检测技术的综合应用课件

第十三章第十三章 检测技术的综合应用检测技术的综合应用 章节导入：章节导入：我们已经学习了几十种传感器的结构和我们已经学习了几十种传感器的结构和工作原理，但是在实际使用时，不是单独使工作原理，但是在实际使用时，不是单独使用一个传感器来组成仪表，而是检测系统的用一个传感器来组成仪表，而是检测系统的综合应用。综合应用。本章要点：本章要点：学习检测技术在测量、控制系统中的综学习检测技术在测量、控制系统中的综合应用，以及如何将多种传感器与合应用，以及如何将多种传感器与计算机计算机组组成智能化系统，并了解检测系统中常用的部成智能化系统，并了解检测系统中常用的部件。件。7/25/20241检测技术在控制系统中的综合应用检测技术在控制系统中的综合应用举例举例 一个现代化火力发电厂需要多台计算机来快速地一个现代化火力发电厂需要多台计算机来快速地测量锅炉、汽轮机、发电机上许多重要部位的温度、测量锅炉、汽轮机、发电机上许多重要部位的温度、压力、流量、转速、振动、位移、应力、燃烧状况等压力、流量、转速、振动、位移、应力、燃烧状况等热工、机械参数，还必须测量发电机的电压、电流、热工、机械参数，还必须测量发电机的电压、电流、功率、功率因数以及各种辅机的运行状态，然后进行功率、功率因数以及各种辅机的运行状态，然后进行综合处理，将各被监测的重要参数进行数字或模拟显综合处理，将各被监测的重要参数进行数字或模拟显示，自动调整运行工况，对某些超限参数进行声光报示，自动调整运行工况，对某些超限参数进行声光报警或采取紧急措施。在上述这个系统中，需要数百个警或采取紧急措施。在上述这个系统中，需要数百个不同的传感器将各种机械、热工量转换成电量，供计不同的传感器将各种机械、热工量转换成电量，供计算机采样和运算。算机采样和运算。7/25/20242第一节第一节 现代检测系统的基本结构现代检测系统的基本结构 现代检测系统可分为三种基本结构体系：现代检测系统可分为三种基本结构体系：1.1.智能仪器智能仪器 2.2.个人仪器个人仪器 3.3.自动测试系统自动测试系统 1.1.智能仪器：智能仪器：将诸如微处理器、存储器、接口等芯片与传感将诸如微处理器、存储器、接口等芯片与传感器融合在一起，可组成智能仪器。它有专用的小键盘、器融合在一起，可组成智能仪器。它有专用的小键盘、开关、按键及显示屏等，多使用汇编语言，体积小，开关、按键及显示屏等，多使用汇编语言，体积小，专用性强。专用性强。7/25/20243智能仪器的芯片及模块举例智能仪器的芯片及模块举例51系列单片机芯片系列单片机芯片7/25/20244智能仪器举例智能仪器举例最低、最高温度最低、最高温度7/25/202452.2.个人仪器个人仪器 个人仪器又称个人计算机仪器系统。它是以个人个人仪器又称个人计算机仪器系统。它是以个人计算机（必须符合工控要求）配以适当的硬件电路与计算机（必须符合工控要求）配以适当的硬件电路与传感器组合而成的检测系统。传感器组合而成的检测系统。组装个人仪器时，将传感器信号传送到相应的接组装个人仪器时，将传感器信号传送到相应的接口板（或接口盒）中，再将接口板插到工控机总线扩口板（或接口盒）中，再将接口板插到工控机总线扩展槽中或将接口盒的展槽中或将接口盒的USB插头插入计算机相应的插座插头插入计算机相应的插座上，编写相应的软件就可以完成自动检测功能。上，编写相应的软件就可以完成自动检测功能。7/25/20246个人仪器与智能仪器的区别个人仪器与智能仪器的区别 研制者不必象研制智能仪器那样去研制微处理器研制者不必象研制智能仪器那样去研制微处理器及相关电路，而是利用成熟的个人计算机技术，将精及相关电路，而是利用成熟的个人计算机技术，将精力放在硬件接口模块和软件开发上。硬件方面已有与力放在硬件接口模块和软件开发上。硬件方面已有与各种传感器配套的接口板，软件方面，有成熟的工控各种传感器配套的接口板，软件方面，有成熟的工控软件，可调用现成模块，不用编写底层软件。软件，可调用现成模块，不用编写底层软件。组装个人仪器时，将传感器信号接在相应的接口组装个人仪器时，将传感器信号接在相应的接口板上，再将接口板插在相应的板上，再将接口板插在相应的USBUSB接口或总线扩展槽接口或总线扩展槽中，配以相应的软件，就可以完成自动检测功能。中，配以相应的软件，就可以完成自动检测功能。7/25/20247（1 1）个人仪器）个人仪器工业计算机（工控机）机箱工业计算机（工控机）机箱工工控控机机的的抗抗电电磁磁干干扰扰能能力力、防防振振、防防潮潮、防防尘尘能能力力均均较较强强，有有较较多多的的扩扩展展槽槽，它它的的电电源源系系统统有有较较好好的的抗抗电电磁磁干干扰扰能能力力。虽虽然然工工控控机机的的价价格格比比个个人人电电脑脑贵贵，但但可可靠靠性性强强得得多多，性性能能价价格格比比高高，适适合合在在工工业业现现场场条条件较恶劣的场合使用。件较恶劣的场合使用。7/25/20248工控箱的工业级底板工控箱的工业级底板（参考研祥智能科技有限公司资料）（参考研祥智能科技有限公司资料）底板上的扩展槽用于插接各底板上的扩展槽用于插接各种数据采集卡种数据采集卡PCI扩展槽扩展槽ISA扩展槽扩展槽7/25/20249工控机的数据采集卡工控机的数据采集卡ISA数据采集卡数据采集卡ISA数据采集卡的插脚间隔为数据采集卡的插脚间隔为2.54mm（0.1英寸）英寸）7/25/202410工控机的数据采集卡工控机的数据采集卡PCI数据采集传数据采集传输卡输卡7/25/202411ISAISA槽与槽与PCIPCI槽的槽的外形区别外形区别ISAISA槽槽PCI槽槽将功能卡插到将功能卡插到ISA槽中槽中功能卡的镀金脚功能卡的镀金脚7/25/202412端子板与功能卡的连接端子板与功能卡的连接端子板作为功能卡的扩展附件，用于连接传感器信号端子板作为功能卡的扩展附件，用于连接传感器信号光耦光耦25芯排线芯排线数据锁存器数据锁存器去去计算机计算机ISA槽槽传感器信号线接线端子传感器信号线接线端子7/25/202413端子板与功能卡的连接端子板与功能卡的连接37芯排线芯排线端子板端子板PCI数据采集、控数据采集、控制卡制卡传感器信号线接线端子传感器信号线接线端子输出信号接线端子输出信号接线端子去去计算机计算机PCI槽槽7/25/202414其他端子扩展板其他端子扩展板34芯排线芯排线插座插座37芯排线芯排线插座插座7/25/202415数据采集便携式工控整机数据采集便携式工控整机7/25/202416（2 2）笔记本电脑数据采集整机）笔记本电脑数据采集整机信号从信号从USBUSB插口输入插口输入7/25/202417笔记本电脑数据采集整机笔记本电脑数据采集整机 USB接口盒接口盒及接口线及接口线信号输入信号输入利用利用USB扩展插头可配接多个扩展插头可配接多个接口盒接口盒7/25/202418USBUSB接口卡及接口卡及USBUSB线线7/25/202419（3 3）嵌入式计算机数据采集系统）嵌入式计算机数据采集系统 传感器信号采集卡可多层叠合，插入到传感器信号采集卡可多层叠合，插入到嵌入式嵌入式计算机的总线接口中，就可以构成数据采集系统。计算机的总线接口中，就可以构成数据采集系统。7/25/202420各种嵌入式计算机数据采集卡各种嵌入式计算机数据采集卡7/25/2024213 3、自动测试系统、自动测试系统 自动测试系统是以工控机为核心，以标准自动测试系统是以工控机为核心，以标准接口总线为基础，以可程控的多台智能仪器为下接口总线为基础，以可程控的多台智能仪器为下位机组合而成的一种现代检测系统。一个自动测位机组合而成的一种现代检测系统。一个自动测试系统还可以通过各种标准总线成为其它级别更试系统还可以通过各种标准总线成为其它级别更高的自动测试系统的子系统。许多自动测试系统高的自动测试系统的子系统。许多自动测试系统还可以作为服务器工作站加入到还可以作为服务器工作站加入到Internet网络中，网络中，成为网络化测试子系统，从而实现远程监测、远成为网络化测试子系统，从而实现远程监测、远程控制、远程实时调试等。程控制、远程实时调试等。7/25/202422网络化仪表示意图网络化仪表示意图工业总线工业总线7/25/202423网络化仪表网络化仪表工业总线工业总线局域网局域网7/25/202424钢厂自动化监控系统实例钢厂自动化监控系统实例7/25/202425粮食温湿度测控系统实例粮食温湿度测控系统实例上位机（内插上位机（内插CANCAN通信卡）通信卡）温度分线器温度分线器CANCAN总线总线通风机械通风机械测湿测湿探头探头测温电缆测温电缆智能分机智能分机通风控制器通风控制器湿度分线器湿度分线器7/25/202426第二节第二节 带计算机的检测系统简介带计算机的检测系统简介 本章介绍现代检测系统中较为简单的智能仪器本章介绍现代检测系统中较为简单的智能仪器和个人仪器的组成方法，并将它们统称为带微机的和个人仪器的组成方法，并将它们统称为带微机的检测系统。自动测试系统本章不做学习。检测系统。自动测试系统本章不做学习。一、带计算机的检测系统的特点及功能一、带计算机的检测系统的特点及功能1.1.性能价格比高；性能价格比高；2.2.设计灵活性高；设计灵活性高；3.3.操作方便；操作方便；4.4.有强大的运算功能；有强大的运算功能；5.5.具有记忆功能；具有记忆功能；6.6.有自校准功能；有自校准功能；7.7.能进行自动故障诊断。能进行自动故障诊断。7/25/202427二、带计算机的检测系统的工作流程二、带计算机的检测系统的工作流程 在这里只学习检测系统巡回检测概念和软件在这里只学习检测系统巡回检测概念和软件抗干扰技术，不涉及软件编程抗干扰技术，不涉及软件编程:1 1、巡回检测概念：、巡回检测概念：计算机首先向多路采样开关阵列的选通地址译码器写入计算机首先向多路采样开关阵列的选通地址译码器写入准备采样的传感器地址，由译码器接通该地址对应的采样开准备采样的传感器地址，由译码器接通该地址对应的采样开关，所要采样的信号被连接到放大器，放大后的信号经关，所要采样的信号被连接到放大器，放大后的信号经A/DA/D转换器转换成数字量，计算机通过数据总线接受该信号。转换器转换成数字量，计算机通过数据总线接受该信号。一个采样点采样结束后，计算机转而发送第二个采样一个采样点采样结束后，计算机转而发送第二个采样地址，对第二个传感器采样，直至全部被测点均被采样完毕地址，对第二个传感器采样，直至全部被测点均被采样完毕为止。计算机不可能在同一时刻读取所有传感器来的信号，为止。计算机不可能在同一时刻读取所有传感器来的信号，而是分时但快速地轮流读取所有的被测量，这种采样方式称而是分时但快速地轮流读取所有的被测量，这种采样方式称为为“巡回检测巡回检测”。7/25/2024288 8通道巡回检测数据采集器通道巡回检测数据采集器8个个传感器信号传感器信号 输入端口输入端口7/25/202429 2 2、在工业中经常采用如下软件抗干扰技术：、在工业中经常采用如下软件抗干扰技术：即简易数字滤波技术概念即简易数字滤波技术概念 对存在干扰和随机误差的信号进行等精度快速多对存在干扰和随机误差的信号进行等精度快速多次采样，然后先舍去第一个采样值，再舍去若干个最次采样，然后先舍去第一个采样值，再舍去若干个最大值和最小值，将余下的几个中间值求算术平均值，大值和最小值，将余下的几个中间值求算术平均值，该算术平均值可以认为是排除了干扰后的较正确的结该算术平均值可以认为是排除了干扰后的较正确的结果，这种方法有时也被称为简易数字滤波。果，这种方法有时也被称为简易数字滤波。7/25/202430三、系统中的几种重要部件三、系统中的几种重要部件 1.1.采样开关采样开关 (1)(1)干簧继电器：干簧继电器：干簧继电器主要由驱动线圈和干簧管组成，干簧继电器主要由驱动线圈和干簧管组成，驱动线圈绕在干簧管外面。当线圈通以额定电流驱动线圈绕在干簧管外面。当线圈通以额定电流后，干簧管中的两根常开弹簧片互相吸引而吸合。后，干簧管中的两根常开弹簧片互相吸引而吸合。它的耐压较高，额定电流较大，导通电阻接近零，它的耐压较高，额定电流较大，导通电阻接近零，驱动功率约几十毫瓦。耗电较大、速度较慢是干驱动功率约几十毫瓦。耗电较大、速度较慢是干簧继电器的主要缺点。簧继电器的主要缺点。干簧管干簧管7/25/202431(2)CMOS(2)CMOS模拟采样开关模拟采样开关 CMOS模拟采样开关是一种传输模拟信号的可控模拟采样开关是一种传输模拟信号的可控半导体开关。它的控制端处于半导体开关。它的控制端处于“有效有效”状态时，内部状态时，内部的的P沟道沟道MOS管或管或N沟道沟道MOS管导通，模拟开关处于管导通，模拟开关处于导通状态，导通电阻约几欧至几百欧（视型号而定）。导通状态，导通电阻约几欧至几百欧（视型号而定）。当控制端处于当控制端处于“无效无效”状态时开关截止，截止电阻大状态时开关截止，截止电阻大于于108。CMOS模拟开关的优点是集成度高，动作快模拟开关的优点是集成度高，动作快（小于（小于1 s）、）、耗电省等。缺点是有一定的导通电阻、耗电省等。缺点是有一定的导通电阻、各通道间有一定的漏电、击穿电压低、易损坏等。各通道间有一定的漏电、击穿电压低、易损坏等。CMOSCMOS模拟采样开关模拟采样开关7/25/2024322.2.放大器放大器 从从传感器来的信号有许多是毫伏级的弱信号，传感器来的信号有许多是毫伏级的弱信号，须经放大才能进行须经放大才能进行A/D转换。系统对放大器的主要要求转换。系统对放大器的主要要求是：精度高、温度漂移小、共模抑制比高、频带宽的是：精度高、温度漂移小、共模抑制比高、频带宽的直流放大器。直流放大器。目前常用的放大器有以下三种型式：目前常用的放大器有以下三种型式：一种是高精度、低漂移的双极型放大器。例一种是高精度、低漂移的双极型放大器。例OP07另一种是另一种是CMOS斩波、自稳零集成运放。有温漂低、斩波、自稳零集成运放。有温漂低、共模抑制比高，但有斩波噪声的特点。共模抑制比高，但有斩波噪声的特点。ICL7650第三种为隔离放大器，它带有光电隔离或变压器隔第三种为隔离放大器，它带有光电隔离或变压器隔离的低漂移离的低漂移信号信号放大放大器器，以及，以及一个高隔离的一个高隔离的DC/DC电电源源。7/25/202433精密隔离精密隔离放大器举例放大器举例 线性误差线性误差：小于小于0.01%输入阻抗：输入阻抗：1M隔离度：隔离度：2500V/50Hz/1min工作温度：工作温度：-10+607/25/2024343.A/D3.A/D转换器（转换器（ADCADC）放大器放大后的模拟信号必须进行放大器放大后的模拟信号必须进行A/D转换才转换才能由计算机进行运算处理。目前采用较多的能由计算机进行运算处理。目前采用较多的A/D转转换器有两大类：一类是并行换器有两大类：一类是并行A/D转换器，另一类是转换器，另一类是串行串行A/D转换器。转换器。在并行在并行A/D转换器中，又有逐位比较型和双积转换器中，又有逐位比较型和双积分型之分。前者转换速度较快，有分型之分。前者转换速度较快，有8位、位、12位、位、16位等规格。位数越高，精度也越高，但价格也相应位等规格。位数越高，精度也越高，但价格也相应提高；后者转换速度较慢（每秒提高；后者转换速度较慢（每秒10次左右），但价次左右），但价格便宜。常见的有格便宜。常见的有3位半、位半、4位半等规格。位半等规格。7/25/202435A/DA/D转换器的光耦接口电路举例转换器的光耦接口电路举例 在在A/DA/D转换器输出端与微机插入高速光耦合器，转换器输出端与微机插入高速光耦合器，切断微机数字地与放大器模拟地之间的联系，使放大切断微机数字地与放大器模拟地之间的联系，使放大器浮置，提高系统的抗干扰能力，这种隔离方式是器浮置，提高系统的抗干扰能力，这种隔离方式是A/DA/D转换器后隔离方式。转换器后隔离方式。7/25/2024364.D/A4.D/A转换器（转换器（DACDAC）计算机运算处理后的数字信号有时必须转换计算机运算处理后的数字信号有时必须转换为模拟信号，才能用于工业生产的过程控制。它为模拟信号，才能用于工业生产的过程控制。它的输入是计算机送出的数字量，它的输出是与数的输入是计算机送出的数字量，它的输出是与数字量相对应的电压或电流。如果在计算机与字量相对应的电压或电流。如果在计算机与D/AD/A之之间插入多路光耦合器就能较好地防止工业控制设间插入多路光耦合器就能较好地防止工业控制设备干扰计算机的工作。如果使用多路采样保持器，备干扰计算机的工作。如果使用多路采样保持器，只要使用一只只要使用一只D/AD/A即可进行多路即可进行多路D/AD/A转换。转换。7/25/202437D/AD/A转换器的光耦接口电路举例转换器的光耦接口电路举例 420mA7/25/202438四、可编程序控制器中的传感器接口板四、可编程序控制器中的传感器接口板 传感器与传感器与PLC的联系主要是的联系主要是输入接口。不同的输入接口。不同的“I/O模板模板”与各种不同的传感器配套：与各种不同的传感器配套：模拟量输入模板、开关量输模拟量输入模板、开关量输入模板、计时入模板、计时/计数模板、中断计数模板、中断控制模板、控制模板、温度输入控制模板等。温度输入控制模板等。用户不必自行设计接口电路，只用户不必自行设计接口电路，只要按照说明书选购不同功能的模要按照说明书选购不同功能的模板即可构成完整的自动检测控制板即可构成完整的自动检测控制系统。系统。三菱系列三菱系列 可编程控制器可编程控制器7/25/202439可编程序控制器中的光耦接口电路分析举例可编程序控制器中的光耦接口电路分析举例 PLCPLC的的开关量输入电路开关量输入电路1 1现场开关盒现场开关盒 2 2传输线传输线 3 3电源电源 4 4光耦合器光耦合器 当现场开关当现场开关S（例如行程开关）闭合时，例如行程开关）闭合时，VL1导通，反相器导通，反相器IC2的输出是低电平，的输出是低电平，LED亮亮。7/25/202440第三节第三节 带计算机的检测技术应用实例带计算机的检测技术应用实例 一、陶瓷隧道窑温度、压力监测控制系统一、陶瓷隧道窑温度、压力监测控制系统 检检测测燃燃烧烧室室的的温温度度及及压压力力，控控制制每每个个喷喷油油嘴嘴及及风风道道蝶蝶阀阀的的开开闭闭程程度度，使使整整个个过过程程符符合合给给定定的的烧烧制制指指标标，同同时时可可使使油油耗耗降降低低、废废品品率率降降低低，经经济济效效益益明明显显。该系统涉及热工参数的测量。该系统涉及热工参数的测量。它它采采用用工工控控机机，它它带带有有硬硬盘盘、总总线线接接口口、彩彩色色显显示示器器、打打印印机机等等。该该系系统统将将巡巡回回数数据据采采集集电电路路及及控控制制电电路路装装在在独独立立的的接接口口箱箱中中，其其中中装装有有定定时时器器、计计数数器器、并并行行输输入入输输出出接接口口等等，接接口口箱箱与与主主机机之之间间通通过过并并行行接口插卡与计算机通信。接口插卡与计算机通信。7/25/202441隧道窑外形隧道窑外形 7/25/202442隧道窑计算机检测控制系统框图隧道窑计算机检测控制系统框图 煤气喷嘴煤气喷嘴7/25/202443隧道窑计算机检测控制系统分析隧道窑计算机检测控制系统分析1 1、检测部分的控制原理：、检测部分的控制原理：系统测温点系统测温点2020点，选用分度号点，选用分度号K K（镍镉镍镉-镍硅）测量较低的镍硅）测量较低的预热带温度，分度号预热带温度，分度号B B（铂铑铂铑3030-铂铑铂铑6 6）及分度号）及分度号R R（铂铑铂铑1313-铂）铂）测量温度较高的燃烧带、烧成带、冷却带的温度。压力检测测量温度较高的燃烧带、烧成带、冷却带的温度。压力检测4 4点，采用点，采用YSH-1YSH-1压力变送器。输出信号经压力变送器。输出信号经CMOSCMOS模拟开关切换后模拟开关切换后送到公用前置放大级。经过低温漂、高精度的送到公用前置放大级。经过低温漂、高精度的“仪用测量放大仪用测量放大器器”将将-50+50mV-50+50mV的热电势放大的热电势放大-5+5V-5+5V，采用采用1212位位ADCADC将模拟将模拟电压转换为电压转换为000H0FFFH000H0FFFH，将结果存储计算机内存中。将结果存储计算机内存中。2 2、控制部分的工作原理：、控制部分的工作原理：系统开始工作时，从硬盘调用用户程序及有关参数，数据系统开始工作时，从硬盘调用用户程序及有关参数，数据采集后，进行中值滤波，将测量值进行数据处理，温度补偿、采集后，进行中值滤波，将测量值进行数据处理，温度补偿、线性化，得到精确结果，进行线性化，得到精确结果，进行PIDPID运算。采用运算。采用1212路路8 8位数模转换位数模转换器获得器获得4 420mA20mA的电流输出，经伺服电机放大器控制隧道窑喷的电流输出，经伺服电机放大器控制隧道窑喷油嘴及风道蝶阀闸板的开合度。油嘴及风道蝶阀闸板的开合度。7/25/202444二、智能化流量积算仪二、智能化流量积算仪 所谓智能化流量积算仪，就是使用计算机技术，将一次仪所谓智能化流量积算仪，就是使用计算机技术，将一次仪表送来的流量信号对时间作积分，求出流量累积总量的仪器。表送来的流量信号对时间作积分，求出流量累积总量的仪器。7/25/202445智能化流量积算仪原理智能化流量积算仪原理（以上图（以上图NY-NY-型型为例）为例）待测量：待测量：智能化流量积算仪采用差压法测量瞬时流量，因此必须智能化流量积算仪采用差压法测量瞬时流量，因此必须首先测出差压首先测出差压p p。由于温度和压力会引起流体的密度的变化，由于温度和压力会引起流体的密度的变化，有时还需要进行温度补偿和压力补偿，所以必须测出流体的有时还需要进行温度补偿和压力补偿，所以必须测出流体的温度和压力。如果使用热电偶，温度和压力。如果使用热电偶，还必须测量热电偶的冷端还必须测量热电偶的冷端（室温）（室温）温度上述四种信号。温度上述四种信号。检测过程：检测过程：先由标准的一次仪表转换为先由标准的一次仪表转换为4 420mA 20mA 的电流信号，经信的电流信号，经信号传输线传送到本积算仪的输入端，再用取样电阻（号传输线传送到本积算仪的输入端，再用取样电阻（250.250.）转换成个低内阻的转换成个低内阻的1 15V5V电压信号：电压信号：U Up p、U Up p、U Ut t、U Ut to o。上述四个电压信号按顺序轮流通过采样继电器上述四个电压信号按顺序轮流通过采样继电器K K1 1K K2 2传送至传送至模模/数转换器的输入端，再经光耦，由单片机计算出累积流量。数转换器的输入端，再经光耦，由单片机计算出累积流量。7/25/202446NY-NY-型智能化流量积算仪计算机接口型智能化流量积算仪计算机接口电路原理框图电路原理框图 7/25/202447三、传感器在模糊控制洗衣机中的应用三、传感器在模糊控制洗衣机中的应用 所所谓谓模模糊糊控控制制系系统统是是模模拟拟人人智智能能的的一一种种控控制制系系统统。它它将将人人的的经经验验、知知识识和和判判断断力力作作为为控控制制规规则则，根根据据诸诸多多复复杂杂的的因因素素和和条条件件作作出出逻逻辑辑推理去影响控制对像。推理去影响控制对像。模糊洗衣机能自动判断衣物的数量（重量）、模糊洗衣机能自动判断衣物的数量（重量）、布料质地（粗糙、软硬）、肮脏程度来决定水布料质地（粗糙、软硬）、肮脏程度来决定水位的高低、洗涤时间、搅拌与水流方式、脱水位的高低、洗涤时间、搅拌与水流方式、脱水时间等，将洗涤控制在最佳状态。不但使洗衣时间等，将洗涤控制在最佳状态。不但使洗衣机省电、省水、省洗涤剂，又能减少衣物磨损。机省电、省水、省洗涤剂，又能减少衣物磨损。7/25/202448模糊洗衣机的模模糊洗衣机的模糊推理糊推理 7/25/202449传感器在模糊控制洗衣机中的应用原理传感器在模糊控制洗衣机中的应用原理 1 1、布量和布质判断、布量和布质判断 不不同同布布量量和和布布质质产产生生布布阻阻抗抗大大小小、性性质质不不同同，导导致致洗洗衣衣机机电电动动机机启启停停过过程程、时时间间不不同同，微微处处理理器器根根据据预预先先输输入入的的经经验验公公式判断出布量和布质，觉得搅拌和洗涤方式。式判断出布量和布质，觉得搅拌和洗涤方式。2 2、水位判断、水位判断 不不同同布布量量需需要要不不同同水水位位，水水位位越越高高，对对水水位位传传感感器器膜膜盒盒的的压力越大，微处理器根据输出判断到达预计的水位与否。压力越大，微处理器根据输出判断到达预计的水位与否。3 3、水温判断、水温判断 水水温温高高，洗洗涤涤效效果果好好，节节省省时时间间。微微处处理理器器根根据据不不同同布布质质决定水温高低，可由半导体集成温度传感器测定。决定水温高低，可由半导体集成温度传感器测定。4 4、水的浑浊度测定、水的浑浊度测定 用用红红外外光光电电对对管管完完成成，安安装装在在排排水水阀阀的的上上方方。给给红红外外LEDLED通通以以恒恒定定电电流流，发发出出红红外外光光透透过过排排水水管管中中的的水水柱柱到到达达光光敏敏三三极极管管，光光强强反反映映水水的的浑浑浊浊度度。直直到到水水质质变变清清、无无泡泡沫沫、透透明明度度达达到设定值时，衣物漂洗干净，洗涤过程结束。到设定值时，衣物漂洗干净，洗涤过程结束。7/25/202450第四节第四节 传感器在现代汽车中的应用传感器在现代汽车中的应用 7/25/202451一、汽车结构及工作过程概述一、汽车结构及工作过程概述 汽车类型繁多，结构比汽车类型繁多，结构比较复杂，大体可分为发动机、较复杂，大体可分为发动机、底盘和电气设备三大部分，底盘和电气设备三大部分，按传感器较多的部分可分成按传感器较多的部分可分成燃料系、点火系、传动系、燃料系、点火系、传动系、轿厢系等几个系统，每一部轿厢系等几个系统，每一部分均安装有许多检测和控制分均安装有许多检测和控制用的传感器。用的传感器。汽车发动机汽车发动机 发发动动机机是是汽汽车车的的动动力力装装置置，其其作作用用是是使使吸吸入入的的燃燃料料燃燃烧烧而而产产生生动动力力，通通过过传传动动系系统统，使使汽汽车车行行驶驶。汽汽油油发发动动机机主主要要由由汽汽缸缸、燃燃料料系系、点点火火系系、起起动动系系、冷冷却却系系及及润润滑滑系系等等组组成成。汽车的工作过程均是在电控单元汽车的工作过程均是在电控单元ECU控制下进行的。控制下进行的。7/25/202452福特福特林肯林肯NavigatorNavigator底盘底盘发动机发动机传动轴传动轴排气管排气管前前刹车盘刹车盘后轮后轮悬挂悬挂减速箱减速箱减速箱减速箱7/25/202453汽车发动机的解剖图汽车发动机的解剖图7/25/202454与发动机配套使用的各种传感器与发动机配套使用的各种传感器进气压力进气压力传感器传感器曲轴位置传感器曲轴位置传感器进气压力、进气压力、温度传感器温度传感器 7/25/202455ECUECU结构结构 a a）外形外形 b b）ECUECU内部原理内部原理 框图及输入框图及输入/输出信号输出信号 发动机起动，发动机起动，燃料燃烧、点火，燃料燃烧、点火，曲轴运动，车轮曲轴运动，车轮转动工作过程是转动工作过程是在电控单元在电控单元ECUECU控控制下进行制下进行。7/25/202456各种各种ECUECU外形外形（参考（参考北京元业隆公司资料）北京元业隆公司资料）7/25/202457汽车汽车ECUECU的应用的应用ECUECU用于用于控制方向控制方向盘的助力盘的助力系统系统7/25/202458ECUECU在汽车四轮独立悬挂避振中的应用在汽车四轮独立悬挂避振中的应用前前悬挂悬挂后悬挂后悬挂 为了减小汽车在崎岖的道路上的颠簸，提高舒适为了减小汽车在崎岖的道路上的颠簸，提高舒适性，性，ECU还能根据四个车轮的独立悬挂系统的受力情还能根据四个车轮的独立悬挂系统的受力情况，控制油压系统，调节四个车轮的高度，跟踪地面况，控制油压系统，调节四个车轮的高度，跟踪地面的变化，保持轿厢的平稳。的变化，保持轿厢的平稳。7/25/202459ECUECU用于防碰撞和控制安全气囊用于防碰撞和控制安全气囊 传感器将速度、距离等与碰撞有关的参数传送传感器将速度、距离等与碰撞有关的参数传送给给ECU。7/25/202460汽车避撞系统原理框图汽车避撞系统原理框图安安全全气气囊囊7/25/202461ECU在接在接收到碰撞传感收到碰撞传感器的信号后，器的信号后，打开打开折叠式安折叠式安全气囊。全气囊。折叠式安全气囊折叠式安全气囊7/25/202462二、传感器在汽车运行中的作用二、传感器在汽车运行中的作用 7/25/202463空气系统中的传感器空气系统中的传感器 为了得到最佳的燃烧状态和最小的排气污染，必为了得到最佳的燃烧状态和最小的排气污染，必须对油气混合气中的空气须对油气混合气中的空气 -燃油比例（空燃比）进燃油比例（空燃比）进行精确的控制。空气系统中传感器的作用是计量和控行精确的控制。空气系统中传感器的作用是计量和控制发动机燃烧所需要的空气量。制发动机燃烧所需要的空气量。空气进气量还与油门踏板有关。驾驶员通过操作空气进气量还与油门踏板有关。驾驶员通过操作油门踏板控制进气道的节气门开度，以改变进气流通油门踏板控制进气道的节气门开度，以改变进气流通截面积，从而控制进气量，由此控制发动机的功率。截面积，从而控制进气量，由此控制发动机的功率。ECU必须知道节气门的开度，才能控制喷油器的喷油必须知道节气门的开度，才能控制喷油器的喷油量。量。7/25/202464空气流量传感器空气流量传感器 空气流量传感器有多种类型，使用较多的有热空气流量传感器有多种类型，使用较多的有热丝式气体测速仪以及卡门涡街流量计。丝式气体测速仪以及卡门涡街流量计。7/25/202465节气门及节气门角位移开度传感器节气门及节气门角位移开度传感器节气门角度位移传感器节气门角度位移传感器节气门节气门7/25/202466受受ECUECU控制的喷油器控制的喷油器7/25/202467汽车水温传感器汽车水温传感器7/25/202468氧含量传感器在汽车中的应用氧含量传感器在汽车中的应用 当汽车节气门的开合度不正确时，汽缸中的燃当汽车节气门的开合度不正确时，汽缸中的燃油燃烧可能不正常。通过测量尾气的氧含量，并将信油燃烧可能不正常。通过测量尾气的氧含量，并将信号传输给号传输给ECU，从而改变节气门的开合度，使燃油从而改变节气门的开合度，使燃油的燃烧达到最佳工况。现代汽车还在排气总管前端安的燃烧达到最佳工况。现代汽车还在排气总管前端安装一只氧含量传感器。当排气中的氧含量不足时，由装一只氧含量传感器。当排气中的氧含量不足时，由ECUECU控制增大空燃比，改变油气浓度，提高燃烧效率，控制增大空燃比，改变油气浓度，提高燃烧效率，减少黑烟污染。减少黑烟污染。7/25/202469氧含量传感器及其在汽车中的安装位置氧含量传感器及其在汽车中的安装位置 排气总管排气总管7/25/202470传感器在汽车传感器在汽车ABSABS中的作用中的作用 当汽车紧急刹车时，使汽车减速的外力主要来当汽车紧急刹车时，使汽车减速的外力主要来自地面作用于车轮的摩擦力，即所谓的地面附着力。自地面作用于车轮的摩擦力，即所谓的地面附着力。而地面附着力的最大值出现在车轮接近抱死而尚未抱而地面附着力的最大值出现在车轮接近抱死而尚未抱死的状态。这就必须设置一个死的状态。这就必须设置一个“防抱死制动系统防抱死制动系统”又又称为称为ABSABS。ABSABS由车轮速度传感器、由车轮速度传感器、ECUECU以及电以及电液控液控制阀等组成。制阀等组成。ECUECU根据车轮速度传感器来的脉冲信号根据车轮速度传感器来的脉冲信号控制电液制动系统，使各车轮的制动力满足少量滑动控制电液制动系统，使各车轮的制动力满足少量滑动但接近抱死的制动状态，以使车辆在紧急刹车时不致但接近抱死的制动状态，以使车辆在紧急刹车时不致失去方向性和稳定性。失去方向性和稳定性。7/25/202471汽车防抱死解决方案汽车防抱死解决方案刹车装置刹车装置7/25/202472汽车防抱死使用效果及注意事项汽车防抱死使用效果及注意事项在用力紧急刹车时，在用力紧急刹车时，ABS自动启动。自动启动。使用使用ABS能改善刹车效果能改善刹车效果使用使用ABS前前易发生易发生“甩尾甩尾”7/25/202473汽车防侧滑系统汽车防侧滑系统 汽车在行驶过程中必须汽车在行驶过程中必须保持驱动车轮在冰雪等易滑保持驱动车轮在冰雪等易滑路面上的稳定性并防止侧偏路面上的稳定性并防止侧偏力的产生，故在前后四个车力的产生，故在前后四个车轮中安装有车轮速度传感器轮中安装有车轮速度传感器（转速传感器）。当发生侧（转速传感器）。当发生侧滑时，滑时，ECU分别控制有关车分别控制有关车轮的制动控制装置及发动机轮的制动控制装置及发动机功率，提高行驶的稳定性和功率，提高行驶的稳定性和转向操作性。转向操作性。安装防安装防侧滑传感器侧滑传感器前后比较前后比较7/25/202474防侧滑系统涉及到的传感器防侧滑系统涉及到的传感器7/25/202475汽车性能测试仪表及各点信号汽车性能测试仪表及各点信号7/25/202476汽车部件的检测汽车部件的检测7/25/202477现代汽车性能测试用的部分仪表现代汽车性能测试用的部分仪表ECU模拟信号发生器模拟信号发生器ECU历史记录读出器历史记录读出器（汽车故障诊断仪）（汽车故障诊断仪）7/25/202478汽车性能测试仪表汽车性能测试仪表汽车尾气分析仪汽车尾气分析仪电喷电喷系统清洗系统清洗测试仪测试仪7/25/202479本章小结本章小结学习检测技术在测量、控制系统中学习检测技术在测量、控制系统中的综合应用，以及如何将多种传感的综合应用，以及如何将多种传感器与器与计算机计算机组成智能化系统，并了组成智能化系统，并了解检测系统中常用的部件。解检测系统中常用的部件。7/25/2024807/25/202481