模拟量检测与控制

2019/12/241内容1.检测与转换技术2.模数和数模转换3.S7-300PLC模拟量处理4.模拟量闭环PID控制2019/12/242模拟量的基本概念模拟量：在时间上、数值上都连续变化的物理量。初始性模拟量大部分是自然界的初始变量。对非电量进行测量、处理、控制时，要把非电量转化成模拟电信号。标准的模拟电压信号：010V。标准的模拟电流信号：420mA或020mA。2019/12/243模拟量的基本概念连续性模拟量随时间的变化曲线是光滑而连续的，没有间断点。2019/12/244检测与转换技术现代检测技术的一个明显特点是采用电测法，即电测非电量。首先将被测物理量从研究对象中检出并转换成电量，然后再根据需要对变换后的电信号进行某些处理，最后以适当的形式输出。2019/12/245检测与转换技术传感器直接与被测对象发生联系，它的功能是将被测参数直接或间接转换成电信号。它的好坏直接影响检测装置的质量，是检测装置的重要部件；传感器往往也被称为敏感元件或一次元件。2019/12/246检测与转换技术中间变换装置根据不同情况有很大的伸缩性。在简单的检测系统中可能完全省略，将传感器的输出直接进行显示或记录（比如由热电偶和毫伏表组成的测温系统）。大多数测试系统而言，中间变换环节是必不可少的。信号的变换包括：放大，调制、解调、滤波等等。功能强大的检测系统往往还要将计算机作为一个中间变换环节，以实现诸如波形存储、数据采集、非线性校正和消除系统误差等功能。远距离测量时还需要数据传输装置。2019/12/247检测与转换技术机床轴承故障监测系统中的中间变换装置由带通滤波器、A/D变换和计算机中的FFT分析软件三部分组成。测试系统中传感器为加速度计，它负责将机床轴承振动信号转换为电信号；带通滤波器用于滤除传感器测量信号中的高、低频干扰信号和对信号进行放大，A/D信号采集卡用于对放大后的测量信号进行采样，将其转换为数字量；FFT（快速傅里叶变换）分析软件则对转换后的数字信号进行FFT变换，计算出信号的频谱；最后由计算机显示器对频谱进行显示。另外，测试系统的测量分析结果还可以和生产过程相连，当机床振动信号超标时发出报警信号，防止加工废品的产生。2019/12/248检测与转换技术传感器变送器显示器A/D被测参数参数显示电信号标准电信号变送器分为电流输出型和电压输出型。电压输出型变送器具有恒压源特性，输入阻抗很高。如果变送器距离PLC较远，通过线路间的分布电容和分布电感产生的干扰信号电流，在模块的输入阻抗上将产生较高的干扰电压。例如1A干扰电流在10M输入阻抗上将产生10V的干扰电压信号，所以远处传送模拟量电压信号时抗干扰能力很差。电流输出型变送器具有恒流源的性质，内阻很大，输入阻抗较小(例如250)。线路上的干扰信号在模块的输入端阻抗上产生的干扰电压很低，所以模拟量电流信号适合于远程传送。2019/12/249检测与转换技术——检测仪表的工作特性检测仪表的工作特性-----能满足被测参数测量和系统运行需要而应具有的仪表输入/输出特性。通过量程与零点的调整与迁移来实现。2019/12/2410检测与转换技术——检测仪表的工作特性被测参数经传感器进入变送器，经变送器输出标准信号。两者为单值关系且呈一定比例关系。被测量量程被测量上、下限偏差值toy仪表工作特性maxyminyminxmaxxxByBmk信号输出上、下限偏差minmaxyyByminmaxxxBxminmaxxxBxxymBBxxyykminmaxminmax2019/12/2411检测与转换技术——检测仪表的工作特性根据仪表的工作特性，可以由变送器输出的任一信号大小，确定该信号所对应的被测参数值：minmin1xyykxm一个DDZ-III型温度检测仪表(输出范围为420mA)，其测温范围为50150C。用其检测一个物体温度，测得与其配接的变送器输出信号为12mA，该物体温度是多少？CxyykxCmABBkmxym1005041216.011/16.010016minmin2019/12/2412检测与转换技术——检测仪表的工作特性量程调整零点调整与零点迁移a)零点调整b)正零点迁移c)负零点迁移2019/12/2413检测与转换技术——测量误差——类型明显偏离真值的误差称为粗大误差，也叫过失误差。粗大误差主要是由于测量人员的粗心大意及电子测量仪器受到突然而强大的干扰所引起的。如测错、读错、记错、外界过电压尖峰干扰等造成的误差。就数值大小而言，粗大误差明显超过正常条件下的误差。当发现粗大误差时，应予以剔除。粗大误差2019/12/2414检测与转换技术——测量误差——类型指检测仪表本身或其他原因引起的有规律的误差，它反映了测量值偏离真值的程度。来源主要有：仪表的示值不准（如刻度分度差错），零值误差（如零点漂移），仪表的结构误差（如电子元器件老化）等，由仪表引入的系统误差；者由实验者造成的服从一定规律的误差；由于实验条件不能满足理论公式或测量方法产生的误差。系统误差是有规律性的，因此可以通过实验的方法或引入修正值的方法计算修正，也可以重新调整测量仪表的有关部件予以消除。系统误差2019/12/2415检测与转换技术——测量误差——类型在相同条件下对同一被测参数进行多次重复测量，各测量值之间存在差异，这种误差的绝对值及符号是不确定的，称为随机误差。它服从一定的统计规律，因此可以通过测量增加次数，利用概率论和统计学方法，对测量结果进行统计处理，从而减小其对测量结果的影响。随机误差2019/12/2416检测与转换技术——测量误差——类型当测量参数随时间迅速变化时，由于检测元件中的各种运动关系和能量转换，使检测仪表的测量值不能及时跟随被测参数的变化而产生的误差，称为动态误差。由于检测仪表工作在闭合控制系统中，所有其动态特性会直接影响整个系统的控制品质。动态误差2019/12/2417检测与转换技术——测量误差——绝对误差读数绝对误差：测量值：仪表读数真实值0Axx仪表的最大绝对误差：)max(maxAxx真值是无法得到的，常用精度更高的仪器示值A来近似代替：读数绝对误差：Axx2019/12/2418检测与转换技术——测量误差——相对误差实际相对误差：%100AxA示值相对误差：%100xxx引用相对误差：%100xBBx！！为减少仪表读数误差，仪表应尽量工作在量程的70%-80%。注：2019/12/2419检测与转换技术——检测仪表的性能指标精密度在相同条件下，对同一个量进行重复测量时，这些测量值之间的相互接近程度即分散程度，它反映了随机误差的大小。准确度它表承测量仪器指示值对真值的偏离程度，它反映了系统误差的大小。精确度是精密度和准确度的综合反映，它反映了系统综合误差的大小，常用测量误差的相对值表示。2019/12/2420精度等级：按国家统一规定的允许误差大小划分成的等级。精度等级常以一定符号内的数字标明，在仪表面上。我国仪表精度等级为：0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等级数越小，精度越高。校验用标准表多为0.1，0.2级；工业现场多为0.4~0.5级。检测与转换技术——检测仪表的性能指标2019/12/2421检测与转换技术——检测仪表的性能指标允许误差%100maxxBx允例：某仪表的精度等级为1.5，则允许误差为±1.5%2019/12/2422仪表灵敏度η：仪表指针的线位移或角位移与被测参数的变化之比。X反映仪表对被测参数变化的敏感程度。提高灵敏度≠提高精确度！！检测与转换技术——检测仪表的性能指标2019/12/2423CCXoooo/35.1200270①圆形表用角位移：②直线形表用角位移：kPammkpmm/013.0300040X例:量程0~200满量程指针超过270℃满量程3000移动距离40mm检测与转换技术——检测仪表的性能指标2019/12/2424检测与转换技术——检测仪表的性能指标可靠性：可靠性是反映检测仪表在规定条件下，在规定时间内是否耐用的一种综合质量指标。常用的可靠性指标有：平均无故障工作时间平均修复时间有效度：指平均无故障时间与平均无故障时间及平均修复时间之和的比值。2019/12/2425灵敏限：指能够引起仪表指示值（输出信号）发出变化（动作）的被测参数（输入信号）的最小（极限）变化量。与灵敏度是不同的概念。检测与转换技术——检测仪表的性能指标2019/12/2426检测与转换技术——检测仪表的性能指标某DDZ-III型测温仪表的测温范围为2001200C，出厂前校验时各点的测量结果如下（单位：C）：被校表读数200300400500600700800900100011001200标准表读数2012984035015996017989021001109812022019/12/2427检测与转换技术——检测仪表的性能指标1.该仪表的最大绝对误差被校表读数200300400500600700800900100011001200标准表读数201298403501599701798902100110981202绝对误差-1+2-3-1+1-1+2-2-1+2-2CAxx3)max(max最大绝对误差：2019/12/2428检测与转换技术——检测仪表的性能指标最大相对误差：%3.0%10020012003%100maxxBx仪表精度为0.3，由于国家规定的精度等级中没有0.3级仪表，所以该仪表的精度等级选为0.4级。量程：CBx10002001200工作特性：CmAByykxm/012.01000420minmax2.该仪表的精度等级、量程和仪表的工作特性2019/12/24293.现有该仪表和0.5级200800C两个测温仪表，要测600C的温度，采用哪个测温仪表好？检测与转换技术——检测仪表的性能指标采用该仪表时，可能出现的最大示值相对误差为：%667.0%100600%4.01000%100xxx采用0.5级200800C仪表时，可能出现的最大示值相对误差为：%5.0%100600%5.0600%100xxx可见，用量程范围适当的0.5级仪表测量，能得到比量程范围大的0.4级仪表更准确的结果。2019/12/2430检测与转换技术——检测仪表的性能指标因此，在选用仪表时，应根据被测参数的大小，在满足被测参数测量范围的前提下，应尽可能选择量程小的仪表，并使测量值大于所选仪表满刻度的三分之二。2019/12/2431标准值0992023043985026047058008951000测量值01002003004005006007008009001000有一支温度计，其量程范围为0~1000℃,精度为0.5级，其标尺上、下限偏转角为270o。0+1-2-4+2-2-4-50+50检测与转换技术——检测仪表的性能指标x2019/12/2432检测与转换技术——检测仪表的性能指标20.99%(0.5%)202S4.对于202℃这一点，相对误差50.5%895对于895℃这一点，相对误差CBCxx10005max1.2.最大相对误差：%5.0%10010005%100maxxBx3.灵敏度CCXoooo/027.010002702019/12/2433温度：表征物体冷热程度的一个物理量。名称符号单位绝对零点冰融点水沸点人体体温华氏F℉-459.6732212100摄氏C℃-273.15010037.5开氏TK0273.15373.15F=1.8℃+32K=℃+373.15温标：将温度数值化的一套规则和方法。检测与转换技术——温度检测与变送2019/12