工業(yè)儀表 緒論課件

1、工業(yè)儀表與工程測(cè)試工業(yè)儀表與工程測(cè)試技術(shù)技術(shù)姜奉華姜奉華辦公室：材料樓辦公室：材料樓307307室室1386400138013864001380v課程要求：課程要求：v工業(yè)儀表與工程測(cè)試技術(shù)所要解決的問題工業(yè)儀表與工程測(cè)試技術(shù)所要解決的問題v本課程所學(xué)內(nèi)容本課程所學(xué)內(nèi)容:儀表（熱工，電工），測(cè)試儀表（熱工，電工），測(cè)試溫度溫度T,壓力壓力P,體積體積V(物位，流量，成分，濃物位，流量，成分，濃度度)v學(xué)習(xí)方法：理論聯(lián)系實(shí)際，要做到：學(xué)習(xí)方法：理論聯(lián)系實(shí)際，要做到：v認(rèn)真聽課，做好課堂筆記，做好課后的練習(xí)認(rèn)真聽課，做好課堂筆記，做好課后的練習(xí)和思考，如果不認(rèn)真做練習(xí)和思考，那么這門和思考，如果不

2、認(rèn)真做練習(xí)和思考，那么這門課是學(xué)不好的。平時(shí)聽不懂的問題及時(shí)提問，課是學(xué)不好的。平時(shí)聽不懂的問題及時(shí)提問，及時(shí)解決及時(shí)解決。v考試方法：采用閉卷考試的方法，沒有難題、考試方法：采用閉卷考試的方法，沒有難題、怪題，但量較大。怪題，但量較大。講解的內(nèi)容：講解的內(nèi)容：v緒論緒論v第第1章章 誤差及其處理誤差及其處理v第第2章傳感器章傳感器v第第3章章 溫度的測(cè)量溫度的測(cè)量v第第4章章 壓力測(cè)量壓力測(cè)量 v第第5章物位測(cè)量章物位測(cè)量v第第6章章 流速和流量測(cè)量流速和流量測(cè)量v第第7章成份分析章成份分析v第第8章章 粉塵濃度的測(cè)量粉塵濃度的測(cè)量緒論緒論v工程測(cè)試技術(shù)的地位和作用工程測(cè)試技術(shù)的地位和作用1

3、、科學(xué)研究：任何科學(xué)理論的建立和科學(xué)研究成果的獲得都必科學(xué)研究：任何科學(xué)理論的建立和科學(xué)研究成果的獲得都必須通過大量的試驗(yàn)與測(cè)量，并通過對(duì)測(cè)量所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行合須通過大量的試驗(yàn)與測(cè)量，并通過對(duì)測(cè)量所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的分析和計(jì)算來驗(yàn)證科學(xué)理論或研究成果的正確性和可靠性。理的分析和計(jì)算來驗(yàn)證科學(xué)理論或研究成果的正確性和可靠性。2、生產(chǎn)過程：為了保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行，必須對(duì)生產(chǎn)過程中的、生產(chǎn)過程：為了保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行，必須對(duì)生產(chǎn)過程中的各種參數(shù)進(jìn)行定時(shí)定期或在線連續(xù)測(cè)量，并在分析測(cè)量結(jié)果的各種參數(shù)進(jìn)行定時(shí)定期或在線連續(xù)測(cè)量，并在分析測(cè)量結(jié)果的基礎(chǔ)上，對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)視和控制，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量?；A(chǔ)

4、上，對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)視和控制，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量。3、測(cè)量技術(shù)：應(yīng)用測(cè)量?jī)x器或儀表來實(shí)現(xiàn)測(cè)量目的的技術(shù)稱為、測(cè)量技術(shù)：應(yīng)用測(cè)量?jī)x器或儀表來實(shí)現(xiàn)測(cè)量目的的技術(shù)稱為測(cè)試技術(shù)，應(yīng)用于工程實(shí)踐的測(cè)試技術(shù)則稱為工程測(cè)試技術(shù)。測(cè)試技術(shù)，應(yīng)用于工程實(shí)踐的測(cè)試技術(shù)則稱為工程測(cè)試技術(shù)。4、現(xiàn)代化的測(cè)試儀器是科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐的必要手段，其水、現(xiàn)代化的測(cè)試儀器是科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐的必要手段，其水平高低是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要標(biāo)志，同時(shí)也是科學(xué)研究和生產(chǎn)平高低是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要標(biāo)志，同時(shí)也是科學(xué)研究和生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的重要的技術(shù)基礎(chǔ)。技術(shù)發(fā)展的重要的技術(shù)基礎(chǔ)。 說明：說明：測(cè)試技術(shù)隨著科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)實(shí)踐的發(fā)展而發(fā)展。科學(xué)技

5、術(shù)測(cè)試技術(shù)隨著科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)實(shí)踐的發(fā)展而發(fā)展。科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和生產(chǎn)實(shí)踐水平的日益提高對(duì)測(cè)試手段和測(cè)試儀器提出的不斷發(fā)展和生產(chǎn)實(shí)踐水平的日益提高對(duì)測(cè)試手段和測(cè)試儀器提出了更高的要求，以滿足更深更廣的研究和更精細(xì)的生產(chǎn)控制的需要，了更高的要求，以滿足更深更廣的研究和更精細(xì)的生產(chǎn)控制的需要，促進(jìn)了測(cè)試儀器以及測(cè)試技術(shù)的發(fā)展，而科學(xué)技術(shù)的發(fā)展又為研制促進(jìn)了測(cè)試儀器以及測(cè)試技術(shù)的發(fā)展，而科學(xué)技術(shù)的發(fā)展又為研制新型的測(cè)試儀器提供了有力條件新型的測(cè)試儀器提供了有力條件 。說明：說明：科學(xué)研究和工程技術(shù)中所要測(cè)量的參數(shù)大多為非電量，這些科學(xué)研究和工程技術(shù)中所要測(cè)量的參數(shù)大多為非電量，這些參數(shù)的物理特性或化

6、學(xué)特性千差萬別，在測(cè)量過程中，測(cè)量結(jié)果的參數(shù)的物理特性或化學(xué)特性千差萬別，在測(cè)量過程中，測(cè)量結(jié)果的傳輸和保存以及顯示極不方便，因而促使人們利用電測(cè)技術(shù)所具有傳輸和保存以及顯示極不方便，因而促使人們利用電測(cè)技術(shù)所具有的測(cè)量精度高、反應(yīng)速度快、數(shù)據(jù)傳輸方便并且能夠連續(xù)自動(dòng)記錄的測(cè)量精度高、反應(yīng)速度快、數(shù)據(jù)傳輸方便并且能夠連續(xù)自動(dòng)記錄等優(yōu)點(diǎn)研究用電量測(cè)試的手段來進(jìn)行這些非電量的測(cè)試，于是形成等優(yōu)點(diǎn)研究用電量測(cè)試的手段來進(jìn)行這些非電量的測(cè)試，于是形成了非電量的電測(cè)技術(shù)。了非電量的電測(cè)技術(shù)。非電量電測(cè)技術(shù)的內(nèi)容：（非電量電測(cè)技術(shù)的內(nèi)容：（1）研究用電測(cè)手段測(cè)量非電量的儀器）研究用電測(cè)手段測(cè)量非電量的儀器

7、和儀表；（和儀表；（2）研究如何正確和快速地進(jìn)行非電量的測(cè)試。）研究如何正確和快速地進(jìn)行非電量的測(cè)試。 工程技術(shù)領(lǐng)域，測(cè)試技術(shù)的作用有如下：工程技術(shù)領(lǐng)域，測(cè)試技術(shù)的作用有如下： v（1）通過測(cè)量有關(guān)工藝參數(shù)，對(duì)生產(chǎn)過程的運(yùn)行情況）通過測(cè)量有關(guān)工藝參數(shù)，對(duì)生產(chǎn)過程的運(yùn)行情況進(jìn)行進(jìn)行監(jiān)視監(jiān)視，使之保持在最佳工作狀況；測(cè)量生產(chǎn)設(shè)備，使之保持在最佳工作狀況；測(cè)量生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的有關(guān)技術(shù)參數(shù)，并分析測(cè)試結(jié)果，運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的有關(guān)技術(shù)參數(shù)，并分析測(cè)試結(jié)果，判斷判斷設(shè)備的工作狀態(tài)。設(shè)備的工作狀態(tài)。v（2）將工藝參數(shù)的測(cè)量結(jié)果與設(shè)定值相比較，并根據(jù)）將工藝參數(shù)的測(cè)量結(jié)果與設(shè)定值相比較，并根據(jù)偏差范圍要求進(jìn)行偏

8、差范圍要求進(jìn)行反饋反饋，實(shí)現(xiàn)對(duì)工藝參數(shù)的，實(shí)現(xiàn)對(duì)工藝參數(shù)的調(diào)控調(diào)控，保，保證生產(chǎn)過程的要求。證生產(chǎn)過程的要求。 v（3）根據(jù)對(duì)工藝過程參數(shù)和設(shè)備性能參數(shù)測(cè)）根據(jù)對(duì)工藝過程參數(shù)和設(shè)備性能參數(shù)測(cè)試結(jié)果的分析評(píng)價(jià)，試結(jié)果的分析評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)問題發(fā)現(xiàn)問題，并，并提出提出相應(yīng)的相應(yīng)的改進(jìn)措施改進(jìn)措施。通過測(cè)試來分析和評(píng)定改進(jìn)措施實(shí)。通過測(cè)試來分析和評(píng)定改進(jìn)措施實(shí)施后是否達(dá)到了預(yù)期效果。施后是否達(dá)到了預(yù)期效果。v（4）通過測(cè)試技術(shù)手段研究機(jī)械系統(tǒng)的響應(yīng)）通過測(cè)試技術(shù)手段研究機(jī)械系統(tǒng)的響應(yīng)特性和系統(tǒng)參數(shù)以及進(jìn)行載荷識(shí)別，特性和系統(tǒng)參數(shù)以及進(jìn)行載荷識(shí)別，為機(jī)械系為機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)提供依據(jù)統(tǒng)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。3

9、例：哈爾濱大橋垮塌的例：哈爾濱大橋垮塌的原因：貨車超載原因：貨車超載測(cè)試系統(tǒng)的組成及特點(diǎn)測(cè)試系統(tǒng)的組成及特點(diǎn) 測(cè)量電路被測(cè)對(duì)象傳感器顯示器記錄裝置數(shù)據(jù)處理裝置將被測(cè)量的非電信息將被測(cè)量的非電信息變換成電信號(hào)變換成電信號(hào) 中間轉(zhuǎn)換器，將傳感器輸出的電信號(hào)進(jìn)行傳輸、放大和轉(zhuǎn)換 模擬顯示、數(shù)字顯示、圖像顯示 筆式記錄儀、光線示波器、磁帶記錄儀儀表的分類：儀表的分類：按按使用目的和用途使用目的和用途分：分： 量具量?jī)x、汽車儀表、拖拉機(jī)儀表、船量具量?jī)x、汽車儀表、拖拉機(jī)儀表、船用儀表、航空儀表、導(dǎo)航儀器、駕駛儀器、用儀表、航空儀表、導(dǎo)航儀器、駕駛儀器、無線電測(cè)試儀器、載波微波測(cè)試儀器、地質(zhì)無線電測(cè)試儀器

10、、載波微波測(cè)試儀器、地質(zhì)勘探測(cè)試儀器、勘探測(cè)試儀器、建材測(cè)試儀器、建材測(cè)試儀器、地震測(cè)試儀地震測(cè)試儀器、大地測(cè)繪儀器、水文儀器、計(jì)時(shí)儀器、器、大地測(cè)繪儀器、水文儀器、計(jì)時(shí)儀器、農(nóng)業(yè)測(cè)試儀器、商業(yè)測(cè)試儀器、教學(xué)儀器、農(nóng)業(yè)測(cè)試儀器、商業(yè)測(cè)試儀器、教學(xué)儀器、醫(yī)療儀器、醫(yī)療儀器、環(huán)保儀器環(huán)保儀器等。等。 按按功能功能分：分： 檢測(cè)儀表、顯示儀表、調(diào)節(jié)儀表和執(zhí)行器等；檢測(cè)儀表、顯示儀表、調(diào)節(jié)儀表和執(zhí)行器等；其中其中檢測(cè)儀表檢測(cè)儀表按被測(cè)物理量又分為按被測(cè)物理量又分為溫度測(cè)量?jī)x表、溫度測(cè)量?jī)x表、壓力測(cè)量?jī)x表、流量測(cè)量?jī)x表、料位測(cè)量?jī)x表壓力測(cè)量?jī)x表、流量測(cè)量?jī)x表、料位測(cè)量?jī)x表和機(jī)和機(jī)械量測(cè)量?jī)x表等。械量測(cè)量

11、儀表等。 溫度測(cè)量?jī)x表溫度測(cè)量?jī)x表按測(cè)量方式分：按測(cè)量方式分： 接觸式接觸式測(cè)溫儀表和測(cè)溫儀表和非接觸式非接觸式測(cè)溫儀表；測(cè)溫儀表； 接觸式測(cè)溫儀表又可分為熱電式、膨脹式、電接觸式測(cè)溫儀表又可分為熱電式、膨脹式、電阻式等。阻式等。 包括流速 儀器儀表性能的主要技術(shù)指標(biāo)：儀器儀表性能的主要技術(shù)指標(biāo)：精確度、靈敏度、響應(yīng)時(shí)間、重復(fù)性、線性度、漂移精確度、靈敏度、響應(yīng)時(shí)間、重復(fù)性、線性度、漂移等。等。 精確度精確度：儀表測(cè)量結(jié)果與被測(cè)量真值的一致程度。儀器儀表儀表測(cè)量結(jié)果與被測(cè)量真值的一致程度。儀器儀表的精確度常用精確度等級(jí)來表示，如的精確度常用精確度等級(jí)來表示，如01級(jí)、級(jí)、02級(jí)、級(jí)、05級(jí)、級(jí)

12、、10級(jí)、級(jí)、15級(jí)等，級(jí)等，01級(jí)表示儀表總的誤差不超過級(jí)表示儀表總的誤差不超過01范圍。精確度等級(jí)數(shù)小，說明儀表的系統(tǒng)誤差和隨范圍。精確度等級(jí)數(shù)小，說明儀表的系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差都小，也就是這種儀表精密。機(jī)誤差都小，也就是這種儀表精密。靈敏度靈敏度：被測(cè)量增量與此增量引起的被測(cè)量增量與此增量引起的儀表示值增量之比，它反映儀表能夠儀表示值增量之比，它反映儀表能夠測(cè)量的最小被測(cè)量：測(cè)量的最小被測(cè)量：響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間：儀表輸入一個(gè)階躍量時(shí)，其輸出由初始值第一儀表輸入一個(gè)階躍量時(shí)，其輸出由初始值第一次到達(dá)最終穩(wěn)定值的時(shí)間間隔，一般規(guī)定以到達(dá)穩(wěn)定值的次到達(dá)最終穩(wěn)定值的時(shí)間間隔，一般規(guī)定以到達(dá)穩(wěn)定值的9

13、5時(shí)的時(shí)間為準(zhǔn)。時(shí)的時(shí)間為準(zhǔn)。工程測(cè)試的內(nèi)容：v溫度測(cè)量溫度測(cè)量v壓力測(cè)量壓力測(cè)量v流量、流速測(cè)量流量、流速測(cè)量v濃度測(cè)量濃度測(cè)量v成分測(cè)定成分測(cè)定v物位（液位、料位）測(cè)量物位（液位、料位）測(cè)量v噪聲測(cè)量噪聲測(cè)量工程測(cè)試的基本方法：工程測(cè)試的基本方法：v直接測(cè)量和間接測(cè)量方法直接測(cè)量和間接測(cè)量方法v接觸測(cè)量和非接觸測(cè)量方法接觸測(cè)量和非接觸測(cè)量方法v偏位測(cè)量和差示測(cè)量方法偏位測(cè)量和差示測(cè)量方法v在線測(cè)量和離線測(cè)量方法在線測(cè)量和離線測(cè)量方法v靜態(tài)測(cè)量和動(dòng)態(tài)測(cè)量方法靜態(tài)測(cè)量和動(dòng)態(tài)測(cè)量方法1、直接測(cè)量和間接測(cè)量方法、直接測(cè)量和間接測(cè)量方法v（1）直接測(cè)量方法：）直接測(cè)量方法：v無需進(jìn)行函數(shù)關(guān)系的再運(yùn)算

14、，從實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中直無需進(jìn)行函數(shù)關(guān)系的再運(yùn)算，從實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中直接得到被測(cè)量值的測(cè)量方法。如：直尺長(zhǎng)度測(cè)接得到被測(cè)量值的測(cè)量方法。如：直尺長(zhǎng)度測(cè)量、溫度計(jì)測(cè)溫、電壓表測(cè)電壓等。量、溫度計(jì)測(cè)溫、電壓表測(cè)電壓等。v（2）間接測(cè)量方法：）間接測(cè)量方法：v直接測(cè)量與被測(cè)量存在某種關(guān)系的各個(gè)物理量，直接測(cè)量與被測(cè)量存在某種關(guān)系的各個(gè)物理量，通過一定的數(shù)學(xué)關(guān)系獲得被測(cè)量。如：流量可通過一定的數(shù)學(xué)關(guān)系獲得被測(cè)量。如：流量可通過流速和管道直徑測(cè)定值而求得。通過流速和管道直徑測(cè)定值而求得。2、接觸測(cè)量和非接觸測(cè)量方法、接觸測(cè)量和非接觸測(cè)量方法v（1）接觸測(cè)量方法）接觸測(cè)量方法v儀表的一部分（傳感器）與被測(cè)對(duì)象相接觸并儀

15、表的一部分（傳感器）與被測(cè)對(duì)象相接觸并承受對(duì)象參數(shù)的作用。如：熱電偶測(cè)溫、扭矩承受對(duì)象參數(shù)的作用。如：熱電偶測(cè)溫、扭矩式轉(zhuǎn)速計(jì)測(cè)轉(zhuǎn)速等。式轉(zhuǎn)速計(jì)測(cè)轉(zhuǎn)速等。v（2）非接觸測(cè)量方法）非接觸測(cè)量方法v儀表的傳感器不必與被測(cè)對(duì)象直接接觸而給出儀表的傳感器不必與被測(cè)對(duì)象直接接觸而給出測(cè)量結(jié)果的測(cè)量方法。如：光學(xué)高溫計(jì)測(cè)溫、測(cè)量結(jié)果的測(cè)量方法。如：光學(xué)高溫計(jì)測(cè)溫、雷達(dá)測(cè)速儀測(cè)量速度等。雷達(dá)測(cè)速儀測(cè)量速度等。3、偏位測(cè)量和差示測(cè)量方法、偏位測(cè)量和差示測(cè)量方法v（1）偏位測(cè)量方法）偏位測(cè)量方法v被測(cè)量作用于儀表的比較裝置（測(cè)量機(jī)構(gòu)），使被測(cè)量作用于儀表的比較裝置（測(cè)量機(jī)構(gòu)），使其某參量按已知關(guān)系變化，當(dāng)此變化

16、產(chǎn)生的反作其某參量按已知關(guān)系變化，當(dāng)此變化產(chǎn)生的反作用與被測(cè)量的作用相平衡時(shí)，則測(cè)量機(jī)構(gòu)即可顯用與被測(cè)量的作用相平衡時(shí)，則測(cè)量機(jī)構(gòu)即可顯示被測(cè)量。如磅秤稱重、指針式儀器等。示被測(cè)量。如磅秤稱重、指針式儀器等。v（2）差示測(cè)量方法）差示測(cè)量方法v被測(cè)量對(duì)儀表比較裝置的作用由已知量部分或全被測(cè)量對(duì)儀表比較裝置的作用由已知量部分或全部抵消，測(cè)量機(jī)構(gòu)輸出的是已知量與被測(cè)量的差部抵消，測(cè)量機(jī)構(gòu)輸出的是已知量與被測(cè)量的差值或零，由已知量得出被測(cè)量。如托盤天平稱重、值或零，由已知量得出被測(cè)量。如托盤天平稱重、大象體重稱量等。大象體重稱量等。4、在線測(cè)量和離線測(cè)量方法、在線測(cè)量和離線測(cè)量方法v（1）在線測(cè)量方

17、法）在線測(cè)量方法v在測(cè)量過程中，測(cè)量機(jī)構(gòu)輸出被測(cè)量的在測(cè)量過程中，測(cè)量機(jī)構(gòu)輸出被測(cè)量的即時(shí)測(cè)量值的方法。如：波譜心律儀測(cè)即時(shí)測(cè)量值的方法。如：波譜心律儀測(cè)心律、柜式電流表、電壓表等。心律、柜式電流表、電壓表等。v（2）離線測(cè)量方法）離線測(cè)量方法v取樣離線后再行測(cè)量的方法。如：巖石取樣離線后再行測(cè)量的方法。如：巖石成分的取樣測(cè)定等。成分的取樣測(cè)定等。瞬時(shí)性遲滯性Relationships between Relationships between Engineering testing and Engineering testing and atomization controllingatom

18、ization controllingv工程測(cè)試是自動(dòng)化控制的基礎(chǔ)工程測(cè)試是自動(dòng)化控制的基礎(chǔ)v自動(dòng)化控制是工程測(cè)試的目的自動(dòng)化控制是工程測(cè)試的目的v研究工業(yè)儀表和工程測(cè)試的最終目研究工業(yè)儀表和工程測(cè)試的最終目的是實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過程的高度自動(dòng)的是實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過程的高度自動(dòng)化控制化控制參考書目：參考書目：v熱工參數(shù)測(cè)量及儀表熱工參數(shù)測(cè)量及儀表 .何適生何適生.1990v熱工測(cè)量原理及其現(xiàn)代技術(shù)熱工測(cè)量原理及其現(xiàn)代技術(shù). 張秀彬張秀彬. 1995v熱工參數(shù)測(cè)量與處理熱工參數(shù)測(cè)量與處理.呂崇德呂崇德. 2001v熱工測(cè)量和儀表熱工測(cè)量和儀表.朱祖濤朱祖濤. 1991v熱工測(cè)量及儀表熱工測(cè)量及儀表. 吳文

19、德吳文德. 2000v熱工過程檢測(cè)儀表熱工過程檢測(cè)儀表. 程大亨程大亨. 1997v科學(xué)史研究中，把科學(xué)史研究中，把1717世紀(jì)看作近代自然科學(xué)誕生的分世紀(jì)看作近代自然科學(xué)誕生的分水嶺。此前，自然科學(xué)未建立自己的傳統(tǒng)，而是依附水嶺。此前，自然科學(xué)未建立自己的傳統(tǒng)，而是依附在哲學(xué)的傳統(tǒng)和工匠的傳統(tǒng)之上。在哲學(xué)的傳統(tǒng)和工匠的傳統(tǒng)之上。v培根重要的哲學(xué)概念培根重要的哲學(xué)概念實(shí)驗(yàn)是自然科學(xué)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)是自然科學(xué)的基礎(chǔ)。v伽利略提出了科學(xué)實(shí)驗(yàn)的兩個(gè)基本要素：伽利略提出了科學(xué)實(shí)驗(yàn)的兩個(gè)基本要素：v科學(xué)儀器測(cè)量、數(shù)字記錄科學(xué)儀器測(cè)量、數(shù)字記錄(表達(dá)表達(dá))測(cè)量結(jié)果測(cè)量結(jié)果v使實(shí)驗(yàn)結(jié)果成為可定量比較和精確計(jì)算的數(shù)

20、據(jù)。從此，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果成為可定量比較和精確計(jì)算的數(shù)據(jù)。從此，自然科學(xué)由粗陋的觀察、模糊的推斷走向嚴(yán)肅的實(shí)驗(yàn)自然科學(xué)由粗陋的觀察、模糊的推斷走向嚴(yán)肅的實(shí)驗(yàn)和嚴(yán)密的邏輯，與數(shù)學(xué)結(jié)成堅(jiān)固的聯(lián)盟，建立了自然和嚴(yán)密的邏輯，與數(shù)學(xué)結(jié)成堅(jiān)固的聯(lián)盟，建立了自然科學(xué)自己的傳統(tǒng)?？茖W(xué)自己的傳統(tǒng)。 1.1 1.1 自動(dòng)化及儀表發(fā)展概況自動(dòng)化及儀表發(fā)展概況 當(dāng)人類活動(dòng)領(lǐng)域越過感覺器官極限時(shí)，儀器儀表成了一當(dāng)人類活動(dòng)領(lǐng)域越過感覺器官極限時(shí)，儀器儀表成了一切事業(yè)成功的前提。切事業(yè)成功的前提?？茖W(xué)進(jìn)展首先取決于儀器儀表的進(jìn)展。科學(xué)進(jìn)展首先取決于儀器儀表的進(jìn)展。 溫度計(jì)和實(shí)用溫標(biāo)溫度計(jì)和實(shí)用溫標(biāo)的發(fā)明（的發(fā)明（1717、181

21、8世紀(jì)）使溫度的概念世紀(jì)）使溫度的概念具有更加準(zhǔn)確的科學(xué)涵義，成為可以測(cè)量和定量計(jì)算的基本具有更加準(zhǔn)確的科學(xué)涵義，成為可以測(cè)量和定量計(jì)算的基本物理量。直接導(dǎo)致了熱力學(xué)的誕生，發(fā)現(xiàn)了能量守恒定律和物理量。直接導(dǎo)致了熱力學(xué)的誕生，發(fā)現(xiàn)了能量守恒定律和熱機(jī)的一系列基本規(guī)律，為歐洲的產(chǎn)業(yè)革命奠定了堅(jiān)實(shí)的科熱機(jī)的一系列基本規(guī)律，為歐洲的產(chǎn)業(yè)革命奠定了堅(jiān)實(shí)的科學(xué)基礎(chǔ)。學(xué)基礎(chǔ)。 電流表電流表的發(fā)明（的發(fā)明（1919世紀(jì)）使電學(xué)與磁學(xué)研究獲得了一個(gè)世紀(jì)）使電學(xué)與磁學(xué)研究獲得了一個(gè)又一個(gè)重大的發(fā)現(xiàn)，促進(jìn)了電氣時(shí)代的來臨。又一個(gè)重大的發(fā)現(xiàn)，促進(jìn)了電氣時(shí)代的來臨。 威爾遜云室和眾多核物理探測(cè)儀器威爾遜云室和眾多核物

22、理探測(cè)儀器的發(fā)明（的發(fā)明（2020世紀(jì)）揭世紀(jì)）揭開了原子核反應(yīng)的神秘面紗，逐漸展現(xiàn)出微觀世界的真實(shí)圖開了原子核反應(yīng)的神秘面紗，逐漸展現(xiàn)出微觀世界的真實(shí)圖景，奠定了原子核物理學(xué)與日后原子能利用的基礎(chǔ)。景，奠定了原子核物理學(xué)與日后原子能利用的基礎(chǔ)。近代自近代自然科學(xué)是從真正意義上的測(cè)量開始的。然科學(xué)是從真正意義上的測(cè)量開始的。 杰出的科學(xué)家們?cè)S多都是杰出的科學(xué)家們?cè)S多都是科學(xué)儀器的發(fā)明家，新的測(cè)科學(xué)儀器的發(fā)明家，新的測(cè)量方法的創(chuàng)立者量方法的創(chuàng)立者?？茖W(xué)家的科學(xué)遺產(chǎn)科學(xué)家的科學(xué)遺產(chǎn)科學(xué)探索的新發(fā)現(xiàn)科學(xué)探索的新發(fā)現(xiàn)新的測(cè)量技術(shù)和儀器儀表新的測(cè)量技術(shù)和儀器儀表托里冊(cè)里托里冊(cè)里水銀氣壓表水銀氣壓表 伽利

23、略伽利略天文望遠(yuǎn)鏡天文望遠(yuǎn)鏡 安培安培電流表電流表 在人類的科學(xué)探索與生產(chǎn)活動(dòng)中，在人類的科學(xué)探索與生產(chǎn)活動(dòng)中，儀器儀表逐漸形成儀器儀表逐漸形成了一種專門的學(xué)科，一種專門的產(chǎn)業(yè)。了一種專門的學(xué)科，一種專門的產(chǎn)業(yè)。它它支撐支撐著社會(huì)的技著社會(huì)的技術(shù)進(jìn)步，為眾多領(lǐng)域的科學(xué)探索活動(dòng)術(shù)進(jìn)步，為眾多領(lǐng)域的科學(xué)探索活動(dòng)提供提供實(shí)驗(yàn)和觀測(cè)手段，實(shí)驗(yàn)和觀測(cè)手段，為人類有序的生產(chǎn)活動(dòng)與正常的社會(huì)生活為人類有序的生產(chǎn)活動(dòng)與正常的社會(huì)生活提供提供必需的技術(shù)必需的技術(shù)保障。保障。 這種變化是文明前進(jìn)的重要標(biāo)志，是人類這種變化是文明前進(jìn)的重要標(biāo)志，是人類勞動(dòng)科學(xué)化勞動(dòng)科學(xué)化的重要特征。的重要特征。 儀器儀表科學(xué)技術(shù)儀器

24、儀表科學(xué)技術(shù)繼承了人類文明豐厚的遺產(chǎn)。自繼承了人類文明豐厚的遺產(chǎn)。自然科學(xué)領(lǐng)域的新發(fā)現(xiàn)，工程技術(shù)的新發(fā)明，不斷充實(shí)它然科學(xué)領(lǐng)域的新發(fā)現(xiàn)，工程技術(shù)的新發(fā)明，不斷充實(shí)它的內(nèi)容，使它成為的內(nèi)容，使它成為知識(shí)高度密集、高度綜合的學(xué)科。知識(shí)高度密集、高度綜合的學(xué)科。 X-Ray衍射儀50萬美元1.1.1 1.1.1 自動(dòng)化控制發(fā)展概況自動(dòng)化控制發(fā)展概況v人工控制：人工控制：憑經(jīng)驗(yàn)用人工觀察現(xiàn)象、操作設(shè)備及控制憑經(jīng)驗(yàn)用人工觀察現(xiàn)象、操作設(shè)備及控制生產(chǎn)過程生產(chǎn)過程v自動(dòng)控制：自動(dòng)控制：借助于控制裝置和信息技術(shù)控制生產(chǎn)過程借助于控制裝置和信息技術(shù)控制生產(chǎn)過程v儀表化和局部自動(dòng)化儀表化和局部自動(dòng)化（20世紀(jì)世紀(jì)

25、50年代）年代）v復(fù)雜控制復(fù)雜控制（20世紀(jì)世紀(jì)70年代）年代）v集散控制集散控制（20世紀(jì)世紀(jì)80年代）年代）單輸入單輸出定值控制。單輸入單輸出定值控制。簡(jiǎn)單實(shí)用，但無法進(jìn)行簡(jiǎn)單實(shí)用，但無法進(jìn)行復(fù)雜控制復(fù)雜控制選擇控制、前饋控制、單選擇控制、前饋控制、單元組合儀表；直接數(shù)字控元組合儀表；直接數(shù)字控制；監(jiān)督控制。制；監(jiān)督控制。DCS、FCS。特點(diǎn)：在線檢。特點(diǎn)：在線檢測(cè)控制，全數(shù)字化信號(hào)聯(lián)測(cè)控制，全數(shù)字化信號(hào)聯(lián)系系Dispersion Controlling System1.1.2 1.1.2 儀表及測(cè)試技術(shù)發(fā)展概況儀表及測(cè)試技術(shù)發(fā)展概況v儀器儀表是人類擴(kuò)大視野開拓新域的前導(dǎo)工具，時(shí)刻儀器儀表

26、是人類擴(kuò)大視野開拓新域的前導(dǎo)工具，時(shí)刻面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，它本身總是處于永不止息的創(chuàng)造面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，它本身總是處于永不止息的創(chuàng)造發(fā)展之中。發(fā)展之中。 v隨著工業(yè)生產(chǎn)過程向更高的精確度、更快的節(jié)奏和更隨著工業(yè)生產(chǎn)過程向更高的精確度、更快的節(jié)奏和更復(fù)雜的流程發(fā)展，原有的技術(shù)已越來越不能適應(yīng)要求。復(fù)雜的流程發(fā)展，原有的技術(shù)已越來越不能適應(yīng)要求。v隨著人類活動(dòng)領(lǐng)域的迅速擴(kuò)大，隨著人類活動(dòng)領(lǐng)域的迅速擴(kuò)大，傳統(tǒng)儀器儀表無法應(yīng)傳統(tǒng)儀器儀表無法應(yīng)付的測(cè)量對(duì)象急劇增加。付的測(cè)量對(duì)象急劇增加。v隨著自然科學(xué)領(lǐng)域探索活動(dòng)的深入，隨著自然科學(xué)領(lǐng)域探索活動(dòng)的深入，要求儀器儀表具要求儀器儀表具有更高的靈敏度和分辨率。有

27、更高的靈敏度和分辨率。 需要探索新的測(cè)量原理和方法，需要突破傳統(tǒng)測(cè)量技需要探索新的測(cè)量原理和方法，需要突破傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)的閾值界限，需要超越經(jīng)典的方法，以新的途徑獲取信術(shù)的閾值界限，需要超越經(jīng)典的方法，以新的途徑獲取信號(hào)。在數(shù)量級(jí)的意義上具有號(hào)。在數(shù)量級(jí)的意義上具有更高的響應(yīng)速度、更高的信噪更高的響應(yīng)速度、更高的信噪比和更高的精確度。比和更高的精確度。 在很多領(lǐng)域，儀器儀表已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備、安全在很多領(lǐng)域，儀器儀表已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備、安全裝置、社會(huì)技術(shù)保障體系、大型高速交通運(yùn)載工具、醫(yī)療裝置、社會(huì)技術(shù)保障體系、大型高速交通運(yùn)載工具、醫(yī)療系統(tǒng)和國防工程的核心部件，已經(jīng)同各種各樣的工作對(duì)象系統(tǒng)

28、和國防工程的核心部件，已經(jīng)同各種各樣的工作對(duì)象融為一體，儀器儀表和它們的測(cè)量對(duì)象在空間上已經(jīng)不能融為一體，儀器儀表和它們的測(cè)量對(duì)象在空間上已經(jīng)不能分離，必需服從苛刻的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用條件，經(jīng)強(qiáng)烈的震動(dòng)沖擊，分離，必需服從苛刻的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用條件，經(jīng)強(qiáng)烈的震動(dòng)沖擊，電磁干擾和大幅度的冷熱劇變。電磁干擾和大幅度的冷熱劇變。v儀器儀表能改善、擴(kuò)展或補(bǔ)充人的官能。儀器儀表能改善、擴(kuò)展或補(bǔ)充人的官能。人們用感覺器官去視、聽、嘗、摸外部事物，人們用感覺器官去視、聽、嘗、摸外部事物，而顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡、聲級(jí)計(jì)、酸度計(jì)、高溫計(jì)而顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡、聲級(jí)計(jì)、酸度計(jì)、高溫計(jì)等儀器儀表，可以改善和擴(kuò)展人的這些官能；等儀器儀表，可以改善

29、和擴(kuò)展人的這些官能；有些儀器儀表如磁強(qiáng)計(jì)、射線計(jì)數(shù)計(jì)等可感受有些儀器儀表如磁強(qiáng)計(jì)、射線計(jì)數(shù)計(jì)等可感受和測(cè)量到人的感覺器官所不能感受到的物理量；和測(cè)量到人的感覺器官所不能感受到的物理量；還有些儀器儀表可以超過人的能力去記錄、計(jì)還有些儀器儀表可以超過人的能力去記錄、計(jì)算和計(jì)數(shù)，如高速照相機(jī)、計(jì)算機(jī)等。算和計(jì)數(shù)，如高速照相機(jī)、計(jì)算機(jī)等。 儀器儀表在應(yīng)用于生產(chǎn)活動(dòng)、軍事技術(shù)、服務(wù)于儀器儀表在應(yīng)用于生產(chǎn)活動(dòng)、軍事技術(shù)、服務(wù)于社會(huì)和科學(xué)研究的同時(shí)，已開始悄悄走進(jìn)尋常百姓家，社會(huì)和科學(xué)研究的同時(shí)，已開始悄悄走進(jìn)尋常百姓家，成為提高人們生活質(zhì)量的重要手段。它給人們帶來的成為提高人們生活質(zhì)量的重要手段。它給人們

30、帶來的影響將影響將不亞于個(gè)人計(jì)算機(jī)不亞于個(gè)人計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，這必將帶來儀器儀的出現(xiàn)，這必將帶來儀器儀表觀念和技術(shù)的重大變化。表觀念和技術(shù)的重大變化。 儀器儀表是用以檢出、測(cè)量、觀察、計(jì)算儀器儀表是用以檢出、測(cè)量、觀察、計(jì)算各種物理量、物質(zhì)成分、物性參數(shù)等的器具或各種物理量、物質(zhì)成分、物性參數(shù)等的器具或設(shè)備。廣義上，儀器儀表也可具有自動(dòng)控制、設(shè)備。廣義上，儀器儀表也可具有自動(dòng)控制、報(bào)警、信號(hào)傳遞和數(shù)據(jù)處理等功能，例如用于報(bào)警、信號(hào)傳遞和數(shù)據(jù)處理等功能，例如用于工業(yè)生產(chǎn)過程自動(dòng)控制中的氣動(dòng)調(diào)節(jié)儀表、電工業(yè)生產(chǎn)過程自動(dòng)控制中的氣動(dòng)調(diào)節(jié)儀表、電動(dòng)調(diào)節(jié)儀表以及集散型儀表控制系統(tǒng)等。動(dòng)調(diào)節(jié)儀表以及集散型儀表

31、控制系統(tǒng)等?，F(xiàn)代工程測(cè)試技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)現(xiàn)代工程測(cè)試技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) v儀器應(yīng)用范圍的擴(kuò)大儀器應(yīng)用范圍的擴(kuò)大 v新型傳感器的研究新型傳感器的研究 v多功能測(cè)試儀器的開發(fā)多功能測(cè)試儀器的開發(fā) v測(cè)試系統(tǒng)的智能化測(cè)試系統(tǒng)的智能化 儀器儀表科學(xué)技術(shù)，是信息時(shí)代的重要特征。儀器儀表科學(xué)技術(shù)，是信息時(shí)代的重要特征。 儀器儀表是信息的源頭，在學(xué)科分類上屬于儀器儀表是信息的源頭，在學(xué)科分類上屬于“信息獲信息獲得得”技術(shù)技術(shù)的范疇，它與信息傳輸技術(shù)和的范疇，它與信息傳輸技術(shù)和信息處理技術(shù)信息處理技術(shù)共同共同構(gòu)成當(dāng)代信息科學(xué)技術(shù)的三大組成部分構(gòu)成當(dāng)代信息科學(xué)技術(shù)的三大組成部分 當(dāng)信息科學(xué)涉及到更深的層次，更多地關(guān)注

32、自然及其當(dāng)信息科學(xué)涉及到更深的層次，更多地關(guān)注自然及其與人的相互關(guān)系，更多地關(guān)注自然科學(xué)研究、生產(chǎn)活動(dòng)、與人的相互關(guān)系，更多地關(guān)注自然科學(xué)研究、生產(chǎn)活動(dòng)、戰(zhàn)爭(zhēng)技術(shù)手段、人類健康、安全和環(huán)境的時(shí)候，如何獲得戰(zhàn)爭(zhēng)技術(shù)手段、人類健康、安全和環(huán)境的時(shí)候，如何獲得自然界本身的信息，就是解決問題的首要前提，自然界本身的信息，就是解決問題的首要前提，“信息獲信息獲得得”就成了后續(xù)工作的重要基礎(chǔ)。就成了后續(xù)工作的重要基礎(chǔ)。 重視儀器儀表，是現(xiàn)代理性精神的體現(xiàn)。重視儀器儀表，是現(xiàn)代理性精神的體現(xiàn)。 理解儀器儀表，就是理解信息時(shí)代。理解儀器儀表，就是理解信息時(shí)代。1.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)及類型自動(dòng)控制系統(tǒng)及類型Aut

33、omatic Controlling System and its Types1.2.1 自動(dòng)控制系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)(Automatic Controlling System ) 自動(dòng)控制系統(tǒng)的主要組成部分：自動(dòng)控制系統(tǒng)的主要組成部分： 被控過程、檢測(cè)單元和變送器、控制器、執(zhí)行器被控過程、檢測(cè)單元和變送器、控制器、執(zhí)行器 被控過程：被控過程：自動(dòng)控制系統(tǒng)中需實(shí)現(xiàn)控制的設(shè)備、機(jī)器自動(dòng)控制系統(tǒng)中需實(shí)現(xiàn)控制的設(shè)備、機(jī)器或生產(chǎn)過程或生產(chǎn)過程 被控變量：被控變量：被控過程內(nèi)設(shè)定的物理量數(shù)值被控過程內(nèi)設(shè)定的物理量數(shù)值 干擾（擾動(dòng)）干擾（擾動(dòng)）：非控制裝置操縱而又作用于過程并引：非控制裝置操縱而又作用于過程并

34、引起被控變量變化的因素。（溫度、振動(dòng)、渦流）起被控變量變化的因素。（溫度、振動(dòng)、渦流）v 檢測(cè)元件和變送器檢測(cè)元件和變送器v 檢測(cè)元件的作用：檢測(cè)元件的作用：v 感受工藝變量的變化，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)或氣壓信感受工藝變量的變化，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)或氣壓信號(hào)等號(hào)等v變送器的作用：變送器的作用： 將檢測(cè)元件的檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的將檢測(cè)元件的檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的氣壓信號(hào)氣壓信號(hào)(20 100kPa)或或直流電流信號(hào)直流電流信號(hào)（010mA），），并輸送至控并輸送至控制器。制器。v測(cè)量值：檢測(cè)變送裝置輸出的信號(hào)。測(cè)量值：檢測(cè)變送裝置輸出的信號(hào)。v控制器控制器v作用：作用：將來自檢測(cè)元件及變送器

35、的測(cè)量值與設(shè)定值進(jìn)行將來自檢測(cè)元件及變送器的測(cè)量值與設(shè)定值進(jìn)行比較得出偏差，根據(jù)偏差大小及其變化趨勢(shì)，按預(yù)定控比較得出偏差，根據(jù)偏差大小及其變化趨勢(shì)，按預(yù)定控制規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算后，向執(zhí)行器輸出相應(yīng)的控制信號(hào)。制規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算后，向執(zhí)行器輸出相應(yīng)的控制信號(hào)。v偏差：偏差：設(shè)定值與測(cè)量值之差設(shè)定值與測(cè)量值之差v執(zhí)行器執(zhí)行器v作用：作用：接受控制信號(hào)，改變操縱變量，克服擾動(dòng)影響，接受控制信號(hào)，改變操縱變量，克服擾動(dòng)影響，實(shí)現(xiàn)控制要求。實(shí)現(xiàn)控制要求。v自動(dòng)控制系統(tǒng)的其它輔助裝置自動(dòng)控制系統(tǒng)的其它輔助裝置：電氣閥門定位器、顯示：電氣閥門定位器、顯示裝置、運(yùn)算單元等。裝置、運(yùn)算單元等。1.2.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)

36、構(gòu)分類自動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類( (Classification of structure of Automatic Controlling System )v（1）開路程控制系統(tǒng)（）開路程控制系統(tǒng)（Opened circuit Controlling system）:v按設(shè)定值控制：待測(cè)值與設(shè)定值保持一定的函數(shù)關(guān)系。當(dāng)按設(shè)定值控制：待測(cè)值與設(shè)定值保持一定的函數(shù)關(guān)系。當(dāng)設(shè)定值變化時(shí)，操縱變量隨之變化。設(shè)定值變化時(shí)，操縱變量隨之變化。v按擾動(dòng)控制（前饋控制）：擾動(dòng)出現(xiàn)時(shí)，操縱變量隨按擾動(dòng)控制（前饋控制）：擾動(dòng)出現(xiàn)時(shí)，操縱變量隨之變化之變化v開路控制的特點(diǎn)：開路控制的特點(diǎn)：v(characterris

37、tics of opened circuit Controlling system)v操縱變量對(duì)被控變量起控制作用；但被控變量操縱變量對(duì)被控變量起控制作用；但被控變量未回到控制裝置，不影響操縱變量，整個(gè)信息未回到控制裝置，不影響操縱變量，整個(gè)信息流不形成閉合回路程。流不形成閉合回路程。v不能保證被控與設(shè)定值相吻合，難以保證控制不能保證被控與設(shè)定值相吻合，難以保證控制質(zhì)量。質(zhì)量。（2）閉環(huán)（反饋）控制系統(tǒng)）閉環(huán)（反饋）控制系統(tǒng)(Closed Circuit Controlling System)：v按偏差進(jìn)行控制，即依據(jù)被控變量檢測(cè)與設(shè)定值的偏差，按控制按偏差進(jìn)行控制，即依據(jù)被控變量檢測(cè)與設(shè)定值

38、的偏差，按控制規(guī)律調(diào)整控制。規(guī)律調(diào)整控制。v類型：定值控制系統(tǒng)、隨動(dòng)控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)類型：定值控制系統(tǒng)、隨動(dòng)控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)說明：說明：r(t):設(shè)定值；設(shè)定值；y(t):測(cè)量值；測(cè)量值；e(t):偏差；偏差；u(t):調(diào)節(jié)器輸出調(diào)節(jié)器輸出 c(t):被控變量；被控變量；q(t):操縱變量；操縱變量；f(t):擾動(dòng)擾動(dòng)閉路控制系統(tǒng)的特點(diǎn)：閉路控制系統(tǒng)的特點(diǎn)：(characteristics of closed circuit Controlling system)v被控變量通過控制裝置影響操縱變量，被控變量通過控制裝置影響操縱變量，形成閉合會(huì)路。形成閉合會(huì)路。v控制質(zhì)量高?？刂瀑|(zhì)量高。1.3 靜態(tài)測(cè)量和動(dòng)態(tài)測(cè)量靜態(tài)測(cè)量和動(dòng)態(tài)測(cè)量Static state testing and dynamic state testing v1.3.1 靜態(tài)測(cè)量靜態(tài)測(cè)量測(cè)量時(shí)被測(cè)量物理量處于靜止或動(dòng)平衡測(cè)量時(shí)被測(cè)量物理量處于靜止或動(dòng)平衡狀態(tài)。狀態(tài)。v1.3.2 動(dòng)態(tài)測(cè)量動(dòng)態(tài)測(cè)量v測(cè)量時(shí)被測(cè)物理量處于漸變狀態(tài)測(cè)量時(shí)被測(cè)物理量處于漸變狀態(tài)1.4 閉環(huán)控制系統(tǒng)的過渡過程及其控制指標(biāo)閉環(huán)控制系統(tǒng)的過渡過