自动化93431091

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,自动检测技术及仪表控制系统,#,主要内容,检测方法及其基本概念,检测系统模型与结构分析,提高检测精度的方法,多元化检测技术,3.,检测技术及方法分析,2024/10/2,1,自动检测技术及仪表控制系统,传感器,与,与执行,器,器：获取,检,检测对,象,象所处,状,状态的,传,传感器,，,，以及,控,控制并,调,调节对,象,象状态,的,的执行,器,器。,系统界,面,面：监控,仪,仪器与,其,其他系,统,统之间,信,信息往,来,来。,操作界,面,面：操作,人,人员与,仪,仪器装,置,置之间,的,的界面,。,。,图3-1,检,检测与,控,控制仪,器,器与外,界,界环境,之,之间的,三,三种界,面,面,传感器,的,的好坏,直,直接影,响,响仪表,的,的质量,，,，对它,的,的要求有：,准确性：,稳定性：,灵敏性：,其它：经济性,、,、耐腐,蚀,蚀性、,低,低能耗等。,信息的,输,输入端,口,口,完成信号的,检,检测与,转,转换，是整个,系,系统中,的,的关键,。,。,检测及,控,控制装,置,置与外,界,界环境,之,之间的,三,三种界,面,面关系,：,：,2020-02-11,2,自动检,测,测技术,及,及仪表,控,控制系,统,统,传感器(sensor,transducer)种类很,多,多，它,的,的分类方法有,很,很多种,：,：,根据检测对,象,象分类，,如,如温度,、,、压力,、,、位移,等,等。,从传感器,原,原理或,反,反应效,应,应分类，,如,如光电,、,、压电,等,等。,根据传,感,感器的材料分类，,如,如导电,体,体、半,导,导体等,。,。,按应用领,域,域分类，,如,如化工,、,、纺织,、,、造纸,、,、环保,等,等,5.,按,按输出信,号,号形式分类，,如,如模拟,和,和数字,式,式等。,6.,按,按反映形,式,式或能,量,量供给,方,方式分类，,如,如能动,型,型和被,动,动型、,能,能量变,换,换型和,能,能量控,制,制型等,。,。,2020-02-11,3,自动检,测,测技术,及,及仪表,控,控制系,统,统,传感器,定,定义及,组,组成：,定义：,传,传感器,是,是一种,以,以测量,为,为目的,，,，以一,定,定的精,度,度把被,测,测量转,换,换为与,之,之有确,定,定关系,的,的，便,于,于处理,的,的另一,种,种物理,量,量的测,量,量器件,，,，其输,出,出多为,易,易处理,的,的电量,，,，如电,流,流、电,压,压频率,等,等。,传感器,由,由敏感,元,元件、,传,传感元,件,件和转,换,换电路,三,三部分,组,组成。,敏感元件,传感元件,测量转换电路,非电量,（被测,量,量）,非电量,电参量,电量,2020-02-11,4,自动检,测,测技术,及,及仪表,控,控制系,统,统,3.1,检,检测,方,方法及,基,基本概,念,念,3.1,.,.1开环(,open loop,)型检测,与,与闭环(,closedloop,)型检测,开环型,检,检测系,统,统如图,(,(a)所示。,对象,信息处理器,传感器,输出,(,a),闭环型,检,检测系,统,统如图,(,(b)所示。,+,反变换器,变换器,放大器,被测量,输出,-,(,b),平衡式,仪,仪表及,检,检测系,统,统一般,采,采用这,种,种结构,。,。,2020-02-11,5,自动检,测,测技术,及,及仪表,控,控制系,统,统,3.1,.,.2直接检,测,测与间,接,接检测,直接检,测,测与,同,同类基,准,准进行,简,简单比,较,较。一,般,般可直,接,接读出,被,被测量,的,的量值,。,。,比如：,用,用电压,表,表测电,压,压、温,度,度计测,温,温度等,。,间接检,测,测测,量,量与被,测,测量有,一,一定关,系,系的2,个,个或2,个,个以上,物,物理量,，,，然后,再,再推算,出,出被测,量,量。,比如，,测,测量电,流,流和电,阻,阻求电,压,压、v=L,/,/t。间接测,量,量需要,进,进行2,次,次以上,的,的测量,，,，一般,要,要分析,误,误差的,传,传递。,2020-02-11,6,自动检,测,测技术,及,及仪表,控,控制系,统,统,3.1,.,.3绝对检,测,测与比,较,较检测,绝对检,测,测由,基,基本物,理,理量测,量,量而决,定,定被测,量,量的方,法,法。,例如，,用,用水银,压,压力计,测,测压力,时,时，从,水,水银柱,的,的高度,、,、密度,、,、和重,力,力加速,度,度等基,本,本量测,量,量决定,压,压力值,。,。,比较检,测,测与,同,同种类,量,量值进,行,行比较,而,而决定,测,测量值,的,的方法,称,称为比较检,测,测方法。,例如用,弹,弹簧管,压,压力计,测,测量压,力,力时，,要,要用已,知,知压力,校,校正压,力,力计的,刻,刻度，,被,被测压,力,力使指,针,针摆动,而,而指示,的,的压力,是,是通过,比,比较或,校,校正得,出,出的。,2020-02-11,7,自动检,测,测技术,及,及仪表,控,控制系,统,统,3.1,.,.4偏差法,与,与零位,法,法,偏差法(differencemethod,),)也叫非,零,零检测,法,法。一,般,般为开,环,环型结,构,构，增,益,益大。,结,结构简,单,单，测,量,量结果,直,直观。,（,（,如弹簧,秤,秤称重,）信号,转,转换需,要,要的能,量,量要从,被,被测对,象,象上获,得,得。这,样,样，会,使,使检测,仪,仪器的,状,状态发,生,生变动,。,。（,例如，,用,用接触,式,式温度,计,计测量,温,温度，,热,热量会,被,被温度,计,计吸收,）这种,开,开环检,测,测对排,除,除干扰,很,很不利,。,。,零位法(nullmethod,),)是反馈,型,型闭环,检,检测方,法,法。采,取,取与同,类,类的已,知,知量取,平,平衡的,方,方法进,行,行测量,。,。（,如用天,平,平测量,质,质量,）零位,法,法的平,衡,衡操作,绝,绝大多,数,数已经,完,完全自,动,动化。,（,（,电位差,计,计、平,衡,衡电桥,等,等,）,2020-02-11,8,自动检,测,测技术,及,及仪表,控,控制系,统,统,3.1,.,.5强度变,量,量检测,与,与容量,变,变量检,测,测,被测物,理,理量中,，,，有强,度,度变量,与,与容量,变,变量之,分,分。如,压,压力、,温,温度、,电,电压等,表,表示作,用,用的大,小,小，与,体,体积、,质,质量无,关,关的，,称,称作强度变,量,量。,而像长,度,度、重,量,量、热,量,量、电,流,流等与,占,占据空,间,间相关,，,，与体,积,积、质,量,量成比,例,例关系,的,的，是容量变,量,量。,一般在,传,传感器,的,的输入,输,输出端,分,分别存,在,在成对,的,的强度变,量,量与容,量,量变量,，,，它们,的,的乘积,分,分别表,示,示传感,器,器的输,入,入、输,出,出能量。,2020-02-11,9,自动检,测,测技术,及,及仪表,控,控制系,统,统,以热电,偶,偶测温,为,为例，,温,温度差,即,即强度,变,变量是,输,输入信,号,号，输,出,出信号,是,是热电,势,势，也,是,是强度,变,变量。,输,输入端,的,的容量,变,变量是,热,热流，,输,输出端,的,的容量,变,变量是,电,电流,如,如图所,示,示。,热电偶,热流,温度差,电流,热电势,热流和,电,电流虽,不,不是输,入,入输出,变,变量。,但,但它们,都,都对检,测,测系统,有,有影响,：,：被检,测,测物体,的,的热容,量,量过小,或,或检测,系,系统的,热,热容过,大,大，都,将,将使被,测,测物温,度,度发生,变,变化而,产,产生误,差,差。输,出,出端电,路,路里有,电,电流流,动,动，受,内,内阻影,响,响输出,信,信号的,电,电压有,所,所降低,，,，也会,造,造成系,统,统误差,。,。强度变,量,量与容,量,量变量,是,是在检,测,测系统,的,的输入,输,输出端,共,共轭存,在,在的变,量,量。一,方,方传递,信,信息的,同,同时，,另,另一方,总,总是直,接,接或间,接,接地与,误,误差有,关,关。为,减,减少测,量,量误差,，,，需尽,量,量抑制,共,共轭变,量,量的影,响,响。,2020-02-11,10,自动检,测,测技术,及,及仪表,控,控制系,统,统,此方法,是,是测量,被,被测量,与,与已知,量,量的差,值,值。差,值,值通常,较,较小，,可,可以提,高,高检测,精,精度。,证明,：,设被测,量,量为x，与它,相,相近的,标,标准量,为,为B，被测,量,量与标,准,准量之,微,微差为A，A的数值,可,可由指,示,示仪表,读,读出。,由,由于AB，则x=B,+,+A，,3.1,.,.6微差法,可见，,测,测量误,差,差由标,准,准量的,相,相对误,差,差B/B和指示,仪,仪表的,相,相对误,差,差A/A与相对,微,微量之,积,积A/x两部分,组,组成。,由,由于A/x远小于1，故指,示,示仪表,的,的相对,误,误差A/A的影响,大,大大削,弱,弱，而,B/B一般很,小,小，测,量,量的相,对,对误差,可,可大为,减,减少。,2020-02-11,11,自动检,测,测技术,及,及仪表,控,控制系,统,统,3.1,.,.7替换法,由于系,统,统误差,的,的存在,，,，当把,被,被测物,与,与标准,比,比较物,的,的主次,或,或先后,顺,顺序置,换,换过来,时,时，可,以,以排除,测,测量过,程,程中因,顺,顺序所,造,造成的,误,误差影,响,响。,例如，,改,改变天,平,平放砝,码,码托盘,的,的左右,位,位置，,两,两次测,量,量质量,取,取平均,值,值求得,被,被测量,的,的比较,准,准确的,质,质量。,2020-02-11,12,自动检,测,测技术,及,及仪表,控,控制系,统,统,3.1,.,.8能量变,换,换与能,量,量控制,型,型检测,元,元件,光敏电,阻,阻、热,敏,敏电阻分别在,光,光照、,热,热辐射,的,的条件,下,下，电,阻,阻值发,生,生变化,，,，这种,类,类型的,传,传感器,的,的输出,信,信号能,量,量不是,来,来自光,源,源或热,源,源，而,是,是检测,阻,阻值变,化,化的电,路,路电源,提,提供的,。,。此时,，,，可以,看,看作是,被,被测量,控,控制了,从,从电源,转,转向输,出,出信号,的,的能量,的,的流动,。,。所以,称,称为能量控,制,制型检,测,测。,这是根,据,据传感,元,元件的,能,能量供,给,给方式,来,来划分,的,的。,如太阳,能,能电池,作,作为光传感,器,器、热,电,电偶作为温,度,度传感,器,器使用,时,时，输,出,出信号,的,的能量,是,是传感,器,器吸收,的,的光能,、,、热能,的,的一部,分,分，由,于,于输入,信,信号的,能,能量的,一,一部分,转,转换成,输,输出信,号,号，所,以,以称作能量变,换,换型检,测,测,。,2020-02-11,13,自动检,测,测技术,及,及仪表,控,控制系,统,统,3.1,.,.9主动探,索,索与信,息,息反馈,型,型检测,主动探,索,索检测,的,的信息,反,反馈有,多,多种形,式,式：反,馈,馈给信,息,息处理,部,部，如,神,神经元,网,网络学,习,习等处,理,理；反,馈,馈给传,感,感器，,如,如改变,传,传感器,的,的工作,温,温度，,使,使传感,器,器的灵,敏,敏度提,高,高或改,变,变量程,等,等；反,馈,馈给被,测,测对象,，,，如调,整,整其位,置,置，姿,态,态，使,检,检测结,果,果具有,确,确定性,。,。,例如在,检,检测气,体,体浓度,时,时，首,先,先要观,测,测随检,测,测装置,移,移动的,浓,浓度值,的,的变化,，,，探索,浓,浓度最,大,大值的,空,空间位,置,置，然,后,后输出,检