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1、自动检测及控制,李 忠 虎2008.08,教材 刘元扬.自动检测和过程控制(第3版).冶金工业出版社主要参考书：厉玉鸣.化工仪表及自动化（第四版）.化学工业出版社 潘永湘.过程控制与自动化仪表.机械工业出版社,课程内容：,本课程主要介绍工业过程参数（温度、压力、流量、物位、成分等）的自动检测与自动控制。,自动检测及控制的实际应用,1.人与机器的机能对应关系：,2.检测及控制技术在各领域的应用,换热器的控制,丙烯冷却器的控制,反应器的控制,精馏塔的控制,夜视瞄准机系统（非冷却红外传感器技术）；激光测距仪（可精确的定位目标）,第一章 过程检测技术基础,本章主要内容：,1.1 过程检测的基本概念 检
2、测的概念和基本方法 检测仪表的组成、主要性能指标和分类 检测技术及仪表的发展。,1.2 测量误差及处理方法 误差概念、分类、分析与处理方法,1.3 测量不确定度的评定(不讲),1.1 过程检测的基本概念,1.1.1 检测,测量：以确定被测对象的属性和量值为目的的全部操作,检测过程：信息提取、信号转换存储与传输、显示记录、分析处理,检测技术：检测方法、检测结构、检测信号处理 综合性技术,检测：是意义更为广泛的测量，检测=测量+信号检出（极为重要）,1.1.2 检测的基本方法,1.1.2.1 接触测量与非接触测量,接触测量：检测元件与被测对象（或介质）直接接触，感受被 测量的作用或变化，从而获得测
3、量信号。,非接触测量：不直接接触被测对象（或介质），而是间接感受 被测量的作用或变化达到检测目的。,1.1.2.2 直接测量、间接测量与组合测量,直接测量：直接将被测量与标准量进行比较,间接测量：通过测量与被测量有一定函数关系的参量，进而由计算 获得被测量,如测导线的导电率的测量：,组合测量：为了同时确定多个未知量，将各个未知量组合成不同的 函数形式，用直接测量或间接测量方法获得一组数据，通过解方程组来求得被测量的方法。,1.1.2.3 偏差法、零位法和微差法,偏差法：利用测量仪表的指针相对于刻度的偏差位移直接表示 测量的数值,零位法：利用指零机构的作用，使用被测量和已知标准量两者达到平衡，根
4、据指零机构示值为零来确定被测量等于标准量值,1.1.3 检测仪表的组成,传感器（transducer）：将被测物理量(如温度)检出并转换为电量。,变换器（transmitter）：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。,显示仪表：将测量结果显示出来，提供给观察者。有模拟显示、数字显 示和屏幕显示之分。,检测仪表由传感器、变换器和显示仪表三部分组成。,1.1.4 检测仪表的主要性能指标,1.1.4.1 测量范围与量程,测量范围:指在正常工作条件下，检测系统或仪表能够测量的被测量值的 总范围，测量范围用下限值至上限值来表示ab；测量量程:测量范围上限a与下限b
5、的代数差。,1.1.4.2 准确度,定义：准确度也称精确度，是指测量结果与实际值相一致的程度，是测 量的一个基本特征。,式中，max仪表所允许的误差界限，即允许误差；a和b分别为仪表测量范围的上限值与下限值。,准确度等级,准确度等级也叫精度等级。仪表的精度等级按国家规定的允许误差的大小划分为若干等级。我国自动化仪表准确度等级：0.005、0.02、0.05、0.1、0.2（标准仪表）0.5、1.0、1.5、2.5、4.0（工业仪表）,实例：某压力表的量程为10MPa，测量值的允许误差为0.03MPa，求仪表的准确度等级。解：0.03/10100%=0.3%,精度等级中没有0.3级仪表，所以仪表
6、的准确度等级为0.5级。,1.1.4.3 线性度,定义：仪表实测输入输出特性曲线与理想线性输入输出特性曲线 的偏离程度,理想检测系统-输出与输入为比例关系：y(t)=kx(t),实际检测系统-输出与输入不是理性的线性关系,式中，f为线性度（又称非线性误差）；fmax为校准曲线对于理论直线的最大偏差（以仪表示值的单位计算）。,1.1.4.4 变差,变差也叫回差，是指在外界条件不变的情况下，同一台仪表对某一参数在正向（输入量增大）和反向（输入量减小）行程期间的示值之差。变差反映仪表的上升曲线和下降曲线的不重合程度。,产生原因：弹性元件的弹性滞后、传动机构中的间隙、运动部件的摩擦、磁性材料的磁滞等。
7、,最大相对变差,1.1.4.5 重复性,重复性指在测量装置在同一工作环境，被测对象参量不变的条件下，输入量按同一方向做多次（三次以上）全量程变化时，输入输出特性曲线的一致程度。,1.1.5 检测仪表的分类,1.1.5.1 按被测参数性质分类：电气参数：电能、电流、电压、频率等；机械参数：重量、距离、振动、缺陷检查、故障诊断等;过程参数：主要指热工参数，包括 温度、压力、流量、物位、成 份分析等。,1.1.5.2 按使用性质分类 实用型：用于实际测量，包括工业用表与实验用表；范 型：用于复现和保持计量单位，或用于对实用仪表进行校准 和刻度；标准型：具有更高准确度的范型仪表，用以保持和传递国家计量
8、 标准，并用于对范型仪表的定期检定。,1.1.5.3 其他分类方式 按仪表功能：指示仪、记录仪、积算仪等 按仪表系统的组成方式：基地式和单元组合式。按仪表结构：开环式与 闭环式（反馈式）,1.1.6 检测技术的发展趋势,利用新发现的材料和新发现的生物、物理、化学效应开发出的新型传感器,光纤流速传感器,荧光材料制作的电子鼻传感器,生物酶血样分析传感器,传感器+嵌入式计算机 智能传感器,振动网络传感器,嵌入式计算机,智能压力网络传感器,智能倾角RS232传感器,IC总线数字温度传感器,1.2 误差理论及数据处理,1.2.1 测量误差,引用误差：用示值误差与仪表量程之比的百分比来表示。,1.2.2 测量误差的性质与分类,(2)随机误差(random error),1.2.2.1 按误差出现的规律分,(1)系统误差(system error),(3)粗大误差(abnormal error),1.2.2.2 按仪表工作条件分,(1)基本误差,(2)附加误差,
