1、自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社自动检测技术自动检测技术南华南华大学大学 电气工程学院电气工程学院自动化教研室自动化教研室课程安排自动检测技术是自动化专业一门专业基础课专业基础课，是一门必选课，它是后续课程的重要基础，主要讲述工业参数的自动检测技术。本课程的前修课程前修课程：电路原理电路原理、大学物理大学物理、模模拟电子技术拟电子技术总学时总学时：48学时，理论课36学时，实验12学时 使用教材使用教材：自动检测技术及仪表控制系统，张毅等，化学工业出版社，主要学习本书的前二篇。主要参考书主要参考书：自动检测技术与装置张宏健 化工出版社 检测及转换技术常健生机械工业出版社自动检测
2、技术吴训一机械工业出版社本本课程的课程的主要内容主要内容：自动检测的基本概念和理论：包括常用的基本概念和误差理论、自动检测的基本概念和理论：包括常用的基本概念和误差理论、测量方法等。（教材的第一篇测量方法等。（教材的第一篇）常用工业参数的自动检测技术：常用工业参数有常用工业参数的自动检测技术：常用工业参数有温度温度t t、压力压力P P、流量流量q q、液位液位L L和成分、物性和成分、物性等。主要学习测量这些参数的转换元件、等。主要学习测量这些参数的转换元件、检测仪表、检测系统及其设计等内容。不同的参数，不同的检测方检测仪表、检测系统及其设计等内容。不同的参数，不同的检测方法有对应的检测仪表
3、。（教材第二篇）法有对应的检测仪表。（教材第二篇）举例举例：1、电冰箱温控系统。需检测的物理量：温度、电冰箱温控系统。需检测的物理量：温度-(热电阻热电阻,热电偶测温热电偶测温)2、锅炉系统。包括有蒸汽出口温度、炉膛内压力、锅炉水位等参、锅炉系统。包括有蒸汽出口温度、炉膛内压力、锅炉水位等参数的检测和控制。数的检测和控制。TTLTPT冷水冷水蒸汽蒸汽自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社1 绪论绪论1.1 检测仪表控制系统1.2 基本概念1.3 检测仪表技术发展趋势自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社1.1.1 典型检测仪表控制系统典型检测仪表控制系统v 以天然气为原料生
4、产合成氨压力调节（PC），流量调节（FC），液位调节（LC）脱硫塔控制流程脱硫塔控制流程流量系统结构框图流量系统结构框图自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社1.1.2 检测仪表控制系统结构分析检测仪表控制系统结构分析 核心：被控（被测）对象 基础：检测单元 处理：变送，显示，调节，执行典型工业检测仪表控制系统结构图典型工业检测仪表控制系统结构图自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社汽车中的传感器汽车中的传感器 自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社 能将温度转换为电压
5、的传感器能将温度转换为电压的传感器热电偶热电偶ABTT0T0自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社电动机电动机转速测量转速测量自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社 安装有直线光栅的数控机床加工实况安装有直线光栅的数控机床加工实况 防护罩内为直线光栅防护罩内为直线光栅光栅扫描头光栅扫描头被加工工件被加工工件切削刀具切削刀具角编码器安角编码器安装在夹具的装在夹具的端部端部自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社1.2.1 测量范围、上下限及量程测量范围、上下限及量程v 测量范围：仪器按照规定的精度进行测量的被测变量 的范围v 测量下限：测量范围的最小值v 测量上限：测
6、量范围的最大值v 量程：量程=测量上限值-测量下限值v 例：某温度测量仪表的下限值是-50，上限值为150，则其测量范围可表示为-50150，量程为200自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社1.2.2 零点迁移和量程迁移零点迁移和量程迁移v 在实际使用中，由于测量要求或测量条件的变化，需要改变仪表的零点或量程。X：被测变量值相对于量程的百分数Y：仪表指针位移或转角相对于标尺长度的百分数零点迁移和量程迁移示意零点迁移和量程迁移示意自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社1.2.3 灵敏度和分辨率、线性度灵敏度和分辨率、线性度v 灵敏度：被测参数改变时，经过足够时间仪表指示值达
7、到稳定状态后，仪表输出变化量与引起此变化的输入变化量之比v 灵敏度的量纲由U和Y确定v 注意与分辨率的区别v 分辨率是灵敏度的一种反映，表示仪表输出能响应和分辨的最小输入量，又称灵敏限YU灵敏度自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社灵敏度灵敏度和和分辨率分辨率灵敏度灵敏度是指在稳态下输出量变化和引起此变化的输入量变化的比值。是指在稳态下输出量变化和引起此变化的输入量变化的比值。dxdysxys或：s是输入输出特性曲线的斜率，或者说等于仪表的放大倍数。是输入输出特性曲线的斜率，或者说等于仪表的放大倍数。对于多环节：对于多环节：s1s2s3xyy1y2xsxsssyssss321321提
8、高灵敏度，可以获得较高测量精度；但灵敏度愈高，稳定性愈提高灵敏度，可以获得较高测量精度；但灵敏度愈高，稳定性愈差，测量范围愈窄。差，测量范围愈窄。自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社分辨率分辨率：指检测仪表能够精确检测出被测量的最小变化的能力。：指检测仪表能够精确检测出被测量的最小变化的能力。灵敏度愈高，分辨率愈好。灵敏度愈高，分辨率愈好。模拟式仪表分辨率规定为最小刻度分格值的一半；模拟式仪表分辨率规定为最小刻度分格值的一半；数字式仪表分辨率规定为最后一位的一个字。数字式仪表分辨率规定为最后一位的一个字。举例：举例：10mA模拟电流表模拟电流表 数字万用表，数字万用表，200mV,
9、2V,20V 3位半、位半、4位半位半自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社(1)(1)线性度线性度指传感器输出与输入之间的线性程度。指传感器输出与输入之间的线性程度。具有线性输出具有线性输出输入关系的输入关系的优点优点：v可大大简化传感器的理论分析和设计计算；可大大简化传感器的理论分析和设计计算；v传感器的标定、数据处理很方便；传感器的标定、数据处理很方便；v仪表刻度盘可均匀刻度，制作、安装、调试容易；仪表刻度盘可均匀刻度，制作、安装、调试容易；v避免了非线性补偿环节。避免了非线性补偿环节。传感器的输出输入关系或多或少地存在非线性。传感器的输出输入关系或多或少地存在非线性。自动检测
10、技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社理想的线性特性：理想的线性特性：y=sx 静态特性曲线可实际测试获得。在获得特性曲线之后，可以静态特性曲线可实际测试获得。在获得特性曲线之后，可以说问题已经得到解决。说问题已经得到解决。但是为了标定和数据处理的方便，希但是为了标定和数据处理的方便，希望得到线性关系望得到线性关系。这时可采用各种方法，其中也包括硬件或。这时可采用各种方法，其中也包括硬件或软件补偿，进行线性化处理。软件补偿，进行线性化处理。一般来说，这些办法都比较复杂。所以在非线性误差不太大的情一般来说，这些办法都比较复杂。所以在非线性误差不太大的情况下，总是况下，总是采用直线拟合的办法采用
11、直线拟合的办法来线性化。来线性化。在使用非线性特性的传感器时，在测量误差容许的条件下，用切在使用非线性特性的传感器时，在测量误差容许的条件下，用切线或割线等直线来近似地代表实际曲线的一段，这种方法称为传线或割线等直线来近似地代表实际曲线的一段，这种方法称为传感器感器非线性特性的非线性特性的“线性化线性化”(Linearization)自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社在采用直线拟合线性化时，输出输入的校正曲线与其拟合曲线在采用直线拟合线性化时，输出输入的校正曲线与其拟合曲线之间的最大偏差，就称为非线性误差之间的最大偏差，就称为非线性误差(Linearity Error)或线性度或
12、线性度通常用相对误差通常用相对误差e eL L表示：表示：maxmax一最大非线性误差；一最大非线性误差；y yFSFS满量程输出。满量程输出。max100%LFSey 自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社1.2.4 误差误差v 绝对误差：绝对误差=示值约定真值v 相对误差：相对误差（%）=绝对误差/约定真值v 引用误差：引用误差（%）=绝对误差/量程v 最大引用误差：最大引用误差（%）=最大绝对误差/量程v 允许误差：最大引用误差允许误差自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社1.2.5 精确度精确度v 仪表的精确度通常是用允许的最大引用误差去掉百分号后的数字来衡量v 精
13、确度划分为若干等级，简称精度等级，精度等级的数字越小，精度越高v 曲线1：实际上升曲线v 曲线2：实际下降曲线v 曲线1和2愈接近直线OA，则仪表的精度等级越高精度等级确定过程示意精度等级确定过程示意自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社测量精度等级测量精度等级输入(被测量)输出0标准输入输出特性曲线实际上升校验曲线实际下降校验曲线误差上限误差下限精度等级0.5级：基本误差不超过量程的0.5%基本误差限自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社1.2.6 滞环、死区和回差滞环、死区和回差v 滞环：储能效应例如弹性变形、磁滞 实际上升曲线和实际下降曲线不重合 特性曲线形成环状。滞
14、环效应分析滞环效应分析自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社1.2.6 滞环、死区和回差滞环、死区和回差v 死区：死区效应，例如传动机构的摩擦和间隙 实际上升曲线和实际下降曲线不重合 仪表输入小到一定范围后不足以引起输出的任何变化死区效应分析死区效应分析自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社1.2.6 滞环、死区和回差滞环、死区和回差v 综合效应：既有储能效应，也具有死区效应 各种情况下，实际上升曲线和实际下降曲线间的差值称为回差综合效应分析综合效应分析自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社滞环、死区和回差滞环、死区和回差输入输出0下降曲线上升曲线重复性和再现性重
15、复性和再现性（随机性）（稳定性）（随机性）（稳定性）自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社1.2.7 重复性和再现性重复性和再现性v 重复性：在同一工作条件下，同方向连续多次对同一输入值进行测量所得的多个输出值之间相互一致的程度v 再现性：包括滞环和死区，仪表实际上升曲线和实际下降曲线之间离散程度的表示，常取两种曲线之间离散程度最大点的值来表示综合效应分析综合效应分析自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社重复性和再现性重复性和再现性（随机性）（稳定性）（随机性）（稳定性）输入输出0重复性再现性自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社1.2.8 可靠性可靠性v 可靠度：衡量仪表能够正常工作并发挥其同能的程度 体现在仪表正常工作和出现故障两个方面 正常工作方面：平均无故障工作时间 出现故障方面：平均故障修复时间 有效度：（综合性指标）平均无故障工作时间有效度平均无故障工作时间平均故障修复时间自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社v 成组传感器的复合检测v 微机械量检测技术v 智能传感器的发展v 各种智能仪表的出现v 计算机多媒体化的虚拟仪表v 传感器、变送器和调节器的网络化产品v 深层变化：控制网络化，系统扁平化，组织重构化，工作协调化自动检测技术及仪表控制系统 第二版化学工业出版社
