【正文】 計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 第 2章輸入輸出接口與過(guò)程通道技術(shù) 2 167。 第二章 輸入輸出接口與過(guò)程通道技術(shù) 內(nèi)容提要 內(nèi) 容 提 要 一、輸入輸出過(guò)程通道概述 二、模擬量輸入通道 三、模擬量輸出通道 四、數(shù)字量（開(kāi)關(guān)量）輸入輸出通道 五、測(cè)量數(shù)據(jù)的預(yù)處理技術(shù) 六、輸入輸出通道模板實(shí)例 3 167。 第二章 輸入輸出接口與過(guò)程通道技術(shù) 輸入輸出接口概述 圖 21 過(guò)程通道組成結(jié)構(gòu)圖 過(guò)程通道起到了 CPU和被控對(duì)象之間的信息傳送和變換的橋梁作用。包括模擬輸入通道、模擬輸出通道、數(shù)字輸入通道和數(shù)字輸出通道四種，如圖 21所示。 4 表 21 生產(chǎn)過(guò)程輸入輸出信息來(lái)源與用途 信息種類 輸入信息來(lái)源或輸出信息的用途 模擬量輸入 數(shù)字量輸入 脈沖計(jì)數(shù)器 模擬量輸出 數(shù)字量輸出 溫度、壓力、物位、轉(zhuǎn)速、成分等 接點(diǎn)的通斷狀態(tài)、電平高低狀態(tài)、數(shù)字裝置的輸出數(shù)碼等 流量積算、電功率 計(jì)算 、轉(zhuǎn)速及脈沖形式的輸入信號(hào)等 控制執(zhí)行裝置、顯示、記錄等 對(duì)執(zhí)行器進(jìn)行控制、報(bào)警顯示等 167。 第二章 輸入輸出接口與過(guò)程通道技術(shù) 輸入輸出接口概述 5 模擬輸入通道完成模擬量的采集并轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送入計(jì)算機(jī)的任務(wù)。通常也把模擬量輸入接口 簡(jiǎn)稱為 A／ D通道 。主要由 信號(hào)調(diào)理單元 、 多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān) 、 程控放大器 、 采樣保持器 、A/D轉(zhuǎn)換器 和 控制電路 組成。 圖 22 模擬量輸入通道方框圖 167。 第二章 輸入輸出接口與過(guò)程通道技術(shù) 模擬量輸入通道 模擬量輸入通道 6 傳感器的作用：主要是將 物理信號(hào) 轉(zhuǎn)變?yōu)?電信號(hào) 。 工業(yè)過(guò)程中 主要的物理參數(shù) 有： 溫度 壓力 流量 物位（液位） 機(jī)械量 成分 一、傳感器（自學(xué)） 167。 第二章 輸入輸出接口與過(guò)程通道技術(shù) 傳感器 7 熱電偶： 測(cè)溫范圍寬，一般為 50℃ ~+1600 ℃ ，常用于 高溫測(cè)量 或 精度要求不高的場(chǎng)合 ，此外由于材料較柔軟，便于折彎，因此可以對(duì)物體 表面溫度 進(jìn)行測(cè)量。用熱電偶測(cè)溫時(shí)，要對(duì)其進(jìn)行 冷端補(bǔ)償 。其常用型號(hào)有： K、 J、 T型等 K型熱電偶： 200~1000 ℃ 177。 3 ℃ ， ≤400 ℃ 177。 0 .75℅， ＞ 400 ℃ J型熱電偶： 200~1200 ℃ 177。 ℃ ~ ℃ T型熱電偶： 200~200℃ 177。 ℅ ， 200~50℃ 177。 ℅ ， 50~200℃ 167。 第二章 輸入輸出接口與過(guò)程通道技術(shù) 傳感器 8 熱電阻： 精度高，性能穩(wěn)定，測(cè)溫范圍寬，一般為 200℃ ~+600 ℃ ，工業(yè)中精確測(cè)溫大多用該類傳感器。其類型有：Pt100、 Pt50、 Cu50等。 工業(yè) A級(jí)的 Pt100，精度為 177。 ℃（標(biāo)定前） 167。 第二章 輸入輸出接口與過(guò)程通道技術(shù) 傳感器 9 熱敏電阻： 為 NTC （負(fù)溫度系數(shù)）型 的電阻式溫度傳感器，其 阻值高，反應(yīng)靈敏 ，但 非線性化強(qiáng)烈，性能不穩(wěn)定 ，一般用于非重要的場(chǎng)合。其常用的型號(hào)為 502AT。 167。 第二章 輸入輸出接口與過(guò)程通道技術(shù) 傳感器 10 集成溫度傳感器 ：其特點(diǎn)是 靈敏度高，線形好，體積小，直接輸出電信號(hào)或數(shù)字信號(hào)，使用方便， 精度為 177。 ℃ ，其常用的型號(hào)為 AD590和 DS18B20。 DS18B20 測(cè)量溫度范圍為： 55 ℃ ~+125 ℃ ，在 10~+85 ℃ 范圍內(nèi) ,精度為 177。 ℃ 167。 第二章 輸入輸出接口與過(guò)程通道技術(shù) 傳感器 11 2. 壓力傳感器 表壓或絕壓壓力傳感器： PT110S10B133型壓力傳感器 ： 測(cè)量范圍： 0～ 10bar(公斤） 基本測(cè)量精度： 177。 %FS 壓力接口： M20* 輸出方式： 4～ 20mA 接線端子 : DIN接頭 生產(chǎn)廠家 :上海奇正電子 167。 第二章 過(guò)程通道技術(shù) 模擬量輸入接口技術(shù) 167。 第二章 輸入輸出接口與過(guò)程通道技術(shù) 傳感器12 壓差傳感器： 1151型壓差傳感器： 測(cè)量范圍： 10～ 100kPa 基本測(cè)量精度： % 不確定度 : ≤ 177。 500Pa 167。 第二章 輸入輸出接口與過(guò)程通道技術(shù) 傳感器 13 微壓差傳感器： B0300型壓差傳感器（擴(kuò)散硅型）： 測(cè)量范圍： 0～ 500Pa 基本測(cè)量精度： % 167。 第二章 輸入輸出接口與過(guò)程通道技術(shù) 傳感器 14 大氣壓力傳感器： PTB100型壓力傳感器： 測(cè)量范圍： 80～ 106kPa 基本測(cè)量精度： 177。 30Pa 167。 第二章 輸入輸出接口與過(guò)程通道技術(shù) 傳感器 15 渦輪型流量傳感器： LWGY50A型渦輪流量傳感器： 測(cè)量范圍： 0～ 4m3/h 基本測(cè)量精度： % 167。 第二章 輸入輸出接口與過(guò)程通道技術(shù) 傳感器 16 旋渦（渦街）流量傳感器： YFl00型旋渦流量計(jì) ： 基本測(cè)量精度： 1% 在流體中插入一個(gè)圓柱體或角柱體，則會(huì)從其兩側(cè)交替地產(chǎn)生旋渦。在一定的條件下，這些旋渦的發(fā)生頻率與流速成正比。本流量計(jì)就是應(yīng)用這個(gè)原理，通過(guò)測(cè)試旋渦的頻率，實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量的。 167。 第二章 輸入輸出接口與過(guò)程通道技術(shù) 傳感器 17 電磁流量傳感器： LDCK型電磁流量計(jì) ： 基本測(cè)量精度： % 167。 第二章 輸入輸出接口與過(guò)程通道技術(shù) 傳感器 18 超聲波流量傳感器： 1010SN型超聲波流量計(jì) ： 基本測(cè)量精度： % 167。 第二章 輸入輸出接口與過(guò)程通道技術(shù) 傳感器 19 孔板式流量傳感器： HZKLM型孔板式流量計(jì) ： 基本測(cè)量精度： 1% 167。 第二章 輸入輸出接口與過(guò)程通道技術(shù) 傳感器 20 磁致伸縮液位傳感器： 傳感器： 測(cè)量范圍： ～ 5m 基本測(cè)量精度： % 167。 第二章 輸入輸出接口與過(guò)程通道技術(shù) 傳感器 21 壓力型液位變送器： JYBK***型液位變送器 量程： ,4m,100m 精度： A級(jí) ≤ 177。 ％ B級(jí) ≤ 177。 ％ 167。 第二章 輸入輸出接口與過(guò)程通道技術(shù) 傳感器 22 信號(hào)調(diào)理的作用 ： 主要是將傳感器送來(lái)的非標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)，即變送器所做的工作。 常見(jiàn)的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)： 0～ 10V 0～ 5V 4～ 20mA 1～ 5V 167。 第二章 輸入輸出接口與過(guò)程通道技術(shù) 信號(hào)調(diào)理 二、信號(hào)調(diào)理 23 模擬信號(hào)調(diào)理的功能 低電壓信號(hào) 電流輸入 /輸出 RTDs 和熱敏電阻 熱電偶 應(yīng)變儀 隔離、放大噪聲、濾波 電流與電壓的轉(zhuǎn)換 。 隔離，放大，噪聲濾波 隔離，放大，噪聲濾波 冷端補(bǔ)償 激勵(lì)電源 隔離，放大，噪聲濾波 激勵(lì)電壓 全橋和半橋設(shè)置 隔離，放大，噪聲濾波 多功能 I/O 167。 第二章 過(guò)程通道技術(shù) 信號(hào)調(diào)理 167。 第二章 輸入輸出接口與過(guò)程通道技術(shù) 信號(hào)調(diào)理 24 1. 橋式電路 167。 第二章 過(guò)程通道技術(shù) 信號(hào)調(diào)理 167。 第二章 輸入輸出接口與過(guò)程通道技術(shù) 信號(hào)調(diào)理 電橋電路是最常見(jiàn)的信號(hào)調(diào)理電路之一，通常用于 微電壓 、熱電偶 和 應(yīng)變 測(cè)量中。 圖 23 熱電偶變送器輸入電路 I =1mA R16=R21=10kΩ I1=I2≈。 其它電阻 ≤200Ω R24=RRP2=100Ω 25 167。 第二章 過(guò)程通道技術(shù) 信號(hào)調(diào)理 167。 第二章 輸入輸出接口與過(guò)程通道技術(shù) 信號(hào)調(diào)理 從圖 23可知 (21) 銅電阻 RCu用于熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償 ，顯然，引入銅電阻 RCu能完成自動(dòng)補(bǔ)償?shù)臈l件應(yīng)為： t 1 C uE I R? ? ? ?(22) 26 167。 第二章 過(guò)程通道技術(shù) 信號(hào)調(diào)理 167。 第二章 輸入輸出接口與過(guò)程通道技術(shù) 信號(hào)調(diào)理 (23) 一般地，變送器實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)要求在 冷端溫度為 20℃ 時(shí)完全補(bǔ)償，此時(shí)應(yīng)有 20 0t 1 C u 1 C u C u( 20 0) ( )E E , I R I R R? ? ? ? ? ? ? ?式中 E(20， 0)表示冷端溫度為 0℃ 時(shí)，用熱電偶測(cè)量被測(cè)溫度為 20℃ 的熱電勢(shì) 27 W1用于調(diào)零點(diǎn)， W2用于調(diào)電流， W3用于調(diào)滿刻度 ICL7650 R1 R2 R3 W1 W2 熱電偶 W3 2）熱電偶的輸入電路 167。 第二章 過(guò)程通道技術(shù) 信號(hào)調(diào)理 167。 第二章 輸入輸出接口與過(guò)程通道技術(shù) 信號(hào)調(diào)理 28 熱電阻 ICL7650 R1 R2 Pt100 W1 W2 W3 若 Pt100從 0℃ ～ 100 0℃ 時(shí)變化時(shí)，輸出為 0～ 5V。 若采用 8位 A/D轉(zhuǎn)換器（如 ADC0809），則分辨率為100/256= ℃ ； 若采用 12位 A/D轉(zhuǎn)換器（如 AD574A），則分辨率為100/4096= ℃ ； 167。 第二章 過(guò)程通道技術(shù) 信號(hào)調(diào)理 3）熱電阻的輸入電路 29 放大器 在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，放大器的作用一般是： ① 對(duì)信號(hào)幅度放大； ② 增大輸入阻抗，起到 隔離和緩沖前后級(jí)單元； ③ 抑制噪聲，提高信噪比； ④ 其他作用，如電壓、電流變換 、 量程切換、極性自動(dòng)變換 等。 167。 第二章 輸入輸出接口與過(guò)程通道技術(shù) 信號(hào)調(diào)理 30 儀表 放大器與普通 運(yùn)算放大器 區(qū)別： 運(yùn)算放大器只是在信號(hào)為 單純有效 ，而 沒(méi)有干擾 的情況下方可用于 小信號(hào)放大 ； 普通運(yùn) 算放大器對(duì)于來(lái)自信號(hào)源的 共模干擾信號(hào)不能有效地起到抑制作用； 儀表 放大器（測(cè)量放大器） 具有 高輸入阻抗 ， 低輸出阻抗 ，強(qiáng)抗 共模干擾能力 ， 低溫漂、低失調(diào)電壓和高穩(wěn)定增益。 儀表 放大器 廣泛應(yīng)用于微弱信號(hào)的檢測(cè)系統(tǒng)中，作為 前置放大器 ； 167。 第二章 輸入輸出接口與過(guò)程通道技術(shù) 信號(hào)調(diào)理 31 儀表 放大器的原理結(jié)構(gòu) GF RRG /21 ??6543 RRRR ???FRRR ?? 21167。 第二章 輸入輸出接口與過(guò)程通道技術(shù) 信號(hào)調(diào)理 + R1 1 + + Vi 1 Vi 2 Vo R