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1、水电厂计算机监控系统,主讲：贾振国,长春工程学院能源动力工程学院 电站控制教研室,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,第五章：物理量的检测与过程通道,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,一、水电厂测量的特点与对象,1、水电厂测量的特点,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,2、水电厂测量的物理量对象,一、水电厂测量的特点与对象,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,一、水电厂测量的特点与对象,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,2、水电厂测量的物理量对象,一、水电厂测量的特点与对象,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂
2、计算机监控系统,2、水电厂测量的物理量对象,一、水电厂测量的特点与对象,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,二、传感器与测量仪表,1、传感器的分类及主要性能指标,（1）传感器的组成及分类,传感器的概念,传感器：能够感受非电量，并将此非电量变换为电量的器 件，称为传感器。,要 求：传感器的输出信号要求能够完全正确的反映输入 参数的性能。,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,二、传感器与测量仪表,1、传感器的分类及主要性能指标,（1）传感器的组成及分类,传感器的组成,敏感元件,传感元件,转换电路,被测量,非电量,电参量,电量,敏感元件作用 被测量通过敏感元件转换成与
3、输入量有确定关系的非电量或其它量。,传感元件作用 将敏感元件输出的非电量转换为电参量的元件。,转换电路作用 将传感元件输出的电参量转换成电压或电流量。,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,二、传感器与测量仪表,1、传感器的分类及主要性能指标,（1）传感器的组成及分类,传感器的分类,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,Y,二、传感器与测量仪表,2、传感器的分类及主要性能指标,（2）传感器的主要性能指标,灵敏度：输出特性曲线的斜率。,K（灵敏度）=,输出量变化值,输入量变化值,= Y/X,要求：灵敏度越高越好； 灵敏度越高； 传感器越敏感； 质量越好。,长春工程学院
4、能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,二、传感器与测量仪表,2、传感器的分类及主要性能指标,（2）传感器的主要性能指标,阀值（分辨率）：能使传感器输出端产生可测变化量 的最小被测输入量值，即零位附近 的分辨率。特性曲线的斜率。 要求：阀值越小越好,零点漂移：对应于传感器的输出为零电位时的传感器的 输入电压。 要求：零点漂移越小越好,测量范围：能满足规定精度的输入量最大值与最小值的 区间。 要求：测量范围越大越好,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,二、传感器与测量仪表,2、传感器的分类及主要性能指标,（2）传感器的主要性能指标,非线性误差：对应传感器实际特性曲线与拟合直线之间
5、 的最大偏差和传感器满量程输出之百分比。 要 求：非线性误差越小越好,实际曲线,拟合直线,Lmax,Xmax,Ymax,O,输入,输出,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,二、传感器与测量仪表,2、传感器的分类及主要性能指标,（2）传感器的主要性能指标,迟滞性：是指传感器正向特性和反向特性的不一致程度。 要 求：迟滞性越小越好,迟滞系数：,其它指标：稳定性、可靠性、过载能力、重复性,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,二、传感器与测量仪表,2、传感器的分类及主要性能指标,（3）改善传感器性能的主要途径,（4）传感器技术的发展趋势,长春工程学院能源动力工程学院,水
6、电厂计算机监控系统,二、传感器与测量仪表,3、水电厂常用传感器,（1）温度传感器,热电阻测温,A、铂热电阻（Pt100）：用于200850范围内的测温， 稳定性好，准确度高，格较贵。,B、铜热电阻（Cu50）：用于50150范围内的温度测 量。易加工，价格便宜，在此温度内 近似线性。,关系式： RtR0（1a0t） 其中：R0温度为0时的电阻值 a0热电阻的温度系数 铂热电阻a0=3.9103/ 铜热电阻a0=4.25103/,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,热电阻测温的电路连接方法：,二、传感器与测量仪表,电桥测量,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,二、
7、传感器与测量仪表,3、水电厂常用传感器,（2）压力传感器,电位计式压力传感器,感压过程：压力-机械位移,被测压力-真空膜盒-膜盒产生位移-位移放大-传动机构带动电刷在电位器上移动。,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,二、传感器与测量仪表,3、水电厂常用传感器,（2）压力传感器,应变式压力传感器,感压过程：机械应变-电阻变化,压力圆柱筒筒壁产生变形应变电阻R1 - R4变化 桥式电路进行测量,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,二、传感器与测量仪表,3、水电厂常用传感器,（2）压力传感器,电容式压力传感器,感压过程：机械应变-电容变化,压力极板产生变形极板间电容
8、变化桥式电路测量,其中：0真空中的介点电常数， 0=8.85*10-12(F/m) 极板间介质相对介电常数， 空气中=1 A-极板面积极板间距,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,二、传感器与测量仪表,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,二、传感器与测量仪表,3、水电厂常用传感器,（2）压力传感器,压电式压力传感器,感压过程：机械应变-电荷变化,压力石英晶体变形产生电荷变化电荷测量,q=2d11SP,其中：d11石英晶体的压电常数 S-有效面积P-压力 q-电荷,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,二、传感器与测量仪表,长春工程学院能源动力工程学
9、院,水电厂计算机监控系统,3、水电厂常用传感器,（2）压力传感器,电感式压力传感器,感压过程：机械应变-电感变化,弹性元件受压产生位移改变磁路中气隙线圈电感量发 生变化电桥测量,二、传感器与测量仪表,特点：,测量精度高,可用于位移测量,变换电路复杂,应用：,水轮机导叶开度测量,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,3、水电厂常用传感器,（3）流量传感器,二、传感器与测量仪表,容积式流量计,工作原理：它利用机械测量元件把流 体连续不断地分割成单个已知的体积部分,根据测量室逐次重复地充满和排 放该体积部分流体的次数来测量流体体积总量。,优点: 精度高、管道条件对计量精度没有影响、可用
10、于高粘度液体的测量、范围度宽。,缺点: 结果复杂、体积大、被测介质种 类、口径、介质工作状态局限性大、不适用于高、低温场合。,适用: 小流量测量,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,3、水电厂常用传感器,（3）流量传感器,二、传感器与测量仪表,速度式流量计涡轮流量计,工作原理：流体冲击涡轮叶片使涡轮旋转，涡轮转速与流量成正比，测出单位时间内的转数，转换出流量和体积累计量。,特点：计量精度高；测量范围宽；耐压高，可达10MPa；易安装，易维修；尺寸小，重量轻。,适用：中小型圆管路流量测量,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,3、水电厂常用传感器,（3）流量传感器,
11、二、传感器与测量仪表,速度式流量计超声波流量计,工作原理：超声波在流动的流体中传播时，就载上流体流速的信息，因此，通过接收到的超声波就可以检测出流体的流速，从而换算成流量。,特点：计量准确度可达到0.5%，具有准确度高、重复性好、量程比宽、抗干扰能力较强、维修量小、可测双向流等特点。,适用：大管路流量测量,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,3、水电厂常用传感器,（3）流量传感器,二、传感器与测量仪表,感应式流量计电磁流量计,工作原理：产生一个磁场强度为B并垂直于管道轴线的磁场，导体在磁场中作切割磁力线时，导体的两端要产生感应电动势，在导体（被测量的介质）两端产生一个与流速“V
12、”成正比的感应电压“U”。,特点：可测小流量、不能测气体和非导磁介质。,适用：大、中、小管路流量测量,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,3、水电厂常用传感器,（4）位移传感器,二、传感器与测量仪表,水电厂中位移的测量,线位移测量场合：1、导水机构接力器行程； 2、闸门开度；,角位移测量场合：1、导叶开度； 2、桨叶开度；,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,3、水电厂常用传感器,二、传感器与测量仪表,（4）位移传感器,电阻式线位移传感器,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,3、水电厂常用传感器,二、传感器与测量仪表,（4）位移传感器,电感式线位
13、移传感器,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,3、水电厂常用传感器,二、传感器与测量仪表,（4）位移传感器,电涡流小位移传感器,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,3、水电厂常用传感器,二、传感器与测量仪表,（5）磁电式振动传感器,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,3、水电厂常用传感器,二、传感器与测量仪表,（6）油混水传感器,油品质测量的意义,油混水测量的机理,电阻式油混水传感器,电导式油混水传感器,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,3、水电厂常用传感器,二、传感器与测量仪表,（7）转速传感器,转速测量的主要方法,光电转换式
14、,电磁脉冲式,电涡流式,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,二、传感器与测量仪表,3、水电厂常用传感器,（8）水位传感器,浮子式水位计,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,二、传感器与测量仪表,3、水电厂常用传感器,（8）水位传感器,差压投入式水位计,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,三、水利机组的参数测量,1、电参量测量,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,三、水力机组的参数测量,2、水位测量,（1）测量目的,了解水库上下游水位，位防洪、调度、经济 运行提供数据；,了解各种水箱、水池水位，为供排水装置的运行、水泵的控制提供数据
15、；,（2）测量要求,在自由水面处测量；,水流平稳、流速尽可能小，无漩涡或翻腾；,测点距上下游进、出水口较近；,尽量设专门测井，以减少水面波动；,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,三、水利机组的参数测量,2、水位测量,（3）测点布置,影响因素：,冬季结冰的影响,水面漂浮物的影响,水流泥沙含量的影响,h-水头损失,工作水头计算：,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,三、水利机组的参数测量,2、振动测量,（1）振动原因： 机械振动； 水力振动； 电磁振动；,（2）测量内容： 振动测量； 摆渡测量； 压力脉动测量；,（3）测点布置,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂
16、计算机监控系统,三、水利机组的参数测量,3、温度测量,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,四、物理量测量的过程通道,1、模拟量输入通道,（1）何为模拟量输入通道？,（2）模拟量输入通道的基本组成,（3）模拟量输入通道的基本功能, 非电量到电量的转换 信号规格的统一，如05V等 数字量信号的转换（A/D） 通过接口电路送入计算机,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,四、物理量测量的过程通道,多路分时采集、分时输入结构,（3）模拟量输入通道结构形式,2、模拟量输入通道,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,四、物理量测量的过程通道,多路同步采集、分时输
17、入结构,（3）模拟量输入通道结构形式,2、模拟量输入通道,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,四、物理量测量的过程通道,分散采集式结构,（3）模拟量输入通道结构形式,2、模拟量输入通道,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,四、物理量测量的过程通道,（4）对模拟量输入通道各环节的要求,对模拟量输入通道各环节的要求,切换电路,采样速度：每秒可完成采样的点数，一般几十到几百点。导通与关断电阻：导通电阻越小越好，关断电阻越大越好。通道隔离性：越高越好。常用器件：干簧管继电器、电子开关,调理电路,零点漂移越小越好。 抗干扰能力越强越好。,A/D电路,转换精度一般要求814
18、位。转换时间根据路数的多少确定。,2、模拟量输入通道,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,四、物理量测量的过程通道,（5）模拟量输入通道信号传输方式,信号的传输形式,2、模拟量输入通道,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,四、物理量测量的过程通道,(1) 何为模拟量输出通道？,(2) 模拟量输出通道的基本组成,显示器,记录器,(3) 模拟量输入通道的基本功能, 数字-模拟的转换 信号的放大与驱动,2、模拟量输出通道,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,四、物理量测量的过程通道,（3）模拟量输出通道结构形式,数据分配分时转换结构,2、模拟量输出通道
19、,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,四、物理量测量的过程通道,数据分配同步转换结构,2、模拟量输出通道,（3）模拟量输出通道结构形式,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,四、物理量测量的过程通道,（4）模拟量输出通道主要性能指标,2、模拟量输出通道, 分辨率指标：主要由D/A决定。, 通道容量：所能控制的回路数，由现场需要决定。, 通道输出信号形式：,电压输出: 速度快、精度高;,电流输出:传输距离远， 抗干扰能力强， 用于远距离或现场电磁环境比较恶劣的场合。,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,四、物理量测量的过程通道,3、开关量输入通道,(
20、1) 何为开关量输入通道？,(2) 开关量输入通道的基本组成,直接输入式,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,四、物理量测量的过程通道,3、开关量输入通道,光电隔离输入式,(2) 开关量输入通道的基本组成,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,四、物理量测量的过程通道,4、开关量输出通道,(1) 何为开关量输出通道？,(2) 开关量输出通道的基本组成,(3) 开关量输出通道的基本形式, 有触点形式开关量输出,特点：接触电阻小但寿命短、速度低。应用：控制电机的启动、断路器的操作等。, 无触点形式开关量输出,特点：开出速度高、可靠性高、成本较高。 应用：要求输出速度较
21、高的场合。,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,（1）伺服电机,四、物理量测量的过程通道,5、监控系统中常用执行部件,伺服电机：执行电动机，把所收到的电信号转换成电 动机轴上的角位移或角速度输出。主要特点：当信号电压为零时无自转现象，转速随着 转矩的增加而匀速下降。 优 点：大扭力、控制简单、装配灵活 。,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,（2）步进电机,四、物理量测量的过程通道,5、监控系统中常用执行部件,步进电机：将电脉冲转化为角位移的执行机构。 当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动按设定的方向转动一个固定的角度（称为“步距角”），它的旋转是以固定的角
22、度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,（3）固态继电器,四、物理量测量的过程通道,5、监控系统中常用执行部件,固态继电器:一种全电子电路组合的元件，依靠靠半导体器件和电子元件的电、磁、光特性来完成其隔离和继电切换功能。 固态继电器与传统的电磁继电器（EMR）相比，是一种没有机械、不含运动零部件的继电器，但具有与电磁继电器本质上相同功能。,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,（4）GTR、IGBT等,四、物理量测量
23、的过程通道,5、监控系统中常用执行部件,IGBT：Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅型功率管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的 复合全控型电压驱动式电力电子器件。应用于交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。,GTR：Giant TransistorGTR，巨型晶体管（电力晶体管）,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,本章复习题,1、说明传感器的作用和组成,2、说明传感器的迟滞性,3、说明二线制、三线制测温的特点,4、对水电厂水位测量有何要求,5、简要说明伺服电机和步进电机的特点,Thank You !,难处做功夫，苦中得学问！,
