《控制测量及习题》课件

《控制测量及习题》课程PPT本课程PPT旨在帮助学生更好地理解控制测量原理，并掌握其在工程测量中的应用。内容包括控制测量基本概念、测量方法、误差分析等。一、绪论本课程介绍控制测量的基本概念、原理和应用。课程内容涵盖传感器、信号调理、测量仪表以及控制测量在工业自动化、环境监测、医疗器械等领域的应用。控制测量的概念和作用控制测量概述控制测量是工业自动控制系统中重要的组成部分，是指通过传感器等装置采集物理量信息，并进行测量和处理，最终得到控制系统所需的反馈信号。控制测量的作用控制测量能够实时监测和反馈被控对象的实际状态，为控制系统提供准确的数据，从而实现对被控对象状态的精确控制，提高生产效率和产品质量。控制测量的基本要求准确性测量结果要接近真实值，符合工程精度要求。可靠性测量结果要稳定，重复测量结果应一致，确保结果可信。灵敏度测量系统能有效地识别和反映被测量的变化，对微小变化敏感。稳定性测量系统在一定时间内性能保持稳定，避免因环境变化造成误差。控制测量的主要内容11.测量系统包括传感器、信号调理电路、测量仪表等，是完成测量任务的整体结构。22.测量方法常用的方法有直接测量、间接测量、比较测量等，根据测量对象和精度要求选择合适方法。33.测量误差分析测量误差的来源，采取措施减小误差，提高测量精度。44.数据处理对采集的测量数据进行分析、处理、计算，得出结论，为控制和决策提供依据。二、测量系统的基本原理测量系统是控制测量中不可缺少的一部分，它能够将被测量的物理量转换成可读的信号。通过分析测量系统的基本原理，我们可以更好地理解测量过程，并提高测量精度和可靠性。测量系统的组成传感器将被测量的物理量转换为电信号。信号调理电路对传感器输出信号进行处理，使其满足测量仪表的需要。测量仪表显示或记录处理后的信号，以便于观察和分析。测量系统的基本误差系统误差系统误差由测量系统本身的固有特性决定，具有重复性，可通过校准或补偿减小。随机误差随机误差由不可控因素引起，无规律性，可通过多次测量取平均值来减小。偶然误差偶然误差由环境因素或操作人员造成，不具有规律性，可通过改进测量方法或环境来减小。测量系统的静态特性1线性度指测量系统输出与输入之间的线性关系，是衡量系统精度和可靠性的重要指标。2灵敏度表示系统输出变化量与输入变化量之比，反映系统对输入信号的响应能力。3重复性指在相同条件下，对同一输入信号进行多次测量时，输出结果的接近程度。4稳定性指测量系统在一定时间内保持其性能指标不变的能力，反映系统的可靠性和持久性。测量系统的动态特性动态特性描述系统在输入信号变化时响应速度和精度。动态特性主要指系统的频率响应、相位响应和过渡响应。频率响应描述系统对不同频率输入信号的幅值和相位变化。频率响应曲线可以显示系统对不同频率信号的放大倍数和相位滞后。过渡响应描述系统对阶跃输入信号的响应。过渡响应曲线可以显示系统达到稳态所需时间、最大超调量和稳定时间等参数。三、常用传感器及其特性传感器是控制测量系统的重要组成部分，它们将物理量转换为电信号。不同类型的传感器适用于不同的测量任务，因此了解常用传感器的特性至关重要。温度传感器热电偶温度传感器热电偶是一种将温度转换为电势的传感器，利用两种不同金属导体接触产生的温差电动势来测量温度。热电阻温度传感器热电阻传感器利用金属电阻随温度变化的特性来测量温度，具有高精度、稳定性好等优点。半导体温度传感器半导体温度传感器利用半导体材料的电阻随温度变化的特性来测量温度，具有体积小、响应速度快等特点。压力传感器工作原理压力传感器利用敏感元件将压力信号转换为电信号，主要通过压阻效应、压电效应、电容效应等原理进行工作。类型压力传感器主要分为机械式、电阻式、电容式、压电式、应变式等，每种类型都有其特定的测量范围和精度。应用领域压力传感器应用广泛，包括航空航天、汽车制造、医疗器械、工业自动化等领域，用于测量气体、液体或固体的压力。流量传感器流量测量流量传感器测量流体的流速和体积流量，例如液体、气体或蒸汽。应用广泛广泛应用于工业过程控制、环境监测和科学研究领域。类型包括电磁流量计、涡轮流量计、超声波流量计等多种类型。原理基于不同的物理原理，例如磁场感应、涡流感应或声波传播等。位移传感器电位器式位移传感器电位器式位移传感器通过电阻变化来测量位移，简单可靠，但精度有限。电感式位移传感器电感式位移传感器利用电感变化测量位移，具有较高的精度和灵敏度。光电式位移传感器光电式位移传感器利用光束变化测量位移，适用于非接触式测量。磁致伸缩式位移传感器磁致伸缩式位移传感器利用磁致伸缩效应测量位移，具有较高的精度和抗干扰能力。其他传感器光电传感器利用光电效应，将光信号转换为电信号，应用于光学测量和光电控制。力传感器用于测量各种机械力，例如拉力、压力、扭矩等。加速度传感器测量物体加速度，应用于振动监测、运动控制等领域。声学传感器感知声音信号，应用于噪声监测、语音识别等领域。四、信号调理及其应用信号调理是控制测量中必不可少的环节，它负责将传感器输出的信号转换为可被仪表识别的信号。信号调理电路主要包括滤波、放大、变换等功能模块，通过这些功能模块对传感器信号进行处理，使其满足仪表的要求。信号调理电路的组成传感器接口传感器接口将传感器输出信号转换为可被后续电路处理的信号。滤波电路滤波电路用于消除信号中的噪声和干扰，保证信号质量。放大电路放大电路用于提高信号幅度，增强信号强度。转换电路转换电路将模拟信号转换为数字信号，方便数据处理和传输。滤波电路滤波电路概述滤波电路主要用于消除或抑制信号中的干扰信号，使有用信号顺利通过。滤波电路类型包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。滤波电路应用滤波电路在控制测量系统中广泛应用，如电源滤波、信号滤波和数据采集等。滤波电路可以提高信号的质量，降低噪声干扰，提高系统的稳定性和可靠性。放大电路放大倍数放大电路的主要功能是放大信号的幅度。频率响应放大电路对不同频率的信号放大能力不同。失真放大电路会引入一定的失真，影响信号的质量。噪声放大电路会引入噪声，影响信号的清晰度。变换电路模拟信号转换模拟信号转换电路将模拟信号转换为数字信号，方便计算机处理。数字信号转换数字信号转换电路将数字信号转换为模拟信号，用于控制执行机构。频率转换频率转换电路将信号的频率进行转换，例如将低频信号转换为高频信号。幅度转换幅度转换电路将信号的幅度进行转换，例如将小幅度信号放大或将大幅度信号缩小。常用测量仪表及其应用测量仪表广泛应用于工业生产、科学研究和日常生活。例如，电子万用表可测量电压、电流、电阻等，示波器可观察信号波形，频率计可测量信号频率，功率计可测量电路功率。电子万用表多功能电子万用表可以测量电压、电流、电阻等多种参数。便携性体积小巧，便于携带和使用。测量精度不同型号的电子万用表测量精度有所不同。安全使用时要遵守安全操作规范。示波器波形显示示波器用于观察和分析各种信号的波形，例如电压、电流、频率等。测量参数它可以测量信号的幅值、频率、周期、相位、占空比等参数。电路故障诊断示波器广泛应用于电子电路的设计、调试和故障诊断，帮助工程师快速定位问题。频率计数字式频率计数字式频率计能够直接读取信号频率。通过测量一定时间内信号的周期数，计算出信号频率。数字式频率计精度较高，应用广泛。模拟式频率计模拟式频率计通过测量信号频率，并将频率转换为指针的偏转角度，从而显示频率。模拟式频率计操作简单，但精度较低，使用较为局限。功率计功能功率计用于测量电路中的功率，通常用于测量交流电的功率。功率计可以测量电压、电流和功率。类型功率计分为模拟式和数字式两种。模拟式功率计使用指针指示功率值，数字式功率计使用数字显示功率值。六、控制测量习题及案例分析本节将通过具体的习题和案例分析，加深对控制测量理论知识的理解和应用。温度测量习题热电偶温度测量热电偶是利用热电效应进行温度测量的传感器，它适用于高温测量，并能根据不同的热电偶材料测量不同的温度范围。热敏电阻温度测量热敏电阻是利用材料的电阻值随温度变化的原理进行温度测量的传感器，它具有结构简单、成本低廉的特点。铂电阻温度测量铂电阻是利用铂金属的电阻值随温度变化的原理进行温度测量的传感器，它具有高精度、稳定性好等特点。红外温度测量红外温度计利用物体发射的红外辐射来测量温度，它具有非接触测量、响应速度快等特点。压力测量习题11.压力传感器选型根据被测压力范围、精度要求、介质类型等因素选择合适的压力传感器。22.压力测量系统校准使用标准压力源或标准压力计对压力测量系统进行校准，确保测量结果准确可靠。33.压力测量误差分析分析压力测量过程中产生的误差，如传感器误差、环境温度变化、介质影响等。44.压力测量数据处理对压力测量数据进行处理，例如数据平滑、滤波、补偿等，提高数据质量。流量测量习题流量计种类常见的流量计种类，例如涡轮流量计、电磁流量计、超声波流量计等。管道流量计算管道内流体的流量，例如水流、气流等。流量计算公式运用不同的流量计算公式，例如流量计的读数、流速等。误差分析分析流