1、自动检测技术及仪表,2009年2月,湖北工业大学电气与电子工程学院自动化系杨桦（四）,4-1：温度检测与变送 4-2：压力检测与变送4-3：流量检测与变送4-4：物位检测与变送4-5：成份分析检测技术4-6: 机械量检测技术,目 录,第四章过程参数检测技术及仪表,一、过程参数的一般检测原理二、变送器的基本特性和构成原理,一、过程参数的一般检测原理传感器 -又称为检测元件或敏感元件，它直接响应被测变量，经能量 转换，并转化成一个与被测变量成对应关系的便于传送的输 出信号，如电压、电流、电阻、频率、位移、力等。,第四章 过程参数检测技术及仪表,变送器 - 传感器的输出一般都需要经过变送环节的进一步
2、处理，转 换成如010mADC或420mADC等统一标准模拟量信 号，或者转换成满足特定标准的数字量信号，送给显示、 控制等装置。显示装置 - 接收变送器的输出的标准信号后，以指针、数字、曲线 等形式，把被测量显示出来。 当传感器输出为某一电信号时，显示装置可以采用专门 的测量电路直接引入此电信号，完成数据显示。传感器本质上是非电系统与电系统之间的接口。由于传感器大多都存在着一定的非线性，经常需要在检测仪表或检测系统中加入非线性校正电路，或采取非线性校正的软件措施等。,当被测量为电量时，则检测系统中可不需要传感器部分，被测量直接送显示仪表显示；当被测量为非电量时，则检测系统中必须要有传感器部分
3、，被测量经传感器的转换后，再送显示仪表显示；传感器是将被测量转换为某一可用的、可再处理的信号的重要装置。这个转换过程一般都是利用诸多的自然规律和基础效应进行的，如: 守恒定律、场的定律、热电效应、电阻的热效应等例如： 自然界最基本的定律 - 能量守恒、动量守恒； 静电场、磁电场感应定律等等。,守恒定律,守恒定律 - 是自然界最基本的定律，它包括能量守恒、 动量守恒等等。例如：孔板流量计、转子流量计等就是根据流体的动能和 静压能之间的变化(能量守恒)来测量流体的流速。,场的定律,场定律 - 如静电场、电磁场的感应定律、动力场的运 动定律等等。 典型例子：电容传感器。,两平行板间物质的介电常数，S
4、平行板面积，d两平行板之间的距离。如果把一个极板固定，把另一个极板与可产生位移的敏感元件相连，即可将敏感元件的位移转换成电容量的大小。,热电效应,热电效应 -把两种不同的导体或者半导体连接成闭合的回路，如果 将两个接点分别放置于不同的温度，则该回路内部会产 生热电势，这种现象称为热电效应。利用导体的热电效应，可将两种不同的导体制成热电偶用于温度检测，这也是一种工业上普遍使用的温度检测方法之一。,电阻的热效应 - 是指金属导体的电阻值随温度变化而发生变化的现 象。通常，电阻值和温度之间可以建立如下的简化关系式：Rt为温度t时的电阻值，Rt0为温度t0时的电阻值，为温度系数。 可见，温度的变化可以
5、导致电阻体的电阻发生变化，因此只要设法测量出电阻值的变化就可以达到测量温度的目的，这也是另一种工业上普遍使用的温度检测方法。,电阻的热效应,压电效应,压电效应 - 当某些材料受压发生机械形变时，在两个相对的面上会 产生异号电荷。这种在没有外电场存在，由于形变引起 的电现象称为压电效应。利用压电效应可进行力、压力的测量。,应变效应和压阻效应 - 是利用金属导体和半导体材料制成的电阻体， 其阻值R可以表示成： 当电阻体材料的电阻率、长度或者截面积发生变化，可引起电阻体电阻值发生变化；电阻体的电阻值变化归结为两个因素：一是由尺寸变化引起的（如 l、A），称为应变效应-主要针对金属材料的传感器；二是由
6、电阻率变化引起的，称为压阻效应 -主要针对半导体材料的传感器利用材料的应变效应和压阻效应制成的敏感元件可用于压力等参数的测量。,应变效应和压阻效应,二、变送器的基本特性和构成原理传感器的作用是基于各种自然规律和基础效应的前提下，把被测变量转化为一个与之成对应关系的便于传送的输出信号，如电压、电流、电阻、频率、位移、力等等。但由于传感器的输出信号种类很多，而且信号往往十分微弱并伴有非线性，因此，除了部分单纯以显示为目的的检测系统之外，多数情况下都要利用变送器来把传感器的输出转换成遵循统一标准的模拟量或者数字量输出信号，送到显示装置以指针、数字、曲线等形式把被测量显示出来，或者同时送到控制器对其实
7、现控制。,- 变送器基本的输入输出特性,对于一个检测系统来说，传感器和变送器可以是两个独立的环节，也可以是一个有机的整体。但是，变送器的输入输出特性 - 通常是指包括敏感元件和变送环节的整体特性，原因： 一是人们往往更关心检测系统的输出与被测物理量之间的对应关系； 二是敏感元件的某些特性往往需要通过变送环节进行处理和补偿以提高测量精度。例如：线性化处理、环境温度的补偿等等。,-变送器的理想输入输出特性,xmax和 xmin分别为变送器测量范围的上限值和下限值；ymax和 ymin分别为变送器输出信号的上限值和下限值；对于模拟式变送器：ymax和 ymin即为统一标准信号的上限值和下限值；对于智
8、能式变送器：ymax和 ymin即为输出数字信号范围的上限值和下限值。, 模拟变送器的构成原理,测量部分,放大器,反馈部分,x,测量部分Ki,模拟式变送器的组成 ：,zi,放大器Ko,y,反馈部分Kf,zf,+,零点调整零点迁移,+,z0,关键环节：,当满足KoKf1的条件时,-模拟变送器的输入输出关系,如果，ymin，ymax 与xmin，xmax ，如何调整？1. 调整Ki、Kf可以改变线性关系的斜率，调试会影响零点；2. 调整z0可以改变零点，同时也会引起线性关系的平移。, 数字式变送器的构成原理,数字式变送器软件部分包括: A/D采样程序 量程转换程序 工程量变换程序 滤波程序 误差校
9、正程序 D/A输出程序 通讯程序 辅助功能程序,- 数字变送器的软件组成,- 变送器的一些共性问题,量程调整零点调整和零点迁移线性化变送器信号传输方式, 量程调整,量程调整 -使变送器的输出信号上限值ymax与测量范围的上限值 xmax相对应。 量程调整 - 相当于改变变送器的输入输出特性的斜率，也就是 改变变送器输出信号y与输入信号x之间的比例系数。, 量程调整的方法,模拟式变送器的量程调整：改变反馈部分的反馈系数 Kf改变测量部分转换系数 Ki数字式变送器的量程调整：软件实现,Kf 量程 Ki 量程, 零点调整,零点调整 - 使变送器的输出信号 下限值 ymin 与测量范围的下限值 xmi
10、n=0 相对应 。零点调整的方法： 模拟变送器：调 Z0 数字变送器：软件, 零点迁移,零点迁移 - 使变送器的输出信号下限值 ymia与测量范围下限值 xmin相对应。 在xmin=0时，称为零点调整， 在xmin0时，称为零点迁移。零点调整 - 使变送器的测量起始点为零。零点迁移 - 是把测量的起始点由零迁移到某一数值。,当测量的起始点由零变为某一正值，称为正迁移；当测量的起始点由零变为某一负值，称为负迁移., 线性化,线性化原因：传感器组件的输出信号与被测参数之间往往存在着非线 性关系，所以常采用非线性补偿措施。线性化方法： 模拟式变送器非线性补偿方法： 根据非线性的不同，在变送器的线路
11、中采用不同的非线性补偿电 路，实现非线性补偿与修正。其补偿是近似补偿。数字式变送器非线性补偿方法：软件实现。可实现完全补偿。,使测量部分与传感器组件具有相反的非线性特性。如图,使反馈部分与传感器组件具有相同的非线性特性。如图,三、讨论、思考题、作业：,检测过程参数的作用是什么？工业上常见的过程参数主要有哪些？过程参数的测量方法有哪些？如何考虑选用测量方法。传感器、变送器的作用各是什么？二者之间有什么关系？简述变送器的基本构成及理想输入输出特性，写出其输入输出表达式。 构成检测系统的仪表在信号传递时，要考虑哪些问题，解决方案有哪些。分别简述电动模拟式变送器、数字式变送器的构成原理，二者的输出信号有什么不同？何谓变送器的零点调整、量程调整和零点迁移？它们的作用各是什么？模拟变送器和数字变送器各是如何实现量程调整的。,电动模拟式变送器的电源和输出信号的连接方式有哪几种？目前在工业现场最常见的是哪一种？它有什么样的特点？有一台DDZ-III型两线制差压变送器，已知其量程为20100kPa，当输入信号为40kPa和70kPa时，变送器的输出信号分别是多少？,好好学习！天天向上！天生我才必有用！, zdh123,
