2.楼宇自动化楼宇自动化控制技术基础.ppt

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1、第二章第二章 楼宇自动化控制技术基础楼宇自动化控制技术基础1、检测技术概述、检测技术概述l电量参数的检测电量参数的检测l 非电量参数的检测非电量参数的检测2.1、温度传感器、温度传感器2、楼宇自动化系统常用传感器、楼宇自动化系统常用传感器（1）电阻）电阻 测温：铜电阻（测温：铜电阻（5 150 ） 、铂电阻、铂电阻（200 600 ） 的阻值随温度变化而变化。的阻值随温度变化而变化。（2）半导体测温：）半导体测温：PN结的结电压随温度变化而变化，通过结的结电压随温度变化而变化，通过测感温元件结电压变化来测量温度变化。测感温元件结电压变化来测量温度变化。（3）热电偶测温：根据热电效应，将两种不同

2、的导体接触）热电偶测温：根据热电效应，将两种不同的导体接触并构成回路，若两个接点温度不同，回路中产生热电势。并构成回路，若两个接点温度不同，回路中产生热电势。通过测量热电偶的电势测量温度。通过测量热电偶的电势测量温度。1、热电阻温度传感器：、热电阻温度传感器： 利用导体电阻随温度变化而变化的特性制成的传感器。利用导体电阻随温度变化而变化的特性制成的传感器。 要求金属电阻温度系数大，电阻与温度成线性关系，在要求金属电阻温度系数大，电阻与温度成线性关系，在测温范围内物理和化学性能稳定。测温范围内物理和化学性能稳定。金属电阻与温度的线性关系：金属电阻与温度的线性关系： Rt=R0(1+t)铜：铜：（

3、4.254.28）103/ ，温度变化，温度变化1 ，电阻变化，电阻变化0.4%0.5%铂：铂：3.908103/ 半导体热敏电阻温度传感器：半导体热敏电阻温度传感器：灵敏度高，温度变化灵敏度高，温度变化1 ，电阻变化，电阻变化2%6%温度系数为负，温度升高，电阻下降。温度系数为负，温度升高，电阻下降。RT=RT0e(1/T+1/T0)50300 2、热电势温度传感器、热电势温度传感器 两种不同导体或半导体连接成闭合回路时，两种不同导体或半导体连接成闭合回路时，若两个不同材料接点处温度不同，回路中会出现若两个不同材料接点处温度不同，回路中会出现热电动势，并产生电流。热电动势，并产生电流。 这一

4、热电动势包括接触电势和温差电势。这一热电动势包括接触电势和温差电势。自由端（冷端）：温度保持恒定自由端（冷端）：温度保持恒定工作端（热端）：测温端工作端（热端）：测温端2.2、湿度传感器、湿度传感器l 绝对湿度绝对湿度: 在一定的温度和压力下，单位体积空在一定的温度和压力下，单位体积空气中所含的水蒸气量气中所含的水蒸气量(g/m3)l 相对湿度：空气中实际水蒸气量与同一温度下所相对湿度：空气中实际水蒸气量与同一温度下所含最大水蒸气量的比值（含最大水蒸气量的比值（%RH）l 湿敏元件：阻抗式，电容式湿敏元件：阻抗式，电容式1、阻抗式湿度传感器、阻抗式湿度传感器阻抗与湿度呈非线性关系。阻抗与湿度呈

5、非线性关系。2、电容式湿度传感器、电容式湿度传感器电容与湿度呈线性关系电容与湿度呈线性关系元件尺寸小，响应快，温度系数小，稳定性好。元件尺寸小，响应快，温度系数小，稳定性好。2.3、压力传感器、压力传感器1、利用、利用 金属弹性制成的压力传感器金属弹性制成的压力传感器（1）电阻式压差传感器：）电阻式压差传感器：将测压弹性元件的输出位移变成滑动电阻的触点位移。将测压弹性元件的输出位移变成滑动电阻的触点位移。 （2）电容式压差传感器）电容式压差传感器 两块弹性强度好的金属平板，作为差动可变电容器的两个两块弹性强度好的金属平板，作为差动可变电容器的两个活动电极，压力作用下，产生位移，导致电容变化。活

6、动电极，压力作用下，产生位移，导致电容变化。（3） 霍尔压力传感器霍尔压力传感器 当霍尔元件随压力变化而运动时，则作用于当霍尔元件随压力变化而运动时，则作用于霍尔片上的磁场强度变化，霍尔电势也随之变化，霍尔片上的磁场强度变化，霍尔电势也随之变化，并正比于位移的变化。并正比于位移的变化。压力变化压力变化 机械位移机械位移 霍尔电势变化霍尔电势变化测量动态压力和快速脉动压力测量动态压力和快速脉动压力2、压电式压力传感器、压电式压力传感器 压电效应压电效应（压电现象）：压电材料受外界压（压电现象）：压电材料受外界压力产生形变，内部产生极化，在其表面产生电荷，力产生形变，内部产生极化，在其表面产生电荷

7、，去掉外力，返回不带电状态，电荷量大小与外力去掉外力，返回不带电状态，电荷量大小与外力大小成正比。大小成正比。3、半导体压力传感器、半导体压力传感器 当半导体硅受外力作用，晶体处于扭曲状态，当半导体硅受外力作用，晶体处于扭曲状态，由于载流子迁移率变化，而导致结晶阻抗变化，由于载流子迁移率变化，而导致结晶阻抗变化，称为压电电阻效应。称为压电电阻效应。2.4、流量传感器、流量传感器1、节流式：、节流式： 管道安装节流器件（孔板、喷嘴、靶、转子），根据流管道安装节流器件（孔板、喷嘴、靶、转子），根据流体对节流器件的推力和节流器前后的压力差，测流量的大体对节流器件的推力和节流器前后的压力差，测流量的大

8、小，将压差或推力转换为标准电信号。小，将压差或推力转换为标准电信号。 精度差，结构简单，制造方便精度差，结构简单，制造方便（1）压差式流量计：流量大小与节流元件前后压力差的平）压差式流量计：流量大小与节流元件前后压力差的平方根成正比。方根成正比。（2）靶式流量计）靶式流量计（3）转子流量计）转子流量计2、速度式（涡轮流量计）：、速度式（涡轮流量计）：涡轮转速正比于流量。涡轮转速正比于流量。线性好，反应灵敏，只在清洁流体中使用线性好，反应灵敏，只在清洁流体中使用导磁式涡轮叶片导磁式涡轮叶片光纤式涡轮传感器光纤式涡轮传感器3、容积式：、容积式： 椭圆齿轮流量计：齿轮在一个转动周期里排出一定椭圆齿轮

9、流量计：齿轮在一个转动周期里排出一定量流体。量流体。计算齿轮转动圈数。计算齿轮转动圈数。精度高，可测高黏度流体精度高，可测高黏度流体4、电磁式：、电磁式：测量导电液体的流量，一对磁铁安装在管道外面，测量导电液体的流量，一对磁铁安装在管道外面，形成磁场，根据感应电动势测流速。形成磁场，根据感应电动势测流速。工作可靠，精度高，线性好，测量范围大，反应速工作可靠，精度高，线性好，测量范围大，反应速度快度快2.5 、液位传感器、液位传感器1、电阻式：利用液体的电阻作为监控对象，在液、电阻式：利用液体的电阻作为监控对象，在液体介质中安装金属接点，利用介质导电性，接通体介质中安装金属接点，利用介质导电性，

10、接通检测控制回路，检测液体液位高低。检测控制回路，检测液体液位高低。浮筒式液位计：浮筒经过一个连杆与滑动电阻器滑浮筒式液位计：浮筒经过一个连杆与滑动电阻器滑动触点相连。动触点相连。2、电容式：用金属棒和金属外筒作为两电极，被、电容式：用金属棒和金属外筒作为两电极，被测液体进入内外电极之间，通过测量电容量值，测液体进入内外电极之间，通过测量电容量值，测知液面高度。测知液面高度。2.6 、空气质量传感器、空气质量传感器l 半导体气体传感器：半导体气体传感器： 传感器平时加热到稳定状态，空气接触到传感器表面传感器平时加热到稳定状态，空气接触到传感器表面时被吸附，有些气体在吸附处取得电子变成负离子吸附

11、，时被吸附，有些气体在吸附处取得电子变成负离子吸附，称为氧化型气体（电子接收型气体），如称为氧化型气体（电子接收型气体），如O2、NO，有些，有些气体在吸附处释放电子成为正离子吸附，称为还原型气体气体在吸附处释放电子成为正离子吸附，称为还原型气体（电子供给型气体），如（电子供给型气体），如H2、CO 。 正常情况，敏感器件的氧吸附量为一定，即半导体的正常情况，敏感器件的氧吸附量为一定，即半导体的载流子浓度一定，如遇异常则变化。载流子浓度一定，如遇异常则变化。l 制作和使用方便，价格便宜，响应快，灵敏度高制作和使用方便，价格便宜，响应快，灵敏度高3、自动控制基本原理与系统组成、自动控制基本原理与

12、系统组成3.1闭环控制闭环控制/调节系统的组成调节系统的组成（1）、单回路控制）、单回路控制/调节系统调节系统结构简单、明了，投资小结构简单、明了，投资小（2）、多回路控制）、多回路控制/调节系统调节系统 动态特性较复杂，惯性比较大，可寻找某一惯性较小，动态特性较复杂，惯性比较大，可寻找某一惯性较小，能及时反映干扰影响的中间变量或参数作为辅助控制变量通能及时反映干扰影响的中间变量或参数作为辅助控制变量通过辅助回路对辅助变量的及时控制，共同完成对主控参数的过辅助回路对辅助变量的及时控制，共同完成对主控参数的调节与控制。调节与控制。 主、副两个控制回路的调节器相串联，副回路时一个随主、副两个控制回

13、路的调节器相串联，副回路时一个随主回路变动而能自动调节的随动系统。副回路主要对频繁出主回路变动而能自动调节的随动系统。副回路主要对频繁出现的干扰进行控制，提高系统抗干扰能力。现的干扰进行控制，提高系统抗干扰能力。（3）、比值控制）、比值控制/调节系统调节系统实现两种或多种物料流量或控制参数保持严格比例关系的自实现两种或多种物料流量或控制参数保持严格比例关系的自动控制系统。动控制系统。（4）、复合控制）、复合控制/调节系统调节系统 对主要干扰进行前馈控制，反馈回路对其他可能的对主要干扰进行前馈控制，反馈回路对其他可能的干扰进行调节控制。干扰进行调节控制。3.2 控制器调节特性及其选择控制器调节特

14、性及其选择调节器：气动、液动、电动模拟、数字调节器等调节器：气动、液动、电动模拟、数字调节器等控制规律：位置式、比例式、积分式、比例积分式、控制规律：位置式、比例式、积分式、比例积分式、比例积分微分式。比例积分微分式。1、位置式调节（开关控制、位置式调节（开关控制/开关调节）开关调节）（1）双位调节）双位调节1()01()0onepoffe（2）三位调节）三位调节 图图2.15 2.15 三位调节特性三位调节特性 101epee 分别对应电动机的正转、停、反转分别对应电动机的正转、停、反转或系统的三种工作方式。或系统的三种工作方式。2、比例调节（P）l调节器输出与偏差大小、方向成比例的控制信号

15、。lP=Kel比例调节器：调节速度快、稳定性好、不易产生超调，但有残余的偏差。l适用于调节精度不高场合，一般液位调节，压力调节等。3、积分调节（I）l调节器对偏差进行积分，输出相应控制信号。l对变化快的干扰、调节效果差。IpKedt4、比例积分调节（PI）l调节器的输出信号不仅与输入偏差保持比例关系，还与偏差存在的时间长短有关。l消除残余偏差，应用广泛。IpKeKedt5、比例微分调节（PD）l调节器的输出信号不仅与输入偏差有比例关系，还与偏差变化速度有关。l不能消除静差。ddepKeKdt6、比例积分微分调节（PID）l调节器的输出信号不仅与输入偏差及偏差存在的时间长短有关，还与偏差变化速度

16、有关。l调节效果好、应用广泛。IddepKeKedtKdt3.4 执行器执行器执行器由执行机构和调节机构组成。执行器由执行机构和调节机构组成。执行机构：执行器的推动部分，按照调节器的输出信号执行机构：执行器的推动部分，按照调节器的输出信号的大小和类型，产生推力和位移。的大小和类型，产生推力和位移。调节机构：受执行机构的操纵，调节工艺介质流量。调节机构：受执行机构的操纵，调节工艺介质流量。3.4.1 执行机构执行机构分类分类按输出方式分：角行程执行机构按输出方式分：角行程执行机构 直行程执行机构直行程执行机构按所用能源种类分：气动按所用能源种类分：气动结构简单结构简单 电动电动能源方便、广泛使用能源方便、广泛使用 （阀门驱动器、风门驱动器）（阀门驱动器、风门驱动器） 液动液动驱动力大驱动力大3.4.2 调节机构调节机构 （常用阀门、风门）（常用阀门、风门）1、调节阀：阀体、阀座、阀心、阀杆、调节阀：阀体、阀座、阀心、阀杆直通阀：单座阀直通阀：单座阀结构简单、维修清洗方便、被调节流结构简单、维修清洗方便、被调节流 体对阀心有作用力。体对阀心有作用力。 双座阀双座阀不平衡力小。结构复杂、不便