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1、,检测仪表与控制装置,李云峰江苏工业学院自动化系,教材：,自动检测技术及仪表控制系统化学工业出版社，郁有文，2005。过程检测技术及仪表化学工业出版社，杜维等，2004。传感器与测试技术国防工业大学出版社，叶湘滨等，2007。传感器原理、设计与应用（第四版），国防科技大学出版社，刘迎春、叶湘滨，2002。,课程概述：,专业必修课 学分：2.5 学时：40理论8实验主要内容,基础知识引论 绪论 检测技术机方法分析 测量误差与数据处理过程参数检测技术 温度检测 压力检测 流量检测 物位检测 成分检测仪表系统分析 仪表系统及理论分析 变送单元和显示单元,课程概述：,成绩构成,出勤（5%）作业（5%）
2、实验（20%）期末考试（70%）,绪 论,1.1 检测的含义1.2 检测的作用和地位1.3 检测系统的构成1.4 检测方法的分类1.5 检测技术的发展方向,1.1 检测的含义,检测（Detection）定义：,利用各种物理、化学效应，选择合适的方法与装置，将生产、科研、生活等各方面的有关信息通过检查与测量的方法，赋予定性或定量结果的过程称为检测技术。,即：确定被测对象的属性和量值为目的的全部操作,被测信息：,传感器、检测仪器、检测装置、检测系统,全部操作：,检测过程：,信号采集、信号处理、信号显示、信号输出,物理量（光、电、力、热、磁、声、）,被测对象：,宇宙万物（固液气体、动物、植物、天体）
3、,检测器具：,化学量（PH、成份）,生物量（酶、葡萄糖、）,例：曹冲称象,方法：比较法；,装置：船、石头、小秤；,检查、测量，从而得到：,定性、定量的结果。,例：空调机测量控制室温,空气,被测对象：,被测信息：,检测器具：,操作过程：,室内空气,温度,温度传感器-热电阻、热电偶,热敏电阻,电信号,处理,显示,空调机,1.2 检测的作用和地位,传感技术、信息技术和计算机技术并列成为支撑整个信息产业的三大支柱。,获取信息 是仪器科学的基本任务 仪器仪表是信息产业的 重要组成部分 仪器仪表是信息产业的 源头 是信息社会赖以存在和发展的 物质和技术基础。,1.2 检测的作用和地位,工业生产 倍增器,科
4、学研究 先行官,社 会 物化法官,军 事 战斗力,工业生产倍增器,检测技术是带动国民经济增长的一个关键领域在美国：检测技术占4%，拉动经济增长66%,检测技术在工业生产领域的应用,在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位.,机械手在汽车加工中的应用,检测技术在汽车中的应用日新月异,发动机：向发动机的电子控制单元（ECU）提供发动机的工作状况信息，对发动机工作状况进行精确控制 温度、压力、位置、转速、流量、气体浓度和爆震传感器等,汽车传感器：汽车电子控制系统的信息源，关键部件，核心技术内容,普通轿车：约安装几十到近百只传感器，豪华轿车：传感器数量可多达二百余只。,底 盘：控制变速器系统、悬架系统、
5、动力转向系统、制动防抱死系统等 车速、踏板、加速度、节气门、发动机转速、水温、油温,车 身：提高汽车的安全性、可靠性和舒适性等 温度、湿度、风量、日照、加速度、车速、测距、图象等,检测技术在日常生活中的应用与日俱增,家用电器：,数码相机、数码摄像机：自动对焦-红外测距传感器,自动感应灯：亮度检测-光敏电阻,空调、冰箱、电饭煲：温度检测-热敏电阻、热电偶,电话、麦克风：话音转换-驻极电容传感器,遥控接收：红外检测-光敏二极管、光敏三极管,办公商务：,可视对讲、可视电话：图像获取-面阵CCD,扫描仪：文档扫描-线阵CCD,红外传输数据：红外检测-光敏二极管、光敏三极管,医疗卫生：,电子血压计：血压
6、检测-压力传感器,血糖测试仪、胆固醇检测仪-离子传感器,超市打印秤,便携式,人 体 秤,热敏电阻体温表,胎儿的B超影像,超声波在医学检查中的应用,科学研究的先行官,诺贝尔奖获得者R.R.Ernst说“现代科学的进步越来越依靠尖端仪器的发展”,俄国化学家门捷列夫指出“科学是从测量开始的”,近80年来，与科学仪器密切相关的诺贝尔奖获得者达38人,1989 年：美国 IBM 公司阿尔马登研究中心的科学家Don Eigler，成功地用扫描隧道显微镜(IBM科学家Gerd Binnig 和 Heinrich Rohrer)在镍晶体表面移动原子，对单个原原子进行了重排，写成了由 35 个氙原子排列成的“I
7、BM”三个字母。,http:/,电子天平的精度可达十万分之一克。,军事战斗力,1991年海湾战争 精确制导炸弹和导弹占8%,2003年伊拉克战争 90%,1994年美国防部建立自动测试系统执行局,立体作战,检测技术在军事上的应用,美军研制的未来单兵作战武器-OICW,夜视瞄准机系统：非冷却红外传感器技术,激光测距仪：可精确定位目标。在发射20毫米高爆弹时，激光测距仪可将目标的距离信息自动传输至高爆弹的爆炸引信，以便精确的设定引爆时间,美国国家导弹防御计划-NMD,检测技术在国防领域的应用,监测系统:探测和发现敌人导弹的发射并追踪导弹的飞行轨道。,拦截器：能识别真假弹头，敌友方,检测技术在航天领
8、域举足轻重,飞行器测控-检测飞行器姿态、发电机工况，控制与操纵,火箭测控-检测火箭状况、姿态、轨迹,“阿波罗10”：,火箭部分-2077个传感器,飞船部分-1218个传感器,检测参数-加速度、温度、压力、振动、流量、应变、声学等。,神州飞船：,185台（套）仪器装置,阿波罗17月球车,美国“勇气号”火星车,“物化法官”,检查产品质量,监测环境污染,识别指纹假钞,查服违禁药物,侦破刑事案件,教学实验、气象预报、大地测绘、灾情预报、交通指挥、,涵盖 吃穿用、农轻重、海陆空,1.2 检测的作用和地位,1.3 检测系统的构成,被测对象,观察者,激励装置,标定装置,测量装置,各部分的作用：,传感器：感受
9、被测量（非电量）的变化并将其转变为电量。传感器是拾取信号的装置，在非电量电测系统中占有重要位置，它获得信号的正确与否直接影响到测量系统最终输出结果的精度以及测量结果的正确与否。传感器随物理量及变换原理的不同而不同。中间变换装置：对接收到的电信号用硬件电路进行分析处理或经A/D变换后用软件进行信号分析。记录显示仪器：将测量结果显示出来，提供给观察者或其它自动控制装置。,常见的化工仪表：检测仪表(包括各种参数的测量和变送)显示仪表(包括模拟量显示和数字量显示)控制仪表(包括气动、电动控制仪表及数字式控制器)执行器(包括气动、电动、液动等执行器),各类仪表之间的关系,集散式微机流量控制系统,1.4
10、检测方法的分类,测量方法：实现被测量与标准量比较得出比值的方 法，称为测量方法。,根据获得测量值的方法分为：直接测量：电流表测电流、弹簧秤称重量间接测量：测水塔的水量、曹冲称象组合测量：若干个被测量及测量量的情况,电子卡尺(直接测量),阿基米德测量皇冠的比重,间接测量,开环测量：,闭环测量：,特点：简单、直观、明了；测量精度不高,特点：精度高；复杂、成本高、要求高,开环测量与闭环测量,根据测量方式分为：偏差式测量：用仪表指针的位移（即偏差）决定被测量的量值。模拟电流/压表、体重秤等。零位式测量：指零仪表指零时，被测量与已知标准量相等。天平、电位差计等。微差式测量：将被测量与已知的标准量相比较，
11、取得差值后，再用偏差法测得此差值。游标卡尺等。,根据测量条件分为：等精度测量：用相同仪表与测量方法对同一被测量进行多次重复测量。不等精度测量：用不同精度的仪表或不同的测量方法，或在环境条件相差很大时对同一被测量进行多次重复测量。,根据被测量变化的快慢分为：静态测量：是指被测量在测量过程中认为是固定不变的，对这种被测量进行测量的方法为静态测量。静态测量不需要考虑时间因素对测量的影响。动态测量：是指被测量在测量过程中是随时间不断变化的，对这种被测量进行测量的方法为动态测量。,静态测量,动态测量,地震测量振动波形,根据测量敏感元件是否与被测介质接触可分为：接触式测量 非接触式测量,接触式测量,非接触式测量 例：雷达测速,车载电子警察,根据被测量是否在加工过程中可分为：离线测量在线测量,产品质量检验（离线测量）,汽车凸轮轴主轴径多砂轮磨床的工作示意图,在线测量,1.5 检测技术的发展方向,智能化微型化网络化虚拟化软测量技术,虚拟仪器（Virtual Instrument简称VI）是计算机技术同仪器技术深层次结合产生的全新概念的仪器，是对传统仪器概念的重大突破，是仪器领域内的一次革命。虚拟仪器是继第一代仪器模拟式仪表、第二代仪器分立元件式仪表、第三代仪器数字式仪表、第四代仪器智能化仪器之后的新一代仪器。,虚拟仪器,
