第4章压力传感器及工程应用概要1.ppt

图4?55 空气压缩机压力调节机构框图 1. 压力调节执行机构 本案例的压力调节执行机构采用了目前比较流行的PWM直流电机调速电路来实现，其电路结构如图4?55所示。图中PWM直流电机调速电路的输出电压Ua大小受电压ui的控制，从而导致空气压缩机的电机转速受ui的控制。 根据压缩机的工作要求，该案例选择了SET-90P，它的工作电压是DC6V~DC90V，控制电压ui的变化范围是0~5V，对应的输出功率是0.01~1000W，通过调节控制电压ui的大小，可调节该空气压缩机的输出压力。 2. 压力调节控制方式 实现控制的方式一般有三种，第一种是手动调节方式；它是最简单的一种。这种方法是利用电位器给ui端提供一个连续可调的0~5V电压信号，然后根据压力控制要求和观测到的实际压力输出情况，人工不断手动调节电位器，修改控制电压ui来实现定值控制。 第二种是用调节器通过合理设置PID参数来实现自动调节方式；这种方式根据压力的检测结果和压力控制的要求，通过PID调节器输出一个0~5V的调节信号送入ui端，实现连续的PID控制。第三种是用计算机和数据采集卡通过编程来实现自动调节方式，它是目前自动控制系统中最流行的一种。为了保证控制可靠、安全生产和长时间的运行，工业控制中计算机通常都选择工控机来控制。 3. 自动调节控制原理 现以计算机调节方式为例简述它的调节原理。假定要将压力控制在20KPa，根据硬件电路和控制要求编写计算机控制程序，设定采样间隔，进行程序调试，确认程序正确无误后，按图4?54进行必要的硬件连接，进一步确认所有硬件连接正确无误后即可给空气压缩机通电运行。计算机控制的工作过程如下： 计算机首先采集空气压缩机产生的压力值。若采集到的压力值低于20KPa，则计算机经过PID算法计算后就输出一个较大的ui，使空气压缩机转速上升；若采集到的压力值高于20KPa，则计算机经过PID算法运算后就输出一个较小的ui，使空气压缩机转速下降。 作业： 若计算机采集到的压力值等于20KPa，则计算机输出的ui和前一次一样使空气压缩机转速保持不变。计算机按照程序安排，每隔一定时间间隔就重复一遍上述过程，周而复始，不断的进行调节，就可保证空气压缩机的输出压力维持在20KPA附近。由于计算机控制采用了PID调节技术，控制精度和快速性要比人控和PID调节要好得多，并且不易受干扰。这就是目前广泛使用计算机控制的主要原因。 课间休息 * 压力是重要的工业参数之一, 正确测量和控制压力对保证生产工艺过程的安全性和经济性有重要意义。压力及差压的测量还广泛地应用在流量和液位的测量中。  * 当实际使用应变片的条件与其灵敏系数K的标定条件不同时, 如μ≠0.285或受非单向应力状态, 由于横向效应的影响, 实际K值要改变, 如仍按标称灵敏系数来进行计算, 可能造成较大误差。当不能满足测量精度要求时, 应进行必要的修正, 为了减小横向效应产生的测量误差, 现在一般多采用箔式应变片。 假设初始电容为Cx0，当T4?0 (?0=(R+R//RL)Cx0)时，将式(4?96)和式(4?97)代入式(4?93)得输出电压的平均值为 式中，f为脉冲电源的频率。 由式(4?98)可知，该电路的输出电压平均值UO与电容Cx1和Cx2的差值有关，只要能测量出输出电压的平均值UO就能计算出电容Cx1和Cx2的差值，进而计算出被测压力。 (4?98) 2) 变压器式差动交流电桥测量电路 变压器式差动交流电桥测量电路如图4?37所示，图中Cx1、Cx2是差动电容压力传感器的两个电容。令Z1=1/(jωCx1)，Z2=1/(jωCx2)，则该电路的空载输出电压为 式中， 为变压器的工作电压。 若差动电容压力传感器在被测压力作用下使d1=d0-⊿d，d2=d0+⊿d，则Cx1、Cx2的表达式分别为 图4?37 变压器式差动交流电桥测量电路 (4?99) 式中，d0为差动电容传感器的初始极距；⊿d为差动电容传感器的极距变化量。把式(4?100)和式(4?101)代入式(4?99)得 式(4?102)说明，此测量电路的输出电压Uo与差动电容的极距变化量⊿d成正比。且无非线性误差。此种测量电路常用于自动监测控制系统中。 (4?102) (4?101) (4?100) 4.5.4 常见电容式压力传感器及应用 1. 差动电容压力传感器 图4?38是一种典型的电容式压差传感器结构示意图。它实际是一个变极距差动电容器。 图中金属膜片为动极板，两个在凹形玻璃上电镀的金属层为定极板。当被测压力差作用于金属膜片并使之产生位移时，两个电容量，一个增大，一个减小。如果把一端接被测压力，另一端与大气相通，就可以实现表压力的测量。 图4?3