器的輸出信號(hào)有多種形式，如電壓、電流、頻率、脈沖等，輸出信號(hào)的形式由傳感器的原理確定。變送器在控制系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用，它將工藝變量（如溫度、壓力、流量、液位、成份等）和電、氣信號(hào)（如電流、典壓、頻率、氣壓信號(hào)等）轉(zhuǎn)換成該系統(tǒng)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。因此，變送器的性能、精度等對(duì)控制系統(tǒng)影響重大。本節(jié)將主要介紹有關(guān)壓力、溫度

4、、流量、物位、成份等參數(shù)的檢測(cè)方法、檢測(cè)儀表及相應(yīng)的傳感器或變送器。5.1.15.1.1信號(hào)傳輸及供電的四線制與兩線制信號(hào)傳輸及供電的四線制與兩線制變送器是現(xiàn)場(chǎng)儀表，在傳統(tǒng)的DDZ控制系統(tǒng)以及DCS控制系統(tǒng)中，電源及大多計(jì)算、調(diào)節(jié)、控制和顯示儀表都安裝在距現(xiàn)場(chǎng)有一段距離的控制室，要將變送器采集的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)送入控制室，必須對(duì)變送器考慮信號(hào)傳輸及供電的問(wèn)題。對(duì)此目前廣泛采用的是四線制和兩線制方式。四線制指儀表的信號(hào)傳輸與供電用四根導(dǎo)線，其中兩

5、根作為電源線，另兩根作為信號(hào)線。兩線制指儀表的信號(hào)傳輸與供電共用兩根導(dǎo)線，即這兩根導(dǎo)線既從控制室向變送器傳送電源，變送器又通過(guò)這兩根導(dǎo)線向控制室傳送現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)到的信號(hào)。兩線制變送器的應(yīng)用已十分流行，它與非兩線制儀表相比，節(jié)省了導(dǎo)線，有利于抗干擾及防爆?；贖ART協(xié)議的儀表仍采用兩線制，它在兩根導(dǎo)線上增加第三項(xiàng)功能：傳輸計(jì)算機(jī)易于接收的數(shù)字控制信號(hào)。5.1.25.1.2壓力壓力、壓差測(cè)量、壓差測(cè)量工業(yè)生產(chǎn)中許多生產(chǎn)工藝過(guò)程經(jīng)常要求在一定的

6、壓力或一定的壓力變化范圍內(nèi)進(jìn)行，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)3（5.2）pKdpkdCCCCHLHL????????式中，ε為電容的介電常數(shù)，A為極板面積，d為極板間距。由（5.2）可知，只要由電路獲得這個(gè)差動(dòng)電容變化的比值，即可測(cè)出壓力差。該比值即為電容式壓力變送器的中間變量。隨著集成電路的廣泛應(yīng)用，其性能不斷提高，成本大幅度降低，使得微處理器在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用十分普遍。智能型壓力或差壓變送器就是在普通壓力或差壓傳感器的基礎(chǔ)上增加微處理器電路而形成

7、的智能檢測(cè)儀表。例如，用帶有溫度補(bǔ)償?shù)碾娙輦鞲衅髋c微處理器相結(jié)合，構(gòu)成精度為0.1級(jí)的壓力或差壓變送器，其量程范圍為100:1，時(shí)間常數(shù)在0—36s間可調(diào)，通過(guò)手持通訊器，可對(duì)1500m之間的現(xiàn)場(chǎng)變送器進(jìn)行工作參數(shù)的設(shè)定、量程調(diào)整以及向變送器加入信息數(shù)據(jù)。智能型變送器的特點(diǎn)是可進(jìn)行遠(yuǎn)程通信。利用手持通信器，可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)變送器進(jìn)行各種運(yùn)行參數(shù)的選擇和標(biāo)定；其精確度高，使用與維護(hù)方便。通過(guò)編制各種程序，使變送器具有自修正、自補(bǔ)償、自診斷及錯(cuò)誤方

8、式報(bào)警等多種功能，因而提高了變送器的精確度，簡(jiǎn)化了調(diào)整、校準(zhǔn)與維護(hù)過(guò)程，促使變送器與計(jì)算機(jī)、控制系統(tǒng)直接對(duì)話。5.1.35.1.3溫度檢測(cè)及變送器溫度檢測(cè)及變送器溫度是各種工藝生產(chǎn)過(guò)程和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中非常普遍、非常重要的熱工參數(shù)之一。許多產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量、能量和過(guò)程控制等都直接與溫度參數(shù)有關(guān)，因此實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的溫度測(cè)量具有十分重要的意義。1.測(cè)溫方法分類測(cè)溫方法分類根據(jù)測(cè)量方法，可將溫度測(cè)量劃分為接觸式測(cè)溫和非接觸式測(cè)溫兩大類。接觸式測(cè)溫。接觸

9、式測(cè)溫是基于物體的熱交換原理設(shè)計(jì)而成的。其優(yōu)點(diǎn)是：較直觀、可靠；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單；測(cè)量準(zhǔn)確高。其缺點(diǎn)是：測(cè)溫時(shí)有較大的滯后（因?yàn)橐M(jìn)行充分的熱交換），在接觸過(guò)程中易破壞被測(cè)對(duì)象的溫度場(chǎng)分布，從而造成測(cè)量誤差；不能測(cè)量移動(dòng)的或太小的物體；測(cè)溫上限受到溫度計(jì)材質(zhì)的限制，故所測(cè)溫度不能太高。接觸式測(cè)溫儀表主要有：基于物體受熱膨脹原理制成的膨脹式溫度監(jiān)測(cè)儀表；基于密閉容積內(nèi)工作介質(zhì)隨溫度升高而壓力升高的性質(zhì)制成的壓力式溫度檢測(cè)儀表；基于導(dǎo)體或半

10、導(dǎo)體電阻值隨溫度變化的熱電阻溫度檢測(cè)儀表；基于熱電效應(yīng)的熱電偶溫度檢測(cè)儀表。非接觸式測(cè)溫。非接觸式測(cè)溫是基于物體的熱輻射特性與溫度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系設(shè)計(jì)而成的。其優(yōu)點(diǎn)是：測(cè)溫范圍廣（理論上沒(méi)有上限限制）；測(cè)溫過(guò)程中不破壞被測(cè)對(duì)象的溫度場(chǎng)分布；能測(cè)運(yùn)動(dòng)的物體；測(cè)溫響應(yīng)速度快。缺點(diǎn)是：所測(cè)溫度受物體發(fā)射率、中間介質(zhì)和測(cè)量距離等的影響。目前應(yīng)用較廣的非接觸式測(cè)溫儀表有：輻射溫度計(jì)、光學(xué)高溫計(jì)、光電高溫計(jì)、比色溫度計(jì)等。其它測(cè)溫技術(shù)，如光纖測(cè)溫技術(shù)