自動(dòng)化概論之傳感器

自動(dòng)化與傳感器主講：

自動(dòng)化系1自動(dòng)化與傳感器

什么是自動(dòng)化？什么是傳感器？自動(dòng)化與傳感器的關(guān)系傳感器的現(xiàn)狀與發(fā)展

2自動(dòng)化與傳感器工業(yè)自動(dòng)化的概念：工業(yè)自動(dòng)化是化工、煉油、食品、輕工、電力等流程工業(yè)生產(chǎn)過程自動(dòng)化的簡稱。在生產(chǎn)設(shè)備上，配上一些自動(dòng)化裝置（儀表），代替操作人員的部分直接勞動(dòng)，使生產(chǎn)在不同程度上自動(dòng)地進(jìn)行，并達(dá)到預(yù)定的目標(biāo)，這種用自動(dòng)化裝置來管理生產(chǎn)過程的辦法，稱為生產(chǎn)過程自動(dòng)化。3自動(dòng)化與傳感器隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，煉油、化工、冶金、電力、生物、制藥等工業(yè)過程的生產(chǎn)規(guī)模越來越大型化、復(fù)雜化，各種類型的自動(dòng)控制技術(shù)已經(jīng)成了現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)安全、高效、優(yōu)質(zhì)、低耗的基本條件和重要保證4自動(dòng)化與傳感器進(jìn)料口執(zhí)行器變送器調(diào)節(jié)器5自動(dòng)化與傳感器進(jìn)料口執(zhí)行器變送器調(diào)節(jié)器進(jìn)料口執(zhí)行器變送器控制站6

自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本組成及方塊圖1、自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本組成

(1)、被控對(duì)象：生產(chǎn)中要求控制的生產(chǎn)設(shè)備（或過程）；

(2)、測量元件或變送器：對(duì)被控參數(shù)進(jìn)行測量的儀表；

(3)、控制器：把被控參數(shù)的測量值與給定值相減得出偏差，并按某種運(yùn)算規(guī)律算出結(jié)果，同時(shí)將此結(jié)果送給調(diào)節(jié)閥（執(zhí)行器）；(4)、調(diào)節(jié)閥（執(zhí)行器）：根據(jù)調(diào)節(jié)器送來的信號(hào)的大小，自動(dòng)改變閥的開啟度，調(diào)節(jié)介質(zhì)的流量，實(shí)現(xiàn)控制的目的。7自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本組成及方塊圖2、自動(dòng)控制系統(tǒng)的有關(guān)名詞術(shù)語

（1）被控對(duì)象（受控對(duì)象）；（2）被控變量（受控變量）：控制對(duì)象內(nèi)要求以一定的精度保持恒定或隨某一參數(shù)（給定值）的變化而變化的變量；（3）給定值：要求被控參數(shù)所保持或遵循的數(shù)值（4）偏差：給定值與測量值的差值（5）干擾：影響被控變量，使其偏離給定值的因素（6）操縱變量：影響被控變量，克服干擾使被控變量回到給定值的（調(diào)節(jié)閥的輸出）；（7）控制作用：控制器的輸出84、自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作過程以換熱器系統(tǒng)為例冷物料熱物料95、影響控制系統(tǒng)控制質(zhì)量的主要因素

被控對(duì)象是核心測量儀表是基礎(chǔ)控制器是靈魂執(zhí)行器是關(guān)鍵10

自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類1、根據(jù)給定值不同分類：（1）、定值控制系統(tǒng)：給定值保持不變的系統(tǒng)。系統(tǒng)的任務(wù)是使被控變量以一定的精度保持在給定值上不變；（2）、隨動(dòng)控制系統(tǒng)：給定值是隨機(jī)變化的，這種變化是事先不知道的；（3）、程序控制系統(tǒng)：給定值是按事先規(guī)定的程序變化的。112、按控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度區(qū)分簡單控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)3、按控制變量的名稱區(qū)分溫度控制系統(tǒng)壓力控制系統(tǒng)……4、按調(diào)節(jié)規(guī)律區(qū)分P、PI、PD、PID、預(yù)估控制……12常見的測控參數(shù)：T、P、L、F、A（五大參數(shù)）

測控儀表的分類：變送器（傳感器）、執(zhí)行器、控制器三大類

13常見的測控參數(shù)：T、P、L、F、A（五大參數(shù)）

測控儀表的分類：變送器（傳感器）、執(zhí)行器、控制器三大類

控制器：常規(guī)調(diào)節(jié)器、智能調(diào)節(jié)器、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

14傳感器技術(shù)簡介

傳統(tǒng)的傳感器是一種能將物理量、化學(xué)量、生物量等轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的器件。輸出信號(hào)有不同形式，如電壓、電流、頻率、脈沖等，能滿足信息傳輸、處理、記錄、顯示、控制要求，是自動(dòng)控制系統(tǒng)中不可缺少的元件。15傳感器技術(shù)簡介

在今天的信息時(shí)代里，信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱是傳感器技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)。傳感器是信息采集系統(tǒng)的首要部件，是測控系統(tǒng)獲得信息的主要環(huán)節(jié)，在很大程度上影響和決定著系統(tǒng)的功能。現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)由于超大規(guī)模集成電路的飛速發(fā)展，而已經(jīng)充分發(fā)達(dá)后，對(duì)傳感器的要求更高。

16傳感器技術(shù)簡介

傳感器的應(yīng)用范圍極廣，幾乎應(yīng)用于所有的技術(shù)領(lǐng)域，如機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域、航空航天技術(shù)領(lǐng)域、兵器領(lǐng)域、民用工業(yè)領(lǐng)域，并逐漸深入到人們的日常生活中。17傳感器技術(shù)簡介鑒于傳感器的重要性和應(yīng)用的廣泛性，美國曾把80年代稱作傳感器時(shí)代，把傳感器技術(shù)列為90年代22項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)之一；日本曾把傳感器技術(shù)列為技術(shù)之首；我國的863計(jì)劃、科技攻關(guān)等計(jì)劃中也曾把傳感器的研究放在重要的位置。美國、日本、德國等發(fā)達(dá)國家的傳感器技術(shù)發(fā)展最快。18傳感器技術(shù)簡介我國由于基礎(chǔ)薄弱，傳感器技術(shù)與這些發(fā)達(dá)國家相比有較大的差距，主要表現(xiàn)在產(chǎn)品的質(zhì)量、生產(chǎn)規(guī)模、市場開發(fā)、銷售等方面。我國傳感器的科研開發(fā)水平約落后發(fā)達(dá)國家5～10年；生產(chǎn)技術(shù)約落后10～15年19傳感器技術(shù)簡介傳感器新技術(shù)的發(fā)展，主要有以下幾個(gè)方面：（1）發(fā)現(xiàn)并利用新現(xiàn)象（2）利用新材料（3）微機(jī)械加工技術(shù)（4）集成傳感器（5）智能化傳感器20傳感器技術(shù)簡介隨著微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，傳感器技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)合，賦予了傳感器智能的功能，構(gòu)成了智能傳感器。智能傳感器不僅具有信號(hào)檢測、轉(zhuǎn)換和通信功能,同時(shí)還具有記憶、存儲(chǔ)、解析、統(tǒng)計(jì)處理及自診斷、自校準(zhǔn)、自補(bǔ)償、自適應(yīng)等功能,不再只是信號(hào)的變換器。21智能傳感器技術(shù)（1）復(fù)合敏感功能部分智能傳感器具有復(fù)合敏感功能，能夠同時(shí)測量多種物理量和化學(xué)量，給出能夠較全面反映物質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的信息，如…22如科氏質(zhì)量流量計(jì)，可同時(shí)檢測出流體的質(zhì)量流量和密度信息；美國加利佛尼亞大學(xué)電子研究所實(shí)驗(yàn)室研制的一種傳感器，芯片尺寸為8×9mm2，集成的敏感元件有：氣體流量、紅外、化學(xué)敏、懸臂梁加速度計(jì)、聲表面波蒸汽敏、觸覺陣列和紅外電荷耦合器件；美國HONYWELL公司ST-3000型智能傳感器，芯片尺寸只有3×4×2mm3，采用半導(dǎo)體工藝，在同一芯片上集成CPU、EPROM、靜壓、差壓、溫度等三種敏感元件。23智能傳感器技術(shù)（2）自檢、自校、自診斷功能檢驗(yàn)校正的主要參數(shù)是零位和增益。普通的傳感器需要定期離現(xiàn)檢驗(yàn)和標(biāo)定，以保證它的正常使用和足夠的準(zhǔn)確度。對(duì)于智能傳感器，由于有微處理器，內(nèi)存中帶有自校功能的軟件，效驗(yàn)工作可以在線自動(dòng)進(jìn)行。24智能傳感器技術(shù)自診斷可看作是自校的一個(gè)分支，其目的是確定傳感器的工作是否正常，如果不，則診斷出故障點(diǎn)。25智能傳感器技術(shù)（3)自補(bǔ)償和計(jì)算功能許多工程技術(shù)人員多年來一直從事傳感器溫度漂移和非線性補(bǔ)償工作，雖然每年都有所進(jìn)展，但都是修修補(bǔ)補(bǔ)沒有根本性突破。而智能傳感器的自補(bǔ)償和計(jì)算功能為傳感器的溫度漂移和非線性補(bǔ)償開辟了新的道路。26智能傳感器技術(shù)（4）通信功能

智能傳感器(或變送器)可以通過裝在傳感器(變送器)內(nèi)部的電子模塊來實(shí)現(xiàn)通信，也可以通過智能現(xiàn)場通信器(SFC)來交換信息，還可以使無線通信。27智能傳感器技術(shù)智能傳感器的最新發(fā)展趨勢是網(wǎng)絡(luò)化。傳感器技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合發(fā)展了智能傳感器，并在此基礎(chǔ)上再與通信技術(shù)相結(jié)合發(fā)展為網(wǎng)絡(luò)傳感器。網(wǎng)絡(luò)傳感器除具有上述的智能傳感器的功能特點(diǎn)外,還在它自身內(nèi)部嵌入了通信協(xié)議(HART,TCP/IP,LonTalk等協(xié)議),從而使其具有強(qiáng)大的通信能力28敏感元件：是能夠靈敏地感受被測變量并作出響應(yīng)的元件!傳感器不但應(yīng)該對(duì)被測變量敏感，而且具有把對(duì)被測變量的響應(yīng)傳送出去的功能。變送器是從傳感器發(fā)展而來，凡能輸出標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的傳感器稱為變