《控制测量讲义》课件

控制测量讲义本讲义将介绍控制测量的基本概念、方法和应用。内容包括平面控制测量、高程控制测量、GPS测量等。by课程简介课程目标本课程旨在帮助学生掌握控制测量系统的基本原理、方法和技术。通过学习，学生将能够理解测量系统的工作原理，掌握测量误差的分析和处理方法，并能够设计和应用测量系统解决实际问题。课程内容本课程主要涵盖控制系统测量的基本概念、测量仪表的选择和使用、测量系统的设计和分析、常见测量方法和仪表等内容。学生将学习到各种测量技术的原理和应用，并了解测量技术在自动化领域中的重要作用。测量的基本概念定义测量是指利用仪器或方法确定物理量的大小，并以数值表达的过程。目的测量是为了获取物体的真实属性，并对相关数据进行分析和处理。重要性测量在科学研究、工程设计、生产制造、质量控制等方面起着至关重要的作用。测量单位和标准长度单位米是国际单位制中的基本长度单位，是衡量物体大小的标准。质量单位千克是国际单位制中的基本质量单位，是衡量物体重量的标准。时间单位秒是国际单位制中的基本时间单位，是衡量事件持续时间的标准。温度单位摄氏度是国际单位制中的常用温度单位，是衡量物体冷热程度的标准。测量分类和精度直接测量直接测量是指用测量仪器直接测量被测量的物理量。间接测量间接测量是指通过测量与被测量的物理量有关的其他物理量，然后根据它们之间的关系计算出被测量的物理量。测量精度测量精度是指测量结果与真值之间的接近程度。测量误差测量误差是指测量结果与真值之间的差异。测量误差及其表述11.误差来源测量误差是由多种因素造成的，包括仪器误差、环境误差和人为误差。22.误差分类测量误差可以分为系统误差、随机误差和过失误差。33.误差表示测量误差通常用绝对误差、相对误差和百分误差来表示。44.误差控制通过选择合适的仪器、控制环境条件和规范操作方法，可以有效控制测量误差。测量误差分析1误差来源仪器误差环境误差操作误差2误差类型系统误差随机误差3误差分析方法统计分析误差传递4误差控制选择合适的仪器控制环境条件测量误差分析是控制测量的重要环节。通过分析误差来源，可以采取措施减少误差。提高测量精度，确保测量结果的可靠性。测量仪表的选择和使用11.测量范围选择仪表时，需要考虑其测量范围是否满足测量要求。22.测量精度测量精度是衡量仪表准确性的指标，需要根据实际应用选择合适的精度等级。33.仪表类型根据测量对象的特性和测量要求，选择合适的仪表类型，例如数字仪表、模拟仪表等。44.使用环境需要考虑仪表的使用环境，例如温度、湿度、振动等因素，选择耐腐蚀、防潮、防震等特性。数字测量仪表的特点高精度数字测量仪表通常具有更高的精度，可提供更精确的测量结果。易读性数字显示屏可以直接显示测量值，无需进行手动换算，方便读取和记录。自动化许多数字测量仪表具有自动校准功能，并可与计算机或其他设备连接，实现自动化测量和数据处理。模拟测量仪表的特点直观显示模拟仪表使用指针或刻度盘来直接显示测量结果，便于用户直观地观察和理解数据。简单易用模拟仪表结构简单，操作方便，不需要复杂的编程或设置，易于使用和维护。价格低廉与数字仪表相比，模拟仪表制造工艺简单，成本较低，经济实惠。抗干扰能力强模拟仪表对环境噪声和干扰具有较强的抗干扰能力，在恶劣的电磁环境中也能正常工作。仪表的静态特性参数静态特性参数描述仪表在稳态条件下的性能，与仪表的工作原理和结构密切相关。准确度等级反映仪表测量值的误差范围灵敏度反映仪表对被测量的最小变化的响应能力重复性反映仪表在相同条件下进行多次测量时，测量结果的一致性线性度反映仪表输出值与输入值之间的线性关系迟滞反映仪表在输入量逐渐增加和减少时，输出量之间的差异仪表的动态特性参数仪表的动态特性是指仪表对变化的输入信号的响应特性。动态特性参数反映了仪表对输入信号的变化速度、频率和幅度的响应能力。常用的动态特性参数包括：响应时间、时间常数、频率响应、相位滞后等。仪表的可靠性可靠性定义仪表的可靠性是指仪表在规定的条件下，在规定的时间内完成规定功能的能力。它反映了仪表性能的稳定性和可信度。影响因素影响仪表可靠性的因素包括：仪表的质量、环境条件、使用方式、维护保养等。指标常见的可靠性指标包括：平均无故障时间（MTBF）、平均故障间隔时间（MTTR）、可靠度、可用度等。评估方法可以通过试验、分析和计算等方法来评估仪表的可靠性。仪表的校准和维护仪表的校准和维护是确保测量准确性的关键步骤。1定期校准根据使用频率和环境因素确定校准周期。2清洁维护定期清洁仪表，避免灰尘和污垢影响性能。3故障排除及时发现并处理仪表故障，避免测量误差累积。校准可以提高测量精度，延长仪表使用寿命。维护可以预防故障，确保仪表稳定运行。测量系统的构成传感器将被测量的物理量转换成电信号。信号处理单元对传感器输出的信号进行放大、滤波、转换等处理。显示单元将处理后的信号显示出来，方便人们观察和分析。数据处理单元对采集到的数据进行分析、存储和处理，并进行控制。测量系统的静态特性测量系统的静态特性是指在输入量稳定不变的情况下，输出量随时间变化的特性。它反映了测量系统对输入量的响应能力和稳定性。静态特性主要包括以下几个方面：1灵敏度灵敏度是指输出量变化量与输入量变化量的比值，反映了测量系统对输入量的敏感程度。2线性度线性度是指输出量与输入量之间的线性关系程度，反映了测量系统的误差随输入量的变化规律。3重复性重复性是指在相同条件下进行多次测量时，输出量之间的偏差，反映了测量系统的稳定性和可靠性。4迟滞迟滞是指输入量在正向和反向变化时，输出量之间的偏差，反映了测量系统的非线性程度。测量系统的动态特性测量系统的动态特性是指测量系统对时间变化的输入信号做出响应的能力。动态特性主要由时间常数、延迟时间和频率响应等参数描述。时间常数表示测量系统对阶跃输入信号的响应时间延迟时间表示测量系统对输入信号的响应延迟时间频率响应表示测量系统对不同频率输入信号的响应能力测量系统的误差分析系统误差由测量系统本身的缺陷引起，如仪器零点误差、刻度误差等。这些误差通常具有确定性，可以进行校正或补偿。随机误差由于环境因素、操作人员、仪器漂移等随机因素引起的误差。这些误差具有随机性，无法完全消除，只能通过统计方法进行分析和处理。测量信号的采集和预处理信号采集传感器将物理量转换为电信号，并将其发送到数据采集系统。信号放大放大弱信号以提高信噪比，确保信号的清晰度。信号滤波去除噪声和干扰，保证信号的纯净度，提高测量精度。信号转换将模拟信号转换为数字信号，方便存储、传输和处理。数据存储将处理后的数据存储在计算机或其他存储设备中，以便进一步分析。数据采集系统的设计传感器选择传感器应与被测参数相匹配，并具有较高的精度和可靠性。信号调理对传感器输出的信号进行放大、滤波、转换等处理，使其满足数据采集系统的要求。数据采集模块负责将模拟信号转换为数字信号，并存储到计算机中。软件系统提供数据采集、处理、分析、显示等功能，并可根据需要进行二次开发。控制系统测量的基本要求11.准确性测量结果要尽可能接近真实值，满足控制系统对精度的要求。22.实时性控制系统需要实时获取测量数据，才能做出及时的控制决策。33.可靠性测量系统要稳定可靠，能够长期准确地工作，避免故障导致控制系统失效。44.经济性测量系统要经济合理，性价比高，满足控制系统的性能要求，同时降低成本。温度测量的方法和仪表热电偶热电偶根据两种不同金属的接触点温度变化而产生电势差，用于测量高温。热敏电阻热敏电阻的电阻值随温度变化而改变，常用于测量较低温度。铂电阻铂电阻的电阻值随温度线性变化，精度高，常用于精密测量。红外温度计红外温度计利用物体发射的红外辐射测量温度，无需接触物体，适用于远距离测量。压力测量的方法和仪表压力传感器压力传感器将压力信号转换为电信号，实现压力测量。其种类多样，如电阻应变式、压电式、电容式等。压力计压力计是一种直接指示压力的仪表，利用弹性元件的形变来指示压力值。压力变送器压力变送器将压力信号转换为标准的电信号，方便与其他仪表或控制系统连接。流量测量的方法和仪表流量计类型流量计可分为机械式、差压式、电磁式、超声波式、涡街式等。每种类型都有其独特的原理和应用范围。应用领域流量测量应用广泛，包括工业生产、水资源管理、环境监测、能源管理等。测量精度不同流量计的测量精度差异较大，需根据实际需求选择合适的流量计。安装和维护流量计的安装和维护对测量精度和可靠性至关重要，需遵循相关规范和操作指南。液位测量的方法和仪表压力式液位计根据液体的压力变化，间接测量液位。适用于封闭容器。雷达式液位计利用雷达波的反射来测量液位，不受介质的影响。超声波液位计通过声波的传播时间来测量液位，精度较高。浮球式液位计浮球随液位变化而移动，通过机械连接显示液位。位置和速度测量的方法和仪表1位置测量方法利用传感器感知物体位置变化，例如超声波传感器，激光传感器，霍尔传感器。2位置测量仪表常见的仪表包括码盘，编码器，电位器，线性滑轨等，用于测量物体位置和移动距离。3速度测量方法使用传感器感知物体速度变化，包括电磁感应传感器，涡流传感器，光电式传感器等。4速度测量仪表常见仪表包括速度传感器，转速计，流量计，多普勒雷达等，测量物体的运动速度。测量技术在自动化中的应用测量技术是自动化系统中不可或缺的一部分，为控制系统提供准确的信息，确保生产过程的精确性和效率。测量技术应用于自动化系统中，包括控制、调节、检测和诊断等方面，例如，温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等。传感器技术的发展趋势智能化传感器向智能化方向发展，通过集成微处理器和人工智能算法，实现更复杂的功能和更高的精度。小型化随着微纳制造技术的进步，传感器尺寸不断缩小，满足了小型化和便携式设备的需求。网络化传感器联网技术不断发展，实现多个传感器之间的协同工作，形成传感器网络，提高测量效率和覆盖范围。柔性化柔性传感器可以适应不同形状和环境的测量需求，在可穿戴设备和医疗领域应用广泛。测量技术的未来发展智能化人工智能技术将融入测量系统，提高测量效率和精度。例如，智能传感器可以自动识别测量对象，并根据