new传感器项目8.

项目1传感器的综合应用学习目标技能目标能综合分析各种传感器在实际测量中的作用能根据实际测试条件选择适合的传感器能使用常用传感器进行实际测量知识目标熟练掌握常用传感器的名称、原理、使用特点和安装要求项目8传感器传感器的综合应用项目1传感器的综合应用任务1传感器在冶金生产中的典型应用项目1传感器的综合应用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。项目1传感器的综合应用图8.1炼铁生产过程工艺参数检测与控制系统图项目1传感器的综合应用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。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。项目1传感器的综合应用3、热风炉煤气燃烧自动控制（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，大中型高炉炼铁生产都采用了先进的集散控制系统（DCS），实现了集中监视和分散控制。项目1传感器的综合应用3．热风炉煤气燃烧自动控制图8.2热风炉煤气燃烧自动检测控制系统项目1传感器的综合应用任务2传感器在化工生产中的典型应用在石油、化工工业中，许多原料、中间产品或粗成品，通常都是由若干组分所组成的混合物，蒸（精）馏塔就是用于将若干组分所组成的混合物（如石油等）通过精馏，将其中的各组分分离和精制，使之达到规定纯度的重要设备之一。对蒸馏塔的控制要求通常分为质量指标、产品质量和能量消耗三方面。项目1传感器的综合应用项目1传感器的综合应用图8.3常压蒸馏塔生产过程工艺参数的检测与控制系统图项目1传感器的综合应用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。项目1传感器的综合应用任务3传感器在数控机床中的典型应用数字控制机床（NumericallyControlledMachineTool）简称数控机床。随着电子技术的发展，数控机床采用了计算机数控系统。数控机床一般由数控系统、包含伺服电动机和检测反馈装置的伺服系统、强电控制柜、机床本体和各类辅助装置组成。图8.4数控机床的系统组成框图项目1传感器的综合应用项目1传感器的综合应用增量式绝对式直线型直线旋转变压器计量光栅磁尺激光干涉仪三速感应同步器绝对值式磁尺旋转型脉冲编码器旋转变压器圆感应同步器圆光栅、圆磁栅多速旋转变压器绝对脉冲编码器三速圆感应同步器检测装置由传感器和检测电路两部分组成，分为位移、速度和电流三种类型，而位置检测装置基本上又分为直线型和旋转型两大类。直线型位置装置用来检测运动部分的直线位移量；旋转型位置检测装置用来检测回转部分的转动位移量。表8.1常用的检测装置项目1传感器的综合应用1．光栅光栅又称光电脉冲发生器，是利用光的透射、干涉现象制成的光电检测元件，主要由标尺光栅和光栅读数头组成。标尺光栅和指示光栅统称为光栅尺，它们是在真空镀膜的玻璃上或长条形金属镜面上刻出均匀密集的线纹。玻璃尺光栅称为透射光栅，金属尺光栅称为反射光栅。光栅读数头又叫光电转换器，由光源、透镜、指示光栅、光敏元件和驱动线路组成，其作用是把光栅莫尔条纹变成电信号。项目1传感器的综合应用1—防护垫；2—光栅读数头；3—标尺光栅；4—防护罩图8.5光栅检测装置的安装结构1—光源；2—透镜；3—指示光栅；4—光敏元件；5—驱动线路图8.6光栅读数头项目1传感器的综合应用2．感应同步器感应同步器是一种电磁感应式多级位置传感元件，由旋转变压器演变而来。感应同步器按运动方式分为旋转式（圆形感应同步器）和直线式两种。前者用来传感和测量角度位移信号，后者用来传感和测量直线位移信号。在结构上两者都包括固定的和运动的两大部分，对旋转式的分别称为定子和转子，对直线式的则分别称为定尺和滑尺。项目1传感器的综合应用（1）感应同步器的结构数控机床上一般采用直线式感应同步器。通常定尺绕组做成连续式单相绕组，滑尺绕组做成分段式的两相正交绕组。图8.8直线感应同步器的定尺和滑尺项目1传感器的综合应用图8.9定尺上的感应电压与滑尺的关系项目1传感器的综合应用在闭环控制的机床中，检测装置的主要作用是检测位移量。全闭环控制方式中，位置反馈装置采用直线位移检测元件（目前一般采用光栅尺），安装在机床的床鞍部位，直接检测机床坐标的直线位移量，通过反馈可以消除从电动机到机床床鞍的整个机械传动链中的传动误差，得到很高的机床静态定位精度，可用于数控坐标镗床、数控精密磨床中。半闭环控制方式中，位置反馈采用转角检测元件，直接安装在伺服电动机或丝杠端部。由于大部分机械传动环节未包括在闭环内，可获得较稳定的控制特性，大部分机床均采用此种形式。项目1传感器的综合应用图8.10全闭环控制系统框图项目1传感器的综合应用图8.11半闭环控制系统框图项目1传感器的综合应用任务4传感器在现代汽车中的典型应用项目1传感器的综合应用种类检测对象温度传感器冷却水、排出气体（催化剂）、吸入空气、发动机机油、室内外空气压力传感器进气歧管、大气压力、燃烧压、发动机油压、制动压、各种泵压、轮胎压转速传感器曲柄转角、曲柄转数、车轮速度速度、加速度传感器车速、加速度流量传感器吸入空气流量、燃料流量、排气再循环量、二次空气量、冷媒流量液量传感器燃料、冷却水、电解液、洗窗器液、机油、制动液位移方位传感器节气门开度、排气再循环阀开量、车高（悬梁、位移）、行驶距离、行驶方位排出气体浓度传感器O2、CO2、NOx、HC化合物、柴油烟度其他传感器转矩、爆震、燃料酒精成分、湿度、玻璃结露、鉴别饮酒、催眠状态、蓄电池电压、蓄电池容量、灯泡断线、荷重、冲击物、轮胎失效率表8.2汽车用传感器的种类项目1传感器的综合应用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（ElectronicControlUnit）。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。项目1传感器的综合应用1—车轮转速传感器；2—制动压力调节器；3—电子控制器图8.12ABS工作原理项目1传感器的综合应用1—转向盘；2—气囊；3—缓冲垫；4—充气泵；5—传感器图8.13机械式安全气囊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。项目1传感器的综合应用图8.15电子式气囊程序框图项目1传感器的综合应用任务5传感器在环境保护监测中的典型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。项目1传感器的综合应用项目1传感器的综合应用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项目1传感器的综合应用任务6传感器在智能楼宇中的典型应用火灾探测系统及其对应的安全系统是智能建筑中的重要组成部分。新型传感器将使火灾探测更为及时有效；无线系统的使用消除对大量电缆线的需要，并为消防员在到达火灾现场前制订出灭火策略提供更多的机会；集成建筑系统减少了火灾误报警的可能，加快建筑内的应急疏散并有助于灭火行动。项目1传感器的综合应用项目1传感器的综合应用1．多功能化学气体探测器多功能化学气体探测器可以同时探测火灾和监视室内空气的质量。化学传感技术可以探测出物质燃烧前和燃烧中释放的几乎所有稳定的气体微粒。在1in2（6.4516cm2）可安装几百只单独的传感器，排列成一个矩阵，通过覆盖不同的半导体物质，可以产生数百个不同的气体特性数据，可同时监控环境和探测火灾及烟。嗅觉传感器矩阵系统可以探测到CO（一氧化碳）、CO2（二氧化碳）和烟雾等环境条件的变化。项目1传感器的综合应用2．计算机视频系统计算机视频系统主要应用于楼宇保安。视频火灾探测系统结合了摄像机、计算机和人工智能技术，实时处理许多图像影像，在很短的时间内，可靠地探测到远距离外很小的火情，并能识别出火灾的地点、跟踪火势增长并监视灭火行动。在一些应用场合，视频火灾探测系统与红外线传感器相结合可以提高探测能力，还可以和CCD摄像机相结合，自动评估与火灾辐射有关的明亮区域的图像信息，增加系统可靠性。项目1传感器的综合应用3．无线传感器无线火灾探测器是智能建筑中另外一种重要技术。在大型建筑中，无线传感器通过无线网络与其他楼宇系统通信。例如，当有烟雾或温度剧变时，报警信号通过无线电、红外线、紫外线或微波形式传送到控制机，无线传感器不但可以方便地安装于室内的任意位置，而且可以被安装在外部或者有线安装无法实现的场所（如一些古老的建筑中），并且与控制系统不需要硬线连接。项目1传感器的综合应用4．远地监控技术可以向楼宇管理人员提供足够的火灾信息以减少反应时间、提高反应效率，及时启动消防灭火系统。先进的火灾报警控制机内置了用于远距离控制的调制解调器，当有火灾发生时，详细和全面的本地火灾信息能通过互联网被直接传送到相关的消防部门，消防员获得信息后确定潜在的危险。全集成化的远距离监控系统，可实现在通往火场的路上就制定出灭火方案。远距离监控系统将对财产和生命的保护赢得宝贵的时间。项目1传感器的综合应用任务7传感器在日常生活中的应用项目1传感器的综合应用1.传感器在全自动洗衣机中的应用全自动洗衣机采用了模糊控制系统，是一种模仿人类控制经验和知识的智能控制系统。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。项目1传感器的综合应用如图所示，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8.17全自动洗衣机结构示意图项目1传感器的