1、测控技术概论1ppt课件联系方式：MAIL ： MXIANGZHONG163.COMTEL ： 13991216479办公室：2-228主讲教师简介2ppt课件学时：24起止周：1123ppt课件6 典型光电测控系统与仪器简介 1航空航天领域的测控技术2测绘领域的测控技术3工业领域的测控技术4军事装备领域的测控技术5测控技术与仪器的展望4ppt课件6 典型光电测控系统与仪器简介 6.3工业领域的测控技术汽车电子检测技术桥梁检测技术化工仪器仪表及控制系统电力仪器仪表及控制系统典型应用5ppt课件6 典型光电测控系统与仪器简介 6.3 工业领域的测控技术一、汽车电子检测技术1.虚拟现实技术在汽车工
2、业中的应用 虚拟现实技术，是近年发展起来的高级计算机技术，是建立在计算机图形学、仿真学、并行技术、人工智能、多媒体技术及高性能计算机系统等技术基础之上的。虚拟现实(Virtual Reality, VR)，是一种可以创造和体验虚拟世界的计算机系统。虚拟世界是全体虚拟环境或给定仿真对象的全体。而“虚拟环境”一般是指用计算机生成的有立体感的图形，它可以是一特定现实环境的表现，也可以是纯粹构想的世界。6ppt课件6 典型光电测控系统与仪器简介 6.3 工业领域的测控技术Virtual Reality一词最早是由美国VPL公司的创建人之一Jaron Lanier于20世纪80年代初正式提出来的，与传统
3、的“人机界面”相比，虚拟现实技术具有质的飞跃。传统的“人机界面”是将用户和计算机视为两个独立的实体，将界面视为信息交换的媒介，用户将要求或指令输入计算机内，计算机将信息或动作反馈出来。而虚拟现实技术则将用户和计算机视为一个整体，通过各种直观的工具将信息可视化，用户直接置身于这种三维信息空间中自由地操作和控制各种信息，由此成为信息的主人。 7ppt课件6 典型光电测控系统与仪器简介 6.3 工业领域的测控技术虚拟现实技术具有多感知性(Multi-Sensory)、交互性(Interaction)、沉浸感(Immersion)、自主性(Autonomy)四 个重要特征。沉浸感是指用户有“身临其境”
4、的感觉，而交互感是指用户可以用日常使用的方法对环境内物体进行操作。 对汽车工业而言，虚拟现实既是一个最新的技术开发方法，更是一个复杂的仿真工具，它旨在建立一种人工环境，人们可以在这中环境中以一种“自然”的方式从事驾驶、操作和设计等实时活动。并且虚拟现实技术也可以广泛用于汽车设计、试验和培训等方面。8ppt课件6 典型光电测控系统与仪器简介 6.3 工业领域的测控技术2.在产品设计中的应用借助虚拟现实技术建立的三维汽车模型，可显示汽车的悬挂、底盘、内饰直至每个焊点，设计者可确定每个部件的质量，了解各个部件的运行性能。这种三维模型准确性很高，汽车制造商可按得到的计算机数据直接进行大规模生产。美国通
5、用公司是全球汽车界最早利用虚拟现实技术的公司之一。它采用的虚拟现实软件具有3个图形流水线部件，可分别投影在设计师的左边、前面和地面上的大屏幕上，另外一台单独的桌面系统有时用做右面的第四面墙，设计师借助于该软件就能设计一辆惟妙惟肖的汽车。9ppt课件6 典型光电测控系统与仪器简介 6.3 工业领域的测控技术在福特汽车公司，产品设计师运用虚拟现实软件可以看到虚拟汽车车门及发动机罩的铰接，可以设想在驾驶室的座位上来解决人机工程和视野问题。也可以观察到汽车在乡村公路上奔跑的情景。同时，动力系统的工程师借助更换一个虚拟机油滤清器来模拟发动机的维护。美国威斯康星洲的一家汽车公司，用计算机软件设计了一辆时速
6、可达200英里、名为“扑食者”的轿车，该车是世界上第一辆不用图纸和黏土模型设计的汽车。“扑食者”在设计时先把整车分成若干部分，然后进行组装，即使各设计好的部分组装成了一辆完整的汽车，仍可以对其进行整体修改。10ppt课件6 典型光电测控系统与仪器简介 6.3 工业领域的测控技术在戴姆勒克莱斯勒公司耗资巨大的梅赛德斯汽车设计中心里，设计人员可在该中心提供的“虚拟现实中心”的虚拟环境中进行工作，车身设计师可以检查车体的线条和轮廓，检测车身表面的光洁度，分析汽车的空气动力学性能等。通用和戴姆勒克莱斯勒公司采用虚拟现实技术开发一种新车型的时间从1年以上缩短到两个月左右，开发成本最多可降到原先的十分之一
7、，而按常规，单单就车型开发时间看，新款汽车的设计，至少需1218个月。11ppt课件6 典型光电测控系统与仪器简介 6.3 工业领域的测控技术3.在汽车制造中的应用虚拟现实技术是虚拟制造系统的基础和灵魂，虚拟制造系统是由多学科知识形成的综合系统，是利用计算机支持技术对必须生产和制造的汽车进行全面建模和仿真，能够仿真非实际生产的材料和产品，同时产生有关它们的信息。也可以制定零件生产的机加工方案、拟定产品检验和试验步骤等。虚拟制造系统(Virtual Manufacturing System)由虚拟信息系统(Virtual Information System)和虚拟物理系统(Virtual Ph
8、ysical System)组成。12ppt课件6 典型光电测控系统与仪器简介 6.3 工业领域的测控技术虚拟信息系统也叫虚拟逻辑系统，用来模拟处理设计、管理、计划调度等制造活动中的信息；而虚拟物理系统是计算机对实际的加工车间，包括机床、材料、工人等进行建模，并在此模型的基础上进行仿真实际制造系统的制造过程。虚拟物理制造系统中的信息和实际的制造系统相一致，它是虚拟制造系统的关键。虚拟制造技术的应用涉及到汽车的整个生命周期，它可以在汽车生产设备、工装和模具，甚至样车的设计之前，很容易地生产系统和工艺过程进行建模、修改、分析及优化。13ppt课件6 典型光电测控系统与仪器简介 6.3 工业领域的测
9、控技术1997年，福特汽车公司就宣称，它已成为第一个采用计算机虚拟设计装配工艺的厂商。这些技术的采用可以极大地促进该公司更快地向市场推出新轿车、卡车。福特公司使用的是以色列Technomatix Technologies 公司所提供的软件。据报道，在美国通用汽车公司，汽车设计师可以利用虚拟现实原型技术精心进行测试，工作人员可以驾驶虚拟汽车在虚拟公路上行驶，以便检查汽车的各种功能，或坐在驾驶室中检查视野情况等。此外，虚拟制造系统还被应用到齿轮的并行设计和装配以及机器人的训练等地方。14ppt课件6 典型光电测控系统与仪器简介 6.3 工业领域的测控技术日产利用虚拟现实技术，模拟生产线上的过程，它
10、使用虚拟工具，虚拟机械手和虚拟雇员(穿着与日产汽车工人一样的蓝色制服)，利用数据库中已经存在的CAD信息模拟一种虚拟的生产线，使各生产过程中的不同问题呈现出来。例如：日产曾用虚拟现实软件“试线”，模拟从仪表板上拆除气囊组件，这时发现挡风玻璃碍事，总装线上的工人得窝着脖子干活，由于预先发现了这一问题，并得到了及时解决，避免了正式生产时的麻烦。15ppt课件6 典型光电测控系统与仪器简介 6.3 工业领域的测控技术4.在汽车试验中的应用虚拟试验技术作为虚拟制造技术的一个环节，在汽车空气动力学及汽车被动安全性研究中正得到越来越广泛的应用，汽车被动安全性研究包括车身抗撞性研究、碰撞生物力学研究以及乘员
11、约束系统和内饰件的研究。虚拟试验方法的核心是有限元法和多刚体动力学的数值方法，它通过一定的前后处理程序和数据转换模板，以CAD文件为输入，在计算机中模拟出与实际试验一样的环境。通过计算，得到试验报告。16ppt课件6 典型光电测控系统与仪器简介 6.3 工业领域的测控技术最初检验新型汽车性能的方法是：先在一辆样车上放置木偶，加速后让它与墙壁碰撞，再检测车身与木偶的受损程度，断定碰撞过程中，车与人的受力情形。这种方法，不仅存在着严重的误差，而且需先把样车做出来，费事费力。而采用虚拟试验方法，则只需先用木材、黏土或陶土做一辆汽车模型，在风洞中测定其空气动力学数据，再把模型扫描进虚拟环境系统，把它放
12、大成与真车一样的大小。通过虚拟环境系统模拟撞车，可以精确地把木偶的手或脚的受力情况反映出来，采用这个系统，可以减少约一半的设计费用及时间。17ppt课件6 典型光电测控系统与仪器简介 6.3 工业领域的测控技术汽车虚拟试验场举例：现代汽车对结构设计提出了越来越高的要求，汽车结构分析已不满足于结构线性弹性分析。实际上汽车结构系统中大量存在非线性结构，例如发动机、驾驶室橡胶支承等。 汽车整车性能，如舒适性、行驶操纵稳定性分析也不仅仅满足于结构刚性简化，还要求考虑结构变形刚度影响，进行整车非线性系统分析，以达到动态参数设计的目标。18ppt课件6 典型光电测控系统与仪器简介 6.3 工业领域的测控技
13、术1)分析对象不再是分开的各个零部件，而是包括车身FEM模型、悬挂系、转向梯形、车轮轮胎等整车非线性系统模型。这样，车身和悬挂系统与转向系统间难以明确的作用力关系已包含在分析模型之内。19ppt课件20ppt课件6 典型光电测控系统与仪器简介 6.3 工业领域的测控技术2)分析模型数据库化。众所周知，计算模型建模工作量是很大的。但是，除车身模型是车型分析时必须建立的模型，悬挂结构、转向机构和轮胎是完全可以实现数据库化的。这是因为，这些结构对轿车来说，结构形式基本可以归纳成几种基本类型和数量有限的几个参数来描述。用户只需选择结构类型，给出参数即可产生计算模型。另外，还提供对Adams接口，导入兼
14、容的Adams悬架模型。21ppt课件6 典型光电测控系统与仪器简介 6.3 工业领域的测控技术22ppt课件6 典型光电测控系统与仪器简介 6.3 工业领域的测控技术二、桥梁检测技术1.桥梁结构检查的重要性 桥梁结构的使用性能及耐久年限，主要由设计、施工和所用材料的质量等诸多因素共同确定。由于设计、施工和材料可能存在某些缺陷，而这些缺陷会使桥梁结构先天存在着某些薄弱之处。此外，桥梁在营运使用中又会受到不可避免的人为损伤及各种大自然侵蚀，带来后天病害。先天缺陷和后天病害的不利影响往往会结合在一起，如果再遇上荷载和外力的临界组合，则很容易使桥梁发生不可预见的损坏。23ppt课件6 典型光电测控系
15、统与仪器简介 6.3 工业领域的测控技术桥梁结构中的一处或几处局部损坏又可能产生连锁反应，波及到更多的位置，发展成更大的损坏，乃至危及桥梁的安全。所以，确保建成的桥梁保持良好的运营状态和正常的使用功能，当务之急是及时发现早期病害，在尚未出现更大的损伤之前维修养护，以控制病害发展或把病害清除，而要达到此目的，就必须对桥梁进行检查。桥梁结构的检查是保证桥梁正常使用、进行维修加固的重要依据。检查桥梁结构的目的在于随时掌握结构的技术状况和安全状态，总结设计、施工、使用和维修的经验和教训，鉴定现有桥梁的承载力和通过能力，指导对桥梁的正确使用、管理和维修。24ppt课件6 典型光电测控系统与仪器简介 6.
16、3 工业领域的测控技术2007年6月15日上午5时许，广东，325国道九江大桥被一艘运输船撞击桥墩，造成200多米桥面坍塌 。25ppt课件6 典型光电测控系统与仪器简介 6.3 工业领域的测控技术2010年1月5日巴西南部南里奥格兰德州雅库伊河上桥梁垮塌，10名行人在近河岸处落水，其中2人获救，另外8人被河水冲走。26ppt课件6 典型光电测控系统与仪器简介 6.3 工业领域的测控技术2010年7月2日山西吕梁市兴县忻黑公路九龙湾大桥(1号桥)发生垮塌，致使陕、晋、蒙运煤大道忻黑县段全线封闭禁止通行，逼使过往车辆绕道通行。27ppt课件6 典型光电测控系统与仪器简介 6.3 工业领域的测控技
17、术桥梁试验的意义掌握桥梁结构在试验荷载作用下的实际工作状态，判定桥梁结构的承载能力和使用条件，检验设计与施工质量。研究结构的受力行为，探索结构应力、应变的内在规律，为设计施工服务。28ppt课件6 典型光电测控系统与仪器简介 6.3 工业领域的测控技术 桥面结构的检测用于预测桥面病害的一般方法是：测量氯化物含量和电势，并进行肉眼观测。但此种方法既费时间，又妨碍交通，而且更遗憾的是，这种方法不能就沥青桥面铺装的整个病害情况提供准确数据。因为该方法只把注意力集中在由于腐蚀而导致的顶面钢筋保护层的层裂上，而忽视了由于冻融循环造成的沥青铺装层下的混凝土裂崩的检测。新的技术手段是使用雷达、红外热象仪、激
18、光光学、超声波，可在仅仅一天之内就能准确地测量成百上千公里路面或几十座桥的桥面。29ppt课件6 典型光电测控系统与仪器简介 6.3 工业领域的测控技术 桥梁结构体系的监测 一般用于结构监测的传统传感器，其测量能力只局限于逐点检测，当临界断面检测得不准确时，其效果就会很不理想。当需要对大型结构，如桥梁的状况进行评估时，具有大面积检测能力的传感器就显得尤为重要。任何监测系统都必须具备在较长时期内提供可靠、精确和长期的检测结果，这样才能保证结构处于高度的安全状态。安装了这种监测系统,就可以较早地发现结构存在的任何问题，以便采取必要的修复措施，从而保证结构使用的连续安全性，使结构的性能得到最佳利用，
19、并减少使用费用。30ppt课件6 典型光电测控系统与仪器简介 6.3 工业领域的测控技术一种用于混凝土桥梁结构的监测的新技术是光纤传感器技术。它运用了光纤的两个特性来实现动态测量：1、光损矢量的测量，即利用纤维某些局部产生微小弯曲后所产生光矢量变化的效应原理。通过比较传感器在拉紧和放松状态下其出射光的密度，就可以确定入射光在整个传感器中所发生的变化，称为“股绞光纤传感器”。2、光传输时间原理，即：光沿传感器到达反射镜，再反射回到光源处的传输时间。利用光损法和光传输时间原理可以制成许多传感器，例如，裂缝宽度传感器和光能转换器。31ppt课件6 典型光电测控系统与仪器简介 6.3 工业领域的测控技
20、术 钢桥结构的监测美国联邦公路局开发的无线电桥梁检测和评估系统，是一个便携的、电池供电、使用无线电遥控技术的数据收集系统。它非常像一个数字式多分支的电话网络，用以收集数据并传递到一个笔记本电脑上。这种特殊的无线电网络对静电和障碍物是“免疫”的(静电和障碍物对这种特殊的无线电网络没有影响)。除了收集数据之外，每个模块充当了地区无线电网络中无线电波上的一个结点。这对于钢桥是十分重要的，钢桥在长度上往往大于1.6公里，而较长的桥上往往有大量的电磁干扰和复合反射，用这种技术可以迅速地测量出一座钢桥上每个有疲劳倾向的部位、破损及危险的部位，或者探测出桥梁在车载和风载作用下的工作状况。32ppt课件6 典
21、型光电测控系统与仪器简介 6.3 工业领域的测控技术 桥梁基础的监测桥梁结构水面或地面以上部分的材料状况和整体性能状况的检测及评价方法与上部结构类似。水面或地面以下基础状况的诊断，对于明显的病害，一般只能通过观测墩台的沉降、倾斜、位移和裂缝等变形状况来分析判断。对已建桥梁结构基础沉降观测，有的采用激光系统和连通管水平测量装置。在基础不均匀沉降引起的倾斜测量中，采用水准式、摆式倾斜仪和各种电测的测斜仪。在法国，将侧向超声波测位仪安装在船上曳引，检测桥梁结构物的浸水部分，能获得水下结构的双向图像。用来检查桥墩、板桩、基础冲刷、填石和石笼的范围与位移状况，以及绘制河床或海底图。美国的马萨诸塞洲，采用
22、贯入地面雷达检测桥台的外形及其稳定性,检测结果用图形显示。33ppt课件6 典型光电测控系统与仪器简介 6.3 工业领域的测控技术 智能型支座智能支座能通过支座上活载和恒载的分布，发现并判断出桥梁结构体系的工作状况。因为，如果结构构件的强度因遭受断裂、冲击或其他影响而有明显变化时，也会使支座上的荷载分布发生改变。智能支座可以“感受到”桥梁的破坏。34ppt课件6 典型光电测控系统与仪器简介 6.3 工业领域的测控技术 其他新技术在世界上许多地方，对整座桥梁状况的监测技术已经发展到在大型结构物上安装系列大规模的监测系统。例如，横跨特拉华连接宾夕法尼亚和新泽西的巴里桥上就已经安装并运行着这样的一个
23、系统。尽管这种方法很有前途，但这种技术的全部潜在可能尚没有被完全发现或肯定，并且其重要的部分仍处于研究阶段。这种系统的传感器网络传递出的大量数据信息，由计算机进行收集、储存、分析、检索等，然后提供检测信息。事实已经证明，该系统所提供的信息是非常有用的。例如，这些系统检测到了未曾预料到的受弯构件由于暴露在阳光下，所受光照辐射程度不同而产生的弯起，并且确定了弯起量的大小。35ppt课件6 典型光电测控系统与仪器简介 6.3 工业领域的测控技术对桥梁结构的承载能力的“非侵入式”检测也是桥梁工程界的迫切需求。美国联邦公路局为此将激光检测系统用于检测桥梁的承载能力。这套系统由一个电脑控制的反射器将红外线
24、的激光束瞄准桥梁上的某点。当激光检测到桥梁结构上的某个点，系统就会马上给出该点相对于当地坐标系统的三维坐标。仅几分钟的时间内，系统可以测量桥结构上不同的点几百次。它对目标没有特别的规定，在普通钢材、混凝土和木材表面上都可以很好的工作。利用这个系统，可以迅速地测量出大型卡车作用在桥上使其产生的三维变形。这个系统还可以用于迅速确定桥上每一部分对应先前检查的位移情况，结果可以精确到毫米。该系统还能探测到沉降或预应力损失。36ppt课件6 典型光电测控系统与仪器简介 6.3 工业领域的测控技术三、几种检测方法介绍. 反射波法)基本原理： 在桩顶进行竖向激振，弹性波沿着桩身向下传播，当桩身存在明显的波阻
25、抗界面(如断桩和严重离析等部位)或桩身截面积变化(如缩径或扩径)部位，将产生反射波。经接收、放大和数据处理分析，可识别来自桩身不同部位的反射信息，据此计算桩身波速，判断桩身完整性和砼强度等级估计。37ppt课件6 典型光电测控系统与仪器简介 6.3 工业领域的测控技术 ) 仪器设备及要求：仪器宜由传感器和放大、滤波、记录、处理、监测系统以及激振设备和专用附件组成。传感器用宽频带的速度型或加速度型传感器。速度型传感器灵敏度应大于300mV/cm/s，加速度型传感器灵敏度应大于100mV/g。放大系统的增益应大于60dB，长期变化量应小于1%。折合输入端的噪声水平应低于3V。频带宽度应不窄于101
26、000Hz，滤波频率可调整。模/数转换器的位数不应小于8bit。采样时间宜为501000s，可分数档调整。多道采集系统应具有一致性，其振幅偏差应小于3%，相位偏差应小于0.1ms。38ppt课件6 典型光电测控系统与仪器简介 6.3 工业领域的测控技术3) 实测曲线判读解释的基本方法(1) 缺陷存在可能性判读：桩底反射明显，一般表明桩身完整性好，或缺陷轻微、规模小。另外，还可通过换算桩身平均纵波速来评价桩身是否有缺陷及严重程度。(2) 多次反射及多层反射问题多次反射：即缺陷反射波在桩顶面与缺陷面间来回反射，其主要特征是反射波至时间成倍增加，反射波能量有规律的衰减。多层反射：往往是杂乱的，不具有
27、上述规律性。39ppt课件6 典型光电测控系统与仪器简介 6.3 工业领域的测控技术4) 影响基桩质量检测波形的因素分析(1) 露出桩头的钢筋对波形的影响:这是因为在桩头激振时，钢筋所产生的回声极易被检波器接收。(用砂子围住检波器)(2) 桩头破损对波形的影响:由于桩头破损，这将使弹性波能量很快衰减，从而削弱桩间及桩底反射信息，影响了波形的识别。40ppt课件6 典型光电测控系统与仪器简介 6.3 工业领域的测控技术. 机械阻抗法(瞬态与稳态) 1)基本概念机械阻抗：即机械系统受到动力激励后，激励力(F)与其所产生的振动响应(X)之间的比值。Z=F/X机械导纳： 则是其机械阻抗的倒数。 N=X
28、/F机械阻抗法：即是通过分析其机械阻抗或导纳，从而求出此结构的动力特性参数模态参数，包括固有频率、振型、模态质量、模态刚度和模态阻尼。41ppt课件6 典型光电测控系统与仪器简介 6.3 工业领域的测控技术机械阻抗法检验桩完整性和承载力的实质：即利用低频激振时出现的桩作刚体运动时阻抗函数或导纳函数作为估算基桩承载力的依据，利用高频激振时出现的桩身波时的阻抗函数或导纳函数作为判断基桩完整性的依据。2) 基本原理：在桩基检测中，它通过测定施加于基桩的激励信号和桩在该激励下产生的动态响应来识别桩的动力特性，通过对桩的动态特性分析计算，可估计桩身砼缺陷类型及其在桩身中的部位亦可推算单桩的承载力。42p
29、pt课件6 典型光电测控系统与仪器简介 6.3 工业领域的测控技术. 声波透射法1) 基本原理： 在桩内预埋若干根声测管作为检测通道，将超声脉冲径向发射换能器和径向接收换能器置于声测管中，并以管中充满清水作为耦合剂。检测时，超声脉冲穿过两声测管之间的砼，随着两换能器沿桩的纵轴方向同步升降，使超声脉冲扫过桩的纵剖面，从而得到各项参数沿桩的纵剖面变化的数据。通过数据处理及对所接收信号进行分析，按声时深度曲线相邻测点的斜率及相邻两点声时差值的乘积作为缺陷的判据，并对桩身砼强度等级作出估计。耦合：物理学上是指两个或两个以上体系或运动之间相互影响以至联合的现象。43ppt课件6 典型光电测控系统与仪器简
30、介 6.3 工业领域的测控技术2) 检测仪器换能器应采用柱状径向振动的换能器。其共振频率宜为2550kHz，长度宜为20cm，换能器宜装有前置放大器，前置放大器的频带宽度宜为550kHz。换能器的水密性应满足在1MPa水压下不漏水。发射换能器的长度，频带宽度及水密性能与接收换能器的要求相同。声波检测仪器的技术性能应符合以下规定：(1)接收放大系统的频带宽度宜为550kHz，增益应大于100dB，并应带有060(或80)dB的衰减器，其分辨率应为1dB，衰减器的误差应小于1dB，其档间误差应小于1%。44ppt课件6 典型光电测控系统与仪器简介 6.3 工业领域的测控技术(2)发射系统应输出25
31、01000V的脉冲电压，其波形可为阶跃脉冲或矩形脉冲。(3)显示系统应同时显示接收波形和声波传播时间，其显示时间范围应大于2000s，计时精度应大于1s。) 判断桩内缺陷的基本物理量(1) 声时值； (2) 波幅(或衰减)；(3) 接收信号的频率变化； (4) 接收波形的崎变。45ppt课件6 典型光电测控系统与仪器简介 6.3 工业领域的测控技术三、化工仪器仪表及控制系统1.化工自动化仪表的分类 按仪表所使用的能源：分为气动仪表、电动仪表和液动仪表(很少见)；按仪表组合形式：基地式仪表，将测量、显示、控制等各部分集中组装在一个表壳里，从而形成一个整体，并且可就地安装的的一类仪表；单元组合仪表
32、，以统一的标准信号，将对参数的测量、变送、显示及控制等各种能够独立工作的单元仪表(简称单元，例如变送单元、显示单元、控制单元等)相互联系而组合起来的一种仪表；综合控制装置。46ppt课件6 典型光电测控系统与仪器简介 6.3 工业领域的测控技术按仪表安装形式：可以分为现场仪表、盘装仪表和架装仪表(架装仪表是针对常规仪表的盘装表而言，不需要操作的仪表就装成架装仪表，需要操作的安装成盘装仪表)；根据仪表信号形式：可分为模拟仪表和数字仪表等。化工自动化控制仪表，主要特点是采用先进的微电脑芯片及技术，减小了体积，并提高了可靠性及抗干扰性能。实现真正的以逸待劳的目的。47ppt课件6 典型光电测控系统与
33、仪器简介 6.3 工业领域的测控技术仪表有了可编程功能 计算机的软件进入仪表，可以代替大量的硬件逻辑电路，这叫硬件软化。特别是在控制电路中应用一些接口芯片的位控特性进行一个复杂功能的控制，其软件编程很简单(即可以用存储控制程序代替以往的顺序控制)。而如果带之以硬件，就需要一大套控制和定时电路。所以软件移植入仪器仪表可以大大简化硬件的结构，代替常规的逻辑电路。48ppt课件6 典型光电测控系统与仪器简介 6.3 工业领域的测控技术仪表有了记忆功能 以往的仪表采用组合逻辑电路和时序电路，只能在某一时刻记忆一些简单状态。但微机引入仪表后，随机存储器可以记忆前一状态信息，只要通电，就可以一直保存记忆，
34、并且可以同时记忆许多状态信息，然后进行重现或处理。仪表有了计算功能 由于自动化仪表内含微型计算机，因此可以进行许多复杂的计算，并且具有很高的精度。在自动化仪表中可经常进行诸如乘除一个常数、确定极大和极小值、被测量的给定极限检测等多方面的运算和比较。49ppt课件6 典型光电测控系统与仪器简介 6.3 工业领域的测控技术仪表有了数据处理的功能 在测量中常常会遇到线性化处理、自检自校、测量值与工程值的转换以及抗干扰问题。由于有了微处理器和软件,这些都可以很方便的用软件来处理,一方面大大减轻了硬件的负担,又增加了丰富的处理功能。自动化仪表也完全可以进行检索、优化等工作。50ppt课件6 典型光电测控
35、系统与仪器简介 6.3 工业领域的测控技术2.压力测量仪表弹性式压力计原理：弹性元件在被测介质压力作用下会产生弹性变形。特点及适用场合：结构简单，价格便宜、测压范围宽，测量精度也比较高，在生产过程中获得了最广泛的应用。电气式压力计原理：把压力转换为电阻、电容、电感或电势等电量，从而实现压力的间接测量。特点及适用场合：反应较快，测量范围较广、精度可达0.2，便于远距离传送。所以在生产过程中可以实现压力自动检测、自动控制和报警，适用于测量压力变化快、脉动压力、高真空和超高压的场合。51ppt课件6 典型光电测控系统与仪器简介 6.3 工业领域的测控技术智能型压力变送器 高可靠性的微控制器及高精度温
36、度补偿； 将被测介质的压力信号转换成420mADC标准信号叠加HART数字信号； 支持现场总线基于现场控制； 具有完整的自诊断功能和通讯功能； 零点自动迁移，零点量程外部可调； 通过手持器和PC机可实现远程管理。52ppt课件6 典型光电测控系统与仪器简介 6.3 工业领域的测控技术3.流量测量仪表流量：指单位时间内流过管道某一截面的流体的体积，即瞬时流量。流量表示方法： 体积流量Q-单位时间内通过管道某一截面的物料体积(m3/h) 质量流量M-单位时间内通过管道某一截面物料的质量(kg/h)53ppt课件6 典型光电测控系统与仪器简介 6.3 工业领域的测控技术差压式流量计测量原理：在气体的
37、流动管道上装有一个节流装置，其内装有一个孔板，中心开有一个圆孔，其孔径比管道内径小，气体流过孔板时由于孔径变小，截面积收缩，使稳定流动状态被打乱，因而流速将发生变化，速度加快，气体的静压随之降低，于是在孔板前后产生压力降落，即差压(孔板前截面大的地方压力大，通过孔板截面小的地方压力小)。差压的大小和气体流量有确定的数值关系，即流量大时，差压就大，流量小时，差压就小。流量与差压的平方根成正比。54ppt课件6 典型光电测控系统与仪器简介 6.3 工业领域的测控技术1-节流元件；2-引压管路；3-三阀组；4-差压计流量孔板一体化差压式流量计55ppt课件6 典型光电测控系统与仪器简介 6.3 工业
38、领域的测控技术转子流量计又称浮子流量计，是变面积式流量计的一种，在一根由下向上扩大的垂直锥管中，圆形横截面的浮子的重力是由液体动力承受的，浮子可以在锥管内自由地上升和下降。在流速和浮力作用下上下运动，与浮子重量平衡后，通过磁耦合传到与刻度盘指示流量。一般分为玻璃和金属转子流量计。金属转子流量计是工业上最常用的，对于小管径腐蚀性介质通常用玻璃材质，由于玻璃材质的本身易碎性，关键的控制点也有用全钛材等贵重金属为材质的转子流量计。56ppt课件6 典型光电测控系统与仪器简介 6.3 工业领域的测控技术玻璃管转子流量计金属管转子流量计57ppt课件6 典型光电测控系统与仪器简介 6.3 工业领域的测控
39、技术4.物位测量仪表测量液态和粉粒状材料的液面和装载高度的工业自动化仪表。测量块状、颗粒状和粉料等固体物料堆积高度，或表面位置的仪表称为料位计；测量罐、塔和槽等容器内液体高度，或液面位置的仪表称为液位计，又称液面计；测量容器中两种互不溶解液体或固体与液体相界面位置的仪表称为相界面计。物位测量仪表的种类很多，常用的有直读式液位计、差压式物位仪表、浮力式液位计、电容式物位仪表、声波式物位仪表和核辐射物位仪表。此外，还有电触点式、翻板式和机械叶轮探测式等物位测量仪表。58ppt课件6 典型光电测控系统与仪器简介 6.3 工业领域的测控技术电容式物位传感器工作原理：把物位的变化变换成相应电容量的变化，
40、通过测量电容量的变化得到物位变化。电容式物位仪表用于测量导电、非导电液体或固体物料的液位、料位或相界面位置，可供连续测量和定点监控之用。59ppt课件6 典型光电测控系统与仪器简介 6.3 工业领域的测控技术声波式物位仪表一般分为利用声波阻断原理和利用声波反射原理两类。声波阻断式物位仪表在物位升高而阻断从发射换能器到接收换能器的声束时，接受换能器接受到的声能会产生突变，并发出突变的开关信号；声波反射物位仪表是根据声波从发射换能器到液面或料面，再从这一表面反射回到接收换能器的时间间隔，来测出物位的。60ppt课件6 典型光电测控系统与仪器简介 6.3 工业领域的测控技术61ppt课件6 典型光电
41、测控系统与仪器简介 6.3 工业领域的测控技术5.温度检测仪表温度检测方法有两种：接触式测量：即通过测量体与被测介质的接触来测量物体的温度。特点：简单、可靠、测量精度较高。但由于要达到热平衡，因而产生了滞后，而且可能与被测介质产生化学反应。不能应用于很高温度的测量。非接触式测量：即通过接收被测物体发出的辐射热来判断温度。特点：其测温范围很广，其测温上限原则上不受限制；测温速度比较快，而且可以对运动体进行测量，但一般测温误差较大。62ppt课件6 典型光电测控系统与仪器简介 6.3 工业领域的测控技术热电偶温度计测温原理：是利用热电偶的热电效应来测量温度的。热电效应：将任意两种不同的导体A、B组
42、成一个闭合回路，只要其连接点l、2温度不同，在回路中就产生热电动势的现象。63ppt课件6 典型光电测控系统与仪器简介 6.3 工业领域的测控技术热电阻温度计测温原理：是基于金属导体或半导体的电阻会随温度的变化而变化的特性。因此只要测出感温元件热电阻的阻值变化，就可测得被测温度。特点：测量精度高，在测量500以下温度时，它的输出信号比热电偶大得多，性能稳定，灵敏度高。另外热电阻温度计的输出是电信号，便于远传，同时又不需要冷端温度补偿。所以在中低温(200650)测量中得到了广泛的应用。64ppt课件6 典型光电测控系统与仪器简介 6.3 工业领域的测控技术6.自动成份分析仪表自动成份分析仪表分
43、类按原理分类: 1. 热导式; 2. 热磁式; 3.磁压式; 4. 磁机械式; 5. 氧化锆式; 6.电化学式;7.红外线; 8.工业酸度计; 9.工业电导仪; 10.溶解氧；11.密度计; 12.有毒气体报警器; 13.色谱仪;14.质谱仪。按测量介质分类：1.气体分析；2.液体分析。自动成份分析仪表组成：被测介质采样处理单元；组分的解析与分离单元；检测器和传感器；信号处理单元；信号显示单元；数据处理及数据库。65ppt课件6 典型光电测控系统与仪器简介 6.3 工业领域的测控技术7.红外线气体分析仪红外分析仪通常使用的红外线波长范围为210m(紫外线分析波长180-330nm)，红外线分析
44、仪只能对各组分气体中的某一种成分进行分析。工作原理：根据某些气体对特定波长的红外辐射有选择吸收，且吸收程度与被测气体浓度有关，用于连续测定气体的相对浓度。被测气体经一定波长红外线照射后，会吸收掉一部分红外线能量E,只有通过物质的红外光线的频率与物质分子本身的特定频率相同，这种分子才能吸收红外光线的辐射能。66ppt课件6 典型光电测控系统与仪器简介 6.3 工业领域的测控技术特点：1.能测量多种气体：可分析CO、CO2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6、SO2、NH3等近三十种气体。红外线分析仪不能分析单原子(惰性气体)和双原子气体(氢、氧、氮等)；2.测量范围宽：上限可到100%下限可到
45、几个ppm；3.灵敏度高；4.测量精度高；5.反应快：一般在10秒内；6.有良好的选着性。67ppt课件6 典型光电测控系统与仪器简介 6.3 工业领域的测控技术特点：1.能测量多种气体：可分析CO、CO2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6、SO2、NH3等近三十种气体。红外线分析仪不能分析单原子(惰性气体)和双原子气体(氢、氧、氮等)；2.测量范围宽：上限可到100%下限可到几个ppm；3.灵敏度高；4.测量精度高；5.反应快：一般在10秒内；6.有良好的选着性。68ppt课件6 典型光电测控系统与仪器简介 6.3 工业领域的测控技术8.氧含量分析仪在化学工业中，氧气是直接参与反应的物质
46、，其含量必须控制在特定界限内。在很多情况下，氧含量是很难检测的，低氧量更难准确确定。工业生产中应用氧分析仪越来越广泛。各种原理的氧分析仪都有其应用的局限性。按工作原理分类：1.磁力机械式氧分析；2.磁性压力式氧分析仪；3.热磁式氧分析仪；4.氧化锆式氧分析仪；5.电化学原电池式氧分析仪；6.新型燃料电池传感器氧分析仪。69ppt课件6 典型光电测控系统与仪器简介 6.3 工业领域的测控技术四、电力仪器仪表及控制系统1.电气试验的作用和意义电力系统包括众多的电气设备，有些电气设备的故障甚至会威胁到整个系统的安全供电。实践证明，对电气设备按规定开展检测试验工作，是防患于未然，保证电力系统安全，经济
47、运行的重要措施之一。“预防性试验”由此得名。 由于电力设备在设计和制造过程中，不免存在一些质量问题，而且在安装过程中也可能出现损坏，由此将造成一些潜伏性缺陷。电力设备在运行中经常处于热，化学，机械振动以及其他因素的影响，其绝缘易出现劣化，甚至失去绝缘性能，造成事故。70ppt课件6 典型光电测控系统与仪器简介 6.3 工业领域的测控技术2.继电保护装置的结构及原理定义：一个或多个保护元件(如继电器)和逻辑元件按要求组配在一起、并完成电力系统中某项特定保护功能的装置。继电保护主要是利用电力系统中元件发生短路或异常情况时的电气量(电流、电压、功率、频率等)的变化构成继电保护动作的原理，还有其他的物
48、理量，如变压器油箱内故障时伴随产生的大量瓦斯和油流速度的增大或油压强度的增高。大多数情况下，不管反应哪种物理量，继电保护装置都包括测量部分(和定值调整部分)、逻辑部分、执行部分。71ppt课件6 典型光电测控系统与仪器简介 6.3 工业领域的测控技术继电保护装置的任务 、监视电力系统的正常运行，当被保护的电力系统元件发生故障时，应该由该元件的继电保护装置迅速准确地给脱离故障元件最近的断路器发出跳闸命令，使故障元件及时从电力系统中断开，以最大限度地减少对电力系统元件本身的损坏，降低对电力系统安全供电的影响。当系统和设备发生的故障足以损坏设备或危及电网安全时，继电保护装置能最大限度地减少对电力系统
49、元件本身的损坏，降低对电力系统安全供电的影响。(如：单相接地、变压器轻、重瓦斯信号、变压器温升过高等)。72ppt课件6 典型光电测控系统与仪器简介 6.3 工业领域的测控技术、反应电气设备的不正常工作情况，并根据不正常工作情况和设备运行维护条件的不同发出信号，提示值班员迅速采取措施，使之尽快恢复正常，或由装置自动地进行调整，或将那些继续运行会引起事故的电气设备予以切除。反应不正常工作情况的继电保护装置允许带一定的延时动作。 、实现电力系统的自动化和远程操作，以及工业生产的自动控制。如：自动重合闸、备用电源自动投入、遥控、遥测等。73ppt课件6 典型光电测控系统与仪器简介 6.3 工业领域的
50、测控技术微机综保装置的结构组成74ppt课件6 典型光电测控系统与仪器简介 6.3 工业领域的测控技术微机综保装置的简化结构E2PROMCPURAMAI(模拟量输入)DI(数字量输入)按键液晶显示指示灯通讯DO(数字量输出)75ppt课件6 典型光电测控系统与仪器简介 6.3 工业领域的测控技术CPU(中央处理单元)八位单片机、十六位单片机双CPU结构：保护CPU、通讯CPUDSP(digital signal processor)芯片E2PROM存放定值及事件记录DI(数字量输入)只有两种状态的输入，开关分合状态(或分或合) 刀闸位置状态(或分或合) 弹簧储能情况(或储能或未储能) 远方/就
