工業(yè)儀表緒論

1、工業(yè)儀表與工程測試工業(yè)儀表與工程測試技術(shù)技術(shù)姜奉華姜奉華辦公室：材料樓辦公室：材料樓307307室室1386400138013864001380v課程要求：課程要求：v工業(yè)儀表與工程測試技術(shù)所要解決的問題工業(yè)儀表與工程測試技術(shù)所要解決的問題v本課程所學(xué)內(nèi)容本課程所學(xué)內(nèi)容:儀表（熱工，電工），測試儀表（熱工，電工），測試溫度溫度T,壓力壓力P,體積體積V(物位，流量，成分，濃物位，流量，成分，濃度度)v學(xué)習(xí)方法：理論聯(lián)系實(shí)際，要做到：學(xué)習(xí)方法：理論聯(lián)系實(shí)際，要做到：v認(rèn)真聽課，做好課堂筆記，做好課后的練習(xí)認(rèn)真聽課，做好課堂筆記，做好課后的練習(xí)和思考，如果不認(rèn)真做練習(xí)和思考，那么這門和思考，如果不

2、認(rèn)真做練習(xí)和思考，那么這門課是學(xué)不好的。平時聽不懂的問題及時提問，課是學(xué)不好的。平時聽不懂的問題及時提問，及時解決及時解決。v考試方法：采用閉卷考試的方法，沒有難題、考試方法：采用閉卷考試的方法，沒有難題、怪題，但量較大。怪題，但量較大。講解的內(nèi)容：講解的內(nèi)容：v緒論緒論v第第1章章 誤差及其處理誤差及其處理v第第2章傳感器章傳感器v第第3章章 溫度的測量溫度的測量v第第4章章 壓力測量壓力測量 v第第5章物位測量章物位測量v第第6章章 流速和流量測量流速和流量測量v第第7章成份分析章成份分析v第第8章章 粉塵濃度的測量粉塵濃度的測量緒論緒論v工程測試技術(shù)的地位和作用工程測試技術(shù)的地位和作用1

3、、科學(xué)研究：任何科學(xué)理論的建立和科學(xué)研究成果的獲得都必科學(xué)研究：任何科學(xué)理論的建立和科學(xué)研究成果的獲得都必須通過大量的試驗(yàn)與測量，并通過對測量所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行合須通過大量的試驗(yàn)與測量，并通過對測量所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的分析和計(jì)算來驗(yàn)證科學(xué)理論或研究成果的正確性和可靠性。理的分析和計(jì)算來驗(yàn)證科學(xué)理論或研究成果的正確性和可靠性。2、生產(chǎn)過程：為了保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行，必須對生產(chǎn)過程中的、生產(chǎn)過程：為了保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行，必須對生產(chǎn)過程中的各種參數(shù)進(jìn)行定時定期或在線連續(xù)測量，并在分析測量結(jié)果的各種參數(shù)進(jìn)行定時定期或在線連續(xù)測量，并在分析測量結(jié)果的基礎(chǔ)上，對生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)視和控制，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量?；A(chǔ)

4、上，對生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)視和控制，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量。3、測量技術(shù)：應(yīng)用測量儀器或儀表來實(shí)現(xiàn)測量目的的技術(shù)稱為、測量技術(shù)：應(yīng)用測量儀器或儀表來實(shí)現(xiàn)測量目的的技術(shù)稱為測試技術(shù)，應(yīng)用于工程實(shí)踐的測試技術(shù)則稱為工程測試技術(shù)。測試技術(shù)，應(yīng)用于工程實(shí)踐的測試技術(shù)則稱為工程測試技術(shù)。4、現(xiàn)代化的測試儀器是科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐的必要手段，其水、現(xiàn)代化的測試儀器是科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐的必要手段，其水平高低是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要標(biāo)志，同時也是科學(xué)研究和生產(chǎn)平高低是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要標(biāo)志，同時也是科學(xué)研究和生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的重要的技術(shù)基礎(chǔ)。技術(shù)發(fā)展的重要的技術(shù)基礎(chǔ)。 說明：說明：測試技術(shù)隨著科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)實(shí)踐的發(fā)展而發(fā)展?？茖W(xué)技

5、術(shù)測試技術(shù)隨著科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)實(shí)踐的發(fā)展而發(fā)展?？茖W(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和生產(chǎn)實(shí)踐水平的日益提高對測試手段和測試儀器提出的不斷發(fā)展和生產(chǎn)實(shí)踐水平的日益提高對測試手段和測試儀器提出了更高的要求，以滿足更深更廣的研究和更精細(xì)的生產(chǎn)控制的需要，了更高的要求，以滿足更深更廣的研究和更精細(xì)的生產(chǎn)控制的需要，促進(jìn)了測試儀器以及測試技術(shù)的發(fā)展，而科學(xué)技術(shù)的發(fā)展又為研制促進(jìn)了測試儀器以及測試技術(shù)的發(fā)展，而科學(xué)技術(shù)的發(fā)展又為研制新型的測試儀器提供了有力條件新型的測試儀器提供了有力條件 。說明：說明：科學(xué)研究和工程技術(shù)中所要測量的參數(shù)大多為非電量，這些科學(xué)研究和工程技術(shù)中所要測量的參數(shù)大多為非電量，這些參數(shù)的物理特性或化

6、學(xué)特性千差萬別，在測量過程中，測量結(jié)果的參數(shù)的物理特性或化學(xué)特性千差萬別，在測量過程中，測量結(jié)果的傳輸和保存以及顯示極不方便，因而促使人們利用電測技術(shù)所具有傳輸和保存以及顯示極不方便，因而促使人們利用電測技術(shù)所具有的測量精度高、反應(yīng)速度快、數(shù)據(jù)傳輸方便并且能夠連續(xù)自動記錄的測量精度高、反應(yīng)速度快、數(shù)據(jù)傳輸方便并且能夠連續(xù)自動記錄等優(yōu)點(diǎn)研究用電量測試的手段來進(jìn)行這些非電量的測試，于是形成等優(yōu)點(diǎn)研究用電量測試的手段來進(jìn)行這些非電量的測試，于是形成了非電量的電測技術(shù)。了非電量的電測技術(shù)。非電量電測技術(shù)的內(nèi)容：（非電量電測技術(shù)的內(nèi)容：（1）研究用電測手段測量非電量的儀器）研究用電測手段測量非電量的儀器

7、和儀表；（和儀表；（2）研究如何正確和快速地進(jìn)行非電量的測試。）研究如何正確和快速地進(jìn)行非電量的測試。 工程技術(shù)領(lǐng)域，測試技術(shù)的作用有如下：工程技術(shù)領(lǐng)域，測試技術(shù)的作用有如下： v（1）通過測量有關(guān)工藝參數(shù)，對生產(chǎn)過程的運(yùn)行情況）通過測量有關(guān)工藝參數(shù)，對生產(chǎn)過程的運(yùn)行情況進(jìn)行進(jìn)行監(jiān)視監(jiān)視，使之保持在最佳工作狀況；測量生產(chǎn)設(shè)備，使之保持在最佳工作狀況；測量生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的有關(guān)技術(shù)參數(shù)，并分析測試結(jié)果，運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的有關(guān)技術(shù)參數(shù)，并分析測試結(jié)果，判斷判斷設(shè)備的工作狀態(tài)。設(shè)備的工作狀態(tài)。v（2）將工藝參數(shù)的測量結(jié)果與設(shè)定值相比較，并根據(jù)）將工藝參數(shù)的測量結(jié)果與設(shè)定值相比較，并根據(jù)偏差范圍要求進(jìn)行偏

8、差范圍要求進(jìn)行反饋反饋，實(shí)現(xiàn)對工藝參數(shù)的，實(shí)現(xiàn)對工藝參數(shù)的調(diào)控調(diào)控，保，保證生產(chǎn)過程的要求。證生產(chǎn)過程的要求。 v（3）根據(jù)對工藝過程參數(shù)和設(shè)備性能參數(shù)測）根據(jù)對工藝過程參數(shù)和設(shè)備性能參數(shù)測試結(jié)果的分析評價(jià)，試結(jié)果的分析評價(jià)，發(fā)現(xiàn)問題發(fā)現(xiàn)問題，并，并提出提出相應(yīng)的相應(yīng)的改進(jìn)措施改進(jìn)措施。通過測試來分析和評定改進(jìn)措施實(shí)。通過測試來分析和評定改進(jìn)措施實(shí)施后是否達(dá)到了預(yù)期效果。施后是否達(dá)到了預(yù)期效果。v（4）通過測試技術(shù)手段研究機(jī)械系統(tǒng)的響應(yīng)）通過測試技術(shù)手段研究機(jī)械系統(tǒng)的響應(yīng)特性和系統(tǒng)參數(shù)以及進(jìn)行載荷識別，特性和系統(tǒng)參數(shù)以及進(jìn)行載荷識別，為機(jī)械系為機(jī)械系統(tǒng)的動態(tài)設(shè)計(jì)提供依據(jù)統(tǒng)的動態(tài)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。3

9、例：哈爾濱大橋垮塌的例：哈爾濱大橋垮塌的原因：貨車超載原因：貨車超載測試系統(tǒng)的組成及特點(diǎn)測試系統(tǒng)的組成及特點(diǎn) 測量電路被測對象傳感器顯示器記錄裝置數(shù)據(jù)處理裝置將被測量的非電信息將被測量的非電信息變換成電信號變換成電信號 中間轉(zhuǎn)換器，將傳感器輸出的電信號進(jìn)行傳輸、放大和轉(zhuǎn)換 模擬顯示、數(shù)字顯示、圖像顯示 筆式記錄儀、光線示波器、磁帶記錄儀儀表的分類：儀表的分類：按按使用目的和用途使用目的和用途分：分： 量具量儀、汽車儀表、拖拉機(jī)儀表、船量具量儀、汽車儀表、拖拉機(jī)儀表、船用儀表、航空儀表、導(dǎo)航儀器、駕駛儀器、用儀表、航空儀表、導(dǎo)航儀器、駕駛儀器、無線電測試儀器、載波微波測試儀器、地質(zhì)無線電測試儀器

10、、載波微波測試儀器、地質(zhì)勘探測試儀器、勘探測試儀器、建材測試儀器、建材測試儀器、地震測試儀地震測試儀器、大地測繪儀器、水文儀器、計(jì)時儀器、器、大地測繪儀器、水文儀器、計(jì)時儀器、農(nóng)業(yè)測試儀器、商業(yè)測試儀器、教學(xué)儀器、農(nóng)業(yè)測試儀器、商業(yè)測試儀器、教學(xué)儀器、醫(yī)療儀器、醫(yī)療儀器、環(huán)保儀器環(huán)保儀器等。等。 按按功能功能分：分： 檢測儀表、顯示儀表、調(diào)節(jié)儀表和執(zhí)行器等；檢測儀表、顯示儀表、調(diào)節(jié)儀表和執(zhí)行器等；其中其中檢測儀表檢測儀表按被測物理量又分為按被測物理量又分為溫度測量儀表、溫度測量儀表、壓力測量儀表、流量測量儀表、料位測量儀表壓力測量儀表、流量測量儀表、料位測量儀表和機(jī)和機(jī)械量測量儀表等。械量測量

11、儀表等。 溫度測量儀表溫度測量儀表按測量方式分：按測量方式分： 接觸式接觸式測溫儀表和測溫儀表和非接觸式非接觸式測溫儀表；測溫儀表； 接觸式測溫儀表又可分為熱電式、膨脹式、電接觸式測溫儀表又可分為熱電式、膨脹式、電阻式等。阻式等。 包括流速 儀器儀表性能的主要技術(shù)指標(biāo)：儀器儀表性能的主要技術(shù)指標(biāo)：精確度、靈敏度、響應(yīng)時間、重復(fù)性、線性度、漂移精確度、靈敏度、響應(yīng)時間、重復(fù)性、線性度、漂移等。等。 精確度精確度：儀表測量結(jié)果與被測量真值的一致程度。儀器儀表儀表測量結(jié)果與被測量真值的一致程度。儀器儀表的精確度常用精確度等級來表示，如的精確度常用精確度等級來表示，如01級、級、02級、級、05級、級

12、、10級、級、15級等，級等，01級表示儀表總的誤差不超過級表示儀表總的誤差不超過01范圍。精確度等級數(shù)小，說明儀表的系統(tǒng)誤差和隨范圍。精確度等級數(shù)小，說明儀表的系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差都小，也就是這種儀表精密。機(jī)誤差都小，也就是這種儀表精密。靈敏度靈敏度：被測量增量與此增量引起的被測量增量與此增量引起的儀表示值增量之比，它反映儀表能夠儀表示值增量之比，它反映儀表能夠測量的最小被測量：測量的最小被測量：響應(yīng)時間響應(yīng)時間：儀表輸入一個階躍量時，其輸出由初始值第一儀表輸入一個階躍量時，其輸出由初始值第一次到達(dá)最終穩(wěn)定值的時間間隔，一般規(guī)定以到達(dá)穩(wěn)定值的次到達(dá)最終穩(wěn)定值的時間間隔，一般規(guī)定以到達(dá)穩(wěn)定值的9

13、5時的時間為準(zhǔn)。時的時間為準(zhǔn)。工程測試的內(nèi)容：v溫度測量溫度測量v壓力測量壓力測量v流量、流速測量流量、流速測量v濃度測量濃度測量v成分測定成分測定v物位（液位、料位）測量物位（液位、料位）測量v噪聲測量噪聲測量工程測試的基本方法：工程測試的基本方法：v直接測量和間接測量方法直接測量和間接測量方法v接觸測量和非接觸測量方法接觸測量和非接觸測量方法v偏位測量和差示測量方法偏位測量和差示測量方法v在線測量和離線測量方法在線測量和離線測量方法v靜態(tài)測量和動態(tài)測量方法靜態(tài)測量和動態(tài)測量方法1、直接測量和間接測量方法、直接測量和間接測量方法v（1）直接測量方法：）直接測量方法：v無需進(jìn)行函數(shù)關(guān)系的再運(yùn)算

14、，從實(shí)測數(shù)據(jù)中直無需進(jìn)行函數(shù)關(guān)系的再運(yùn)算，從實(shí)測數(shù)據(jù)中直接得到被測量值的測量方法。如：直尺長度測接得到被測量值的測量方法。如：直尺長度測量、溫度計(jì)測溫、電壓表測電壓等。量、溫度計(jì)測溫、電壓表測電壓等。v（2）間接測量方法：）間接測量方法：v直接測量與被測量存在某種關(guān)系的各個物理量，直接測量與被測量存在某種關(guān)系的各個物理量，通過一定的數(shù)學(xué)關(guān)系獲得被測量。如：流量可通過一定的數(shù)學(xué)關(guān)系獲得被測量。如：流量可通過流速和管道直徑測定值而求得。通過流速和管道直徑測定值而求得。2、接觸測量和非接觸測量方法、接觸測量和非接觸測量方法v（1）接觸測量方法）接觸測量方法v儀表的一部分（傳感器）與被測對象相接觸并儀

15、表的一部分（傳感器）與被測對象相接觸并承受對象參數(shù)的作用。如：熱電偶測溫、扭矩承受對象參數(shù)的作用。如：熱電偶測溫、扭矩式轉(zhuǎn)速計(jì)測轉(zhuǎn)速等。式轉(zhuǎn)速計(jì)測轉(zhuǎn)速等。v（2）非接觸測量方法）非接觸測量方法v儀表的傳感器不必與被測對象直接接觸而給出儀表的傳感器不必與被測對象直接接觸而給出測量結(jié)果的測量方法。如：光學(xué)高溫計(jì)測溫、測量結(jié)果的測量方法。如：光學(xué)高溫計(jì)測溫、雷達(dá)測速儀測量速度等。雷達(dá)測速儀測量速度等。3、偏位測量和差示測量方法、偏位測量和差示測量方法v（1）偏位測量方法）偏位測量方法v被測量作用于儀表的比較裝置（測量機(jī)構(gòu)），使被測量作用于儀表的比較裝置（測量機(jī)構(gòu)），使其某參量按已知關(guān)系變化，當(dāng)此變化

16、產(chǎn)生的反作其某參量按已知關(guān)系變化，當(dāng)此變化產(chǎn)生的反作用與被測量的作用相平衡時，則測量機(jī)構(gòu)即可顯用與被測量的作用相平衡時，則測量機(jī)構(gòu)即可顯示被測量。如磅秤稱重、指針式儀器等。示被測量。如磅秤稱重、指針式儀器等。v（2）差示測量方法）差示測量方法v被測量對儀表比較裝置的作用由已知量部分或全被測量對儀表比較裝置的作用由已知量部分或全部抵消，測量機(jī)構(gòu)輸出的是已知量與被測量的差部抵消，測量機(jī)構(gòu)輸出的是已知量與被測量的差值或零，由已知量得出被測量。如托盤天平稱重、值或零，由已知量得出被測量。如托盤天平稱重、大象體重稱量等。大象體重稱量等。4、在線測量和離線測量方法、在線測量和離線測量方法v（1）在線測量方

17、法）在線測量方法v在測量過程中，測量機(jī)構(gòu)輸出被測量的在測量過程中，測量機(jī)構(gòu)輸出被測量的即時測量值的方法。如：波譜心律儀測即時測量值的方法。如：波譜心律儀測心律、柜式電流表、電壓表等。心律、柜式電流表、電壓表等。v（2）離線測量方法）離線測量方法v取樣離線后再行測量的方法。如：巖石取樣離線后再行測量的方法。如：巖石成分的取樣測定等。成分的取樣測定等。瞬時性遲滯性Relationships between Relationships between Engineering testing and Engineering testing and atomization controllingatom

18、ization controllingv工程測試是自動化控制的基礎(chǔ)工程測試是自動化控制的基礎(chǔ)v自動化控制是工程測試的目的自動化控制是工程測試的目的v研究工業(yè)儀表和工程測試的最終目研究工業(yè)儀表和工程測試的最終目的是實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過程的高度自動的是實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過程的高度自動化控制化控制參考書目：參考書目：v熱工參數(shù)測量及儀表熱工參數(shù)測量及儀表 .何適生何適生.1990v熱工測量原理及其現(xiàn)代技術(shù)熱工測量原理及其現(xiàn)代技術(shù). 張秀彬張秀彬. 1995v熱工參數(shù)測量與處理熱工參數(shù)測量與處理.呂崇德呂崇德. 2001v熱工測量和儀表熱工測量和儀表.朱祖濤朱祖濤. 1991v熱工測量及儀表熱工測量及儀表. 吳文

19、德吳文德. 2000v熱工過程檢測儀表熱工過程檢測儀表. 程大亨程大亨. 1997v科學(xué)史研究中，把科學(xué)史研究中，把1717世紀(jì)看作近代自然科學(xué)誕生的分世紀(jì)看作近代自然科學(xué)誕生的分水嶺。此前，自然科學(xué)未建立自己的傳統(tǒng)，而是依附水嶺。此前，自然科學(xué)未建立自己的傳統(tǒng)，而是依附在哲學(xué)的傳統(tǒng)和工匠的傳統(tǒng)之上。在哲學(xué)的傳統(tǒng)和工匠的傳統(tǒng)之上。v培根重要的哲學(xué)概念培根重要的哲學(xué)概念實(shí)驗(yàn)是自然科學(xué)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)是自然科學(xué)的基礎(chǔ)。v伽利略提出了科學(xué)實(shí)驗(yàn)的兩個基本要素：伽利略提出了科學(xué)實(shí)驗(yàn)的兩個基本要素：v科學(xué)儀器測量、數(shù)字記錄科學(xué)儀器測量、數(shù)字記錄(表達(dá)表達(dá))測量結(jié)果測量結(jié)果v使實(shí)驗(yàn)結(jié)果成為可定量比較和精確計(jì)算的數(shù)

20、據(jù)。從此，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果成為可定量比較和精確計(jì)算的數(shù)據(jù)。從此，自然科學(xué)由粗陋的觀察、模糊的推斷走向嚴(yán)肅的實(shí)驗(yàn)自然科學(xué)由粗陋的觀察、模糊的推斷走向嚴(yán)肅的實(shí)驗(yàn)和嚴(yán)密的邏輯，與數(shù)學(xué)結(jié)成堅(jiān)固的聯(lián)盟，建立了自然和嚴(yán)密的邏輯，與數(shù)學(xué)結(jié)成堅(jiān)固的聯(lián)盟，建立了自然科學(xué)自己的傳統(tǒng)?？茖W(xué)自己的傳統(tǒng)。 1.1 1.1 自動化及儀表發(fā)展概況自動化及儀表發(fā)展概況 當(dāng)人類活動領(lǐng)域越過感覺器官極限時，儀器儀表成了一當(dāng)人類活動領(lǐng)域越過感覺器官極限時，儀器儀表成了一切事業(yè)成功的前提。切事業(yè)成功的前提。科學(xué)進(jìn)展首先取決于儀器儀表的進(jìn)展。科學(xué)進(jìn)展首先取決于儀器儀表的進(jìn)展。 溫度計(jì)和實(shí)用溫標(biāo)溫度計(jì)和實(shí)用溫標(biāo)的發(fā)明（的發(fā)明（1717、181

21、8世紀(jì)）使溫度的概念世紀(jì)）使溫度的概念具有更加準(zhǔn)確的科學(xué)涵義，成為可以測量和定量計(jì)算的基本具有更加準(zhǔn)確的科學(xué)涵義，成為可以測量和定量計(jì)算的基本物理量。直接導(dǎo)致了熱力學(xué)的誕生，發(fā)現(xiàn)了能量守恒定律和物理量。直接導(dǎo)致了熱力學(xué)的誕生，發(fā)現(xiàn)了能量守恒定律和熱機(jī)的一系列基本規(guī)律，為歐洲的產(chǎn)業(yè)革命奠定了堅(jiān)實(shí)的科熱機(jī)的一系列基本規(guī)律，為歐洲的產(chǎn)業(yè)革命奠定了堅(jiān)實(shí)的科學(xué)基礎(chǔ)。學(xué)基礎(chǔ)。 電流表電流表的發(fā)明（的發(fā)明（1919世紀(jì)）使電學(xué)與磁學(xué)研究獲得了一個世紀(jì)）使電學(xué)與磁學(xué)研究獲得了一個又一個重大的發(fā)現(xiàn)，促進(jìn)了電氣時代的來臨。又一個重大的發(fā)現(xiàn)，促進(jìn)了電氣時代的來臨。 威爾遜云室和眾多核物理探測儀器威爾遜云室和眾多核物

22、理探測儀器的發(fā)明（的發(fā)明（2020世紀(jì)）揭世紀(jì)）揭開了原子核反應(yīng)的神秘面紗，逐漸展現(xiàn)出微觀世界的真實(shí)圖開了原子核反應(yīng)的神秘面紗，逐漸展現(xiàn)出微觀世界的真實(shí)圖景，奠定了原子核物理學(xué)與日后原子能利用的基礎(chǔ)。景，奠定了原子核物理學(xué)與日后原子能利用的基礎(chǔ)。近代自近代自然科學(xué)是從真正意義上的測量開始的。然科學(xué)是從真正意義上的測量開始的。 杰出的科學(xué)家們許多都是杰出的科學(xué)家們許多都是科學(xué)儀器的發(fā)明家，新的測科學(xué)儀器的發(fā)明家，新的測量方法的創(chuàng)立者量方法的創(chuàng)立者?？茖W(xué)家的科學(xué)遺產(chǎn)科學(xué)家的科學(xué)遺產(chǎn)科學(xué)探索的新發(fā)現(xiàn)科學(xué)探索的新發(fā)現(xiàn)新的測量技術(shù)和儀器儀表新的測量技術(shù)和儀器儀表托里冊里托里冊里水銀氣壓表水銀氣壓表 伽利

23、略伽利略天文望遠(yuǎn)鏡天文望遠(yuǎn)鏡 安培安培電流表電流表 在人類的科學(xué)探索與生產(chǎn)活動中，在人類的科學(xué)探索與生產(chǎn)活動中，儀器儀表逐漸形成儀器儀表逐漸形成了一種專門的學(xué)科，一種專門的產(chǎn)業(yè)。了一種專門的學(xué)科，一種專門的產(chǎn)業(yè)。它它支撐支撐著社會的技著社會的技術(shù)進(jìn)步，為眾多領(lǐng)域的科學(xué)探索活動術(shù)進(jìn)步，為眾多領(lǐng)域的科學(xué)探索活動提供提供實(shí)驗(yàn)和觀測手段，實(shí)驗(yàn)和觀測手段，為人類有序的生產(chǎn)活動與正常的社會生活為人類有序的生產(chǎn)活動與正常的社會生活提供提供必需的技術(shù)必需的技術(shù)保障。保障。 這種變化是文明前進(jìn)的重要標(biāo)志，是人類這種變化是文明前進(jìn)的重要標(biāo)志，是人類勞動科學(xué)化勞動科學(xué)化的重要特征。的重要特征。 儀器儀表科學(xué)技術(shù)儀器

24、儀表科學(xué)技術(shù)繼承了人類文明豐厚的遺產(chǎn)。自繼承了人類文明豐厚的遺產(chǎn)。自然科學(xué)領(lǐng)域的新發(fā)現(xiàn)，工程技術(shù)的新發(fā)明，不斷充實(shí)它然科學(xué)領(lǐng)域的新發(fā)現(xiàn)，工程技術(shù)的新發(fā)明，不斷充實(shí)它的內(nèi)容，使它成為的內(nèi)容，使它成為知識高度密集、高度綜合的學(xué)科。知識高度密集、高度綜合的學(xué)科。 X-Ray衍射儀50萬美元1.1.1 1.1.1 自動化控制發(fā)展概況自動化控制發(fā)展概況v人工控制：人工控制：憑經(jīng)驗(yàn)用人工觀察現(xiàn)象、操作設(shè)備及控制憑經(jīng)驗(yàn)用人工觀察現(xiàn)象、操作設(shè)備及控制生產(chǎn)過程生產(chǎn)過程v自動控制：自動控制：借助于控制裝置和信息技術(shù)控制生產(chǎn)過程借助于控制裝置和信息技術(shù)控制生產(chǎn)過程v儀表化和局部自動化儀表化和局部自動化（20世紀(jì)世紀(jì)

25、50年代）年代）v復(fù)雜控制復(fù)雜控制（20世紀(jì)世紀(jì)70年代）年代）v集散控制集散控制（20世紀(jì)世紀(jì)80年代）年代）單輸入單輸出定值控制。單輸入單輸出定值控制。簡單實(shí)用，但無法進(jìn)行簡單實(shí)用，但無法進(jìn)行復(fù)雜控制復(fù)雜控制選擇控制、前饋控制、單選擇控制、前饋控制、單元組合儀表；直接數(shù)字控元組合儀表；直接數(shù)字控制；監(jiān)督控制。制；監(jiān)督控制。DCS、FCS。特點(diǎn)：在線檢。特點(diǎn)：在線檢測控制，全數(shù)字化信號聯(lián)測控制，全數(shù)字化信號聯(lián)系系Dispersion Controlling System1.1.2 1.1.2 儀表及測試技術(shù)發(fā)展概況儀表及測試技術(shù)發(fā)展概況v儀器儀表是人類擴(kuò)大視野開拓新域的前導(dǎo)工具，時刻儀器儀表

26、是人類擴(kuò)大視野開拓新域的前導(dǎo)工具，時刻面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，它本身總是處于永不止息的創(chuàng)造面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，它本身總是處于永不止息的創(chuàng)造發(fā)展之中。發(fā)展之中。 v隨著工業(yè)生產(chǎn)過程向更高的精確度、更快的節(jié)奏和更隨著工業(yè)生產(chǎn)過程向更高的精確度、更快的節(jié)奏和更復(fù)雜的流程發(fā)展，原有的技術(shù)已越來越不能適應(yīng)要求。復(fù)雜的流程發(fā)展，原有的技術(shù)已越來越不能適應(yīng)要求。v隨著人類活動領(lǐng)域的迅速擴(kuò)大，隨著人類活動領(lǐng)域的迅速擴(kuò)大，傳統(tǒng)儀器儀表無法應(yīng)傳統(tǒng)儀器儀表無法應(yīng)付的測量對象急劇增加。付的測量對象急劇增加。v隨著自然科學(xué)領(lǐng)域探索活動的深入，隨著自然科學(xué)領(lǐng)域探索活動的深入，要求儀器儀表具要求儀器儀表具有更高的靈敏度和分辨率。有

27、更高的靈敏度和分辨率。 需要探索新的測量原理和方法，需要突破傳統(tǒng)測量技需要探索新的測量原理和方法，需要突破傳統(tǒng)測量技術(shù)的閾值界限，需要超越經(jīng)典的方法，以新的途徑獲取信術(shù)的閾值界限，需要超越經(jīng)典的方法，以新的途徑獲取信號。在數(shù)量級的意義上具有號。在數(shù)量級的意義上具有更高的響應(yīng)速度、更高的信噪更高的響應(yīng)速度、更高的信噪比和更高的精確度。比和更高的精確度。 在很多領(lǐng)域，儀器儀表已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備、安全在很多領(lǐng)域，儀器儀表已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備、安全裝置、社會技術(shù)保障體系、大型高速交通運(yùn)載工具、醫(yī)療裝置、社會技術(shù)保障體系、大型高速交通運(yùn)載工具、醫(yī)療系統(tǒng)和國防工程的核心部件，已經(jīng)同各種各樣的工作對象系統(tǒng)

28、和國防工程的核心部件，已經(jīng)同各種各樣的工作對象融為一體，儀器儀表和它們的測量對象在空間上已經(jīng)不能融為一體，儀器儀表和它們的測量對象在空間上已經(jīng)不能分離，必需服從苛刻的現(xiàn)場應(yīng)用條件，經(jīng)強(qiáng)烈的震動沖擊，分離，必需服從苛刻的現(xiàn)場應(yīng)用條件，經(jīng)強(qiáng)烈的震動沖擊，電磁干擾和大幅度的冷熱劇變。電磁干擾和大幅度的冷熱劇變。v儀器儀表能改善、擴(kuò)展或補(bǔ)充人的官能。儀器儀表能改善、擴(kuò)展或補(bǔ)充人的官能。人們用感覺器官去視、聽、嘗、摸外部事物，人們用感覺器官去視、聽、嘗、摸外部事物，而顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡、聲級計(jì)、酸度計(jì)、高溫計(jì)而顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡、聲級計(jì)、酸度計(jì)、高溫計(jì)等儀器儀表，可以改善和擴(kuò)展人的這些官能；等儀器儀表，可以改善

29、和擴(kuò)展人的這些官能；有些儀器儀表如磁強(qiáng)計(jì)、射線計(jì)數(shù)計(jì)等可感受有些儀器儀表如磁強(qiáng)計(jì)、射線計(jì)數(shù)計(jì)等可感受和測量到人的感覺器官所不能感受到的物理量；和測量到人的感覺器官所不能感受到的物理量；還有些儀器儀表可以超過人的能力去記錄、計(jì)還有些儀器儀表可以超過人的能力去記錄、計(jì)算和計(jì)數(shù)，如高速照相機(jī)、計(jì)算機(jī)等。算和計(jì)數(shù)，如高速照相機(jī)、計(jì)算機(jī)等。 儀器儀表在應(yīng)用于生產(chǎn)活動、軍事技術(shù)、服務(wù)于儀器儀表在應(yīng)用于生產(chǎn)活動、軍事技術(shù)、服務(wù)于社會和科學(xué)研究的同時，已開始悄悄走進(jìn)尋常百姓家，社會和科學(xué)研究的同時，已開始悄悄走進(jìn)尋常百姓家，成為提高人們生活質(zhì)量的重要手段。它給人們帶來的成為提高人們生活質(zhì)量的重要手段。它給人們

30、帶來的影響將影響將不亞于個人計(jì)算機(jī)不亞于個人計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，這必將帶來儀器儀的出現(xiàn)，這必將帶來儀器儀表觀念和技術(shù)的重大變化。表觀念和技術(shù)的重大變化。 儀器儀表是用以檢出、測量、觀察、計(jì)算儀器儀表是用以檢出、測量、觀察、計(jì)算各種物理量、物質(zhì)成分、物性參數(shù)等的器具或各種物理量、物質(zhì)成分、物性參數(shù)等的器具或設(shè)備。廣義上，儀器儀表也可具有自動控制、設(shè)備。廣義上，儀器儀表也可具有自動控制、報(bào)警、信號傳遞和數(shù)據(jù)處理等功能，例如用于報(bào)警、信號傳遞和數(shù)據(jù)處理等功能，例如用于工業(yè)生產(chǎn)過程自動控制中的氣動調(diào)節(jié)儀表、電工業(yè)生產(chǎn)過程自動控制中的氣動調(diào)節(jié)儀表、電動調(diào)節(jié)儀表以及集散型儀表控制系統(tǒng)等。動調(diào)節(jié)儀表以及集散型儀表

31、控制系統(tǒng)等?，F(xiàn)代工程測試技術(shù)的發(fā)展趨勢現(xiàn)代工程測試技術(shù)的發(fā)展趨勢 v儀器應(yīng)用范圍的擴(kuò)大儀器應(yīng)用范圍的擴(kuò)大 v新型傳感器的研究新型傳感器的研究 v多功能測試儀器的開發(fā)多功能測試儀器的開發(fā) v測試系統(tǒng)的智能化測試系統(tǒng)的智能化 儀器儀表科學(xué)技術(shù)，是信息時代的重要特征。儀器儀表科學(xué)技術(shù)，是信息時代的重要特征。 儀器儀表是信息的源頭，在學(xué)科分類上屬于儀器儀表是信息的源頭，在學(xué)科分類上屬于“信息獲信息獲得得”技術(shù)技術(shù)的范疇，它與信息傳輸技術(shù)和的范疇，它與信息傳輸技術(shù)和信息處理技術(shù)信息處理技術(shù)共同共同構(gòu)成當(dāng)代信息科學(xué)技術(shù)的三大組成部分構(gòu)成當(dāng)代信息科學(xué)技術(shù)的三大組成部分 當(dāng)信息科學(xué)涉及到更深的層次，更多地關(guān)注

32、自然及其當(dāng)信息科學(xué)涉及到更深的層次，更多地關(guān)注自然及其與人的相互關(guān)系，更多地關(guān)注自然科學(xué)研究、生產(chǎn)活動、與人的相互關(guān)系，更多地關(guān)注自然科學(xué)研究、生產(chǎn)活動、戰(zhàn)爭技術(shù)手段、人類健康、安全和環(huán)境的時候，如何獲得戰(zhàn)爭技術(shù)手段、人類健康、安全和環(huán)境的時候，如何獲得自然界本身的信息，就是解決問題的首要前提，自然界本身的信息，就是解決問題的首要前提，“信息獲信息獲得得”就成了后續(xù)工作的重要基礎(chǔ)。就成了后續(xù)工作的重要基礎(chǔ)。 重視儀器儀表，是現(xiàn)代理性精神的體現(xiàn)。重視儀器儀表，是現(xiàn)代理性精神的體現(xiàn)。 理解儀器儀表，就是理解信息時代。理解儀器儀表，就是理解信息時代。1.2 自動控制系統(tǒng)及類型自動控制系統(tǒng)及類型Aut

33、omatic Controlling System and its Types1.2.1 自動控制系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)(Automatic Controlling System ) 自動控制系統(tǒng)的主要組成部分：自動控制系統(tǒng)的主要組成部分： 被控過程、檢測單元和變送器、控制器、執(zhí)行器被控過程、檢測單元和變送器、控制器、執(zhí)行器 被控過程：被控過程：自動控制系統(tǒng)中需實(shí)現(xiàn)控制的設(shè)備、機(jī)器自動控制系統(tǒng)中需實(shí)現(xiàn)控制的設(shè)備、機(jī)器或生產(chǎn)過程或生產(chǎn)過程 被控變量：被控變量：被控過程內(nèi)設(shè)定的物理量數(shù)值被控過程內(nèi)設(shè)定的物理量數(shù)值 干擾（擾動）干擾（擾動）：非控制裝置操縱而又作用于過程并引：非控制裝置操縱而又作用于過程并

34、引起被控變量變化的因素。（溫度、振動、渦流）起被控變量變化的因素。（溫度、振動、渦流）v 檢測元件和變送器檢測元件和變送器v 檢測元件的作用：檢測元件的作用：v 感受工藝變量的變化，并將其轉(zhuǎn)換為電信號或氣壓信感受工藝變量的變化，并將其轉(zhuǎn)換為電信號或氣壓信號等號等v變送器的作用：變送器的作用： 將檢測元件的檢測信號轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的將檢測元件的檢測信號轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的氣壓信號氣壓信號(20 100kPa)或或直流電流信號直流電流信號（010mA），），并輸送至控并輸送至控制器。制器。v測量值：檢測變送裝置輸出的信號。測量值：檢測變送裝置輸出的信號。v控制器控制器v作用：作用：將來自檢測元件及變送器

35、的測量值與設(shè)定值進(jìn)行將來自檢測元件及變送器的測量值與設(shè)定值進(jìn)行比較得出偏差，根據(jù)偏差大小及其變化趨勢，按預(yù)定控比較得出偏差，根據(jù)偏差大小及其變化趨勢，按預(yù)定控制規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算后，向執(zhí)行器輸出相應(yīng)的控制信號。制規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算后，向執(zhí)行器輸出相應(yīng)的控制信號。v偏差：偏差：設(shè)定值與測量值之差設(shè)定值與測量值之差v執(zhí)行器執(zhí)行器v作用：作用：接受控制信號，改變操縱變量，克服擾動影響，接受控制信號，改變操縱變量，克服擾動影響，實(shí)現(xiàn)控制要求。實(shí)現(xiàn)控制要求。v自動控制系統(tǒng)的其它輔助裝置自動控制系統(tǒng)的其它輔助裝置：電氣閥門定位器、顯示：電氣閥門定位器、顯示裝置、運(yùn)算單元等。裝置、運(yùn)算單元等。1.2.2 自動控制系統(tǒng)結(jié)

36、構(gòu)分類自動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類( (Classification of structure of Automatic Controlling System )v（1）開路程控制系統(tǒng)（）開路程控制系統(tǒng)（Opened circuit Controlling system）:v按設(shè)定值控制：待測值與設(shè)定值保持一定的函數(shù)關(guān)系。當(dāng)按設(shè)定值控制：待測值與設(shè)定值保持一定的函數(shù)關(guān)系。當(dāng)設(shè)定值變化時，操縱變量隨之變化。設(shè)定值變化時，操縱變量隨之變化。v按擾動控制（前饋控制）：擾動出現(xiàn)時，操縱變量隨按擾動控制（前饋控制）：擾動出現(xiàn)時，操縱變量隨之變化之變化v開路控制的特點(diǎn)：開路控制的特點(diǎn)：v(characterris

37、tics of opened circuit Controlling system)v操縱變量對被控變量起控制作用；但被控變量操縱變量對被控變量起控制作用；但被控變量未回到控制裝置，不影響操縱變量，整個信息未回到控制裝置，不影響操縱變量，整個信息流不形成閉合回路程。流不形成閉合回路程。v不能保證被控與設(shè)定值相吻合，難以保證控制不能保證被控與設(shè)定值相吻合，難以保證控制質(zhì)量。質(zhì)量。（2）閉環(huán)（反饋）控制系統(tǒng)）閉環(huán)（反饋）控制系統(tǒng)(Closed Circuit Controlling System)：v按偏差進(jìn)行控制，即依據(jù)被控變量檢測與設(shè)定值的偏差，按控制按偏差進(jìn)行控制，即依據(jù)被控變量檢測與設(shè)定值

38、的偏差，按控制規(guī)律調(diào)整控制。規(guī)律調(diào)整控制。v類型：定值控制系統(tǒng)、隨動控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)類型：定值控制系統(tǒng)、隨動控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)說明：說明：r(t):設(shè)定值；設(shè)定值；y(t):測量值；測量值；e(t):偏差；偏差；u(t):調(diào)節(jié)器輸出調(diào)節(jié)器輸出 c(t):被控變量；被控變量；q(t):操縱變量；操縱變量；f(t):擾動擾動閉路控制系統(tǒng)的特點(diǎn)：閉路控制系統(tǒng)的特點(diǎn)：(characteristics of closed circuit Controlling system)v被控變量通過控制裝置影響操縱變量，被控變量通過控制裝置影響操縱變量，形成閉合會路。形成閉合會路。v控制質(zhì)量高。控制質(zhì)量高。1.3 靜態(tài)測量和動態(tài)測量靜態(tài)測量和動態(tài)測量Static state testing and dynamic state testing v1.3.1 靜態(tài)測量靜態(tài)測量測量時被測量物理量處于靜止或動平衡測量時被測量物理量處于靜止或動平衡狀態(tài)。狀態(tài)。v1.3.2 動態(tài)測量動態(tài)測量v測量時被測物理量處于漸變狀態(tài)測量時被測物理量處于漸變狀態(tài)1.4 閉環(huán)控制系統(tǒng)的過渡過程及其控制指標(biāo)閉環(huán)控制系統(tǒng)的過渡過