自动化仪表概述.ppt

《自动化仪表概述.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《自动化仪表概述.ppt（168页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、2自动化仪表概述,2.1 检测仪表2.2 控制仪表,内容安排：,温度检测仪表压力检测仪表流量检测仪表物位检测仪表成分检测仪表机械量检测仪表,调节器执行器,温度检测仪表,压力检测仪表,流量检测仪表,物位检测仪表,成分分析仪表,PH计,电导率仪,热值仪,浓度计,氧化锆氧量计,机械量检测仪表,位移检测仪表,厚度检测仪表,力检测仪表,转速传感器,加速度检测仪表,模拟调节器,数字（智能）调节器,电动执行器 气动执行器 液动执行器,2.1 检测仪表,2.1.1 温度检测仪表,一、膨胀式温度计,膨胀式温度计：基于物质的热胀冷缩现象，通过测量物质的膨胀或收缩量来反映被测温度的高低。,1.玻璃管液体温度计,组成

2、：玻璃温包、毛细管和刻度标尺。,除了水银温度计以外，还有有机液体温度计，它们主要用于测量低温。,2.双金属温度计,用两片线膨胀系数不同的金属片叠焊在一起制成的，将其一端固定，另一端（称为自由端）通过传动机构与指针相连。,双金属片,可以直接测量生产过程中的-80+500范围内液体、蒸汽和气体介质温度。,双金属温度信号器,3.压力式温度计,内装工作物质：气体式一般充氮气；液体式一般充二甲苯或甲醇；蒸气式一般充有丙酮、氯甲烷或乙醚等。,组成：温包、毛细管和弹簧管。,二、热电阻温度计,利用金属导体或半导体材料的电阻率随温度而变化的特性进行温度测量。,电阻温度关系式：在200 0范围内，铂的电阻温度关系

3、为Rt=R0 1+At+Bt2+C(t100)t3 在0 650范围内，其关系为Rt=R0(1+At+Bt2),1.铂的电阻,Pt100热电阻分度表,目前，工业铂电阻的R0值有10和100两种，对应的分度号分别为Pt10和Pt100。,2.铜热电阻,在50150的温度范围内，铜热电阻与温度之间的关系为,目前，国内工业用铜热电阻的R0值有50和100两种，对应的分度号分别为Cu50和Cu100。,铜热电阻结构示意图 铂热电阻结构示意图,铠装热电阻的结构1不锈钢管；2感温元件；3内引线；4氧化镁绝缘材料,3.热电阻的结构,普通工业用热电阻的结构,1热电阻丝；2电阻体支架；3引线；4绝缘瓷管；5保护

4、套管；6连接法兰；7接线盒；8引线孔。,4.半导体热敏电阻温度计,优点：热敏电阻的温度系数比金属大，约大49倍；电阻率大，因此 可以制成极小的电阻元件，体积小；结构简单、机械性能好。,热敏电阻可分为正温度系数(PTC)、负温度系数(NTC)和临界温度系数(CTR)三种类型。,5.热电阻温度传感器的应用,热电阻测温电桥的三线制接法,热电阻测温电桥的二线制接法,结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。,热电极A,右端称为：自由端（参考端、冷端）,左端称为：测量端（工作端、热端）,热电极B,热电势,A,B,三、热电偶温度计,热电偶是一种将温度变化转换为热电势变化的温度检测元件。,热电偶测温

5、是基于热电效应。,1.原理,接触电势,温差电势,热电偶回路的热电势,在同一金属导体内，温差电势极小，可以忽略。因此,这样则有,2.热电偶的种类与结构,标准化热电偶热电势与温度之间的关系曲线,热电偶的分度表,热电偶的结构,(a)：l接线柱；2接线座；3绝缘套管；4热电极(b)：1测量端；2热电极；3绝缘套管；4保护管；5接线盒,(2)铠装型热电偶,(1)普通装配式热电偶,3.热电偶的冷端温度补偿,在应用热电偶测温时，只有将冷端温度保持为，或者是进行一定的修正才能得出准确的测量结果。这样做，就称为热电偶的冷端温度补偿。,补偿导线,热电偶的补偿导线通常由补偿导线合金丝、绝缘层、护套和屏蔽层组成。在1

6、00（或200）以下的温度范围内，补偿导线具有与所匹配的热电偶的热电势标称值相同的特性。,补偿导线外形,使用补偿导线时必须注意以下问题：补偿导线只能用在规定的温度范围内（普通型小于100，耐热型小于200）；补偿导线与热电偶的两个接点温度必须相同；不同型号的热电偶配有不同的补偿导线；补偿导线的正、负极分别与热电偶的正、负极相连；补偿导线的作用是将冷端迁移到温度恒定的地方。,冰点法,恒温迁移法,根据补偿导线末端所处环境温度估计值的大小，人为将显示或记录仪表的零点调到该值。,计算修正法,基于中间温度定律,冷端温度补偿方法如下：,电桥补偿法,二极管补偿法,集成温度传感器补偿法,软件补偿法,利用高性能

7、半导体温度传感器实现测温和补偿,红外线辐射温度计产品,四、辐射式温度计,物体处于绝对零度以上时，其内部带电粒子的热运动会以电磁波的形式向外辐射能量，这就是热辐射。通过测量该辐射能量的大小便可间接求出被测物体的温度。,红外线辐射温度计用于食品温度测量,红外线辐射温度计在非接触测温中的应用,耳温仪,红外线辐射温度计用于人体额温测量,红外线辐射温度计在非接触温度测量中的应用,集成IC 温度测量,利用红色激光瞄准被测物（电控柜、天花板内的布线层）,温度 采集系统,便携式产品,在线式产品,空调制冷、火灾安全和保护，以及工业维护和质量控制等，可作为故障诊断工具,五、集成温度传感器,集成温度传感器是利用晶体

8、管PN结的电流和电压特性与温度的关系，把敏感元件、放大电路和补偿电路等部分集成化，并把它们装封在同一壳体内的一种一体化温度检测元件。,1.模拟集成温度传感器,电流输出型集成温度传感器,典型代表是AD590温度传感器,AD590基本温度检测电路,电压输出型集成温度传感器,LMl35LM235LM335系列,2.模拟集成温度控制器,LM56、TMP01、AD22015、MAX6509/6510和TC652/653等型号。,3.集成数字温度传感器控制器,典型产品有DSl820、DSl8S20、DSl8B20、DSl821、DSl822、DSl624、DSl629等。,集成数字温度传感器控制器属于智能

9、化产品。,单总线系统连接示意图,DS1820引脚排列,2.1.2 压力检测仪表,一、液柱式压力计,1.弹性元件 弹性元件有弹簧管、波纹管和膜片等。,二、弹性式压力计,波纹膜片和波纹管多用于微压和低压测量,单圈和多圈弹簧管可用于高、中、低压和真空度的测量。,2.弹簧管压力表,电接点信号压力表,1，4 静触点；2 动触点；3 绿灯；5 红灯,压力表指针上有动触点2，表盘上另有两根可调节指针，上面分别有静触点1和4。当压力超过上限给定数值时，2和4接触，红色信号灯5的电路被接通，红灯发亮。若压力低到下限给定数值时，2与1接触，接通了绿色信号灯3的电路。1、4的位置可根据需要灵活调节。,三、膜盒压力计

10、,普通型膜盒压力计原理图,1-膜盒；2-连杆；3-绞链块；4-拉杆；5-曲柄；6-转轴；7-平衡片；8-游丝；9-指针；10-刻度盘,其压力-位移转换元件是金属膜盒，常用来测量几百至几万帕以下的无腐蚀性气体的正压或负压。,膜盒压力表,金属膜片,金属膜盒,内部结构,硅膜片示意图,在一块圆形的单晶硅膜片上，布置四个扩散电阻，两片位于受压应力区，另外两片位于受拉应力区，它们组成一个全桥测量电路。,四、压阻式压力计,五、变隙式差动电感压力计,当被测压力进入C形弹簧管时，C形弹簧管产生变形，其自由端发生位移，带动与自由端连接成一体的衔铁运动，使线圈1和线圈2中的电感发生大小相等、符号相反的变化。即一个电

11、感量增大，另一个电感量减小。电感的这种变化通过电桥电路转换成电压输出。由于输出电压与被测压力之间成比例关系，所以只要用检测仪表测量出输出电压，即可得知被测压力的大小。,六、压电式压力计,压电效应原理：压电材料受压时会在其表面产生电荷，其电荷量 与所受的压力成正比。压电材料：单晶体、多晶体。,压电元件夹于两个弹性膜片之间，压电元件的一个侧面与下方弹性膜片接触并接地，另一个侧面与上方弹性膜片接触，并通过金属箔和引线将电量引出。,七、霍尔式压力计,压力先转换成位移，再应用霍尔电势与位移的关系测量压力。,霍尔电势UH的大小反映出霍尔元件与磁铁之间相对位置的变化量，从霍尔元件的输出电压的大小即可反映出压

12、力的大小。,应用：,八、差压变送器,电容式差压变送器方框图,输入差压Pi作用于差动电容的动极板,使其产生位移,从而使差动电容器的电容量发生变化。此电容变化量由电容-电流转换电路变换成直流电流信号,此信号与反馈信号进行比较,其差值送入放大电路,经放大得到整机的输出电流I0。,电容式差压变送器,差动电容传感器,1，2，3-电极引线；4-负压管导入口；5-硅油；6-负压侧隔离膜片；7-负压室基座；8-负压侧固定电极；9-可动电极；10-正侧固定电极；11-正压室基座；12-正压侧隔离膜片；13-正压管导入口,当pi0，将迫使硅油向右移动，进而使可动极板向右发生微小位移S,差动电容容量的相对变化值与被

13、测差压pi成线性关系；差动电容容量的相对变化值与介电常数无关，这可大大减小温度对变送器测量精度的影响；差动电容容量的相对变化值与S0 有关，S0 越小，灵敏度越高。,扩散硅式差压变送器,采用硅杯压阻传感器作为敏感元件。,硅杯是由两片研磨后胶合成杯状的硅片组成,它既是弹性元件,又是检测元件。,当硅杯受压时,压阻效应使其上的扩散电阻（应变电阻）阻值发生变化,通过测量电路把电阻变化转换成电压变化。,硅杯,扩散硅差压变送器电路原理：,硅杯的应变电阻通过不平衡电桥转换为电压变化。,当变送器输入差压信号时，使硅杯受压，电桥就有不平衡电压输出，运算放大器A将此电压放大，并控制晶体管V使输出电流Io增加。在差

14、压变化的量程范围内，晶体管V的发射极电流Ie为319 mA,故输出电流Io便是420 mA。,以美国费希尔-罗斯蒙特公司的3051C型智能差压变送器为例介绍其工作原理。,智能变送器,手持通信器,功能：（1）组态（2）测量范围的变更（3）变送器的校准（4）自诊断,九、电阻应变式压力计,基于电阻应变效应工作。,利用电阻应变片将被测试件的应变量转换为电阻变化，然后再利用桥式电路将电阻变化转换为相应的电压信号，进而完成对压力的测量。,可测量压力、荷重、位移、速度、加速度、扭矩等。,各种电子秤,广泛的应用,平行双孔梁,电阻应变式压力计,2.1.3 流量检测仪表,一、节流式流量测量系统,由节流装置、差压引

15、压导管及差压计（或差压变送器）等组成。,节流装置 节流装置是差压式流量传感器的流量敏感检测元件,安装在流体流动的管道中的阻力元件。常用的节流元件有孔板、喷嘴、文丘里管。工业生产过程中常采用孔板。,孔板,喷嘴,文丘里管,节流现象及流体流经节流装置时压力和流速分布图,流量方程式,法兰取压,环室取压,单独钻孔取压,1-1角接取压；2-2法兰取压；3-3径距取压；4-4缩流取压；5-5管接取压,取压方式,标准孔板及其安装方法,根据法拉弟电磁感应定律测量导电性液体的流量。,二、电磁流量计,三、涡街式流量计,对于圆柱体，当两列漩涡的间距h与同列中相邻漩涡的间距L满足h/L=0.281条件时，卡曼涡列才是稳

16、定的。,每一列漩涡产生的频率f与流速v、圆柱体直径d的关系为,漩涡频率的测量,四、涡轮流量计,涡轮流量传感器类似于叶轮式水表，是一种速度式流量计。,涡轮流量计,F1发射的超声波先到达 T1,五、超声波流量计,非接触式流量测量仪表，利用超声波在流体中的传播特性来测量流体流量的。,斜插式安装,如设顺流方向的传播时间为t1，逆流方向的传播时间为t2，流体静止时的超声波传播速度为c，流体流动速度为v，则有,超声波传播时间差为,一般来说，流体的流速远小于超声波在流体中的传播速度，即cv,则从上式便可得到流体的流速，即,此时超声波的传输时间将由右式确定,在实际应用中,超声波传感器安装在管道的外部,从管道的

17、外面透过管壁发射和接收超声波不会给管路内流动的流体带来影响，如下图。,六、均速管流量计,均速管可以测取管道截面几个等面积圆环的速度平均值，即平均动压头。,将平均总压头和静压头接到差压计或差压变送器，测出二者之压差便是平均动压头，根据平均动压头可求出流体的流量。,阿牛巴流量计,测量原理：,质量流量方程式：,体积流量方程式：,威尔巴(Wellbar)流量计,威尔流量计采用截面形状如子弹头形的探头,威尔巴流量计作为一种差压式流量测量仪表，流体流过的流量与差压的平方根成比例关系，与节流式流量计类似。,七、容积式流量计,根据排出体积进行流量累计的仪表。利用运动元件的往复次数或转速与流体的连续排出量成比例

18、的关系对被测流体进行连续的检测。,可以计量各种液体和气体的累积流量。,可以精确测量体积量。,家用煤气表到大容积的石油和天然气计量仪表。,根据转子的形状分为：椭圆齿轮流量计（液体型）腰轮流量计（气体型和液体）刮板式流量计（液体型）,设：V0计量室的容积；n转子的旋转次数，则有,排出的流体总量,椭圆齿轮流量计,腰轮流量计(罗茨流量计),皮膜式家用煤气表,在刚性容器中由柔性皮膜分隔而成I和 II、III和IV四个计量室。,可以左右运动的滑阀在煤气进出口差压的作用下作往复运动。煤气由入口进入，通过滑阀的换向依次进入气室I、或、，并排向出口。皮膜往复一次将流过一定体积的煤气，通过传动机构和计数装置能测得

19、往复次数，从而可知煤气总量。,此仪表结构简单，使用维护方便，价格低廉，精确度可达 2，是家庭专用煤气仪表。,八、弯管流量计,当流体通过管道弯头时，受到角加速的作用而产生的离心力会在弯头的外半径侧与内半径侧形成差压，此差压的平方根与流体流量成正比，这就是弯管流量计的测量原理。,弯管流量计的流量方程式,D为弯头内径；为流体密度；P为差压值；k是为弯管流量系数,九、转子流量计,流量qv与浮子高度h之间的关系近似线性。,转子流量计有两大类：,直读式转子流量计主要由玻璃锥形管、浮子和支撑结构组成由浮子位置高度读出流量值。,远传式转子流量计可采用金属锥形管，其测量转换机构将浮子的位移转换为电信号输出。,相

20、关测量技术的数学基础主要是随机过程理论。基本思想是通过对流动噪声信号的分析，将流速测量转化为时间间隔的测量。,十、相关流量计,2.1.4 物位检测仪表,一、直读式液位计,基于连通器原理工作。,二、压力式液位计,普通型压力计式液位计,法兰式压力液位计,投入式液位计,投入式液位计的突出优点是安装使用方便，只需将量程合适的投入式液位计从敞口容器顶部投入到液体中，并经零点调整、量程调整和电缆固定即可，一般不存在零点迁移问题。,不适合含泥沙等杂质较多的液体液位测量。,三、差压式液位计,普通型差压式液位计,正、负压室的压力差P为,在测量密闭容器液位时，气相压力与大气压力不等，尤其是气相压力有变化甚至变化较

21、大时，就不能采用上述压力式液位计，而应采用差压式液位计。,实际应用举例,双室平衡容器与DDZ-型差压变送器配套的锅炉汽包液位测量系统如下图。,双室平衡容器的内部结构如图5-8所示，正管p+内的压力随被测液位变化而变化；负管p 内用以产生固定的压力，正、负管之间就形成与被测液位高度相对应的差压信号p=p+-p。,法兰式差压液位计,零点迁移,零点迁移和零点调整都是使变送器的输出信号下限值ymin与测量范围的下限值xmin相对应，在xmin=0时，称为零点调整，在xmin 0时，称为零点迁移。,四、浮力式液位计,浮子式液位计,舌簧管式液位计,磁翻转式液位计,磁翻转式液位计可替代玻璃式液位计，用于测量

22、敞口容器或密闭容器内的液位。,浮球式液位开关,浮筒式液位计,五、电容式液位计,常用的电容式物位计多采用平行板或圆筒型电容传感器。,对于圆筒型电容传感器，如果被测介质为非导电性物质，在不考虑边缘效应的情况下，其电容量为,液位为H时上述两种情况下电容量的变化量分别为,六、电极式液位计,电极式液位计的典型产品是电接点水位计,电接点水位计由电接点水位传感器和显示仪表组成，而电接点水位传感器又包括测量筒和若干个电接点，测量筒与汽包构成连通器，测量筒与电接点之间有良好的绝缘，,电接点水位传感器的结构,电接点水位计的显示仪表电路原理,七、热电偶式液位计,八、超声波物位计,连续式超声波物位计,气介式超声波物位

23、计,液介式超声波液位计,固介式超声波物位计,超声波声速补偿,温度补偿,设置校正具,根据已知声速与温度之间的函数关系，由相应的设备对声速进行自动补偿。,工程上常用的声速校正具如图所示。在超声波传播介质中安装两组换能器探头，其中的一组探头用作检测，另一组探头用作声速校正。,超声波物位开关,气介穿透式超声波料位开关,九、核辐射式物位计,射线的透射强度与介质厚度有关，在入射强度一定的情况下，透射强度会随着介质厚度的增加按指数规律衰减。,当放射源和被测介质确定后，I0和就都是常数，这样，根据上式，测出I 即可求得被测介质厚度H。,核辐射式物位计的类型,定点方式,图可进行上、下限报警信号，但不能进行连续测

24、量。图（b）可对物位进行连续测量，但测量范围比较窄，测量准确度也较低。,自动跟踪方式,放射源和接收器始终保持在同一高度，并可由电机带动沿导轨随物位变化而升降。可实现对物位的自动跟踪。,十、雷达物位计,雷达物位计又称微波物位计，是利用雷达测距原理工作的。,2.1.5 成分分析仪表,一、概述,成分检测方法很多，可以按工作原理、测试对象、使用目的及使用场合来进行分类。,成分分析仪表一般包括自动取样装置、预处理系统、分离检测器、信号处理系统及显示仪表等。,二、热导式气体分析仪,热导式气体分析仪是一种热学式气体分析仪，它是利用不同气体导热特性不同的原理进行分析的。常用于分析混合气体中H2、CO2、NH3

25、、SO2、Ar等组分的百分含量。,工作原理,各种气体都具有一定的导热能力，但是导热系数有一定差异。,几种气体在0时的导热系数,混合气体是由多组分气体组成，彼此之间无相互作用，其导热系数可以近似地认为是各组分导热系数的算术平均值,被测组分的体积百分含量 为,在实际测量中，要求混合气体中背景组分的导热系数必须近似相等，并与被测组分的热导系数有明显差别。,热导检测器,热导式气体分析仪的检测器又称热导池，它将由于混合气体中待测组分含量变化所引起总的导热系数的改变转换为电阻的变化。,热导池的结构（一）,(a)(b)热导池结构示意图（二）,三、红外线气体分析仪,它是利用不同气体对不同波长的红外线具有选择性

26、吸收的特性来进行分析的。,仪常用于连续分析混合气体中CO、CO2、CH4、NH3等气体的浓度。,各种气体对红外光谱范围内波长具有选择吸收能力，吸收光谱如下图。,红外线通过吸收物质前后其光强度与被测组分浓度的关系服从朗伯贝尔定律,当光强度为I 0的光通过均匀介质后，剩余光强度的大小I将随着介质浓度C和光程L的增大而按指数规律衰减。,结构及原理,1-光源；2-抛物体反射镜；3-同步电动机；4-切光片；5-滤波室；6-参比室；7-测量室；8-红外探测器；9-放大器,测量时(如分析CO气体的含量)，两束红外线经反射、切光后射入测量气室和参比气室，测量气室中的CO气体对4.65m的红外线有较强的吸收能力

27、，而参比气室中气体不吸收红外线，这样探测器两个吸收气室的红外线光造成能量差异，使两吸收室压力不同，测量室一侧的压力减小，于是薄膜偏向定片方向，改变了电容C。电容的变化量就反映了被测气体的浓度。,四、色谱分析仪,检测原理,茨维特实验:当石油醚携带菠菜叶色素混合物流经碳酸钙粉末时，由于各种叶色素分子在结构和性质上的差异，它们在石油醚中的溶解能力的大小各不相同。,色谱分析方法是利用色谱柱将混合物各组分分离开来，然后按各组分从色谱柱出现的先后顺序分别测量，根据各组分出现的时间以及测量值的大小可确定混合物的组成以及各组分的浓度。,混合物在色谱柱中的分离过程,色谱分析法根据流动相的不同可分为气相色谱法和液

28、相色谱法两种。,气相色谱仪 液相色谱仪,气相色谱分析流程,氧化锆氧分析仪的检测器是由氧化锆管组成的一个氧浓差电池。,当氧化锆两面的混合气体的氧分压不同时，在两个电极之间就产生电动势，该电动势是由于氧化锆固体电解质两侧的氧浓差所形成，所以叫浓差电势。,氧浓差电势的大小与两侧氧浓度有关，通过理论分析和实验验证，它们的关系可用能斯特公式表示为,假定参比侧与被测气体的总压力相等，则上式可改写为,五、氧化锆氧分析仪,利用氧化锆氧浓差电势测氧含量必需满足的条件有：工作温度要恒定。一般工作温度保持在T=750。必须有参比气体，且参比气体的氧含量要稳定不变。参比气体与检测气体总压力应该相等，仪表可以直接以氧浓

29、度刻度。,利用氧浓差电池原理制成的氧化锆传感器结构,1氧化锆管；2陶瓷过滤管；3铂电极；4热电偶；5AI2O3陶瓷管；6信号线,氧化锆氧分析仪的安装与使用,一般应遵循以下几项原则：测量点位置应具有代表性，应能正确反映所测炉内气体，切忌选在气流死角和漏风点附近；测量点不能太靠近燃烧点等部位，这会造成氧量计示值剧烈波动，也不能太靠近风机等机械设备，以免电机的震动损坏氧化锆探头；远离移动物体，以免碰撞损坏探头；应便于安装、调试及维护。,氧化锆氧分析仪的安装方式有直插式和抽吸式两种结构。,(a)直插式结构(b)抽吸式结构,氧化锆探头,分压法测量电路,为待测溶液电阻，K为外电阻,在交流电源电压的作用下，

30、K上的分压为,由上式可知，在保持电源电压恒定不变的情况下，只要测得分压电阻上的电压，即可求出待测溶液电阻R的大小，对R取倒数即为溶液电导。,六、工业电导仪,电桥测量电路,平衡电桥法测量电路原理图,不平衡电桥法测量电路原理图,电磁感应测量法,基于法拉第电磁感应原理工作的。,两个变压器T1和T2由待测溶液构成的短路环C1耦合起来，T1为励磁变压器，T2为检测变压器。,Io的数值与待测溶液的电导率有关（单值关系）。该电导率越大，Io也就越大，反之亦然。,筒状电极的电极常数与外筒电极的内半径、内筒电极的外半径及电极的有效长度的定量关系为；,环状电极的电极常数与电导池外套筒内半径、电极环的最大外半径及电

31、极间的距离的定量关系为；,电导池的结构,七、pH计,pH值与溶液中氢离子浓度的关系为：,pH=lgH+,pH值测量原理,溶液的pH值是通过将其转化成原电池的输出电动势来间接测量的。,原电池电动势的大小为,式中，E原电池电动势；R气体常数；T溶液绝对温度；F法拉第常数；pHpH值。,pH计的电极,工业在线测量pH计一般不用氢电极，最常用的测量电极有玻璃电极和锑电极，参考电极有甘汞电极和银氯化银电极。,pH计测量系统,二线制PH计测量系统如图,玻璃电极,八、硅酸根表,硅酸根分析仪简称硅酸根表，用于测量溶液中的硅酸根含量。,九、钠表,钠离子浓度测量仪表简称钠表。,比较典型的在线钠表一般由样品处理系统

32、、测量室及信号处理与显示系统三部分组成，如下图：,十、溶氧表,测量溶液中的氧含量。,2.1.6 机械量检测仪表,一、位移检测仪表,位移是指物体或其某一部分的位置对参考点产生的偏移量。位移的形式可以是直线位移或角位移。,1.电容式位移检测方法,电容式位移测量系统以平板电容器作为传感元件。,在实际使用时，应充分考虑分布电容、非线性及干扰等因素对测量的影响。,在位移测量系统中常采用变极距型电容式传感器。,电容式轴位移测量系统如图7-2所示。其中包括了轴向位移和径向位移两套测量装置。,2.电涡流式位移检测方法,电涡流传感器是基于涡流效应工作的。,如果导体的磁导率及线圈激励电流强度和频率等参数恒定不变，

33、则可把线圈的电抗看成是线圈与金属导体间距离的单值函数，即二者之间成比例关系。这样，根据涡流的大小即可测量出线圈与金属导体间的距离。,电涡流传感器根据激励电流频率的高低可分为高频反射式电涡流传感器和低频透射式电涡流传感器两类。目前，高频反射式电涡流传感器应用比较多，上面介绍的就是这一种。,测量系统,传感器线圈由铂金属丝平绕在固定支架上，并采用不锈钢壳体和耐腐蚀的材料封装而成。石英晶体振荡器用于产生一个频率和幅值都固定的高频信号，这一信号经固定电阻R加到由传感器线圈L和固定电容C组成的并联回路上。这样，并联回路的阻抗就会随着轴与传感器线圈之间的距离x的变化而变化。,2.超声波测厚仪,超声波测厚与超

34、声波测距有相同的工作原理，不同的是，前者的超声波传播介质是各种固体材料，而后者是空气，如图所示。,二、厚度检测仪表,1.射线式厚度仪,射线穿过被测物体后，射线的衰减程度与被测物体的厚度有关，这就是射线式厚度仪的测量原理。,三、转速检测仪表,转速即旋转角速度或旋转频率，它是衡量物体旋转快慢的一个物理量。,旋转角速度的SI单位弧度/秒（rad/s）与单位转/分（r/min）之间的关系是,1.离心力检测法,质量为m的重锤旋转时受到mr2的离心力而远离主轴，这将克服弹簧力向上拉动套筒，套筒的升降通过齿轮带动指针转动，可直接读出转数。,2.光电码盘检测法,光电码盘检测法是利用光电码盘和透射型光电耦合器结

35、合来测量转速的，光电耦合器的输出信号是对应于码盘窗口明暗的脉冲序列。光电耦合器如图7-21所示，可分为透射型和反射型两种。,增量光电码盘在工业中的应用远比绝对码盘多。为了使增量光电码盘也能检测转角及转向，可以采取图所示的检测A，B和Z三个增量脉冲信号的办法。当只需检测转速时，选择带一个光电耦合器的单相输出增量码盘即可；若还要判别正负转向并控制转角位置时，则需要选择内部含三个光电耦合器的有三相输出的增量码盘。,四、振动与加速度检测仪表,由牛顿运动方程可知，加速度和力是通过质量联系在一起的。如图所示，可以将弹簧质量系统作为传感器，使之与被调系统直接连在一起。,1.动电型振动传感器,在磁场密度为B的

36、磁场中，长度为l的导体以速度v切割磁力线，导体两端则产生电势差为,利用这一原理检测振动速度，称为动电型振动检测。,2.应变片式加速度传感器,测量时，将传感器壳体与被测物体刚性连接，当被测物体以加速度a运动时，质量块受到一个与加速度方向相反的惯性力作用，使弹簧片变形，该变形被粘贴在弹簧片上的应变片感受到并随之产生应变，从而使应变片的电阻发生变化。电阻的变化引起应变片组成的桥路出现不平衡，从而输出电压，这样即可得出被测物体的振动加速度和振动频率。,3.压电式加速度传感器,主要由壳体、压电元件、质量块、弹簧及引线等组成。使用时，将传感器与振动物体刚性固定在一起，这样，传感器就会随振动物体的振动而一起

37、振动，其内部的质量块在重力、外力及弹簧弹力的共同作用下，会给压电元件施加与振动同频率的作用力，压电元件便会产生脉动的电压输出，该电压信号经进一步处理即可得到振动的振幅和加速度。,2.2 控制仪表,2.2.1 调节器,调节器,模拟调节器,模拟调节器电路图,数字调节器,1.硬件系统,2.软件系统,系统程序,用户程序,2.2.2 执行器,执行器的构成：执行机构产生推力或位移的装置。调节机构直接改变能量或物料输送量的装置，通常称 为控制阀或调节阀。,执行器的分类：气动、电动和液动,电动执行器 气动执行器 液动执行器,一、电动执行机构,电动执行机构有角行程和直行程两种，是以两相交流电机为动力的位置伺服机

38、构，它将输入的直流电流信号线性地转换成位移量。,基本结构和工作原理,二、气动执行机构,1.作用：接受电/气转换器(或电/气阀门定位器)输 出的气压信号，将其转换成相应的输出力和 推杆直位移量，以推动调节动作。即20100kPa气压信号直线位移,3.气动薄膜式执行机构,分类：正作用式(信号压力增加时推杆向下动作，ZMA)反作用式(信号压力增加时推杆向上动作，ZMB)气开式（气压增大阀门开大）气闭式（气压增大阀门关小）,三、调节机构,调节机构又称控制阀(或调节阀)，是一个局部阻力可变的节流元件。阀芯移动改变了阀芯与阀座间的流通面积，即改变了阀的阻力系数，使被控介质流量相应改变。,（一）控制阀结构,由上阀盖、下阀盖、阀体、阀座、阀芯、阀杆、填料和压板等构成。为适应多种使用要求，阀芯和阀体有不同的结构，使用的材料也各不相同。,阀的结构型式,直通单座阀直通双座阀角形阀三通阀蝶阀套筒阀偏心旋转阀高压阀,各种流量特性及其阀芯形状如图所示,1 快开；2 直线；3 抛物线；4 修正抛物线；5 等百分比。,