水电厂计算机监控系统水电厂计算机监控系统水电厂计算机监控系统水电厂计算机监控系统v主讲：杨启军 重庆电力高等专科学校 水力发电教研室 第三章：物理量的检测与过程通道第三章：物理量的检测与过程通道第三章：物理量的检测与过程通道第三章：物理量的检测与过程通道传感器与测量仪表三三五五物理量测量的过程通道六六智能传感器技术概述数据采集与处理基础一一水电厂测量的特点与对象 二二四四水力机组参数测量与交流电量采集原理一、数据采集与处理基础一、数据采集与处理基础一、数据采集与处理基础一、数据采集与处理基础 定义：定义：在现代生产过程中，需要对大量的过程参数在现代生产过程中，需要对大量的过程参数进行观测、记录与分析，这就要求对过程参数进行检测，进行观测、记录与分析，这就要求对过程参数进行检测，然后根据获得的数据作出相应的处理，以便人们对系统然后根据获得的数据作出相应的处理，以便人们对系统运行情况进行了解和决策，这就是数据采集与处理，所运行情况进行了解和决策，这就是数据采集与处理，所构成的系统也就是数据采集系统（构成的系统也就是数据采集系统（DAS）。 任务：任务：微机数据采集系统的任务就是对生产现场的微机数据采集系统的任务就是对生产现场的过程参数定时进行检测、记录、存储、打印、制表、显过程参数定时进行检测、记录、存储、打印、制表、显示及越线报警。示及越线报警。1 1、数据采集与处理的任务、数据采集与处理的任务 一、数据采集与处理基础一、数据采集与处理基础一、数据采集与处理基础一、数据采集与处理基础 分类：分类：输入模拟量、输出模拟量、输入开关量、输输入模拟量、输出模拟量、输入开关量、输出开关量、输入脉冲量、数字输入出开关量、输入脉冲量、数字输入BCD码、数字输入时码、数字输入时间顺序记录量（间顺序记录量（SOE）、外部数据报文。）、外部数据报文。2 2、监控系统采集数据的分类、监控系统采集数据的分类一、数据采集与处理基础一、数据采集与处理基础一、数据采集与处理基础一、数据采集与处理基础输入模拟量输入模拟量输出模拟量输出模拟量输入开关量输入开关量输出开关量输出开关量输入脉冲量输入脉冲量数字输入数字输入BCD码码数字输入事件顺序记录量（数字输入事件顺序记录量（SOE）外部数据报文。外部数据报文。2 2、监控系统采集数据的分类、监控系统采集数据的分类一、数据采集与处理基础一、数据采集与处理基础一、数据采集与处理基础一、数据采集与处理基础 对下列全厂主要设备的状态、主要设备的继电保护动作状态以及事对下列全厂主要设备的状态、主要设备的继电保护动作状态以及事故和故障信号等各种开关量进行监视，对其状态的变化进行顺序记录，故和故障信号等各种开关量进行监视，对其状态的变化进行顺序记录，事件检出的分辨率不大于事件检出的分辨率不大于1ms 。事故发生或正常操作导致开关量发生。事故发生或正常操作导致开关量发生变化时，按动作顺序并带年、月、日、时、分、秒、毫秒的标志进行变化时，按动作顺序并带年、月、日、时、分、秒、毫秒的标志进行记录，内容包括：记录，内容包括： （1）机组运行工况：停机、发电运行、空载运行等；）机组运行工况：停机、发电运行、空载运行等； （2）机组、主变压器、母线及线路的继电保护动作状态，事故、故）机组、主变压器、母线及线路的继电保护动作状态，事故、故障信号，以及断路器和隔离开关的位置；障信号，以及断路器和隔离开关的位置； （3）厂用电及近区配电用断路器和隔离开关的位置；）厂用电及近区配电用断路器和隔离开关的位置； （4）厂用电的事故和故障；）厂用电的事故和故障； （5）全厂公用设备的事故和故障；）全厂公用设备的事故和故障； （6）监控系统自身的故障；）监控系统自身的故障； （7）操作员操作记录；）操作员操作记录；数字输入事件顺序记录量（数字输入事件顺序记录量（SOESOE）：一、数据采集与处理基础一、数据采集与处理基础一、数据采集与处理基础一、数据采集与处理基础 要求：要求：实时性、可靠性、准确性、简易型、灵活性实时性、可靠性、准确性、简易型、灵活性4 4、水电站数据采集的要求水电站数据采集的要求 3 3、水电站的信息源水电站的信息源 提供信息源的系统：提供信息源的系统：发电机组、调速系统、励磁设发电机组、调速系统、励磁设备、机组备、机组GCB、站用电交流系统、站用电直流系统、开、站用电交流系统、站用电直流系统、开关站、机组辅助设备系统、公用设备系统、引水系统等。关站、机组辅助设备系统、公用设备系统、引水系统等。 信息类型：信息类型：电气模拟量、非电气模拟量、数字输入电气模拟量、非电气模拟量、数字输入量。量。一、数据采集与处理基础一、数据采集与处理基础一、数据采集与处理基础一、数据采集与处理基础 5 5、数据采集的检查数据采集的检查 在对水电站生产过程纪律性数据采集和传输时，由在对水电站生产过程纪律性数据采集和传输时，由于各种原因（如干扰）使得采集系统说采集的数据可能于各种原因（如干扰）使得采集系统说采集的数据可能包含一些不真实的数据，需要对其检查和适当的处理你，包含一些不真实的数据，需要对其检查和适当的处理你，以保证检查系统操作控制的可靠性和准确性。以保证检查系统操作控制的可靠性和准确性。 判断采集数据正确性的方法：判断采集数据正确性的方法： 越限判断、关系判断、前后不同周期数据比较、冗越限判断、关系判断、前后不同周期数据比较、冗余技术余技术 数据处理包含：数据处理包含： 一次处理一次处理 ：数据抗干扰处理、标定变换。：数据抗干扰处理、标定变换。 二次处理：数据的应用计算。二次处理：数据的应用计算。一、数据采集与处理基础一、数据采集与处理基础一、数据采集与处理基础一、数据采集与处理基础 6 6、采样数据的数字滤波采样数据的数字滤波 所谓所谓“数字滤波数字滤波”，就是通过特定的计算程序处理，减少干扰，就是通过特定的计算程序处理，减少干扰信号在有用信号中所占的比例，故实质上是一种程序滤波。信号在有用信号中所占的比例，故实质上是一种程序滤波。数字滤波克服了模拟滤波器的不足，与模拟滤波器相比，它有数字滤波克服了模拟滤波器的不足，与模拟滤波器相比，它有以下以下优点优点： （1 1） 不需要增加硬件设备，可以多个输入通道不需要增加硬件设备，可以多个输入通道“共用共用”一个一个滤波程序。可靠性高、稳定性好，各回路之间不存在阻抗匹配等滤波程序。可靠性高、稳定性好，各回路之间不存在阻抗匹配等问题。问题。 （2 2）可以根据信号的不同，采用不同的滤波方法或滤波参数，）可以根据信号的不同，采用不同的滤波方法或滤波参数，灵活方便，功能强。灵活方便，功能强。 （3 3） 数字滤波可对频率很低数字滤波可对频率很低( (如如0.01Hz)0.01Hz)的信号实现滤波，克的信号实现滤波，克服了模拟滤波器的缺陷，而且通过改写数字滤波程序，可以实现服了模拟滤波器的缺陷，而且通过改写数字滤波程序，可以实现不同的滤波方法或改变滤波参数，这比模拟滤波器的硬件要灵活不同的滤波方法或改变滤波参数，这比模拟滤波器的硬件要灵活方便。方便。一、数据采集与处理基础一、数据采集与处理基础一、数据采集与处理基础一、数据采集与处理基础 常用的数字滤波方法常用的数字滤波方法 中值滤波法中值滤波法对去除脉动性质的干扰较有效，对快速变对去除脉动性质的干扰较有效，对快速变化过程的参数（如流量等）则不宜采用。化过程的参数（如流量等）则不宜采用。 算术平均法算术平均法适用于对压力、流量一类信号的平滑处理，适用于对压力、流量一类信号的平滑处理，这类信号的特点是有一个平均值，信号在某一数值范围附近上下这类信号的特点是有一个平均值，信号在某一数值范围附近上下波动。波动。 加权平均滤波法加权平均滤波法适用于系统纯滞后时间常数适用于系统纯滞后时间常数 较大、较大、采样周期较短的过程。它对以不同采样时间得到的采样值分别给采样周期较短的过程。它对以不同采样时间得到的采样值分别给予不同的权数，以便能迅速反应系统当前所受干扰的严重程度。予不同的权数，以便能迅速反应系统当前所受干扰的严重程度。 一阶滞后滤波法（惯性滤波法）一阶滞后滤波法（惯性滤波法） 适用于波动频繁的被适用于波动频繁的被测量的滤波，它能很好地消除周期性干扰，但也带来了相位滞后。测量的滤波，它能很好地消除周期性干扰，但也带来了相位滞后。滞后角的大小与滞后角的大小与有关。有关。 防脉冲干扰复合滤波法防脉冲干扰复合滤波法先用先用中值法中值法滤去由于脉冲干扰滤去由于脉冲干扰而有偏差的采样值，然后把剩下的采样值做而有偏差的采样值，然后把剩下的采样值做算术平均算术平均，就可得到，就可得到防脉冲干扰复合滤波法防脉冲干扰复合滤波法。一、数据采集与处理基础一、数据采集与处理基础一、数据采集与处理基础一、数据采集与处理基础 1 1）算术平均值滤波）算术平均值滤波 N为采样次数；为采样次数；xi为第为第i次采样值；次采样值；y为为N个采样值的算术平均值；个采样值的算术平均值；一、数据采集与处理基础一、数据采集与处理基础一、数据采集与处理基础一、数据采集与处理基础 2 2）加权平均值滤波）加权平均值滤波 在在N次次采采样样值值中中，突突出出最最近近几几次次采采样样值值在在平平均均值值中中所所占占比比重重，这这种种方方法法称称为为加加权权平平均均滤滤波波方方法法。加权平均滤波算法为：加权平均滤波算法为：N为采样次数；为采样次数；xi为第为第i次采样值；次采样值； y为为N次采样值的滤波输出值；次采样值的滤波输出值；Ci为加权系数为加权系数, 对对Ci选取要求：选取要求： 一、数据采集与处理基础一、数据采集与处理基础一、数据采集与处理基础一、数据采集与处理基础 3 3）中位值滤波）中位值滤波 中位值滤波的原理是对被测参数连续采样中位值滤波的原理是对被测参数连续采样N次（次（N取奇数），并按大小顺序排列，再取中间取奇数），并按大小顺序排列，再取中间值作为本次采样的有效数据。中位值滤波能有效值作为本次采样的有效数据。中位值滤波能有效地滤除由于偶然因素引起采样值波动的脉冲干扰，地滤除由于偶然因素引起采样值波动的脉冲干扰，对变化缓慢的被测参数有良好的滤波效果。对变化缓慢的被测参数有良好的滤波效果。一、数据采集与处理基础一、数据采集与处理基础一、数据采集与处理基础一、数据采集与处理基础 4 4）限幅滤波）限幅滤波 限限幅幅滤滤波波的的方方法法是是考考虑虑到到被被测测参参数数在在两两次次采采样样时时间间间间隔隔内内，一一般般最最大大变变化化的的增增量量Y(以以绝绝对对值值表表示示)总总是是在在一一定定的的范范围围内内，如如果果前前后后两两次次采采样样值值的的实实际际增增量量yk-yk-1y，则则认认为为是是正正常常的的，否否则则认认为为是是干干扰扰造造成成的的，则则用用上上次次的的采采样样值值代代替替本本次次采采样样。由由此此得得限限幅幅滤滤波波的的算算法为法为一、数据采集与处理基础一、数据采集与处理基础一、数据采集与处理基础一、数据采集与处理基础 5 5）一阶滞后滤波）一阶滞后滤波 在在模模拟拟量量输输入入通通道道中中，常常用用一一阶阶低低通通滤滤波波器器来来消消弱弱干干扰扰，惯性滤波运算公式源于惯性滤波运算公式源于RC低通滤波器的传递函数低通滤波器的传递函数 后向差分离散化处理得后向差分离散化处理得 一、数据采集与处理基础一、数据采集与处理基础一、数据采集与处理基础一、数据采集与处理基础整理后得整理后得 式中式中 称为滤波系数，且称为滤波系数，且 ；T为采样周期；为采样周期；Tf为滤波器时间常数；为滤波器时间常数；xk为本次采样输入；为本次采样输入；yk、yk-1为本次和上次滤波输出。为本次和上次滤波输出。 一、数据采集与处理基础一、数据采集与处理基础一、数据采集与处理基础一、数据采集与处理基础 6 6）复合滤波）复合滤波为为了了进进一一步步提提高高滤滤波波效效果果，可可以以把把两两种种不不同同的的数数字字滤滤波波器器组组合合起起来来，构构成成复复合合数数字字滤滤波波器器。如如把把算算术术平平均均滤滤波波和和中中值值滤滤波波组组合合起起来来。即即先先找找出出N个个采采样样值值的的最最大大值值xmax和和最最小值小值xmin,使得使得然后对剩下的然后对剩下的N-2个采样值求算术平均值个采样值求算术平均值 一、数据采集与处理基础一、数据采集与处理基础一、数据采集与处理基础一、数据采集与处理基础 7 7、采样数据的转换（标度变换）采样数据的转换（标度变换）一、数据采集与处理基础一、数据采集与处理基础一、数据采集与处理基础一、数据采集与处理基础 一、数据采集与处理基础一、数据采集与处理基础一、数据采集与处理基础一、数据采集与处理基础 1 1）线性参数的标度变换）线性参数的标度变换 前提条件是被测参数值与前提条件是被测参数值与A/DA/D转换结果为线性关系。转换结果为线性关系。 线性标度变换的公式为线性标度变换的公式为 Am、A0为测量仪表的上下限；为测量仪表的上下限；Ax为实际测量值；为实际测量值；Nm、N0为为A/D转换后数字量的最大最小值；转换后数字量的最大最小值；Nx为测量值所对应的数字量。为测量值所对应的数字量。一、数据采集与处理基础一、数据采集与处理基础一、数据采集与处理基础一、数据采集与处理基础一、数据采集与处理基础一、数据采集与处理基础一、数据采集与处理基础一、数据采集与处理基础 例例 某某温温度度测测量量仪仪表表的的量量程程为为200800，对对应应模模拟拟信信号号为为15V，采采用用线线性性热热电电阻阻测测温温。用用位位A/D转转换换器器，当当输输入入是是时时的的输输出出是是00HFFH。设设某某一一时时刻刻计计算算机机采采集到的数字量为集到的数字量为99H，对其进行工程量线性转换。对其进行工程量线性转换。 解解：已已知知Am800, A0200, Nm=FFH=255D, Nx=99H=153D, 在在温温度度为为200时时，因因检检测测所所得得模模拟拟电电压压为为1V，相相应应的的数数字字量量为为 N0=255/5=51D, 所所以以对对数数字字量量99H的的工程量线性转换结果为工程量线性转换结果为一、数据采集与处理基础一、数据采集与处理基础一、数据采集与处理基础一、数据采集与处理基础 2 2）非线性参数的标度变换）非线性参数的标度变换 例例如如当当用用差差压压变变送送器器来来测测量量流流量量时时，由由于于差差压压与与流流量量的的平平方方成成正正比比（ ）。这这样样，实实际际流流量量与与差差压压变变送送器器并并经经A/D转转换换后后的的测测量量值值Nx成成平平方方根根关关系系。这这时时可可采采用用如如下计算公式：下计算公式：Am,A0为一次测量仪表的上下限；为一次测量仪表的上下限；Qx为实际测量值（工程量）；为实际测量值（工程量）；Nm,N0为仪表上下限对应的数字量；为仪表上下限对应的数字量；Nx为测量值所对应的数字量。为测量值所对应的数字量。一、数据采集与处理基础一、数据采集与处理基础一、数据采集与处理基础一、数据采集与处理基础 8 8、越限报警处理越限报警处理8. 二、水电厂测量的特点与对象二、水电厂测量的特点与对象 1 1、水电厂测量的特点、水电厂测量的特点 四位一体四位一体 水水 力、流量、流速、水位等测量力、流量、流速、水位等测量 机机 力、力矩、位移、震动、机械损伤力、力矩、位移、震动、机械损伤 转速、轴功率等测量转速、轴功率等测量 电电 功率、频率、电压、电流、相位、功率、频率、电压、电流、相位、 谐波等测量谐波等测量 控控 系统工作状态、故障、开光位置、系统工作状态、故障、开光位置、 阀门位置、主备用设备切换等测量阀门位置、主备用设备切换等测量 2 2、水电厂测量的物理量对象、水电厂测量的物理量对象 二、水电厂测量的特点与对象二、水电厂测量的特点与对象 测量测量 对象对象 电量电量 非电量非电量 位置量位置量 状态量状态量 电量测量（模拟量测量） （1 1）发电机定子电压、电流、功率、频率；）发电机定子电压、电流、功率、频率； （2 2）变压器电压、电流、功率、频率；）变压器电压、电流、功率、频率；（3 3）高低压母线电压、电流、功率、频率；）高低压母线电压、电流、功率、频率；（4 4）励磁电压、电流；）励磁电压、电流；（5 5）厂用电电压、电流、功率、频率；）厂用电电压、电流、功率、频率； （6 6）直流系统电压、电流；）直流系统电压、电流；（7 7）发电机出口电量；）发电机出口电量；（8 8）各用户线路出口电量；）各用户线路出口电量； 二、水电厂测量的特点与对象二、水电厂测量的特点与对象 测量测量 对象对象 电量电量 非电量非电量 位置量位置量 状态量状态量 非电量测量（模拟量测量） （1 1）液位：）液位：水库水位、下游尾水位；油罐、水库水位、下游尾水位；油罐、 集油槽、漏油箱油位；集水井、排水廊道、集油槽、漏油箱油位；集水井、排水廊道、 供水池水位；水轮机顶盖漏水水位；供水池水位；水轮机顶盖漏水水位； （2 2）压力：）压力：引水、尾水、冷却水、压力油、引水、尾水、冷却水、压力油、 压缩空气管管路压力；油压装置、压缩空气压缩空气管管路压力；油压装置、压缩空气 罐、供排水泵进出口、空气压缩机出口等；罐、供排水泵进出口、空气压缩机出口等； （3 3）温度：）温度：定子线圈、冷却水、轴承润滑定子线圈、冷却水、轴承润滑 油、轴瓦；油罐、油箱、气罐、空气压缩机油、轴瓦；油罐、油箱、气罐、空气压缩机各段温度；发电机空冷器进、出口风温等；各段温度；发电机空冷器进、出口风温等；（4 4）流量：）流量：机组过流量、各冷却水流量等；机组过流量、各冷却水流量等；（5 5）位移：）位移：接力器行程、导水叶开度、桨叶接力器行程、导水叶开度、桨叶开度、闸门、阀门开度等；开度、闸门、阀门开度等； （6 6）振动：）振动：大轴摆度；水轮机顶盖、发电机大轴摆度；水轮机顶盖、发电机机架水平垂直振动等；机架水平垂直振动等；2 2、水电厂测量的物理量对象、水电厂测量的物理量对象 测量测量 对象对象 电量电量 非电量非电量 位置量位置量 状态量状态量 位置量测量（开关量测量） （1 1）闸门、阀门的位置（开、关）；）闸门、阀门的位置（开、关）； （2 2）各种电气开关的位置（分、合）；）各种电气开关的位置（分、合）；（3 3）各种继电器接点位置（开、闭）；）各种继电器接点位置（开、闭）；（4 4）控制、执行机构位置（投、切）；）控制、执行机构位置（投、切）；（5 5）冷却水（通、断）；）冷却水（通、断）； （6 6）制动闸位置（上、下）；）制动闸位置（上、下）；（7 7）集水井水位（上限、下限）；）集水井水位（上限、下限）；（8 8）导叶开度（空载、全开）；）导叶开度（空载、全开）； 二、水电厂测量的特点与对象二、水电厂测量的特点与对象 2 2、水电厂测量的物理量对象、水电厂测量的物理量对象 测量测量 对象对象 电量电量 非电量非电量 位置量位置量 状态量状态量 设备状态监视 （1 1）主、辅机设备运行状况及健康状态监视）主、辅机设备运行状况及健康状态监视（正常、异常、故障、事故报警）；（正常、异常、故障、事故报警）； （2 2）微机监控系统运行状态监视；）微机监控系统运行状态监视；二、水电厂测量的特点与对象二、水电厂测量的特点与对象 三、传感器与测量仪表三、传感器与测量仪表 1 1、传感器的分类及主要性能指标、传感器的分类及主要性能指标 （1 1）传感器的组成及分类）传感器的组成及分类 v 传感器的概念传感器的概念 传感器：传感器：能够感受非电量，并将此非电量变换为电量的器能够感受非电量，并将此非电量变换为电量的器 件，称为传感器。件，称为传感器。 要要 求：求：传感器的输出信号要求能够完全正确的反映输入传感器的输出信号要求能够完全正确的反映输入 参数的性能。参数的性能。 三、传感器与测量仪表三、传感器与测量仪表 1 1、传感器的分类及主要性能指标、传感器的分类及主要性能指标 （1 1）传感器的组成及分类）传感器的组成及分类 v 传感器的组成传感器的组成 敏感元件敏感元件传感元件传感元件转换电路转换电路被被测量测量非电量非电量电参量电参量电量电量 敏感元件作用敏感元件作用 被测量通过被测量通过敏感元件转换成敏感元件转换成与输入量有确定与输入量有确定关系的非电量或关系的非电量或其它量。其它量。 传感元件作用传感元件作用 将敏感元件将敏感元件输出的非电量转输出的非电量转换为电参量的元换为电参量的元件。件。 转换电路作用转换电路作用 将传感元件将传感元件输出的电参量转输出的电参量转换成电压或电流换成电压或电流量。量。三、传感器与测量仪表三、传感器与测量仪表 1 1、传感器的分类及主要性能指标、传感器的分类及主要性能指标 （1 1）传感器的组成及分类）传感器的组成及分类 v 传感器的分类传感器的分类 传感器传感器 电学传感器电学传感器 声学传感器声学传感器 光学传感器光学传感器 生物传感器生物传感器 被测量变化被测量变化-电量电量（电（电 阻、电容、电感、电势、电阻、电容、电感、电势、电荷）荷）变化变化-电流、电压变电流、电压变化化；超声波传感器；超声波传感器；声压传感器；声压传感器；光电传感器；光电传感器；光敏传感器；光敏传感器；利用生物体活性物质选利用生物体活性物质选 择的测定化学、生物变择的测定化学、生物变 化的传感器；化的传感器；XY三、传感器与测量仪表三、传感器与测量仪表 2 2、传感器的分类及主要性能指标、传感器的分类及主要性能指标 （2 2）传感器的主要性能指标）传感器的主要性能指标 v 灵敏度：灵敏度：输出特性曲线的斜率。输出特性曲线的斜率。 K K（灵敏度）灵敏度）= = 输出量变化值输出量变化值 输入量变化值输入量变化值= Y/X= Y/X 要求：要求：灵敏度越高越好；灵敏度越高越好； 灵敏度越高；灵敏度越高； 传感器越敏感；传感器越敏感； 质量越好。质量越好。 三、传感器与测量仪表三、传感器与测量仪表 2 2、传感器的分类及主要性能指标、传感器的分类及主要性能指标 （2 2）传感器的主要性能指标）传感器的主要性能指标 v 阀值（分辨率）：阀值（分辨率）：能使传感器输出端产生可测变化量能使传感器输出端产生可测变化量 的最小被测输入量值，即零位附近的最小被测输入量值，即零位附近 的分辨率。特性曲线的斜率。的分辨率。特性曲线的斜率。 要求：阀值越小越好要求：阀值越小越好 v 零点漂移：零点漂移：对应于传感器的输出为零电位时的传感器的对应于传感器的输出为零电位时的传感器的 输入电压。输入电压。 要求：零点漂移越小越好要求：零点漂移越小越好v 测量范围：测量范围：能满足规定精度的输入量最大值与最小值的能满足规定精度的输入量最大值与最小值的 区间。区间。 要求：测量范围越大越好要求：测量范围越大越好 三、传感器与测量仪表三、传感器与测量仪表 2 2、传感器的分类及主要性能指标、传感器的分类及主要性能指标 （2 2）传感器的主要性能指标）传感器的主要性能指标 v 非线性误差：非线性误差：对应传感器实际特性曲线与拟合直线之间对应传感器实际特性曲线与拟合直线之间 的最大偏差和传感器满量程输出之百分比。的最大偏差和传感器满量程输出之百分比。 要要 求：非线性误差越小越好求：非线性误差越小越好实际曲线实际曲线拟合直线拟合直线Lmax XmaxYmax O输入输入 输出输出 三、传感器与测量仪表三、传感器与测量仪表 2 2、传感器的分类及主要性能指标、传感器的分类及主要性能指标 （2 2）传感器的主要性能指标）传感器的主要性能指标 v 迟滞性：迟滞性：是指传感器正向特性和反向特性的不一致程度。是指传感器正向特性和反向特性的不一致程度。 要要 求：迟滞性越小越好求：迟滞性越小越好Hmax Ymax XmaxO迟滞系数：迟滞系数：H H 1/21/2HmaxHmax YmaxYmax100100 v 其它指标：稳定性、可靠性、过载能力、重复性其它指标：稳定性、可靠性、过载能力、重复性 三、传感器与测量仪表三、传感器与测量仪表 2 2、传感器的分类及主要性能指标、传感器的分类及主要性能指标 （3 3）改善传感器性能的主要途径）改善传感器性能的主要途径 稳定性技术稳定性技术 抗干扰技术抗干扰技术 补偿校正技术补偿校正技术 合理选择传感器材料、结构与参数合理选择传感器材料、结构与参数 （4 4）传感器技术的发展趋势）传感器技术的发展趋势 开发新型传感器开发新型传感器 传感器的集成化传感器的集成化 传感器的多功能化传感器的多功能化 传感器的智能化传感器的智能化 开发仿生传感器开发仿生传感器 三、传感器与测量仪表三、传感器与测量仪表 3 3、水电厂常用传感器、水电厂常用传感器 （1 1）温度传感器）温度传感器 热电阻测温热电阻测温 A A、铂热电阻（铂热电阻（Pt100Pt100）：）：用于用于200200850850范围内的测温，范围内的测温， 稳定性好，准确度高，格较贵。稳定性好，准确度高，格较贵。 B B、铜热电阻（铜热电阻（Cu50Cu50）：）：用于用于5050150150范围内的温度测范围内的温度测 量。易加工，价格便宜，在此温度内量。易加工，价格便宜，在此温度内 近似线性。近似线性。关系式：关系式： RtRtR0R0（1 1a a0 0t t） 其中：其中：R0R0温度为温度为00时的电阻值时的电阻值 a a0 0热电阻的温度系数热电阻的温度系数 铂热电阻铂热电阻a a0 0=3.9=3.910103 3/ 铜热电阻铜热电阻a a0 0=4.25=4.2510103 3/ 三、传感器与测量仪表三、传感器与测量仪表 热电阻测温的电路连接方法：热电阻测温的电路连接方法： 三、传感器与测量仪表三、传感器与测量仪表 IV恒定电流恒定电流 热电阻热电阻 二线制测量二线制测量 abcV1V2热电阻热电阻R R 线线阻阻R1 R1 三线制测量三线制测量 R3R4RR1R2 恒恒流流I I 高阻测量高阻测量 四线制测量四线制测量 其它测温方法其它测温方法（1 1）热电偶测温）热电偶测温（2 2）半导体元件测温）半导体元件测温 （3 3）集成电路测温）集成电路测温（4 4）数字温度传感器）数字温度传感器 电桥测量电桥测量 恒流法恒流法三、传感器与测量仪表三、传感器与测量仪表 三、传感器与测量仪表三、传感器与测量仪表 三、传感器与测量仪表三、传感器与测量仪表 三、传感器与测量仪表三、传感器与测量仪表 两线制电桥法两线制电桥法三、传感器与测量仪表三、传感器与测量仪表 三线制电桥法三线制电桥法三、传感器与测量仪表三、传感器与测量仪表 四线制电桥法四线制电桥法三、传感器与测量仪表三、传感器与测量仪表 3 3、水电厂常用传感器、水电厂常用传感器 （2 2）压力传感器）压力传感器 电位计式压力传感器电位计式压力传感器 感压过程：压力感压过程：压力-机械位移机械位移 被测压力被测压力-真空膜盒真空膜盒-膜盒产生位移膜盒产生位移-位移放大位移放大-传动机构带动电刷在电位器上移动。传动机构带动电刷在电位器上移动。特点：特点：A A、输出信号较大，可达、输出信号较大，可达V V级。级。B B、不需专用放大电路。、不需专用放大电路。C C、精度低，寿命短，功耗高。、精度低，寿命短，功耗高。三、传感器与测量仪表三、传感器与测量仪表 3 3、水电厂常用传感器、水电厂常用传感器 （2 2）压力传感器）压力传感器 应变式压力传感器应变式压力传感器 感压过程：机械应变感压过程：机械应变-电阻变化电阻变化 压力压力圆柱筒圆柱筒筒壁产生变形筒壁产生变形应变电阻应变电阻R1 - R4R1 - R4变化变化 桥式电路进行测量桥式电路进行测量P实心端头实心端头R1R2R3R4法兰法兰 结构：结构：A A、结构简单，体积小结构简单，体积小B B、输出信号小，抗干扰能力差输出信号小，抗干扰能力差C C、一般用于高压测量一般用于高压测量三、传感器与测量仪表三、传感器与测量仪表 3 3、水电厂常用传感器、水电厂常用传感器 （2 2）压力传感器）压力传感器 电容式压力传感器电容式压力传感器 感压过程：机械应变感压过程：机械应变-电容变化电容变化 压力压力极板产生变形极板产生变形极板间电容变化极板间电容变化桥式电路测量桥式电路测量 固定极板固定极板P活动极板固定端活动极板固定端弹性膜片弹性膜片其中：其中：0 0真空中的介点电常数，真空中的介点电常数， 0 0=8.85*10=8.85*10-12-12(F/m)(F/m) 极板间介质相对介电常数，极板间介质相对介电常数， 空气中空气中=1=1 A- A-极板面积极板面积极板间距极板间距三、传感器与测量仪表三、传感器与测量仪表 三、传感器与测量仪表三、传感器与测量仪表 3 3、水电厂常用传感器、水电厂常用传感器 （2 2）压力传感器）压力传感器 压电式压力传感器压电式压力传感器 感压过程：机械应变感压过程：机械应变-电荷变化电荷变化 压力压力石英晶体变形石英晶体变形产生电荷变化产生电荷变化电荷测量电荷测量 石英晶片石英晶片1石英晶片石英晶片2P膜片膜片q=2dq=2d1111SP SP 其中：其中：d d1111石英晶体的压电常数石英晶体的压电常数 S-S-有效面积有效面积P-P-压力压力 q-q-电荷电荷 三、传感器与测量仪表三、传感器与测量仪表 3 3、水电厂常用传感器、水电厂常用传感器 （2 2）压力传感器）压力传感器 电感式压力传感器电感式压力传感器 感压过程：机械应变感压过程：机械应变-电感变化电感变化 弹性元件受压弹性元件受压产生位移产生位移改变磁路中气隙改变磁路中气隙线圈电感量发线圈电感量发 生变化生变化电桥测量电桥测量三、传感器与测量仪表三、传感器与测量仪表 特点：特点： 测量精度高测量精度高 可用于位移测量可用于位移测量 变换电路复杂变换电路复杂 应用：应用： 水轮机导叶开度测量水轮机导叶开度测量 三、传感器与测量仪表三、传感器与测量仪表 3 3、水电厂常用传感器、水电厂常用传感器 （3 3）流量传感器）流量传感器 三、传感器与测量仪表三、传感器与测量仪表 容积式流量计容积式流量计 工作原理：工作原理：它利用机械测量元件把流它利用机械测量元件把流 体连续不断地分割成单个已知的体积体连续不断地分割成单个已知的体积部分部分, ,根据测量室逐次重复地充满和排根据测量室逐次重复地充满和排 放该体积部分流体的次数来测量流体放该体积部分流体的次数来测量流体体积总量。体积总量。 优点优点: : 精度高、管道条件对计量精度没精度高、管道条件对计量精度没有影响、可用于高粘度液体的测量、范有影响、可用于高粘度液体的测量、范围度宽。围度宽。 缺点缺点: : 结果复杂、体积大、被测介质种结果复杂、体积大、被测介质种 类、口径、介质工作状态局限性大、不类、口径、介质工作状态局限性大、不适用于高、低温场合。适用于高、低温场合。适用适用: : 小流量测量小流量测量3 3、水电厂常用传感器、水电厂常用传感器 （3 3）流量传感器）流量传感器 三、传感器与测量仪表三、传感器与测量仪表 速度式流量计速度式流量计涡轮流量涡轮流量计计 工作原理：工作原理：流体冲击涡轮叶片使涡轮流体冲击涡轮叶片使涡轮旋转，涡轮转速与流量成正比，测出旋转，涡轮转速与流量成正比，测出单位时间内的转数，转换出流量和体单位时间内的转数，转换出流量和体积累计量。积累计量。 特点：特点：计量精度高；测量范围宽；耐计量精度高；测量范围宽；耐压高，可达压高，可达10MPa10MPa；易安装，易维修；易安装，易维修；尺寸小，重量轻。尺寸小，重量轻。适用：中小型圆管路流量测量适用：中小型圆管路流量测量 3 3、水电厂常用传感器、水电厂常用传感器 （3 3）流量传感器）流量传感器 三、传感器与测量仪表三、传感器与测量仪表 速度式流量计速度式流量计超声波流量计超声波流量计 工作原理：工作原理：超声波在流动的流体中传超声波在流动的流体中传播时，就载上流体流速的信息，因此，播时，就载上流体流速的信息，因此，通过接收到的超声波就可以检测出流通过接收到的超声波就可以检测出流体的流速，从而换算成流量。体的流速，从而换算成流量。特点：特点：计量准确度可达到计量准确度可达到0.5%0.5%，具，具有准确度高、重复性好、量程比宽、有准确度高、重复性好、量程比宽、抗干扰能力较强、维修量小、可测双抗干扰能力较强、维修量小、可测双向流等特点。向流等特点。 适用：大管路流量测量适用：大管路流量测量 3 3、水电厂常用传感器、水电厂常用传感器 （3 3）流量传感器）流量传感器 三、传感器与测量仪表三、传感器与测量仪表 感应式流量计感应式流量计电磁流量计电磁流量计 工作原理：工作原理：产生一个磁场强度为产生一个磁场强度为B B并垂并垂直于管道轴线的磁场，导体在磁场中直于管道轴线的磁场，导体在磁场中作切割磁力线时，导体的两端要产生作切割磁力线时，导体的两端要产生感应电动势，在导体（被测量的介质）感应电动势，在导体（被测量的介质）两端产生一个与流速两端产生一个与流速“V”V”成正比的感成正比的感应电压应电压“U”U”。 特点：特点：可测小流量、不能测气体和非可测小流量、不能测气体和非导磁介质。导磁介质。适用：大、中、小管路流量测量适用：大、中、小管路流量测量 3 3、水电厂常用传感器、水电厂常用传感器 （4 4）位移传感器）位移传感器 三、传感器与测量仪表三、传感器与测量仪表 水电厂中位移的测量水电厂中位移的测量 线位移测量场合：线位移测量场合：1、导水机构接力器行程；、导水机构接力器行程； 2、闸门开度；、闸门开度； 角位移测量场合：角位移测量场合：1、导叶开度；、导叶开度； 2、桨叶开度；、桨叶开度； 3 3、水电厂常用传感器、水电厂常用传感器 三、传感器与测量仪表三、传感器与测量仪表 （4 4）位移传感器）位移传感器 电阻式线位移传感器电阻式线位移传感器 3 3、水电厂常用传感器、水电厂常用传感器 三、传感器与测量仪表三、传感器与测量仪表 （4 4）位移传感器）位移传感器 电感式线位移传感器电感式线位移传感器 3 3、水电厂常用传感器、水电厂常用传感器 三、传感器与测量仪表三、传感器与测量仪表 （4 4）位移传感器）位移传感器 电涡流小位移传感器电涡流小位移传感器 三、传感器与测量仪表三、传感器与测量仪表 测量原理：当探头与被测物体（铁磁物质）的测量原理：当探头与被测物体（铁磁物质）的距离发生变换时，线圈阻抗发生变化，其输出电压距离发生变换时，线圈阻抗发生变化，其输出电压也发生变化。也发生变化。3 3、水电厂常用传感器、水电厂常用传感器 三、传感器与测量仪表三、传感器与测量仪表 （5 5）磁电式振动传感器）磁电式振动传感器 三、传感器与测量仪表三、传感器与测量仪表 v该传感器在使用时，把它与被测物体紧固在一起，当该传感器在使用时，把它与被测物体紧固在一起，当物体振动时，传感器外壳随之振动，此时永磁铁由于物体振动时，传感器外壳随之振动，此时永磁铁由于惯性而不随之振动，因此与壳体的线圈产生相对运动，惯性而不随之振动，因此与壳体的线圈产生相对运动，位于磁路气隙间的线圈就切割磁力线，于是线圈就产位于磁路气隙间的线圈就切割磁力线，于是线圈就产生正比于振动速度的感应电动势。该电动势与速度成生正比于振动速度的感应电动势。该电动势与速度成一一对应关系，可直接测量速度，经过积分或微分电一一对应关系，可直接测量速度，经过积分或微分电路便可测量位移或加速度。路便可测量位移或加速度。 3 3、水电厂常用传感器、水电厂常用传感器 三、传感器与测量仪表三、传感器与测量仪表 （6 6）油混水传感器）油混水传感器 油品质测量的意义油品质测量的意义 油混水测量的机理油混水测量的机理 电阻式油混水传感器电阻式油混水传感器 电导式油混水传感器电导式油混水传感器 三、传感器与测量仪表三、传感器与测量仪表 油混水传感器由内、外电极（相油混水传感器由内、外电极（相当于电容两个极板）及电路部分当于电容两个极板）及电路部分组成。当油中渗入水后，由于二组成。当油中渗入水后，由于二者介电常数相差很大，根据电容者介电常数相差很大，根据电容值随极间介质变化而改变的特性，值随极间介质变化而改变的特性，电容值变化，通过微电路设定油电容值变化，通过微电路设定油混水比例定值，在混水比例达到混水比例定值，在混水比例达到设定值时，控制器输出报警接点设定值时，控制器输出报警接点信号或模拟量信号。信号或模拟量信号。电容式测量电容式测量方式对比电导率和电阻测量反应方式对比电导率和电阻测量反应真实，输出可靠。真实，输出可靠。电容式油混水传感器电容式油混水传感器3 3、水电厂常用传感器、水电厂常用传感器 三、传感器与测量仪表三、传感器与测量仪表 （7 7）转速传感器）转速传感器 转速测量的主要方法转速测量的主要方法 电磁脉冲式电磁脉冲式 电涡流式电涡流式 光电转换式光电转换式三、传感器与测量仪表三、传感器与测量仪表 三、传感器与测量仪表三、传感器与测量仪表 3 3、水电厂常用传感器、水电厂常用传感器 （8 8）水位传感器）水位传感器 浮子式水位计浮子式水位计 三、传感器与测量仪表三、传感器与测量仪表 3 3、水电厂常用传感器、水电厂常用传感器 （8 8）水位传感器）水位传感器 差压投入式水位计差压投入式水位计 1 1、模拟量输入通道、模拟量输入通道 （1 1）模拟量输入通道：把生产过程物理参数传送给计算机。）模拟量输入通道：把生产过程物理参数传送给计算机。（2 2）模拟量输入通道的基本组成）模拟量输入通道的基本组成 传感器传感器信号调理电路信号调理电路采集电路采集电路被测被测信号信号微机系统微机系统（3 3）模拟量输入通道的基本功能）模拟量输入通道的基本功能 将非电量或电量变换到便于将非电量或电量变换到便于A/DA/D转换的电量转换的电量 信号规格的统一，如信号规格的统一，如0 05V5V或或0-10V0-10V等等 数字量信号的放大及转换（数字量信号的放大及转换（A/DA/D） 通过接口电路送入计算机通过接口电路送入计算机四、物理量测量的过程通道四、物理量测量的过程通道 多路分时采集、分时输入结构多路分时采集、分时输入结构 （3 3）模拟量输入通道结构形式）模拟量输入通道结构形式 2 2、模拟量输入通道、模拟量输入通道 四、物理量测量的过程通道四、物理量测量的过程通道 多路同步采集、分时输入结构多路同步采集、分时输入结构 （3 3）模拟量输入通道结构形式）模拟量输入通道结构形式 2 2、模拟量输入通道、模拟量输入通道 四、物理量测量的过程通道四、物理量测量的过程通道 四、物理量测量的过程通道四、物理量测量的过程通道 分散采集式结构分散采集式结构 （3 3）模拟量输入通道结构形式）模拟量输入通道结构形式 2 2、模拟量输入通道、模拟量输入通道 四、物理量测量的过程通道四、物理量测量的过程通道 （4 4）对模拟量输入通道各环节的要求）对模拟量输入通道各环节的要求 对模拟量输入通道各环节的要求对模拟量输入通道各环节的要求切换电路切换电路 采样速度：每秒可完成采样的点数，一般几十到几百点。采样速度：每秒可完成采样的点数，一般几十到几百点。导通与关断电阻：导通电阻越小越好，关断电阻越大越好。导通与关断电阻：导通电阻越小越好，关断电阻越大越好。通道隔离性：越高越好。通道隔离性：越高越好。常用器件：干簧管继电器、电子开关常用器件：干簧管继电器、电子开关调理电路调理电路 零点漂移越小越好。零点漂移越小越好。 抗干扰能力越强越好抗干扰能力越强越好。 A/DA/D电路电路 转换精度一般要求转换精度一般要求8 81414位。位。转换时间根据路数的多少确定。转换时间根据路数的多少确定。 2 2、模拟量输入通道、模拟量输入通道 四、物理量测量的过程通道四、物理量测量的过程通道 （5 5）模拟量输入通道信号传输方式）模拟量输入通道信号传输方式 信号的传输形式信号的传输形式 发发讯讯器器生生产产过过程程传传感感调调理理采采样样电电路路A A/ /D D转转换换接接受受器器接接口口电电路路计计算算机机现场侧现场侧控制室侧控制室侧生生产产过过程程传传感感调调理理采采样样电电路路A A/ /D D转转换换接接口口电电路路计计算算机机监监控控系系统统机组侧机组侧机旁侧机旁侧网络网络总线总线电缆电缆2 2、模拟量输入通道、模拟量输入通道 四、物理量测量的过程通道四、物理量测量的过程通道 (1) (1) 模拟量输出通道：把计算机数据处理结果传送到受控对象模拟量输出通道：把计算机数据处理结果传送到受控对象(2) (2) 模拟量输出通道的基本组成模拟量输出通道的基本组成 显示器显示器记录器记录器寄存器寄存器D/A调理电路调理电路调节器调节器(3) (3) 模拟量输入通道的基本功能模拟量输入通道的基本功能 数字数字-模拟的转换模拟的转换 信号的放大与驱动信号的放大与驱动2 2、模拟量输出通道、模拟量输出通道 四、物理量测量的过程通道四、物理量测量的过程通道 （3 3）模拟量输出通道结构形式）模拟量输出通道结构形式 数据分配分时转换结构数据分配分时转换结构 2 2、模拟量输出通道、模拟量输出通道 四、物理量测量的过程通道四、物理量测量的过程通道 数据分配同步转换结构数据分配同步转换结构 2 2、模拟量输出通道、模拟量输出通道 （3 3）模拟量输出通道结构形式）模拟量输出通道结构形式 四、物理量测量的过程通道四、物理量测量的过程通道 具有一个公用具有一个公用D/AD/A转换器的结构转换器的结构 2 2、模拟量输出通道、模拟量输出通道 （3 3）模拟量输出通道结构形式）模拟量输出通道结构形式 被控对象执行器D/A转换输出接口计算机保持器多路开关选通信号执行器译码锁存 模拟量输出通道结构四、物理量测量的过程通道四、物理量测量的过程通道 （4 4）模拟量输出通道主要性能指标）模拟量输出通道主要性能指标 2 2、模拟量输出通道、模拟量输出通道 分辨率指标：分辨率指标：主要由主要由D/AD/A决定。决定。 通道容量：通道容量：所能控制的回路数，由现场需要决定。所能控制的回路数，由现场需要决定。 通道输出信号形式：通道输出信号形式： 电压输出电压输出: : 速度快、精度高速度快、精度高; ; 电流输出电流输出: :传输距离远，传输距离远， 抗干扰能力强，抗干扰能力强， 用于远距离或现场电磁环境比较恶劣的场合。用于远距离或现场电磁环境比较恶劣的场合。 四、物理量测量的过程通道四、物理量测量的过程通道 3 3、开关量输入通道、开关量输入通道 四、物理量测量的过程通道四、物理量测量的过程通道 3 3、开关量输入通道、开关量输入通道 (1) (1) 何为开关量输入通道？何为开关量输入通道？ (2) (2) 开关量输入通道的基本组成开关量输入通道的基本组成 直接输入式直接输入式 开关量开关量开关状态信号开关状态信号 0、13态态8位缓冲器位缓冲器 3态态8位缓冲器位缓冲器 四、物理量测量的过程通道四、物理量测量的过程通道 开关量开关量开关状态信号开关状态信号 0、1 两种读入方式：查询、中断两种读入方式：查询、中断 光电隔离技术：防止外界干扰，信号变换光电隔离技术：防止外界干扰，信号变换四、物理量测量的过程通道四、物理量测量的过程通道 4 4、开关量输出通道、开关量输出通道 (1) (1) 何为开关量输出通道？何为开关量输出通道？ (2) (2) 开关量输出通道的基本组成开关量输出通道的基本组成 (3) (3) 开关量输出通道的基本形式开关量输出通道的基本形式 有触点形式开关量输出有触点形式开关量输出 特点：接触电阻小但寿命短、速度低。特点：接触电阻小但寿命短、速度低。应用：控制电机的启动、断路器的操作等。应用：控制电机的启动、断路器的操作等。 无触点形式开关量输出无触点形式开关量输出特点：开出速度高、可靠性高、成本较高。特点：开出速度高、可靠性高、成本较高。 应用：要求输出速度较高的场合。应用：要求输出速度较高的场合。四、物理量测量的过程通道四、物理量测量的过程通道 可由继电器输出，晶体管输出，可控硅输出可由继电器输出，晶体管输出，可控硅输出（1 1）伺服电机）伺服电机 四、物理量测量的过程通道四、物理量测量的过程通道 5 5、监控系统中常用执行部件、监控系统中常用执行部件 伺服电机：伺服电机：执行电动机，把所收到的电信号转换成电执行电动机，把所收到的电信号转换成电 动机轴上的角位移或角速度输出。动机轴上的角位移或角速度输出。主要特点：主要特点：当信号电压为零时无自转现象，转速随着当信号电压为零时无自转现象，转速随着 转矩的增加而匀速下降。转矩的增加而匀速下降。 优优 点：点：大扭力、控制简单、装配灵活大扭力、控制简单、装配灵活 。 四、物理量测量的过程通道四、物理量测量的过程通道 四、物理量测量的过程通道四、物理量测量的过程通道 四、物理量测量的过程通道四、物理量测量的过程通道 （2 2）步进电机）步进电机 四、物理量测量的过程通道四、物理量测量的过程通道 5 5、监控系统中常用执行部件、监控系统中常用执行部件 步进电机：步进电机：将电脉冲转化为角位移的执行机构。将电脉冲转化为角位移的执行机构。 当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动按设定的方当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动按设定的方向转动一个固定的角度（称为向转动一个固定的角度（称为“步距角步距角”），它的旋转是以固），它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。四、物理量测量的过程通道四、物理量测量的过程通道 四、物理量测量的过程通道四、物理量测量的过程通道 四、物理量测量的过程通道四、物理量测量的过程通道 四、物理量测量的过程通道四、物理量测量的过程通道 （3 3）固态继电器）固态继电器 四、物理量测量的过程通道四、物理量测量的过程通道 5 5、监控系统中常用执行部件、监控系统中常用执行部件 固态继电器:固态继电器（固态继电器（Solid State Relay,Solid State Relay,缩写缩写SSRSSR），是），是由微电子电路，分立电子器件，电力电子功率器件组成的无触由微电子电路，分立电子器件，电力电子功率器件组成的无触点开关。用隔离器件实现了控制端与负载端的隔离。固态继电点开关。用隔离器件实现了控制端与负载端的隔离。固态继电器的输入端用微小的控制信号，达到直接驱动大电流负载（交器的输入端用微小的控制信号，达到直接驱动大电流负载（交流）。固态继电器与传统的电磁继电器（流）。固态继电器与传统的电磁继电器（EMREMR）相比，是一种）相比，是一种没有机械、不含运动零部件的继电器，但具有与电磁继电器本没有机械、不含运动零部件的继电器，但具有与电磁继电器本质上相同功能。质上相同功能。四、物理量测量的过程通道四、物理量测量的过程通道 调相型固态继电器调相型固态继电器又称随机开启型固态继电器，又称随机开启型固态继电器， 具有快速开启性能，输出端随控制信号同步导通，具有快速开启性能，输出端随控制信号同步导通， 控制信号消失后，交流过零时关断。控制信号消失后，交流过零时关断。 过零型固态继电器过零型固态继电器具有零电压开启、具有零电压开启、 零电流关零电流关断的特点，输出端在控制信号有效并保持到输出交流断的特点，输出端在控制信号有效并保持到输出交流过零时导通，过零时导通， 控制信号消失后，交流过零时关断。控制信号消失后，交流过零时关断。 四、物理量测量的过程通道四、物理量测量的过程通道 固态继电器的结构(a) 过零型固态继电器的结构； (b) 调相型固态继电器的结构 四、物理量测量的过程通道四、物理量测量的过程通道 固态继电器的驱动方法 （4 4）GTRGTR、IGBTIGBT等等 四、物理量测量的过程通道四、物理量测量的过程通道 5 5、监控系统中常用执行部件、监控系统中常用执行部件 IGBTIGBT：Insulated Gate Bipolar TransistorInsulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅型功率绝缘栅型功率管，是由管，是由BJT(BJT(双极型三极管双极型三极管) )和和MOS(MOS(绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管) )组成的组成的 复合全控型电压驱动式电力电子器件。应用于交流电机、变频复合全控型电压驱动式电力电子器件。应用于交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。 GTRGTR：Giant TransistorGTRGiant TransistorGTR，巨型晶体管（电力晶体管巨型晶体管（电力晶体管） 五、计算机自动检测技术五、计算机自动检测技术 （一）交流电量采集原理（一）交流电量采集原理（二）计算机自动巡回检测系统（二）计算机自动巡回检测系统 （1 1）温度巡回检测系统）温度巡回检测系统（2 2）转速检测装置）转速检测装置（3 3）位移检测装置）位移检测装置（4 4）压力检测装置）压力检测装置 五、计算机自动检测技术五、计算机自动检测技术 （一）交流信号采集（一）交流信号采集1. 直流信号采样和交流信号采样直流信号采样和交流信号采样 直流采样：直流采样：采集采集交流整流后的直流量交流整流后的直流量 优点：软件设计简单、计算方便，对采样值只需作一次比优点：软件设计简单、计算方便，对采样值只需作一次比例变换例变换 缺点：投资大，维护复杂，特别是不能及时反应被测量的缺点：投资大，维护复杂，特别是不能及时反应被测量的突变，具有较大的时间常数突变，具有较大的时间常数 交流采样：交流采样：直接直接采集交流量采集交流量 优点：实时性好，相位失真小，投资少，便于维护优点：实时性好，相位失真小，投资少，便于维护 缺点：算法复杂，精度难以提高，对缺点：算法复杂，精度难以提高，对AD转换速度要求转换速度要求较高较高五、计算机自动检测技术五、计算机自动检测技术 2. 实用算法实用算法 均方根法、递推最小二乘法、人工神经网络算法均方根法、递推最小二乘法、人工神经网络算法 uittTT 均方根法均方根法 (1)原理和算法原理和算法五、计算机自动检测技术五、计算机自动检测技术 要求测量相角（求功率因数角法）要求测量相角（求功率因数角法）三相功率：对称三相功率：对称 三相两表法：三相两表法： 为电流为电流IA与电压与电压VAB之间相角差之间相角差为电流为电流IC与电压与电压VCB之间相角差之间相角差一般二次侧一般二次侧B相接地相接地UABUBCCBIAIBICUAUBUCAB要求同步采样（求积法）要求同步采样（求积法）五、计算机自动检测技术五、计算机自动检测技术 实现方法实现方法 1)求积法计算求积法计算P 实现步骤：实现步骤： 测量频率，计算每一周期时间测量频率，计算每一周期时间 均分周期，得到采样时间均分周期，得到采样时间 定时采样定时采样 数据处理数据处理 计算平均值计算平均值 有功、无功、功率因数有功、无功、功率因数uiPT单元CT单元现场二次电平调整电平调整双多路开关控制波形变换工频定时记录CPUA/DA/D五、计算机自动检测技术五、计算机自动检测技术 2 2）测量功率因数法）测量功率因数法 功率角测量功率角测量, , 脉冲计数法脉冲计数法 M计数脉冲数计数脉冲数 , , 计数时钟周期计数时钟周期UiTt五、计算机自动检测技术五、计算机自动检测技术 3) 3)抗干扰措施抗干扰措施 当当 时时, ,重新采样重新采样 确定确定方法方法: : 则则: : ykyk-1Kymk-1 kt 对上式对对上式对k k求导后令其等于求导后令其等于0 0，简化后，有，简化后，有 求得求得 0.5 0.5 五、计算机自动检测技术五、计算机自动检测技术 根据不同根据不同N N，可得到，可得到不同不同的的 N 10 20 50N 10 20 50 当当 时，锡除，重采时，锡除，重采五、计算机自动检测技术五、计算机自动检测技术 （二）计算机自动巡回检测系统（非电量的检测）（二）计算机自动巡回检测系统（非电量的检测）概念：使用计算机及相关设备来实现对水电站运行概念：使用计算机及相关设备来实现对水电站运行中，各个运行参数进行自动检测的技术。中，各个运行参数进行自动检测的技术。1、计算机自动检测系统的结构原理及功能、计算机自动检测系统的结构原理及功能五、计算机自动检测技术五、计算机自动检测技术 2、计算机自动检测系统的软件结构及功能、计算机自动检测系统的软件结构及功能五、计算机自动检测技术五、计算机自动检测技术 3、水电站温度巡回检测装置、水电站温度巡回检测装置（1）温度巡回检测装置的功能）温度巡回检测装置的功能（2）两种检测系统）两种检测系统 温度传感器构成的检测系统温度传感器构成的检测系统 温度变送器构成的检测系统温度变送器构成的检测系统五、计算机自动检测技术五、计算机自动检测技术 温度传感器温度传感器五、计算机自动检测技术五、计算机自动检测技术 五、计算机自动检测技术五、计算机自动检测技术 智能温度变送器智能温度变送器五、计算机自动检测技术五、计算机自动检测技术 五、计算机自动检测技术五、计算机自动检测技术 五、计算机自动检测技术五、计算机自动检测技术 SJ-40C温度巡回检测系统温度巡回检测系统五、计算机自动检测技术五、计算机自动检测技术 五、计算机自动检测技术五、计算机自动检测技术 SJSJ40C 40C 装置的背面共有装置的背面共有J1J1J10 J10 十个插座，另有一个十个插座，另有一个SW SW 拨码开关和一个电源开关。拨码开关和一个电源开关。五、计算机自动检测技术五、计算机自动检测技术 五、计算机自动检测技术五、计算机自动检测技术 4、转速检测装置、转速检测装置 有两种检测系统有两种检测系统（1）供调速器用）供调速器用残压测频和齿盘测频残压测频和齿盘测频 （2）供机组自动化用）供机组自动化用开机自动投励磁、自动准开机自动投励磁、自动准同期装置、停机自动投制动的转速信号、机组过速同期装置、停机自动投制动的转速信号、机组过速保护信号等。保护信号等。五、计算机自动检测技术五、计算机自动检测技术 SJ-22C转速信号检测装置转速信号检测装置 五、计算机自动检测技术五、计算机自动检测技术 同时采用机械、电气两种测速原理，即可有机结合，又可同时采用机械、电气两种测速原理，即可有机结合，又可单独使用。单独使用。v电气测速信号电气测速信号PT引入引入v机械测速信号机械测速信号齿盘测频齿盘测频独特的电气及机械转速传感器，可检测机组蠕动，判断旋独特的电气及机械转速传感器，可检测机组蠕动，判断旋转方向。转方向。可提供可提供8 8个转速整定值输出用于现场二次回路。另有个转速整定值输出用于现场二次回路。另有8 8个转个转速输出方便用于计算机监控装置速输出方便用于计算机监控装置提供提供1 1路模拟量输出。路模拟量输出。具有具有RS232/485RS232/485接口，采用接口，采用MBMB通讯通讯 规约规约五、计算机自动检测技术五、计算机自动检测技术 五、计算机自动检测技术五、计算机自动检测技术 五、计算机自动检测技术五、计算机自动检测技术