檢測(cè)綜合應(yīng)用1課件

2023/2/61檢測(cè)技術(shù)的綜合應(yīng)用

介紹檢測(cè)技術(shù)在測(cè)量、控制系統(tǒng)中的綜合應(yīng)用，以及如何將多種傳感器與組成智能化系統(tǒng)，并了解檢測(cè)系統(tǒng)中常用的部件。2023/2/62檢測(cè)技術(shù)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(tái)計(jì)算機(jī)來(lái)快速地測(cè)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、轉(zhuǎn)速、振動(dòng)、位移、應(yīng)力、燃燒狀況等熱工、機(jī)械參數(shù)，還必須測(cè)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(cè)的重要參數(shù)進(jìn)行數(shù)字或模擬顯示，自動(dòng)調(diào)整運(yùn)行工況，對(duì)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。

2023/2/63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(lì)磁機(jī)2023/2/65智能儀器的芯片及模塊

51系列單片機(jī)芯片2023/2/66各種智能儀器

最低、最高溫度2023/2/672.個(gè)人儀器

個(gè)人儀器又稱個(gè)人計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)。它是以個(gè)人計(jì)算機(jī)（必須符合工控要求）配以適當(dāng)?shù)挠布娐放c傳感器組合而成的檢測(cè)系統(tǒng)。

組裝個(gè)人儀器時(shí)，將傳感器信號(hào)傳送到相應(yīng)的接口板（或接口盒）中，再將接口板插到工控機(jī)總線擴(kuò)展槽中或?qū)⒔涌诤械腢SB插頭插入計(jì)算機(jī)相應(yīng)的插座上，編寫(xiě)相應(yīng)的軟件就可以完成自動(dòng)檢測(cè)功能。

2023/2/69一體化工作站（續(xù)）

2023/2/610工業(yè)計(jì)算機(jī)（工控機(jī)）機(jī)箱

工控機(jī)的抗電磁干擾能力、防振、防潮、防塵能力均較強(qiáng)，有較多的擴(kuò)展槽，它的電源系統(tǒng)有較好的抗電磁干擾能力。雖然工控機(jī)的價(jià)格比個(gè)人電腦貴，但可靠性強(qiáng)得多，性能價(jià)格比高，適合在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)條件較惡劣的場(chǎng)合使用。2023/2/611工業(yè)級(jí)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2023/2/613各種數(shù)據(jù)采集卡（續(xù)）PCI數(shù)據(jù)采集傳輸卡2023/2/614ISA槽與PCI槽的外形區(qū)別ISA槽PCI槽將功能卡插到ISA槽中功能卡的鍍金腳2023/2/615端子板與功能卡的連接

端子板作為功能卡的擴(kuò)展附件，用于連接傳感器信號(hào)光耦25芯排線數(shù)據(jù)鎖存器去計(jì)算機(jī)ISA槽傳感器信號(hào)線接線端子2023/2/617其他端子擴(kuò)展板

34芯排線插座37芯排線插座2023/2/618數(shù)據(jù)采集便攜式工控整機(jī)

2023/2/619筆記本電腦數(shù)據(jù)采集整機(jī)

信號(hào)從USB插口輸入U(xiǎn)SB接口卡及USB線2023/2/622嵌入式計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

傳感器信號(hào)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)。2023/2/623各種嵌入式計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集卡2023/2/625網(wǎng)絡(luò)化儀表示意圖工業(yè)總線

2023/2/626網(wǎng)絡(luò)化儀表工業(yè)總線

局域網(wǎng)2023/2/627

鋼廠自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)例2023/2/629帶計(jì)算機(jī)的檢測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)介一、帶計(jì)算機(jī)的檢測(cè)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(dòng)故障診斷。2023/2/630二、帶計(jì)算機(jī)的檢測(cè)系統(tǒng)的工作流程

巡回檢測(cè)概念:

計(jì)算機(jī)首先向多路采樣開(kāi)關(guān)陣列的選通地址譯碼器寫(xiě)入準(zhǔn)備采樣的傳感器地址，由譯碼器接通該地址對(duì)應(yīng)的采樣開(kāi)關(guān)，所要采樣的信號(hào)被連接到放大器，放大后的信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，計(jì)算機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)總線接受該信號(hào)。一個(gè)采樣點(diǎn)采樣結(jié)束后，計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)而發(fā)送第二個(gè)采樣地址，對(duì)第二個(gè)傳感器采樣，直至全部被測(cè)點(diǎn)均被采樣完畢為止。計(jì)算機(jī)不可能在同一時(shí)刻讀取所有傳感器來(lái)的信號(hào)，而是分時(shí)但快速地輪流讀取所有的被測(cè)量，這種采樣方式稱為“巡回檢測(cè)”。2023/2/6318通道巡回檢測(cè)數(shù)據(jù)采集器8個(gè)傳感器信號(hào)輸入端口2023/2/632簡(jiǎn)易數(shù)字濾波技術(shù)概念

在工業(yè)中經(jīng)常采用如下軟件抗干擾技術(shù)：對(duì)存在干擾和隨機(jī)誤差的信號(hào)進(jìn)行等精度快速多次采樣，然后先舍去第一個(gè)采樣值，再舍去若干個(gè)最大值和最小值，將余下的幾個(gè)中間值求算術(shù)平均值，該算術(shù)平均值可以認(rèn)為是排除了干擾后的較正確的結(jié)果，這種方法有時(shí)也被稱為簡(jiǎn)易數(shù)字濾波。

2023/2/633三、系統(tǒng)中的幾種重要部件

1.采樣開(kāi)關(guān)

(1)干簧繼電器：干簧繼電器主要由驅(qū)動(dòng)線圈和干簧管組成，驅(qū)動(dòng)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(kāi)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，驅(qū)動(dòng)功率約幾十毫瓦。耗電較大、速度較慢是干簧繼電器的主要缺點(diǎn)。

干簧管2023/2/634(2)CMOS模擬采樣開(kāi)關(guān)

CMOS模擬采樣開(kāi)關(guān)是一種傳輸模擬信號(hào)的可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)。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(kāi)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(hào)而定）。當(dāng)控制端處于“無(wú)效”狀態(tài)時(shí)開(kāi)關(guān)截止，截止電阻大于108Ω。CMOS模擬開(kāi)關(guān)的優(yōu)點(diǎn)是集成度高，動(dòng)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。2023/2/6352.放大器

從傳感器來(lái)的信號(hào)有許多是毫伏級(jí)的弱信號(hào)，須經(jīng)放大才能進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)對(duì)放大器的主要要求是：精度高、溫度漂移小、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(hào)放大器，以及一個(gè)高隔離的DC/DC電源。2023/2/636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℃2023/2/6373.A/D轉(zhuǎn)換器（ADC）

放大器放大后的模擬信號(hào)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），但價(jià)格便宜。常見(jiàn)的有3位半、4位半等規(guī)格。

2023/2/638A/D轉(zhuǎn)換器的光耦接口電路

2023/2/6394.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(hào)有時(shí)必須轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，才能用于工業(yè)生產(chǎn)的過(guò)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(duì)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。

2023/2/640D/A轉(zhuǎn)換器的光耦接口電路

4~20mA2023/2/641四、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(kāi)關(guān)量輸入模板、計(jì)時(shí)/計(jì)數(shù)模板、中斷控制模板、溫度輸入控制模板等。用戶不必自行設(shè)計(jì)接口電路，只要按照說(shuō)明書(shū)選購(gòu)不同功能的模板即可構(gòu)成完整的自動(dòng)檢測(cè)控制系統(tǒng)。

三菱系列可編程控制器2023/2/642可編程序控制器中的光耦接口電路分析

PLC的開(kāi)關(guān)量輸入電路1—現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)關(guān)盒2—傳輸線3—電源4—光耦合器

2023/2/643帶計(jì)算機(jī)的檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用實(shí)例一、陶瓷隧道窯溫度、壓力監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)涉及熱工參數(shù)的測(cè)量。它采用工控機(jī)，它帶有硬盤(pán)、總線接口、彩色顯示器、打印機(jī)等。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(guò)并行接口插卡與計(jì)算機(jī)通信。

2023/2/644隧道窯外形2023/2/645隧道窯計(jì)算機(jī)檢測(cè)控制系統(tǒng)框圖煤氣噴嘴2023/2/646二、智能化流量積算儀

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(lái)的流量信號(hào)對(duì)時(shí)間作積分，求出流量累積總量的儀器。

2023/2/647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(cè)量瞬時(shí)流量，因此必須首先測(cè)出差壓⊿p。由于溫度和壓力會(huì)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(cè)出流體的溫度和壓力。如果使用熱電偶，還必須測(cè)量熱電偶的冷端（室溫）溫度上述四種信號(hào)先由標(biāo)準(zhǔn)的一次儀表轉(zhuǎn)換為4~20mA的電流信號(hào)，經(jīng)信號(hào)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(hào)：U⊿p、Up、Ut、Uto。上述四個(gè)電壓信號(hào)按順序輪流通過(guò)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。

2023/2/648NY-Ⅰ型智能化流量積算儀計(jì)算機(jī)接口電路原理框圖2023/2/649三、傳感器在模糊控制洗衣機(jī)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(shí)和判斷力作為控制規(guī)則，根據(jù)諸多復(fù)雜的因素和條件作出邏輯推理去影響控制對(duì)像。模糊洗衣機(jī)能自動(dòng)判斷衣物的數(shù)量（重量）、布料質(zhì)地（粗糙、軟硬）、骯臟程度來(lái)決定水位的高低、洗滌時(shí)間、攪拌與水流方式、脫水時(shí)間等，將洗滌控制在最佳狀態(tài)。不但使洗衣機(jī)省電、省水、省洗滌劑，又能減少衣物磨損。

2023/2/650模糊洗衣機(jī)的模糊推理2023/2/651第四節(jié)傳感器在現(xiàn)代汽車中的應(yīng)用2023/2/652一、汽車結(jié)構(gòu)及工作過(guò)程概述

汽車類型繁多，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，大體可分為發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤(pán)和電氣設(shè)備三大部分，可分成燃料系、點(diǎn)火系、傳動(dòng)系、轎廂系等幾個(gè)系統(tǒng)，每一部分均安裝有許多檢測(cè)和控制用的傳感器。（參考南京交通技師學(xué)院資料，以幾幅下同）2023/2/653汽車底盤(pán)示意圖后輪懸掛傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)2023/2/654福特林肯Navigator底盤(pán)發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)軸排氣管前剎車盤(pán)后輪懸掛減速箱2023/2/655汽車發(fā)動(dòng)機(jī)

發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車的動(dòng)力裝置，其作用是使吸入的燃料燃燒而產(chǎn)生動(dòng)力，通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)，使汽車行駛。汽油發(fā)動(dòng)機(jī)主要由汽缸、燃料系、點(diǎn)火系、起動(dòng)系、冷卻系及潤(rùn)滑系等組成。汽車的工作過(guò)程均是在電控單元ECU控制下進(jìn)行的。

2023/2/656汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的解剖圖2023/2/657與發(fā)動(dòng)機(jī)配套使用的各種傳感器進(jìn)氣壓力傳感器曲軸位置傳感器進(jìn)氣壓力、溫度傳感器2023/2/658ECU結(jié)構(gòu)a）外形

b）ECU內(nèi)部原理框圖及輸入/輸出信號(hào)

2023/2/659各種ECU外形（參考北京元業(yè)隆公司資料）

2023/2/660汽車ECU的應(yīng)用

ECU用于控制方向盤(pán)的助力系統(tǒng)2023/2/661ECU在汽車四輪獨(dú)立懸掛避振中的應(yīng)用前懸掛后懸掛

為了減小汽車在崎嶇的道路上的顛簸，提高舒適性，ECU還能根據(jù)四個(gè)車輪的獨(dú)立懸掛系統(tǒng)的受力情況，控制油壓系統(tǒng)，調(diào)節(jié)四個(gè)車輪的高度，跟蹤地面的變化，保持轎廂的平穩(wěn)。

2023/2/662汽車ECU的應(yīng)用（續(xù)）

ECU用于防碰撞和控制安全氣囊

傳感器將速度、距離等與碰撞有關(guān)的參數(shù)傳送給ECU。2023/2/663汽車避撞系統(tǒng)原理框圖安全氣囊2023/2/664ECU在接收到碰撞傳感器的信號(hào)后，打開(kāi)折疊式安全氣囊。折疊式安全氣囊2023/2/665二、傳感器在汽車運(yùn)行中的作用

2023/2/666空氣系統(tǒng)中的傳感器

為了得到最佳的燃燒狀態(tài)和最小的排氣污染，必須對(duì)油氣混合氣中的空氣-燃油比例（空燃比）進(jìn)行精確的控制?？諝庀到y(tǒng)中傳感器的作用是計(jì)量和控制發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒所需要的空氣量?？諝膺M(jìn)氣量還與油門踏板有關(guān)。駕駛員通過(guò)操作油門踏板控制進(jìn)氣道的節(jié)氣門開(kāi)度，以改變進(jìn)氣流通截面積，從而控制進(jìn)氣量，由此控制發(fā)動(dòng)機(jī)的功率。ECU必須知道節(jié)氣門的開(kāi)度，才能控制噴油器的噴油量。

2023/2/667空氣流量傳感器

空氣流量傳感器有多種類型，使用較多的有熱絲式氣體測(cè)速儀以及卡門渦街流量計(jì)。

2023/2/668節(jié)氣門及節(jié)氣門角位移開(kāi)度傳感器節(jié)氣門角度位移傳感器節(jié)氣門2023/2/669

受ECU控制的噴油器2023/2/670汽車水溫傳感器

2023/2/671氧含量傳感器在汽車中的應(yīng)用

當(dāng)汽車節(jié)氣門的開(kāi)合度不正確時(shí)，汽缸中的燃油燃燒可能不正常。通過(guò)測(cè)量尾氣的氧含量，并將信號(hào)傳輸給ECU，從而改變節(jié)氣門的開(kāi)合度，使燃油的燃燒達(dá)到最佳工況?，F(xiàn)代汽車還在排氣總管前端安裝一只氧含量傳感器。當(dāng)排氣中的氧含量不足時(shí)，由ECU控制增大空燃比，改變油氣濃度，提高燃燒效率，減少黑煙污染。2023/2/672氧含量傳感器及其在汽車中的安裝位置排氣總管2023/2/673傳感器在汽車ABS中的作用

當(dāng)汽車緊急剎車時(shí)，使汽車減速的外力主要來(lái)自地面作用于車輪的摩擦力，即所謂的地面附著力。而地面附著力的最大值出現(xiàn)在車輪接近抱死而尚未抱死的狀態(tài)。這就必須設(shè)置一個(gè)“防抱死制動(dòng)系統(tǒng)”又稱為ABS。ABS由車輪速度傳感器、ECU以及電—液控制閥等組成。ECU根據(jù)車輪速度傳感器來(lái)的脈沖信號(hào)控制電液制動(dòng)系統(tǒng)，使各車輪的制動(dòng)力滿足少量滑動(dòng)但接近抱死的制動(dòng)狀態(tài)，以使車輛在緊急剎車時(shí)不致失去方向性和穩(wěn)定性。2023/2/674汽車防抱死解決方案剎車裝置2023/2/675汽車防抱死使用效果及注意事項(xiàng)在用力緊急剎車時(shí)，ABS自動(dòng)啟動(dòng)。使用ABS能改善剎車效果使用ABS前易發(fā)生“甩尾”2023/2/676汽車防側(cè)滑系統(tǒng)

汽車在行駛過(guò)程中必須保持驅(qū)動(dòng)車輪在冰雪等易滑路面上的穩(wěn)定性并防止側(cè)偏力的產(chǎn)生，故在前后四個(gè)車輪中安裝有車輪速度傳感器（轉(zhuǎn)速傳感器）。當(dāng)發(fā)生側(cè)滑時(shí)，ECU分別控制有關(guān)車輪的制動(dòng)控制裝置及發(fā)動(dòng)機(jī)功率，提高行駛的穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向操作性。安裝防側(cè)滑傳感器前后比較2023/2/677防側(cè)滑系統(tǒng)涉及到的的傳感器

2023/2/678汽車在雪地中的安全行駛有賴于防側(cè)滑系統(tǒng)

2023/2/679汽車性能測(cè)試儀表及各點(diǎn)信號(hào)

2023/2/680汽車部件的檢測(cè)2023/2/681現(xiàn)代汽車性能測(cè)試用的部分儀表ECU模擬信號(hào)發(fā)生器ECU歷史記錄讀出器（汽車故障診斷儀）2023/2/682汽車性能測(cè)試儀表汽車尾氣分析儀電噴系統(tǒng)清洗測(cè)試儀2023/2/683第六節(jié)傳感器在機(jī)器人中的應(yīng)用

機(jī)器人是由計(jì)算機(jī)控制的復(fù)雜機(jī)器，它具有類似人的肢體及感官功能；動(dòng)作程序靈活；有一定程度的智能；在工作時(shí)可以不依賴人的操縱。機(jī)器人傳感器在機(jī)器人的控制中起了非常重要的作用，正因?yàn)橛辛藗鞲衅?，機(jī)器人才具備了類似人類的知覺(jué)功能和反應(yīng)能力。

2023/2/684類別檢測(cè)內(nèi)容應(yīng)用目的傳感器件明暗覺(jué)是否有光，亮度多少判斷有無(wú)對(duì)象，并得到定量結(jié)果光敏管、光電斷續(xù)器色覺(jué)對(duì)象的色彩及濃度利用顏色識(shí)別