计算机控制技术 教学课件 作者 李江全第3章a.ppt

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1、计算机控制技术李江全编著石河子大学机电学院电气工程教研室2007年4月第3章计算机控制系统中的硬件3.1传感器3.2数据采集卡3.3工业控制计算机（IPC）3.4智能仪器3.5可编程序逻辑控制器（PLC）3.6执行机构3.1传感器3.1.1传感器的地位现代信息技术的三大支柱是信息的采集、传输和处理技术，即传感技术、通信技术和计算机技术，它们分别构成了信息技术系统的“感官”、“神经”和“大脑”。信息采集系统的首要部件是传感器，且置于系统的最前端。在一个现代测控系统中，如果没有传感器，就无法监测与控制表征生产过程中各个环节的各种参量，也就无

2、法实现自动控制。传感器是现代测控技术的基础。3.1.2传感器的含义传感器是一种将各种被测非电量以一定的精度按一定规律转换成与之有确定对应关系的某种可用信号输出的另一种物理量的测量装置或元件。按照传感器的定义，传感器实际上是一种能量转换器，有时也叫做变换器、换能器或探测器等。传感器一般由敏感元件、转换元件和测量电路三部分组成，有时还需要加上辅助电源，可用图3-1所示的框图来表示。3.1.3常用的传感器1．电阻式传感器它的基本原理都是将被测非电量的变化转换成电阻的变化量。在物理学中已阐明导电材料的电阻不仅与材料的类型、几何尺寸有关，还与温度

3、、湿度和变形等因素有关。物理学同样指出过，不同导电材料，对同一非电物理量的敏感程度不同，甚至差别很大。因此，利用某种导电材料的电阻对某一非电物理量具有较强的敏感特性，就可制成测量该物理量的电阻式传感器。常用的电阻传感器有电位器式、电阻应变式、热敏电阻、气敏电阻、光敏电阻、湿敏电阻等。利用电阻传感器可以测量应变、力、位移、荷重、加速度、压力、转矩、温度、湿度、气体成分及浓度等。下图是电阻应变式荷重传感器的示意图。2．电容式传感器电容式传感器是以各种类型的电容器作为敏感元件，将被测物理量的变化转换为电容量的变化，再由测量电路转换为电压、电流

4、或频率的变化，以达到检测的目的。因此，凡是能引起电容量变化的有关非电量，均可用电容式传感器进行电测变换。根据变换原理的不同，电容式传感器有变极距型、变面积型、变介质型三种。它不仅能测量荷重、位移、振动、角度、加速度等机械量，还能测量压力、液面、料面、成分含量等热工量。图3-3是电容式差压变送器的示意图。3．电感式传感器电感式传感器是利用线圈自感或互感系数的变化来实现非电量电测的一种装置。电感式传感器一般分为自感式和互感式两大类。人们习惯上讲电感式传感器通常指自感式传感器，而互感式传感器由于是利用变压器原理，又往往做成差动式，故常称为差动

5、变压器式传感器。利用电感式传感器能对位移、压力、振动、应变、流量等参数进行测量。4．压电式传感器压电式传感器是利用某些电介质材料具有压电效应现象制成的。有些电介质材料在一定方向上受到外力（压力或拉力）作用而变形时，在其表面上产生电荷；外力去掉后，又回到不带电状态，这种将机械能转换成电能的现象，称为正压电效应，简称压电效应。压电传感器主要用来测量力、加速度、振动等非电物理量。5．光电式传感器光电式传感器是将光信号转化为电信号的一种传感器。它的理论基础是光电效应。这类效应大致可分为三类。第一类是外光电效应，即在光照射下，能使电子逸出物体表面

6、。利用这种效应所做成的器件有真空光电管、光电倍增管等；第二类是内光电效应，即在光线照射下，能使物质的电阻率改变。这类器件包括各类半导体光敏电阻；第三类是光生伏特效应，即在光线作用下，物体内产生电动势的现象，此电动势称为光生电动势。这类器件包括光电池、光电晶体管等。光电耦合器是由一个发光元件和一个光电元件同时封装在一个外壳内组合而成的光电转换元件。它实际上是一个电隔离转换器，具有单向信号传输功能，抗干扰能力强，在控制电路中，经常用于电路隔离、电平转换、噪声抑制等场合。光电开关是一种利用感光元件对变化的入射光加以接收，并进行光电转换，同时加

7、以某种形式的放大和控制，从而获得最终的控制输出“开”、“关”信号的器件，如图3-4所示。光电开关广泛应用于工业控制、自动化包装线及安全装置中作为光控制和光探测装置。可在自动控制系统中用作物体检测、产品计数、料位检测、尺寸控制、安全报警及计算机输入接口等。6．热电式传感器热电偶传感器的测温原理是热电效应，即把两种不同金属导体接成闭合回路，如果两接点温度不同，则在回路中就会产生热电势，这种由于温度不同而产生电动势的现象，称为热电效应。热电阻传感器测温基于热电阻现象，即导体或半导体的电阻率随温度的变化而变化的现象。利用物质的这一特性制成的温度

8、传感器有金属热电阻传感器（简称热电阻）和半导体热电阻传感器（简称热敏电阻）。一般而言，前者温度升高，电阻值变大；后者温度升高，电阻值变小。7．数字式传感器机电控制系统对检测技术提出了数字化、高精度、高效率和