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检测与过程控制基础 续论： 一、检测技术 检测技术的目的： 检测技术是信息提取、信息转换以及信号处理的理论和技术一门应用 性学科。同时，研究各种物理量（或参量）的检测原理和方法。它是科学 试验和生产过程中必不可少的手段。 通过检测能够揭示事物的内在联系和发展规律，从而利用和改造事物 物，推动科学技术的发展。科学技术发展的历史事实已经证明了很多新的 发展和发明，都是与检测技术分不开的。同时科学技术的发展，又提供了 新的检测方法和装置，促进检测技术的发展。 检测的基本任务： 获得有用的信息 检测的基本过程： 借助专门的设备、仪器仪表组成的 检测系统，通过实验方法与信号转 换及数据处理，测得被测对象有关信息，并将其结果显示或输出。 因此，检测技术是属于信息科学范畴，是信息技术三大支柱之一（这里 所说的信息技术三大支柱之一是：检测控制技术；计算机控制技术； 通信技术） 二、生产过程自动化 就是用一些技术工具自动化仪表仪器和控制装备来代替人工操作或 人们的重复劳动。 从生产过程自动化的形成过程看： 1首先应用检测（测量）仪表 监视生产使生产正常进行； 2.其次应用控制仪及控制机构（装置） 代替部分人工操作使生产正常进行； 3.应用计算机（控制系统） 实现生产过程全部自动化控制。 因此，生产过程自动化就是用机器代替人进行产品生产的一个过程。 随着人类的进步以及科学技术的不断发展，工业生产过程自动化的水平也 在不断提高，其原因有二： 其一，自动化仪器仪表自身的发展完善提高； （如相关的电子技术的发展，仪表的改型等） 其二，生产过程要求，促使自动化水平提高来满足生产工艺要求。 只有实现了生产过程的自动化，才能使得生产过程顺利安全进行。 自动化对生产过程有如下作用： 提高产品的产量，保证产品质量； 降低产品成本，能耗，使产品在市场具有竞争力； 保证生产过程顺利而安全地进行； 改善劳动条件及环境条件。 由于工业生产过程的生产方法很多，产品种类繁多，其特点是，在生 产过程中，各种物料常以液体或气体状态出现，这些物料处在密闭的容 器和设备中，在高压，真空，高温，冷冻等不同条件下进行各种化学及 物理变化。另外，不少的介质还有毒性，易燃，易爆等等。 因此，要保证生产过程安全正常进行，必须对生产过程某些工艺参数进 行自动检测和控制。 三（这门）课程内容及特点： .内容 上篇：自动检测（测量仪） 对生产过程中的一些工艺参数进行检测 主要说明自动检测方法及检测仪表 （按工艺参数分） 1）温度测量（方法及仪表） 2）压力测量（方法及仪表） 3）流量测量（方法及仪表） 4）物位测量（方法及仪表） 5）成分分析测量（方法及仪表） 6）应力、应变测量（方法及仪表） 7）其它测量（方法及仪表） 下篇：过程控制 1）过程控制的基本概念 控制系统组成 控制对象（特性描述） 2）基本控制作用 3）检测和控制信号的传输、转换变送器、转换器 4）控制动作的执行实现执行器 5）控制系统 四、课程特点： 是一门专门技术基础课，学习这门课要求有一定电学基础，（对 于仪表专业）是一门服务于生产工艺过程的学科，促进生产过程自动化 的发展水平提高，满足生产过程的要求，提高产品质量，保证产品质量 ，降低产品成本，改善劳动条件，保证安全生产。（对于非仪表专业） ，适应生产过程自动化的发展，了解生产过程有关工艺参数检测方法及 所用仪表仪器，了解自动控制系统的基本原理，熟悉本专业有关典型控 制系统。 五、学习这门课程的目的： 1、 建立自动检测与工程控制的基本概念 2、掌握一些常用检测仪表的基本原理，达到会操作使用 3、了解控制仪的基本原理及操作 4、对于一些简单的控制系统有初步了解 上篇 自动检测 概述： 在生产过程中，为了使生产顺利而安全进行，必须对其工艺过程的 主要参数进行控制检测。因此，就要采用正确的测量方法，选择合适的 仪表。为此，首先介绍一下测量方面的有关知识及其测量仪表的一些基 本知识。 一、测量的基本知识 1、测量的定义： 所谓测量是指通过专门的技术工具，用实验和计算的方法，把被测量 与其测量单位进行比较，求出二者比值，得出被测量的量值。用式子表 示为： X被测量；V测量单位；g比值 注 “” g通过实验得到的，有测量误差。 2、测量过程 为了达到测知被测量的目的，一般要通过比较，示差平衡，读数，这样 的测量过程。如： 被测量 X 示差 平衡 读数 3、测量变换（转换）的概念 把被检测量按一定的规律转变成便于传输或处理的另一种物理量的过程。 例如：水银温度计、温度变送器。 X 4、测量方法 检测方法是实现检测过程所采用的具体方法，是被测量与其单位进行 比较的实验方法。根据检测仪表与被测对象的特点有不同的方法。 1）接触式测量与非接触测量 （按被测对象与测量元件的特点分） 测量元件与被测对象（被测介质）直接接触，感受被测参数变化。 为接触式测量；否侧为非接触测量 2) 直接测量、间接测量与左和测量（按比较方式分） 直接测量是指用测量仪表直接读取被测量的方法； 间接测量是把被测量转换成其他与之相关的量进行测量，再通过测得 的量计算出被测量； 组合测量是指为了同时确定多个被测量，将各个未知的被测量组合成 不同函数形式，用直接或间接测量方法获得一组数据，通过方程组求得 被测量的方法 3）偏差式、零位式与微差式测量（按操作方式分） 偏差式是指测量仪表指针在标尺上指示出被测量大小，测量方式直观 、简单、迅速，但精度较低； 二、测量误差的基本知识 1、测量误差 由上述可知，测量是一个对比，示差，平衡和读数的过程，也是一个 变换，选择，放大，传递，比较，显示等功能的综合作用的过程。如果 这个过程在理想的环境和条件下将可以做得比较精确，但在实际测 量中，由于测量方法，测量仪表以及测量者本身等各种因素的影响，必 然会使被测量的“真值”与“测量示值”之间造成差异，这个差异就是测量 误差。 下面简单介绍误差，修正值，真值等几个术语。 a) 误差：被测量的示值与真值之代数差。 可表示为： 式中：误差（也称绝对误差） M示值 T真值 b) 修正值 （真值与示值之差） 即: 显然： （误差与修正值大小相等，方向相反） c) 真值： 被测量真正的值，其值是客观存在的，但它又是很难测知的。在实际 测量的实践中则是一句误差理论来定义被测量真值。 真值是指在无系统误差影响，无限多次重复测量结果的算术平均值 被测量真值。 在使用检测仪表时，常以精度高的仪表测量结果作为被测量真值。 2、误差分类： 根据误差理论，误差分类方法很多。 按其定义及表示方法分为： 按误差出现规律分为： 三检测仪表的基本组成和分类： 1、组成 一般检测仪表基本组成可分成三部分：感受，传递和显示部分。 1）感受部分 （检测元件，一次元件，传感器） 作用：感受被测参数的变化，并将感受到参数信号（或能量形式）转换 成显示部分所能接受的信号传递出去。 例如：热电偶、节流装置 2）传递部分（包括信号变换部分） 作用：将感受部分输出的信号或能量传递给显示部分 例如：补偿导线、连接线、变送器等 3）显示部分 作用：将传递部分送来的信号以适当的形式显示出来。 例如：以指针参数大小、用数字显示参数值、用记录装置记录被测参数 。 2、检测仪表分类 按被测参数 1）过程参数(检测仪表） a) 温度计； b) 压力计；c) 流量计；d) 物位计；e) 成分分析仪 2）电器参数（检测仪表） a) 电压；b)电流；c) 功率；d)频率；e)电能 3) 机械参数（检测仪表） a) 重量； b) 距离；c) 震动；d) 故障诊断 按仪表作用不同分类 1）实用型：实际检测用仪表，（工业上使用与实验室用 2）范型：用来复现和保持测量单位，（可对各种实用型校验与标定） 3）标准型：具有更高精度的范型仪表 按被测参数显示方式分类 1）指示型；2）记录型；3）累计式；4）远传变送型 按工作原来不同分类 1）模拟式；2）数字式图像式 四检测仪表的品质指标 一台检测仪表的质量优劣，通常用其品质指标来衡量，不同类型仪 表测量目的不同。因此，仪表的品质指标也是多方面的。下面仅是对常 见的几个指标来说明： 1、测量范围与量程 仪表能够测量被测值的总范围，其最低值b，最高值a,( 上限；下限） ；量程=a-b 2、准确度（精度） 准确度是指测量结果与实际值相一致程度。是测量的一个基本特征 ，用仪表允许误差与仪表量程此值的百分数表示，即 式中：x被测量的测量值；被测量的真正值；a仪表测量范 围的上限；b仪表测量范围的下限 注： a）仪表的精度等级，是按照国家对仪表规定的允许误差的大小分成若干 等级，一般有：0.005，0.002；0.1，0.35，0.5；1.0，1.5，2.5，4级等 ，标在仪表标尺面板上：如，工业上使用0.54级。 b）校验仪表时，如果在测量范围内各校验点上的绝对误差的最大值没有 超过允许误差，那么该台仪表符合精度要求。 c）准确度包含了两个因素：允许误差，量程，因此，为了获得合理的比 较高的实际测量准确度，在选表时应使仪表尽可能接近测量范围上限区 域工作。 d）在选表时，不能片面追求高准确度，以免造成浪费。要根据工艺参数 要求实际需要选表。（因为：准确度越高，价格越贵，维护技术要求也 高） 3. 变差；（来回差，易变量，滞后误差）说明表的稳定性 是指在外界条件不变的情况下，用同一仪表对某参数值进行正反行程 测量时，仪表正反行程的两次示值之差的最大差值与仪表标尺范围之间 比的百分数。 造成变差的原因很多，如：传动机构的间隙，运动件之间摩擦弹性元 件的滞后影响等因素。 注：仪表的变差不能超过其基本允许误差。 4. 线性度（非线性误差） 对理论上具有线性“输入-输出”特性的测量仪表，由于各种因素的影 响，使仪表的实际特性曲线偏离理论上线性关系，把这种偏差叫非线性 误差。 其表示：用实际校验曲线与相应直线之间的最大偏差与仪表的标尺范 围之比百分数表示。 5、灵敏度、灵敏限及死区 a）灵敏度S 是用仪表输出的变化量（如指针的线性位移或角位移）与引起此变化量 的被测参数的变化量之比来表示。 即： 输出变化量（示值变化量） 输入变化量（被测参数变化量） 注： 灵敏度可通过提高放大倍数来提高。 单纯地以增大S来达到更准确读数的做法是不合理的，这样做可能 会