工業(yè)儀表 緒論

1、工業(yè)儀表與工程測試工業(yè)儀表與工程測試技術技術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)儀表與工程測試技術所要解決的問題工業(yè)儀表與工程測試技術所要解決的問題v本課程所學內容本課程所學內容:儀表（熱工，電工），測試儀表（熱工，電工），測試溫度溫度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學習方法：理論聯(lián)系實際，要做到：學習方法：理論聯(lián)系實際，要做到：v認真聽課，做好課堂筆記，做好課后的練習認真聽課，做好課堂筆記，做好課后的練習和思考，如果不認真做練習和思考，那么這門和思考，如果不

2、認真做練習和思考，那么這門課是學不好的。平時聽不懂的問題及時提問，課是學不好的。平時聽不懂的問題及時提問，及時解決及時解決。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。講解的內容：講解的內容：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 溫度的測量溫度的測量v第第4章章 壓力測量壓力測量 v第第5章物位測量章物位測量v第第6章章 流速和流量測量流速和流量測量v第第7章成份分析章成份分析v第第8章章 粉塵濃度的測量粉塵濃度的測量緒論緒論v工程測試技術的地位和作用工程測試技術的地位和作用1

3、、科學研究：任何科學理論的建立和科學研究成果的獲得都必科學研究：任何科學理論的建立和科學研究成果的獲得都必須通過大量的試驗與測量，并通過對測量所獲得的數(shù)據進行合須通過大量的試驗與測量，并通過對測量所獲得的數(shù)據進行合理的分析和計算來驗證科學理論或研究成果的正確性和可靠性。理的分析和計算來驗證科學理論或研究成果的正確性和可靠性。2、生產過程：為了保證生產的正常進行，必須對生產過程中的、生產過程：為了保證生產的正常進行，必須對生產過程中的各種參數(shù)進行定時定期或在線連續(xù)測量，并在分析測量結果的各種參數(shù)進行定時定期或在線連續(xù)測量，并在分析測量結果的基礎上，對生產過程進行監(jiān)視和控制，以保證產品的質量?；A

4、上，對生產過程進行監(jiān)視和控制，以保證產品的質量。3、測量技術：應用測量儀器或儀表來實現(xiàn)測量目的的技術稱為、測量技術：應用測量儀器或儀表來實現(xiàn)測量目的的技術稱為測試技術，應用于工程實踐的測試技術則稱為工程測試技術。測試技術，應用于工程實踐的測試技術則稱為工程測試技術。4、現(xiàn)代化的測試儀器是科學研究和生產實踐的必要手段，其水、現(xiàn)代化的測試儀器是科學研究和生產實踐的必要手段，其水平高低是科學技術發(fā)展的重要標志，同時也是科學研究和生產平高低是科學技術發(fā)展的重要標志，同時也是科學研究和生產技術發(fā)展的重要的技術基礎。技術發(fā)展的重要的技術基礎。 說明：說明：測試技術隨著科學技術和生產實踐的發(fā)展而發(fā)展?？茖W技

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

6、學特性千差萬別，在測量過程中，測量結果的參數(shù)的物理特性或化學特性千差萬別，在測量過程中，測量結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技術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技術所具有的測量精度高、反應速度快、數(shù)據傳輸方便并且能夠連續(xù)自動記錄的測量精度高、反應速度快、數(shù)據傳輸方便并且能夠連續(xù)自動記錄等優(yōu)點研究用電量測試的手段來進行這些非電量的測試，于是形成等優(yōu)點研究用電量測試的手段來進行這些非電量的測試，于是形成了非電量的電測技術。了非電量的電測技術。非電量電測技術的內容：（非電量電測技術的內容：（1）研究用電測手段測量非電量的儀器）研究用電測手段測量非電量的儀器

7、和儀表；（和儀表；（2）研究如何正確和快速地進行非電量的測試。）研究如何正確和快速地進行非電量的測試。 工程技術領域，測試技術的作用有如下：工程技術領域，測試技術的作用有如下： v（1）通過測量有關工藝參數(shù)，對生產過程的運行情況）通過測量有關工藝參數(shù)，對生產過程的運行情況進行進行監(jiān)視監(jiān)視，使之保持在最佳工作狀況；測量生產設備，使之保持在最佳工作狀況；測量生產設備運轉過程中的有關技術參數(shù)，并分析測試結果，運轉過程中的有關技術參數(shù)，并分析測試結果，判斷判斷設備的工作狀態(tài)。設備的工作狀態(tài)。v（2）將工藝參數(shù)的測量結果與設定值相比較，并根據）將工藝參數(shù)的測量結果與設定值相比較，并根據偏差范圍要求進行偏

8、差范圍要求進行反饋反饋，實現(xiàn)對工藝參數(shù)的，實現(xiàn)對工藝參數(shù)的調控調控，保，保證生產過程的要求。證生產過程的要求。 v（3）根據對工藝過程參數(shù)和設備性能參數(shù)測）根據對工藝過程參數(shù)和設備性能參數(shù)測試結果的分析評價，試結果的分析評價，發(fā)現(xiàn)問題發(fā)現(xiàn)問題，并，并提出提出相應的相應的改進措施改進措施。通過測試來分析和評定改進措施實。通過測試來分析和評定改進措施實施后是否達到了預期效果。施后是否達到了預期效果。v（4）通過測試技術手段研究機械系統(tǒng)的響應）通過測試技術手段研究機械系統(tǒng)的響應特性和系統(tǒng)參數(shù)以及進行載荷識別，特性和系統(tǒng)參數(shù)以及進行載荷識別，為機械系為機械系統(tǒng)的動態(tài)設計提供依據統(tǒng)的動態(tài)設計提供依據。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：貨車超載測試系統(tǒng)的組成及特點測試系統(tǒng)的組成及特點 測量電路被測對象傳感器顯示器記錄裝置數(shù)據處理裝置將被測量的非電信息將被測量的非電信息變換成電信號變換成電信號 中間轉換器，將傳感器輸出的電信號進行傳輸、放大和轉換 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： 量具量儀、汽車儀表、拖拉機儀表、船量具量儀、汽車儀表、拖拉機儀表、船用儀表、航空儀表、導航儀器、駕駛儀器、用儀表、航空儀表、導航儀器、駕駛儀器、無線電測試儀器、載波微波測試儀器、地質無線電測試儀器

10、、載波微波測試儀器、地質勘探測試儀器、勘探測試儀器、建材測試儀器、建材測試儀器、地震測試儀地震測試儀器、大地測繪儀器、水文儀器、計時儀器、器、大地測繪儀器、水文儀器、計時儀器、農業(yè)測試儀器、商業(yè)測試儀器、教學儀器、農業(yè)測試儀器、商業(yè)測試儀器、教學儀器、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： 檢測儀表、顯示儀表、調節(jié)儀表和執(zhí)行器等；檢測儀表、顯示儀表、調節(jié)儀表和執(zhí)行器等；其中其中檢測儀表檢測儀表按被測物理量又分為按被測物理量又分為溫度測量儀表、溫度測量儀表、壓力測量儀表、流量測量儀表、料位測量儀表壓力測量儀表、流量測量儀表、料位測量儀表和機和機械量測量儀表等。械量測量

11、儀表等。 溫度測量儀表溫度測量儀表按測量方式分：按測量方式分： 接觸式接觸式測溫儀表和測溫儀表和非接觸式非接觸式測溫儀表；測溫儀表； 接觸式測溫儀表又可分為熱電式、膨脹式、電接觸式測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指標：儀器儀表性能的主要技術指標：精確度、靈敏度、響應時間、重復性、線性度、漂移精確度、靈敏度、響應時間、重復性、線性度、漂移等。等。 精確度精確度：儀表測量結果與被測量真值的一致程度。儀器儀表儀表測量結果與被測量真值的一致程度。儀器儀表的精確度常用精確度等級來表示，如的精確度常用精確度等級來表示，如01級、級、02級、級、05級、級

12、、10級、級、15級等，級等，01級表示儀表總的誤差不超過級表示儀表總的誤差不超過01范圍。精確度等級數(shù)小，說明儀表的系統(tǒng)誤差和隨范圍。精確度等級數(shù)小，說明儀表的系統(tǒng)誤差和隨機誤差都小，也就是這種儀表精密。機誤差都小，也就是這種儀表精密。靈敏度靈敏度：被測量增量與此增量引起的被測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，它反映儀表能夠測量的最小被測量：測量的最小被測量：響應時間響應時間：儀表輸入一個階躍量時，其輸出由初始值第一儀表輸入一個階躍量時，其輸出由初始值第一次到達最終穩(wěn)定值的時間間隔，一般規(guī)定以到達穩(wěn)定值的次到達最終穩(wěn)定值的時間間隔，一般規(guī)定以到達穩(wěn)定值的9

13、5時的時間為準。時的時間為準。工程測試的內容：v溫度測量溫度測量v壓力測量壓力測量v流量、流速測量流量、流速測量v濃度測量濃度測量v成分測定成分測定v物位（液位、料位）測量物位（液位、料位）測量v噪聲測量噪聲測量工程測試的基本方法：工程測試的基本方法：v直接測量和間接測量方法直接測量和間接測量方法v接觸測量和非接觸測量方法接觸測量和非接觸測量方法v偏位測量和差示測量方法偏位測量和差示測量方法v在線測量和離線測量方法在線測量和離線測量方法v靜態(tài)測量和動態(tài)測量方法靜態(tài)測量和動態(tài)測量方法1、直接測量和間接測量方法、直接測量和間接測量方法v（1）直接測量方法：）直接測量方法：v無需進行函數(shù)關系的再運算

14、，從實測數(shù)據中直無需進行函數(shù)關系的再運算，從實測數(shù)據中直接得到被測量值的測量方法。如：直尺長度測接得到被測量值的測量方法。如：直尺長度測量、溫度計測溫、電壓表測電壓等。量、溫度計測溫、電壓表測電壓等。v（2）間接測量方法：）間接測量方法：v直接測量與被測量存在某種關系的各個物理量，直接測量與被測量存在某種關系的各個物理量，通過一定的數(shù)學關系獲得被測量。如：流量可通過一定的數(shù)學關系獲得被測量。如：流量可通過流速和管道直徑測定值而求得。通過流速和管道直徑測定值而求得。2、接觸測量和非接觸測量方法、接觸測量和非接觸測量方法v（1）接觸測量方法）接觸測量方法v儀表的一部分（傳感器）與被測對象相接觸并儀

15、表的一部分（傳感器）與被測對象相接觸并承受對象參數(shù)的作用。如：熱電偶測溫、扭矩承受對象參數(shù)的作用。如：熱電偶測溫、扭矩式轉速計測轉速等。式轉速計測轉速等。v（2）非接觸測量方法）非接觸測量方法v儀表的傳感器不必與被測對象直接接觸而給出儀表的傳感器不必與被測對象直接接觸而給出測量結果的測量方法。如：光學高溫計測溫、測量結果的測量方法。如：光學高溫計測溫、雷達測速儀測量速度等。雷達測速儀測量速度等。3、偏位測量和差示測量方法、偏位測量和差示測量方法v（1）偏位測量方法）偏位測量方法v被測量作用于儀表的比較裝置（測量機構），使被測量作用于儀表的比較裝置（測量機構），使其某參量按已知關系變化，當此變化

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

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

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

19、德吳文德. 2000v熱工過程檢測儀表熱工過程檢測儀表. 程大亨程大亨. 1997v科學史研究中，把科學史研究中，把1717世紀看作近代自然科學誕生的分世紀看作近代自然科學誕生的分水嶺。此前，自然科學未建立自己的傳統(tǒng)，而是依附水嶺。此前，自然科學未建立自己的傳統(tǒng)，而是依附在哲學的傳統(tǒng)和工匠的傳統(tǒng)之上。在哲學的傳統(tǒng)和工匠的傳統(tǒng)之上。v培根重要的哲學概念培根重要的哲學概念實驗是自然科學的基礎實驗是自然科學的基礎。v伽利略提出了科學實驗的兩個基本要素：伽利略提出了科學實驗的兩個基本要素：v科學儀器測量、數(shù)字記錄科學儀器測量、數(shù)字記錄(表達表達)測量結果測量結果v使實驗結果成為可定量比較和精確計算的數(shù)

20、據。從此，使實驗結果成為可定量比較和精確計算的數(shù)據。從此，自然科學由粗陋的觀察、模糊的推斷走向嚴肅的實驗自然科學由粗陋的觀察、模糊的推斷走向嚴肅的實驗和嚴密的邏輯，與數(shù)學結成堅固的聯(lián)盟，建立了自然和嚴密的邏輯，與數(shù)學結成堅固的聯(lián)盟，建立了自然科學自己的傳統(tǒng)?？茖W自己的傳統(tǒng)。 1.1 1.1 自動化及儀表發(fā)展概況自動化及儀表發(fā)展概況 當人類活動領域越過感覺器官極限時，儀器儀表成了一當人類活動領域越過感覺器官極限時，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。科學進展首先取決于儀器儀表的進展。科學進展首先取決于儀器儀表的進展。 溫度計和實用溫標溫度計和實用溫標的發(fā)明（的發(fā)明（1717、181

21、8世紀）使溫度的概念世紀）使溫度的概念具有更加準確的科學涵義，成為可以測量和定量計算的基本具有更加準確的科學涵義，成為可以測量和定量計算的基本物理量。直接導致了熱力學的誕生，發(fā)現(xiàn)了能量守恒定律和物理量。直接導致了熱力學的誕生，發(fā)現(xiàn)了能量守恒定律和熱機的一系列基本規(guī)律，為歐洲的產業(yè)革命奠定了堅實的科熱機的一系列基本規(guī)律，為歐洲的產業(yè)革命奠定了堅實的科學基礎。學基礎。 電流表電流表的發(fā)明（的發(fā)明（1919世紀）使電學與磁學研究獲得了一個世紀）使電學與磁學研究獲得了一個又一個重大的發(fā)現(xiàn)，促進了電氣時代的來臨。又一個重大的發(fā)現(xiàn)，促進了電氣時代的來臨。 威爾遜云室和眾多核物理探測儀器威爾遜云室和眾多核物

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

23、略伽利略天文望遠鏡天文望遠鏡 安培安培電流表電流表 在人類的科學探索與生產活動中，在人類的科學探索與生產活動中，儀器儀表逐漸形成儀器儀表逐漸形成了一種專門的學科，一種專門的產業(yè)。了一種專門的學科，一種專門的產業(yè)。它它支撐支撐著社會的技著社會的技術進步，為眾多領域的科學探索活動術進步，為眾多領域的科學探索活動提供提供實驗和觀測手段，實驗和觀測手段，為人類有序的生產活動與正常的社會生活為人類有序的生產活動與正常的社會生活提供提供必需的技術必需的技術保障。保障。 這種變化是文明前進的重要標志，是人類這種變化是文明前進的重要標志，是人類勞動科學化勞動科學化的重要特征。的重要特征。 儀器儀表科學技術儀器

24、儀表科學技術繼承了人類文明豐厚的遺產。自繼承了人類文明豐厚的遺產。自然科學領域的新發(fā)現(xiàn)，工程技術的新發(fā)明，不斷充實它然科學領域的新發(fā)現(xiàn)，工程技術的新發(fā)明，不斷充實它的內容，使它成為的內容，使它成為知識高度密集、高度綜合的學科。知識高度密集、高度綜合的學科。 X-Ray衍射儀50萬美元1.1.1 1.1.1 自動化控制發(fā)展概況自動化控制發(fā)展概況v人工控制：人工控制：憑經驗用人工觀察現(xiàn)象、操作設備及控制憑經驗用人工觀察現(xiàn)象、操作設備及控制生產過程生產過程v自動控制：自動控制：借助于控制裝置和信息技術控制生產過程借助于控制裝置和信息技術控制生產過程v儀表化和局部自動化儀表化和局部自動化（20世紀世紀

25、50年代）年代）v復雜控制復雜控制（20世紀世紀70年代）年代）v集散控制集散控制（20世紀世紀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。簡單實用，但無法進行簡單實用，但無法進行復雜控制復雜控制選擇控制、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：在線檢。特點：在線檢測控制，全數(shù)字化信號聯(lián)測控制，全數(shù)字化信號聯(lián)系系Dispersion Controlling System1.1.2 1.1.2 儀表及測試技術發(fā)展概況儀表及測試技術發(fā)展概況v儀器儀表是人類擴大視野開拓新域的前導工具，時刻儀器儀表

26、是人類擴大視野開拓新域的前導工具，時刻面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)，它本身總是處于永不止息的創(chuàng)造面臨著嚴峻的挑戰(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)生產過程向更高的精確度、更快的節(jié)奏和更隨著工業(yè)生產過程向更高的精確度、更快的節(jié)奏和更復雜的流程發(fā)展，原有的技術已越來越不能適應要求。復雜的流程發(fā)展，原有的技術已越來越不能適應要求。v隨著人類活動領域的迅速擴大，隨著人類活動領域的迅速擴大，傳統(tǒng)儀器儀表無法應傳統(tǒng)儀器儀表無法應付的測量對象急劇增加。付的測量對象急劇增加。v隨著自然科學領域探索活動的深入，隨著自然科學領域探索活動的深入，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。 需要探索新的測量原理和方法，需要突破傳統(tǒng)測量技需要探索新的測量原理和方法，需要突破傳統(tǒng)測量技術的閾值界限，需要超越經典的方法，以新的途徑獲取信術的閾值界限，需要超越經典的方法，以新的途徑獲取信號。在數(shù)量級的意義上具有號。在數(shù)量級的意義上具有更高的響應速度、更高的信噪更高的響應速度、更高的信噪比和更高的精確度。比和更高的精確度。 在很多領域，儀器儀表已經成為工業(yè)生產設備、安全在很多領域，儀器儀表已經成為工業(yè)生產設備、安全裝置、社會技術保障體系、大型高速交通運載工具、醫(yī)療裝置、社會技術保障體系、大型高速交通運載工具、醫(yī)療系統(tǒng)和國防工程的核心部件，已經同各種各樣的工作對象系統(tǒng)

28、和國防工程的核心部件，已經同各種各樣的工作對象融為一體，儀器儀表和它們的測量對象在空間上已經不能融為一體，儀器儀表和它們的測量對象在空間上已經不能分離，必需服從苛刻的現(xiàn)場應用條件，經強烈的震動沖擊，分離，必需服從苛刻的現(xiàn)場應用條件，經強烈的震動沖擊，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、擴展或補充人的官能。儀器儀表能改善、擴展或補充人的官能。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、望遠鏡、聲級計、酸度計、高溫計而顯微鏡、望遠鏡、聲級計、酸度計、高溫計等儀器儀表，可以改善和擴展人的這些官能；等儀器儀表，可以改善

29、和擴展人的這些官能；有些儀器儀表如磁強計、射線計數(shù)計等可感受有些儀器儀表如磁強計、射線計數(shù)計等可感受和測量到人的感覺器官所不能感受到的物理量；和測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、計還有些儀器儀表可以超過人的能力去記錄、計算和計數(shù)，如高速照相機、計算機等。算和計數(shù)，如高速照相機、計算機等。 儀器儀表在應用于生產活動、軍事技術、服務于儀器儀表在應用于生產活動、軍事技術、服務于社會和科學研究的同時，已開始悄悄走進尋常百姓家，社會和科學研究的同時，已開始悄悄走進尋常百姓家，成為提高人們生活質量的重要手段。它給人們帶來的成為提高人們生活質量的重要手段。它給人們

30、帶來的影響將影響將不亞于個人計算機不亞于個人計算機的出現(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的重大變化。表觀念和技術的重大變化。 儀器儀表是用以檢出、測量、觀察、計算儀器儀表是用以檢出、測量、觀察、計算各種物理量、物質成分、物性參數(shù)等的器具或各種物理量、物質成分、物性參數(shù)等的器具或設備。廣義上，儀器儀表也可具有自動控制、設備。廣義上，儀器儀表也可具有自動控制、報警、信號傳遞和數(shù)據處理等功能，例如用于報警、信號傳遞和數(shù)據處理等功能，例如用于工業(yè)生產過程自動控制中的氣動調節(jié)儀表、電工業(yè)生產過程自動控制中的氣動調節(jié)儀表、電動調節(jié)儀表以及集散型儀表控制系統(tǒng)等。動調節(jié)儀表以及集散型儀表

31、控制系統(tǒng)等?，F(xiàn)代工程測試技術的發(fā)展趨勢現(xiàn)代工程測試技術的發(fā)展趨勢 v儀器應用范圍的擴大儀器應用范圍的擴大 v新型傳感器的研究新型傳感器的研究 v多功能測試儀器的開發(fā)多功能測試儀器的開發(fā) v測試系統(tǒng)的智能化測試系統(tǒng)的智能化 儀器儀表科學技術，是信息時代的重要特征。儀器儀表科學技術，是信息時代的重要特征。 儀器儀表是信息的源頭，在學科分類上屬于儀器儀表是信息的源頭，在學科分類上屬于“信息獲信息獲得得”技術技術的范疇，它與信息傳輸技術和的范疇，它與信息傳輸技術和信息處理技術信息處理技術共同共同構成當代信息科學技術的三大組成部分構成當代信息科學技術的三大組成部分 當信息科學涉及到更深的層次，更多地關注

32、自然及其當信息科學涉及到更深的層次，更多地關注自然及其與人的相互關系，更多地關注自然科學研究、生產活動、與人的相互關系，更多地關注自然科學研究、生產活動、戰(zhàn)爭技術手段、人類健康、安全和環(huán)境的時候，如何獲得戰(zhàn)爭技術手段、人類健康、安全和環(huán)境的時候，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。就成了后續(xù)工作的重要基礎。 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，就是理解信息時代。理解儀器儀表，就是理解信息時代。1.2 自動控制系統(tǒng)及類型自動控制系統(tǒng)及類型Aut

33、omatic Controlling System and its Types1.2.1 自動控制系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)(Automatic Controlling System ) 自動控制系統(tǒng)的主要組成部分：自動控制系統(tǒng)的主要組成部分： 被控過程、檢測單元和變送器、控制器、執(zhí)行器被控過程、檢測單元和變送器、控制器、執(zhí)行器 被控過程：被控過程：自動控制系統(tǒng)中需實現(xiàn)控制的設備、機器自動控制系統(tǒng)中需實現(xiàn)控制的設備、機器或生產過程或生產過程 被控變量：被控變量：被控過程內設定的物理量數(shù)值被控過程內設定的物理量數(shù)值 干擾（擾動）干擾（擾動）：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、渦流）起被控變量變化的因素。（溫度、振動、渦流）v 檢測元件和變送器檢測元件和變送器v 檢測元件的作用：檢測元件的作用：v 感受工藝變量的變化，并將其轉換為電信號或氣壓信感受工藝變量的變化，并將其轉換為電信號或氣壓信號等號等v變送器的作用：變送器的作用： 將檢測元件的檢測信號轉換成統(tǒng)一標準的將檢測元件的檢測信號轉換成統(tǒng)一標準的氣壓信號氣壓信號(20 100kPa)或或直流電流信號直流電流信號（010mA），），并輸送至控并輸送至控制器。制器。v測量值：檢測變送裝置輸出的信號。測量值：檢測變送裝置輸出的信號。v控制器控制器v作用：作用：將來自檢測元件及變送器

35、的測量值與設定值進行將來自檢測元件及變送器的測量值與設定值進行比較得出偏差，根據偏差大小及其變化趨勢，按預定控比較得出偏差，根據偏差大小及其變化趨勢，按預定控制規(guī)律進行運算后，向執(zhí)行器輸出相應的控制信號。制規(guī)律進行運算后，向執(zhí)行器輸出相應的控制信號。v偏差：偏差：設定值與測量值之差設定值與測量值之差v執(zhí)行器執(zhí)行器v作用：作用：接受控制信號，改變操縱變量，克服擾動影響，接受控制信號，改變操縱變量，克服擾動影響，實現(xiàn)控制要求。實現(xiàn)控制要求。v自動控制系統(tǒng)的其它輔助裝置自動控制系統(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、運算單元等。裝置、運算單元等。1.2.2 自動控制系統(tǒng)結

36、構分類自動控制系統(tǒng)結構分類( (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按設定值控制：待測值與設定值保持一定的函數(shù)關系。當按設定值控制：待測值與設定值保持一定的函數(shù)關系。當設定值變化時，操縱變量隨之變化。設定值變化時，操縱變量隨之變化。v按擾動控制（前饋控制）：擾動出現(xiàn)時，操縱變量隨按擾動控制（前饋控制）：擾動出現(xiàn)時，操縱變量隨之變化之變化v開路控制的特點：開路控制的特點：v(characterris

37、tics of opened circuit Controlling system)v操縱變量對被控變量起控制作用；但被控變量操縱變量對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，整個信息未回到控制裝置，不影響操縱變量，整個信息流不形成閉合回路程。流不形成閉合回路程。v不能保證被控與設定值相吻合，難以保證控制不能保證被控與設定值相吻合，難以保證控制質量。質量。（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按偏差進行控制，即依據被控變量檢測與設定值的偏差，按控制按偏差進行控制，即依據被控變量檢測與設定值

38、的偏差，按控制規(guī)律調整控制。規(guī)律調整控制。v類型：定值控制系統(tǒng)、隨動控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)類型：定值控制系統(tǒng)、隨動控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)說明：說明：r(t):設定值；設定值；y(t):測量值；測量值；e(t):偏差；偏差；u(t):調節(jié)器輸出調節(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):擾動擾動閉路控制系統(tǒng)的特點：閉路控制系統(tǒng)的特點：(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，形成閉合會路。形成閉合會路。v控制質量高?？刂瀑|量高。1.3 靜態(tài)測量和動態(tài)測量靜態(tài)測量和動態(tài)測量Static state testing and dynamic state testing v1.3.1 靜態(tài)測量靜態(tài)測量測量時被測量物理量處于靜止或動平衡測量時被測量物理量處于靜止或動平衡狀態(tài)。狀態(tài)。v1.3.2 動態(tài)測量動態(tài)測量v測量時被測物理量處于漸變狀態(tài)測量時被測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閉環(huán)控制系統(tǒng)的過渡過