檢測系統(tǒng)的傳感器
傳感器是檢測系統(tǒng)與被測對象直接發(fā)生聯(lián)系的器件或裝置。 它的作用是感受規(guī)定被測參量的變化并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成一個相應(yīng)的便于傳遞的輸出信號。 傳感器通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換部分組成; 其中, 敏感元件為傳感器直接感受被測參量變化的部分, 轉(zhuǎn)換部分作用通常是將敏感元件輸出轉(zhuǎn)換為便于傳輸和后續(xù)處理的電信號。例如,半導(dǎo)體應(yīng)變片式傳感器能把被測對象受力后微小的變形感受出來, 通過一定的橋路轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓信號輸出。 這樣, 通過測量傳感器輸出電壓便可知道被測對象的受力情況。 這里應(yīng)該說明, 并不是所有的傳感器均可清楚、 明晰地區(qū)分敏感和轉(zhuǎn)換兩部分; 有的傳感器已將兩部分合二為一,也有的僅有敏感元件(如熱電阻、熱電偶) 、無轉(zhuǎn)換部分,但人們?nèi)粤?xí)慣稱其為傳感器(如人們習(xí)慣稱熱電阻、熱電偶為溫度傳感器)。
檢測系統(tǒng)的信號調(diào)理
信號調(diào)理在檢測系統(tǒng)中的作用是對傳感器輸出的微弱信號進(jìn)行檢波、 轉(zhuǎn)換、濾波、放大等,以方便檢測系統(tǒng)后續(xù)處理或顯示。例如,工程上常見的熱電阻型數(shù)字溫度檢測(控制)儀表其傳感器 Pt100 輸出信號為熱電阻值的變化,為便于后續(xù)處理,通常需設(shè)計(jì)一個四臂電橋,把隨被測溫度變化的熱電阻阻值轉(zhuǎn)換成電壓信號;由于信號中往往夾雜著 50Hz 工頻等噪聲電壓,故其信號調(diào)理電路通常包括濾波、放大、線性化等環(huán)節(jié)。需要遠(yuǎn)傳的話, 通常采取 D/A 或 V/I 電路獲得的電壓信號轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的 4~20m A 電流信號后再進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳送。檢測系統(tǒng)種類繁多,復(fù)雜程度差異很大,信號的形式也多種多樣, 各系統(tǒng)的精度、 性能指標(biāo)要求各不相同, 它們所配置的信號調(diào)理電路的多寡也不盡一致。 對信號調(diào)理電路的一般要求是:(1) 能準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換、穩(wěn)定放大、可靠地傳輸信號;(2) 信噪比高,抗干擾性能要好。
檢測系統(tǒng)相關(guān)介紹
對一些容易實(shí)現(xiàn)、 傳感器輸出信號大, 用戶對檢測精度要求不高、 只要求被測量不要超過某一上限值,一旦越限, 送出聲 ( 喇叭或蜂鳴器 ) 、光 ( 指示燈 ) 信號即可的檢測儀表的信號處理模塊, 往往只需設(shè)計(jì)一個可靠的比較電路, 比較電路一端為被測信號, 另一端為表示上限值的固定電平; 當(dāng)被測信號小于設(shè)定的固定電平值,比較器輸出為低,聲、光報警器不動作, 一旦被測信號電平大于固定電平, 比較器翻轉(zhuǎn), 經(jīng)功率放大驅(qū)動揚(yáng)聲器、 指示燈動作。 這種簡單系統(tǒng)的信號處理就很簡單,只要一片集成比較器芯片和幾個分立元件就可構(gòu)成。但對于像熱處理爐的爐溫檢測、 控制系統(tǒng)來說,其信號處理電路將大大復(fù)雜化。 因?yàn)闊崽幚頎t爐溫測控系統(tǒng), 用戶不僅要求系統(tǒng)高精度地實(shí)時測量爐溫,而且需要系統(tǒng)根據(jù)熱處理工件的熱處理工藝制定的時間一溫度曲線進(jìn)行實(shí)時控制( 調(diào)節(jié) ) 。
檢測系統(tǒng)的信號顯示
通常人們都希望及時知道被測參量的瞬時值、 累積值或其隨時間的變化情況; 因此,各類檢測儀表和檢測系統(tǒng)在信號處理器計(jì)算出被測參量的當(dāng)前值后通常均需送各自的顯示器作實(shí)時顯示。顯示器是檢測系統(tǒng)與人聯(lián)系的主要環(huán)節(jié)之一,顯示器一般可分為指示式、數(shù)字式和屏幕式三種。
(1) 指示式顯示,又稱模擬式顯示。被測參量數(shù)值大小由光指示器或指針在標(biāo)尺上的相對位置來表示。有形的指針位移用于模擬無形的被測量是較方便、 直觀的。指示式儀表有動圈式和動磁式多種形式,但均有結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、顯示直觀,在檢測精度要求不高的單參量測量顯示場合應(yīng)用較多。指針式儀表存在指針驅(qū)動誤差、標(biāo)尺刻度誤差,這種儀表讀數(shù)精度和儀器的靈敏度等受標(biāo)尺較小分度的限制,如果操作者讀儀表示值站位不當(dāng)就會引入主觀讀數(shù)誤差。
(2) 數(shù)字式顯示,以數(shù)字形式直接顯示出被測參量數(shù)值的大小;在正常情況下,數(shù)字式顯示完全消除了顯示驅(qū)動誤差、能有效地克服讀數(shù)的主觀誤差,(相對指示式儀表)提高顯示和讀數(shù)的精度,還能方便地與計(jì)算機(jī)連接和進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。 因此, 各類檢測儀表和檢測系統(tǒng)正越來越多地采用數(shù)字式顯示方式。
(3) 屏幕顯示,實(shí)際上是一種類似電視顯示方法,具有形象性和易于讀數(shù)的優(yōu)點(diǎn),又能同時在同一屏幕上顯示一個被測量或多個被測量的 ( 大量數(shù)據(jù)式 ) 變化曲線,有利于對它們進(jìn)行比較、分析。屏幕顯示器一般體積較大、 價格與普通指示式顯示和數(shù)字式顯示相比要高得多;其顯示通常需由計(jì)算機(jī)控制,對環(huán)境溫度、濕度等指標(biāo)要求較高,在儀表控制室、監(jiān)控中心等環(huán)境條件較好的場合使用較多。