傳感器認(rèn)知項(xiàng)目8

學(xué)習(xí)目標(biāo)技能目標(biāo)

能綜合分析各種傳感器在實(shí)際測(cè)量中的作用能根據(jù)實(shí)際測(cè)試條件選擇適合的傳感器能使用常用傳感器進(jìn)行實(shí)際測(cè)量知識(shí)目標(biāo)

熟練掌握常用傳感器的名稱、原理、使用特點(diǎn)和安裝要求

項(xiàng)目8傳感器傳感器的綜合應(yīng)用任務(wù)1傳感器在冶金生產(chǎn)中的典型應(yīng)用

高爐煉鐵就是在高爐中將鐵從鐵礦石中還原出來(lái)，并熔化成生鐵。高爐是一個(gè)豎式的圓筒形爐子，其本體包括爐基、爐殼、爐襯、冷卻設(shè)備和高爐支柱組成，而高爐內(nèi)部工作空間又分為爐喉、爐身、爐腰、爐腹和爐缸五段。高爐生產(chǎn)除本體外，還包括上料系統(tǒng)、送風(fēng)系統(tǒng)、煤氣除塵系統(tǒng)、渣鐵處理系統(tǒng)和噴吹系統(tǒng)。高爐產(chǎn)品包括各種生鐵、爐渣、高爐煤氣以及爐塵。圖8.1煉鐵生產(chǎn)過(guò)程工藝參數(shù)檢測(cè)與控制系統(tǒng)圖1．高爐本體檢測(cè)和控制為了準(zhǔn)確、及時(shí)地判斷高爐爐況和控制整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的正常運(yùn)行，必須檢測(cè)高爐內(nèi)各部位的溫度、壓力等參數(shù)。（1）溫度。需檢測(cè)的溫度點(diǎn)包括爐頂溫度、爐喉溫度、爐身溫度和爐基溫度，并采用多點(diǎn)式自動(dòng)電子電位差計(jì)指示和記錄。（2）差壓（壓力）。需檢測(cè)大小料鐘間的差壓、熱風(fēng)環(huán)管與爐頂間的差壓及爐頂煤氣壓力。2．送風(fēng)系統(tǒng)檢測(cè)和控制

送風(fēng)系統(tǒng)主要考慮鼓風(fēng)溫度和濕度的自動(dòng)控制，均采用單回路控制方案。3、熱風(fēng)爐煤氣燃燒自動(dòng)控制（1）煤氣與空氣的比例控制。（2）煙道廢氣中含氧量的控制。（3）爐頂溫度控制。（4）煙道廢氣溫度控制。（5）煤氣壓力控制。此外，還有噴吹重油自動(dòng)控制、吹氧系統(tǒng)自動(dòng)控制、煤氣凈化系統(tǒng)自動(dòng)控制、汽化冷卻系統(tǒng)自動(dòng)控制等。目前，大中型高爐煉鐵生產(chǎn)都采用了先進(jìn)的集散控制系統(tǒng)（DCS），實(shí)現(xiàn)了集中監(jiān)視和分散控制。

3．熱風(fēng)爐煤氣燃燒自動(dòng)控制

圖8.2熱風(fēng)爐煤氣燃燒自動(dòng)檢測(cè)控制系統(tǒng)任務(wù)2傳感器在化工生產(chǎn)中的典型應(yīng)用在石油、化工工業(yè)中，許多原料、中間產(chǎn)品或粗成品，通常都是由若干組分所組成的混合物，蒸（精）餾塔就是用于將若干組分所組成的混合物（如石油等）通過(guò)精餾，將其中的各組分分離和精制，使之達(dá)到規(guī)定純度的重要設(shè)備之一。對(duì)蒸餾塔的控制要求通常分為質(zhì)量指標(biāo)、產(chǎn)品質(zhì)量和能量消耗三方面。圖8.3常壓蒸餾塔生產(chǎn)過(guò)程工藝參數(shù)的檢測(cè)與控制系統(tǒng)圖1．蒸餾塔參數(shù)檢測(cè)（1）溫度測(cè)量：包括原油入口溫度、塔頂蒸氣溫度，可用熱電偶測(cè)量。（2）流量測(cè)量：需測(cè)量燃料（煤氣和燃油）流量、原油流量、回流量、各組分及重油流量等。絕大部分流量信號(hào)可采用孔板與差壓變送器配合測(cè)量，對(duì)于像重油這樣的高黏度液體，不能采用孔板測(cè)量，應(yīng)選用容積式流量傳感器（如橢圓齒輪流量傳感器）進(jìn)行測(cè)量。（3）液位測(cè)量：回流槽液位、水與汽油的相界位、其他組分液位以及蒸餾塔底液位等，采用差壓式液位傳感器或差壓變送器測(cè)量。2．蒸餾塔自動(dòng)控制系統(tǒng)

（1）原油溫度和流量控制。（2）回流控制。（3）重油及各組分流量控制。任務(wù)3傳感器在數(shù)控機(jī)床中的典型應(yīng)用

數(shù)字控制機(jī)床（NumericallyControlledMachineTool）簡(jiǎn)稱數(shù)控機(jī)床。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床采用了計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控機(jī)床一般由數(shù)控系統(tǒng)、包含伺服電動(dòng)機(jī)和檢測(cè)反饋裝置的伺服系統(tǒng)、強(qiáng)電控制柜、機(jī)床本體和各類輔助裝置組成。圖8.4數(shù)控機(jī)床的系統(tǒng)組成框圖增量式絕對(duì)式直線型直線旋轉(zhuǎn)變壓器計(jì)量光柵磁尺激光干涉儀三速感應(yīng)同步器絕對(duì)值式磁尺旋轉(zhuǎn)型脈沖編碼器旋轉(zhuǎn)變壓器圓感應(yīng)同步器圓光柵、圓磁柵多速旋轉(zhuǎn)變壓器絕對(duì)脈沖編碼器三速圓感應(yīng)同步器檢測(cè)裝置由傳感器和檢測(cè)電路兩部分組成，分為位移、速度和電流三種類型，而位置檢測(cè)裝置基本上又分為直線型和旋轉(zhuǎn)型兩大類。直線型位置裝置用來(lái)檢測(cè)運(yùn)動(dòng)部分的直線位移量；旋轉(zhuǎn)型位置檢測(cè)裝置用來(lái)檢測(cè)回轉(zhuǎn)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)位移量。表8.1常用的檢測(cè)裝置1．光柵光柵又稱光電脈沖發(fā)生器，是利用光的透射、干涉現(xiàn)象制成的光電檢測(cè)元件，主要由標(biāo)尺光柵和光柵讀數(shù)頭組成。標(biāo)尺光柵和指示光柵統(tǒng)稱為光柵尺，它們是在真空鍍膜的玻璃上或長(zhǎng)條形金屬鏡面上刻出均勻密集的線紋。玻璃尺光柵稱為透射光柵，金屬尺光柵稱為反射光柵。光柵讀數(shù)頭又叫光電轉(zhuǎn)換器，由光源、透鏡、指示光柵、光敏元件和驅(qū)動(dòng)線路組成，其作用是把光柵莫爾條紋變成電信號(hào)。1—防護(hù)墊；2—光柵讀數(shù)頭；3—標(biāo)尺光柵；4—防護(hù)罩圖8.5光柵檢測(cè)裝置的安裝結(jié)構(gòu)1—光源；2—透鏡；3—指示光柵；4—光敏元件；5—驅(qū)動(dòng)線路圖8.6光柵讀數(shù)頭2．感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器是一種電磁感應(yīng)式多級(jí)位置傳感元件，由旋轉(zhuǎn)變壓器演變而來(lái)。感應(yīng)同步器按運(yùn)動(dòng)方式分為旋轉(zhuǎn)式（圓形感應(yīng)同步器）和直線式兩種。前者用來(lái)傳感和測(cè)量角度位移信號(hào)，后者用來(lái)傳感和測(cè)量直線位移信號(hào)。在結(jié)構(gòu)上兩者都包括固定的和運(yùn)動(dòng)的兩大部分，對(duì)旋轉(zhuǎn)式的分別稱為定子和轉(zhuǎn)子，對(duì)直線式的則分別稱為定尺和滑尺。（1）感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)數(shù)控機(jī)床上一般采用直線式感應(yīng)同步器。通常定尺繞組做成連續(xù)式單相繞組，滑尺繞組做成分段式的兩相正交繞組。圖8.8直線感應(yīng)同步器的定尺和滑尺圖8.9定尺上的感應(yīng)電壓與滑尺的關(guān)系在閉環(huán)控制的機(jī)床中，檢測(cè)裝置的主要作用是檢測(cè)位移量。全閉環(huán)控制方式中，位置反饋裝置采用直線位移檢測(cè)元件（目前一般采用光柵尺），安裝在機(jī)床的床鞍部位，直接檢測(cè)機(jī)床坐標(biāo)的直線位移量，通過(guò)反饋可以消除從電動(dòng)機(jī)到機(jī)床床鞍的整個(gè)機(jī)械傳動(dòng)鏈中的傳動(dòng)誤差，得到很高的機(jī)床靜態(tài)定位精度，可用于數(shù)控坐標(biāo)鏜床、數(shù)控精密磨床中。半閉環(huán)控制方式中，位置反饋采用轉(zhuǎn)角檢測(cè)元件，直接安裝在伺服電動(dòng)機(jī)或絲杠端部。由于大部分機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)未包括在閉環(huán)內(nèi)，可獲得較穩(wěn)定的控制特性，大部分機(jī)床均采用此種形式。圖8.10全閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖圖8.11半閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖任務(wù)4傳感器在現(xiàn)代汽車(chē)中的典型應(yīng)用種類檢測(cè)對(duì)象溫度傳感器冷卻水、排出氣體（催化劑）、吸入空氣、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油、室內(nèi)外空氣壓力傳感器進(jìn)氣歧管、大氣壓力、燃燒壓、發(fā)動(dòng)機(jī)油壓、制動(dòng)壓、各種泵壓、輪胎壓轉(zhuǎn)速傳感器曲柄轉(zhuǎn)角、曲柄轉(zhuǎn)數(shù)、車(chē)輪速度速度、加速度傳感器車(chē)速、加速度流量傳感器吸入空氣流量、燃料流量、排氣再循環(huán)量、二次空氣量、冷媒流量液量傳感器燃料、冷卻水、電解液、洗窗器液、機(jī)油、制動(dòng)液位移方位傳感器節(jié)氣門(mén)開(kāi)度、排氣再循環(huán)閥開(kāi)量、車(chē)高（懸梁、位移）、行駛距離、行駛方位排出氣體濃度傳感器O2、CO2、NOx、HC化合物、柴油煙度其他傳感器轉(zhuǎn)矩、爆震、燃料酒精成分、濕度、玻璃結(jié)露、鑒別飲酒、催眠狀態(tài)、蓄電池電壓、蓄電池容量、燈泡斷線、荷重、沖擊物、輪胎失效率表8.2

汽車(chē)用傳感器的種類

1.ABS系統(tǒng)汽車(chē)防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱ABS）是由傳感器、電子控制器和執(zhí)行器三大部分組成。電子控制器又叫電控單元ECU（ElectronicControlUnit）。

傳感器主要是車(chē)輪轉(zhuǎn)速傳感器，其作用是對(duì)車(chē)輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，獲取車(chē)輪轉(zhuǎn)速（速度）信號(hào)；電控單元ECU的主要作用是接受車(chē)輪轉(zhuǎn)速傳感器送來(lái)的脈沖信號(hào)，計(jì)算出輪速、參考車(chē)速、車(chē)輪減速度、滑移率等，并進(jìn)行判斷、輸出控制指令給執(zhí)行器；制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器是主要的執(zhí)行器，在接受了電控單元ECU的指令后，驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)器中的的電磁閥動(dòng)作，調(diào)節(jié)制動(dòng)器的壓力，使之增大、保持或減小，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)系壓力的控制功能，使各車(chē)輪的制動(dòng)力滿足少量滑動(dòng)但接近抱死的制動(dòng)狀態(tài)，以使車(chē)輛在緊急剎車(chē)時(shí)不致失去方向性和穩(wěn)定性。1—車(chē)輪轉(zhuǎn)速傳感器；2—制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器；3—電子控制器圖8.12ABS工作原理

1—轉(zhuǎn)向盤(pán)；2—?dú)饽遥?—緩沖墊；4—充氣泵；5—傳感器圖8.13機(jī)械式安全氣囊

2.安全氣囊汽車(chē)安全氣囊有機(jī)械式和電子式兩大類型。全機(jī)械式安全氣囊系統(tǒng)的氣囊、充氣泵、傳感器等部件集中裝在轉(zhuǎn)向盤(pán)內(nèi)。圖8.15電子式氣囊程序框圖任務(wù)5傳感器在環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)中的典型應(yīng)用

根據(jù)污染物產(chǎn)生的原因，空氣污染物一般可分為天然空氣污染源和人為空氣污染源?？諝馕廴颈O(jiān)測(cè)是環(huán)境保護(hù)工作的重要內(nèi)容。在進(jìn)行空氣污染各項(xiàng)監(jiān)測(cè)時(shí)，需要對(duì)采樣點(diǎn)的布設(shè)、采樣時(shí)間和頻度、氣象觀測(cè)、地理特點(diǎn)、工業(yè)布局、采樣方法、測(cè)試方法和儀器等進(jìn)行綜合考慮。用于空氣污染監(jiān)測(cè)的采樣儀器主要由收集器、流量計(jì)和抽氣動(dòng)力3部分組成。1—吸收管；2—濾水阱；3—流量傳感器；4—流量調(diào)節(jié)閥；5—抽氣泵；6—穩(wěn)流器；7—電動(dòng)機(jī)；8—電源；9—定時(shí)器圖12.8攜帶式采樣器工作原理圖

任務(wù)6傳感器在智能樓宇中的典型應(yīng)用火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)及其對(duì)應(yīng)的安全系統(tǒng)是智能建筑中的重要組成部分。新型傳感器將使火災(zāi)探測(cè)更為及時(shí)有效；無(wú)線系統(tǒng)的使用消除對(duì)大量電纜線的需要，并為消防員在到達(dá)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)前制訂出滅火策略提供更多的機(jī)會(huì)；集成建筑系統(tǒng)減少了火災(zāi)誤報(bào)警的可能，加快建筑內(nèi)的應(yīng)急疏散并有助于滅火行動(dòng)。1．多功能化學(xué)氣體探測(cè)器多功能化學(xué)氣體探測(cè)器可以同時(shí)探測(cè)火災(zāi)和監(jiān)視室內(nèi)空氣的質(zhì)量。化學(xué)傳感技術(shù)可以探測(cè)出物質(zhì)燃燒前和燃燒中釋放的幾乎所有穩(wěn)定的氣體微粒。在1in2（6.4516cm2）可安裝幾百只單獨(dú)的傳感器，排列成一個(gè)矩陣，通過(guò)覆蓋不同的半導(dǎo)體物質(zhì)，可以產(chǎn)生數(shù)百個(gè)不同的氣體特性數(shù)據(jù)，可同時(shí)監(jiān)控環(huán)境和探測(cè)火災(zāi)及煙。嗅覺(jué)傳感器矩陣系統(tǒng)可以探測(cè)到CO（一氧化碳）、CO2（二氧化碳）和煙霧等環(huán)境條件的變化。

2．計(jì)算機(jī)視頻系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)視頻系統(tǒng)主要應(yīng)用于樓宇保安。視頻火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)結(jié)合了攝像機(jī)、計(jì)算機(jī)和人工智能技術(shù)，實(shí)時(shí)處理許多圖像影像，在很短的時(shí)間內(nèi)，可靠地探測(cè)到遠(yuǎn)距離外很小的火情，并能識(shí)別出火災(zāi)的地點(diǎn)、跟蹤火勢(shì)增長(zhǎng)并監(jiān)視滅火行動(dòng)。在一些應(yīng)用場(chǎng)合，視頻火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)與紅外線傳感器相結(jié)合可以提高探測(cè)能力，還可以和CCD攝像機(jī)相結(jié)合，自動(dòng)評(píng)估與火災(zāi)輻射有關(guān)的明亮區(qū)域的圖像信息，增加系統(tǒng)可靠性。3．無(wú)線傳感器無(wú)線火災(zāi)探測(cè)器是智能建筑中另外一種重要技術(shù)。在大型建筑中，無(wú)線傳感器通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與其他樓宇系統(tǒng)通信。例如，當(dāng)有煙霧或溫度劇變時(shí)，報(bào)警信號(hào)通過(guò)無(wú)線電、紅外線、紫外線或微波形式傳送到控制機(jī)，無(wú)線傳感器不但可以方便地安裝于室內(nèi)的任意位置，而且可以被安裝在外部或者有線安裝無(wú)法實(shí)現(xiàn)的場(chǎng)所（如一些古老的建筑中），并且與控制系統(tǒng)不需要硬線連接。4．遠(yuǎn)地監(jiān)控技術(shù)可以向樓宇管理人員提供足夠的火災(zāi)信息以減少反應(yīng)時(shí)間、提高反應(yīng)效率，及時(shí)啟動(dòng)消防滅火系統(tǒng)。先進(jìn)的火災(zāi)報(bào)警控制機(jī)內(nèi)置了用于遠(yuǎn)距離控制的調(diào)制解調(diào)器，當(dāng)有火災(zāi)發(fā)生時(shí)，詳細(xì)和全面的本地火災(zāi)信息能通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)被直接傳送到相關(guān)的消防部門(mén)，消防員獲得信息后確定潛在的危險(xiǎn)。全集成化的遠(yuǎn)距離監(jiān)控系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)在通往火場(chǎng)的路上就制定出滅火方案。遠(yuǎn)距離監(jiān)控系統(tǒng)將對(duì)財(cái)產(chǎn)和生命的保護(hù)贏得寶貴的時(shí)間。任務(wù)7傳感器在日常生活中的應(yīng)用1.傳感器在全自動(dòng)洗衣機(jī)中的應(yīng)用

全自動(dòng)洗衣機(jī)采用了模糊控制系統(tǒng)，是一種模仿人類控制經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)的智能控制系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)被洗衣物的數(shù)量（重量）、布料質(zhì)地（粗糙、軟硬程度）以及污染的程度和性質(zhì)進(jìn)行識(shí)別，在經(jīng)過(guò)綜合分析和判斷之后，以最佳的洗滌方案自動(dòng)地完成“進(jìn)水”、“洗滌”、“排水”、“脫水”等全過(guò)程，使洗衣機(jī)省水、省電、省洗滌劑，減少衣物磨損，給使用者帶來(lái)了極大的方便。

如圖所示，用微電腦控制洗滌程序，同時(shí)設(shè)置有水位傳感器、布量傳感器和光電傳感器等，使洗衣機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)進(jìn)水、控制洗滌進(jìn)度和脫水時(shí)間。

1—水位傳感器；2—布量傳感器；3—電動(dòng)機(jī)；4—脫水缸；5—光電傳感器；6—排水閥圖8.17全自動(dòng)洗衣機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

2.IC卡智能水表的應(yīng)用（1）測(cè)量原理一體化IC卡智能水表，由流量測(cè)量機(jī)構(gòu)、隔膜閥控制機(jī)構(gòu)、防竊水結(jié)構(gòu)、IC卡和單片機(jī)、電源及表殼等幾部分構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)原理如圖8.18所示。理論分析證明，通過(guò)葉輪的水流量與葉輪的旋轉(zhuǎn)速度成正比，因此只要準(zhǔn)確測(cè)量出葉輪的旋轉(zhuǎn)速度，即能測(cè)量出水流量的大小。圖8.18一體化IC卡水表結(jié)構(gòu)原理圖

（2）硬件與軟件

①硬件。一體化IC卡水表采用內(nèi)含EPROM的87C51組成單片機(jī)系統(tǒng)。非易失性E2PROM芯片AT24C02存儲(chǔ)用戶密碼、時(shí)間、購(gòu)水量、累計(jì)用水量、剩余用水量、竊水記錄等重要數(shù)據(jù)，并采用SLE4442邏輯加密卡保護(hù)存儲(chǔ)器和加密存儲(chǔ)器，保證IC卡的安全。水流量測(cè)量選用CS837霍爾傳感器。②軟件。一體化IC卡水表的軟件主要由主程序和INT0、INT1中斷服務(wù)程序組成。主程序通過(guò)判斷使用條件，控制開(kāi)閥的動(dòng)作，并通過(guò)電源監(jiān)控來(lái)保證IC卡水表安全可靠地運(yùn)行。INT0中斷服務(wù)程序主要用于水量的監(jiān)控，在水量達(dá)到臨界及無(wú)剩余水量時(shí)均給出聲光報(bào)警。INT1中斷服務(wù)程序通過(guò)各開(kāi)關(guān)的狀態(tài)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)廠家調(diào)試校正當(dāng)?shù)貢r(shí)間、判斷IC卡是否插入IC卡卡座、切換顯示及防止用戶私開(kāi)表蓋竊水等功能。物聯(lián)網(wǎng)及其在鋼鐵企業(yè)的應(yīng)用1、物聯(lián)網(wǎng)知識(shí)

物聯(lián)網(wǎng)（TheInternetofthings）概念于1999年由美國(guó)麻省理工學(xué)院的Auto-ID首次提出，目前還沒(méi)有統(tǒng)一定義，較常見(jiàn)的表述為物聯(lián)網(wǎng)就是給物品置入電子標(biāo)簽（RFID）、GPS、傳感器等感知裝置，按約定通信協(xié)議與互聯(lián)網(wǎng)連接，實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理