1检测技术基本概念

自动检测及控制李忠虎2009.02教材刘元扬.自动检测和过程控制(第3版).冶金工业出版社主要参考书：厉玉鸣.化工仪表及自动化（第四版）.化学工业出版社潘永湘.过程控制与自动化仪表.机械工业出版社课程内容：本课程主要介绍工业过程参数（温度、压力、流量、物位、成分等）的自动检测与自动控制。具体内容如下：过程检测基础温度检测仪表压力检测仪表显示仪表流量检测仪表物位检测仪表自动控制仪表过程控制概念自动控制系统自动检测及控制的实际应用1.人与机器的机能对应关系：2.检测及控制技术在各领域的应用换热器的控制丙烯冷却器的控制反应器的控制精馏塔的控制夜视瞄准机系统（非冷却红外传感器技术）；激光测距仪（可精确的定位目标）阿波罗10（火箭部分2077个传感器；飞船部分1218个传感器）神州飞船（185台（套）仪器装置）飞行器测控（检测飞行器姿态、发电机工况，控制与操纵）火箭测控（检测火箭状况、姿态、轨迹）第一章过程检测技术基础本章主要内容：1.1过程检测的基本概念检测的概念和基本方法检测仪表的组成、主要性能指标和分类检测技术及仪表的发展。1.2测量误差及处理方法误差概念、分类、分析与处理方法1.3测量不确定度的评定(不讲)1.1过程检测的基本概念1.1.1检测测量：以确定被测对象的属性和量值为目的的全部操作检测过程：信息提取、信号转换存储与传输、显示记录、分析处理检测技术：检测方法、检测结构、检测信号处理——综合性技术检测：是意义更为广泛的测量，检测=测量+信号检出（极为重要）1.1.2检测的基本方法1.1.2.1接触测量与非接触测量接触测量：检测元件与被测对象（或介质）直接接触，感受被测量的作用或变化，从而获得测量信号。非接触测量：不直接接触被测对象（或介质），而是间接感受被测量的作用或变化达到检测目的。1.1.2.2直接测量、间接测量与组合测量直接测量：直接将被测量与标准量进行比较间接测量：通过测量与被测量有一定函数关系的参量，进而由计算获得被测量如测导线的导电率ρ的测量：Rdl24组合测量：为了同时确定多个未知量，将各个未知量组合成不同的函数形式，用直接测量或间接测量方法获得一组数据，通过解方程组来求得被测量的方法。1.1.2.3偏差法、零位法和微差法偏差法：利用测量仪表的指针相对于刻度的偏差位移直接表示测量的数值零位法：利用指零机构的作用，使用被测量和已知标准量两者达到平衡，根据指零机构示值为零来确定被测量等于标准量值微差法：偏差法和零位法的结合1.1.3检测仪表的组成传输通道传感器变换器显示仪表传输通道被测量传感器（transducer）：将被测物理量(如温度)检出并转换为电量。变换器（transmitter）：对接收到的电信号用硬件电路进行分析处理或经A/D变换后用软件进行信号分析。显示仪表：将测量结果显示出来，提供给观察者。有模拟显示、数字显示和屏幕显示之分。检测仪表由传感器、变换器和显示仪表三部分组成。1.1.4检测仪表的主要性能指标1.1.4.1测量范围与量程测量范围:指在正常工作条件下，检测系统或仪表能够测量的被测量值的总范围，测量范围用下限值至上限值来表示a～b；测量量程:测量范围上限a与下限b的代数差。1.1.4.2准确度⑴定义：准确度也称精确度，是指测量结果与实际值相一致的程度，是测量的一个基本特征。%100%100maxba仪表的量程仪表的允许误差准确度式中，△max——仪表所允许的误差界限，即允许误差；a和b——分别为仪表测量范围的上限值与下限值。⑵准确度等级准确度等级也叫精度等级。仪表的精度等级按国家规定的允许误差的大小划分为若干等级。我国自动化仪表准确度等级：0.005、0.02、0.05、0.1、0.2（标准仪表）0.5、1.0、1.5、2.5、4.0（工业仪表）实例：某压力表的量程为10MPa，测量值的允许误差为0.03MPa，求仪表的准确度等级。解：0.03/10×100%=0.3%精度等级中没有0.3级仪表，所以仪表的准确度等级为0.5级。1.1.4.3线性度定义：仪表实测输入输出特性曲线与理想线性输入输出特性曲线的偏离程度理想检测系统---输出与输入为比例关系：y(t)=kx(t)实际检测系统---输出与输入不是理性的线性关系%100max仪表量程fi式中，δf为线性度（又称非线性误差）；Δfmax为校准曲线对于理论直线的最大偏差（以仪表示值的单位计算）。1.1.4.4变差变差也叫回差，是指在外界条件不变的情况下，同一台仪表对某一参数在正向（输入量增大）和反向（输入量减小）行程期间的示值之差。变差反映仪表的上升曲线和下降曲线的不重合程度。产生原因：弹性元件的弹性滞后、传动机构中的间隙、运动部件的摩擦、磁性材料的磁滞等。%100maxAxx下行上行最大相对变差1.1.4.5重复性重复性指在测量装置在同一工作环境，被测对象参量不变的条件下，输入量按同一方向做多次（三次以上）全量程变化时，输入输出特性曲线的一致程度。1.1.5检测仪表的分类1.1.5.1按被测参数性质分类：①电气参数：电能、电流、电压、频率等；②机械参数：重量、距离、振动、缺陷检查、故障诊断等;③过程参数：主要指热工参数，包括温度、压力、流量、物位、成份分析等。1.1.5.2按使用性质分类①实用型：用于实际测量，包括工业用表与实验用表；②范型：用于复现和保持计量单位，或用于对实用仪表进行校准和刻度；③标准型：具有更高准确度的范型仪表，用以保持和传递国家计量标准，并用于对范型仪表的定期检定。1.1.5.3其他分类方式按仪表功能：指示仪、记录仪、积算仪等按仪表系统的组成方式：基地式和单元组合式。按仪表结构：开环式与闭环式（反馈式）1.1.6检测技术的发展趋势光纤传感器、液晶传感器、压敏传感器（以高分子有机材料为敏感元件）1）新原理、新材料、新工艺新功能传感器化学传感器、微生物传感器、仿生传感器（代替视觉、嗅觉、味觉和听觉）以及检测超高温、超高压、超低温和超高真空等极端参数的新型传感器2）新领域、新需求新型传感器检测技术重要手段科学研究相关学科：物理、化学、数学、生物学、材料科学等等新的检测理论、方法和技术手段推动实验研究和发展形成利用新发现的材料和新发现的生物、物理、化学效应开发出的新型传感器光纤流速传感器荧光材料制作的电子鼻传感器生物酶血样分析传感器热/光电量传感器+嵌入式计算机智能传感器振动网络传感器嵌入式计算机智能压力网络传感器智能倾角RS232传感器IC总线数字温度传感器1.2误差理论及数据处理0xxi定义：测量值与其真值之差。定量表示Δx–测量误差；xi–测量值；x0–真值⑴绝对误差1.2.1测量误差⑵相对误差定义：指被测量的绝对误差与约定值的百分比，通常有三种表示方式：①实际相对误差：绝对误差(测量误差)除以被测量的真值。%1000x实②给出值相对误差：绝对误差(测量误差)除以被测量的给出值。%100ix给式中的给出值可以是“测量结果”、“标称值”、“实验值”、“示值”或“刻度值”等。③引用误差：用示值误差与仪表量程之比的百分比来表示。100%%100-仪表量程标尺刻度下限标尺刻度上限引1.2.2测量误差的性质与分类(2)随机误差(randomerror)1.2.2.1按误差出现的规律分(1)系统误差(systemerror)(3)粗大误差(abnormalerror)1.2.2.2按仪表工作条件分(1)基本误差(2)附加误差