（計算機控制技術(shù)）課件.ppt

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1、計算機控制技術(shù)李江全編著石河子大學(xué)機電學(xué)院電氣工程教研室2007年4月第3章計算機控制系統(tǒng)中的硬件3.1傳感器3.2數(shù)據(jù)采集卡3.3工業(yè)控制計算機（IPC）3.4智能儀器3.5可編程序邏輯控制器（PLC）3.6執(zhí)行機構(gòu)3.1傳感器3.1.1傳感器的地位現(xiàn)代信息技術(shù)的三大支柱是信息的采集、傳輸和處理技術(shù)，即傳感技術(shù)、通信技術(shù)和計算機技術(shù)，它們分別構(gòu)成了信息技術(shù)系統(tǒng)的“感官”、“神經(jīng)”和“大腦”。信息采集系統(tǒng)的首要部件是傳感器，且置于系統(tǒng)的最前端。在一個現(xiàn)代測控系統(tǒng)中，如果沒有傳感器，就無法監(jiān)測與控制表征生產(chǎn)過程中各個環(huán)節(jié)的各種參量，也就無法實現(xiàn)自

2、動控制。傳感器是現(xiàn)代測控技術(shù)的基礎(chǔ)。3.1.2傳感器的含義傳感器是一種將各種被測非電量以一定的精度按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成與之有確定對應(yīng)關(guān)系的某種可用信號輸出的另一種物理量的測量裝置或元件。按照傳感器的定義，傳感器實際上是一種能量轉(zhuǎn)換器，有時也叫做變換器、換能器或探測器等。傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和測量電路三部分組成，有時還需要加上輔助電源，可用圖3-1所示的框圖來表示。3.1.3常用的傳感器1．電阻式傳感器它的基本原理都是將被測非電量的變化轉(zhuǎn)換成電阻的變化量。在物理學(xué)中已闡明導(dǎo)電材料的電阻不僅與材料的類型、幾何尺寸有關(guān)，還與溫度、濕度和變形等因

3、素有關(guān)。物理學(xué)同樣指出過，不同導(dǎo)電材料，對同一非電物理量的敏感程度不同，甚至差別很大。因此，利用某種導(dǎo)電材料的電阻對某一非電物理量具有較強的敏感特性，就可制成測量該物理量的電阻式傳感器。常用的電阻傳感器有電位器式、電阻應(yīng)變式、熱敏電阻、氣敏電阻、光敏電阻、濕敏電阻等。利用電阻傳感器可以測量應(yīng)變、力、位移、荷重、加速度、壓力、轉(zhuǎn)矩、溫度、濕度、氣體成分及濃度等。下圖是電阻應(yīng)變式荷重傳感器的示意圖。2．電容式傳感器電容式傳感器是以各種類型的電容器作為敏感元件，將被測物理量的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化，再由測量電路轉(zhuǎn)換為電壓、電流或頻率的變化，以達到檢測

4、的目的。因此，凡是能引起電容量變化的有關(guān)非電量，均可用電容式傳感器進行電測變換。根據(jù)變換原理的不同，電容式傳感器有變極距型、變面積型、變介質(zhì)型三種。它不僅能測量荷重、位移、振動、角度、加速度等機械量，還能測量壓力、液面、料面、成分含量等熱工量。圖3-3是電容式差壓變送器的示意圖。3．電感式傳感器電感式傳感器是利用線圈自感或互感系數(shù)的變化來實現(xiàn)非電量電測的一種裝置。電感式傳感器一般分為自感式和互感式兩大類。人們習(xí)慣上講電感式傳感器通常指自感式傳感器，而互感式傳感器由于是利用變壓器原理，又往往做成差動式，故常稱為差動變壓器式傳感器。利用電感式傳感器

5、能對位移、壓力、振動、應(yīng)變、流量等參數(shù)進行測量。4．壓電式傳感器壓電式傳感器是利用某些電介質(zhì)材料具有壓電效應(yīng)現(xiàn)象制成的。有些電介質(zhì)材料在一定方向上受到外力（壓力或拉力）作用而變形時，在其表面上產(chǎn)生電荷；外力去掉后，又回到不帶電狀態(tài)，這種將機械能轉(zhuǎn)換成電能的現(xiàn)象，稱為正壓電效應(yīng)，簡稱壓電效應(yīng)。壓電傳感器主要用來測量力、加速度、振動等非電物理量。5．光電式傳感器光電式傳感器是將光信號轉(zhuǎn)化為電信號的一種傳感器。它的理論基礎(chǔ)是光電效應(yīng)。這類效應(yīng)大致可分為三類。第一類是外光電效應(yīng)，即在光照射下，能使電子逸出物體表面。利用這種效應(yīng)所做成的器件有真空光電管、

6、光電倍增管等；第二類是內(nèi)光電效應(yīng)，即在光線照射下，能使物質(zhì)的電阻率改變。這類器件包括各類半導(dǎo)體光敏電阻；第三類是光生伏特效應(yīng)，即在光線作用下，物體內(nèi)產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象，此電動勢稱為光生電動勢。這類器件包括光電池、光電晶體管等。光電耦合器是由一個發(fā)光元件和一個光電元件同時封裝在一個外殼內(nèi)組合而成的光電轉(zhuǎn)換元件。它實際上是一個電隔離轉(zhuǎn)換器，具有單向信號傳輸功能，抗干擾能力強，在控制電路中，經(jīng)常用于電路隔離、電平轉(zhuǎn)換、噪聲抑制等場合。光電開關(guān)是一種利用感光元件對變化的入射光加以接收，并進行光電轉(zhuǎn)換，同時加以某種形式的放大和控制，從而獲得最終的控制輸出“

7、開”、“關(guān)”信號的器件，如圖3-4所示。光電開關(guān)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、自動化包裝線及安全裝置中作為光控制和光探測裝置。可在自動控制系統(tǒng)中用作物體檢測、產(chǎn)品計數(shù)、料位檢測、尺寸控制、安全報警及計算機輸入接口等。6．熱電式傳感器熱電偶傳感器的測溫原理是熱電效應(yīng)，即把兩種不同金屬導(dǎo)體接成閉合回路，如果兩接點溫度不同，則在回路中就會產(chǎn)生熱電勢，這種由于溫度不同而產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象，稱為熱電效應(yīng)。熱電阻傳感器測溫基于熱電阻現(xiàn)象，即導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻率隨溫度的變化而變化的現(xiàn)象。利用物質(zhì)的這一特性制成的溫度傳感器有金屬熱電阻傳感器（簡稱熱電阻）和半導(dǎo)體熱電阻傳感

8、器（簡稱熱敏電阻）。一般而言，前者溫度升高，電阻值變大；后者溫度升高，電阻值變小。7．數(shù)字式傳感器機電控制系統(tǒng)對檢測技術(shù)提出了數(shù)字化、高精度、高效率和