自動檢測技術(shù)及儀表-01

1、2021年2月湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院自動化系楊樺一.1-1：實現(xiàn)自動化的意義及主要內(nèi)容1-2：自動化及儀表的開展及運用1-3：自動檢測技術(shù)的開展及運用1-4：學(xué)習(xí)自動化的意義1-5：討論、思索題、作業(yè)目 錄第一章：緒論.第一章 緒論主要內(nèi)容：自動化的開展與運用 實現(xiàn)自動化的目的及主要內(nèi)容 自動檢測技術(shù)的開展與運用 自動化儀表的開展與運用 課程學(xué)習(xí)的目的與要求.1 何為自動化？2 如何來構(gòu)筑一個控制系統(tǒng) 3 自動化的主要內(nèi)容4 自動檢測技術(shù)、自動化儀表的簡要開展過程5 自動檢測技術(shù)的作用及開展6 自動化儀表的作用及信號制7 本課程的主要知識點第一章 緒論 .1-1 實現(xiàn)自動化的意義及主要

2、內(nèi)容 一、日常生活中的自動控制方式 1. 洗衣機的控制：如規(guī)范漂洗過程45分鐘 ： 開場注水洗滌20min排水脫水4min 漂洗16min 排水脫水4min 漂洗26min排水脫水5min 終了漂洗過程闡明：啟動后按照預(yù)設(shè)先定好的步驟和時間， 逐項自動進展通常時間也是廠家設(shè)好的。系統(tǒng)特點：開環(huán)控制系統(tǒng)任務(wù)和生活中常有自動化一說，何為自動化？.2. 普通空調(diào)的控制制冷過程闡明：開機后，按照預(yù)設(shè)先定好的溫度值，對環(huán)境溫度進展循環(huán) 溫度檢測，比較檢測結(jié)果和設(shè)定溫度值，根據(jù)比較后的差 值進展空調(diào)緊縮機的開停調(diào)理，由此保證環(huán)境溫度和設(shè)定 溫度的一致。系統(tǒng)特點：位式調(diào)理 閉環(huán)控制系統(tǒng).3. 變頻空調(diào)的控制

3、制冷過程闡明：開機后，按照預(yù)設(shè)先定好的溫度值，對環(huán)境溫度進展循環(huán) 溫度檢測，比較檢測結(jié)果和設(shè)定溫度值，根據(jù)比較后的差 值進展控制空調(diào)緊縮機的運轉(zhuǎn)方向和速度，由此保證環(huán)境 溫度和設(shè)定溫度的一致。系統(tǒng)特點：延續(xù)調(diào)理 閉環(huán)控制系統(tǒng).4. 工業(yè)過程的控制 控制過程闡明：人工控制時經(jīng)過眼、腦、手完成液位控制；采用了自動化 儀表后，由自動化安裝自動完成液位參數(shù)的自動檢測、自 動比較分析 、自動調(diào)理等作用，自動的將液位控制在設(shè)工 藝定值上。 系統(tǒng)特點：延續(xù)調(diào)理 閉環(huán)控制系統(tǒng) .5. 控制方式的比較手動與自動.開環(huán)與閉環(huán) 開環(huán)系統(tǒng)：自動機在操作時，一旦開機，就只能是按照預(yù)先規(guī)定好的程序 周而復(fù)始地運轉(zhuǎn)。這時被

4、控變量假設(shè)發(fā)生了變化，自動機不會 自動地根據(jù)被控變量的實踐工況來改動本人的操作。 開環(huán) 系統(tǒng)的輸出沒有被反響回輸入端，執(zhí)行器僅只根據(jù)輸入信號進 行 控制的系統(tǒng)稱為開環(huán)系統(tǒng)，此時系統(tǒng)的輸出與設(shè)定值與丈量 值之間的偏向無關(guān)。 閉環(huán)系統(tǒng)：有針對性地根據(jù)被控變量的變化情況而改動控制造用的大小和 方向，從而使系統(tǒng)的任務(wù)形狀一直等于或接近于所希望的形狀。 閉環(huán) 系統(tǒng)的輸出被反響到輸入端并與設(shè)定值進展比較的系統(tǒng)稱為閉環(huán)系 統(tǒng)，此時系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定值與丈量值的偏向進展控制，直至消除偏向.二、自動化的定義在工藝設(shè)備上，配備一些技術(shù)先進的設(shè)備也稱為自動化安裝，用它們來替代操作人員的眼睛、大腦、手等直接勞動，使消費在不

5、同程度上按照規(guī)定的要求自動地進展。自動化即是：用自動化安裝來管理和支配設(shè)備消費過程， 使之按要求正常運轉(zhuǎn)。從工藝的角度上講：所謂自動化是使工藝參數(shù)堅持在需求的值或形狀上；從控制的角度上講：所謂自動化是使消費過程按照一定的程序或步驟 運轉(zhuǎn)，保證消費過程運轉(zhuǎn)在最正確形狀上最高目的。.三、實現(xiàn)自動化的目的1、 提高勞動效率、減輕勞動強度、改善勞動條件； 表如今：自動化消費可以減輕操作人員的勞動強度，防止從事危險的操作， 特別是在易燃、易爆、有毒、腐蝕性、刺激性的消費過程中更是如此。 2、提高產(chǎn)質(zhì)量量、保證消費平安、延伸設(shè)備的運用壽命等； 表如今：加快消費速度、減低本錢、提高產(chǎn)量和質(zhì)量、添加產(chǎn)品的附加

6、值。 例如：聚合反響釜控制不當(dāng)極易發(fā)生爆炸。 3、滿足現(xiàn)代工業(yè)規(guī)?；?、速度化、準確化的要求。表如今：消費過程趨向于大型化、復(fù)雜化，沒有自控系統(tǒng)將無法消費；先 進消費工藝、環(huán)保等對自動化的要求日益提高。 總之：自動控制技術(shù)曾經(jīng)成了現(xiàn)代工業(yè)消費實現(xiàn)平安、高效、優(yōu)質(zhì)、低耗 的根本條件和重要保證。.四、自動化的意義1自動化是提高社會消費力的有力工具之一；2自動化程度是衡量國家興隆程度的重要標(biāo)志；表如今：無人化消費、 優(yōu)越的消費環(huán)境、優(yōu)秀的產(chǎn)質(zhì)量量3“儀表、控制和自動化技術(shù)“決議現(xiàn)代企業(yè)的興衰； 4計算機控制系統(tǒng)是現(xiàn)代工業(yè)消費的神經(jīng)中樞。表如今：控制數(shù) 量、控制速度、控制精度、復(fù)雜控制方式、算法等. .

7、五、自動化的主要內(nèi)容1、自動檢測系統(tǒng)自動檢測系統(tǒng) 利用各種檢測儀表對工藝參數(shù)進展丈量、指示或記錄。 它替代了操作人員對工藝參數(shù)的不斷察看與記錄，起到人的眼睛的作用。.檢測技術(shù)及儀表是完成對各種過程參數(shù)的丈量，并實現(xiàn)必要的數(shù)據(jù)處置的功能單元。自動檢測系統(tǒng)特點：開環(huán)系統(tǒng)被測信號方式：多種電量、非電量 工業(yè)消費過程中被丈量為非電量參量信號方式，如壓力、溫度、流量、物位、成份等。自動檢測系統(tǒng)構(gòu)造如下：. 2、自動控制系統(tǒng)當(dāng)被控制變量在遭到外界干擾擾動的影響而偏離工藝要求的數(shù)值時，自動控制系統(tǒng)能抑制干擾，自動地將被控變量控制回到工藝規(guī)定的數(shù)值范圍內(nèi)。 控制技術(shù)及儀表那么是實現(xiàn)各種控制造用的手段和條件，它

8、將檢測得到的數(shù)據(jù)進展運算處置，并經(jīng)過相應(yīng)的功能單元實現(xiàn)對被控變量的調(diào)理。.自動控制系統(tǒng)特點：閉環(huán)負反響控制系統(tǒng) 被控變量的信號方式：多種電量、非電量 工業(yè)消費過程中被控變量為非電量參量信號方式，如壓力、溫度、流量、物位、成份等。系統(tǒng)構(gòu)造如下：要實現(xiàn)自動控制，系統(tǒng)必需閉環(huán)。閉環(huán)控制系統(tǒng)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的必要條件是負反響。 .3、自動信號聯(lián)鎖維護系統(tǒng)當(dāng)工藝參數(shù)超越了允許范圍，在事故即將發(fā)生以前，信號系統(tǒng)就自動地發(fā)出聲光信號，提示操作人員留意，并及時采取措施。如工況已到達危險形狀時，聯(lián)鎖系統(tǒng)立刻自動采取緊急措施，翻開平安閥或切斷某些通路，必要時緊急停車，以防止事故的發(fā)生和擴展。它是消費過程中的一種平安安裝。

9、 系統(tǒng)特點：電氣控制系統(tǒng) 開關(guān)量信號方式 .4. 自動支配及自動開、停車系統(tǒng)自動支配系統(tǒng)可以根據(jù)預(yù)先規(guī)定的步驟自動地對消費設(shè)備進展某種周期性操作。自動開停車系統(tǒng)可以按照預(yù)先規(guī)定好的步驟，將消費過程自動地投入運轉(zhuǎn)或自動停車。 系統(tǒng)特點：電氣控制系統(tǒng) 開關(guān)量信號方式 .1-2 自動化及儀表的開展及運用自動控制的本質(zhì)：是指運用自動化儀器儀表、自動控制安裝替代人，自動地對儀器設(shè)備或工業(yè)消費過程進展控制，使之有目的地修正被控對象的動力學(xué)行為，以到達預(yù)期的形狀或滿足預(yù)期的性能要求。控制問題的本質(zhì)：就是要求基于對象內(nèi)在的動力學(xué)本質(zhì)和規(guī)律，運用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)工具求取問題的解。 “控制這一概念本身即反映了人們對降服

10、自然與外在的盼望，作為自動控制科學(xué)的中心的控制實際與技術(shù)也自然而然地在人們降服自然與改造自然的歷史中開展起來。 .一、控制實際的簡要開展過程主要分為2大類：經(jīng)典控制實際現(xiàn)代控制實際1、經(jīng)典控制實際 40年代末到50年代 經(jīng)典控制實際建立在傳送函數(shù)根底上的，主要針對線性定常、單輸入單輸出對象，基于反響控制的主導(dǎo)思想，完成控制系統(tǒng)的穩(wěn)定定義務(wù)。實現(xiàn)了：單機自動化；部分自動化；單變量控制；自動調(diào)理器；伺服系統(tǒng)的運用與開展。 經(jīng)典控制實際最輝煌的成果首推PID控制規(guī)律，直到目前，在工業(yè)過程控制中依然被廣泛運用。90以上.2、現(xiàn)代控制實際 60年代，由于工業(yè)消費過程向著大型化、延續(xù)化的方向開展，經(jīng)典控制

11、實際已無法滿足處理多變量、非線性、不確定性以及最正確性能要求等問題的需求。此時控制實際上出現(xiàn)了以形狀空間法為根底，以極小值原理和動態(tài)規(guī)劃等最優(yōu)控制實際為根本特征的現(xiàn)代控制實際。 現(xiàn)代控制實際開展的根底： Pontryagin提出的“極大值原理 Bellman提出的動態(tài)規(guī)劃實際 Kalman濾涉及其能控、能觀和反響鎮(zhèn)定實際 Lyapunov穩(wěn)定性實際 實現(xiàn)了：傳統(tǒng)的單輸入單輸出系統(tǒng)開展到多輸入多輸出的多變量控制系統(tǒng)； 最優(yōu)控制；多種變化要素；航天系統(tǒng)；導(dǎo)彈系統(tǒng)；人造衛(wèi)星等的運用與開展。 . 現(xiàn)代控制實際主要研討分支有：自順應(yīng)控制 魯棒控制 非線性控制 大系統(tǒng)實際 模糊控制 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制 預(yù)測控制

12、 70年代是大系統(tǒng)實際時期，隨著工業(yè)消費過程向著大型化、延續(xù)化的方向開展，逐漸實現(xiàn)了：規(guī)模龐大、構(gòu)造復(fù)雜、變量參數(shù)多、目的不單一、生物系統(tǒng)、社會系統(tǒng)、機器人等多方面的控制系統(tǒng)的開發(fā)和運用，以滿足社會對控制越來越高要求?？刂葡到y(tǒng)的漸趨復(fù)雜在在整體構(gòu)造上，表現(xiàn)為非線性、時變性、無窮維、多層次等；在處置信息上，表現(xiàn)為不確定性、隨機性、不完全性等。對控制的要求是：穩(wěn)定控制最優(yōu)控制。開展前景：向大系統(tǒng)實際開展-規(guī)模龐大 構(gòu)造復(fù)雜 功能綜合 因數(shù)眾多 向智能控制系統(tǒng)開展-自組織 自學(xué)習(xí) 自修復(fù) 自繁衍.經(jīng)典控制實際和現(xiàn)代控制實際二者的關(guān)系 對于經(jīng)典控制實際和現(xiàn)代控制實際而言，并非意味著相互的否認和排斥，它

13、們之間有著共同開展、相互浸透、相互結(jié)合的開展關(guān)系。 需求提出的是，在當(dāng)今的過程控制領(lǐng)域中，幾乎有90以上的控制回路依然沿用經(jīng)典的PID控制算法或PID控制算法的變形，并可以獲取比較稱心的控制效果。 控制論的根本概念和方法是人類認識史上的一個飛躍，開辟了認識世界的新途徑?？刂茖嶋H已構(gòu)成了以實際控制論為中心的四大分支也有不同分法：工程控制論：技術(shù)系統(tǒng) 工程系統(tǒng)生物控制論：生物系統(tǒng)社會控制論：社會系統(tǒng)智能控制論：思想系統(tǒng).20世紀40年代以前根本上屬于手工操作形狀，只需少量的檢測儀表用于消費過程，操作人員主要根據(jù)觀測到的反映消費過程的關(guān)鍵參數(shù)，用人工來改動操作條件，憑閱歷去控制消費過程。20世紀40

14、年代末50年代：基地儀表與部分自動化階段，其特點是： 自動化儀表：采用的是基地式儀表和部分單元組合儀表氣動QDZ-型 和電動DDZ-型。 DDZ-型儀表中心器件： 電子管作為主要放大元件。 控制方案：多為單輸入、單輸出簡單控制系統(tǒng) 控制實際：以反響為中心的經(jīng)典控制實際二、儀表及自動化的開展過程.20世紀60年代：儀表自動化階段 自動化儀表：單元組合儀表QDZ-型和DDZ-型成為主流產(chǎn)品。 DDZ-型儀表中心器件： 晶體管作為主要放大元 件。 60年代后 期，出現(xiàn)了專門用于過程控制的小型計算機，直接數(shù)字控制系統(tǒng)和監(jiān)視計算機控制系統(tǒng)開場運用于過程控制領(lǐng)域。 控制方案：串級、比值、均勻、前饋和選擇性

15、等多種復(fù)雜控制系統(tǒng)。 控制目的：是堅持工業(yè)消費的延續(xù)性和穩(wěn)定性，減少擾動，實現(xiàn)了對消費 過程的集中控制。以單回路PID比例、積分、微分控制策 略為主，同時針對不同的對象與要求，制造一些專門的控制 器，如物料按比例配置的比值 控制；抑制大滯后的Smith預(yù)估 器；抑制特定干擾的前饋控制器等。 控制實際：現(xiàn)代控制實際.20世紀7080年代：計算機、DCS控制 全盤自動化階段 自動化儀表：中心器件： 線性集成電路、微處置器QDZ-型和DDZ-型、以微處置器為主要構(gòu)成單元的智能控制安裝、集散控制系統(tǒng)DCS、可編程邏輯控制器PLC 、工業(yè)PC機、和數(shù)字控制器等，已成為控制安裝的主流。 控制方案： 最優(yōu)控

16、制、非線性分布式參數(shù)控制、解耦控制、模糊控制。 控制實際：大系統(tǒng)實際、智能控制實際、模糊控制、專家系統(tǒng)控制、 方式識別技術(shù)。 .20世紀90年代至今：現(xiàn)場總線、計算機集成過程系統(tǒng) 自動化儀表：中心器件：高性能微處置器總線控制系統(tǒng)的出現(xiàn)，引起過程控制系統(tǒng)體系構(gòu)造和功能構(gòu)造上的艱苦變革?，F(xiàn)場儀表的數(shù)字化和智能化，構(gòu)成了真正意義上的全數(shù)字過程控制系統(tǒng)。出現(xiàn)各種智能儀表、變送器、無紙紀錄儀。 控制方案：管控一體化現(xiàn)場，綜合自動化是當(dāng)今消費過程控制的開展方向。 控制實際：人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制。.50多年來，中國控制儀表和控制系統(tǒng)在閱歷了氣動基地式儀表、電動氣動單元組合儀表、智能數(shù)字調(diào)理器幾代控制儀表的

17、開展過程后，進入了DCS、PLC、FCS、PCBCS控制系統(tǒng)并存的時代。.在工業(yè)消費過程中，1969年問世的PLC可編程控制器和1975年問世的DCS集散控制系統(tǒng)能夠是兩類影響最為深遠的計算機控制系統(tǒng)。PLC 的問世取代了繼電器之類的器件，實現(xiàn)了開關(guān)量的連鎖控制、程序控制；DCS的問世取代了顯示儀、調(diào)理器之類的儀表，實現(xiàn)了模擬量的指示、記錄和PID回路調(diào)理等功能。20世紀80年代末期，隨著計算機技術(shù)、通訊技術(shù)、集成電路技術(shù)、智能傳感器技術(shù)的開展而出現(xiàn)的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)Fieldbus Control System , FCS 改動了原有控制系統(tǒng)的構(gòu)造，使控制系統(tǒng)由封鎖向開放走出了重要的一步。.

18、20世紀90年代中期，以PC為根底的控制系統(tǒng)PC-Based Control System，PCBCS開場出現(xiàn)，不少學(xué)者以為它將是工業(yè)自動化領(lǐng)域最具開展?jié)摿Φ男录夹g(shù)，他們將PCBCS 與PLC 、DCS、 (或者再加上FCS)并稱為工業(yè)消費過程三大或四大控制系統(tǒng)。PCBCS控制系統(tǒng)主要由以三部分組成：PC機；I/O組件及其銜接件；操作系統(tǒng)軟件和運用軟件。 PCBCS是將經(jīng)過加固的PC機硬件與控制軟件相結(jié)合，實施通常由公用PLC、 DCS執(zhí)行的控制功能，或者說將PLC的控制功能封裝在軟件內(nèi)，運轉(zhuǎn)在PC的環(huán)境中。PC機將以往PLC、DCS控制系統(tǒng)中的操作站、控制站溶為一體，同時具備實施控制、通訊及

19、操作顯示等多項功能。.第一章 緒論目前運用最多的檢測儀表主要是DDZ型模擬儀表和部分智能型儀表。思索到控制系統(tǒng)逐漸向FCS方向開展，因此現(xiàn)場總線技術(shù)和現(xiàn)場總線儀表的運用將日漸廣泛。 當(dāng)采用常規(guī)檢測和控制儀表時，控制系統(tǒng)的構(gòu)造是由各儀表單元組合而成和各自獨立的控制系統(tǒng)，各環(huán)節(jié)之間采用的是點對點聯(lián)接的方法。當(dāng)采用計算機或數(shù)字控制器作為控制單元時，系統(tǒng)的構(gòu)培育能夠是多樣的，但其根本控制原理差別不大。例如：有直接數(shù)字控制系統(tǒng)DDC、集散控制系統(tǒng)DCS、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS。在網(wǎng)絡(luò)化的控制回路系統(tǒng)中，多數(shù)檢測和儀表單元均是經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)相互聯(lián)接和傳送信息的?？萍嫉奶岣撸偈棺詣踊瘍x表的不斷更新與完善，從而又

20、進一步拓展了自動化儀表的運用領(lǐng)域，構(gòu)成各種不同功能的自動化安裝，推進了控制系統(tǒng)的變革與開展，使控制系統(tǒng)由原來的常規(guī)控制系統(tǒng)到直接數(shù)字控制系統(tǒng)DDC、集散控制系統(tǒng)DCS、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS等，以滿足社會消費力的不同需求。.從控制系統(tǒng)的開展來說，集散型控制系統(tǒng)DCS、可編程序控制器PLC是近年來運用最多的系統(tǒng)，而現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS、基于PC的控制系統(tǒng)PCBCS無疑是開展最快的控制系統(tǒng)。 . 在人類的各項消費活動和科學(xué)實驗中，為了了解和掌握整個過程 的進展及其最后結(jié)果，經(jīng)常需求對各種根本參數(shù)或物理量進展檢查和 丈量，從而獲得必要的信息，并以之作為分析判別和決策的根據(jù)。 檢測技術(shù)就是人們?yōu)榱藢?/p>

21、被測對象所包含的信息進展定性的了解和定量的掌握所采取的一系列技術(shù)措施。 隨著人類社會進入信息時代，以信息的獲取、轉(zhuǎn)換顯示和處置為主要內(nèi)容的檢測技術(shù)曾經(jīng)開展成為一門完好的技術(shù)學(xué)科，在促進消費開展和提高的寬廣領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揚著重要作用。第一章 緒論1-3：自動檢測技術(shù)的開展及運用一、自動檢測技術(shù)的作用.現(xiàn)代信息技術(shù)主要有三大支柱：一是信息的采集技術(shù)檢測技術(shù) 二是信息的傳輸技術(shù)通訊技術(shù) 三是信息的處置技術(shù)計算機技術(shù)所謂信息的采集就是指從自然界中、消費過程中或科學(xué)實驗中獲取人們所需的信息，而信息的采集就經(jīng)過檢測技術(shù)實現(xiàn)的，因此檢測技術(shù)本質(zhì)上就是信息采集技術(shù)。可見檢測技術(shù)在自動化領(lǐng)域里是有著非常重要的位置。檢

22、測技術(shù)及儀表是人們認識世界和改造世界必不可少的重要手段。. 在現(xiàn)代新技術(shù)的不斷開展和引入下，特別是先進的檢測技術(shù)、現(xiàn)代的傳感器技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)的不斷開展與更新給現(xiàn)代儀表工業(yè)消費行業(yè)帶來了深化的變革，為順應(yīng)不斷開展的現(xiàn)代工業(yè)自動化的要求，世界各國不斷未停頓進展新的技術(shù)革命和探求，其根底就是信息技術(shù)的革命，它的開展給人類社會的各個領(lǐng)域都帶來了宏大的、廣泛的、深化的的變化，并正在改動著傳統(tǒng)工業(yè)的消費方式，以及其它新興產(chǎn)業(yè)的更新和變革，是人類社會開展的強大動力。宇宙中信息的種類很多，除了工業(yè)消費、生活中的一些常用的電量和非電量之外，軍事國防、航空航天、海洋開發(fā)、生物工程、醫(yī)療保健

23、、商檢質(zhì)檢、環(huán)境維護、平安防備、家用電器等等，幾乎每一個現(xiàn)代化工程都離不開自動檢測技術(shù)，其檢測技術(shù)的表達即主要是在“傳感器 技術(shù)及安裝上。運用于工業(yè)過程中的自動檢測和自動控制系統(tǒng)，其構(gòu)造中都有與自動檢測技術(shù)相關(guān)的“傳感器環(huán)節(jié)，它是實現(xiàn)自動化的重要支柱。檢測手段程度決議科學(xué)研討的深度和廣度；實際研討成果離不開必要的檢測手段。.1、產(chǎn)品檢驗和質(zhì)量控制的重要手段在科學(xué)技術(shù)的開展過程中，人們經(jīng)過對客觀事物所做的大量實驗和丈量，構(gòu)成定性和定量的認識，總結(jié)出客觀世界的規(guī)律，并利用這些規(guī)律來促進科技的開展。2、在大型設(shè)備平安經(jīng)濟運轉(zhuǎn)監(jiān)測中得到廣泛運用科學(xué)的開展和突破就是以檢測技術(shù)程度為根底的。特別是在工業(yè)消

24、費中，采用自動化技術(shù)是提高勞動消費率和經(jīng)濟效益最有效的措施。.3、自動化系統(tǒng)中不可短少的組成部分自動化：信息獲取、信息轉(zhuǎn)換、 信息處置、信息傳送、信息執(zhí)行采用自動檢測系統(tǒng)進展實時丈量及分析產(chǎn)品性能，采用自動控制系統(tǒng)對產(chǎn)品加工過程進展實時控制，那么是提高產(chǎn)質(zhì)量量的現(xiàn)代化方法?？梢哉f，一個國家現(xiàn)代化程度是用自動化程度來衡量的，而在自動化技術(shù)中，現(xiàn)代檢測技術(shù)是有著非常重要的位置和作用的。.4、檢測技術(shù)的完善和開展推進著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的提高 隨著新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，特別是先進的檢測技術(shù)、現(xiàn)代傳感器技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和多媒體技術(shù)的出現(xiàn)，使傳統(tǒng)的檢測技術(shù)及儀表系統(tǒng)發(fā)生了很大的變化，其變化又促使其本身得

25、到了不斷的更新和完善 。.新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，促進檢測技術(shù)和儀表方面的開展和創(chuàng)新-比如：成組傳感器的復(fù)合檢測技術(shù)、微機械量的檢測技術(shù)、檢測信息的交融處置技術(shù)、智能傳感器和儀表的開展、計算機多媒體化的虛擬儀表以及各種檢測單元和儀表的網(wǎng)絡(luò)化產(chǎn)品等等。新型的檢測技術(shù)和儀表的開展更深層次的引導(dǎo)了工業(yè)自動控制系統(tǒng)的開展與變革-比如：控制系統(tǒng)的控制網(wǎng)絡(luò)化；控制系統(tǒng)的系統(tǒng)扁平化；控制系統(tǒng)的組織重構(gòu)化；控制系統(tǒng)的任務(wù)協(xié)調(diào)化等。從而擴展和穩(wěn)定了自動化的運用領(lǐng)域，并提出了新的亟待處理的問題。自動控制系統(tǒng)的開展，又進一步拓展了自動檢測技術(shù)的運用場所和運用范圍，并促使檢測技術(shù)及儀表的不斷更新與完善，以滿足社會消費力的需

26、求。自動檢測技術(shù)的開展標(biāo)志著一個國家的自動化程度的高度，自動檢測技術(shù)的詳細表達那么是由傳感器來完成的。.二、傳感器的開展趨勢1、傳感器的作用傳感器-是對象與系統(tǒng)之間實現(xiàn)信息交換的“接口，它為系統(tǒng)提供進展 處置和決策所需的對象的信息，是高度自動化系統(tǒng)及至現(xiàn)代 尖端技術(shù)必不可少的關(guān)鍵組成部分。傳感器-不僅用于工業(yè)自動化、軍事國防和宇宙開發(fā)、海洋開發(fā)等為 代表的尖端科學(xué)與工程等重要領(lǐng)域，還浸透于與人們生活親密 相關(guān)的如生物工程、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境維護、平安防備、家用電 器等等方面，并且正日新月異地開展。傳感器-可以處理和處置人的感官和普通的電子設(shè)備無能為力的一些 極端巨微的信息。因此某些傳感器的開展是一

27、些邊緣科學(xué)研討 和高、新技術(shù)開發(fā)的先驅(qū)?？傊簾o論是何種復(fù)雜的工程系統(tǒng)，還是日常生活的衣食住行，幾乎每一個 現(xiàn)代化工程，都離不開各種各樣的傳感器，今后的社會將充溢傳感器。.2、傳感器的開展趨勢在現(xiàn)實世界里，很多信息都是經(jīng)過傳感器獲得的，而且與我們的生活息息相關(guān)。而信息的生成、獲取、存儲、傳輸、處置及其運用是現(xiàn)代信息科學(xué)的六大組成部分，其中信息的獲取是信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈上重要的環(huán)節(jié)之一，沒有它就沒有信息的傳輸、處置和運用。傳感器從測試物理參數(shù)、無智能、扁平構(gòu)造的傳感器開展到著重于運用的智能型傳感器再到今天的網(wǎng)絡(luò)智能傳感器，其最大的特點就是在信息交換上的高度自在。從目前傳感器的產(chǎn)品方向來看，它一方面向

28、小型化高精度的方向開展，一方面向網(wǎng)絡(luò)化開展，而且更著重在與控制系統(tǒng)進展雙向通訊方面。.隨著無線通訊技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的提高以及互聯(lián)網(wǎng)的迅猛開展，傳統(tǒng)的傳感器信息獲取技術(shù)從獨立的單一化方式向集成化、微型化，進而向智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向開展，成為信息獲取最重要和最根本的技術(shù)之一?，F(xiàn)代的計算機技術(shù)和通訊技術(shù)由于超大規(guī)模集成電路的飛速開展而曾經(jīng)充分興隆后，不僅對傳感器的精度、可靠性、呼應(yīng)速度、獲取的信息量要求越來越高，還要求其本錢低廉且運用方便。顯然傳統(tǒng)傳感器因功能、特性、體積、本錢等已難以滿足要求而逐漸被淘汰。世界許多興隆國家都在加快對傳感器新技術(shù)的研討與開發(fā)，并且都已獲得極大的突破。傳感器的開發(fā)趨

29、勢將包含著社會對傳感器的新需求和傳感器新技術(shù)的開展這兩個方面。我們主要從以下幾點思索：.1發(fā)現(xiàn)并利用新景象，開發(fā)新型傳感器由于傳感器的任務(wù)原理是基于各種效應(yīng)和定律，因此啟發(fā)人們進一步探求具有新效應(yīng)的敏感功能資料，利用物理景象、化學(xué)反響、生物效應(yīng)作為傳感器原理，以此研制出具有新原理、高性能、多功能、低本錢和小型化的新型物性型傳感器件，來滿足新領(lǐng)域、新需求。例如：利用量子力學(xué)諸效應(yīng)研制的高靈敏閾傳感器，用來檢測極微弱的信號；利用核磁共振吸收效應(yīng)的磁敏傳感器，將檢測限擴展到地磁強度的10-7；利用約瑟夫遜效應(yīng)的熱噪聲溫度傳感器，可以丈量10-6K的超低溫；利用光子滯后效應(yīng)，制造出呼應(yīng)速度極快的紅外傳

30、感器等等。利用抗體和抗原在電極外表上相遇復(fù)合時，會引起電極電位的變化，利用這一景象可制出免疫傳感器。用這種抗體制成的免疫傳感器可對某生物體內(nèi)能否有這種抗原作檢查。如用肝炎病毒抗體可檢查某人能否患有肝炎，起到快速、準確作用。美國加州大學(xué)巳研制出這類傳感器。.傳感器資料是傳感器技術(shù)的重要根底，由于資料科學(xué)提高，人們可制造出各種新型傳感器。例如用高分子聚合物薄膜制成溫度傳感器： 由于高分子聚合物能隨周圍環(huán)境的相對濕度大小成比例地吸附和釋放水分子。高分子電介常數(shù)小，水分子能提高聚合物的介電常數(shù)。將高分子電介質(zhì)做成電容器，測定電容容量的變化，即可得出相對濕度。 利用這個原理制成等離子聚合法聚苯乙烯薄膜溫

31、度傳感器，其有以下特點：測濕范圍寬可達 -400 +1500；呼應(yīng)速度快，小于1S；尺寸小，可用于小空間測濕；溫度系數(shù)小。.用光導(dǎo)纖維制成壓力、流量、溫度、位移等多種傳感器： 光導(dǎo)纖維的運用是傳感資料的艱苦突破，光導(dǎo)纖維最早用于光通訊技術(shù)，在光通訊利用中發(fā)現(xiàn)當(dāng)溫度、壓力、電場、磁場等環(huán)境條件變化時，引起光纖傳輸?shù)墓獠◤姸?、相位、頻率、偏振態(tài)等變化，丈量光波量的變化，就可知道導(dǎo)致這些光波量變化的溫度、壓力、電場、磁場等物理量的大小。 利用這些原理研制出光導(dǎo)纖維傳感器，它與傳統(tǒng)傳感器相比有許多特點：靈敏度高，構(gòu)造簡單、體積小、耐腐蝕、電絕緣性好、光路可彎曲、便于實現(xiàn)遙測等。 光纖傳感受器與集成光路

32、技術(shù)相結(jié)合，加速光纖傳感器技術(shù)的開展。將集成光路器件替代原有光學(xué)元件和無源光器件，使光纖傳感器有高的帶寬、低的信號處置電壓，可靠性高，本錢低。.用陶瓷制成壓力傳感器：陶瓷電容式壓力傳感器是一種無中介液的干式壓力傳感器。采用先進的陶瓷技術(shù)，厚膜電子技術(shù)，其技術(shù)性能穩(wěn)定，年漂移量小于0.1%F.S，溫漂小于0.15%/10K，抗過載強，可達量程的數(shù)百倍。丈量范圍可從0到60MPa。用高分子有機資料為敏感元件制成光纖傳感器、液晶傳感器、壓敏傳感器；利用化學(xué)效應(yīng)和生物效應(yīng)開發(fā)的替代視覺、嗅覺、味覺和聽覺的化學(xué)傳感器、微生物傳感器、仿生傳感器；它是一個全新的領(lǐng)域。以及檢測超高溫、超高壓、超低溫暖超高真空

33、等極端參數(shù)的新型傳感器?？傊貉杏懓l(fā)現(xiàn)新景象與新效應(yīng)、新資料是傳感器技術(shù)開展的重要任務(wù)，是研討開發(fā)新型傳感器的根底。.2傳感器的高精度小型化、集成化和多功能化半導(dǎo)體技術(shù)中的加工方法有氧化、光刻、分散、堆積、平面電子工藝，各導(dǎo)游性腐蝕及蒸鍍，濺射薄膜等，這些都已引進到傳感器制造，因此產(chǎn)生了各種新型傳感器。例如： 日本橫河公司利用各導(dǎo)游性腐蝕技術(shù)進展高精度三維加工，制成全硅諧振 式壓力傳感器：其中心部分由感壓硅膜片和硅膜片上面制造的兩個諧振梁 結(jié)成，兩個諧振梁的頻差對應(yīng)不同的壓力，用頻率差的方法測壓力，可消 除環(huán)境溫度等要素帶來的誤差。當(dāng)環(huán)境溫度變化時，兩個諧振梁頻率和幅 度變化一樣，將兩個頻率差

34、后，其一樣變化量就可以相互抵消。其丈量最 高精度可達0.01%FS 。.美國(SMI)公司開發(fā)一系列低價位,線性度在0.1%到0.65%范圍內(nèi)的硅微壓力傳感器,最低滿量程為0.15psi(1KPa)，其以硅為資料制成,具有獨特的三維構(gòu)造，輕細微機械加工，和多次蝕刻制成惠斯登電橋于硅膜片上，當(dāng)硅片上方受力時，其產(chǎn)生變形，電阻產(chǎn)生壓阻效應(yīng)而失去電橋平衡，輸出與壓力成比例的電信號?？傊?，利用半導(dǎo)體技術(shù)制造出硅微傳感器，它是當(dāng)今傳感器開展的前沿技術(shù)，其根本特點是敏感元件體積為微米量級，是傳統(tǒng)傳感器的幾十、幾百分之一。另外還有利用薄膜工藝制造出快速呼應(yīng)的氣敏、濕敏傳感器，利用濺射薄膜工藝制壓力傳感器等。

35、新工藝、新技術(shù)、新資料的開發(fā)和利用，可以消費出精度高、體積小、分量輕、可靠穩(wěn)定的、適用于各種不同領(lǐng)域要求的新型傳感器。. 新工藝新技術(shù)構(gòu)成的固態(tài)功能資料半導(dǎo)體、電介質(zhì)、強 磁體的進一 步開發(fā)和集成技術(shù)的不斷開展，為傳感器集成化開辟了寬廣的前景。隨著微電子機械系統(tǒng)MEMS技術(shù)的開展，采用微機電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)制造的各種微型新型傳感器、執(zhí)行器和微系統(tǒng)的宏大潛力日益顯現(xiàn)。這項研發(fā)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、航空航天、航海、醫(yī)學(xué)、生物工程、交通、家庭效力等各個領(lǐng)域都有宏大的運用前景。采用微機電系統(tǒng)MEMS技術(shù)開發(fā)的微傳感器尺寸從幾微米到幾毫米的傳感器總稱是今后開展的重點之一。微系統(tǒng)研討已處于突破前夜，創(chuàng)新

36、的空間很大，已成為競爭研討開發(fā)的重點領(lǐng)域。 . 集成化傳感器：就是采用微電子技術(shù)將輔助電路中的元件與傳感元件同時集成在 同一芯片上，或?qū)⒈姸嗤活愋偷膯蝹€傳感器件集成一個芯片或陣列上，構(gòu)成一維線型、二維陣列面的傳感器。特點：可使傳感器的檢測參數(shù)由“點線面體多維圖象化，甚至能加上時序，變單參數(shù)檢測為多參數(shù)檢測，從而進展點丈量 、以及平面、空間丈量。并具有校準、補償、自診斷和網(wǎng)絡(luò)通訊的功能。它可降低本錢、添加產(chǎn)量。例：電荷耦合器件CCD- 光敏元陣列 數(shù)碼相機； 一體化：在同一芯片上，將傳感器件與調(diào)理、補償?shù)忍幹秒娐芳梢惑w。特點：減少干擾，提高靈敏度，方便運用；可實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)處置傳感器和數(shù)據(jù)處置

37、電路集成.微型化：微米/納米技術(shù)、微機電系統(tǒng)MEMS技術(shù)體積微小、分量細微。例如：目前MEMS器件主要分為慣性丈量、壓力丈量、微流量、光MEMS、 射頻MEMS以及其它MEMS器件等多種類型及種類，而市售的MEMS器件主要有5種：壓力傳感器、加速度傳感器、微型陀螺、噴墨頭、硬盤驅(qū)動頭。銷售最多的是IT領(lǐng)域的噴墨頭、硬盤驅(qū)動頭和汽車領(lǐng)域中的壓力傳感器、加速度傳感器、微型陀螺。而用于生物、化學(xué)測試系統(tǒng)的Lab-onchip (實驗室-芯片)和其他類型生物芯片那么剛剛顯顯露宏大的潛力。 . 多功能傳感：不同功能的傳感器集成化。特點：一個傳感器可以同時丈量不同種類的多個參數(shù)。例：丈量血液中各種成分的多

38、功能傳感器。總之：這種集成化可使傳感器由單一的信號變換功能擴展為兼有放大、運算、干擾補償?shù)榷喙δ?。實現(xiàn)了橫向和縱向的多功能化。.3傳感器的智能化智能化傳感器 -是一種帶微處置器的傳感器，是微型計算機和傳感器相結(jié)合的成果，它兼有檢測、判別和信息處置等功能。 與傳統(tǒng)傳感器相比有很多特點：具有判別和信息處置功能，能對丈量值進展修正、誤差補償，因此提高丈量精度；可實現(xiàn)多傳感器多參數(shù)丈量；有自診斷和自校準功能，提高可靠性；丈量數(shù)據(jù)可存取，運用方便；有數(shù)據(jù)通訊接口，能與微型計算機直接通訊。. 高級智能傳感器 - 是把傳感器、信號調(diào)理電路、單片機集成在一 芯片上，構(gòu)成超大規(guī)模集成化的高級智能傳感器。 其特點： 高精度；高可靠性、高穩(wěn)定性、強自順應(yīng)性； 高信噪比、高分辨率；高性能價錢比。 例如： 美國霍尼維爾公司ST-3000型智能傳感器，芯片尺寸僅有 342mm3，采用半導(dǎo)體工藝，在同一芯片上制成CPU、EPROM、靜壓、壓差、溫度等三種敏感元件。