自動(dòng)化檢測(cè)儀表第章ppt課件

1、上海第二工業(yè)大學(xué) 電子與電氣工程學(xué)院 自動(dòng)化系鄭璞自動(dòng)化儀表與系統(tǒng).教材：第一講課程簡(jiǎn)介內(nèi)容： 1. 丈量的根底知識(shí) 2. 傳感器知識(shí)(重點(diǎn)) 3. 控制系統(tǒng)自動(dòng)化儀表與系統(tǒng). 自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng)第一編根底知識(shí)引論1 緒論2 誤差分析根底3檢測(cè)技術(shù)及方法分析第一講.1緒論 任何一個(gè)工業(yè)控制系統(tǒng)都必然要運(yùn)用一定的檢測(cè)技術(shù)和相應(yīng)的儀表單元。 檢測(cè)單元完成對(duì)各種過(guò)程參數(shù)的丈量，并實(shí)現(xiàn)必要的數(shù)據(jù)處置；儀表單元那么是實(shí)現(xiàn)各種控制造用的手段和條件，它將檢測(cè)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)展運(yùn)算處置，并經(jīng)過(guò)相應(yīng)的單元實(shí)現(xiàn)對(duì)被控變量的調(diào)理。 隨著新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，二者趨向交融,相輔相成的，它們是控制系統(tǒng)的重要根底。 第一

2、講.1緒論第一講丈量：用實(shí)驗(yàn)的方法或?qū)ｉT的設(shè)備，將被測(cè)物理量與該變量的知丈量單位規(guī)范量進(jìn)展比較以求得二者比值，進(jìn)而求得被測(cè)物理量的量值。1960年10月十一屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)確定了國(guó)際通用的國(guó)際單位制，簡(jiǎn)稱SI制。 SI制：七個(gè)根本單位：長(zhǎng)度m，時(shí)間s，質(zhì)量kg，熱力學(xué)溫度Kelvin溫度K，電流單位A，光強(qiáng)度單位cd坎德拉，物質(zhì)量mol .1.1 檢測(cè)儀表控制系統(tǒng)：1.1.1 典型儀表控制系統(tǒng)實(shí)例：用天然氣做原料消費(fèi)合成氨的控制系統(tǒng)為例。需對(duì)天然氣脫硫處置在脫硫塔中進(jìn)展下面以一典型工業(yè)儀表控制系統(tǒng)實(shí)例為分析對(duì)象，給出常規(guī)檢測(cè)儀表系統(tǒng)的組成及構(gòu)造,并引見有關(guān)檢測(cè)和儀表相關(guān)技術(shù)必需的根本要領(lǐng)和名詞術(shù)

3、語(yǔ)。第一講. 脫硫塔控制流程圖： 由三個(gè)單參數(shù)壓力、液位和流量調(diào)理控制系統(tǒng)組成。壓力控制：PC液位控制：LC流量控制：FC1.1 檢測(cè)儀表控制系統(tǒng)：1.1.1.典型儀表控制系統(tǒng)實(shí)例：第一講.壓力調(diào)理控制PC的單參數(shù)控制子系統(tǒng)引見： 系統(tǒng)構(gòu)造框圖1.1. 檢測(cè)儀表控制系統(tǒng)：1.1.1 典型儀表控制系統(tǒng)實(shí)例：第一講.壓力調(diào)理控制PC的單參數(shù)控制子系統(tǒng)引見：控制過(guò)程： 首先丈量進(jìn)入脫硫塔的天然氣壓力，檢測(cè)到的信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換后，以規(guī)范信號(hào)制式傳輸?shù)綄?shí)現(xiàn)調(diào)理運(yùn)算調(diào)理單元；1.1 檢測(cè)儀表控制系統(tǒng)：1.1.1 典型儀表控制系統(tǒng)實(shí)例： 調(diào)理單元在接遭到丈量信號(hào)后，即與給定單元的設(shè)定壓力值進(jìn)展比較，并根據(jù)設(shè)定的控

4、制規(guī)律計(jì)算出實(shí)現(xiàn)控制調(diào)理作用所需的控制信號(hào)； 調(diào)理單元輸出的控制信號(hào)經(jīng)執(zhí)行單元轉(zhuǎn)換后，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)被控變量的調(diào)理。第一講.流量調(diào)理控制FC的單參數(shù)控制子系統(tǒng)引見： 系統(tǒng)構(gòu)造框圖 控制過(guò)程：1.1 檢測(cè)儀表控制系統(tǒng)：1.1.1 典型儀表控制系統(tǒng)實(shí)例：流量變送單元用于流量檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換和傳輸;平安柵的添加那么是為了實(shí)現(xiàn)平安火花防爆特性。第一講.小結(jié)1.1 檢測(cè)儀表控制系統(tǒng)：1.1.1 典型儀表控制系統(tǒng)實(shí)例： 常規(guī)工業(yè)檢測(cè)儀表控制系統(tǒng)的構(gòu)成根本一樣，而與詳細(xì)采用的儀表類型無(wú)關(guān)。 根本構(gòu)成包括被控對(duì)象、變送器、顯示儀表、調(diào)理器、給定器和執(zhí)行器等。由于各控制子系統(tǒng)被控變量的不同，各子系統(tǒng)采用的變送

5、器和調(diào)理器的控制規(guī)律因此有所不同。經(jīng)過(guò)例子，通知我們系統(tǒng)是復(fù)雜的，而我們學(xué)習(xí)、研討從簡(jiǎn)單的開場(chǎng)。第一講.1.1.2 檢測(cè)儀表控制系統(tǒng)構(gòu)造分析：闡明：. 閉環(huán)回路控制系統(tǒng)。. 檢測(cè)單元： 實(shí)現(xiàn)控制調(diào)理作用的根底，它完成對(duì)一切被控變量的直接丈量，包括溫度、壓力、流量、液位、成分等1.1 檢測(cè)儀表控制系統(tǒng)：第一講.1.1.2 檢測(cè)儀表控制系統(tǒng)構(gòu)造分析：闡明：1.1 檢測(cè)儀表控制系統(tǒng)：. 顯示單元：是控制系統(tǒng)的附屬單元. 調(diào)理單元：完成調(diào)理控制規(guī)律的運(yùn)算。 它將變送器傳輸來(lái)的丈量信號(hào)與給定值進(jìn)展比較，并對(duì)比較結(jié)果進(jìn)展調(diào)理運(yùn)算，以輸出作為控制信號(hào)。調(diào)理單元采用的常規(guī)控制規(guī)律包括位式調(diào)理和 PID 調(diào)理.

6、 執(zhí)行單元：實(shí)施控制戰(zhàn)略的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，有電動(dòng)、氣動(dòng)、液動(dòng)等方式第一講.1.2 根本概念：請(qǐng)思索：什么是丈量？丈量值、真值、商定真值、示值儀表有幾個(gè)根本物理量？對(duì)象、檢測(cè)、變送、調(diào)理、執(zhí)行、自動(dòng)控制系統(tǒng)中檢測(cè)是根底，是我們這門課的重點(diǎn)內(nèi)容。工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)中，從被控對(duì)象歸納出六大參數(shù)。第一講.1.2 根本概念：1.2.1 丈量范圍、上下限、量程：1、丈量范圍： 儀表按規(guī)定的精度進(jìn)展丈量的被測(cè)變量的范圍。用其上、下限來(lái)表示，每個(gè)丈量?jī)x表都有丈量范圍。2、上、下限： 丈量范圍的最小值和最大值分別稱為丈量下限和丈量上限，簡(jiǎn)稱下限和上限。3、量程： 丈量上限值丈量下限值闡明：給出儀表的上下限，便知儀表的丈

7、量范圍及量程，反之只給出儀表的量程，卻無(wú)法確定其上下限及丈量范圍。丈量?jī)x表的另一表示方法：給出儀表的零點(diǎn)即下限值及量程第一講.1.2 根本概念：1.2.2 零點(diǎn)遷移和量程遷移： 在實(shí)踐運(yùn)用中，由于丈量要求或丈量條件的變化，需求改動(dòng)儀表的丈量范圍，即改動(dòng)儀表的零點(diǎn)或量程，為此需求對(duì)儀表進(jìn)展零點(diǎn)和量程的調(diào)整。通常將零點(diǎn)的變化稱為零點(diǎn)遷移，而量程的變化那么稱為量程遷移。 經(jīng)過(guò)遷移可以擴(kuò)展儀表的通用性。但是，在何種條件下遷移，以及可以有多大的遷移量，還需視詳細(xì)儀表的構(gòu)造和性能而定。 零點(diǎn)遷移和量程遷移可經(jīng)過(guò)儀表的標(biāo)尺特性來(lái)反映。第一講.1.2 根本概念：2、標(biāo)尺特性： 以被測(cè)變量值相對(duì)于量程的百分?jǐn)?shù)為

8、橫坐標(biāo)志為X，以儀表指針位移或轉(zhuǎn)角相對(duì)于標(biāo)尺長(zhǎng)度的百分?jǐn)?shù)為縱坐標(biāo)志為Y，可得到儀表的標(biāo)尺特性曲線XY.3、實(shí)例闡明：第一講.1.2 根本概念：3、實(shí)例闡明： 此時(shí)儀表量程不變，其斜率亦堅(jiān)持不變，線段2 只是線段1 的平移，實(shí)際上零點(diǎn)遷移到了原輸入值的-25% ，終點(diǎn)遷移到了原輸入值的75% ，而量程那么仍為100%。 但由于標(biāo)尺特性受限于輸入通道對(duì)信號(hào)的限制不能為負(fù)值，所以實(shí)踐標(biāo)尺有效運(yùn)用范圍縱坐標(biāo)Y遷移到原來(lái)的25%-100%，丈量范圍橫坐標(biāo)X遷移到原來(lái)的0-75%。單純的零點(diǎn)遷移時(shí)的標(biāo)尺特性線段2:第一講.1.2 根本概念：3、實(shí)例闡明：線段3、單純的量程遷移時(shí)的標(biāo)尺特性。線段4:此時(shí)零點(diǎn)

9、不變，線段仍過(guò)坐標(biāo)系原點(diǎn)，但斜率發(fā)生了變化。線段3：實(shí)際上量程遷移到了原來(lái)的70%。由于受儀表標(biāo)尺長(zhǎng)度的限制，實(shí)踐標(biāo)尺將仍堅(jiān)持到原來(lái)有效范圍縱坐標(biāo)的0-100%，而不能超越100%，對(duì)應(yīng)的丈量范圍遷移到原來(lái)的070%。 靈敏度提高。線段4: 量程遷移到原來(lái)的140%，斜率變化；雖然量程變大了，但實(shí)踐標(biāo)尺的有效范圍只需原來(lái)的71.4%，丈量范圍仍為0100%。第一講.1.2 根本概念：1.2.3 靈敏度和分辨率：1、靈敏度：是儀表對(duì)被測(cè)參數(shù)變化的靈敏程度。常以在被測(cè)參數(shù)改動(dòng)時(shí)，經(jīng)過(guò)足夠時(shí)間儀表指示值到達(dá)穩(wěn)定形狀后，儀表輸出變化量Y與引起此變化的輸入變化量U之比表示，即定義為：2、分辨率： 指儀表

10、輸出能呼應(yīng)和分辨的最小輸入量，又稱儀表靈敏限，是靈敏度的一種反映。 第一講.1.2 根本概念：1、靈敏度：是儀表對(duì)被測(cè)參數(shù)變化的靈敏程度。2、分辨率：儀表輸出能呼應(yīng)和分辨的最小輸入量。 3、討論：靈敏度和標(biāo)尺特性的關(guān)系： 靈敏度等于標(biāo)尺特性曲線的斜率。因此，量程遷移就意味著靈敏度的改動(dòng)；而假設(shè)僅僅是零點(diǎn)遷移那么靈敏度不變。第一講.1.2 根本概念：1、靈敏度：是儀表對(duì)被測(cè)參數(shù)變化的靈敏程度。2、分辨率：儀表輸出能呼應(yīng)和分辨的最小輸入量。 3、討論：靈敏度和標(biāo)尺特性的關(guān)系：靈敏度和儀表放大倍數(shù)的關(guān)系：由靈敏度的定義表達(dá)式可知：靈敏度大小等同于儀表的放大倍數(shù)。只是由于Y、U 都有詳細(xì)量綱，所以靈敏

11、度也有量綱，且由Y、U 確定；而放大倍數(shù)沒(méi)有量綱。所以靈敏度的含義比放大倍數(shù)要廣泛得多。 第一講.1.2 根本概念：1、靈敏度：是儀表對(duì)被測(cè)參數(shù)變化的靈敏程度。2、分辨率：儀表輸出能呼應(yīng)和分辨的最小輸入量。 3、討論：靈敏度和標(biāo)尺特性的關(guān)系：靈敏度和儀表放大倍數(shù)的關(guān)系：靈敏度和分辨率的關(guān)系 分辨率是靈敏度的一種反映，普通說(shuō)儀表的靈敏度高，那么其分辨率同樣也高。因此實(shí)踐中主要希望提高儀表的靈敏度，從而保證其分辨率較好。第一講.1.2 根本概念：1、靈敏度：是儀表對(duì)被測(cè)參數(shù)變化的靈敏程度。2、分辨率：儀表輸出能呼應(yīng)和分辨的最小輸入量。 3、討論：靈敏度和標(biāo)尺特性的關(guān)系：靈敏度和儀表放大倍數(shù)的關(guān)系：

12、靈敏度的可傳送性 在由多個(gè)儀表組成的丈量或控制系統(tǒng)中，靈敏度具有可傳送性。例如首尾串聯(lián)的儀表系統(tǒng) 即前一個(gè)儀表的輸出是后一個(gè)儀表的輸入 ，其總靈敏度是各儀表靈敏度的乘積。第一講.1.2 根本概念：1.2.4 誤差1、根本名詞： .被測(cè)真值： 被丈量的真實(shí)值，是一個(gè)實(shí)際值，由于無(wú)論采用何種儀表測(cè)到的值都有誤差。實(shí)踐中常將用適當(dāng)精度的儀表普通指高一等級(jí)精度的儀表測(cè)出的或用特定的方法確定的商定真值替代真值。又稱為商定真值。某些特殊情況下是可知的，如圓周角為360度。.示值：指示安裝所顯示的被測(cè)值第一講.1.2 根本概念：2、絕對(duì)誤差：通?？珊?jiǎn)稱為誤差。 絕對(duì)誤差示值商定真值 誤差為正時(shí)表示儀表的示值

13、偏大，反之偏小。3、相對(duì)誤差： 絕對(duì)誤差與商定真值之比稱為相對(duì)誤差，常用百分?jǐn)?shù)表示，即 用相對(duì)誤差大小來(lái)衡量?jī)x表的精度比較合理。第一講.1.2 根本概念： 用水銀溫度計(jì)測(cè)得某一溫度為20.3，該溫度用高一等級(jí)的溫度計(jì)測(cè)得值為20.2，因后者精度高，故可以為20.2接近真實(shí)溫度，故水銀溫度計(jì)丈量的絕對(duì)誤差: 相對(duì)誤差: 對(duì)于一樣的被丈量，絕對(duì)誤差可以評(píng)定其丈量精度的高低，但對(duì)于不同的被丈量以及不同的物理量，絕對(duì)誤差就難以評(píng)定其丈量精度的高低，而采用相對(duì)誤差來(lái)評(píng)定較為確切。20.3 - 20.2 =0.1舉例1: 第一講.1.2 根本概念：2、絕對(duì)誤差：簡(jiǎn)稱為誤差。 絕對(duì)誤差示值商定真值3、相對(duì)誤

14、差： 4、援用誤差：雖然用絕對(duì)誤差占商定真值的百分?jǐn)?shù)來(lái)衡量?jī)x表的精度比較合理，但由于儀表多運(yùn)用在丈量接近上限值的量，為此引入援用誤差的概念，定義如下：以百分?jǐn)?shù)()表示第一講.1.2 根本概念：2、絕對(duì)誤差：簡(jiǎn)稱為誤差。 絕對(duì)誤差示值商定真值3、相對(duì)誤差： 4、援用誤差：5、最大援用誤差：最大援用誤差與儀表的詳細(xì)示值無(wú)關(guān)，可以更好地闡明儀表丈量的準(zhǔn)確程度。它是儀表根本誤差的主要方式，是儀表的主要質(zhì)量目的之一。指整個(gè)量程內(nèi)以百分?jǐn)?shù)()表示第一講.1.2 根本概念：6、允許誤差Q：儀表在出廠時(shí)規(guī)定的援用誤差的允許值， 簡(jiǎn)稱允許誤差。 7、根本誤差：任何丈量都是與環(huán)境條件相關(guān)的，這些環(huán)境條件包括環(huán)境溫

15、度、相對(duì)濕度、電源電壓、安裝方式等。儀表運(yùn)用時(shí)應(yīng)嚴(yán)厲按規(guī)定的環(huán)境條件即參比任務(wù)條件進(jìn)展丈量，此時(shí)獲得的誤差稱為根本誤差。8、附加誤差： 儀表在非參比任務(wù)條件下進(jìn)展丈量，此時(shí)獲得的誤差除包含根本誤差外，還會(huì)包含額外的誤差，又稱附加誤差。第一講.1.2 根本概念：9、靜態(tài)誤差： 指儀表靜止形狀時(shí)的誤差，或被丈量變化非常緩慢時(shí)所呈現(xiàn)的誤差，此時(shí)不思索儀表的慣性要素。10、動(dòng)態(tài)誤差： 指儀表因慣性遲延所引起的附加誤差，或變化過(guò)程中的誤差。 儀表靜態(tài)誤差的運(yùn)用更為普遍。第一講.1.2 根本概念：1.2.5 準(zhǔn)確度： 任何儀表都有一定的丈量誤差。因此，運(yùn)用儀表時(shí)必需先知道該儀表的準(zhǔn)確程度，以便估計(jì)丈量結(jié)果

16、與商定真值的差距，即估計(jì)丈量值的大小。1、定義： 用儀表允許的最大援用誤差去掉百分號(hào)后的數(shù)字來(lái)衡量該儀表的準(zhǔn)確程度。用于估計(jì)丈量結(jié)果與商定真值的差距2、精度等級(jí)劃分： 0.05級(jí)、0.1級(jí)、0.2級(jí)、0.25級(jí)、0.5級(jí)、1.0級(jí)、1.5級(jí)、2.5級(jí)。第一講.1.2 根本概念：1、定義： 用儀表允許的最大援用誤差去掉百分號(hào)后的數(shù)字來(lái)衡量該儀表的準(zhǔn)確程度。2、精度等級(jí)劃分： 3、精度等級(jí)確定方法：根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，先計(jì)算儀表的最大援用誤差，然后從上面規(guī)范的精度等級(jí)中選取數(shù)值上最接近，但比該計(jì)算出的最大援用誤差去掉百分號(hào)的值大的精度等級(jí)做為該儀表的準(zhǔn)確度等級(jí)。第一講.1.2 根本概念：舉例：某彈簧管壓

17、力表的丈量范圍為.a，精度等級(jí)為25級(jí)，校驗(yàn)時(shí)，在某點(diǎn)出現(xiàn)的最大絕對(duì)誤差為.a，問(wèn)該儀表能否合格？解：由知條件可知：儀表量程為，最大絕對(duì)誤差為。其最大援用誤差為：由精度等級(jí)為2.5級(jí)，可知儀表允許的最大援用誤差為： 2.5 ， 所以不全格。.a.a第一講.1.2 根本概念：舉例2：有一塊壓力表，其負(fù)向可測(cè)到-0.1MPa，正向可測(cè)到0.6MPa，現(xiàn)只校驗(yàn)正向部份，其最大誤差發(fā)生在0.3MPa處，且 上行和下行時(shí)，規(guī)范壓力表的指示值分別為0.305MPa和0.295MPa，問(wèn)該表能否符合準(zhǔn)確度等級(jí)為1.5級(jí)的要求？解：由知條件可知：儀表量程為： 丈量誤差：有根本誤差為其最大援用誤差為：0.6-0

18、.10.7a，上 0.305-0.30.005下0.3-0.2950.0050.005MPa符合第一講.1.2 根本概念：1.2.6 滯環(huán)、死區(qū)和回差：1、滯環(huán)： 由于儀表內(nèi)部元件的儲(chǔ)能效應(yīng)(如彈性變形、磁滯景象等)，呵斥儀表丈量的實(shí)踐上升曲線和實(shí)踐下降曲線出現(xiàn)不重合，從而使得儀表的特性構(gòu)成環(huán)狀，該種景象即稱為滯環(huán)。如圖。 在出現(xiàn)滯環(huán)景象時(shí)，儀表的同一輸入值對(duì)應(yīng)多個(gè)輸出值，并出現(xiàn)誤差。第一講.1.2 根本概念：2、死區(qū)： 儀表內(nèi)部的某些元件具有死區(qū)效應(yīng)，例如傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的摩擦和間隙等，其作用亦可使得儀表檢驗(yàn)所得的實(shí)踐上升曲線和實(shí)踐下降曲線常出現(xiàn)不重合的情況。這種死區(qū)效應(yīng)使得儀表輸入在小到一定范圍后

19、缺乏以引起輸出的任何變化，而這一范圍那么稱為死區(qū)。 存在死區(qū)的儀表要求輸入值大于某一限制才干引起輸出的變化，死區(qū)也稱為不靈敏區(qū)。理想情況下，不靈敏區(qū)的寬度是靈敏限的2 倍。第一講.1.2 根本概念：3、回差： 實(shí)踐上升曲線和實(shí)踐下降曲線間都存在差值，其最大的差值稱為回差，亦稱變差，或來(lái)回變差。第一講.1.2 根本概念：1、反復(fù)性：概念：在同一任務(wù)條件下，同方向延續(xù)多次對(duì)同一輸入值進(jìn)展丈量所得的多個(gè)輸出值之間相互一致的程度稱為儀表的反復(fù)性，它不包括滯環(huán)和死區(qū)。如圖。物理意義：反映輸出一致性的程度。取值：上升曲線的最大離散程度和下降曲線的最大離散程度兩者中的最大值。1.2.7 反復(fù)性和再現(xiàn)性：第一講.1.2 根本概念：2、再現(xiàn)性：概念：它是儀表實(shí)踐上升曲線和實(shí)踐下降曲線之間離散程度的表示，它包括滯環(huán)和死區(qū)。如圖。物理意義：反映儀表的穩(wěn)定性。取值：常取兩種曲線之間離散程度最大點(diǎn)的值來(lái)表示第一講.1.2 根本概念：3、討論： 反復(fù)性是衡量?jī)x表不受隨機(jī)要素影響的才干，