2第2章常用传感器和变送器PPT
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传感器概论.ppt
学习纪律: 考试要求:笔试+实验+平时作业 教师答疑: 联系方式:陈光柱,cgzhu@
压力传感器
光栅传感器
气体传感器
热电偶
CCD传感器 无线传感器
光纤传感器
本书需要掌握的内容
掌握传感器的共性性质 掌握主要传感器的工作原理及特性 掌握传感器的信号调理电路设计 掌握传感器的应用选择 具有初步设计传感器结构的能力
第1章 传 感 器 概 述
1.1 传感器的组成和分类 1.2 传感器的重要性 1.3 传感器技术的发展
/chgq/chap111/cgq001.htm 具体参考书: 1. 传感器与应用电路设计 ,科学出版社,2002 2. 最新传感器实用手册 ,人民邮电出版社, 2004 3. 传感器实用电路设计与制作 ,科学出版社, 2005
课程学习
实验(4学时)课地点:南湖校区机电学 院楼
显 示 装置
数据处理环节
变送器:将非标准信号转换成标准电信号的仪 器
处于信息采集系统的前端,其性能会影响整个 系统的工作状态和质量
1.3 传感器技术的发展
基础研究的促进:新现象、新材料、新加工技术 集成化、智能化、网络化
课程学习
参考资料: 检索相关主题的资料,网络资料 1. 应用:中国传感器网 2. 学习:东南大学,
图0.1 身体与机器人的对应关系
传感器的定义
传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规 律转换成可用输出信号的器件或装置。
传感器的作用:把外界输入的非电信号转换成 电信号
传感器又称为敏感元件、检测器、转换器等
说明
1.传感器是测量装置,能完成检测任务 2.它的输入量是某一被测量,可能是物理量,也 可能是化学量、生物量等 3.输出量是某种物理量,这种量要便于传输、转 换、处理、显示等等,这种量可以是气、光、电 量,但主要是电量。 4.输入输出有对应关系,且应有一定的精确度。
压力传感器
光栅传感器
气体传感器
热电偶
CCD传感器 无线传感器
光纤传感器
本书需要掌握的内容
掌握传感器的共性性质 掌握主要传感器的工作原理及特性 掌握传感器的信号调理电路设计 掌握传感器的应用选择 具有初步设计传感器结构的能力
第1章 传 感 器 概 述
1.1 传感器的组成和分类 1.2 传感器的重要性 1.3 传感器技术的发展
/chgq/chap111/cgq001.htm 具体参考书: 1. 传感器与应用电路设计 ,科学出版社,2002 2. 最新传感器实用手册 ,人民邮电出版社, 2004 3. 传感器实用电路设计与制作 ,科学出版社, 2005
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实验(4学时)课地点:南湖校区机电学 院楼
显 示 装置
数据处理环节
变送器:将非标准信号转换成标准电信号的仪 器
处于信息采集系统的前端,其性能会影响整个 系统的工作状态和质量
1.3 传感器技术的发展
基础研究的促进:新现象、新材料、新加工技术 集成化、智能化、网络化
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参考资料: 检索相关主题的资料,网络资料 1. 应用:中国传感器网 2. 学习:东南大学,
图0.1 身体与机器人的对应关系
传感器的定义
传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规 律转换成可用输出信号的器件或装置。
传感器的作用:把外界输入的非电信号转换成 电信号
传感器又称为敏感元件、检测器、转换器等
说明
1.传感器是测量装置,能完成检测任务 2.它的输入量是某一被测量,可能是物理量,也 可能是化学量、生物量等 3.输出量是某种物理量,这种量要便于传输、转 换、处理、显示等等,这种量可以是气、光、电 量,但主要是电量。 4.输入输出有对应关系,且应有一定的精确度。
仪表基础知识 ppt课件
而也得到迅速的发展。现代仪器仪表已成为测量、控制和实现自动化
必不可少的技术工具。
ppt课件
3
工业自动化仪表重点发展基于现场总线技术 的主控系统装置及智能化仪表、特种和专用自动 化仪表;全面扩大服务领域,推进仪器仪表系统 的数字化、智能化、网络化,完成自动化仪表从 模拟技术向数字技术的转变,5年内数字仪表比 例达到60%以上;
ppt课件
15
压力仪表
现场压力表,从表盘直径看最常见的有 60mm,100mm,150mm 三种规格。从接口看最常见的有 M20X1.5, 1/2NPT, 法兰连接(有法兰尺寸和耐压等级 要求)
ppt课件
16
压力仪表
电接点压力表 一般有双节点 作为报警、或 启泵的条件。
ppt课件
17
压力仪表
压力变送器 最常见的分为电容式压力变送器和单晶 硅压力变送器。其它还有扩撒硅压力变送器。 目前主流压力变送器主流几乎都采用了智能协议。
我们这套液化天然气项目中采用了大量的PT100型号的铂热电阻体。又 分为单支、双支。PT100类型电阻体对应 0℃时阻值为100Ω。标准的热电阻 回路国内一般采用三线制,采用三线制是为了消除连接导线电阻引起的测量 误差。这是因为测量热电阻的电路一般是不平衡电桥。热电阻作为电桥的一 个桥臂电阻,其连接导线(从热电阻到中控室)也成为桥臂电阻的一部分, 这一部分电阻是未知的且随环境温度变化,造成测量误差。采用三线制,将 导线一根接到电桥的电源端,其余两根分别接到热电阻所在的桥臂及与其相 邻的桥臂上,这样消除了导线线路电阻带来的测量误差。热电阻将铂热电阻 体的电阻信号直接转换为4~20mADC的标准信号一体化仪表就是温度变送 器中比较常见的一种。
C
电导率
化工仪表及自动化第二章ppt
帕
1
兆帕
1×106
工程大 9.807×104 气压
1×106 1
1.0197×10 9.869×10-6
-5
10.197
9.869
9.807×
1
10-2
0.9678
7.501 ×10-3
7.501 ×103
735.6
1.0197 ×10-4
1.0197 ×102
10.00
1.450×10-4 1×10-5
化工自控仪表识用与操作
主讲人: 周寅飞 扬州工业职业技术学院化学工程系
化工自控仪表识用与操作
第二章 压力检测
目录:
❖ 压力单位及测压仪表
❖ 弹性式压力计
❖ 弹性变片式压力传感器 ❖ 压阻式压力传感器 ❖ 电容式压力传感器
❖ 智能式变送器
❖ 智能变送器的特点 ❖ 智能变送器的结构原理
智能压力变送器
HAKK-3851高精度智能变送器46
第五节 压力计的选用及安装
一、压力计的选用
压力计的选用应根据工艺生产过程对压力测量的要求, 结合其他各方面的情况,加以全面的考虑和具体的分析, 一般考虑以下几个问题。
仪表类型的选用 仪表测量范围的确定 仪表精度级的选取
47
第五节 压力计的选用及安装
④具有数字、模拟两种输出方式,能够实现双向数据通 讯,可以与现场总线网络和上位计算机相连。
⑤可以进行远程通讯,通过现场通讯器,使变送器具有自 修正、自补偿、自诊断及错误方式告警等多种功能, 简化了调整、校准与维护过程,使维护和使用都十分 方便。
41
第四节 智能式变送器
二、智能变送器的结构原理 从整体上来看,由硬件和软件两大部分组成。 从电路结构上来看,包括传感器部件和电子部件两部 分。
温度传感器实验ppt课件
第2章 温度传感器及检测
2.1 温度检测的概述 2.2 热电阻测温传感器 2.3 热电偶温度传感器 2.4 集成温度传感器 2.5 温度传感器的工程设计实例
第一节 温度测量的基本概念
一、温度测量 的基本概念
温度标志着物 质内部大量分子无 规则运动的剧烈程 度。温度越高,表买的VIP时长期间,下载特权不清零。
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敏感材料及测温原理 金属电阻的阻值大小与导体的长度
成正比,与导体的横截面积成反比,即
式中:R——导体的电阻; ρ——导体的电阻率; l——导体的长度; S——导体的截面积。
2021/8/25
改变温度t,金属导体的电阻率ρ与之大致成正比,即:
ρ=ρ0(1+αt)
式中,ρ0为0℃时导体的电阻率,α为电阻温度系数。
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2.1 温度检测的概述 2.2 热电阻测温传感器 2.3 热电偶温度传感器 2.4 集成温度传感器 2.5 温度传感器的工程设计实例
第一节 温度测量的基本概念
一、温度测量 的基本概念
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敏感材料及测温原理 金属电阻的阻值大小与导体的长度
成正比,与导体的横截面积成反比,即
式中:R——导体的电阻; ρ——导体的电阻率; l——导体的长度; S——导体的截面积。
2021/8/25
改变温度t,金属导体的电阻率ρ与之大致成正比,即:
ρ=ρ0(1+αt)
式中,ρ0为0℃时导体的电阻率,α为电阻温度系数。
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常见传感器原理及应用PPT教案
3.3.5 编码器
编码器是将直线运动和转角运动变换为数字信号进行测量 的一种传感器。
它通过光电原理或电磁原理将一个机械的几何位移量转换 为电子信号(电子脉冲信号或者数据串)。
这种电子信号通常需要连接到控制系统(e.g. PLC、高速计 数模块、变频器等),控制系统经过计算便可以得到测量的数 据,以便进行下一步工作。
第30页/共78页
接近开关外形
第31页/共78页
接近开关外形(续)
第32页/共78页
接近开关分类
只对导 磁物体 起作用
对接地 的金属 起作用
只对导电 良好的金 属起作用
第33页/共78页
对磁性 物体起 作用
接近开关的特点
接近开关与被测物不接触、不会产生机械 磨损和疲劳损伤、工作寿命长、响应快、无 触点、无火花、无噪声、防潮、防尘、防爆 性能较好、输出信号负载能力强、体积小、 安装、调整方便。
缺点是触点容量较小、输出短路时易烧 毁。
第34页/共78页
3.3.4 差动变压器
线圈和磁芯
—完全线性 —便宜 —耐用 —有“中心位置”
用于执行器
—通常嵌入使用 —低非线性 —大位移
第35页/共78页
LVDT
LVDT 是线性可变差动变压器(Linear Variable Differential Transformer)。
第11页/共78页
3.3.1.2 应变式传感器
电阻应变传感器是一种利用电阻应变片将应变转 换为电阻变化的传感器。
被测量 电阻应变片 电阻变化
任何非电量能转化为应变量
第12页/共78页
应变片
当受到外力时,导体变长变细,电阻增加,R->R+△R
常用传感器及测量转换电路
应变式电阻传感器是借助于弹性元件,将力的变化转化为 变形,然后利用导体的应变效应,将力转变成电阻的变化, 最终利用测量电路得到被测量(力)的电信号。应变式电阻传 感器主要包括弹性元件、电阻应变片及测量电路。
2.1.5 温度补偿
在实际应用中,除了应变能导致应变片电阻变化外,图25温度
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常用材料:康铜、镍铬铝合金、铁铬铝合金以及铂、铂乌 合金等。
2.金属箔式应变片 箔式应变片是在绝缘基底上,将厚度0.003~0.01mm
电阻箔材,利用照相制版或光刻腐蚀的方法,制成适用于各 种需要的形状。 3.金属薄膜应变片 薄膜应变片是薄膜技术发展的产物。它是采用真空蒸发或
真空沉积等方法,在薄的绝缘基片上形成厚度在0. 1 m以
图2-8所示是筒式压力传感器。被测压力P作用于筒内腔, 使筒发生变形,工作应变片1贴在空心的筒壁外感受应变, 补偿应变片2贴在不发生变形的实心端作为温度补偿用。一 般可用来测量机床液压系统压力和枪、炮筒腔内压力等。
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2.1电阻应变式传感器
3.加速度传感器 加速度传感器实质上是一种测量力的装置,如图2-9所示。
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2.2 热电阻传感器
但温度高时易氧化,故用于温度较低的环境中。表2-1列出 了热电阻的主要技术性能。
2.2.2热敏电阻
热敏电阻是近年来出现的一种新型半导体测温元件。一 般按温度系数可分为负温度系数热敏电阻(NTC)、正温度系 数热敏电阻( PTC)和临界温系数热敏电阻(CTR)。这三类 热敏电阻的电阻率P与温度t的变化曲线如图2-10所示。从 图中可以看出这些曲线都呈非线性。
2.3.1 热电偶传感器的工作原理
1.热电势效应 将两种不同材料的导体构成一闭合回路,若两个接点处温
2.1.5 温度补偿
在实际应用中,除了应变能导致应变片电阻变化外,图25温度
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常用材料:康铜、镍铬铝合金、铁铬铝合金以及铂、铂乌 合金等。
2.金属箔式应变片 箔式应变片是在绝缘基底上,将厚度0.003~0.01mm
电阻箔材,利用照相制版或光刻腐蚀的方法,制成适用于各 种需要的形状。 3.金属薄膜应变片 薄膜应变片是薄膜技术发展的产物。它是采用真空蒸发或
真空沉积等方法,在薄的绝缘基片上形成厚度在0. 1 m以
图2-8所示是筒式压力传感器。被测压力P作用于筒内腔, 使筒发生变形,工作应变片1贴在空心的筒壁外感受应变, 补偿应变片2贴在不发生变形的实心端作为温度补偿用。一 般可用来测量机床液压系统压力和枪、炮筒腔内压力等。
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2.1电阻应变式传感器
3.加速度传感器 加速度传感器实质上是一种测量力的装置,如图2-9所示。
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2.2 热电阻传感器
但温度高时易氧化,故用于温度较低的环境中。表2-1列出 了热电阻的主要技术性能。
2.2.2热敏电阻
热敏电阻是近年来出现的一种新型半导体测温元件。一 般按温度系数可分为负温度系数热敏电阻(NTC)、正温度系 数热敏电阻( PTC)和临界温系数热敏电阻(CTR)。这三类 热敏电阻的电阻率P与温度t的变化曲线如图2-10所示。从 图中可以看出这些曲线都呈非线性。
2.3.1 热电偶传感器的工作原理
1.热电势效应 将两种不同材料的导体构成一闭合回路,若两个接点处温
计算机控制系统中常用的设备
2019/1/12
计算机控制技术
5
第2章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置
HART协议
智能式变送器采用双向全数字量传输信号, 即现场总线通讯方式;
目前广泛采用一种过渡方式,即在一条通讯 电缆中同时传输4-20mA电流信号和数字信号. 这种方式称为HART协议通讯方式。智能式变 送器的电源也由通信电缆传输。
2019/1/12 计算机控制技术 2
第2章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置
2.1 传感器和变送器
主要内容: • 信号传输及供电的四线制与两线制 • 压力检测及变送 • 温度检测和变送 • 流量检测及变送 • 物位检测及变送 • 其它检测仪表和装置
2019/1/12 计算机控制技术 3
第2章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置
2019/1/12 计算机控制技术 9
第2章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置
弹性式压力检测 :
–根据弹性元件受力变形原理,将被测压力转换成 位移来实现压力测量。 –主要有弹簧管、膜片和波纹管等
负荷式压力检测 :
–利用静压平衡原理进行压力测量。
–典型仪表:活塞式、浮球式和钟罩式。
–普遍用作标准仪器对压力仪表进行标定。
2.1.1 信号传输及供电的四线制与 两线制
变送器安装在现场,它的气源或电源从控制 室送来,而输出信号送到控制室。
气动变送器用两根气动管线分别传送气源和 输出信号。 电动模拟式变送器采用二线制或四线制传输 电源和输出信号。
2019/1/12 计算机控制技术 4
第2章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置
14
第2章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置
智能式压力变送器
常用自动化元件PPT课件
9
2. 继电器和接触器
继电器选型原则 ➢ 控制电路的电源电压,能提供的最大电流; ➢ 被控制电路中的电压和电流; ➢ 被控电路需要几组、什么形式的触点。 选用继电器时,一般控制电路的电源电压可作为选 用的依据。控制电路应能给继电器提供足够的工作 电流,否则继电器吸合是不稳定的。
10
2. 继电器和接触器
25
4.柯普乐磁翻板液位计
26
6. 涡轮流量计
27
6. 涡轮流量计
28
6. 涡轮流量计
29
6. 涡轮流量计
• 工作原理 全智能流量计主要分本体部分及涡轮部分。 涡轮上有四个均匀分布的扇叶,每个扇叶均 固化两个永久强力磁珠。测量时,流体带动 涡轮旋转,扇叶及其上的磁珠随之转动,使 流量计中的霍尔开关产生一个与流量成正比 的频率信号,流量计再将这个频率信号转换 为4~20mA电流信号,从而进行控制或输出。
主要技术参数:
Байду номын сангаас
➢ 额定工作电压:是指继电器正常工作时线圈所需要的电压。根据继电器 的型号不同,一般使用直流电压,但交流继电器可以是交流电压。
➢ 直流电阻:是指继电器中线圈的直流电阻,可以通过三用电表测量。
➢ 接触电阻:是指继电器中接点接触后的电阻值。此电阻値一般很小,不 易通过万用表测量,宜使用低阻计配合四线测量方式来测量。 对于许多 继电器来说,接触电阻无穷大或者不稳定是最大的问题。
电流型变送器将物理量转换成 4~20mA 电流输出,必然要有外电源为 其供电。最典型的是变送器需要两根电源线,加上两根电流输出线, 总共要接 4 根线,称之为四线制变送器。当然,电流输出可以与电源 公用一根线(公用 VCC 或者 GND),可节省一根线,称之为三线制 变送器。
2. 继电器和接触器
继电器选型原则 ➢ 控制电路的电源电压,能提供的最大电流; ➢ 被控制电路中的电压和电流; ➢ 被控电路需要几组、什么形式的触点。 选用继电器时,一般控制电路的电源电压可作为选 用的依据。控制电路应能给继电器提供足够的工作 电流,否则继电器吸合是不稳定的。
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2. 继电器和接触器
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4.柯普乐磁翻板液位计
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6. 涡轮流量计
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6. 涡轮流量计
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6. 涡轮流量计
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6. 涡轮流量计
• 工作原理 全智能流量计主要分本体部分及涡轮部分。 涡轮上有四个均匀分布的扇叶,每个扇叶均 固化两个永久强力磁珠。测量时,流体带动 涡轮旋转,扇叶及其上的磁珠随之转动,使 流量计中的霍尔开关产生一个与流量成正比 的频率信号,流量计再将这个频率信号转换 为4~20mA电流信号,从而进行控制或输出。
主要技术参数:
Байду номын сангаас
➢ 额定工作电压:是指继电器正常工作时线圈所需要的电压。根据继电器 的型号不同,一般使用直流电压,但交流继电器可以是交流电压。
➢ 直流电阻:是指继电器中线圈的直流电阻,可以通过三用电表测量。
➢ 接触电阻:是指继电器中接点接触后的电阻值。此电阻値一般很小,不 易通过万用表测量,宜使用低阻计配合四线测量方式来测量。 对于许多 继电器来说,接触电阻无穷大或者不稳定是最大的问题。
电流型变送器将物理量转换成 4~20mA 电流输出,必然要有外电源为 其供电。最典型的是变送器需要两根电源线,加上两根电流输出线, 总共要接 4 根线,称之为四线制变送器。当然,电流输出可以与电源 公用一根线(公用 VCC 或者 GND),可节省一根线,称之为三线制 变送器。
2.3变送器
从而构成多种多样的、复杂程度各异的自动检测和控制系统。 特点:使用灵活,通用性强,同时,使用、维护也很方便。 它适用于各种企业的自动控制。 广泛使用的单元组合式控制仪表有:
DDZ:电动单元组合仪表
QDZ:气动单元组合仪表
单元的种类有变送单元、执行单元、控制单元、转换单
元、运算单元、显示单元、给定单元和辅助单元等八类。 ① 变送单元 被测参数 统一标准信号 (4-20mA,0-10mA ,20-100kPa)
显示仪表或控制装置 指示和记录或控制
变送单元的品种有:温度变送器、压力变送器、差压变送 器、流量变送器、液位变送器等。
在任何系统的自动控制中变送器都是首要环节和重要组
成部分,只有获得精确和可靠的被控参数,才能进行准确的 数据处理,进而才能获得高质量的控制效果。
② 转换单元 转换单元将电压、频率等电信号转换成标准统一信号,或 者进行标准统一信号之间的转换,以使不同信号可以在同一控 制系统中使用。 转换单元的品种有:直流毫伏转换器、频率转换器、
控制系统仪表之间典型连接方式
综上所述: 电流传送适合于远距离对单个仪表传送信息; 电压传送适合于把同一信息传送到并联的多个仪表; 两者结合,取长补短。
2.2变送器
一.变送器的作用: 将被控参数即对各种工艺参数,如温度,压力、 流量、液位、PH值以及成分量、状态量等检测出来, 并变换成相应的统一标准信号,以供系统显示、记录 或进行下一步的调整控制作用。
检测变送单元实际上包括两部分内容,首先是将
被控参数检测出来,然后变送器将其变换成统一标准 信号。
二.变送器的理想输入输出特性:
xmax和xmin:
y ymax
变送器测量范围的上限值和下限值,即
被测参数的上限值和下限值。图中,xmin =0 ymin ymax和ymin: 于模拟式变送器,即为统一标准信号的上限 值和下限值。
DDZ:电动单元组合仪表
QDZ:气动单元组合仪表
单元的种类有变送单元、执行单元、控制单元、转换单
元、运算单元、显示单元、给定单元和辅助单元等八类。 ① 变送单元 被测参数 统一标准信号 (4-20mA,0-10mA ,20-100kPa)
显示仪表或控制装置 指示和记录或控制
变送单元的品种有:温度变送器、压力变送器、差压变送 器、流量变送器、液位变送器等。
在任何系统的自动控制中变送器都是首要环节和重要组
成部分,只有获得精确和可靠的被控参数,才能进行准确的 数据处理,进而才能获得高质量的控制效果。
② 转换单元 转换单元将电压、频率等电信号转换成标准统一信号,或 者进行标准统一信号之间的转换,以使不同信号可以在同一控 制系统中使用。 转换单元的品种有:直流毫伏转换器、频率转换器、
控制系统仪表之间典型连接方式
综上所述: 电流传送适合于远距离对单个仪表传送信息; 电压传送适合于把同一信息传送到并联的多个仪表; 两者结合,取长补短。
2.2变送器
一.变送器的作用: 将被控参数即对各种工艺参数,如温度,压力、 流量、液位、PH值以及成分量、状态量等检测出来, 并变换成相应的统一标准信号,以供系统显示、记录 或进行下一步的调整控制作用。
检测变送单元实际上包括两部分内容,首先是将
被控参数检测出来,然后变送器将其变换成统一标准 信号。
二.变送器的理想输入输出特性:
xmax和xmin:
y ymax
变送器测量范围的上限值和下限值,即
被测参数的上限值和下限值。图中,xmin =0 ymin ymax和ymin: 于模拟式变送器,即为统一标准信号的上限 值和下限值。
第2章变送器和转换器
第2章
• • • • 变送器的构成 差压变送器 温度变送器 电气转换器
变送器和转换器
2.1变送器的构成
一、构成原理 变送器是基于负反馈原理工作的,其构成如图。包括测量部分、放大器和反馈 部分。
y 调零、零点迁 移 z0 x 测量部分C + zf ymin 反馈部分F 0 xmin 原理图 输入输出特性图 xmax x zi e 放大器K y
y
上式表明,在KF 1
1 Cx z 0 F
的条件下,变送器输出与输入之间的关系取决于测量部分和反馈部分的特性, 而与放大器的特性几乎无关。如果转换系数C和反馈系数F是常数,则变送器 的输出与输入将保持良好的线性关系。
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现控制。
4 ΔPmin ΔPmax ΔP
1.变送器的输出电流I0和输入信号ΔP之间呈线性关系
2.调整调零弹簧可以使变送器输出电流I0在输入信号范围下限时 为4mA 。 3.改变tgθ或Kf可以调整变送器的量程
4.零点和量程要反复调整
2、2、2电容式差压变送器 (一)概述 采用差动电容作为检测元件,整个变送器无机械传动、调整装置,并且测 量部分采用全封闭焊接的固体化结构。仪表结构简单、性能稳定、可靠,具有 较高的精度。 变送器包括测量部件和转换放大电路两部分。
• • • • 变送器的构成 差压变送器 温度变送器 电气转换器
变送器和转换器
2.1变送器的构成
一、构成原理 变送器是基于负反馈原理工作的,其构成如图。包括测量部分、放大器和反馈 部分。
y 调零、零点迁 移 z0 x 测量部分C + zf ymin 反馈部分F 0 xmin 原理图 输入输出特性图 xmax x zi e 放大器K y
y
上式表明,在KF 1
1 Cx z 0 F
的条件下,变送器输出与输入之间的关系取决于测量部分和反馈部分的特性, 而与放大器的特性几乎无关。如果转换系数C和反馈系数F是常数,则变送器 的输出与输入将保持良好的线性关系。
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现控制。
4 ΔPmin ΔPmax ΔP
1.变送器的输出电流I0和输入信号ΔP之间呈线性关系
2.调整调零弹簧可以使变送器输出电流I0在输入信号范围下限时 为4mA 。 3.改变tgθ或Kf可以调整变送器的量程
4.零点和量程要反复调整
2、2、2电容式差压变送器 (一)概述 采用差动电容作为检测元件,整个变送器无机械传动、调整装置,并且测 量部分采用全封闭焊接的固体化结构。仪表结构简单、性能稳定、可靠,具有 较高的精度。 变送器包括测量部件和转换放大电路两部分。
第2章 传感器动静态特性
传感器在外界温度下输出量发出的变化
温漂=
max 100% YFS T
式中 Δmax —— 输出最大偏差; ΔT —— 温度变化范围; YFS —— 满量程输出。
17/47
7、精确度
同济大学控制科学与工程系
与精确度有关指标:精密度、准确度和精确度(精度)
精密度:说明测量传感器输出值的分散性,即对某一稳定的被测量,由 同一个测量者,用同一个传感器,在相当短的时间内连续重复测量多次, 其测量结果的分散程度。例如,某测温传感器的精密度为0.5℃。精密度 是随即误差大小的标志,精密度高,意味着随机误差小。注意:精密度 高不一定准确度高。 准确度:说明传感器输出值与真值的偏离程度。如,某流量传感器的准确 度为0.3m3/s,表示该传感器的输出值与真值偏离0.3m3/s。准确度是系统 误差大小的标志,准确度高意味着系统误差小。同样,准确度高不一定 精密度高。 精确度:是精密度与准确度两者的总和,精确度高表示精密度和准确度 都比较高。在最简单的情况下,可取两者的代数和。传感器的常以测量 误差的相对值表示。
③ 时间常数τ: 用时间常数τ来表征一阶传感器的动态特性。 τ越小,频带越宽。
④ 固有频率ωn: 二阶传感器的固有频率ωn表征其动态特性。 ⑤ 相位误差:在工作频带范围内,传感器的实际输出与所希
y(t)
y(t)
1.0
0.9
0.632 0.5
1.0 0.9
0.5 td
0
td
t
0
22/47
tr
tr t
t
频率响应特性指标
同济大学控制科学与工程系
① 通频带ω0.707: 传感器在对数幅频特性曲线上幅值衰减3 dB时所对应的频率范围。
过程仪表第2章 变送器
I0=4mA+(0.016S+40/RS)e1N 由上式可知:当e1N=0, I0=4mA;
当为最大值, I0=20mA, 可知(0.016S+40/RS)e1N.M=16mA 则 RS=40/(16mA/e1N.M-0.016S) 由此根据e1N.M选择RS。
18
2)应用中的注意事项
①负载电阻和电源匹配 由于XTR101为单电源工作,工作电源电压11.6~40V。负载
24
①首先查热电偶分度表,其热电势0~41.269mV(0~1000℃); ②计算量程电阻RS
由上面I0的表达式,⊿I0=16mA,计算RS得到 RS=40/(⊿I0 /⊿ e1n-0.016S)=107.6 ③计算冷端补偿电路 利用二极管VD的PN结电压温度特性,产生冷端补偿电压。 设PN结在25℃时,VVD=0.6V(硅管), 温度特性VVD /⊿T ≈-2mV/℃ 由R5、R6组成VVD的分压器,使R6上的电压变化率和热电偶 的温度变化率近似相等。 K型热电偶在25℃时, ⊿ ET /⊿T=0.04mV/℃
25
计算分压电路,由⊿VVD/ ⊿T(R6/(R5+R6))= ⊿ET/⊿T 选择R5=2K,解得R6=40.82 ④热电偶输入回路校验
由上图热电偶输入回路电压平衡方程式:
e1n=e2-e1=et+V4-e1
当冷端温度为+25℃,热电偶工作端为0℃时,
et=
-1.0mV,
VVD=600mV,代入上式得到 V4=13.0mV,R4=V4/1mA=13.0 R4、RS采用精密多圈电位器,用于调节变送器的0点和量 程,R5和R6用温度系数很小的绕线精密电阻。VD用专门测温 二极管。
15
1. XTR101芯片
当为最大值, I0=20mA, 可知(0.016S+40/RS)e1N.M=16mA 则 RS=40/(16mA/e1N.M-0.016S) 由此根据e1N.M选择RS。
18
2)应用中的注意事项
①负载电阻和电源匹配 由于XTR101为单电源工作,工作电源电压11.6~40V。负载
24
①首先查热电偶分度表,其热电势0~41.269mV(0~1000℃); ②计算量程电阻RS
由上面I0的表达式,⊿I0=16mA,计算RS得到 RS=40/(⊿I0 /⊿ e1n-0.016S)=107.6 ③计算冷端补偿电路 利用二极管VD的PN结电压温度特性,产生冷端补偿电压。 设PN结在25℃时,VVD=0.6V(硅管), 温度特性VVD /⊿T ≈-2mV/℃ 由R5、R6组成VVD的分压器,使R6上的电压变化率和热电偶 的温度变化率近似相等。 K型热电偶在25℃时, ⊿ ET /⊿T=0.04mV/℃
25
计算分压电路,由⊿VVD/ ⊿T(R6/(R5+R6))= ⊿ET/⊿T 选择R5=2K,解得R6=40.82 ④热电偶输入回路校验
由上图热电偶输入回路电压平衡方程式:
e1n=e2-e1=et+V4-e1
当冷端温度为+25℃,热电偶工作端为0℃时,
et=
-1.0mV,
VVD=600mV,代入上式得到 V4=13.0mV,R4=V4/1mA=13.0 R4、RS采用精密多圈电位器,用于调节变送器的0点和量 程,R5和R6用温度系数很小的绕线精密电阻。VD用专门测温 二极管。
15
1. XTR101芯片
自动控制系统概述ppt课件
求: z f (x)
拉普拉斯变换
拉氏变换的实质:将实变量t的函数f(t),变换成复变量s(s=α+jβ)的函数F(s)。
F (s) f (t)estdt L[ f (t)] 0
其中: f (t) 为原函数, F(s) 为拉氏变换式(或象函数)
记为:
拉氏 变换 F(s) L[ f (t)]
第一节 自动控制系统的组成
进
料
口
调
节
器
变
送
器
执 行 器
进
料
口
调
节
器
变
送
器
进 料 口
变 送 器
控 制 站
执
执
行
行
器
器
控制系统的 4 个基本环节:
被控对象、检测仪表(测量变送环节)、控制器、执行器
几个常用术语 :
(1)被控对象 需要实现控制的设备、机械或生产过程称为被控对象,简称对象。 (2)被控变量 对象内要求保持一定数值(或按某一规律变化)的物理量称为被控
y (t ) B
e()
Sp
B
C
稳定误差范围: 2% 或者 5%的新稳态值
0
t1
t2
t3
t
超调量σ: B/C *100%
衰 减 比n: n B / B
余差 e(∞): e()
过渡时间tp: 振荡周期:
t p t3 t2 t1
自动控制系统希望的结果: •最大偏差(超调量)? •答:越小越好 •衰减比?
的测量值而非实际值,因此,在控制系统中通常把设定值与测量值之差定义为偏 差。
第二节 自动控制系统的方块图:
一、信号和变量:
+
拉普拉斯变换
拉氏变换的实质:将实变量t的函数f(t),变换成复变量s(s=α+jβ)的函数F(s)。
F (s) f (t)estdt L[ f (t)] 0
其中: f (t) 为原函数, F(s) 为拉氏变换式(或象函数)
记为:
拉氏 变换 F(s) L[ f (t)]
第一节 自动控制系统的组成
进
料
口
调
节
器
变
送
器
执 行 器
进
料
口
调
节
器
变
送
器
进 料 口
变 送 器
控 制 站
执
执
行
行
器
器
控制系统的 4 个基本环节:
被控对象、检测仪表(测量变送环节)、控制器、执行器
几个常用术语 :
(1)被控对象 需要实现控制的设备、机械或生产过程称为被控对象,简称对象。 (2)被控变量 对象内要求保持一定数值(或按某一规律变化)的物理量称为被控
y (t ) B
e()
Sp
B
C
稳定误差范围: 2% 或者 5%的新稳态值
0
t1
t2
t3
t
超调量σ: B/C *100%
衰 减 比n: n B / B
余差 e(∞): e()
过渡时间tp: 振荡周期:
t p t3 t2 t1
自动控制系统希望的结果: •最大偏差(超调量)? •答:越小越好 •衰减比?
的测量值而非实际值,因此,在控制系统中通常把设定值与测量值之差定义为偏 差。
第二节 自动控制系统的方块图:
一、信号和变量:
+
应变式传感器原理及应用
e为弹性模量r3r1r5r7f截面积sr5r6r7r8u0r8r6r2r42r2r1r3r4u01a圆柱面展开图b桥路连接柱式力传感器应变片的粘贴与桥路连接f一柱式力传感器常用应变式传感器弹性元件上应变片的粘贴和电桥连接应尽可能消除偏心和弯矩的影响一般将应变片对称地贴在应力均匀的圆柱表面中部构成差动对且处于对臂位置以减小弯矩的影响
2. 第一对称电桥 3.第二对称电桥
1、等臂电桥 当R1=R2=R3=R4=R时,称为等臂电桥。 此时电桥输出可写为 RR1 R2 R3 R4 R1R4 R2 R3 Ug E 2R R1 R2 2R R3 R4
一般情况下,ΔRi(i=1,2,3,4)很小,即R>>ΔRi, R 略去上式中的高阶微量,并利用 式得到 : K R
金属丝式应变片的基本结构
4 3
2.1 金属应变式传感器
基底2和盖片3
2 1
基底用于保持敏感栅、引线的几何形状和相对位置, 盖片既保持敏感栅和引线的形状和相对位置,还可保
护敏感栅。基底的全长称为基底长,其宽度称为基底
宽。
金属丝式应变片的基本结构
4 3
2.1 金属应变式传感器
引线4
2 1
是从应变片的敏感栅中引出的细金属线。 对引线材料的性能要求:电阻率低、电阻温度系数小、 抗氧化性能好、易于焊接。 大多数敏感栅材料都可制作引线。
R1 R R4 R2 R3 Ug E R1 R R2 R3 R4
设电桥各臂均有相应的电阻增量ΔR1、ΔR2、ΔR3、ΔR4 时,
R1 R1 R4 R4 R2 R2 R3 R3 Ug E R1 R1 R2 R2 R3 R3 R4 R4
2. 第一对称电桥 3.第二对称电桥
1、等臂电桥 当R1=R2=R3=R4=R时,称为等臂电桥。 此时电桥输出可写为 RR1 R2 R3 R4 R1R4 R2 R3 Ug E 2R R1 R2 2R R3 R4
一般情况下,ΔRi(i=1,2,3,4)很小,即R>>ΔRi, R 略去上式中的高阶微量,并利用 式得到 : K R
金属丝式应变片的基本结构
4 3
2.1 金属应变式传感器
基底2和盖片3
2 1
基底用于保持敏感栅、引线的几何形状和相对位置, 盖片既保持敏感栅和引线的形状和相对位置,还可保
护敏感栅。基底的全长称为基底长,其宽度称为基底
宽。
金属丝式应变片的基本结构
4 3
2.1 金属应变式传感器
引线4
2 1
是从应变片的敏感栅中引出的细金属线。 对引线材料的性能要求:电阻率低、电阻温度系数小、 抗氧化性能好、易于焊接。 大多数敏感栅材料都可制作引线。
R1 R R4 R2 R3 Ug E R1 R R2 R3 R4
设电桥各臂均有相应的电阻增量ΔR1、ΔR2、ΔR3、ΔR4 时,
R1 R1 R4 R4 R2 R2 R3 R3 Ug E R1 R1 R2 R2 R3 R3 R4 R4
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按照 测量 方式 分类: 分类:
2.1.2 常用的温度传感器 用热电阻传感器测量温度是制冷空调系 统中的主要测温方法,它具有结构简单、 统中的主要测温方法,它具有结构简单、工 作可靠、灵敏度高、精度高、 作可靠、灵敏度高、精度高、测量范围广等 特点,能实现单点和多点温度的远传、 特点,能实现单点和多点温度的远传、变 显示和自动控制。 送、显示和自动控制。 热电阻温度传感器是根据金属导体或半 导体的电阻值随温度变化而变化的原理测温 在工程中常用的有铂、 的。在工程中常用的有铂、镍、铜、半导体 热敏电阻。 热敏电阻。
两种不同的导体相接触时, 两种不同的导体相接触时,由于 两者自由电子密度不同(设导体A的 两者自由电子密度不同(设导体 的 大于导体B的 则在A和 两个方向 大于导体 的)。则在 和B两个方向 上自由电子扩散的速率不同, 上自由电子扩散的速率不同,当A、 、 B间电子转移达到动态平衡时,在 间电子转移达到动态平衡时, 间电子转移达到动态平衡时 A、B的界面上便形成一个电位差称 、 的界面上便形成一个电位差称 之为接触电动势。 之为接触电动势。其大小取决于两 种不同导体的性质和接点处的温度。 种不同导体的性质和接点处的温度。
接触式测温就是利用冷热程度不 同的物体接触, 必然发生热交换现象。 同的物体接触 , 必然发生热交换现象 。 热量将由高温物体传给低温物体, 热量将由高温物体传给低温物体 , 直 到两物体的冷热程度相同, 到两物体的冷热程度相同 , 即达到热 平衡。 非接触式测温时, 平衡 。 非接触式测温时 , 利用物体的 热辐射( 或其他特性) 热辐射 ( 或其他特性 ) , 通过对辐射 强度( 或颜色等) 的测量, 强度 ( 或颜色等 ) 的测量 , 得到被测 物体的温度。 物体的温度。
铂热电阻测温元件精度 性能可靠,易于提纯, 高,性能可靠,易于提纯,稳 定性好,在工业测温及制冷、 定性好,在工业测温及制冷、 空调系统测温中得到广泛的应 用。
2.铜热电阻 铜热电阻
(1)结构:铜热电阻是用 φ )结构: 0.13mm的漆包铜丝采用双绕法绕在 的漆包铜丝采用双绕法绕在 棒形塑料骨架上,然后, 棒形塑料骨架上,然后,将整个元件 经过酚醛树脂浸渍处理。 经过酚醛树脂浸渍处理。 (2)型号:铜热电阻的分度号为 )型号: Cu50( R0 =50.00Ω)和Cu100 ( ) ( R0 =100.00Ω)。 )。
∞
为了确保热电偶的使用寿命和测温的准 确性,通常将热电极(包括绝缘子) 确性,通常将热电极(包括绝缘子)用保护 套管保护。 套管保护。 接线盒用于连接热电偶和显示仪表。 接线盒用于连接热电偶和显示仪表。一般 由铝合金制成, 由铝合金制成,接线盒的出线孔和盖子均用 垫片和垫圈加以密封。 垫片和垫圈加以密封。接线盒内用于连接热 电极和导线的螺钉必须紧固, 电极和导线的螺钉必须紧固,以免产生较大 的接触电阻而影响测量的准确性。 的接触电阻而影响测量的准确性。
铜热电阻的缺点是精度不 高温时易氧化, 高,高温时易氧化,化学稳定 性差,但价格便宜。 性差,但价格便宜。因而广泛 用于测量精度要求不高的场合半导体热敏电阻 热敏电阻是由半导体材料制成的。 热敏电阻是由半导体材料制成的。与金属导 体热电阻相比,热敏电阻测温灵敏度高, 体热电阻相比,热敏电阻测温灵敏度高,体积 热惯性小,制造工艺比较简单, 小,热惯性小,制造工艺比较简单,价格也比较 便宜。但其测温范围较窄,而且同一型号的热敏 便宜。但其测温范围较窄, 电阻温度特性分散性很大,互换性较差, 电阻温度特性分散性很大,互换性较差,给使用 和维修带来不便。在制冷空调系统中, 和维修带来不便。在制冷空调系统中,常使用具 有负电阻温度系数的热敏电阻, 有负电阻温度系数的热敏电阻,其阻值随温度的 升高而减小,随温度的降低而增大。 升高而减小,随温度的降低而增大。
温差电动势是同一导体两端因温 度不同而产生的热电动势。 度不同而产生的热电动势。即同一 t 导体( 或 )两端温度不同( 导体(A或B)两端温度不同(t >0 ) 时,在高低温端之间便形成一个从 高温端指向低温端的电场。 高温端指向低温端的电场。该电场 将阻止电子继续从高温端跑向低温 最后达到动态平衡。 端,最后达到动态平衡。于是在导 体上便产生一个相应的电位差, 体上便产生一个相应的电位差,称 之为温差电动势。 之为温差电动势。
第2章 常用的传感器和变送器 章 2.1 温度传感器和变送器 2.2 湿度传感器和变送器 2.3 压力传感器和变送器 2.4 流量传感器和变送器
2.1 温度传感器和变送器
2.1.1 温度检测的方法和传感器的分类
温度是制冷空调系统中最重要 的参数之一。 的参数之一。 温度测量仪表分为接触式和非 接触式两大类。 接触式两大类。制冷空调系统多采 用接触式测温。 用接触式测温。
2.2.1 干、湿球湿度传感器 干、湿球湿度传感器是根据干湿球温度差效应 原理制成的测湿传感器。 原理制成的测湿传感器。 1.干湿球电信号传感器 干湿球电信号传感器 干、湿球电信号传感器是一种将湿度参数转换 成电信号的仪表。它与干、湿球湿度计的工作原理 成电信号的仪表。它与干、 完全相同。 完全相同。主要差别是干球和湿球用两支微型套管 式镍电阻所代替, 式镍电阻所代替,为了减小空气流速对测量的影 还增加一个轴流风扇。 响,还增加一个轴流风扇。同时由于在镍电阻周围 增加了气流速度,使热湿交换速度增大,因而也减 增加了气流速度,使热湿交换速度增大, 小了仪表的时间常数。 小了仪表的时间常数。
(2)铠装热电偶 ) 铠装热电偶 是将热电偶丝、 是将热电偶丝、 绝缘材料和金属 保护套管三者经 整体复合拉伸工 艺加工而成的可 弯曲的坚实组合 体。
铠装热电偶的热端有接壳、绝缘、 铠装热电偶的热端有接壳、绝缘、 露端等形式, 露端等形式,其中以接壳及露端型的动 态特性较好。 态特性较好。接壳型是将热电极与金属 套管焊接在一起, 套管焊接在一起,其反应时间介于绝缘 型和露端型之间。 型和露端型之间。绝缘型将热端封闭在 完全焊合的套管内, 完全焊合的套管内,热电偶与金属套管 之间互相绝缘,是最常用的一种形式。 之间互相绝缘,是最常用的一种形式。 露端型的热电偶热端暴露在套管外面, 露端型的热电偶热端暴露在套管外面, 仅在干燥的非腐蚀性介质中使用。 仅在干燥的非腐蚀性介质中使用。
2.温度变送器工作原理 温度变送器工作原理 温度变送器作用是把输入的信号变送 输出4~ 信号, 输出 ~20mA·DC信号,供现场控制器 信号 (DDC等)作为控制及显示用。 等 作为控制及显示用。
2.1.4 热电偶 1.热电偶工作原理 热电偶工作原理
两种不同的导体A和 连接成 两种不同的导体 和B连接成 闭合回路时, 闭合回路时,设两接点温度为 t 和 t 0 ,且设 t > t0 时,回路中就会 且设 ),这个 出现热电动势 E AB ( t , t0 ),这个 现象称为热电效应。 现象称为热电效应。产生的热电 动势由接触电动势和温差电动势 两部分组成。 两部分组成。
通常热电偶的热电动势与 温度的关系, 温度的关系,都是规定冷端温 度为0℃ 度为 ℃时,按热电偶的类型 分别制成表格, 分别制成表格,即热电偶的分 度表。 度表。
2.常用电热偶的种类 常用电热偶的种类 热电偶的品种很多, 热电偶的品种很多,其中国际上公认性 能优良、产量最大的七种标准热电偶是: 能优良、产量最大的七种标准热电偶是:分 度号S(铂铑10-铂)、分度号 分度号B(铂铑30-铂 度号 (铂铑 铂)、分度号 (铂铑 铂 6)、分度号 (镍铬 镍硅)、分度号 (铜)、分度号 镍硅)、分度号T( )、分度号K(镍铬-镍硅)、分度号 铜镍)、分度号E(镍铬-铜镍)、分度号 )、分度号 铜镍)、分度号J 铜镍)、分度号 (镍铬 铜镍)、分度号 铜镍) (铁-铜镍)和分度号 (铂铑 铂)。我国 铜镍 和分度号R(铂铑13-铂)。我国 根据IEC标准制定了我国常用热电偶系列。 标准制定了我国常用热电偶系列。 根据 标准制定了我国常用热电偶系列
恒定, 如果冷端温度 t 0 恒定,即 f (t0 ) = c 常数), ),则 (常数),则
EAB (t, t0 ) = f (t ) − c
即回路总热电动势只与工作端温 度成单值函数关系。 度成单值函数关系。只要用仪表测出 E AB (t , t 0 ) ,就可得知被测温度 t ,这 就是用热电偶测温的原理。 就是用热电偶测温的原理。
铠装热电偶的突出优点是 动态特性好,结构小型化, 动态特性好,结构小型化,易 于制成特殊用途的形式, 于制成特殊用途的形式,挠性 能弯曲, 好,能弯曲,可安装在狭窄或 结构复杂的测量场合, 结构复杂的测量场合,已得到 较为广泛的使用。 较为广泛的使用。
2.2 湿度传感器和变送器 在空调自控系统中, 在空调自控系统中,被控的空气湿度和 温度是两个相关的参数。 温度是两个相关的参数。湿度控制也是空调 工程中的核心控制环节。 工程中的核心控制环节。 空气的相对湿度一般由两个参数决定。 空气的相对湿度一般由两个参数决定。 例如:空气的干球温度和湿球温度; 例如:空气的干球温度和湿球温度;空气的 干球温度和露点温度; 干球温度和露点温度;空气的干球温度和水 蒸气分压力; 蒸气分压力;空气中水蒸气分压力和同温度 下空气饱和水蒸气压力等。 下空气饱和水蒸气压力等。因此湿度传感器 应同时测量空气状态的两个参数。 应同时测量空气状态的两个参数。
2.1.3 温度变送器 为了将温度传感器的信号进 行放大和转换为标准信号( ~ 行放大和转换为标准信号(4~ 20mA·DC、0~5V·DC等),以 、 ~ 等),以 便于被模拟仪表或DDC控制器接 便于被模拟仪表或 控制器接 受,使温度变送器得到广泛的应 用。
1.温度变送器 温度变送器 把温度传感器输出信号变为标准电 电流信号的器件就称为温度变送器。 压、电流信号的器件就称为温度变送器。 它由温度传感器与两线制温度变送器模 块组成。显示型产品使温度的传感、 块组成。显示型产品使温度的传感、变 送及显示一体化, 送及显示一体化,通常以数字显示实测 温度值。 温度值。 变送器输出4~ 变送器输出 ~20mA·DC抗干扰能 抗干扰能 力强的信号,可与二次仪表配套使用, 力强的信号,可与二次仪表配套使用, 也可直接输入到DDC控制器等。 控制器等。 也可直接输入到 控制器等