自動(dòng)檢測技術(shù)基本概念

自動(dòng)檢測技術(shù)基本概念第一頁，共二十八頁，2022年，8月28日教材劉元揚(yáng).自動(dòng)檢測和過程控制(第3版).冶金工業(yè)出版社主要參考書：厲玉鳴.化工儀表及自動(dòng)化（第四版）.化學(xué)工業(yè)出版社潘永湘.過程控制與自動(dòng)化儀表.機(jī)械工業(yè)出版社第二頁，共二十八頁，2022年，8月28日課程內(nèi)容：

本課程主要介紹工業(yè)過程參數(shù)（溫度、壓力、流量、物位、成分等）的自動(dòng)檢測與自動(dòng)控制。具體內(nèi)容如下：過程檢測基礎(chǔ)溫度檢測儀表壓力檢測儀表顯示儀表流量檢測儀表物位檢測儀表自動(dòng)控制儀表

過程控制概念自動(dòng)控制系統(tǒng)第三頁，共二十八頁，2022年，8月28日自動(dòng)檢測及控制的實(shí)際應(yīng)用

1.人與機(jī)器的機(jī)能對應(yīng)關(guān)系：第四頁，共二十八頁，2022年，8月28日2.檢測及控制技術(shù)在各領(lǐng)域的應(yīng)用第五頁，共二十八頁，2022年，8月28日換熱器的控制丙烯冷卻器的控制反應(yīng)器的控制精餾塔的控制第六頁，共二十八頁，2022年，8月28日第七頁，共二十八頁，2022年，8月28日夜視瞄準(zhǔn)機(jī)系統(tǒng)（非冷卻紅外傳感器技術(shù)）；激光測距儀（可精確的定位目標(biāo)）第八頁，共二十八頁，2022年，8月28日阿波羅10（火箭部分2077個(gè)傳感器；飛船部分1218個(gè)傳感器）神州飛船（185臺(tái)（套）儀器裝置）飛行器測控

（檢測飛行器姿態(tài)、發(fā)電機(jī)工況，控制與操縱）

火箭測控（檢測火箭狀況、姿態(tài)、軌跡）第九頁，共二十八頁，2022年，8月28日第一章過程檢測技術(shù)基礎(chǔ)第十頁，共二十八頁，2022年，8月28日本章主要內(nèi)容：1.1過程檢測的基本概念

檢測的概念和基本方法檢測儀表的組成、主要性能指標(biāo)和分類檢測技術(shù)及儀表的發(fā)展。1.2測量誤差及處理方法

誤差概念、分類、分析與處理方法1.3測量不確定度的評定(不講)第十一頁，共二十八頁，2022年，8月28日1.1過程檢測的基本概念1.1.1檢測測量：以確定被測對象的屬性和量值為目的的全部操作檢測過程：信息提取、信號轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)與傳輸、顯示記錄、分析處理檢測技術(shù)：檢測方法、檢測結(jié)構(gòu)、檢測信號處理——綜合性技術(shù)檢測：是意義更為廣泛的測量，檢測=測量+信號檢出（極為重要）1.1.2檢測的基本方法1.1.2.1接觸測量與非接觸測量接觸測量：檢測元件與被測對象（或介質(zhì)）直接接觸，感受被測量的作用或變化，從而獲得測量信號。非接觸測量：不直接接觸被測對象（或介質(zhì)），而是間接感受被測量的作用或變化達(dá)到檢測目的。第十二頁，共二十八頁，2022年，8月28日1.1.2.2直接測量、間接測量與組合測量直接測量：直接將被測量與標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較間接測量：通過測量與被測量有一定函數(shù)關(guān)系的參量，進(jìn)而由計(jì)算獲得被測量如測導(dǎo)線的導(dǎo)電率ρ的測量：組合測量：為了同時(shí)確定多個(gè)未知量，將各個(gè)未知量組合成不同的函數(shù)形式，用直接測量或間接測量方法獲得一組數(shù)據(jù)，通過解方程組來求得被測量的方法。第十三頁，共二十八頁，2022年，8月28日1.1.2.3偏差法、零位法和微差法偏差法：利用測量儀表的指針相對于刻度的偏差位移直接表示測量的數(shù)值零位法：利用指零機(jī)構(gòu)的作用，使用被測量和已知標(biāo)準(zhǔn)量兩者達(dá)到平衡，根據(jù)指零機(jī)構(gòu)示值為零來確定被測量等于標(biāo)準(zhǔn)量值微差法：偏差法和零位法的結(jié)合第十四頁，共二十八頁，2022年，8月28日1.1.3檢測儀表的組成傳輸通道傳感器變換器顯示儀表傳輸通道被測量傳感器（transducer）：將被測物理量(如溫度)檢出并轉(zhuǎn)換為電量。變換器（transmitter）：對接收到的電信號用硬件電路進(jìn)行分析處理或經(jīng)A/D變換后用軟件進(jìn)行信號分析。

顯示儀表：將測量結(jié)果顯示出來，提供給觀察者。有模擬顯示、數(shù)字顯示和屏幕顯示之分。檢測儀表由傳感器、變換器和顯示儀表三部分組成。第十五頁，共二十八頁，2022年，8月28日1.1.4檢測儀表的主要性能指標(biāo)1.1.4.1測量范圍與量程測量范圍:指在正常工作條件下，檢測系統(tǒng)或儀表能夠測量的被測量值的總范圍，測量范圍用下限值至上限值來表示a～b；測量量程:測量范圍上限a與下限b的代數(shù)差。1.1.4.2準(zhǔn)確度⑴定義：準(zhǔn)確度也稱精確度，是指測量結(jié)果與實(shí)際值相一致的程度，是測量的一個(gè)基本特征。式中，△max——儀表所允許的誤差界限，即允許誤差；a和b——分別為儀表測量范圍的上限值與下限值。第十六頁，共二十八頁，2022年，8月28日⑵準(zhǔn)確度等級準(zhǔn)確度等級也叫精度等級。儀表的精度等級按國家規(guī)定的允許誤差的大小劃分為若干等級。我國自動(dòng)化儀表準(zhǔn)確度等級：

0.005、0.02、0.05、0.1、0.2（標(biāo)準(zhǔn)儀表）

0.5、1.0、1.5、2.5、4.0（工業(yè)儀表）實(shí)例：某壓力表的量程為10MPa，測量值的允許誤差為0.03MPa，求儀表的準(zhǔn)確度等級。解：0.03/10×100%=0.3%精度等級中沒有0.3級儀表，所以儀表的準(zhǔn)確度等級為0.5級。第十七頁，共二十八頁，2022年，8月28日1.1.4.3線性度定義：儀表實(shí)測輸入輸出特性曲線與理想線性輸入輸出特性曲線的偏離程度理想檢測系統(tǒng)---輸出與輸入為比例關(guān)系：y(t)=kx(t)實(shí)際檢測系統(tǒng)---輸出與輸入不是理性的線性關(guān)系

式中，δf為線性度（又稱非線性誤差）；Δfmax為校準(zhǔn)曲線對于理論直線的最大偏差（以儀表示值的單位計(jì)算）。第十八頁，共二十八頁，2022年，8月28日1.1.4.4變差

變差也叫回差，是指在外界條件不變的情況下，同一臺(tái)儀表對某一參數(shù)在正向（輸入量增大）和反向（輸入量減?。┬谐唐陂g的示值之差。變差反映儀表的上升曲線和下降曲線的不重合程度。產(chǎn)生原因：彈性元件的彈性滯后、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的間隙、運(yùn)動(dòng)部件的摩擦、磁性材料的磁滯等。最大相對變差第十九頁，共二十八頁，2022年，8月28日1.1.4.5重復(fù)性重復(fù)性指在測量裝置在同一工作環(huán)境，被測對象參量不變的條件下，輸入量按同一方向做多次（三次以上）全量程變化時(shí)，輸入輸出特性曲線的一致程度。第二十頁，共二十八頁，2022年，8月28日1.1.5檢測儀表的分類1.1.5.1按被測參數(shù)性質(zhì)分類：

①電氣參數(shù)：電能、電流、電壓、頻率等；

②機(jī)械參數(shù)：重量、距離、振動(dòng)、缺陷檢查、故障診斷等;

③過程參數(shù)：主要指熱工參數(shù)，包括溫度、壓力、流量、物位、成

份分析等。1.1.5.2按使用性質(zhì)分類①實(shí)用型：用于實(shí)際測量，包括工業(yè)用表與實(shí)驗(yàn)用表；②范型：用于復(fù)現(xiàn)和保持計(jì)量單位，或用于對實(shí)用儀表進(jìn)行校準(zhǔn)和刻度；③標(biāo)準(zhǔn)型：具有更高準(zhǔn)確度的范型儀表，用以保持和傳遞國家計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，并用于對范型儀表的定期檢定。第二十一頁，共二十八頁，2022年，8月28日1.1.5.3其他分類方式

按儀表功能：指示儀、記錄儀、積算儀等

按儀表系統(tǒng)的組成方式：基地式和單元組合式。

按儀表結(jié)構(gòu)：開環(huán)式與閉環(huán)式（反饋式）第二十二頁，共二十八頁，2022年，8月28日1.1.6檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢光纖傳感器、液晶傳感器、壓敏傳感器（以高分子有機(jī)材料為敏感元件）1）新原理、新材料、新工藝新功能傳感器化學(xué)傳感器、微生物傳感器、仿生傳感器（代替視覺、嗅覺、味覺和聽覺）以及檢測超高溫、超高壓、超低溫和超高真空等極端參數(shù)的新型傳感器2）新領(lǐng)域、新需求新型傳感器檢測技術(shù)重要手段科學(xué)研究相關(guān)學(xué)科：物理、化學(xué)、數(shù)學(xué)、生物學(xué)、材料科學(xué)等等新的檢測理論、方法和技術(shù)手段推動(dòng)實(shí)驗(yàn)研究和發(fā)展形成第二十三頁，共二十八頁，2022年，8月28日利用新發(fā)現(xiàn)的材料和新發(fā)現(xiàn)的生物、物理、化學(xué)效應(yīng)開發(fā)出的新型傳感器光纖流速傳感器熒光材料制作的電子鼻傳感器生物酶血樣分析傳感器熱/光電量第二十四頁，共二十八頁，2022年，8月28日傳感器+嵌入式計(jì)算機(jī)智能傳感器振動(dòng)網(wǎng)絡(luò)傳感器嵌入式計(jì)算機(jī)智能壓力網(wǎng)絡(luò)傳感器智能傾角RS232傳感器IC總線數(shù)字溫度傳感器第二十五頁，共二十八頁，2022年，8月28日1.2誤差理論及數(shù)據(jù)處理定義：測量值與其真值之差。定量表示Δx–測量誤差；x

i–測量值；x0–真值⑴絕對誤差1.2.1測量誤差⑵相對誤差定義：指被測量的絕對誤差與約定值的百分比，通常有三種表示方式：①實(shí)際相對誤差：絕對誤差(測量誤差)除以被測量的真值。第二十六頁，共二十八頁，2022年，8月28日②給出值相對誤差：絕對誤差(測量誤差)除以被測量的給出值。式中的給出值可以是“測量結(jié)果”、“標(biāo)稱值”、“實(shí)驗(yàn)值”、“示值”或“刻度值”等。③引用