第 12 章 自动检测技术的综合应用

1. 第12章 自动检测技术的综合应用

2. 12.1 传感器的选用原则 • 1．灵敏度 • 灵敏度是指传感器在稳态下的输出变化量与输入变化量的比值。灵敏度高，则意味着传感器所能感知的变化量小，即被测量稍有一微小变化时，传感器就有较大的输出响应。一般讲，传感器的灵敏度越高越好。 • 但是应注意：传感器的灵敏度很高，即使是很微弱的干扰信号也很容易被混入，并且会伴随着有用信号一起被电子放大系统放大，显然这不是测量目标所希望出现的。因此，这时更要注重的是选择高信噪比的传感器，既要求传感器本身噪声小，又不易从外界引进干扰噪声。 • 2．线性范围 • 线性范围越宽，表明传感器的工作量程愈大。传感器工作在线性区内是保证测量精确度的基本条件，否则就会产生非线性误差。在选用时必须考虑被测量的变化范围，使其非线性误差在允许范围之内。 第12章 自动检测技术的综合应用

3. 3．响应特性 • 通常希望传感器的输出信号和输入信号随时间的变化曲线相一致或基本相近，但在实际中很难做到这一点，延迟通常是不可避免的，但总希望延迟时间愈短愈好。 • 选用的传感器动态响应时间越小，延迟就越小。 • 4．稳定性 • 稳定性表示传感器在长期使用之后，其输出特性不发生变化的性能。影响传感器稳定性的因素是环境和时间。工作环境的温度、湿度、尘埃、油剂、振动等影响，会使传感器的输出发生改变，因此要选用适合于其使用环境的传感器，同时还要求传感器能长期使用而不需要经常更换或校准。 • 5．精确度 • 传感器的精确度是反映传感器能否真实反映被测量的一个重要指标。精确度高，则说明测量值与其真值越接近。传感器的精确度越高，其价格就越高。如果一味追求高精度，必然会造成不必要的浪费。因此在选用传感器时，首先应明确测试目的。若属于相对比较的定性试验研究，只需获得相对比较值即可时，就不必选用高精度的传感器；若要求获得精确值或对测量精度有特别要求时，则应选用高精度的传感器。 第12章 自动检测技术的综合应用

4. 6．测试方式 • 在线测试是一种与实际情况更接近一致的测试方式，尤其在许多自动化过程的检测与控制中，通常要求真实性和可靠性，而且必须在现场条件下才能达到检测要求。实现在线测试是比较困难的，对传感器与检测系统都有一定的特殊要求，因此应选用适合于在线测试的传感器，这类传感器也正在不断被研制出来。 第12章 自动检测技术的综合应用

5. 12.2 综合应用举例 • 12.2.1 高炉炼铁自动检测与控制 • 高炉炼铁就是在高炉中将铁从铁矿石中还原出来，并熔化成生铁。高炉是一个竖式的圆筒形炉子，其本体包括炉基、炉壳、炉衬、冷却设备和高炉支柱组成，而高炉内部工作空间又分为炉喉、炉身、炉腰、炉腹和炉缸五段。高炉生产除本体外，还包括上料系统、送风系统、煤气除尘系统、渣铁处理系统和喷吹系统。高炉产品包括各种生铁、炉渣、高炉煤气以及炉尘。生铁供炼钢和铸造使用；炉渣可用于制作水泥、绝热、建筑和铺路材料等用途；高炉煤气除了供热风炉做燃料使用外，还可供炼钢、焦炉、烧结点火用等；炉尘回收后可做烧结厂原料用。 • 1．高炉本体检测和控制 • 为了准确、及时地判断高炉炉况和控制整个生产过程的正常运行，必须检测高炉内各部位的温度、压力等参数。 • （1）温度。需检测的温度点包括炉顶温度、炉喉温度、炉身温度和炉基温度，并采用多点式自动电子电位差计指示和记录。 • （2）差压（压力）。需检测大小料钟间的差压、热风环管与炉顶间的差压及炉顶煤气压力。 第12章 自动检测技术的综合应用

6. 图12.1 炼铁生产过程工艺参数检测与控制系统图 第12章 自动检测技术的综合应用

7. 2．送风系统检测和控制 • 送风系统主要考虑鼓风温度和湿度的自动控制，均采用单回路控制方案。 • （1）鼓风温度 • 用热电偶测定进入环形风管前的温度，经温度变送器转换后送至调节器，调节器按PID规律运算后的输出信号驱动电动执行器DKJ，调节混风阀的开度，控制进入混风管的冷风量，保持规定的鼓风温度，同时鼓风温度送至显示仪表指示和记录。 • （2）鼓风湿度 • 用两支一干一湿的热电阻测温，信号经温度变送器转换后的电流信号送至调节器，调节器的输出信号驱动电动执行器，控制蒸气阀的开度，改变进入鼓风中的蒸气量，控制鼓风湿度保持在规定值上。 第12章 自动检测技术的综合应用

8. 3．热风炉煤气燃烧自动控制 图12.2 热风炉煤气燃烧自动检测控制系统 第12章 自动检测技术的综合应用

9. （1）煤气与空气的比例控制。 • （2）烟道废气中含氧量的控制。 • （3）炉顶温度控制。 • （4）烟道废气温度控制。 • （5）煤气压力控制。 • 此外，还有喷吹重油自动控制、吹氧系统自动控制、煤气净化系统自动控制、汽化冷却系统自动控制等。 • 目前，我国比较先进的大中型高炉炼铁生产过程工艺参数检测与控制，都采用了先进的集散控制系统（DCS），取代了模拟调节器和显示、记录仪，对生产工况进行集中监视和分散控制，无论从使用角度还是从成本考虑都是极有优势的。 第12章 自动检测技术的综合应用

10. 图12.3 常压蒸馏塔过程工艺参数检测与控制系统图 • 12.2.2 蒸馏塔自动检测与控制 第12章 自动检测技术的综合应用

11. 1．蒸馏塔参数检测 • （1）温度测量：包括原油入口温度、塔顶蒸气温度，可用热电偶测量。 • （2）流量测量：需测量燃料（煤气和燃油）流量、原油流量、回流量、各组分及重油流量等。绝大部分流量信号可采用孔板与差压变送器配合测量，对于像重油这样的高黏度液体，不能采用孔板测量，应选用容积式流量传感器（如椭圆齿轮流量传感器）进行测量。 • （3）液位测量：回流槽液位、水与汽油的相界位、其他组分液位以及蒸馏塔底液位等，采用差压式液位传感器或差压变送器测量。 • 2．蒸馏塔自动控制系统 • （1）原油温度和流量控制。 • （2）回流控制。 • （3）重油及各组分流量控制。 第12章 自动检测技术的综合应用

12. 12.2.3 传感器在汽车中的应用 • 汽车类型繁多，其结构大体都是由发动机、底盘和电气设备3部分组成。 • 汽车用传感器按照其功能大致可以分为两大类：一类是使驾驶员了解汽车各个部位状态的传感器；另一类是用于控制汽车运行状态的控制传感器，包括温度、压力、转速、加速度、流量、液位、位移方位、气体浓度传感器等，如表12.1所示。 表12.1汽车用传感器的种类 第12章 自动检测技术的综合应用

13. 1.ABS系统 • 汽车防抱死制动系统（简称ABS）是由传感器、电子控制器和执行器三大部分组成。电子控制器又叫电控单元ECU（Electronic Control Unit）。 • 传感器主要是车轮转速传感器，其作用是对车轮的运动状态进行检测，获取车轮转速（速度）信号；电控单元ECU的主要作用是接受车轮转速传感器送来的脉冲信号，计算出轮速、参考车速、车轮减速度、滑移率等，并进行判断、输出控制指令给执行器；制动压力调节器是主要的执行器，在接受了电控单元ECU的指令后，驱动调节器中的的电磁阀动作，调节制动器的压力，使之增大、保持或减小，实现制动系压力的控制功能，使各车轮的制动力满足少量滑动但接近抱死的制动状态，以使车辆在紧急刹车时不致失去方向性和稳定性。 1—车轮转速传感器；2—制动压力调节器；3—电子控制器 图12.4 ABS工作原理 第12章 自动检测技术的综合应用

14. 2. 安全气囊 • 汽车安全气囊有机械式和电子式两大类型。全机械式安全气囊系统的气囊、充气泵、传感器等部件集中装在转向盘内。 1—转向盘；2—气囊；3—缓冲垫；4—充气泵；5—传感器 图12.5 机械式安全气囊 第12章 自动检测技术的综合应用

15. 电子式安全气囊:当汽车发生碰撞时，由传感器感应碰撞程度，并将感应信号送至电控单元ECU，由ECU对碰撞信号进行识别，若是轻度碰撞，气囊不动作；若属于中度至严重程度的碰撞时，ECU则会发出点火器点火的信号，使气囊在极短时间内充气，以保护驾乘人员。电子式安全气囊:当汽车发生碰撞时，由传感器感应碰撞程度，并将感应信号送至电控单元ECU，由ECU对碰撞信号进行识别，若是轻度碰撞，气囊不动作；若属于中度至严重程度的碰撞时，ECU则会发出点火器点火的信号，使气囊在极短时间内充气，以保护驾乘人员。 • 双动作双气囊和双安全带预紧器，其工作过程分3个步骤： • （1）汽车点火起动，气囊开始工作，CPU等电子电路复位，做好工作准备。 • （2）自检 • （3）碰撞发生后，经CPU判断碰撞速度的大小，并发出不同的指令。 图12.6 安全气囊工作原理图 第12章 自动检测技术的综合应用

16. 图12.7 电子式气囊程序框图 第12章 自动检测技术的综合应用

17. 1—吸收管；2—滤水阱；3—流量传感器；4—流量调节阀；5—抽气泵；1—吸收管；2—滤水阱；3—流量传感器；4—流量调节阀；5—抽气泵； 6—稳流器；7—电动机；8—电源；9—定时器 图12.8 携带式采样器工作原理图 • 12.2.4 传感器在空气污染监测中的应用 • 根据污染物产生的原因，空气污染物一般可分为天然空气污染源和人为空气污染源。 • 空气污染监测是环境保护工作的重要内容。在进行空气污染各项监测时，需要对采样点的布设、采样时间和频度、气象观测、地理特点、工业布局、采样方法、测试方法和仪器等进行综合考虑。 • 用于空气污染监测的采样仪器主要由收集器、流量计和抽气动力3部分组成。 第12章 自动检测技术的综合应用

18. 12.2.5 IC卡智能水表的应用 • 1．测量原理 • 一体化IC卡智能水表，由流量测量机构、隔膜阀控制机构、防窃水结构、IC卡和单片机、电源及表壳等几部分构成，其结构原理如图12.9所示。 • 理论分析证明，通过叶轮的水流量与叶轮的旋转速度成正比，因此只要准确测量出叶轮的旋转速度，即能测量出水流量的大小。 图12.9 一体化IC卡水表结构原理图 第12章 自动检测技术的综合应用

19. 2．硬件与软件 • 一体化IC卡水表的单片机系统软件设计，采用了用户不透明的智能化软件设计，用户只需持卡购水和持卡用水，无须其他操作，使用方便，安全性很高。一体化IC卡水表整体结构紧凑，体积小，防护措施安全可靠，水电完全隔离，实现了用户凭卡购水、凭卡用水的科学管理，适用于机关，团体大范围用水管理及特殊行业，如游泳馆、矿泉水、桑拿浴、锅炉，服务业、宾馆、饭店、建筑业，农、林等行业。 • 12.2.6 传感器在全自动洗衣机中的应用 • 目前的全自动洗衣机采用了模糊控制系统，这是一种模仿人类控制经验和知识的智能控制系统。其基本设计思想是模拟人脑的思维方法，通过对被洗衣物的数量（重量）、布料质地（粗糙、软硬程度）以及污染的程度和性质进行识别，在经过综合分析和判断之后，以最佳的洗涤方案自动地完成“进水”、“洗涤”、“排水”、“脱水”等全过程，使洗衣机省水、省电、省洗涤剂，减少衣物磨损，给使用者带来了极大的方便。 第12章 自动检测技术的综合应用

20. 其结构如图12.10所示，用微电脑控制洗涤程序，同时设置有水位传感器、布量传感器和光电传感器等，使洗衣机能够实现自动进水、控制洗涤进度和脱水时间。 1—水位传感器；2—布量传感器；3—电动机；4—脱水缸；5—光电传感器；6—排水阀 图12.10 全自动洗衣机结构示意图 第12章 自动检测技术的综合应用

21. 小 结 • 运用误差理论和传感器知识解决实际生产、生活中的问题，是学习自动检测与转换技术的目的。 • 首先应根据测试或控制目标及实际条件，合理选择适用的传感器。一般先重点考虑传感器的性能指标；其次考虑选用工作可靠、使用方便、性价比高的传感器。 • 自动检测技术已广泛地应用于工农业生产、国防建设、交通运输、医疗卫生、环境保护、科学研究和人们的日常生活中，起着越来越重要的作用，成为国民经济发展和社会进步的一项必不可少的重要基础技术。 返回目录 第12章 自动检测技术的综合应用