檢測設(shè)備和執(zhí)行機(jī)構(gòu)分析

2023/3/2計(jì)算機(jī)限制技術(shù)1第2章

計(jì)算機(jī)限制系統(tǒng)中的

檢測設(shè)備和執(zhí)行機(jī)構(gòu)2023/3/2計(jì)算機(jī)限制技術(shù)2第2章計(jì)算機(jī)限制系統(tǒng)中的

檢測設(shè)備和執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳感器和變送器過程限制中常用的執(zhí)行器運(yùn)動限制中常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)2023/3/2計(jì)算機(jī)限制技術(shù)32.1傳感器和變送器傳感器是能感受規(guī)定的被測量并依據(jù)確定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。傳感器的輸出信號有多種形式，如電壓、電流、頻率、脈沖等，輸出信號的形式由傳感器的原理確定。變送器在限制系統(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(如電流、典壓、頻率、氣壓信號等)轉(zhuǎn)換成該系統(tǒng)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號。因此，變送器的性能、精度等指標(biāo)對限制系統(tǒng)影響重大。2023/3/2計(jì)算機(jī)限制技術(shù)42.1傳感器和變送器主要內(nèi)容：信號傳輸及供電的四線制與兩線制壓力檢測及變送溫度檢測和變送流量檢測及變送物位檢測及變送其它檢測儀表和裝置2023/3/2計(jì)算機(jī)限制技術(shù)52.1.1信號傳輸及供電的四線制與兩線制變送器安裝在現(xiàn)場，它的氣源或電源從限制室送來，而輸出信號送到限制室。氣動變送器用兩根氣動管線分別傳送氣源和輸出信號。電動模擬式變送器接受二線制或四線制傳輸電源和輸出信號。2023/3/2計(jì)算機(jī)限制技術(shù)62023/3/2計(jì)算機(jī)限制技術(shù)7HART協(xié)議智能式變送器接受雙向全數(shù)字量傳輸信號，即現(xiàn)場總線通訊方式；目前廣泛接受一種過渡方式，即在一條通訊電纜中同時傳輸4~20mA電流信號和數(shù)字信號，這種方式稱為HART協(xié)議通訊方式。智能式變送器的電源也由通信電纜傳輸。2023/3/2計(jì)算機(jī)限制技術(shù)8HART協(xié)議HART(HighwayAddressableRemoteTransducer)通信協(xié)議是數(shù)字式儀表實(shí)現(xiàn)數(shù)字通信的一種協(xié)議，具有HART通信協(xié)議的變送器可以在一條電纜上同時傳輸4~20mADC的模擬信號和數(shù)字信號。HART通信協(xié)議是依照國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)的開放式系統(tǒng)互連(OSI)參考模型，簡化并引用其中三層：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層而制定的。物理層規(guī)定了信號的傳輸方法和傳輸介質(zhì)；數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)定了數(shù)據(jù)幀的格式和數(shù)據(jù)通訊規(guī)程；應(yīng)用層規(guī)定了通訊叮囑的內(nèi)容。2023/3/2計(jì)算機(jī)限制技術(shù)92.1.2壓力檢測及變送壓力檢測的主要方法和分類電容式差壓變送器2023/3/2計(jì)算機(jī)限制技術(shù)10壓力檢測的主要方法和分類按敏感元件和轉(zhuǎn)換原理的特性不同，一般分為以下幾類：液注式壓力檢測：依據(jù)流體靜力學(xué)原理，把被測壓力轉(zhuǎn)換成液柱高度來實(shí)現(xiàn)測量的。U型管壓力計(jì)、單管壓力計(jì)、補(bǔ)償微壓計(jì)等。結(jié)構(gòu)簡潔、運(yùn)用便利，但其精度受工作液的毛細(xì)管作用、密度及視差等因素的影響。一般用于測量較低壓力、真空度或壓力差。2023/3/2計(jì)算機(jī)限制技術(shù)11彈性式壓力檢測：依據(jù)彈性元件受力變形原理，將被測壓力轉(zhuǎn)換成位移來實(shí)現(xiàn)壓力測量。主要有彈簧管、膜片和水紋管等負(fù)荷式壓力檢測：利用靜壓平衡原理進(jìn)行壓力測量。典型儀表：活塞式、浮球式和鐘罩式。普遍用作標(biāo)準(zhǔn)儀器對壓力儀表進(jìn)行標(biāo)定。2023/3/2計(jì)算機(jī)限制技術(shù)12電氣式壓力檢測：利用敏感元件將被測壓力轉(zhuǎn)換成各種電量，如電阻、電感、電容、電位差等。具有較好的動態(tài)響應(yīng)，特性量程范圍大，線形好，便于進(jìn)行壓力的自動限制。其它壓力檢測方法：彈振式壓力計(jì)、壓磁式壓力計(jì)。2023/3/2計(jì)算機(jī)限制技術(shù)13電容式差壓變送器電容式差壓變送器接受差動電容作為檢測元件，是目前工業(yè)上普遍運(yùn)用的一種變送器2023/3/2計(jì)算機(jī)限制技術(shù)142023/3/2計(jì)算機(jī)限制技術(shù)15測量部分的作用是通過電容式壓力傳感器及相關(guān)電路把被測差壓?p成比例的轉(zhuǎn)換成為差動電流信號Id。差動電容的相對變更量再通過電容/電流轉(zhuǎn)換電路比例的轉(zhuǎn)換成差動電流信號Id，經(jīng)放大后轉(zhuǎn)換成4~20mA輸出電流。2023/3/2計(jì)算機(jī)限制技術(shù)16智能式壓力變送器2023/3/2計(jì)算機(jī)限制技術(shù)172023/3/2計(jì)算機(jī)限制技術(shù)182.1.3溫度檢測和變送測溫方法分類熱電偶熱電阻模擬式溫度變送器智能式溫度變送器2023/3/2計(jì)算機(jī)限制技術(shù)19測溫方法分類接觸式測量基于物體的熱交換原理設(shè)計(jì)而成。優(yōu)點(diǎn)：較直觀、牢靠，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對簡潔，測量精確度高。缺點(diǎn)：測溫有較大滯后，在接觸過程中易破壞被測對象的溫度場分布，從而造成測量誤差，不能測量移動或太小的物體。測溫上限受到溫度計(jì)材料的限制，故所測溫度不能太高。2023/3/2計(jì)算機(jī)限制技術(shù)20測溫方法分類接觸式測量主要儀表：基于物體受熱膨脹原理制成的膨脹式溫度檢測儀表；基于密閉容器內(nèi)工作介質(zhì)隨溫度上升而壓力上升的性質(zhì)制成的壓力式溫度檢測儀表；基于導(dǎo)體或半導(dǎo)體電阻隨溫度變更而變更的熱電阻溫度檢測儀表基于熱電效應(yīng)的熱電偶溫度檢測儀表。2023/3/2計(jì)算機(jī)限制技術(shù)21測溫方法分類非接觸測量基于物體的熱輻射特性與溫度之間的對應(yīng)關(guān)系而設(shè)計(jì)的。優(yōu)點(diǎn):測溫范圍廣，測溫過程中不破壞被測對象的溫度場分布；能測量運(yùn)動物體；測溫響應(yīng)速度快。缺點(diǎn)：所測溫度受物體放射率、中間介質(zhì)和測溫距離的影響。主要儀表：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。其他測量技術(shù)：光纖測溫技術(shù)、集成溫度傳感器測溫技術(shù)等2023/3/2計(jì)算機(jī)限制技術(shù)22熱電偶測溫原理熱電偶溫度計(jì)利用不同導(dǎo)體或半導(dǎo)體的熱電效應(yīng)來測溫的工業(yè)上常用的(已標(biāo)準(zhǔn)化)熱電偶有：鉑銠30-鉑銠6熱電偶(分度號為B)、鉑銠10-鉑熱電偶(分度號為S)、鎳鉻-鎳硅(鎳鉻-鎳鋁)熱電偶(分度號為K)等。2023/3/2計(jì)算機(jī)限制技術(shù)23熱電阻測溫原理熱電阻溫度計(jì)是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變更的性質(zhì)來測量溫度的熱電阻引線的功能是使感溫元件能與外部測量線路相連接。熱電阻引線對測量結(jié)果有較大的影響，現(xiàn)在常用的引線方式有兩線制、三線制和四線制三種。2023/3/2計(jì)算機(jī)限制技術(shù)24智能式溫度變送器圖.

智能溫度變送器TT302構(gòu)成框圖2023/3/2計(jì)算機(jī)限制技術(shù)25模擬式溫度變送器以DDZ-Ⅲ型為例，它可以和熱電阻或熱電偶協(xié)作運(yùn)用，將溫度信號轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號；它也可以作為直流毫伏轉(zhuǎn)換器來運(yùn)用，也將其它能夠轉(zhuǎn)換成直流毫伏信號的工藝變量也變成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號2023/3/2計(jì)算機(jī)限制技術(shù)26模擬式溫度變送器圖.

模擬式溫度變送器原理框圖2023/3/2計(jì)算機(jī)限制技術(shù)272023/3/2計(jì)算機(jī)限制技術(shù)282.1.4流量檢測及變送流量檢測原理有很多，有很多分類方法：按測量的單位分：質(zhì)量流量計(jì)與體積流量計(jì)；按測量流體運(yùn)動的原理分：容積式、速度式、動量式和質(zhì)量流量式；按測量方法分：干脆測量式和間接測量式。2023/3/2計(jì)算機(jī)限制技術(shù)29渦街流量計(jì)渦街流量計(jì)又稱為漩渦流量計(jì)，是利用有規(guī)則的漩渦剝離現(xiàn)象來測量流體流量的儀表。2023/3/2計(jì)算機(jī)限制技術(shù)30電磁式流量計(jì)電磁流量計(jì)是基于電磁感應(yīng)原理來測量流量的儀表，它能測量具有確定電導(dǎo)率的液體的體積流量。由于它測量的精確度不受被測液體的粘度、密度、溫度以及電導(dǎo)率(在允許最低限以上)變更的影響，測量管中沒有任何阻礙被測液體流淌的部件，所以幾乎沒有壓力損失。適當(dāng)選用測量管中絕緣內(nèi)襯和測量電極的材料，就可以測量各種腐蝕性(酸、堿、鹽)溶液的流量，尤其是在測量含有固體顆粒的溶液如泥漿、紙漿、礦漿或纖維液體的流量時，更顯示出其優(yōu)越性。2023/3/2計(jì)算機(jī)限制技術(shù)31電磁流量計(jì)用于測量導(dǎo)電液體的體積流量，也適用于含或不含懸浮顆粒物的液體，或淤泥、漿料等粘稠的介質(zhì)。質(zhì)量流量計(jì)、超聲波流量計(jì)、孔板流量計(jì)2023/3/2計(jì)算機(jī)限制技術(shù)32系列電磁流量計(jì)

2023/3/2計(jì)算機(jī)限制技術(shù)332.1.5物位檢測及變送物位儀表的分類差壓式液位變送器電容式物位傳感器2023/3/2計(jì)算機(jī)限制技術(shù)34分類直讀式物位測量儀表浮力式物位測量儀表靜壓式物位測量儀表電磁式物位測量儀表核輻射式物位儀表聲波式物位測量儀表光學(xué)式物位測量儀表2023/3/2計(jì)算機(jī)限制技術(shù)35差壓式液位變送器利用差壓或壓力變送器可以很便利的測量液位，且能輸出標(biāo)準(zhǔn)的電流或氣壓信號。差壓式液位變送器是利用容器內(nèi)的液位變更時，由液柱產(chǎn)生的靜壓也相應(yīng)變更的原理而工作的p2023/3/2計(jì)算機(jī)限制技術(shù)36電容式物位傳感器在電容器的極板之間，充以不同介質(zhì)時，電容量的大小也有所不同因此可通過測量電容量的變更來檢測液位、料位和兩種不同液體的分界面2023/3/2計(jì)算機(jī)限制技術(shù)372.1.6

其它檢測儀表和裝置接近開關(guān)、光電開關(guān)測速發(fā)電機(jī)光電編碼器測厚儀表2023/3/2計(jì)算機(jī)限制技術(shù)38行程開關(guān)、接近開關(guān)行程開關(guān)、接近開關(guān)主要將機(jī)械位移變?yōu)殡娦盘?，以?shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的限制，廣泛的應(yīng)用在機(jī)電一體化的設(shè)備上，作為電路自動切換、限位疼惜、行程限制等應(yīng)用圖.行程開關(guān)圖.接近開關(guān)2023/3/2計(jì)算機(jī)限制技術(shù)39光電開關(guān)光電開關(guān)也是一種常用的開關(guān)型檢測元件。它有投光器、受光器和電源組成，投光器常用發(fā)光二極管，受光器常用光敏二極管或光敏三極管。其工作原理是使投光器和受光器相對，當(dāng)被測物體攔住從投光器放射出的光線時，受光器就輸出相應(yīng)的限制信號。光電開關(guān)按檢測方式可分為反射式、對射式兩種類型2023/3/2計(jì)算機(jī)限制技術(shù)40圖.光電開關(guān)2023/3/2計(jì)算機(jī)限制技術(shù)41測速發(fā)電機(jī)測速發(fā)電機(jī)是一種特地用來測量轉(zhuǎn)速的微型電機(jī)，其本質(zhì)是一種微型發(fā)電機(jī)。有直流和溝通兩種。直流測速發(fā)電機(jī)輸出電壓和轉(zhuǎn)速有較好的線性關(guān)系，并且電流的極性反映出轉(zhuǎn)動的方向，應(yīng)用便利。由于直流測速發(fā)電機(jī)有電刷、換向器等接觸裝置，使它的牢靠性變差，精度也受到影響。溝通測速發(fā)電機(jī)的輸出頻率與轉(zhuǎn)速嚴(yán)格對應(yīng)，輸出信號可經(jīng)放大整形變換電路轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電壓或電流信號。輸出特性隨負(fù)載性質(zhì)變更而變更。2023/3/2計(jì)算機(jī)限制技術(shù)42光電編碼器光電編碼器作為一種傳感器具有精度高、耗能低、非接觸無磨損、穩(wěn)定牢靠等優(yōu)點(diǎn)。尤其是它以數(shù)字量輸出，具有與計(jì)算機(jī)簡潔聯(lián)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。編碼器的應(yīng)用對象，就其所測量的物理量的性質(zhì)，它可對運(yùn)動機(jī)械的直線位移、角位移、速度、相位等進(jìn)行測量，也可間接地對能變換成這些量的，例如溫度壓力、流量等物理量進(jìn)行測量，并給出相應(yīng)的電學(xué)量輸出。在自動化系統(tǒng)中，它可作為敏感檢測元件組成自動檢測系統(tǒng)，也可作為檢測反饋元件，組成閉環(huán)或半閉環(huán)的自動限制系統(tǒng)光電編碼器2023/3/2計(jì)算機(jī)限制技術(shù)43

2023/3/2計(jì)算機(jī)限制技術(shù)442023/3/2計(jì)算機(jī)限制技術(shù)45測厚儀表厚度測量屬于長度測量范疇，但它是一種特殊的長度測量。目前常用的厚度測量一般屬于運(yùn)動物體厚度的連續(xù)測量，而對于非連續(xù)測量則多用一般簡潔機(jī)械式測量儀按檢測方式分為接觸式和非接觸式兩大類；按其變換原理分為射線式、電渦流式、微波式、激光式、電容式、電感式等。2023/3/2計(jì)算機(jī)限制技術(shù)462.2過程限制中常用的執(zhí)行器執(zhí)行器在過程計(jì)算機(jī)限制系統(tǒng)中的一個重要組成部分。它的作用是接收限制器送來的限制信號，變更被控介質(zhì)的流量，從而將被控變量維持在所要求的數(shù)值上或確定的范圍內(nèi)。2023/3/2計(jì)算機(jī)限制技術(shù)47執(zhí)行器有各種不同的分類方法，其分類如下：①按動力能源分類分為氣動執(zhí)行器、電動執(zhí)行器、液動執(zhí)行器。氣動執(zhí)行器利用壓縮空氣作為能源，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡潔、動作牢靠、平穩(wěn)、輸出推力較大、修理便利、防火防爆，而且價格較低；它可以便利的與氣動儀表配套運(yùn)用，即使是接受電動儀表或計(jì)算機(jī)限制時，只要經(jīng)過電/氣轉(zhuǎn)換器或電/氣閥門定位器，將電信號轉(zhuǎn)換為0.02~0.1MPa的標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號，照舊可用氣動執(zhí)行器。②按動作極性分類分為正作用執(zhí)行器和反作用執(zhí)行器。③按動作行程分類分為角行程執(zhí)行器和直行程執(zhí)行器。④按動作特性分類分為比例式執(zhí)行器和積分式執(zhí)行器。2023/3/2計(jì)算機(jī)限制技術(shù)48氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器又稱為氣動調(diào)整閥，由氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)整閥(限制機(jī)構(gòu))組成。執(zhí)行器上有標(biāo)尺，用以指示執(zhí)行器的動作行程圖.

氣動執(zhí)行器2023/3/2計(jì)算機(jī)限制技術(shù)49氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)常見的氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)有薄膜式和活塞式兩大類其中薄膜式執(zhí)行機(jī)構(gòu)最為常2023/3/2計(jì)算機(jī)限制技術(shù)50限制機(jī)構(gòu)限制機(jī)構(gòu)即調(diào)整閥，事實(shí)上是一個局部阻力可以變更的節(jié)流元件調(diào)整閥由閥體、閥座、閥芯、閥桿、上下閥蓋等組成。調(diào)整閥干脆與被控介質(zhì)接觸，為適應(yīng)各種運(yùn)用要求，閥芯、閥體的結(jié)構(gòu)、材料各不相同調(diào)整閥的閥芯有直行程閥芯與角行程閥芯2023/3/2計(jì)算機(jī)限制技術(shù)51電/氣轉(zhuǎn)換器電氣轉(zhuǎn)換器電氣閥門定位器壓縮空氣過濾器2023/3/2計(jì)算機(jī)限制技術(shù)52電動執(zhí)行器2023/3/2計(jì)算機(jī)限制技術(shù)53電動執(zhí)行器電動執(zhí)行器和氣動執(zhí)行器一樣，是限制系統(tǒng)中的一個重要部分。它接收來自限制器的4~20mA或0~10mA直流電流信號，并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或直行程位移，去操縱閥門、擋板等限制機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)自動限制電動執(zhí)行器有直行程、角行程和多轉(zhuǎn)式等類型2023/3/2計(jì)算機(jī)限制技術(shù)54電動執(zhí)行器主要由伺服放大器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，如下圖：圖.

電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)方框圖2023/3/2計(jì)算機(jī)限制技術(shù)55現(xiàn)場總線執(zhí)行器現(xiàn)場總線的智能執(zhí)行器由傳統(tǒng)的執(zhí)行器、含有微處理器的限制器以及可與PC或PLC雙向通信的模件及軟件組成，具有與上位機(jī)或限制系統(tǒng)通信的功能智能化和高精度的系統(tǒng)限制功能一體化的結(jié)構(gòu)智能化的通信功能智能化的自診斷功能2023/3/2計(jì)算機(jī)限制技術(shù)562.3運(yùn)動限制中常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)直流伺服電機(jī)溝通伺服電機(jī)步進(jìn)電機(jī)電磁閥和液壓閥2023/3/2計(jì)算機(jī)限制技術(shù)57直流伺服電機(jī)直流伺服電機(jī)是限制系統(tǒng)中具有特殊用途的電動機(jī)。它的工作原理、基本結(jié)構(gòu)及內(nèi)部電磁關(guān)系和一般用途的電動機(jī)相同。一般分為永磁式和電磁式兩種基本結(jié)構(gòu)類型。電磁式直流伺服電機(jī)按勵磁方式不同又分為它勵、并勵、串勵和復(fù)勵四種；永磁式直流伺服電機(jī)也可看作是一種它勵式直流電動機(jī)。直流伺服電機(jī)具有啟動力矩大，調(diào)速范圍廣，機(jī)械特性和調(diào)整特性線性度好，限制便利等特點(diǎn)。一般把直流電機(jī)的電樞電壓作為限制信號，實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速限制。2023/3/2計(jì)算機(jī)限制技術(shù)58溝通伺服電機(jī)溝通伺服電機(jī)在自動限制系統(tǒng)中也常被用來作為執(zhí)行元件在自動限制系統(tǒng)中，伺服電動機(jī)是將限制信號快速地轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的一個執(zhí)行元件，因此，自動限制系統(tǒng)對它主要提出以下幾點(diǎn)要求：①轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向應(yīng)便利地受限制信號的限制，調(diào)速范圍要大；②整個運(yùn)行范圍內(nèi)的特性應(yīng)具有線性關(guān)系，保證運(yùn)行的穩(wěn)定性；③當(dāng)限制信號消退時，伺服電動機(jī)應(yīng)立刻停轉(zhuǎn)，也就是要求伺服電動機(jī)無“自