常用检测仪表：优化工艺流程的关键设备

单位时间内连续变化的信号称为模拟量信号，如流量、压力、温度、位移等。用于检测模拟量信号的仪器仪表一般在过程控制系统中使用较多；但在机床电气与PLC控制系统中也少不了这些器件和设备，只不过不像在过程控制系统中那样大量地集中使用罢了。为此，适当了解一些常用检测仪表的知识对本课程也是必要的。

1.变送器

几乎所有的能输出标准信号（1～5V或4～20mA）的测量仪器都是由传感器加上变送器组成的。传感器用来直接检测各种具体的物理量信号，变送器则把这些形形色色的工艺变量（如温度、流量、压力、物位等）信号交换成控制器或控制系统能够使用的统一标准的电压或电流信号。变送器基于负反馈原理设计，它包括测量部分、放大器和反馈部分，其组成原理如图2-67a所示。

图2-67 变送器的组成原理和输入/输出特性

a）变送器的组成原理 b）变送器的输入/输出特性

测量部分用以检测被测变量x，并将其转换成能被放大器接收的输入信号z_i（电压、电流、位移、作用力或力矩等信号）。反馈部分则把变送器的输出信号y转换成反馈信号z_f，再回送到输入端。z_i与调零信号z₀的代数和与反馈信号z_f进行比较，其差值送入放大器进行放大，并转换成标准输出信号y。由图2-67a可以求得变送器输出与输入之间的关系为

式中，K为放大器的放大系数；F为反馈部分的反馈系数；C为测量部分的转换系数。

从式（2-1）中可以看出，在满足深度负反馈KF>>1的条件下，变送器输出与输入之间的关系取决于测量部分和反馈部分的特性，而与放大器的特性几乎无关。如果转换系数C和反馈系数F为常数，则变送器的输出与输入之间将保持良好的线性关系。如图2-67b所示，x_max和x_min分别为被测变量的上限值和下限值，y_max和y_min分别为输出信号的上限值和下限值。它们与统一标准信号的上限值和下限值相对应。

现代的变送器还可以提供各种通信协议的接口，如RS-485、PROFIBUS-PA等。(www.xing528.com)

2.机床中常用的检测仪表

（1）压力检测及变送器 根据测量原理不同，有不同的检测压力的方法。常用的压力传感器有应变片压力传感器、陶瓷压力传感器、扩散硅压力传感器和压电压力传感器等。其中陶瓷压力传感器、扩散硅压力传感器在工业上最为常用。

压力变送器可以把压力信号变换成标准的电压或电流信号。图2-68a所示为输出信号是电压信号的压力变送器通用符号。输出若为电流信号，可把图中文字改为p/I，可在图中框中文字下部的空白处增加小图标表示传感器的类型。压力变送器文字符号为BP。

（2）温度检测及变送器 各种测温方法大都是利用物体的某些物理化学性质（如物体的膨胀率、电阻率、热电势、辐射强度和颜色等）与温度具有一定关系的原理。测出这些参量的变化，就可知道被测物体的温度。测温方法可分为接触式与非接触式两大类。接触式测温方法有使用液体膨胀式温度计、热电偶、热电阻等。非接触式测温方法有光学高温计、辐射高温计、红外探测器测温等。接触式测温简单、可靠、测量精度高；但由于达到热平衡需要一定时间，因而会产生测温的滞后现象。此外，感温元件往往会破坏被测对象的温度场，并有可能受到被测介质的腐蚀。非接触式测温是通过热辐射来测量温度的，感温速度一般比较快，多用于测量高温；但由于受物体的发射率、热辐射传递空间的距离、烟尘和水蒸气的影响，故测量误差较大。下面介绍测温中常用的热电阻和热电偶。

1）热电阻。利用金属和半导体的电阻随温度的变化也可以用来测量温度。其特点是准确度高，在低温下（500℃）测量时，输出信号比热电偶要大得多，灵敏度高。它适合的温度测量范围是-200～500℃。

2）热电偶。当在两种不同种类的导线的接头（节点）上加热时，会产生温差热电势。这是金属和合金的特性，这两种不同种类的导线连接起来就成为热电偶。热电偶价格便宜、制作容易、结构简单、测温范围广、准确度高。

温度变送器接受温度传感器信号并将它转换成标准信号输出。图2-68b所示为输出信号为电压信号的热电偶型温度变送器，输出若为电流信号，可把图中文字改为θ/I。其他类型变送器可更改图中方框下部的小图标。温度变送器文字符号为BT。

图2-68 变送器表示符号

a）压力变送器 b）温度变送器