计算机控制技术第2章输入输出接口与过程通道技术 第二章第二章 输入输出接口与过程通道技术输入输出接口与过程通道技术内容提要内容提要内容提要一、输入输出过程通道概述一、输入输出过程通道概述 二、模拟量输入通道二、模拟量输入通道 三、模拟量输出通道三、模拟量输出通道四、数字量（开关量）输入输出通道四、数字量（开关量）输入输出通道五、测量数据的预处理技术五、测量数据的预处理技术 六、输入输出通道模板实例六、输入输出通道模板实例 2 第二章第二章 输入输出接口与过程通道技术输入输出接口与过程通道技术输入输出接口概述输入输出接口概述2.12.1输入输出接口概述输入输出接口概述图图2-1 过过程通道程通道组组成成结结构构图图过程通道起到了CPU和被控对象之间的信息传送和变换的桥梁作用。包括模拟输入通道、模拟输出通道、数字输入通道和数字输出通道四种，如图2-1所示。 3模拟输入通道完成模拟量的采集并转换成数字量送入计算机的任务。通常也把模拟量输入接口简称为AD通道。主要由信号调理单元、多路转换开关、程控放大器、采样保持器、A/D转换器和控制电路组成。 图2-2 模拟量输入通道方框图 第二章第二章 输入输出接口与过程通道技术输入输出接口与过程通道技术模拟量输入通道模拟量输入通道 2.22.2模拟量输入通道模拟量输入通道 5 传感器的作用：主要是将传感器的作用：主要是将物理信号物理信号转变为转变为电信号电信号。 工业过程中工业过程中主要的物理参数主要的物理参数有：有：温度温度压力压力流量流量物位（液位）物位（液位）机械量机械量成分成分一、传感器（自学）一、传感器（自学）一、传感器（自学）一、传感器（自学） 第二章第二章 输入输出接口与过程通道技术输入输出接口与过程通道技术传感器传感器61. 1.温度传感器温度传感器 热电偶：热电偶：热电偶：热电偶：测温范围宽，一般为测温范围宽，一般为测温范围宽，一般为测温范围宽，一般为-50 +1600 -50 +1600 ，常用于，常用于，常用于，常用于高温高温高温高温测量测量测量测量或或或或精度要求不高的场合精度要求不高的场合精度要求不高的场合精度要求不高的场合，此外由于材料较柔软，便于折弯，此外由于材料较柔软，便于折弯，此外由于材料较柔软，便于折弯，此外由于材料较柔软，便于折弯，因此可以对物体因此可以对物体因此可以对物体因此可以对物体表面温度表面温度表面温度表面温度进行测量。用热电偶测温时，要对其进行测量。用热电偶测温时，要对其进行测量。用热电偶测温时，要对其进行测量。用热电偶测温时，要对其进行进行进行进行冷端补偿冷端补偿冷端补偿冷端补偿。其常用型号有：。其常用型号有：。其常用型号有：。其常用型号有：KK、J J、T T型等型等型等型等K型热电偶：型热电偶： -2001000 3 ，400 0 .75， 400 J型热电偶：型热电偶： -2001200 1.1 2.2 T型热电偶：型热电偶： -200200 1.5 ， -20050 0.75 ， 50200 第二章第二章 输入输出接口与过程通道技术输入输出接口与过程通道技术传感器传感器7热电阻：热电阻：精度高，性能稳定，测温范围宽，一般为精度高，性能稳定，测温范围宽，一般为-200 -200 +600 +600 ，工业中精确测温大多用该类传感器。其类型有：，工业中精确测温大多用该类传感器。其类型有：Pt100Pt100、Pt50Pt50、Cu50Cu50等。等。工业工业A A级的级的Pt100Pt100，精度为，精度为0.15 0.15 （标定前）（标定前） 第二章第二章 输入输出接口与过程通道技术输入输出接口与过程通道技术传感器传感器8热敏电阻：热敏电阻：热敏电阻：热敏电阻：为为为为NTC NTC （负温度系数）型（负温度系数）型（负温度系数）型（负温度系数）型的电阻式温度传感器，的电阻式温度传感器，的电阻式温度传感器，的电阻式温度传感器，其其其其阻值高，反应灵敏阻值高，反应灵敏阻值高，反应灵敏阻值高，反应灵敏，但，但，但，但非线性化强烈，性能不稳定非线性化强烈，性能不稳定非线性化强烈，性能不稳定非线性化强烈，性能不稳定，一，一，一，一般用于非重要的场合。其常用的型号为般用于非重要的场合。其常用的型号为般用于非重要的场合。其常用的型号为般用于非重要的场合。其常用的型号为502AT502AT。 第二章第二章 输入输出接口与过程通道技术输入输出接口与过程通道技术传感器传感器9集成温度传感器集成温度传感器：其特点是：其特点是灵敏度高，线形好，体积小，灵敏度高，线形好，体积小，直接输出电信号或数字信号，使用方便，直接输出电信号或数字信号，使用方便，精度为精度为0.50.5，其常用的型号为其常用的型号为AD590AD590和和DS18B20DS18B20。DS18B20DS18B20测量温度范围为：测量温度范围为： -55 +125 ，在，在-10+85 范围内范围内,精精度为度为0.5 第二章第二章 输入输出接口与过程通道技术输入输出接口与过程通道技术传感器传感器102. 2. 压力传感器压力传感器 表压或绝压压力传感器：表压或绝压压力传感器：PT110S-10B133型压力传感器： 测量范围：010bar(公斤） 基本测量精度：0.25%FS压力接口：M20*1.5输出方式：420mA接线端子: DIN接头生产厂家:上海奇正电子第二章过程通道技术模拟量输入接口技术模拟量输入接口技术 第二章第二章 输入输出接口与过程通道技术输入输出接口与过程通道技术传感器传感器11压差传感器：压差传感器：1151型压差传感器： 测量范围： -10100kPa 基本测量精度： 0.25%不确定度: 500Pa 第二章第二章 输入输出接口与过程通道技术输入输出接口与过程通道技术传感器传感器12微压差传感器：微压差传感器：B0300B0300型压差传感器（扩散硅型压差传感器（扩散硅型）：型）： 测量范围：测量范围： 0 0500Pa 500Pa 基本测量精度：基本测量精度： 0.15% 0.15% 第二章第二章 输入输出接口与过程通道技术输入输出接口与过程通道技术传感器传感器13大气压力传感器：大气压力传感器：PTB100型压力传感器： 测量范围： 80106kPa 基本测量精度： 30Pa 第二章第二章 输入输出接口与过程通道技术输入输出接口与过程通道技术传感器传感器143.3.流量传感器流量传感器 涡轮型流量传感器：涡轮型流量传感器：LWGY-50A型涡轮流量传感器： 测量范围： 04m3/h 基本测量精度：1.5% 第二章第二章 输入输出接口与过程通道技术输入输出接口与过程通道技术传感器传感器15旋涡（涡街）流量传感器：旋涡（涡街）流量传感器：YFl00型旋涡流量计 ： 基本测量精度： 1% 在流体中插入一个圆柱体或角柱体，则会从其两侧交替地产生旋涡。在一定的条件下，这些旋涡的发生频率与流速成正比。本流量计就是应用这个原理，通过测试旋涡的频率，实现流量测量的。 第二章第二章 输入输出接口与过程通道技术输入输出接口与过程通道技术传感器传感器16电磁流量传感器：电磁流量传感器：LDCK型电磁流量计 ： 基本测量精度： 0.5% 第二章第二章 输入输出接口与过程通道技术输入输出接口与过程通道技术传感器传感器17超声波流量传感器：超声波流量传感器：1010SN型超声波流量计 ： 基本测量精度： 0.5% 第二章第二章 输入输出接口与过程通道技术输入输出接口与过程通道技术传感器传感器18孔板式流量传感器：孔板式流量传感器：HZKL-M型孔板式流量计 ： 基本测量精度： 1% 第二章第二章 输入输出接口与过程通道技术输入输出接口与过程通道技术传感器传感器194.4.液位传感器液位传感器磁致伸缩液位传感器：磁致伸缩液位传感器：传感器： 测量范围：0.25m基本测量精度：0.05% 第二章第二章 输入输出接口与过程通道技术输入输出接口与过程通道技术传感器传感器20压力型液位变送器：压力型液位变送器：JYB-K*-*型液位变送器量程：0-0.5m,4m,100m精度：A级0.25 B级0.5 第二章第二章 输入输出接口与过程通道技术输入输出接口与过程通道技术传感器传感器21信号调理的作用信号调理的作用：主要是将传感器送来的非标准电信号主要是将传感器送来的非标准电信号转变为标准的电信号，即变送器所做的工作。转变为标准的电信号，即变送器所做的工作。常见的标准信号：常见的标准信号：常见的标准信号：常见的标准信号： 0 010V10V 0 05V5V 4 420mA20mA 1 15V5V 第二章第二章 输入输出接口与过程通道技术输入输出接口与过程通道技术信号调理信号调理二、信号调理二、信号调理22模拟信号调理的功能模拟信号调理的功能低电压信号低电压信号电流输入电流输入/输出输出RTDs 和热敏电阻和热敏电阻热电偶热电偶应变仪应变仪隔离、放大噪声、滤波隔离、放大噪声、滤波电流与电压的转换电流与电压的转换;隔离，放大，噪声滤波隔离，放大，噪声滤波隔离，放大，噪声滤波隔离，放大，噪声滤波冷端补偿冷端补偿激励电源激励电源隔离，放大，噪声滤波隔离，放大，噪声滤波激励电压激励电压全桥和半桥设置全桥和半桥设置隔离，放大，噪声滤波隔离，放大，噪声滤波多功能多功能I/O第二章过程通道技术信号调理信号调理 第二章第二章 输入输出接口与过程通道技术输入输出接口与过程通道技术信号调理信号调理231. 1. 桥式电路桥式电路桥式电路桥式电路第二章过程通道技术信号调理信号调理 第二章第二章 输入输出接口与过程通道技术输入输出接口与过程通道技术信号调理信号调理电桥电路是最常见的信号调理电路之一，通常用于微电压、热电偶和应变测量中。图2-3 热电偶变送器输入电路 I =1mA R16=R21=10k I1=I20.5mA。 其它电阻200 R24=RRP2=100 24第二章过程通道技术信号调理信号调理 第二章第二章 输入输出接口与过程通道技术输入输出接口与过程通道技术信号调理信号调理从图2-3可知 (2-1)(2-1) 铜电阻铜电阻铜电阻铜电阻R RCuCu用于热电偶的冷端温度补偿用于热电偶的冷端温度补偿用于热电偶的冷端温度补偿用于热电偶的冷端温度补偿 ，显然，引，显然，引，显然，引，显然，引入铜电阻入铜电阻入铜电阻入铜电阻R RCuCu能完成自动补偿的条件应为：能完成自动补偿的条件应为：能完成自动补偿的条件应为：能完成自动补偿的条件应为：(2-2)(2-2)25第二章过程通道技术信号调理信号调理 第二章第二章 输入输出接口与过程通道技术输入输出接口与过程通道技术信号调理信号调理(2-3)(2-3)一般地，变送器实际设计时要求在冷端温度为20时完全补偿，此时应有式中E(20，0)表示冷端温度为0时，用热电偶测量被测温度为20的热电势26W1W1W1W1用于调零点，用于调零点，用于调零点，用于调零点，W2W2W2W2用于调电流，用于调电流，用于调电流，用于调电流，W3W3W3W3用于调满刻度用于调满刻度用于调满刻度用于调满刻度ICL7650R1R1R2R2R3R3W1W1W2W2热电偶热电偶热电偶热电偶W3W32 2）热电偶的输入电路）热电偶的输入电路第二章过程通道技术信号调理信号调理 第二章第二章 输入输出接口与过程通道技术输入输出接口与过程通道技术信号调理信号调理27热电阻热电阻ICL7650R1R1R2R2Pt100Pt100W1W1W2W2W3W3若若Pt100Pt100从从00100 0100 0时变化时，输出为时变化时，输出为0 05V5V。若采用若采用8 8位位A/DA/D转换器（如转换器（如ADC0809ADC0809），则分辨率为），则分辨率为100/256=0.4 100/256=0.4 ；若采用若采用1212位位A/DA/D转换器（如转换器（如AD574AAD574A），则分辨率为），则分辨率为100/4096=0.024 100/4096=0.024 ；第二章过程通道技术信号调理信号调理3