1、壓力傳感器的種類:
全世界有11600種,中國有1300種。
2、名詞解說:
絕壓:以絕對真空為標準起點0(基準)測得的壓力。(絕對壓)
表壓:以大氣壓為標準起點0(1個大氣壓是760mmHg),所測得的壓力,大于大氣壓的叫正壓;小于大氣壓的叫負壓。(標準壓)
差壓:兩個位置的壓力差。
相對壓:對比較對象(標準壓)而言的壓力大小。
大氣壓:指大氣壓力。標準大氣壓(1atm)相當于高度為760mm水銀柱的壓力。
真空:指低于大氣壓的壓力狀態(tài)。1Torr=1/760氣壓(atm)。
檢測壓力范圍:指傳感器的適應壓力范圍。
可承受壓力:當恢復到檢測壓力時,其性能不下降的可承受壓力。
往返精度(ON/OFF輸出):當一定溫度(23°C)下,當增加、減少壓力時、用檢測壓力的全標度值去除輸出進行反轉(zhuǎn)的壓力值而得到的動作點的壓力變動
精度:在一定溫度(23°C)下,當加零壓力和額定壓力時,用全標度值去除偏離輸出電流規(guī)定值(4mA、20mA)的值而得到的值。單位用%FS表示。
線性:模擬輸出對檢測壓力呈線性變化,但與理想直線相比有偏差。用對全標度值來說百分數(shù)來表示這種偏差的值叫線性。
磁滯(線性):用零電壓和額定電壓在輸出電流(或電壓)值間畫出理想直線,把電流(或電壓)值與理想電流(或電壓)值之差作為誤差求出來,再求出壓力上升時和下降時的誤差值。用全標度的電流(或電壓)值去除上述差的絕對值的最大值所得的值即為磁滯。單位用%FS表示。
磁滯(ON/OFF輸出):用壓力的全標度值去除輸出ON點壓力與OFF點壓力之差所得的值既是磁滯。
非腐蝕性氣體:指空氣中含有的物質(zhì)(氮、二氧化碳等)與惰性氣體(氬、氖等) 。
液位:液體的高度,測量壓力就能測得高度 我公司KYB19、KYC09
P=rh
擴散硅壓力傳感器原理:R=ρL/s
R:電阻、 L:長度、ρ:電阻率、S:截面積
U:=kP
3、特點:
①、 靈敏度高;
②、 精度高;
③、 穩(wěn)定性好;
④、 動態(tài)響應好;
⑤、 分辨率高;微小的變化都能引起輸出的變化。
4、技術性能參數(shù)定義及計算
①、 量程:傳感器測量范圍
②、 零點輸出:顧名思義即傳感器在沒有載荷的情形下的輸出值,所有的載荷(包括秤架等靜載荷)都必須去掉的情況下,測試傳感器的輸出。通電9VDC或電流1mA 輸出為±2mV
③、 滿量程輸出:對應于傳感器滿量程輸出的一個信號
④、 非線性:
5名詞解釋
A、 傳感器:
能感受(或響應)規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號輸出的器件或裝置。傳感器通常由直接響應于被測量的敏感元件和產(chǎn)生可用信號輸出的轉(zhuǎn)換元件以及相應的電子線路所組成。
或者:把自然界中各種物理量(壓力、流量、溫度、液位、氣體等)變成一種有用信號的裝置。
我們所接觸的都是一種電信號,還有別的另外一種定量信號,我們只講電信號
組成:敏感元件(芯片)、轉(zhuǎn)換電路、補償電路 組裝成一體機構叫傳感器。
傳感器是一種以測量為目的,以一定精度把被測量轉(zhuǎn)換為與之有確定關系的、易于處理的電量信號輸出的裝置。
B、 變送器:如果傳感器進一步對此輸出信號進行處理,轉(zhuǎn)換成標準統(tǒng)一信號(例如:4-20mA或1-5V;0-10mA或0-5V等)時,此時的傳感器一般稱為變送器。在傳感器的基礎上將信號變換處理成標準信號。
國家標準是這樣定義“變送器”的:使輸出為規(guī)定標準信號的裝置稱變送器。
C、 過載:超過產(chǎn)品規(guī)定部份的量程稱過載。
D、 供電電壓:能夠激勵傳感器正常工作的電壓
E、 輸入阻抗:把輸出瑞開路,測得輸入瑞的電阻稱之
F、 輸出阻抗:把輸入瑞開路,測量輸出瑞電阻稱之
G、 絕緣電阻:
H、 什么是一體化溫度變送器:
一體化溫度變送器一般由測溫探頭(熱電偶或熱電阻傳感器)和兩線制固體電子單元組成。采用固體模塊形式將測溫探頭直接安裝在接線盒內(nèi),從而形成一體化的變送器。(我們公司的SBW系列)
一體化溫度變送器一般分為熱電阻和熱電偶型兩種類型。
熱電阻溫度變送器是由基準單元、R/V轉(zhuǎn)換單元、線性電路、反接保護、限流保護、V/I轉(zhuǎn)換單元等組成。測溫熱電阻信號轉(zhuǎn)換放大后,再由線性電路對溫度與電阻的非線性關系進行補償,經(jīng)V/I轉(zhuǎn)換電路后輸出一個與被測溫度成線性關系的4~20mA的恒流信號。
熱電偶溫度變送器一般由基準源、冷端補償、放大單元、線性化處理、V/I轉(zhuǎn)換、斷偶處理、反接保護、限流保護等電路單元組成。它是將熱電偶產(chǎn)生的熱電勢經(jīng)冷端補償放大后,再由線性電路消除熱電勢與溫度的非線性誤差,最后放大轉(zhuǎn)換為4~20mA電流輸出信號。為防止熱電偶測量中由于電偶斷絲而使控溫失效造成事故,變送器中還設有斷電保護電路。當熱電偶斷絲或接解不良時,變送器會輸出最大值(28mA)以使儀表切斷電源。
一體化溫度變送器具有結構簡單、節(jié)省引線、輸出信號大、抗干擾能力強、線性好、顯示儀表簡單、固體模塊抗震防潮、有反接保護和限流保護、工作可靠等優(yōu)點。一體化溫度變送器的輸出為統(tǒng)一的4~20mA信號;可與微機系統(tǒng)或其它常規(guī)儀表匹配使用。也可用戶要求做成防爆型或防火型測量儀表。
一、什么是物位測量?
測量兩相物料的分界面的位置,叫物位測量(例如測量氣相液相間分界面稱液體測量),完成這種測量任務的儀表叫做物位計。
二、什么是物位變送器?
把物位傳感器輸出物位信號轉(zhuǎn)換成適合單元組合儀表要求的電信號(例如4~20mA或1~5V)裝置,叫物位變送器。國家標準是這樣定義“變送器”的:使輸出為規(guī)定標準信號的裝置稱變送器。
三、什么是液位計?
測量容器中液體界面(液—氣,液—液)高度的測量儀表。
四、什么叫電容式物位計?
利用兩電極間電容量隨被測介質(zhì)物位高低變化而變化的原理構成的物位測量儀表,叫電容式物位計。
六、什么是電容式傳感器?
電容式傳感器是將被測物理量變化轉(zhuǎn)換為電容量變化的一種傳感器。
七、什么叫測量?
通過一定的實驗方法,求出某個量大小的過程。
八、什么叫電導率?
電阻率的倒數(shù)叫電導率,它的單位是:米/歐姆.平方毫米
九、環(huán)境溫度的變化,對儀表有什么影響?
電子元件,即使品質(zhì)很好的元件,在環(huán)境溫度變化時,它的參數(shù)都會有變化,絕對不變是沒有的,這就是我們常說的“溫度漂移”,所以由電子元件組成的儀表的工作狀態(tài)也一定會受環(huán)境溫度影響,關鍵在于人們有多大智慧,掌握多少手段去減少和補償這種變化,使其限制在可以接受的水平,所以環(huán)境溫度變化對哲士儀表是有影響,但無礙:連續(xù)測量的品種不會因溫度變化而喪失精度,物位開關類不會因溫度變化而誤動作。但高寒地區(qū)使用,換季時最好重新標定一次。
十、為什么儀表在標定、投運前要上電預熱30-40分鐘?
這是一個十分重要的程序!由于儀表剛上電時,電路參數(shù)并未穩(wěn)定,尤其溫度參數(shù),上電預熱一段時間后,電路元件的溫度會從剛上電時的環(huán)境溫度變成了處于動態(tài)平衡狀態(tài)下的工作溫度,就穩(wěn)定了,就可標定或投運了。
十一、探極外套裝的聚丙烯、氟塑料管用于食品醫(yī)藥行業(yè)是否可以?
可以!其實聚丙烯管就是食用自來水管。
十二、選用物位儀表時要考慮哪些因素?
(1)是物位連續(xù)測量還是物位高度報警;
(2)是檢測液態(tài)物料還是固態(tài)物料;
(3)介質(zhì)溫度、壓力;
(4)物料是否有腐蝕性;
(5)用什么電源?是AC220V還是DC24V
(6)是否有防爆要求?級別如何?
(7)現(xiàn)場是否有劇烈機械振動?
十三、防護等級IP65的意義是什么?
IP防護等級是由兩個數(shù)字所組成,第1個數(shù)字表示防塵、防止外物侵入的等級,第2個數(shù)字表示防潮氣、防水侵入的密閉程度,數(shù)字越大表示防護等級越高。IP65中的“6”表示完全防止外物侵入,且可完全防止灰塵進入;“5”表示防止來自各方向由噴嘴噴射出的水進入儀表造成損壞。
十四、電容式物位開關與阻旋式料位開關相比有何優(yōu)點?
首先,沒有任何一種東西是萬能的,按不同的機理做成的不同產(chǎn)品各有優(yōu)缺點。一般說來,阻旋式轉(zhuǎn)軸易被堵死誤動作,小電機也易壞。
十五、什么是“介電常數(shù)”?物料的介電常數(shù)不同對電容式物位開關運行有何影響?
電容器的極板間充滿電介質(zhì)時的電容與極板間為真空時的電容之比值稱為(相對)介電常數(shù)。
電容式物位開關是利用無料時介質(zhì)是空氣,有料時介質(zhì)是物料這種差別來實現(xiàn)料位報警的,空氣的介電常數(shù)約為“1”,如果物料的介電常數(shù)越大,則無/有料之間的電容差別就越大,物位開關越好判斷。而物料品種一旦固定了,它的介電常數(shù)也就固定了,要使無/有料的差別盡量大,只好延長探極長度,以使電容式物位開關穩(wěn)定工作。當然,電容式物位開關也有“靈敏度標定”這種方法去適應上述“差別”的大、小,但靈敏度標定得太高,抗干擾能力會變低。所以,還是在可能情況下,用長一點探極好。附少量物質(zhì)介電常數(shù):
十六、電容式物位儀表傳感器外殼如何良好接地?
塑料倉最好接地網(wǎng);碳鋼、不銹鋼板倉用導線良好接倉體;混凝土倉則良好接其中鋼筋。
十七、物位儀表的檢測對象一般是什么?
料位、液位、界面。
十八、什么是物位儀表
對料位、液位、界面進行檢測和控制的裝置為物位儀表。
十九、“射頻”電容式物位計有何特點?
——所謂“射頻”,就是可以發(fā)射的頻率,它比普通電容式物位計的工作頻率高很多,從而克服了普通電容式物位計的抗干擾能力低、溫漂大、工作靈敏度低等缺點。我廠現(xiàn)在所有的電容式物位開關、物位計都是采用射頻電容式,只是為簡潔起見,才沒有在每種產(chǎn)品前都加上“射頻”這外名稱而已。
H、什么是 TPMS(輪胎壓力監(jiān)視系統(tǒng))系統(tǒng)
TPMS 是汽車輪胎壓力監(jiān)視系統(tǒng) “Tire Pressure Monitoring System”的英文縮寫形式,主要用于在汽車行駛時實時的對輪胎氣壓進行自動監(jiān)測,對輪胎漏氣和低氣壓進行報警,以保障行車安全。在2000年這個概念頻繁的出現(xiàn)在各種報刊雜志中,成為汽車界的關注熱點。在汽車的高速行駛過程中,輪胎故障是所有駕駛者最為擔心和最難預防的,也是突發(fā)性交通事故發(fā)生的重要原因。據(jù)統(tǒng)計,在中國高速公路上發(fā)生的交通事故有70%是由于爆胎引起的,而在美國這一比例則高達80%。怎樣防止爆胎已成為安全駕駛的一個重要課題。據(jù)國家橡膠輪胎質(zhì)量監(jiān)督中心的專家分析,保持標準的車胎氣壓行駛和及時發(fā)現(xiàn)車胎漏氣是防止爆胎的關鍵。而TPMS——汽車胎壓監(jiān)視系統(tǒng)毫無疑問將是理想的工具。去年,由于凡世通(Firestone)輪胎的質(zhì)量問題,造成了超過100人死亡和400人受傷,此事引起了業(yè)界和美國政府的高度關注,普利斯通/凡世通公司被迫于去年8月收回650萬只輪胎。據(jù)美國汽車工程師學會最近的調(diào)查,美國每年有26萬交通事故是由于輪胎氣壓低或滲漏造成的,另外,每年75%的輪胎故障是由于輪胎滲漏或充氣不足引起的。由于每年造成的經(jīng)濟損失巨大,美國政府要求汽車制造商加速發(fā)展TPMS系統(tǒng),以求減少輪胎事故的發(fā)生。2000年11月1日美國總統(tǒng)克林頓簽署批準了國會關于修改聯(lián)邦運輸法的提案,要求2003年后所有的新車都需把這種系統(tǒng)作為標準配置。2001年7月,為響應美國國會對車輛安裝TPMS 立法的要求,美國運輸部(US Department of Transportation)和國家高速公路安全管理局(National Highway Traffic Safety Administration)聯(lián)合對現(xiàn)有的兩種 TPMS 系統(tǒng)進行了評價,報告第一次將 TPMS 作為專用詞匯。目前,TPMS 主要分為兩種類型,一種是 Wheel-Speed Based TPMS(簡稱:WSB TPMS,或稱為間接式 TPMS ),這種系統(tǒng)是通過汽車 ABS 系統(tǒng)的輪速傳感器來比較輪胎之間的轉(zhuǎn)速差別,以達到監(jiān)視胎壓的目的,該類型系統(tǒng)的主要缺點是無法對兩個以上輪胎同時缺氣的狀況和速度超過100公里/小時的情況進行判斷。另一種是 Pressure-Sensor Based TPMS(簡稱:PSB TPMS,或稱為直接式 TPMS),這種系統(tǒng)是利用安裝在每一個輪胎里的壓力傳感器來直接測量輪胎的氣壓,并對各輪胎氣壓進行顯示及監(jiān)視,當輪胎氣壓太低或有滲漏時,系統(tǒng)會自動報警。報告認為 PSB TPMS 從功能和性能上均優(yōu)于 WSB TPMS。今年的新車介紹中,許多歐洲的汽車廠商也將 PSB TPMS 配裝于自己的車型之中,其中包括,德國寶馬的 Z8,法國雪鐵龍的 C5,英國阿斯頓· 馬汀的超級跑車 Vanquish,林肯大陸,旁蒂克的旗艦Bonneville SE 等等,梅賽德斯—奔馳S級轎車最新的改進也將 TPMS 作為選裝件;另外,2002年夏天上市的克萊斯勒與道奇(Dodge)迷你箱型車以及 Chrysler 300M 與 Concorde Limited 客車也裝設 TPMS。國內(nèi)多數(shù)汽車廠家目前還沒有進行這方面的研究,中國加入 WTO 以后,隨著國際化的要求,相信國內(nèi)廠家會跟上這個步伐。隨著中國經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展,汽車越來越多地進入普通家庭,據(jù)權威人士預測,中國不久將進入家庭汽車的高速增長期,加上中國目前已經(jīng)擁有的五千多萬部汽車,這將形成一個龐大的汽車消費品市場,針對這種情況,朗杰電子科技有限公司率先將汽車胎壓監(jiān)視器這一全新的產(chǎn)品推向中國市場。朗杰電子科技有限公司由佛山泰杰電子有限公司與 MULTI-TECH INTERNATIONAL HOLDINGS LIMITED 合資組建,出品的泰杰牌 TPMS 系統(tǒng),屬于 Pressure-Sensor Based 系統(tǒng),由美國 Better Microsystems,Inc.提供技術支持并保持與美國最新技術同步發(fā)展,具有北美及中國專利,采用進口高精度材料制作,國內(nèi)獨家生產(chǎn)。系統(tǒng)組成包括在每一個輪胎上安裝一個帶有氣壓傳感器的射頻發(fā)射機和一臺可以顯示氣壓值的接收監(jiān)視器。朗杰公司目前已開發(fā)出內(nèi)置式系統(tǒng),可解決汽車廠商的一體化要求,同時朗杰公司可為各汽車廠商的不同車型提供要求的配套方案及相關技術支持。另外,朗杰公司將在2002年上半年研制完成最多可達10個輪胎的TPMS 系統(tǒng)。
選擇高溫熔體壓力傳感器常識
這些問題決定了您是否需要沖擊模片設備以及用用于接觸介質(zhì)的材料是什么?;裟犴f爾的Data Instruments部門制造了一些有沖擊模片和壓力端子的其他設備,這兩種都具有不銹鋼薄膜用于介質(zhì)接觸,保證腐蝕性介質(zhì)不會造成什么問題。
1、問 傳感器測量的是何種壓力?
答 您首先要考慮的是您的系統(tǒng)的最大壓力。一般您需要的壓力傳感器壓力范圍最大值應該達到您系統(tǒng)最大壓力值的1.5倍。我們建議的這些額外的壓力范圍是由于許多的系統(tǒng),特別是水壓和過程控制,有壓力尖峰或者連續(xù)的脈沖。這些尖峰可能會達到“最大”壓力的五倍甚至十倍,且可以造成傳感器的損壞。連續(xù)的高壓脈沖,接近或者超過傳感器的最大額定壓力,也會縮短傳感器的壽命。但是僅僅提高傳感器額定壓力并不是萬全之策,因為這會犧牲傳感器的分辨率。您可以使用緩沖器來減弱尖峰,但是這也僅僅是一個折中方案,因為這會降低傳感器的響應速度。
所有的壓力傳感器都在設計成能在2億個周期中承受最大壓力而不會降低性能。您在選擇傳感器的時候需要在系統(tǒng)性能與傳感器壽命之間找到一個折中的解決方案。 2、問 什么是壓力介質(zhì)?
答 另外一個在選擇傳感器時需要考慮的關鍵因素是所測量的介質(zhì)。在壓力頭上是否會是粘性液體或者漿狀物質(zhì)?與傳感器接觸的是否是溶解性或者腐蝕性介質(zhì)還是干凈干燥的空氣?
這個問題決定了是否需要沖擊模片以及使用什么材料與介質(zhì)接觸?;裟犴f爾的Data Instruments部門制造了一些有沖擊模片和壓力端子的其他設備,這兩種都具有不銹鋼薄膜用于介質(zhì)接觸,保證腐蝕性介質(zhì)不會造成什么問題。 3、問 傳感器需要達到什么樣的精度?
答 精確度是制造商們用來描述傳感器輸出誤差常用的一個術語。這些誤差可能來源于非線性,遲滯,不可重復性,溫度,零點平衡,校正和濕度效應。許多制造商,包括霍尼韋爾Data Instruments部門,將精確度指定為非線性,遲滯和不可重復性的綜合影響。對許多傳感器來說,“精確度”會由于溫度,零點平衡等因素而比標稱值更低。
“技術名詞”部分更加詳細地解釋了這些術語。擁有更高精確度的傳感器的成本會更高,那么您的系統(tǒng)真的需要這么高的精確度嗎?使用高精確度傳感器和低分辨率儀器組成的系統(tǒng)其實是一種低效率的解決方案。 4、問 傳感器的耐溫性如何?
答 壓力傳感器,像所有物理設備系統(tǒng)一樣,會在極端溫度的環(huán)境下會產(chǎn)生錯誤甚至無法使用。一般每個傳感器將會有兩個溫度范圍,分別是工作范圍和補償范圍。補償范圍包含在工作范圍之內(nèi)。
工作范圍是指在這個范圍內(nèi),傳感器通電后可以暴露在介質(zhì)中而不會發(fā)生損壞。但是,這并不表示當處于補償范圍以外的時候其性能也能達到標稱的規(guī)格(溫度系數(shù))。
補償范圍一般是在工作范圍之內(nèi)的一段更狹窄的范圍。在這個范圍內(nèi),傳感器確??梢赃_到標稱的規(guī)格。溫度的改變通過兩種方法影響傳感器,其一是造成零點漂移,其二是影響整個量程的輸出。傳感器規(guī)格說明應該將這些誤差以下列形式列出: ±x%滿量程/°C, ±x%讀數(shù)/°C, ±x%整個溫度補償范圍內(nèi)滿量程,或者 ±x%整個溫度補償范圍內(nèi)讀數(shù)。如果沒有這些參數(shù)會給你在使用中造成不確定。那么傳感器輸出的改變是由于壓力變化還是溫度變化呢?霍尼韋爾Data Instruments部門在銷售其產(chǎn)品的時候就已經(jīng)指定了工作范圍和補償范圍,以及零點和量程的溫度系數(shù)。在理解如何使用傳感器的時候,溫度效應將是最復雜的部分。 5、問 我應該使用何種輸出?
答 幾乎所有的傳感器都有毫伏輸出,或者電壓放大,或者毫安,或者頻率輸出。您所選擇的輸出類型依賴與您的傳感器與系統(tǒng)控制或者顯示部件之間的距離,噪音,以及其他電氣干擾,還有是否需要放大,最佳放置放大器的位置等。對于許多的原始設備制造商來說,他們的控制元件和傳感器距離很短,所以毫伏輸出一般就足夠了而且成本較低。
如果您需要將傳感器輸出放大,那么使用另外一個有內(nèi)置放大器的傳感器更加簡單。在長距離電纜,或者有大電氣噪音區(qū)域內(nèi),就需要毫安輸出或者頻率輸出了。在有很強射頻干擾和電磁干擾的環(huán)境中,您就需要考慮在毫安和頻率輸出外在額外增加一些屏蔽或這過濾設備了。 6、問 什么是激勵電壓?
答 輸出的類型可能就決定了您需要的激勵電壓。許多放大式傳感器都有內(nèi)置的電壓調(diào)節(jié)器,可以在很大范圍的未調(diào)節(jié)電壓源下工作。有些傳感器是有比例的,需要已調(diào)節(jié)的激勵源。所使用的電源將會決定您是使用已調(diào)節(jié)電源還是未調(diào)節(jié)電源。這需要在系統(tǒng)成本和所有激勵源之間作出折中的選擇。 7、問 我需要傳感器具有互換性嗎?
答 對于不同的系統(tǒng)來說傳感器的互換性都很重要嗎,或者您會校正系統(tǒng)的每一個部分嗎?這是非常重要的問題,特別是對于原始設備制造商。當您把產(chǎn)品送到客戶手里之后,進行校正的成本是很高的。如果您的傳感器具有互換性,那么您就可以在系統(tǒng)中換掉傳感器而仍然保持參數(shù)不變。 8、問 傳感器需要什么程度的時間穩(wěn)定性?
答 大多數(shù)傳感器會隨時間有所“漂移”。了解長時間的傳感器穩(wěn)定度是非常重要的。這個先期工作需要可以減少將來可能遇到的問題。 9、問 傳感器需要怎樣的堅固程度?
答 一個非常令用戶頭疼的因素常常遇到,那就是傳感器到底需要怎樣的機械強度,特別是其外殼?考慮傳感器將會應用到的環(huán)境是非常重要的。是否是在高濕度或水蒸氣環(huán)境?是否有高強度震動或沖擊?在選擇外殼類型的時候這些問題都要考慮周到。 10、問 我怎樣將傳感器連接到自己的電氣系統(tǒng)中?
答 傳感器上的短電纜是否夠用?或者,在長電纜應用中,根據(jù)需要可在傳感器上加一個電纜連接器。
什么是PID調(diào)節(jié)及PID調(diào)節(jié)的基本原理
目前工業(yè)自動化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個重要標志。同時,控制理論的發(fā)展也經(jīng)歷了古典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論三個階段。智能控制的典型實例是模糊全自動洗衣機等。自動控制系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。一個控制系統(tǒng)包括控制器﹑傳感器﹑變送器﹑執(zhí)行機構﹑輸入輸出接口??刂破鞯妮敵鼋?jīng)過輸出接口﹑執(zhí)行機構﹐加到被控系統(tǒng)上﹔控制系統(tǒng)的被控量﹐經(jīng)過傳感器﹐變送器﹐通過輸入接口送到控制器。不同的控制系統(tǒng)﹐其傳感器﹑變送器﹑執(zhí)行機構是不一樣的。比如壓力控制系統(tǒng)要采用壓力傳感器。電加熱控制系統(tǒng)的傳感器是溫度傳感器。目前,PID控制及其控制器或智能PID控制器(儀表)已經(jīng)很多,產(chǎn)品已在工程實際中得到了廣泛的應用,有各種各樣的PID控制器產(chǎn)品,各大公司均開發(fā)了具有PID參數(shù)自整定功能的智能調(diào)節(jié)器(intelligent regulator),其中PID控制器參數(shù)的自動調(diào)整是通過智能化調(diào)整或自校正、自適應算法來實現(xiàn)。有利用PID控制實現(xiàn)的壓力、溫度、流量、液位控制器,能實現(xiàn)PID控制功能的可編程控制器(PLC),還有可實現(xiàn)PID控制的PC系統(tǒng)等等。 可編程控制器(PLC) 是利用其閉環(huán)控制模塊來實現(xiàn)PID控制,而可編程控制器(PLC)可以直接與ControlNet相連,如Rockwell的PLC-5等。還有可以實現(xiàn)PID控制功能的控制器,如Rockwell 的Logix產(chǎn)品系列,它可以直接與ControlNet相連,利用網(wǎng)絡來實現(xiàn)其遠程控制功能。
1、開環(huán)控制系統(tǒng)
開環(huán)控制系統(tǒng)(open-loop control system)是指被控對象的輸出(被控制量)對控制器(controller)的輸出沒有影響。在這種控制系統(tǒng)中,不依賴將被控量反送回來以形成任何閉環(huán)回路。
2、閉環(huán)控制系統(tǒng)
閉環(huán)控制系統(tǒng)(closed-loop control system)的特點是系統(tǒng)被控對象的輸出(被控制量)會反送回來影響控制器的輸出,形成一個或多個閉環(huán)。閉環(huán)控制系統(tǒng)有正反饋和負反饋,若反饋信號與系統(tǒng)給定值信號相反,則稱為負反饋( Negative Feedback),若極性相同,則稱為正反饋,一般閉環(huán)控制系統(tǒng)均采用負反饋,又稱負反饋控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)的例子很多。比如人就是一個具有負反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng),眼睛便是傳感器,充當反饋,人體系統(tǒng)能通過不斷的修正最后作出各種正確的動作。如果沒有眼睛,就沒有了反饋回路,也就成了一個開環(huán)控制系統(tǒng)。另例,當一臺真正的全自動洗衣機具有能連續(xù)檢查衣物是否洗凈,并在洗凈之后能自動切斷電源,它就是一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。
3、階躍響應
階躍響應是指將一個階躍輸入(step function)加到系統(tǒng)上時,系統(tǒng)的輸出。穩(wěn)態(tài)誤差是指系統(tǒng)的響應進入穩(wěn)態(tài)后﹐系統(tǒng)的期望輸出與實際輸出之差??刂葡到y(tǒng)的性能可以用穩(wěn)、準、快三個字來描述。穩(wěn)是指系統(tǒng)的穩(wěn)定性(stability),一個系統(tǒng)要能正常工作,首先必須是穩(wěn)定的,從階躍響應上看應該是收斂的﹔準是指控制系統(tǒng)的準確性、控制精度,通常用穩(wěn)態(tài)誤差來(Steady-state error)描述,它表示系統(tǒng)輸出穩(wěn)態(tài)值與期望值之差﹔快是指控制系統(tǒng)響應的快速性,通常用上升時間來定量描述。
4、PID控制的原理和特點
在工程實際中,應用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制,簡稱PID控制,又稱PID調(diào)節(jié)。PID控制器問世至今已有近70年歷史,它以其結構簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術之一。當被控對象的結構和參數(shù)不能完全掌握,或得不到精確的數(shù)學模型時,控制理論的其它技術難以采用時,系統(tǒng)控制器的結構和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定,這時應用PID控制技術最為方便。即當我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象﹐或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時,最適合用PID控制技術。PID控制,實際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差,利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的。
比例(P)控制
比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關系。當僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差(Steady-state error)。
積分(I)控制
在積分控制中,控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關系。對一個自動控制系統(tǒng),如果在進入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差,則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)(System with Steady-state Error)。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差,在控制器中必須引入“積分項”。積分項對誤差取決于時間的積分,隨著時間的增加,積分項會增大。這樣,即便誤差很小,積分項也會隨著時間的增加而加大,它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進一步減小,直到等于零。因此,比例+積分(PI)控制器,可以使系統(tǒng)在進入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。
微分(D)控制
在微分控制中,控制器的輸出與輸入誤差信號的微分(即誤差的變化率)成正比關系。 自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件(環(huán)節(jié))或有滯后(delay)組件,具有抑制誤差的作用,其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”,即在誤差接近零時,抑制誤差的作用就應該是零。這就是說,在控制器中僅引入“比例”項往往是不夠的,比例項的作用僅是放大誤差的幅值,而目前需要增加的是“微分項”,它能預測誤差變化的趨勢,這樣,具有比例+微分的控制器,就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零,甚至為負值,從而避免了被控量的嚴重超調(diào)。所以對有較大慣性或滯后的被控對象,比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動態(tài)特性。
5、PID控制器的參數(shù)整定
PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設計的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被控過程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時間和微分時間的大小。PID控制器參數(shù)整定的方法很多,概括起來有兩大類:一是理論計算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學模型,經(jīng)過理論計算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計算數(shù)據(jù)未必可以直接用,還必須通過工程實際進行調(diào)整和修改。二是工程整定方法,它主要依賴工程經(jīng)驗,直接在控制系統(tǒng)的試驗中進行,且方法簡單、易于掌握,在工程實際中被廣泛采用。PID控制器參數(shù)的工程整定方法,主要有臨界比例法、反應曲線法和衰減法。三種方法各有其特點,其共同點都是通過試驗,然后按照工程經(jīng)驗公式對控制器參數(shù)進行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù),都需要在實際運行中進行最后調(diào)整與完善?,F(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進行 PID控制器參數(shù)的整定步驟如下:(1)首先預選擇一個足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作﹔(2)僅加入比例控制環(huán)節(jié),直到系統(tǒng)對輸入的階躍響應出現(xiàn)臨界振蕩,記下這時的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期﹔(3)在一定的控制度下通過公式計算得到PID控制器的參數(shù)。
什么是血壓?
血壓指的是血液在血管內(nèi)所呈現(xiàn)的壓力,它的形成與血容量、心臟收縮時的射血量、外周血管的阻力及大動脈的彈性有關。血管的充盈程度與血容量的多少有關,血容量增加時血管的平均充盈度也增加,即平均充盈壓增加,血容量減少則平均血管充盈壓降低。血液對血管壁的側壓力與心臟收縮時的射血量有關,射血量增加則血液對血管壁的側壓力也增加,反之則減小。大動脈的彈性與心臟舒張、射血停止時血液對血管壁的側壓力有關。
動脈血壓的測量有直接測量法和間接測量法兩種。直接測量法是一種創(chuàng)傷性的血壓測量法,常用心導管插入血管內(nèi),尾端接特殊的壓力傳感器,在X線透視的監(jiān)控下將心導管送入血管或心腔內(nèi),測量血管腔內(nèi)或心腔內(nèi)的壓力。直接測量法所得的結果準確,但是有創(chuàng)傷,并需無菌操作,不能多次反復檢查。間接測量法就是我們平時所常用的方法,一般使用的是汞柱式血壓計或電子血壓計等,主要測量上臂的動脈血壓。
在有足夠的血容量條件下,心臟收縮,射出血液,動脈血壓上升,血壓上升的最高值稱為收縮壓;心臟舒張,動脈血壓下降,血壓下降所達到的最低值為舒張壓。正常人的血壓隨著年齡的增長而逐漸增加,并且在不同的生理狀態(tài)下也有一定程度的波動,例如人在睡眠時血壓下降,而活動時血壓上升。一般認為正常人安靜時的收縮壓≤18.7千帕(140毫米汞柱),舒張壓≤12.0千帕(90毫米汞柱),如果收縮壓≥21.3千帕(160毫米汞柱)和(或)舒張壓≥12.7千帕(95毫米汞柱)則為高血壓,介于正常血壓高限與高血壓低限之間的為臨界高血壓。
新型高精度CCD角度傳感器可行性分析
一、概述
精密角度測量是測控領域中幾何量測量的一個關鍵,現(xiàn)有的各種角度測量傳感器在實際應用中就產(chǎn)生了各種各樣的問題,主要有:精度不夠高或只能在小角度測量時得到高精度:精度提高使尺寸、重量相應增加,達到高精度要求所需尺寸過大:不能實現(xiàn)真正的原絕對角度測量,需上電初始化;不能實現(xiàn)全周界范圍的角度測量;結構、電路復雜,對元件要求高,可靠性低,不易實現(xiàn)與其它儀器融合等等。
這樣,客觀上就產(chǎn)生了對一種新機理角度傳感器迫切的需求,希望這種傳感器具有高精度、大動態(tài)、小型化、絕對測量、對構電路簡單可靠,能全周界測量,并可方便地與其它儀器集成的優(yōu)點。
二、研制現(xiàn)狀
針對以上當今動態(tài)測試和控制領域中這一迫切的客觀需要,提出了一種采用光電傳感器件CCD(Charge Coupled Device),結合“硬件窗口驅(qū)動”、“四相關采樣”和“微控DMA”以及“質(zhì)心內(nèi)插”和轉(zhuǎn)好的誤差修正補償技術,可進行高精
度動態(tài)實時測角和標定的新方法,并進行實驗驗證和改進,從而研制成功了這一新型、高精度CCD角度傳感器,較好地滿足了當今動態(tài)測試和控制領域中這一迫切的客觀需求,也給動態(tài)測試領域長期存在的精度不高、無合適的標定方法 等問題帶來一個新的、富有希望和成效的解決途徑與辦法。
該傳感器具有獨創(chuàng)性、新穎性,在國內(nèi)外發(fā)表的有關這一技術的論文也已引起較大反響,紛紛表示定貨。在澳門召開的第三界海內(nèi)外華人航天科技研討會上,美國美華航太工程師協(xié)會理事長極為欣賞,并表示愿意代為申請美國專利。
三、工作原理及其特點
“新型高精度CCD角度傳感器”是利用現(xiàn)代新型固態(tài)圖象傳感器——電荷耦合器件CCD(Charge Coupled Devices)作為敏感元件,由光源、調(diào)制盤、狹縫機構、精密機械結構、電子線路及TMS320高速數(shù)字信號處理器等組成。
1、工作原理
由冷光源產(chǎn)生的穩(wěn)定的信號光線通過鍍膜調(diào)制盤上經(jīng)特殊工藝蝕刻在其上的特征曲線后,首先經(jīng)過狹縫和半圓柱透鏡成象在線陣CCD的焦線上,CCD在驅(qū)動邏輯控制下完成對CCD陣列的積分、轉(zhuǎn)移等驅(qū)動控制,輸出視頻圖像信號,經(jīng)過同步四相關采樣和高速數(shù)據(jù)采集后,輸出信號在并行同步地址發(fā)生器控制下,經(jīng)兩套并行數(shù)據(jù)緩沖器,交替存儲到兩套幀存儲器內(nèi),然后由DSP對所采集的數(shù)據(jù)進行濾波、質(zhì)心內(nèi)插和角度解算等處理,從而求得測量軸所轉(zhuǎn)過的精確角度。
2、特點
該傳感器是以先進的光電耦合器件CCD為核心的敏感元件,配以高速數(shù)據(jù)采集,數(shù)字信號處理器DSP以及光調(diào)制盤而構成的新型高精角度傳感器,并采用了新的測角機理和測角方法、特殊的機械結構和半導體加工工藝,以及四相關采樣、質(zhì)心內(nèi)插算法和“硬件窗口驅(qū)動”等新技術,因而使其與傳統(tǒng)的角度傳感器相比,具有高精度、大動態(tài)、高可靠、小型化、成本低、全周界、絕對角度測量、可方便地與其它儀器集成等優(yōu)點。
另外,信號處理電器及角度解算計算機(CPU或DSP)的開放型結構和各功能模塊的標準接口,則保證本傳感器具有模塊化、標準化、可擴展性和多用途特點。這使該傳感器可以工作于不同的CPU、甚至不同的信號處理環(huán)境下,并可與其它傳感器共用一些硬件(如CPU、數(shù)據(jù)采集模塊等),而通過不同的軟件完成不同的測試功能,測試結果通過軟件生成的“軟面板”顯示;并可以快速組合在VXI測試平臺上,構成概念上的新一代測角傳感器。
四、性能指標
360全周界測量 實時性:采樣和數(shù)據(jù)輸出率大于40MHz
絕對角度測量,不需上電初始化 小型化
高精度:分三檔(0.1”~1”;1”~20”;20”~60”) 非接觸式高動態(tài)測量
五、市場前景
可廣泛應用于航空航天、工業(yè)測量與控制、數(shù)控機床等眾多角度測量領域,具有廣闊的市場發(fā)展前景。
六、投資效益
目前,有許多研究所、工廠等已向我們表示希望能早日投產(chǎn),并愿投資定貨,另外,我們也做了市場調(diào)查,結果表明:如果該技術產(chǎn)品目前能夠盡快投資,實施產(chǎn)品化,平均收益將不低于1000萬元。
七、合作方式
融資投資、技術轉(zhuǎn)讓、技術合作、技術服務。合作費用面議。
什么是CCD感光器件
CCD全稱為Charge Coupled Device,中文翻譯為電荷藕合器件。它使用一種高感光度的半導體材料制成,能把光線轉(zhuǎn)變成電荷,然后通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片將電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號,數(shù)字信號經(jīng)過壓縮處理經(jīng)USB接口傳到電腦上就形
成所采集的圖像。
首先,什么是CCD?
相信喜愛DV的玩家心里都清楚,CCD,是英文Charge Coupled Device 即電荷耦合器件的縮寫,它是一種特殊半導體器件,上面有很多一樣的感光元件,每個感光元件叫一個像素。CCD在攝像機里是一個極其重要的部件,它起到將光線轉(zhuǎn)換成電信號的作用,類似于人的眼睛,因此其性能的好壞將直接影響到攝像機的性能。
那么3CCD,顧名思義,就是一臺攝像機使用了3片CCD。我們知道,光線如果通過一種特殊的棱鏡后,會被分為紅,綠,藍三種顏色,而這三種顏色就是我們電視使用的三基色,通過這三基色,就可以產(chǎn)生包括亮度信號在內(nèi)的所有電視信號。如果分別用一片CCD接受每一種顏色并轉(zhuǎn)換為電信號,然后經(jīng)過電路處理后產(chǎn)生圖像信號,這樣,就構成了一個3CCD系統(tǒng)。
和單CCD相比,由于3CCD分別用3個CCD轉(zhuǎn)換紅,綠,藍信號,拍攝出來的圖像從彩色還原上要比單CCD來的自然,亮度以及清晰度也比單CCD好。但由于使用了三片CCD,3CCD攝像機的價格要比單CCD貴很多,所以只有專業(yè)用的攝像機才會使用3CCD。
捎帶一提,CCD是有尺寸之分,然則不管怎么分,只要記住“CCD越大越好”“CCD越大越貴”的道理就可以了。
一般世面的規(guī)格分別是1/2,1/4,1/4.7,1/6等等。
絕對誤差:測量結果減去被測量的(約定)真值
相對誤差:絕對誤差除以被測量的(約定)真值
隨機誤差:在同一被測量的多次測量過程中,其變化是不可預計的測量誤差的一部份
系統(tǒng)誤差:在同一被測量的多次測量過程中保持常數(shù)或其變化是可預計的測量誤差的一部份。
測量范圍:按規(guī)定準(精)確度進行測量的被測量的范圍。
靈敏度:儀器儀表輸出變化值除以相應的輸入變化值。
準(精)確度:儀器儀表的示值與被測量(約定)真值的一致程度。
基本誤差(固有誤差):在參比條件下儀器儀表的示值誤差。
一致性:校準曲線與規(guī)定特性曲線的一致程度。
線性度:校準曲線與規(guī)定直線的一致程度。
線性度誤差:校準曲線與規(guī)定直線間的最大偏差。
死區(qū):不致引起儀器儀表輸出有任何可覺察變化的最大輸入變化區(qū)間。
穩(wěn)定性:在規(guī)定的工作條件下,儀器儀表性能我特性在規(guī)定時間內(nèi)保持不變的能力。
漂移:儀器儀表輸入阻抗---輸出特性隨時間的慢變化。
點漂:在規(guī)定的工作條件下,對應一個恒定的輸入在規(guī)定的時間內(nèi)的輸出變化。
零點漂移(零漂):范圍下限值上的點漂。當下限值不為零值時亦稱為始點漂移。
重復性:在同一工作條件下,儀器儀表對同一輸入值按同一方向連續(xù)多次測量的輸出值間的相互一致程度。注:重復性應不包括回差、漂移。
重復性誤差:在全測量范圍內(nèi)和同一工作條件下,從同方向?qū)ν惠斎胫颠M行多次連續(xù)測量所獲得的隨機誤差。
量程誤差:在參比工作條件下,實際輸出量程與規(guī)定量程之差。通常以規(guī)定輸出量程的百分數(shù)表示。
零點誤差:在參比工作條件下,當輸入處于范圍下限值時實際輸出值與規(guī)定輸出范圍下限值之差。
預熱時間:儀器儀表接通電源后至達到規(guī)定性能指標所需要的時間。
負載阻抗:與儀器儀表輸出瑞連接的所有裝置及連接導線的阻抗總和。
工業(yè)自動化儀表(工業(yè)過程檢測與控制儀表):對工業(yè)過程進行檢測、顯示、控制、執(zhí)行等儀表的總稱。
傳感器:感受被測變量,并接一定規(guī)律將其轉(zhuǎn)換成同種或別種性質(zhì)輸出量的裝置。
變送器:輸出為標準化信號的傳感器。
絕緣電阻:在儀器儀表指定的絕緣部份之間施加規(guī)定的直流電壓所測得的電阻。
絕緣強度:可施加在儀器儀表指定絕緣部份之間不致產(chǎn)生飛弧或通過絕緣材料的電流不超過某規(guī)定電流值的直流或正弦交流電壓。
工作條件:儀器儀表工作時所處的條件,不包括由儀器儀表處理的量。工作條件應包括:環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、環(huán)境壓力、電磁場、重力、傾斜、電源變化、輻射、沖擊和振動等。
參比工作條件:為儀器儀表性能試驗或保證測量結果能有效地相互比對而規(guī)定的工作條件。
正常工作條件:為儀器儀表性能正常工作(影響量作用下性能特性處于允許權限內(nèi))而規(guī)定的工作條件。
極限工作條件:為儀器儀表在工作時能經(jīng)受且不致?lián)p傷和永久性性能降低而規(guī)定的工作條件。
品種:產(chǎn)品按其性能、成份等方面的特征所劃分的類別。
型式:同一產(chǎn)品按其形狀、結構、特征的不同所劃分的類別。
規(guī)格:同一種或同一型式的產(chǎn)品按尺寸、重量、功率或其他有關參數(shù)劃分的類別。
型號:用字母、數(shù)字等表示產(chǎn)品型式、規(guī)格的一種符號。
標準:對重復性事物和概念所做的統(tǒng)一規(guī)定。
產(chǎn)品標準:為保證產(chǎn)品的適用性,對產(chǎn)品必須達到的某些或全部要求制訂的標準。
合格證書:證明某一產(chǎn)品符合相應的標準或規(guī)范的文件。
型式檢驗:為證明設計符合一定規(guī)范和要求,對按設計制造的一臺或多臺儀器儀表所進行的全性能檢驗。
出廠檢驗:為確認儀器儀表是否符合出廠要求,在出廠前對每臺儀器儀表所進行的試驗。
可靠性:儀器儀表在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi),完成按規(guī)定功能的能力。
包裝:為在流通過程中保護產(chǎn)品,方便儲運,促進銷售,按一定技術方法而采用的容器、材料及輔助物的
總體名稱。也指為了達到上述目的而采用容器、材料和輔助物的過程中施加的一定技術方法等的
操作活動。