傳感器在現代

檢測系統中的應用我們已經學過了十幾種傳感器的工作原理和特性參數，并了解了它們的一些實際應用。但是在現代工業中，往往不是單獨地使用一種傳感器，而是綜合應用各種傳感器來組成現場檢測儀表。2/6/20231傳感器在控制系統中的綜合應用舉例一個現代化火力發電廠需要多臺計算機聯網，來快速地測量鍋爐、汽輪機、發電機上許多重要部位的溫度、壓力、流量、液位、燃燒狀況、轉速、振動、位移、應力等熱工、機械參數，還必須測量發電機的電壓、電流、功率、功率因數以及各種輔機的運行狀態，然后進行綜合處理，將各被監測的重要參數進行數字或模擬顯示，自動調整運行工況，對某些超限參數進行聲光報警或采取緊急措施。在上述這個系統中，需要數百個不同的傳感器將各種機械、熱工量轉換成電量，供計算機采樣和運算。

2/6/20232現代化火力發電廠及其控制系統火力發電廠控制室火力發電廠機組汽輪機發電機勵磁機2/6/20233智能儀器的芯片及模塊

51系列單片機芯片2/6/2023551系列單片機數據采集模塊

2/6/20236各種智能儀器

最低溫度最高溫度手持式頻譜儀和示波器2/6/20237工控機也稱工業電腦，是專門為工業現場而設計的計算機。防振、防潮、防塵能力均較強，它的電源系統有很高的抗電磁場干擾能力，所以適于現場條件較惡劣的場合使用。使用者不必去研制微機電路，而是將精力放在配置合乎要求的硬件接口和軟件開發上。在硬件方面，目前已有許多廠商生產出可以與各種傳感器配套的接口板；在軟件方面，也有許多成熟的工控軟件出售。小知識2/6/20239一體化工作站

平板式工作站（帶觸摸屏）軍用便攜式工作站2/6/202310一體化工作站（續）

2/6/202311工業級底板（參考研祥智能科技有限公司資料）底板上的擴展槽用于插接各種數據采集卡PCI擴展槽ISA擴展槽2/6/202313各種數據采集卡ISA數據采集卡ISA數據采集卡的插腳間隔為2.54mm（0.1英寸）2/6/202314各種數據采集卡（續）PCI數據采集傳輸卡2/6/202315USB

數據采集系統卡（盒）USB數據采集電纜數據接線端子2/6/202317數據采集便攜式工控整機

2/6/202318筆記本電腦數據采集整機

信號從USB端口輸入2/6/202319USB接口卡及USB電纜2/6/202321嵌入式計算機數據采集系統傳感器信號采集卡可多層疊合，插入到嵌入式計算機的總線接口中，就可以構成數據采集系統。2/6/202322各種嵌入式計算機數據采集卡2/6/202323網絡化儀表示意圖工業總線

2/6/202325網絡化儀表工業總線

局域網2/6/202326

鋼廠自動化監控系統實例2/6/202327二、帶計算機的檢測系統的特點及功能1.性能價格比高；2.設計靈活性高；3.操作方便；4.有強大的運算功能；5.具有記憶功能；6.有自校準功能；7.能進行自動故障診斷。2/6/2023298通道巡回檢測數據采集器8個傳感器信號輸入端口2/6/202330三、系統中的幾種重要部件

1.采樣開關

1)干簧繼電器：干簧繼電器主要由驅動線圈和干簧管組成，驅動線圈繞在干簧管外面。當線圈通以額定電流后，干簧管中的兩根常開彈簧片互相吸引而吸合。它的耐壓較高，額定電流較大，導通電阻接近零。耗電較大、速度較慢是干簧繼電器的主要缺點。

干簧管2/6/202331(2)CMOS模擬采樣開關

模擬采樣開關切換對象是多路模擬信號。它的控制端處于“有效”狀態時，內部的P溝道MOS管或N溝道MOS管導通，模擬開關處于導通狀態，導通電阻約幾歐至幾百歐（視型號而定）。當控制端處于“無效”狀態時開關截止，截止電阻大于108Ω。其優點是集成度高，動作快（小于1s）、耗電省等。缺點是有一定的導通電阻、各通道間有一定的漏電、擊穿電壓低、易損壞等。

2/6/2023322.放大器從傳感器來的信號有許多是毫伏級的微弱信號，須經放大才能進行A/D轉換。系統對放大器的主要要求是：精度高、溫漂小、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放大器，以及一個高隔離的DC/DC電源。2/6/202333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℃2/6/202334精密隔離放大器舉例（續）

導軌安裝式2/6/202335隔離放大器用的隔離電源

典型技術指標：封裝：SIP、DIP（符合UL94-V0標準）；電壓準確度：±1%；工作溫度：-40～+85℃；效率：80%Min（滿載)；隔離電壓：1500VDC；80mVp-pMax；輸出紋波/噪聲（20MHz帶寬)；功率：0.1W～2W（可選）2/6/2023363.A/D轉換器（ADC）

放大器放大后的模擬信號必須進行A/D轉換才能由計算機進行運算處理。目前采用較多的A/D轉換器有兩大類：一類是并行A/D轉換器，另一類是串行A/D轉換器。在并行A/D轉換器中，又有逐位比較型和雙積分型之分。前者轉換速度較快，有8位、12位、16位等規格。位數越高，精度也越高，但價格也相應提高；后者轉換速度較慢（每秒10次左右），常見的有3位半、4位半等規格。

2/6/2023374.D/A轉換器（DAC）與接口電路

計算機運算處理后的數字信號有時必須轉換為模擬信號，才能用于工業生產的過程控制。它的輸入是計算機送出的數字量，它的輸出是與數字量相對應的電壓或電流。如果在計算機與D/A之間插入多路光耦合器就能較好地防止工業控制設備干擾計算機的工作。如果使用多路采樣保持器，只要使用一只D/A即可進行多路D/A轉換。

2/6/202338可編程序控制器中的傳感器接口板

傳感器與PLC的聯系主要是輸入接口。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、開關量輸入模板、溫度輸入控制模板等。用戶只須按照說明書選購不同功能的模板即可構成完整的自動檢測控制系統。

三菱系列可編程控制器2/6/202339第二節傳感器在溫度、

壓力測控系統中的應用陶瓷隧道窯溫度、壓力監測控制系統

該系統涉及熱工參數的測量，它采用工控機。該系統將巡回數據采集電路及控制電路裝在獨立的接口箱中，其中裝有定時器、計數器、并行輸入／輸出接口等，接口箱與主機之間通過并行接口插卡與計算機通信。

2/6/202340隧道窯外形2/6/202341隧道窯計算機檢測控制系統框圖

2/6/202342第三節傳感器在流量測量中的應用所謂智能化流量積算儀，就是使用計算機技術，將一次儀表送來的流量信號對時間作積分，求出流量累積總量的儀器。

2/6/202343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量瞬時流速，因此必須首先測出差壓⊿p。由于溫度和壓力會引起流體的密度的變化，有時還需要進行溫度補償和壓力補償，所以必須測出流體的溫度和壓力。如果使用熱電偶，還必須測量熱電偶的冷端（室溫）溫度。

2/6/202344智能化流量積算儀原理（以上圖NY-Ⅰ型為例）某一次儀表轉換的輸出為4~20mA，要得到10V輸出電壓到計算機的A/D板，需要采用多大阻值的取樣電阻？上述四種信號先由標準的一次儀表轉換為4~20mA的電流信號，經信號傳輸線傳送到本積算儀的輸入端，再用取樣電阻（250.０Ω）轉換成４個低內阻的1~5V電壓信號：U⊿p、Up、Ut、Uto。上述四個電壓信號按順序輪流通過采樣繼電器K1~K2傳送至模/數轉換器的輸入端，再經光耦，由單片機計算出累積流量。2/6/202345NY-Ⅰ型智能化流量積算儀原理框圖2/6/202346第四節傳感器在現代家電中的應用所謂模糊控制系統是模擬人智能的一種控制系統。它將人的經驗、知識和判斷力作為控制規則，根據諸多復