项目八 传感器在机电一体化系统中的应用（课件）- 《传感器与检测技术应用》同步教学（人民邮电版）

项目8 传感器在机电一体化系统中的应用 8.1 传感器在冶金生产中的典型应用 高炉炼铁就是在高炉中将铁从铁矿石中还原出来，并熔化成生铁。 高炉是一个竖式的圆筒形炉子，其本体包括炉基、炉壳、炉衬、冷却设备和高炉支柱组成，而高炉内部工作空间又分为炉喉、炉身、炉腰、炉腹和炉缸五段。 高炉生产除本体外，还包括上料系统、送风系统、煤气除尘系统、渣铁处理系统和喷吹系统。高炉产品包括各种生铁、炉渣、高炉煤气以及炉尘。 图8.1 炼铁生产过程工艺参数检测与控制系统图 1．高炉本体检测和控制 为了准确、及时地判断高炉炉况和控制整个生产过程的正常运行，必须检测高炉内各部位的温度、压力等参数。 （1）温度。需检测的温度点包括炉顶温度、炉喉温度、炉身温度和炉基温度，并采用多点式自动电子电位差计指示和记录。 （2）差压（压力）。需检测大小料钟间的差压、热风环管与炉顶间的差压及炉顶煤气压力。 2．送风系统检测和控制 送风系统主要考虑鼓风温度和湿度的自动控制，均采用单回路控制方案。 3．热风炉煤气燃烧自动控制 图8.2 热风炉煤气燃烧自动检测控制系统 （1）煤气与空气的比例控制。 （2）烟道废气中含氧量的控制。 （3）炉顶温度控制。 （4）烟道废气温度控制。 （5）煤气压力控制。 此外，还有喷吹重油自动控制、吹氧系统自动控制、煤气净化系统自动控制、汽化冷却系统自动控制等。 目前，我国比较先进的大中型高炉炼铁生产过程工艺参数检测与控制，都采用了先进的集散控制系统（DCS），取代了模拟调节器和显示、记录仪，对生产工况进行集中监视和分散控制，无论从使用角度还是从成本考虑都是极有优势的。 8.2 传感器在化工生产中的典型应用 在石油、化工工业中，许多原料、中间产品或粗成品，通常都是由若干组分所组成的混合物，蒸（精）馏塔就是用于将若干组分所组成的混合物（如石油等）通过精馏，将其中的各组分分离和精制，使之达到规定纯度的重要设备之一。 对蒸馏塔的控制要求通常分为质量指标、产品质量和能量消耗三方面。 图8.3 常压蒸馏塔生产过程工艺参数的检测与控制系统图 1．蒸馏塔参数检测 （1）温度测量：包括原油入口温度、塔顶蒸气温度，可用热电偶测量。 （2）流量测量：需测量燃料（煤气和燃油）流量、原油流量、回流量、各组分及重油流量等。绝大部分流量信号可采用孔板与差压变送器配合测量，对于像重油这样的高黏度液体，不能采用孔板测量，应选用容积式流量传感器（如椭圆齿轮流量传感器）进行测量。 （3）液位测量：回流槽液位、水与汽油的相界位、其他组分液位以及蒸馏塔底液位等，采用差压式液位传感器或差压变送器测量。 2．蒸馏塔自动控制系统 （1）原油温度和流量控制。 （2）回流控制。 （3）重油及各组分流量控制。 任务3 传感器在数控机床中的典型应用 数字控制机床（Numerically Controlled Machine Tool）简称数控机床。随着电子技术的发展，数控机床采用了计算机数控系统。数控机床一般由数控系统、包含伺服电动机和检测反馈装置的伺服系统、强电控制柜、机床本体和各类辅助装置组成。 图8.4 数控机床的系统组成框图 增 量 式 绝 对 式 直线型 直线旋转变压器 计量光栅 磁尺激光干涉仪 三速感应同步器 绝对值式磁尺 旋转型 脉冲编码器 旋转变压器 圆感应同步器 圆光栅、圆磁栅 多速旋转变压器 绝对脉冲编码器 三速圆感应同步器 检测装置由传感器和检测电路两部分组成，分为位移、速度和电流三种类型，而位置检测装置基本上又分为直线型和旋转型两大类。直线型位置装置用来检测运动部分的直线位移量；旋转型位置检测装置用来检测回转部分的转动位移量。 表8.1 常用的检测装置 1．光栅 光栅又称光电脉冲发生器，是利用光的透射、干涉现象制成的光电检测元件，主要由标尺光栅和光栅读数头组成。 标尺光栅和指示光栅统称为光栅尺，它们是在真空镀膜的玻璃上或长条形金属镜面上刻出均匀密集的线纹。玻璃尺光栅称为透射光栅，金属尺光栅称为反射光栅。 光栅读数头又叫光电转换器，由光源、透镜、指示光栅、光敏元件和驱动线路组成，其作用是把光栅莫尔条纹变成电信号。 1—防护垫；2—光栅读数头； 3—标尺光栅；4—防护罩 图8.5 光栅检测装置的安装结构 1—光源；2—透镜；3—指示光栅；4—光敏元件；5—驱动线路 图8.6 光栅读数头 2．感应同步器 感应同步器是一种电磁感应式多级位置传感元件，由旋转变压器演变而来。 感应同步