自動(dòng)檢測技術(shù)及儀表控制系統(tǒng)課件(第一章)

1、 過程檢測技術(shù)及儀表過程檢測技術(shù)及儀表測控技術(shù)與儀器系測控技術(shù)與儀器系課程安排課程安排總學(xué)時(shí)：總學(xué)時(shí)：48學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)n講授講授- 40學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)n實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)- 8學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)成績評定：成績評定：n平時(shí)平時(shí)-15%n實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)- 15%n考試考試-70%聯(lián)系方式聯(lián)系方式: 艾學(xué)忠艾學(xué)忠n電話：電話：63083113E-mail:n辦公室：辦公室：3-312 是在工藝設(shè)備上配備一些自動(dòng)化裝置，是在工藝設(shè)備上配備一些自動(dòng)化裝置，用它們來代替操作人員的部分直接勞動(dòng)，用它們來代替操作人員的部分直接勞動(dòng)，使生產(chǎn)在不同程度上按照規(guī)定的要求自動(dòng)地進(jìn)行，即：使生產(chǎn)在不同程

2、度上按照規(guī)定的要求自動(dòng)地進(jìn)行，即：是使工藝參數(shù)保持在是使工藝參數(shù)保持在，或者使生產(chǎn)過程按照一定的程序或步驟運(yùn)行，或者使生產(chǎn)過程按照一定的程序或步驟運(yùn)行，保證生產(chǎn)過程運(yùn)行在保證生產(chǎn)過程運(yùn)行在。 了解生產(chǎn)對象的基本特性及其對控制的影響；了解生產(chǎn)對象的基本特性及其對控制的影響； 根據(jù)工藝要求選擇合理的自控方案根據(jù)工藝要求選擇合理的自控方案； 綜合考慮工藝與自控雙方面的因素，綜合考慮工藝與自控雙方面的因素， 掌握準(zhǔn)確的工藝條件和數(shù)據(jù)掌握準(zhǔn)確的工藝條件和數(shù)據(jù)； 了解基本測控參數(shù)的測量原理、要求，了解基本測控參數(shù)的測量原理、要求， 便于確定合適的測控參數(shù)、選擇合適的測控點(diǎn)等便于確定合適的測控參數(shù)、選擇合適

3、的測控點(diǎn)等。 任何一個(gè)工業(yè)控制系統(tǒng)都必然要應(yīng)用任何一個(gè)工業(yè)控制系統(tǒng)都必然要應(yīng)用 一定的檢測技術(shù)和相應(yīng)的儀表單元，一定的檢測技術(shù)和相應(yīng)的儀表單元， 完成對各種過程參數(shù)的測量，完成對各種過程參數(shù)的測量， 并實(shí)現(xiàn)必要的數(shù)據(jù)處理；并實(shí)現(xiàn)必要的數(shù)據(jù)處理； 則是實(shí)現(xiàn)各種控制作用的手段和條件，則是實(shí)現(xiàn)各種控制作用的手段和條件， 它將檢測得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理，它將檢測得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理， 并通過相應(yīng)的單元實(shí)現(xiàn)對被控變量的調(diào)節(jié)。并通過相應(yīng)的單元實(shí)現(xiàn)對被控變量的調(diào)節(jié)。 檢測技術(shù)和儀表兩部分是緊密相關(guān)和相輔相成的，檢測技術(shù)和儀表兩部分是緊密相關(guān)和相輔相成的， 它們是控制系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)。它們是控制系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)

4、。 被動(dòng)檢測被動(dòng)檢測主動(dòng)檢測主動(dòng)檢測( (在線檢測在線檢測) )質(zhì)量控制領(lǐng)域質(zhì)量控制領(lǐng)域故障監(jiān)測系統(tǒng)故障監(jiān)測系統(tǒng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測動(dòng)態(tài)監(jiān)測保證設(shè)備和人員安全保證設(shè)備和人員安全提高經(jīng)濟(jì)效益提高經(jīng)濟(jì)效益生產(chǎn)過程：生產(chǎn)過程： “物流物流”控制控制管理管理“信息流信息流”數(shù)量數(shù)量狀態(tài)狀態(tài)趨向趨向檢測檢測獲取信息獲取信息分析判斷分析判斷自動(dòng)控制自動(dòng)控制自動(dòng)化：信息獲取、信息轉(zhuǎn)換、信息處理、信息傳送、信息執(zhí)行自動(dòng)化：信息獲取、信息轉(zhuǎn)換、信息處理、信息傳送、信息執(zhí)行檢測手段水平?jīng)Q定科學(xué)研究的深度和廣度檢測手段水平?jīng)Q定科學(xué)研究的深度和廣度理論研究成果離不開必要的檢測手段理論研究成果離不開必要的檢測手段 家用電器家用電器

5、： 數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)：數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)：自動(dòng)對焦自動(dòng)對焦-紅外測距傳感器紅外測距傳感器 數(shù)字體溫計(jì)：數(shù)字體溫計(jì)：接觸接觸-熱敏電阻，非接觸熱敏電阻，非接觸-紅外傳感器紅外傳感器 自動(dòng)感應(yīng)燈：自動(dòng)感應(yīng)燈：亮度檢測亮度檢測-光敏電阻光敏電阻 空調(diào)、冰箱、電飯煲：空調(diào)、冰箱、電飯煲：溫度檢測溫度檢測-熱敏電阻熱敏電阻 電話、麥克風(fēng)：電話、麥克風(fēng)：話音轉(zhuǎn)換話音轉(zhuǎn)換-駐極電容傳感器駐極電容傳感器 遙控接收：遙控接收：紅外檢測紅外檢測- -光敏二極管、光敏三極管光敏二極管、光敏三極管 辦公商務(wù)辦公商務(wù)： 可視對講、可視電話：可視對講、可視電話：圖像獲取圖像獲取-面陣面陣CCD 掃描儀：掃描儀：文檔

6、掃描文檔掃描-線陣線陣CCD( (電荷耦合器件電荷耦合器件) ) 紅外傳輸數(shù)據(jù)：紅外傳輸數(shù)據(jù)：紅外檢測紅外檢測-光敏二極管、光敏三極管光敏二極管、光敏三極管 醫(yī)療衛(wèi)生醫(yī)療衛(wèi)生： 電子血壓計(jì)：電子血壓計(jì)：血壓檢測血壓檢測-壓力傳感器壓力傳感器 血糖測試儀、膽固醇檢測儀血糖測試儀、膽固醇檢測儀 -離子傳感器離子傳感器 進(jìn)料口進(jìn)料口變送器變送器調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器執(zhí)行器執(zhí)行器出料口出料口進(jìn)料口進(jìn)料口變送器變送器操作站操作站執(zhí)行器執(zhí)行器出料口出料口眼看眼看腦想腦想手動(dòng)手動(dòng)腦想腦想眼看眼看手動(dòng)手動(dòng) 進(jìn)料口進(jìn)料口變送器變送器操作站操作站執(zhí)行器執(zhí)行器出料口出料口眼看眼看腦想腦想手動(dòng)手動(dòng) 進(jìn)料口進(jìn)料口變送器變送器操作

7、站操作站執(zhí)行器執(zhí)行器出料口出料口控制器控制器被控對象被控對象測量變送裝置測量變送裝置+SP執(zhí)行器執(zhí)行器420mADC420mADC帶控制點(diǎn)流程圖帶控制點(diǎn)流程圖D/AA/D數(shù)字信號數(shù)字信號控制器控制器被控對象被控對象測量變送裝置測量變送裝置+SP執(zhí)行器執(zhí)行器420mADC420mADC D/AA/D數(shù)字信號數(shù)字信號控制器控制器被控對象被控對象測量變送裝置測量變送裝置+SP執(zhí)行器執(zhí)行器420mADC420mADC被測被測變量變量顯示裝置顯示裝置傳感器傳感器變送器變送器被測對象被測對象被測量被測量電量電量敏感元件敏感元件傳感元件傳感元件轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路 檢測與檢測與變送單元變送單元執(zhí)行單元執(zhí)行單元顯

8、示單元顯示單元調(diào)節(jié)單元調(diào)節(jié)單元( (被測被測) )被控被控對象對象操作人員操作人員被測被測變量變量顯示裝置顯示裝置傳感器傳感器變送器變送器被測對象被測對象被測量被測量電量電量敏感元件敏感元件傳感元件傳感元件轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路 檢測與檢測與變送單元變送單元執(zhí)行單元執(zhí)行單元顯示單元顯示單元調(diào)節(jié)單元調(diào)節(jié)單元( (被測被測) )被控被控對象對象操作人員操作人員 定義：定義：以以控制理論控制理論為主要理論基礎(chǔ)，以為主要理論基礎(chǔ)，以傳感器技傳感器技術(shù)術(shù)、自動(dòng)化儀表自動(dòng)化儀表等為主的技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，完成對等為主的技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，完成對生產(chǎn)生產(chǎn)過程過程的的自動(dòng)采集、自動(dòng)控制自動(dòng)采集、自動(dòng)控制功能，即過程控制系統(tǒng)功能

9、，即過程控制系統(tǒng). . 過程控制主要針對過程控制主要針對溫度、壓力、流量、液位（物溫度、壓力、流量、液位（物位）、成分等參數(shù)的控制。位）、成分等參數(shù)的控制。 它覆蓋石油、化工、電力、冶金、輕工、紡織、它覆蓋石油、化工、電力、冶金、輕工、紡織、核能等領(lǐng)域。核能等領(lǐng)域。過程控制的任務(wù)與目標(biāo)過程控制的任務(wù)與目標(biāo) 1 1）安全性安全性：整個(gè)生產(chǎn)過程中，人身安全和設(shè)整個(gè)生產(chǎn)過程中，人身安全和設(shè)備安全是最重要和最基本的要求。備安全是最重要和最基本的要求。2 2）穩(wěn)定性：穩(wěn)定性：系統(tǒng)具有抑制外部干擾，保持生系統(tǒng)具有抑制外部干擾，保持生產(chǎn)過程長期穩(wěn)定運(yùn)行。產(chǎn)過程長期穩(wěn)定運(yùn)行。3 3）經(jīng)濟(jì)性經(jīng)濟(jì)性：低成本高效益

10、。低成本高效益。 應(yīng)用理論知識，系統(tǒng)分析和綜合，采應(yīng)用理論知識，系統(tǒng)分析和綜合，采用先進(jìn)的技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程控制。用先進(jìn)的技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程控制。過程控制的基本要求：過程控制的基本要求：過程控制的特點(diǎn)過程控制的特點(diǎn)5.5.控制方案的多樣性控制方案的多樣性 n有單回路、串級、前饋有單回路、串級、前饋- -反饋、比值、均勻、反饋、比值、均勻、分程、選擇性、時(shí)滯、數(shù)字和計(jì)算機(jī)過程控分程、選擇性、時(shí)滯、數(shù)字和計(jì)算機(jī)過程控制系統(tǒng)等。制系統(tǒng)等。 6.6.控制過程屬控制過程屬慢過程、多半屬參量控制慢過程、多半屬參量控制 7.7.定值控制是主要控制形式定值控制是主要控制形式 1-11-1典型單回路控制

11、系統(tǒng)典型單回路控制系統(tǒng)液位變送器液位控制器執(zhí)行器過程控制的組成及術(shù)語過程控制的組成及術(shù)語一、系統(tǒng)組成一、系統(tǒng)組成LC2 2、系統(tǒng)方塊圖、系統(tǒng)方塊圖單回路系統(tǒng)方框圖單回路系統(tǒng)方框圖主要組成部分主要組成部分 (1) (1)被控對象：被控對象：生產(chǎn)過程中被控制的工藝設(shè)備或裝置。生產(chǎn)過程中被控制的工藝設(shè)備或裝置。 (2)(2)檢測變送單元：檢測變送單元：檢測量轉(zhuǎn)換為國際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的電信號。檢測量轉(zhuǎn)換為國際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的電信號。 檢測單元：檢測單元：完成對所有被控變量的直接測量；完成對所有被控變量的直接測量； 變送單元：變送單元：完成對被測變量信號的轉(zhuǎn)換和傳輸；完成對被測變量信號的轉(zhuǎn)換和傳輸； (3)(3)控

12、制器：控制器：實(shí)時(shí)地對被控系統(tǒng)施加控制作用。實(shí)時(shí)地對被控系統(tǒng)施加控制作用。 調(diào)節(jié)單元：調(diào)節(jié)單元：完成調(diào)節(jié)控制規(guī)律的運(yùn)算完成調(diào)節(jié)控制規(guī)律的運(yùn)算(4)(4)執(zhí)行器：執(zhí)行器：將控制信號進(jìn)行放大以驅(qū)動(dòng)控制閥。將控制信號進(jìn)行放大以驅(qū)動(dòng)控制閥。 (5)(5)控制閥：控制閥：控制進(jìn)料量或出料量。有氣開式和氣關(guān)式之別?？刂七M(jìn)料量或出料量。有氣開式和氣關(guān)式之別。 執(zhí)行單元：執(zhí)行單元：控制系統(tǒng)實(shí)施控制策略的執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)實(shí)施控制策略的執(zhí)行機(jī)構(gòu) 1 1、被控對象被控對象 ( (簡稱對象或過程簡稱對象或過程) ) 2 2、被控變量：被控變量：按照生產(chǎn)過程要求，某些變按照生產(chǎn)過程要求，某些變量應(yīng)該維持在穩(wěn)定的變化范圍

13、內(nèi)，如果對其量應(yīng)該維持在穩(wěn)定的變化范圍內(nèi)，如果對其施加控制作用，就稱其為被控變量。如溫度、施加控制作用，就稱其為被控變量。如溫度、壓力、流量、液位、成分等。壓力、流量、液位、成分等。二、常用術(shù)語二、常用術(shù)語 凡是影響被控量的各種作用均叫做凡是影響被控量的各種作用均叫做干擾干擾或或擾動(dòng)擾動(dòng)。分內(nèi)干擾和外干擾。分內(nèi)干擾和外干擾。( (內(nèi)干擾如原料內(nèi)干擾如原料成分變化等。成分變化等。) )4 4、控制變量、控制變量：即調(diào)節(jié)介質(zhì)。如儲水槽液位即調(diào)節(jié)介質(zhì)。如儲水槽液位控制系統(tǒng)的給水量?？刂葡到y(tǒng)的給水量。5 5、測量值：、測量值：被控變量經(jīng)檢測變送后即是測被控變量經(jīng)檢測變送后即是測量值。量值。3 3、干擾

14、、干擾: 6 6、給定值、給定值：即被控變量的設(shè)定值。：即被控變量的設(shè)定值。7 7、偏差值：、偏差值：準(zhǔn)確地說，應(yīng)是被控量的給準(zhǔn)確地說，應(yīng)是被控量的給定值與實(shí)際值之差。但能夠直接得到的信定值與實(shí)際值之差。但能夠直接得到的信號是被控量的測量值，故通常把給定值與號是被控量的測量值，故通常把給定值與測量值之差稱作為偏差。測量值之差稱作為偏差。 8 8、調(diào)節(jié)器輸出：、調(diào)節(jié)器輸出：根據(jù)偏差值、經(jīng)一定算根據(jù)偏差值、經(jīng)一定算法得到的輸出值。調(diào)節(jié)器輸出亦稱法得到的輸出值。調(diào)節(jié)器輸出亦稱控制作控制作用用。過程控制系統(tǒng)的分類過程控制系統(tǒng)的分類 這是工業(yè)生產(chǎn)過程中應(yīng)用最多的一種過程控制系統(tǒng)。這是工業(yè)生產(chǎn)過程中應(yīng)用最

15、多的一種過程控制系統(tǒng)。在運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)被控量的給定值是不變的。有時(shí)根據(jù)生在運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)被控量的給定值是不變的。有時(shí)根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，被控量的給定值保持在規(guī)定的小范圍附近產(chǎn)工藝要求，被控量的給定值保持在規(guī)定的小范圍附近波動(dòng)。家用電器中應(yīng)用定值控制系統(tǒng)的也很多，如電腦波動(dòng)。家用電器中應(yīng)用定值控制系統(tǒng)的也很多，如電腦控制的洗衣機(jī)、電飯煲等。控制的洗衣機(jī)、電飯煲等。 二、按設(shè)定值形式分類二、按設(shè)定值形式分類2 2、隨動(dòng)控制系統(tǒng)、隨動(dòng)控制系統(tǒng) 其給定值按預(yù)定的時(shí)間程序來變化。其給定值按預(yù)定的時(shí)間程序來變化。如機(jī)械工業(yè)中的退火爐的溫度控制系統(tǒng)，如機(jī)械工業(yè)中的退火爐的溫度控制系統(tǒng)，其給定值是按升溫、保溫、逐次

16、降溫等其給定值是按升溫、保溫、逐次降溫等程序變化的。程序變化的。三三. .按系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來分按系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來分 n反饋控制系統(tǒng)反饋控制系統(tǒng) n前饋控制系統(tǒng)前饋控制系統(tǒng) n復(fù)合控制系統(tǒng)（前饋復(fù)合控制系統(tǒng)（前饋- -反饋控制系統(tǒng)）反饋控制系統(tǒng)） 反饋控制系統(tǒng)（閉環(huán)控制系統(tǒng)）反饋控制系統(tǒng)（閉環(huán)控制系統(tǒng)）n根據(jù)系統(tǒng)被控量與給定值的偏差進(jìn)行工作，根據(jù)系統(tǒng)被控量與給定值的偏差進(jìn)行工作，n偏差值是控制的依據(jù)，最后達(dá)到減小或消除偏差值是控制的依據(jù)，最后達(dá)到減小或消除偏差的目的偏差的目的n反饋信號可能有多個(gè)，從而可以構(gòu)成多回路反饋信號可能有多個(gè)，從而可以構(gòu)成多回路控制系統(tǒng)（如串級控制系統(tǒng)）控制系統(tǒng)（如串級控

17、制系統(tǒng)）。 前饋控制系統(tǒng)前饋控制系統(tǒng) n也稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。也稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。n根據(jù)擾動(dòng)量的大小進(jìn)行工作根據(jù)擾動(dòng)量的大小進(jìn)行工作n擾動(dòng)是控制的依據(jù)擾動(dòng)是控制的依據(jù)n在實(shí)際生產(chǎn)中不能單獨(dú)采用在實(shí)際生產(chǎn)中不能單獨(dú)采用。 復(fù)合控制系統(tǒng)（前饋復(fù)合控制系統(tǒng)（前饋- -反饋控制系統(tǒng)）反饋控制系統(tǒng)） 只具備簡單測控功能，只具備簡單測控功能， ， 各測控點(diǎn)間的信號難以相互溝通，各測控點(diǎn)間的信號難以相互溝通， 隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大和工藝要求的提高，隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大和工藝要求的提高， 操作人員需要掌握多點(diǎn)的運(yùn)行參數(shù)和信息操作人員需要掌握多點(diǎn)的運(yùn)行參數(shù)和信息， 需要按多點(diǎn)的運(yùn)行信息實(shí)行操作控制。需要按多點(diǎn)的運(yùn)行信

18、息實(shí)行操作控制。 ， 出現(xiàn)了集中控制室。出現(xiàn)了集中控制室。 生產(chǎn)現(xiàn)場各處的參數(shù)通過統(tǒng)一的模擬信號生產(chǎn)現(xiàn)場各處的參數(shù)通過統(tǒng)一的模擬信號， 送往集中控制室，在控制盤上連接。送往集中控制室，在控制盤上連接。 電源電源220VAC220VAC 信號信號0 010mADC10mADC 電源電源24VDC24VDC 儀表中含有微處理器，功能強(qiáng)，儀表中含有微處理器，功能強(qiáng)， 具備數(shù)字信號傳輸和模擬信號傳輸兩種功能。具備數(shù)字信號傳輸和模擬信號傳輸兩種功能。 力平衡型力平衡型 力矩平衡型力矩平衡型 氣源氣源(140kPa)(140kPa) 信號信號(20(20100kPa)100kPa) 只具備簡單測控功能，信

19、號不遠(yuǎn)傳。只具備簡單測控功能，信號不遠(yuǎn)傳。( () ) 滿足現(xiàn)場總線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的智能儀表。滿足現(xiàn)場總線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的智能儀表。 基地式系統(tǒng)基地式系統(tǒng)基地式儀表基地式儀表OS：小型機(jī)、：小型機(jī)、IPCCS：IPC、PLC、智能調(diào)節(jié)器智能調(diào)節(jié)器現(xiàn)場儀表：現(xiàn)場儀表：DDZ-III為主為主 將全廠最基礎(chǔ)的現(xiàn)場將全廠最基礎(chǔ)的現(xiàn)場級儀表和裝置均通過級儀表和裝置均通過現(xiàn)場總線連接起來，現(xiàn)場總線連接起來，實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化通訊。實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化通訊。現(xiàn)場儀表：總線儀表現(xiàn)場儀表：總線儀表 現(xiàn)場信號根據(jù)傳輸距離或功能現(xiàn)場信號根據(jù)傳輸距離或功能不同連接到現(xiàn)場不同連接到現(xiàn)場I/O設(shè)備上，各設(shè)備上，各現(xiàn)場現(xiàn)場I/O設(shè)備與控制站間通過網(wǎng)

20、設(shè)備與控制站間通過網(wǎng)絡(luò)（現(xiàn)場總線）連接。絡(luò)（現(xiàn)場總線）連接?，F(xiàn)場儀表：現(xiàn)場儀表：DDZ-III、總線儀表、總線儀表 單元組合儀表：單元組合儀表：調(diào)、變、執(zhí)、算調(diào)、變、執(zhí)、算( (DDZ-II、III、QDZ) ) 變、執(zhí)變、執(zhí)( (DDZ-II、III) ) 變、執(zhí)變、執(zhí)( (DDZ-II、III) ) 工業(yè)以太網(wǎng)Ethernet現(xiàn)場總線Profibus多點(diǎn)鏈路MPI執(zhí)行器級總線AS-i生產(chǎn)管理計(jì)算機(jī)2n5431傳感器及執(zhí)行部件智能模塊S7-300S7-300S7-200S7-200S7-200S7-200 CENTUM VP是橫河電機(jī)是橫河電機(jī)CENTUM系列繼系列繼CENTUM CS 10

21、00/ /CENTUM CS3000之后的第之后的第8代產(chǎn)品代產(chǎn)品 不斷提高儀器的性能、不斷提高儀器的性能、 可靠性，擴(kuò)大應(yīng)用范圍?？煽啃裕瑪U(kuò)大應(yīng)用范圍。 開發(fā)新型傳感器。開發(fā)新型傳感器。 開發(fā)傳感器的新型敏感元件開發(fā)傳感器的新型敏感元件 材料和采用新的加工工藝。材料和采用新的加工工藝。 微電子技術(shù)、微型計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、微型計(jì)算機(jī)技術(shù)、 現(xiàn)場總線技術(shù)與儀器儀表和現(xiàn)場總線技術(shù)與儀器儀表和 傳感器的結(jié)合，構(gòu)成新一代傳感器的結(jié)合，構(gòu)成新一代 智能化測控系統(tǒng)，使測量精度、智能化測控系統(tǒng)，使測量精度、 自動(dòng)化水平進(jìn)一步提高。自動(dòng)化水平進(jìn)一步提高。 研究集成化、多功能和智能化研究集成化、多功能和智

22、能化 傳感器或測試系統(tǒng)。傳感器或測試系統(tǒng)。 儀表的基本概念儀表的基本概念n測量范圍、上下限、量程測量范圍、上下限、量程n零點(diǎn)遷移、量程遷移零點(diǎn)遷移、量程遷移n靈敏度和分辨率靈敏度和分辨率n誤差誤差n測量精度等級測量精度等級n滯環(huán)、死區(qū)和回差滯環(huán)、死區(qū)和回差n重復(fù)性和再現(xiàn)性重復(fù)性和再現(xiàn)性n可靠性可靠性n測量范圍、上下限測量范圍、上下限n每個(gè)用于測量的儀表都有測量范圍，它每個(gè)用于測量的儀表都有測量范圍，它是該儀表按規(guī)定的精度進(jìn)行測量的被測是該儀表按規(guī)定的精度進(jìn)行測量的被測變量的范圍。變量的范圍。n測量范圍的最小值和最大值分別稱為測測量范圍的最小值和最大值分別稱為測量下限和測量上限，簡稱下限和上限。

23、量下限和測量上限，簡稱下限和上限。測量范圍、上下限及量程測量范圍、上下限及量程量程范圍量程范圍n儀表能夠測量的最大輸入量與最小輸入儀表能夠測量的最大輸入量與最小輸入量之間的范圍稱作儀表的量程范圍，簡量之間的范圍稱作儀表的量程范圍，簡稱量程。稱量程。n在數(shù)值上等于儀表上限值與下限值的代在數(shù)值上等于儀表上限值與下限值的代數(shù)差之絕對值。數(shù)差之絕對值。問：某溫度計(jì)測量的最低溫度為問：某溫度計(jì)測量的最低溫度為-20-20，最高溫度為最高溫度為100100，它的量程是多少？，它的量程是多少？120給出儀表的測量范圍可以知道上、下限及量程；給出儀表的測量范圍可以知道上、下限及量程；只知道儀表的量程，不能確定

24、出上下限及測量范圍。只知道儀表的量程，不能確定出上下限及測量范圍。儀表測量范圍的常用表示方法儀表測量范圍的常用表示方法n零點(diǎn)和量程零點(diǎn)和量程 n儀表測量范圍的常用表示方法是：儀表測量范圍的常用表示方法是： 給出儀表的零點(diǎn)給出儀表的零點(diǎn)( (即測量下限值即測量下限值) )及儀表的量及儀表的量程。程。n由前面的分析可知，只要儀表的零點(diǎn)和量程確定由前面的分析可知，只要儀表的零點(diǎn)和量程確定了，其測量范圍也就確定了。了，其測量范圍也就確定了。零點(diǎn)遷移、量程遷移零點(diǎn)遷移、量程遷移n零點(diǎn)遷移和量程遷移零點(diǎn)遷移和量程遷移n在實(shí)際使用中，由于測量要求或測量條件的在實(shí)際使用中，由于測量要求或測量條件的變化，需要改

25、變儀表的零點(diǎn)或量程，為此可變化，需要改變儀表的零點(diǎn)或量程，為此可以對儀表進(jìn)行零點(diǎn)和量程的調(diào)整。以對儀表進(jìn)行零點(diǎn)和量程的調(diào)整。n通常將零點(diǎn)的變化稱為零點(diǎn)遷移，而量程的通常將零點(diǎn)的變化稱為零點(diǎn)遷移，而量程的變化則稱為量程遷移。變化則稱為量程遷移。n零點(diǎn)遷移的形式：正遷移和負(fù)遷移零點(diǎn)遷移的形式：正遷移和負(fù)遷移n量程遷移的形式：縮小量程和擴(kuò)大量程量程遷移的形式：縮小量程和擴(kuò)大量程2 零點(diǎn)遷移和量程遷移輸入(被測量)輸出0100%100%零點(diǎn)遷移零點(diǎn)遷移量程遷移-25%由于某些影響量引起的輸出量程的變化。 75%70%71.4%140%25%如何利用零點(diǎn)遷移和量程遷移時(shí)間 t0輸出 (V)510153靈

26、敏度靈敏度u在穩(wěn)定情況下，儀表輸出變化量在穩(wěn)定情況下，儀表輸出變化量Y與引起此變化的輸與引起此變化的輸入量的變化量入量的變化量U之比值，定義為之比值，定義為儀表的靈敏度儀表的靈敏度。u用用S表示，即表示，即 式中，式中，S 儀表靈敏度儀表靈敏度 Y、U 分別為輸出與輸入變化量分別為輸出與輸入變化量n量程遷移改變靈敏度；零點(diǎn)遷移不改變靈敏度量程遷移改變靈敏度；零點(diǎn)遷移不改變靈敏度n串聯(lián)儀表系統(tǒng)，靈敏度具有可傳遞性。（乘積）串聯(lián)儀表系統(tǒng)，靈敏度具有可傳遞性。（乘積）YSU問：某測量范圍是問：某測量范圍是0100MPa的壓力表，其滿的壓力表，其滿量程時(shí)指針轉(zhuǎn)角為量程時(shí)指針轉(zhuǎn)角為270度，它的靈敏度是

27、多少？度，它的靈敏度是多少？2.7度度/MPa分辨率（靈敏限）分辨率（靈敏限） 它表明儀表響應(yīng)輸入量微小變化的能力指它表明儀表響應(yīng)輸入量微小變化的能力指標(biāo)，即不能引起輸出發(fā)生變化的最大輸入變化標(biāo)，即不能引起輸出發(fā)生變化的最大輸入變化幅度與量程范圍之比的百分?jǐn)?shù)。幅度與量程范圍之比的百分?jǐn)?shù)。n儀表能響應(yīng)和分辨的最小輸入量。儀表能響應(yīng)和分辨的最小輸入量。n通常儀表的靈敏度高，分辨率也高。通常儀表的靈敏度高，分辨率也高。4. 誤差誤差測量誤差的概念測量誤差的概念u測定值與被測量真值之差稱為測定值與被測量真值之差稱為測量的絕對誤差測量的絕對誤差，或簡稱測量誤差?；蚝喎Q測量誤差。 = x X0 式中，式中

28、， 測量誤差；測量誤差； x 測定值（例如儀表指示值）；測定值（例如儀表指示值）； X0 被測量的真值。被測量的真值。u真值一般無法得到，所以用實(shí)際值真值一般無法得到，所以用實(shí)際值X代替代替X0。n對于絕對誤差，應(yīng)注意下面幾個(gè)特點(diǎn)：對于絕對誤差，應(yīng)注意下面幾個(gè)特點(diǎn)：n絕對誤差是有單位的量，其單位與測定值和實(shí)際值相同。n絕對誤差是有符號的量，其符號表示出測定值與實(shí)際值的大小關(guān)系。n測定值與被測量實(shí)際值之間的偏離程度和方向通過絕對誤差來體現(xiàn)。n示值的絕對誤差與約定值之比值稱為相對誤差，其為無示值的絕對誤差與約定值之比值稱為相對誤差，其為無量綱數(shù)，以百分?jǐn)?shù)表示。量綱數(shù)，以百分?jǐn)?shù)表示。n一般約定值一般

29、約定值m有如下幾種取法：有如下幾種取法：nm取取測量儀表的指示值測量儀表的指示值x時(shí)，時(shí)，稱為稱為標(biāo)稱相對誤差標(biāo)稱相對誤差；nm取取測量的實(shí)際值測量的實(shí)際值X時(shí)，時(shí)，稱為稱為實(shí)際相對誤差實(shí)際相對誤差；nm取取儀表的滿刻度值儀表的滿刻度值(量程量程)時(shí)，時(shí)，稱為稱為引用相對誤差引用相對誤差。100%m 對于相同的被測量，用絕對誤差評定其測量精度的對于相同的被測量，用絕對誤差評定其測量精度的高低。但對于不同的被測量，則應(yīng)采用相對誤差來評定高低。但對于不同的被測量，則應(yīng)采用相對誤差來評定。最大引用誤差最大引用誤差： 整個(gè)量程范圍內(nèi)的最大絕對誤差與量程的比值。整個(gè)量程范圍內(nèi)的最大絕對誤差與量程的比值。

30、maxmaxQ100%m 最大引用誤差與儀表的具體示值無關(guān)，可以最大引用誤差與儀表的具體示值無關(guān)，可以更好地說明儀表測量的準(zhǔn)確程度。它是儀表基本更好地說明儀表測量的準(zhǔn)確程度。它是儀表基本誤差的主要形式，是儀表的主要性能指標(biāo)之一。誤差的主要形式，是儀表的主要性能指標(biāo)之一。允許誤差n儀表出廠時(shí)要規(guī)定引用誤差的允許值，稱儀表出廠時(shí)要規(guī)定引用誤差的允許值，稱為為允許誤差允許誤差。n如將允許誤差記為如將允許誤差記為Q，最大引用誤差記為，最大引用誤差記為Qmax，那么，那么Q和和Qmax在大小上應(yīng)該滿足什在大小上應(yīng)該滿足什么關(guān)系么關(guān)系?Qmax Q基本誤差和附加誤差n任何測量都是與環(huán)境條件相關(guān)的，這些條件

31、包任何測量都是與環(huán)境條件相關(guān)的，這些條件包括環(huán)境溫度、相對濕度、電源電壓和安裝方式括環(huán)境溫度、相對濕度、電源電壓和安裝方式等多方面的因素。等多方面的因素。n儀表嚴(yán)格按照規(guī)定的環(huán)境條件（即參比工作條儀表嚴(yán)格按照規(guī)定的環(huán)境條件（即參比工作條件）工作時(shí)，此時(shí)獲得的誤差稱為件）工作時(shí)，此時(shí)獲得的誤差稱為基本誤差基本誤差；如果在非參比工作條件進(jìn)行測量，還會產(chǎn)生額如果在非參比工作條件進(jìn)行測量，還會產(chǎn)生額外的誤差稱為外的誤差稱為附加誤差附加誤差。n誤差誤差= =基本誤差基本誤差+ +附加誤差附加誤差5精確度精確度 指根據(jù)測量儀表準(zhǔn)確度大小所劃分的等級或指根據(jù)測量儀表準(zhǔn)確度大小所劃分的等級或級別。允許誤差去掉

32、百分號的數(shù)值就是級別。允許誤差去掉百分號的數(shù)值就是準(zhǔn)確度等準(zhǔn)確度等級級，工程上稱為精度等級。，工程上稱為精度等級。 我國儀表精度等級有：我國儀表精度等級有：0.0050.005、0.020.02、0.050.05、0.10.1、0.20.2、0.350.35、0.40.4、0.50.5、1.01.0、1.51.5、2.52.5、4.04.0等。等。 級數(shù)越小，精度（準(zhǔn)確度）就越高。級數(shù)越小，精度（準(zhǔn)確度）就越高。 工業(yè)檢測用儀表多在工業(yè)檢測用儀表多在0.10.14.04.0級。級。精度等級精度等級0.50.5級：基本誤差不超過量程的級：基本誤差不超過量程的0.5%0.5%n精度等級的確定過程：

33、輸入(被測量)輸出0標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出特性曲線實(shí)際上升校驗(yàn)曲線實(shí)際下降校驗(yàn)曲線誤差上限誤差下限基本誤差限6. 滯環(huán)、死區(qū)、回差滯環(huán)、死區(qū)、回差 滯環(huán)：滯環(huán)：儀表內(nèi)部某些元件具有儲能效儀表內(nèi)部某些元件具有儲能效應(yīng)，其作用使得儀表檢驗(yàn)所得的實(shí)際上升曲應(yīng)，其作用使得儀表檢驗(yàn)所得的實(shí)際上升曲線和實(shí)際下降曲線出現(xiàn)不重合的情況，導(dǎo)致線和實(shí)際下降曲線出現(xiàn)不重合的情況，導(dǎo)致儀表的特性曲線形成環(huán)狀。儀表的特性曲線形成環(huán)狀。6. 滯環(huán)、死區(qū)、回差滯環(huán)、死區(qū)、回差 死區(qū)：死區(qū)：由于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的摩擦和間隙等，產(chǎn)生由于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的摩擦和間隙等，產(chǎn)生死區(qū)效應(yīng)。使得在儀表輸入在一定范圍內(nèi)不引起輸死區(qū)效應(yīng)。使得在儀表輸入在一定范圍內(nèi)不

34、引起輸出變化，這段區(qū)域稱為死區(qū)，也叫不靈敏區(qū)。出變化，這段區(qū)域稱為死區(qū)，也叫不靈敏區(qū)。6. 滯環(huán)、死區(qū)、回差滯環(huán)、死區(qū)、回差 回差：回差：在外界條件不變的情況下，使用同一在外界條件不變的情況下，使用同一儀表對被測量進(jìn)行反復(fù)測量（正行程和反行程）儀表對被測量進(jìn)行反復(fù)測量（正行程和反行程）時(shí)，上升曲線和下降曲線之間最大的差值，稱時(shí)，上升曲線和下降曲線之間最大的差值，稱為為回差回差(也稱為變差、來回變差也稱為變差、來回變差)。輸入輸出0下降曲線上升曲線u正行程：正行程：測量系統(tǒng)的輸入量從量程下限增測量系統(tǒng)的輸入量從量程下限增至量程的上限的測量過程。至量程的上限的測量過程。u反行程：反行程：測量系統(tǒng)的

35、輸入量從量程上限減測量系統(tǒng)的輸入量從量程上限減少至量程的下限的測量過程。少至量程的下限的測量過程。n重復(fù)性：重復(fù)性：在同一工作條件下，同方向連續(xù)多次在同一工作條件下，同方向連續(xù)多次對同一輸入值進(jìn)行測量所得到的多個(gè)輸出值之對同一輸入值進(jìn)行測量所得到的多個(gè)輸出值之間相互一致的程度。間相互一致的程度。輸入輸出0重復(fù)性再現(xiàn)性7.7.重復(fù)性和再現(xiàn)性重復(fù)性和再現(xiàn)性 （隨機(jī)性) （穩(wěn)定性）n再現(xiàn)性：再現(xiàn)性：儀表實(shí)際上升曲線和實(shí)際下降曲線儀表實(shí)際上升曲線和實(shí)際下降曲線之間離散程度的表示，常取兩種曲線之間離散之間離散程度的表示，常取兩種曲線之間離散程度最大點(diǎn)的值來表示。程度最大點(diǎn)的值來表示。輸入輸出0重復(fù)性再現(xiàn)

36、性n可靠度可靠度n表征儀表可靠性的尺度有多種，最基本的是可表征儀表可靠性的尺度有多種，最基本的是可靠度。它是衡量儀表能夠正常工作并發(fā)揮其功靠度。它是衡量儀表能夠正常工作并發(fā)揮其功能的程度。能的程度。n簡單地來說，如果有簡單地來說，如果有100100臺同樣的儀表，工作臺同樣的儀表，工作10001000小時(shí)后約有小時(shí)后約有9999臺仍能正常工作，則可以說臺仍能正常工作，則可以說這批儀表工作這批儀表工作10001000小時(shí)后的可靠度是小時(shí)后的可靠度是9999。8.8.可靠性可靠性nMTBF 和和 MTTRn平均無故障工作時(shí)間平均無故障工作時(shí)間MTBF (Mean Time Between Failure)：儀表在相鄰兩次故障間：儀表在相鄰兩次故障間隔內(nèi)有效工作時(shí)的平均時(shí)間。隔內(nèi)有效工作時(shí)的平均時(shí)間。n平均無故障時(shí)間越長，儀表的可靠性就越高。平均無故障時(shí)間越長，儀表的可靠性就越高。n平均故障修復(fù)時(shí)間平均故障修復(fù)時(shí)間