检测系统的基本组成

1、检测技术 在人类的各项生产活动和科学实验中，为了了解和掌握整个过程的进展及其最后结果，经常需要对各种基本参数或物理量进行检查和测量，从而获得必要的信息，并以之作为分析判断和决策的依据。 可以认为检测技术就是人们为了对被测对象所包含的信息进行定性的了解和定量的掌握所采取的一系列技术措施。 随着人类社会进入信息时代，以信息的获取、转换显示和处理为主要内容的检测技术已经发展成为一门完整的技术学科，在促进生产发展和科技进步的广阔领域内发挥着重要作用。1 检测技术的发展趋势1.1.不断提高检测系统的测量精度、量程范围、延不断提高检测系统的测量精度、量程范围、延长使用寿命、提高可靠性：长使用寿命、提高可靠

2、性：检测技术的发展趋势2.应用新技术和新的物理效应，扩大检测领域应用新技术和新的物理效应，扩大检测领域检测技术的发展趋势3.3.发展集成化、功能化的传感器发展集成化、功能化的传感器4.4.采用计算机技术，使检测技术智能化采用计算机技术，使检测技术智能化5.5.发展网络化传感器及检测系统发展网络化传感器及检测系统 2.检测系统的基本组成 检测系统的组成检测系统的组成1)1)传感器传感器定义：传感器是检测系统与被测对象直接发生联系的器件或装置。作用：感受指定被测参量的变化并按照一定规律转换成一个相应的便于传递的输出信号。传感器的分类 按被测参量分类 1)、电工量 2)、热工量 3)、机械量 4)、

3、物性和成分量 5)、光学量 6)、状态量 按传感器转换机理（工作原理）分类 1)、 电磁转换2)、光电转换 3)、其它能/电转换 按输出信号分类传感器的要求 (1) 准确性 (2) 稳定性 (3) 灵敏度 (4) 其他要求2) 2) 信号调理信号调理作用：是对传感器输出的微弱信号进行检波、转换、滤波、放大等，以方便检测系统后续处理或显示。组成：通常包括滤波、放大、线性化等环节。信号调理电路的一般要求1)能准确转换、稳定放大、可靠地传输信号；2)信噪比高，抗干扰性能要好。3) 3) 数据采集数据采集作用：对信号调理后的连续模拟信号离散化并转换成与模拟信号电压幅度相对应的一系列数值信息，同时以一定

4、的方式把这些转换数据及时传递给微处理器或依次自动存储。 性能指标 (1)输入模拟电压信号范围，单位:V；(2)转换速度（率），单位:次/秒；(3)分辨率，通常以模拟信号输入为满度时的转换值的倒数来表征；(4)转换误差，通常指实际转换数值与理想A/D转换器理论转换值之差。4) 4) 信号处理信号处理作用：信号处理模块是现代检测仪表、检测系统进行数据处理和各种控制的中枢环节，其作用与功能和人的大脑相类似。5) 5) 信号显示信号显示作用：显示被测参量的瞬时值、累积值或其随时间的变化情况；分类：指示式、数字式和屏幕式。6) 6) 信号输出信号输出作用：把测量值及时传送给控制计算机、可编程控制器（PL

5、C）或其它执行器、打印机、记录仪等，从而构成闭环控制系统或实现打印（记录）输出。7) 7) 输入设备输入设备定义：输入设备是操作人员和检测仪表或检测系统联系的另一主要环节，用于输入设置参数、下达有关命令等。最常用的输入设备是各种键盘、拨码盘、条码阅读器等。8)8)稳压电源稳压电源一个检测仪表或检测系统往往既有模拟电路部分，又有数字电路部分，通常需要多组幅值大小要求各异但均需稳定的电源。这类电源在检测系统使用现场一般无法直接提供，通常只能提供交流220 V工频电源或+24V直流电源。 值得一提的是，以上七个部分不是所有的检测系统(仪表)都具备的，而且对有些简单的检测系统、其各环节之间的界线也不是

6、十分清楚，需根据具体情况进行分析。3 模拟信号制及供电方式 信号制模拟气压信号： 0.02-0.1MPa直流电流： 420mA模拟直流电压： 15V电的信号主要有模拟信号、数字信号、频率信号和脉宽信号等四大类电模拟信号有直流电流、直流电压、交流电流和交流电压四种直流信号与交流信号的比较 在信号传输线中，直流不受交流感应影响，易于解决仪表的抗干扰问题 直流不受传输线路的电感、电容及负荷性质的影响，不存在相位移问题，使接线简化 直流信号便于模数转换 直流信号易于获得基准电压直流电流信号 应用直流作为统一信号时，如一个发送仪表输出电流同时输送给几个接收仪表，那么所有这些仪表必须串联连接。同时发送仪表

7、的输出电阻要足够大，而接收仪表如调节器等的输入电阻应很小。 Why？ 串联制的缺点 一台仪表损坏或增减将影响其他仪表 仪表的输出端处于高电位工作，仪表可靠性差 检查各台表的电路电位困难直流电压信号 应用电压信号作为联络信号时，如一个发送仪表的输出电压要同时输送给几个接收仪表，则几台接收仪表应并联连接。要求仪表内阻及导线电阻足够小。因此电压信号不适于作远距离传输。并联制优点 安装简单 增加或取消仪表不影响其它仪表 耐压要求低，可靠性高信号上下限大小的比较 电流信号上限大：降低对集成运算放大器失调参数的要求，有利于生产和降低成本。但是增加了功率损失，仪表体积，不利于提高防爆性能 信号下限：从零开始

8、；活零点（判断断线与是否工作，半导体在好的工组段；两线制）变送器信号传输方式变送器信号传输方式供电方式 交流供电 缺点： 直流集中供电 好处：典型的仪表系统基地式系统基地式仪表基地式仪表第0代常规仪表控制系统单元组合仪表：单元组合仪表：调、变、执、算调、变、执、算(DDZ-II、III、QDZ)第第1代代 DDC控制变、执变、执(DDZ-II、III) 集中型计算机控制系统变、执变、执(DDZ-II、III) 第2代DCSOS：小型机、：小型机、IPCCS：IPC、PLC、智能调节器智能调节器现场仪表：现场仪表：DDZ-III为主为主 第3代*分布式IO DCS现场信号根据传输距离或功能现场信

9、号根据传输距离或功能不同连接到现场不同连接到现场I/O设备上，各设备上，各现场现场I/O设备与控制站间通过网设备与控制站间通过网络（现场总线）连接。络（现场总线）连接。现场仪表：现场仪表：DDZ-III、总线仪表总线仪表 过渡型过渡型*FCS将全厂最基础的现场将全厂最基础的现场级仪表和装置均通过级仪表和装置均通过现场总线连接起来，现场总线连接起来，实现全数字化通讯。实现全数字化通讯。现场仪表：总线仪表现场仪表：总线仪表 第第4代代*全数字控制仪表间的通信方式 数字通信较模拟通信的优点：1）全数字控制仪表间的通信方式 现场总线 全数字控制仪表间的通信方式OSI模型模型： 物理层物理层 链路层链路

10、层 网络层网络层 传输层传输层 会话层会话层 表示层表示层 应用层应用层现场总线现场总线： 通信过程通信过程 1. 需要信息交换时，命令或数据按应用层规定需要信息交换时，命令或数据按应用层规定 产生产生 2. 按数据链路层的规定进行包装按数据链路层的规定进行包装 3. 包装后的信息在物理层进行再加工后转换成包装后的信息在物理层进行再加工后转换成 符号标准的电信号符号标准的电信号 4. 接收信息的仪表进行相反的开包，去掉物理接收信息的仪表进行相反的开包，去掉物理 层所加信息，得到命令和数据，不同层按规层所加信息，得到命令和数据，不同层按规 定协议进行，所以能相互理解定协议进行，所以能相互理解现场总线控制系统（FCS）与DCS传统的传统的 4-20 mA 连线连线每台设备需要一个安全栅每台设备需要一个安全栅和一对连线和一对连线现场总线连线现场总线连线多台设备共用一个安全栅多台设备共用一个安全栅和一根总线和一根总线控制器控制器控制系统网络控制系统网络现场总线现场总线4-20 mA输入输入/输出输出子系统子系统I.S.I.S.I.S.I.S.控制器控制器现场总线控制系统（FCS）与DCS传统型传统型现场总线型现场总线型有些控制和有些控制和 I/O 功能可以转功能可以转移到现场仪表移到现场仪表。控制器控制器控制系统网络控制系统网络现场总线现场总线4-20 mA输入输入/输出输出子系统子系