微機(jī)控制技術(shù)王用倫課件 第5章 檢測(cè)裝置與執(zhí)行裝置.ppt

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1、第5章檢測(cè)裝置與執(zhí)行裝置學(xué)習(xí)目標(biāo):1.了解檢測(cè)裝置與執(zhí)行裝置在微機(jī)控制系統(tǒng)中的作用。2.了解各種傳感器的測(cè)量原理及其選用思路。3.了解各種執(zhí)行器的工作原理及其配套選型。返回總目錄本章主要內(nèi)容引言5.1檢測(cè)裝置5.2執(zhí)行裝置本章小結(jié)思考題與微機(jī)輸入輸出通道緊密相連的是產(chǎn)生、傳送測(cè)量信號(hào)的檢測(cè)裝置與接受、執(zhí)行控制信號(hào)的執(zhí)行裝置。如果把計(jì)算機(jī)比做人的大腦，那么檢測(cè)裝置相當(dāng)于人的五官，執(zhí)行裝置則相當(dāng)于人的手腳。它們是整個(gè)微機(jī)控制系統(tǒng)中一個(gè)重要的、必不可少的組成部分。引言5.1檢測(cè)裝置檢測(cè)裝置包括檢測(cè)元件、傳感器和

2、變送器。檢測(cè)元件是能夠靈敏地感受被測(cè)參數(shù)并作出響應(yīng)的元件。傳感器不但對(duì)被測(cè)參數(shù)敏感，而且具有把它對(duì)被測(cè)參數(shù)的響應(yīng)傳送出去的能力。也就是說，傳感器不只是一般的敏感元件，它的輸出響應(yīng)還必須是易于傳送的物理量，現(xiàn)在絕大多數(shù)傳感器的輸出是電量形式，如：電壓、電流、電阻、電感、電容、頻率等。變送器是從傳感器發(fā)展起來的，能輸出標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的傳感器就稱為變送器。例如：0~10mA、4～20mA的直流電等都是當(dāng)前通用的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。一方面，由于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了許多集檢測(cè)元件、傳感器甚至變送器為一體的測(cè)量部件；另一方面，微機(jī)

3、控制系統(tǒng)可以直接接受傳感器各種形式的電量信號(hào)，使得變送器的作用逐漸淡出。因此，傳感器是檢測(cè)裝置中不可缺少的核心部件，討論傳感器更具有廣泛實(shí)際的意義。現(xiàn)在，可以對(duì)傳感器下一個(gè)確切的定義：它是能把被測(cè)物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)換為與之有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系的電學(xué)量輸出的裝置。5.1.1傳感器的性能與分類5.1.2溫度傳感器5.1.3濕度傳感器5.1.4壓力傳感器5.1.5物位傳感器5.1.6流量傳感器5.1.1傳感器的性能與分類一般廠家給出傳感器的性能指標(biāo)主要是靜態(tài)特性。所謂靜態(tài)特性是指被測(cè)量值處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的傳感器輸出值與

4、輸入值之間的關(guān)系，可用數(shù)學(xué)表達(dá)式、特性曲線或表格來表示。動(dòng)態(tài)特性是指被測(cè)量值處于動(dòng)態(tài)變化時(shí)的傳感器輸出值跟蹤輸入值的響應(yīng)關(guān)系，可用響應(yīng)時(shí)間來表示。1.靜態(tài)特性（1）測(cè)量范圍在允許誤差限內(nèi)，被測(cè)量值的變化范圍稱為測(cè)量范圍。其最低值和最高值分別稱為測(cè)量下限與測(cè)量上限。測(cè)量上限與測(cè)量下限之間的代數(shù)差稱為量程大小，簡(jiǎn)稱量程。各種傳感器都有一定的測(cè)量范圍，超過規(guī)定的測(cè)量范圍，測(cè)量結(jié)果會(huì)有較大的誤差或造成傳感器的損壞。在選用傳感器時(shí)，傳感器的測(cè)量范圍應(yīng)稍大于實(shí)際測(cè)量范圍。（2）測(cè)量誤差測(cè)量誤差是指測(cè)量過程中獲得的測(cè)量

5、值與被測(cè)參數(shù)之間的差距?？捎媒^對(duì)誤差、允許誤差與精度等級(jí)等幾種方式來表示。絕對(duì)誤差是指測(cè)量值與被測(cè)參數(shù)真實(shí)值或標(biāo)準(zhǔn)值之間的代數(shù)差。允許誤差是指在規(guī)定的正常情況下允許的相對(duì)百分誤差的最大值，可表示為精度等級(jí)是按國家統(tǒng)一規(guī)定的允許誤差劃分成的若干等級(jí)，根據(jù)允許誤差，去掉“±”號(hào)及“%”后的數(shù)值，可以確定精度等級(jí)。常用傳感器的精度等級(jí)有0.01，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5等。精度等級(jí)是衡量傳感器質(zhì)量?jī)?yōu)劣的重要指標(biāo)之一，一般數(shù)值越小，精度等級(jí)越高，傳感器的準(zhǔn)確

6、度也越高。在選用傳感器時(shí)，通常是根據(jù)系統(tǒng)所允許的最大絕對(duì)誤差與測(cè)量量程來算出允許誤差或精度等級(jí)。（3）線性度傳感器測(cè)出的實(shí)際輸出、輸入特性曲線與某一規(guī)定直線不吻合的程度，稱為非線性誤差，或稱為線性度。它等于特性曲線與規(guī)定直線之間垂直方向上的最大偏差除以量程的百分?jǐn)?shù)。系統(tǒng)中采用線性度高的傳感器，在電路上處理容易，測(cè)量精度也高；對(duì)于非線性大的傳感器，則要用硬件電路或軟件程序的線性化處理補(bǔ)償方法。（4）靈敏度靈敏度是指穩(wěn)態(tài)時(shí)傳感器的輸出變化量與輸入變化量的比值。它表示了傳感器對(duì)被測(cè)參數(shù)變化的靈敏程度。對(duì)于線

7、性傳感器，其靈敏度為一常數(shù)即傳遞系數(shù)；對(duì)于非線性傳感器，其靈敏度是一個(gè)變量，即傳遞系數(shù)隨輸入量的變化而變化。對(duì)于靈敏度大的傳感器，它的信號(hào)處理電路較為簡(jiǎn)單。（5）分辨率在規(guī)定的測(cè)量范圍內(nèi)傳感器能夠檢測(cè)出的被測(cè)量的最小變化量稱為分辨率。它是一個(gè)有量綱的量值，數(shù)字式傳感器的分辨率是指最低一位數(shù)碼所代表的輸入量。（6）重復(fù)性重復(fù)性是指?jìng)鞲衅髟谳斎肓堪赐环较蜃鋈砍潭啻螠y(cè)量時(shí)所得到的特性曲線的不一致程度。通常以3次測(cè)試輸出特性曲線在同一輸入量時(shí)的最大偏移量除以量程的百分?jǐn)?shù)稱為不重復(fù)誤差。不重復(fù)誤差越小，長(zhǎng)

8、期使用時(shí)的測(cè)量誤差就越小。產(chǎn)生不重復(fù)誤差的主要原因是傳感器機(jī)械部分存在著不可避免的問題，如軸承的間隙、緊固件松動(dòng)和材料內(nèi)部分子間摩擦等。（7）遲滯（回差）遲滯是指?jìng)鞲衅髡蛱匦院头聪蛱匦郧€的不重合程度，即對(duì)應(yīng)于同一大小的輸入值，傳感器在正、反行程時(shí)的輸出值的差別，一般用其最大差值除以量程的百分?jǐn)?shù)表示。產(chǎn)生遲滯現(xiàn)象的主要原因與產(chǎn)生不重復(fù)誤差的的原因相同。顯然，要盡量選用遲滯小的傳感器。（8）零漂和溫漂零漂是指?jìng)鞲衅髟诤愣ǖ?/p>