自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表-01

1、2021年2月湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院自動(dòng)化系楊樺一.1-1：實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的意義及主要內(nèi)容1-2：自動(dòng)化及儀表的開展及運(yùn)用1-3：自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)的開展及運(yùn)用1-4：學(xué)習(xí)自動(dòng)化的意義1-5：討論、思索題、作業(yè)目 錄第一章：緒論.第一章 緒論主要內(nèi)容：自動(dòng)化的開展與運(yùn)用 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的目的及主要內(nèi)容 自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)的開展與運(yùn)用 自動(dòng)化儀表的開展與運(yùn)用 課程學(xué)習(xí)的目的與要求.1 何為自動(dòng)化？2 如何來構(gòu)筑一個(gè)控制系統(tǒng) 3 自動(dòng)化的主要內(nèi)容4 自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)、自動(dòng)化儀表的簡(jiǎn)要開展過程5 自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)的作用及開展6 自動(dòng)化儀表的作用及信號(hào)制7 本課程的主要知識(shí)點(diǎn)第一章 緒論 .1-1 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的意義及主要

2、內(nèi)容 一、日常生活中的自動(dòng)控制方式 1. 洗衣機(jī)的控制：如規(guī)范漂洗過程45分鐘 ： 開場(chǎng)注水洗滌20min排水脫水4min 漂洗16min 排水脫水4min 漂洗26min排水脫水5min 終了漂洗過程闡明：?jiǎn)?dòng)后按照預(yù)設(shè)先定好的步驟和時(shí)間， 逐項(xiàng)自動(dòng)進(jìn)展通常時(shí)間也是廠家設(shè)好的。系統(tǒng)特點(diǎn)：開環(huán)控制系統(tǒng)任務(wù)和生活中常有自動(dòng)化一說，何為自動(dòng)化？.2. 普通空調(diào)的控制制冷過程闡明：開機(jī)后，按照預(yù)設(shè)先定好的溫度值，對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)展循環(huán) 溫度檢測(cè)，比較檢測(cè)結(jié)果和設(shè)定溫度值，根據(jù)比較后的差 值進(jìn)展空調(diào)緊縮機(jī)的開停調(diào)理，由此保證環(huán)境溫度和設(shè)定 溫度的一致。系統(tǒng)特點(diǎn)：位式調(diào)理 閉環(huán)控制系統(tǒng).3. 變頻空調(diào)的控制

3、制冷過程闡明：開機(jī)后，按照預(yù)設(shè)先定好的溫度值，對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)展循環(huán) 溫度檢測(cè)，比較檢測(cè)結(jié)果和設(shè)定溫度值，根據(jù)比較后的差 值進(jìn)展控制空調(diào)緊縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方向和速度，由此保證環(huán)境 溫度和設(shè)定溫度的一致。系統(tǒng)特點(diǎn)：延續(xù)調(diào)理 閉環(huán)控制系統(tǒng).4. 工業(yè)過程的控制 控制過程闡明：人工控制時(shí)經(jīng)過眼、腦、手完成液位控制；采用了自動(dòng)化 儀表后，由自動(dòng)化安裝自動(dòng)完成液位參數(shù)的自動(dòng)檢測(cè)、自 動(dòng)比較分析 、自動(dòng)調(diào)理等作用，自動(dòng)的將液位控制在設(shè)工 藝定值上。 系統(tǒng)特點(diǎn)：延續(xù)調(diào)理 閉環(huán)控制系統(tǒng) .5. 控制方式的比較手動(dòng)與自動(dòng).開環(huán)與閉環(huán) 開環(huán)系統(tǒng)：自動(dòng)機(jī)在操作時(shí)，一旦開機(jī)，就只能是按照預(yù)先規(guī)定好的程序 周而復(fù)始地運(yùn)轉(zhuǎn)。這時(shí)被

4、控變量假設(shè)發(fā)生了變化，自動(dòng)機(jī)不會(huì) 自動(dòng)地根據(jù)被控變量的實(shí)踐工況來改動(dòng)本人的操作。 開環(huán) 系統(tǒng)的輸出沒有被反響回輸入端，執(zhí)行器僅只根據(jù)輸入信號(hào)進(jìn) 行 控制的系統(tǒng)稱為開環(huán)系統(tǒng)，此時(shí)系統(tǒng)的輸出與設(shè)定值與丈量 值之間的偏向無關(guān)。 閉環(huán)系統(tǒng)：有針對(duì)性地根據(jù)被控變量的變化情況而改動(dòng)控制造用的大小和 方向，從而使系統(tǒng)的任務(wù)形狀一直等于或接近于所希望的形狀。 閉環(huán) 系統(tǒng)的輸出被反響到輸入端并與設(shè)定值進(jìn)展比較的系統(tǒng)稱為閉環(huán)系 統(tǒng)，此時(shí)系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定值與丈量值的偏向進(jìn)展控制，直至消除偏向.二、自動(dòng)化的定義在工藝設(shè)備上，配備一些技術(shù)先進(jìn)的設(shè)備也稱為自動(dòng)化安裝，用它們來替代操作人員的眼睛、大腦、手等直接勞動(dòng)，使消費(fèi)在不

5、同程度上按照規(guī)定的要求自動(dòng)地進(jìn)展。自動(dòng)化即是：用自動(dòng)化安裝來管理和支配設(shè)備消費(fèi)過程， 使之按要求正常運(yùn)轉(zhuǎn)。從工藝的角度上講：所謂自動(dòng)化是使工藝參數(shù)堅(jiān)持在需求的值或形狀上；從控制的角度上講：所謂自動(dòng)化是使消費(fèi)過程按照一定的程序或步驟 運(yùn)轉(zhuǎn)，保證消費(fèi)過程運(yùn)轉(zhuǎn)在最正確形狀上最高目的。.三、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的目的1、 提高勞動(dòng)效率、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、改善勞動(dòng)條件； 表如今：自動(dòng)化消費(fèi)可以減輕操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，防止從事危險(xiǎn)的操作， 特別是在易燃、易爆、有毒、腐蝕性、刺激性的消費(fèi)過程中更是如此。 2、提高產(chǎn)質(zhì)量量、保證消費(fèi)平安、延伸設(shè)備的運(yùn)用壽命等； 表如今：加快消費(fèi)速度、減低本錢、提高產(chǎn)量和質(zhì)量、添加產(chǎn)品的附加

6、值。 例如：聚合反響釜控制不當(dāng)極易發(fā)生爆炸。 3、滿足現(xiàn)代工業(yè)規(guī)模化、速度化、準(zhǔn)確化的要求。表如今：消費(fèi)過程趨向于大型化、復(fù)雜化，沒有自控系統(tǒng)將無法消費(fèi)；先 進(jìn)消費(fèi)工藝、環(huán)保等對(duì)自動(dòng)化的要求日益提高。 總之：自動(dòng)控制技術(shù)曾經(jīng)成了現(xiàn)代工業(yè)消費(fèi)實(shí)現(xiàn)平安、高效、優(yōu)質(zhì)、低耗 的根本條件和重要保證。.四、自動(dòng)化的意義1自動(dòng)化是提高社會(huì)消費(fèi)力的有力工具之一；2自動(dòng)化程度是衡量國家興隆程度的重要標(biāo)志；表如今：無人化消費(fèi)、 優(yōu)越的消費(fèi)環(huán)境、優(yōu)秀的產(chǎn)質(zhì)量量3“儀表、控制和自動(dòng)化技術(shù)“決議現(xiàn)代企業(yè)的興衰； 4計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是現(xiàn)代工業(yè)消費(fèi)的神經(jīng)中樞。表如今：控制數(shù) 量、控制速度、控制精度、復(fù)雜控制方式、算法等. .

7、五、自動(dòng)化的主要內(nèi)容1、自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng) 利用各種檢測(cè)儀表對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)展丈量、指示或記錄。 它替代了操作人員對(duì)工藝參數(shù)的不斷察看與記錄，起到人的眼睛的作用。.檢測(cè)技術(shù)及儀表是完成對(duì)各種過程參數(shù)的丈量，并實(shí)現(xiàn)必要的數(shù)據(jù)處置的功能單元。自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)特點(diǎn)：開環(huán)系統(tǒng)被測(cè)信號(hào)方式：多種電量、非電量 工業(yè)消費(fèi)過程中被丈量為非電量參量信號(hào)方式，如壓力、溫度、流量、物位、成份等。自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)構(gòu)造如下：. 2、自動(dòng)控制系統(tǒng)當(dāng)被控制變量在遭到外界干擾擾動(dòng)的影響而偏離工藝要求的數(shù)值時(shí)，自動(dòng)控制系統(tǒng)能抑制干擾，自動(dòng)地將被控變量控制回到工藝規(guī)定的數(shù)值范圍內(nèi)。 控制技術(shù)及儀表那么是實(shí)現(xiàn)各種控制造用的手段和條件，它

8、將檢測(cè)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)展運(yùn)算處置，并經(jīng)過相應(yīng)的功能單元實(shí)現(xiàn)對(duì)被控變量的調(diào)理。.自動(dòng)控制系統(tǒng)特點(diǎn)：閉環(huán)負(fù)反響控制系統(tǒng) 被控變量的信號(hào)方式：多種電量、非電量 工業(yè)消費(fèi)過程中被控變量為非電量參量信號(hào)方式，如壓力、溫度、流量、物位、成份等。系統(tǒng)構(gòu)造如下：要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，系統(tǒng)必需閉環(huán)。閉環(huán)控制系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的必要條件是負(fù)反響。 .3、自動(dòng)信號(hào)聯(lián)鎖維護(hù)系統(tǒng)當(dāng)工藝參數(shù)超越了允許范圍，在事故即將發(fā)生以前，信號(hào)系統(tǒng)就自動(dòng)地發(fā)出聲光信號(hào)，提示操作人員留意，并及時(shí)采取措施。如工況已到達(dá)危險(xiǎn)形狀時(shí)，聯(lián)鎖系統(tǒng)立刻自動(dòng)采取緊急措施，翻開平安閥或切斷某些通路，必要時(shí)緊急停車，以防止事故的發(fā)生和擴(kuò)展。它是消費(fèi)過程中的一種平安安裝。

9、 系統(tǒng)特點(diǎn)：電氣控制系統(tǒng) 開關(guān)量信號(hào)方式 .4. 自動(dòng)支配及自動(dòng)開、停車系統(tǒng)自動(dòng)支配系統(tǒng)可以根據(jù)預(yù)先規(guī)定的步驟自動(dòng)地對(duì)消費(fèi)設(shè)備進(jìn)展某種周期性操作。自動(dòng)開停車系統(tǒng)可以按照預(yù)先規(guī)定好的步驟，將消費(fèi)過程自動(dòng)地投入運(yùn)轉(zhuǎn)或自動(dòng)停車。 系統(tǒng)特點(diǎn)：電氣控制系統(tǒng) 開關(guān)量信號(hào)方式 .1-2 自動(dòng)化及儀表的開展及運(yùn)用自動(dòng)控制的本質(zhì)：是指運(yùn)用自動(dòng)化儀器儀表、自動(dòng)控制安裝替代人，自動(dòng)地對(duì)儀器設(shè)備或工業(yè)消費(fèi)過程進(jìn)展控制，使之有目的地修正被控對(duì)象的動(dòng)力學(xué)行為，以到達(dá)預(yù)期的形狀或滿足預(yù)期的性能要求?？刂茊栴}的本質(zhì)：就是要求基于對(duì)象內(nèi)在的動(dòng)力學(xué)本質(zhì)和規(guī)律，運(yùn)用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)工具求取問題的解。 “控制這一概念本身即反映了人們對(duì)降服

10、自然與外在的盼望，作為自動(dòng)控制科學(xué)的中心的控制實(shí)際與技術(shù)也自然而然地在人們降服自然與改造自然的歷史中開展起來。 .一、控制實(shí)際的簡(jiǎn)要開展過程主要分為2大類：經(jīng)典控制實(shí)際現(xiàn)代控制實(shí)際1、經(jīng)典控制實(shí)際 40年代末到50年代 經(jīng)典控制實(shí)際建立在傳送函數(shù)根底上的，主要針對(duì)線性定常、單輸入單輸出對(duì)象，基于反響控制的主導(dǎo)思想，完成控制系統(tǒng)的穩(wěn)定定義務(wù)。實(shí)現(xiàn)了：?jiǎn)螜C(jī)自動(dòng)化；部分自動(dòng)化；單變量控制；自動(dòng)調(diào)理器；伺服系統(tǒng)的運(yùn)用與開展。 經(jīng)典控制實(shí)際最輝煌的成果首推PID控制規(guī)律，直到目前，在工業(yè)過程控制中依然被廣泛運(yùn)用。90以上.2、現(xiàn)代控制實(shí)際 60年代，由于工業(yè)消費(fèi)過程向著大型化、延續(xù)化的方向開展，經(jīng)典控制

11、實(shí)際已無法滿足處理多變量、非線性、不確定性以及最正確性能要求等問題的需求。此時(shí)控制實(shí)際上出現(xiàn)了以形狀空間法為根底，以極小值原理和動(dòng)態(tài)規(guī)劃等最優(yōu)控制實(shí)際為根本特征的現(xiàn)代控制實(shí)際。 現(xiàn)代控制實(shí)際開展的根底： Pontryagin提出的“極大值原理 Bellman提出的動(dòng)態(tài)規(guī)劃實(shí)際 Kalman濾涉及其能控、能觀和反響鎮(zhèn)定實(shí)際 Lyapunov穩(wěn)定性實(shí)際 實(shí)現(xiàn)了：傳統(tǒng)的單輸入單輸出系統(tǒng)開展到多輸入多輸出的多變量控制系統(tǒng)； 最優(yōu)控制；多種變化要素；航天系統(tǒng)；導(dǎo)彈系統(tǒng)；人造衛(wèi)星等的運(yùn)用與開展。 . 現(xiàn)代控制實(shí)際主要研討分支有：自順應(yīng)控制 魯棒控制 非線性控制 大系統(tǒng)實(shí)際 模糊控制 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制 預(yù)測(cè)控制

12、 70年代是大系統(tǒng)實(shí)際時(shí)期，隨著工業(yè)消費(fèi)過程向著大型化、延續(xù)化的方向開展，逐漸實(shí)現(xiàn)了：規(guī)模龐大、構(gòu)造復(fù)雜、變量參數(shù)多、目的不單一、生物系統(tǒng)、社會(huì)系統(tǒng)、機(jī)器人等多方面的控制系統(tǒng)的開發(fā)和運(yùn)用，以滿足社會(huì)對(duì)控制越來越高要求?？刂葡到y(tǒng)的漸趨復(fù)雜在在整體構(gòu)造上，表現(xiàn)為非線性、時(shí)變性、無窮維、多層次等；在處置信息上，表現(xiàn)為不確定性、隨機(jī)性、不完全性等。對(duì)控制的要求是：穩(wěn)定控制最優(yōu)控制。開展前景：向大系統(tǒng)實(shí)際開展-規(guī)模龐大 構(gòu)造復(fù)雜 功能綜合 因數(shù)眾多 向智能控制系統(tǒng)開展-自組織 自學(xué)習(xí) 自修復(fù) 自繁衍.經(jīng)典控制實(shí)際和現(xiàn)代控制實(shí)際二者的關(guān)系 對(duì)于經(jīng)典控制實(shí)際和現(xiàn)代控制實(shí)際而言，并非意味著相互的否認(rèn)和排斥，它

13、們之間有著共同開展、相互浸透、相互結(jié)合的開展關(guān)系。 需求提出的是，在當(dāng)今的過程控制領(lǐng)域中，幾乎有90以上的控制回路依然沿用經(jīng)典的PID控制算法或PID控制算法的變形，并可以獲取比較稱心的控制效果。 控制論的根本概念和方法是人類認(rèn)識(shí)史上的一個(gè)飛躍，開辟了認(rèn)識(shí)世界的新途徑?？刂茖?shí)際已構(gòu)成了以實(shí)際控制論為中心的四大分支也有不同分法：工程控制論：技術(shù)系統(tǒng) 工程系統(tǒng)生物控制論：生物系統(tǒng)社會(huì)控制論：社會(huì)系統(tǒng)智能控制論：思想系統(tǒng).20世紀(jì)40年代以前根本上屬于手工操作形狀，只需少量的檢測(cè)儀表用于消費(fèi)過程，操作人員主要根據(jù)觀測(cè)到的反映消費(fèi)過程的關(guān)鍵參數(shù)，用人工來改動(dòng)操作條件，憑閱歷去控制消費(fèi)過程。20世紀(jì)40

14、年代末50年代：基地儀表與部分自動(dòng)化階段，其特點(diǎn)是： 自動(dòng)化儀表：采用的是基地式儀表和部分單元組合儀表氣動(dòng)QDZ-型 和電動(dòng)DDZ-型。 DDZ-型儀表中心器件： 電子管作為主要放大元件。 控制方案：多為單輸入、單輸出簡(jiǎn)單控制系統(tǒng) 控制實(shí)際：以反響為中心的經(jīng)典控制實(shí)際二、儀表及自動(dòng)化的開展過程.20世紀(jì)60年代：儀表自動(dòng)化階段 自動(dòng)化儀表：?jiǎn)卧M合儀表QDZ-型和DDZ-型成為主流產(chǎn)品。 DDZ-型儀表中心器件： 晶體管作為主要放大元 件。 60年代后 期，出現(xiàn)了專門用于過程控制的小型計(jì)算機(jī)，直接數(shù)字控制系統(tǒng)和監(jiān)視計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)開場(chǎng)運(yùn)用于過程控制領(lǐng)域。 控制方案：串級(jí)、比值、均勻、前饋和選擇性

15、等多種復(fù)雜控制系統(tǒng)。 控制目的：是堅(jiān)持工業(yè)消費(fèi)的延續(xù)性和穩(wěn)定性，減少擾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)消費(fèi) 過程的集中控制。以單回路PID比例、積分、微分控制策 略為主，同時(shí)針對(duì)不同的對(duì)象與要求，制造一些專門的控制 器，如物料按比例配置的比值 控制；抑制大滯后的Smith預(yù)估 器；抑制特定干擾的前饋控制器等。 控制實(shí)際：現(xiàn)代控制實(shí)際.20世紀(jì)7080年代：計(jì)算機(jī)、DCS控制 全盤自動(dòng)化階段 自動(dòng)化儀表：中心器件： 線性集成電路、微處置器QDZ-型和DDZ-型、以微處置器為主要構(gòu)成單元的智能控制安裝、集散控制系統(tǒng)DCS、可編程邏輯控制器PLC 、工業(yè)PC機(jī)、和數(shù)字控制器等，已成為控制安裝的主流。 控制方案： 最優(yōu)控

16、制、非線性分布式參數(shù)控制、解耦控制、模糊控制。 控制實(shí)際：大系統(tǒng)實(shí)際、智能控制實(shí)際、模糊控制、專家系統(tǒng)控制、 方式識(shí)別技術(shù)。 .20世紀(jì)90年代至今：現(xiàn)場(chǎng)總線、計(jì)算機(jī)集成過程系統(tǒng) 自動(dòng)化儀表：中心器件：高性能微處置器總線控制系統(tǒng)的出現(xiàn)，引起過程控制系統(tǒng)體系構(gòu)造和功能構(gòu)造上的艱苦變革。現(xiàn)場(chǎng)儀表的數(shù)字化和智能化，構(gòu)成了真正意義上的全數(shù)字過程控制系統(tǒng)。出現(xiàn)各種智能儀表、變送器、無紙紀(jì)錄儀。 控制方案：管控一體化現(xiàn)場(chǎng)，綜合自動(dòng)化是當(dāng)今消費(fèi)過程控制的開展方向。 控制實(shí)際：人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制。.50多年來，中國控制儀表和控制系統(tǒng)在閱歷了氣動(dòng)基地式儀表、電動(dòng)氣動(dòng)單元組合儀表、智能數(shù)字調(diào)理器幾代控制儀表的

17、開展過程后，進(jìn)入了DCS、PLC、FCS、PCBCS控制系統(tǒng)并存的時(shí)代。.在工業(yè)消費(fèi)過程中，1969年問世的PLC可編程控制器和1975年問世的DCS集散控制系統(tǒng)能夠是兩類影響最為深遠(yuǎn)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。PLC 的問世取代了繼電器之類的器件，實(shí)現(xiàn)了開關(guān)量的連鎖控制、程序控制；DCS的問世取代了顯示儀、調(diào)理器之類的儀表，實(shí)現(xiàn)了模擬量的指示、記錄和PID回路調(diào)理等功能。20世紀(jì)80年代末期，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、集成電路技術(shù)、智能傳感器技術(shù)的開展而出現(xiàn)的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)Fieldbus Control System , FCS 改動(dòng)了原有控制系統(tǒng)的構(gòu)造，使控制系統(tǒng)由封鎖向開放走出了重要的一步。.

18、20世紀(jì)90年代中期，以PC為根底的控制系統(tǒng)PC-Based Control System，PCBCS開場(chǎng)出現(xiàn)，不少學(xué)者以為它將是工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域最具開展?jié)摿Φ男录夹g(shù)，他們將PCBCS 與PLC 、DCS、 (或者再加上FCS)并稱為工業(yè)消費(fèi)過程三大或四大控制系統(tǒng)。PCBCS控制系統(tǒng)主要由以三部分組成：PC機(jī)；I/O組件及其銜接件；操作系統(tǒng)軟件和運(yùn)用軟件。 PCBCS是將經(jīng)過加固的PC機(jī)硬件與控制軟件相結(jié)合，實(shí)施通常由公用PLC、 DCS執(zhí)行的控制功能，或者說將PLC的控制功能封裝在軟件內(nèi)，運(yùn)轉(zhuǎn)在PC的環(huán)境中。PC機(jī)將以往PLC、DCS控制系統(tǒng)中的操作站、控制站溶為一體，同時(shí)具備實(shí)施控制、通訊及

19、操作顯示等多項(xiàng)功能。.第一章 緒論目前運(yùn)用最多的檢測(cè)儀表主要是DDZ型模擬儀表和部分智能型儀表。思索到控制系統(tǒng)逐漸向FCS方向開展，因此現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)總線儀表的運(yùn)用將日漸廣泛。 當(dāng)采用常規(guī)檢測(cè)和控制儀表時(shí)，控制系統(tǒng)的構(gòu)造是由各儀表單元組合而成和各自獨(dú)立的控制系統(tǒng)，各環(huán)節(jié)之間采用的是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)聯(lián)接的方法。當(dāng)采用計(jì)算機(jī)或數(shù)字控制器作為控制單元時(shí)，系統(tǒng)的構(gòu)培育能夠是多樣的，但其根本控制原理差別不大。例如：有直接數(shù)字控制系統(tǒng)DDC、集散控制系統(tǒng)DCS、現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS。在網(wǎng)絡(luò)化的控制回路系統(tǒng)中，多數(shù)檢測(cè)和儀表單元均是經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)相互聯(lián)接和傳送信息的?？萍嫉奶岣?，促使自動(dòng)化儀表的不斷更新與完善，從而又

20、進(jìn)一步拓展了自動(dòng)化儀表的運(yùn)用領(lǐng)域，構(gòu)成各種不同功能的自動(dòng)化安裝，推進(jìn)了控制系統(tǒng)的變革與開展，使控制系統(tǒng)由原來的常規(guī)控制系統(tǒng)到直接數(shù)字控制系統(tǒng)DDC、集散控制系統(tǒng)DCS、現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS等，以滿足社會(huì)消費(fèi)力的不同需求。.從控制系統(tǒng)的開展來說，集散型控制系統(tǒng)DCS、可編程序控制器PLC是近年來運(yùn)用最多的系統(tǒng)，而現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS、基于PC的控制系統(tǒng)PCBCS無疑是開展最快的控制系統(tǒng)。 . 在人類的各項(xiàng)消費(fèi)活動(dòng)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，為了了解和掌握整個(gè)過程 的進(jìn)展及其最后結(jié)果，經(jīng)常需求對(duì)各種根本參數(shù)或物理量進(jìn)展檢查和 丈量，從而獲得必要的信息，并以之作為分析判別和決策的根據(jù)。 檢測(cè)技術(shù)就是人們?yōu)榱藢?duì)

21、被測(cè)對(duì)象所包含的信息進(jìn)展定性的了解和定量的掌握所采取的一系列技術(shù)措施。 隨著人類社會(huì)進(jìn)入信息時(shí)代，以信息的獲取、轉(zhuǎn)換顯示和處置為主要內(nèi)容的檢測(cè)技術(shù)曾經(jīng)開展成為一門完好的技術(shù)學(xué)科，在促進(jìn)消費(fèi)開展和提高的寬廣領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揚(yáng)著重要作用。第一章 緒論1-3：自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)的開展及運(yùn)用一、自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)的作用.現(xiàn)代信息技術(shù)主要有三大支柱：一是信息的采集技術(shù)檢測(cè)技術(shù) 二是信息的傳輸技術(shù)通訊技術(shù) 三是信息的處置技術(shù)計(jì)算機(jī)技術(shù)所謂信息的采集就是指從自然界中、消費(fèi)過程中或科學(xué)實(shí)驗(yàn)中獲取人們所需的信息，而信息的采集就經(jīng)過檢測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，因此檢測(cè)技術(shù)本質(zhì)上就是信息采集技術(shù)。可見檢測(cè)技術(shù)在自動(dòng)化領(lǐng)域里是有著非常重要的位置。檢

22、測(cè)技術(shù)及儀表是人們認(rèn)識(shí)世界和改造世界必不可少的重要手段。. 在現(xiàn)代新技術(shù)的不斷開展和引入下，特別是先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)、現(xiàn)代的傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)的不斷開展與更新給現(xiàn)代儀表工業(yè)消費(fèi)行業(yè)帶來了深化的變革，為順應(yīng)不斷開展的現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化的要求，世界各國不斷未停頓進(jìn)展新的技術(shù)革命和探求，其根底就是信息技術(shù)的革命，它的開展給人類社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域都帶來了宏大的、廣泛的、深化的的變化，并正在改動(dòng)著傳統(tǒng)工業(yè)的消費(fèi)方式，以及其它新興產(chǎn)業(yè)的更新和變革，是人類社會(huì)開展的強(qiáng)大動(dòng)力。宇宙中信息的種類很多，除了工業(yè)消費(fèi)、生活中的一些常用的電量和非電量之外，軍事國防、航空航天、海洋開發(fā)、生物工程、醫(yī)療保健

23、、商檢質(zhì)檢、環(huán)境維護(hù)、平安防備、家用電器等等，幾乎每一個(gè)現(xiàn)代化工程都離不開自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)，其檢測(cè)技術(shù)的表達(dá)即主要是在“傳感器 技術(shù)及安裝上。運(yùn)用于工業(yè)過程中的自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制系統(tǒng)，其構(gòu)造中都有與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)相關(guān)的“傳感器環(huán)節(jié)，它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的重要支柱。檢測(cè)手段程度決議科學(xué)研討的深度和廣度；實(shí)際研討成果離不開必要的檢測(cè)手段。.1、產(chǎn)品檢驗(yàn)和質(zhì)量控制的重要手段在科學(xué)技術(shù)的開展過程中，人們經(jīng)過對(duì)客觀事物所做的大量實(shí)驗(yàn)和丈量，構(gòu)成定性和定量的認(rèn)識(shí)，總結(jié)出客觀世界的規(guī)律，并利用這些規(guī)律來促進(jìn)科技的開展。2、在大型設(shè)備平安經(jīng)濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)監(jiān)測(cè)中得到廣泛運(yùn)用科學(xué)的開展和突破就是以檢測(cè)技術(shù)程度為根底的。特別是在工業(yè)消

24、費(fèi)中，采用自動(dòng)化技術(shù)是提高勞動(dòng)消費(fèi)率和經(jīng)濟(jì)效益最有效的措施。.3、自動(dòng)化系統(tǒng)中不可短少的組成部分自動(dòng)化：信息獲取、信息轉(zhuǎn)換、 信息處置、信息傳送、信息執(zhí)行采用自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)展實(shí)時(shí)丈量及分析產(chǎn)品性能，采用自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)品加工過程進(jìn)展實(shí)時(shí)控制，那么是提高產(chǎn)質(zhì)量量的現(xiàn)代化方法?？梢哉f，一個(gè)國家現(xiàn)代化程度是用自動(dòng)化程度來衡量的，而在自動(dòng)化技術(shù)中，現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)是有著非常重要的位置和作用的。.4、檢測(cè)技術(shù)的完善和開展推進(jìn)著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的提高 隨著新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，特別是先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)、現(xiàn)代傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和多媒體技術(shù)的出現(xiàn)，使傳統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)及儀表系統(tǒng)發(fā)生了很大的變化，其變化又促使其本身得

25、到了不斷的更新和完善 。.新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，促進(jìn)檢測(cè)技術(shù)和儀表方面的開展和創(chuàng)新-比如：成組傳感器的復(fù)合檢測(cè)技術(shù)、微機(jī)械量的檢測(cè)技術(shù)、檢測(cè)信息的交融處置技術(shù)、智能傳感器和儀表的開展、計(jì)算機(jī)多媒體化的虛擬儀表以及各種檢測(cè)單元和儀表的網(wǎng)絡(luò)化產(chǎn)品等等。新型的檢測(cè)技術(shù)和儀表的開展更深層次的引導(dǎo)了工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的開展與變革-比如：控制系統(tǒng)的控制網(wǎng)絡(luò)化；控制系統(tǒng)的系統(tǒng)扁平化；控制系統(tǒng)的組織重構(gòu)化；控制系統(tǒng)的任務(wù)協(xié)調(diào)化等。從而擴(kuò)展和穩(wěn)定了自動(dòng)化的運(yùn)用領(lǐng)域，并提出了新的亟待處理的問題。自動(dòng)控制系統(tǒng)的開展，又進(jìn)一步拓展了自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)的運(yùn)用場(chǎng)所和運(yùn)用范圍，并促使檢測(cè)技術(shù)及儀表的不斷更新與完善，以滿足社會(huì)消費(fèi)力的需

26、求。自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)的開展標(biāo)志著一個(gè)國家的自動(dòng)化程度的高度，自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)的詳細(xì)表達(dá)那么是由傳感器來完成的。.二、傳感器的開展趨勢(shì)1、傳感器的作用傳感器-是對(duì)象與系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)信息交換的“接口，它為系統(tǒng)提供進(jìn)展 處置和決策所需的對(duì)象的信息，是高度自動(dòng)化系統(tǒng)及至現(xiàn)代 尖端技術(shù)必不可少的關(guān)鍵組成部分。傳感器-不僅用于工業(yè)自動(dòng)化、軍事國防和宇宙開發(fā)、海洋開發(fā)等為 代表的尖端科學(xué)與工程等重要領(lǐng)域，還浸透于與人們生活親密 相關(guān)的如生物工程、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境維護(hù)、平安防備、家用電 器等等方面，并且正日新月異地開展。傳感器-可以處理和處置人的感官和普通的電子設(shè)備無能為力的一些 極端巨微的信息。因此某些傳感器的開展是一

27、些邊緣科學(xué)研討 和高、新技術(shù)開發(fā)的先驅(qū)?？傊簾o論是何種復(fù)雜的工程系統(tǒng)，還是日常生活的衣食住行，幾乎每一個(gè) 現(xiàn)代化工程，都離不開各種各樣的傳感器，今后的社會(huì)將充溢傳感器。.2、傳感器的開展趨勢(shì)在現(xiàn)實(shí)世界里，很多信息都是經(jīng)過傳感器獲得的，而且與我們的生活息息相關(guān)。而信息的生成、獲取、存儲(chǔ)、傳輸、處置及其運(yùn)用是現(xiàn)代信息科學(xué)的六大組成部分，其中信息的獲取是信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈上重要的環(huán)節(jié)之一，沒有它就沒有信息的傳輸、處置和運(yùn)用。傳感器從測(cè)試物理參數(shù)、無智能、扁平構(gòu)造的傳感器開展到著重于運(yùn)用的智能型傳感器再到今天的網(wǎng)絡(luò)智能傳感器，其最大的特點(diǎn)就是在信息交換上的高度自在。從目前傳感器的產(chǎn)品方向來看，它一方面向

28、小型化高精度的方向開展，一方面向網(wǎng)絡(luò)化開展，而且更著重在與控制系統(tǒng)進(jìn)展雙向通訊方面。.隨著無線通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的提高以及互聯(lián)網(wǎng)的迅猛開展，傳統(tǒng)的傳感器信息獲取技術(shù)從獨(dú)立的單一化方式向集成化、微型化，進(jìn)而向智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向開展，成為信息獲取最重要和最根本的技術(shù)之一。現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)由于超大規(guī)模集成電路的飛速開展而曾經(jīng)充分興隆后，不僅對(duì)傳感器的精度、可靠性、呼應(yīng)速度、獲取的信息量要求越來越高，還要求其本錢低廉且運(yùn)用方便。顯然傳統(tǒng)傳感器因功能、特性、體積、本錢等已難以滿足要求而逐漸被淘汰。世界許多興隆國家都在加快對(duì)傳感器新技術(shù)的研討與開發(fā)，并且都已獲得極大的突破。傳感器的開發(fā)趨

29、勢(shì)將包含著社會(huì)對(duì)傳感器的新需求和傳感器新技術(shù)的開展這兩個(gè)方面。我們主要從以下幾點(diǎn)思索：.1發(fā)現(xiàn)并利用新景象，開發(fā)新型傳感器由于傳感器的任務(wù)原理是基于各種效應(yīng)和定律，因此啟發(fā)人們進(jìn)一步探求具有新效應(yīng)的敏感功能資料，利用物理景象、化學(xué)反響、生物效應(yīng)作為傳感器原理，以此研制出具有新原理、高性能、多功能、低本錢和小型化的新型物性型傳感器件，來滿足新領(lǐng)域、新需求。例如：利用量子力學(xué)諸效應(yīng)研制的高靈敏閾傳感器，用來檢測(cè)極微弱的信號(hào)；利用核磁共振吸收效應(yīng)的磁敏傳感器，將檢測(cè)限擴(kuò)展到地磁強(qiáng)度的10-7；利用約瑟夫遜效應(yīng)的熱噪聲溫度傳感器，可以丈量10-6K的超低溫；利用光子滯后效應(yīng)，制造出呼應(yīng)速度極快的紅外傳

30、感器等等。利用抗體和抗原在電極外表上相遇復(fù)合時(shí)，會(huì)引起電極電位的變化，利用這一景象可制出免疫傳感器。用這種抗體制成的免疫傳感器可對(duì)某生物體內(nèi)能否有這種抗原作檢查。如用肝炎病毒抗體可檢查某人能否患有肝炎，起到快速、準(zhǔn)確作用。美國加州大學(xué)巳研制出這類傳感器。.傳感器資料是傳感器技術(shù)的重要根底，由于資料科學(xué)提高，人們可制造出各種新型傳感器。例如用高分子聚合物薄膜制成溫度傳感器： 由于高分子聚合物能隨周圍環(huán)境的相對(duì)濕度大小成比例地吸附和釋放水分子。高分子電介常數(shù)小，水分子能提高聚合物的介電常數(shù)。將高分子電介質(zhì)做成電容器，測(cè)定電容容量的變化，即可得出相對(duì)濕度。 利用這個(gè)原理制成等離子聚合法聚苯乙烯薄膜溫

31、度傳感器，其有以下特點(diǎn)：測(cè)濕范圍寬可達(dá) -400 +1500；呼應(yīng)速度快，小于1S；尺寸小，可用于小空間測(cè)濕；溫度系數(shù)小。.用光導(dǎo)纖維制成壓力、流量、溫度、位移等多種傳感器： 光導(dǎo)纖維的運(yùn)用是傳感資料的艱苦突破，光導(dǎo)纖維最早用于光通訊技術(shù)，在光通訊利用中發(fā)現(xiàn)當(dāng)溫度、壓力、電場(chǎng)、磁場(chǎng)等環(huán)境條件變化時(shí)，引起光纖傳輸?shù)墓獠◤?qiáng)度、相位、頻率、偏振態(tài)等變化，丈量光波量的變化，就可知道導(dǎo)致這些光波量變化的溫度、壓力、電場(chǎng)、磁場(chǎng)等物理量的大小。 利用這些原理研制出光導(dǎo)纖維傳感器，它與傳統(tǒng)傳感器相比有許多特點(diǎn)：靈敏度高，構(gòu)造簡(jiǎn)單、體積小、耐腐蝕、電絕緣性好、光路可彎曲、便于實(shí)現(xiàn)遙測(cè)等。 光纖傳感受器與集成光路

32、技術(shù)相結(jié)合，加速光纖傳感器技術(shù)的開展。將集成光路器件替代原有光學(xué)元件和無源光器件，使光纖傳感器有高的帶寬、低的信號(hào)處置電壓，可靠性高，本錢低。.用陶瓷制成壓力傳感器：陶瓷電容式壓力傳感器是一種無中介液的干式壓力傳感器。采用先進(jìn)的陶瓷技術(shù)，厚膜電子技術(shù)，其技術(shù)性能穩(wěn)定，年漂移量小于0.1%F.S，溫漂小于0.15%/10K，抗過載強(qiáng)，可達(dá)量程的數(shù)百倍。丈量范圍可從0到60MPa。用高分子有機(jī)資料為敏感元件制成光纖傳感器、液晶傳感器、壓敏傳感器；利用化學(xué)效應(yīng)和生物效應(yīng)開發(fā)的替代視覺、嗅覺、味覺和聽覺的化學(xué)傳感器、微生物傳感器、仿生傳感器；它是一個(gè)全新的領(lǐng)域。以及檢測(cè)超高溫、超高壓、超低溫暖超高真空

33、等極端參數(shù)的新型傳感器?？傊貉杏懓l(fā)現(xiàn)新景象與新效應(yīng)、新資料是傳感器技術(shù)開展的重要任務(wù)，是研討開發(fā)新型傳感器的根底。.2傳感器的高精度小型化、集成化和多功能化半導(dǎo)體技術(shù)中的加工方法有氧化、光刻、分散、堆積、平面電子工藝，各導(dǎo)游性腐蝕及蒸鍍，濺射薄膜等，這些都已引進(jìn)到傳感器制造，因此產(chǎn)生了各種新型傳感器。例如： 日本橫河公司利用各導(dǎo)游性腐蝕技術(shù)進(jìn)展高精度三維加工，制成全硅諧振 式壓力傳感器：其中心部分由感壓硅膜片和硅膜片上面制造的兩個(gè)諧振梁 結(jié)成，兩個(gè)諧振梁的頻差對(duì)應(yīng)不同的壓力，用頻率差的方法測(cè)壓力，可消 除環(huán)境溫度等要素帶來的誤差。當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，兩個(gè)諧振梁頻率和幅 度變化一樣，將兩個(gè)頻率差

34、后，其一樣變化量就可以相互抵消。其丈量最 高精度可達(dá)0.01%FS 。.美國(SMI)公司開發(fā)一系列低價(jià)位,線性度在0.1%到0.65%范圍內(nèi)的硅微壓力傳感器,最低滿量程為0.15psi(1KPa)，其以硅為資料制成,具有獨(dú)特的三維構(gòu)造，輕細(xì)微機(jī)械加工，和多次蝕刻制成惠斯登電橋于硅膜片上，當(dāng)硅片上方受力時(shí)，其產(chǎn)生變形，電阻產(chǎn)生壓阻效應(yīng)而失去電橋平衡，輸出與壓力成比例的電信號(hào)?？傊冒雽?dǎo)體技術(shù)制造出硅微傳感器，它是當(dāng)今傳感器開展的前沿技術(shù)，其根本特點(diǎn)是敏感元件體積為微米量級(jí)，是傳統(tǒng)傳感器的幾十、幾百分之一。另外還有利用薄膜工藝制造出快速呼應(yīng)的氣敏、濕敏傳感器，利用濺射薄膜工藝制壓力傳感器等。

35、新工藝、新技術(shù)、新資料的開發(fā)和利用，可以消費(fèi)出精度高、體積小、分量輕、可靠穩(wěn)定的、適用于各種不同領(lǐng)域要求的新型傳感器。. 新工藝新技術(shù)構(gòu)成的固態(tài)功能資料半導(dǎo)體、電介質(zhì)、強(qiáng) 磁體的進(jìn)一 步開發(fā)和集成技術(shù)的不斷開展，為傳感器集成化開辟了寬廣的前景。隨著微電子機(jī)械系統(tǒng)MEMS技術(shù)的開展，采用微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)制造的各種微型新型傳感器、執(zhí)行器和微系統(tǒng)的宏大潛力日益顯現(xiàn)。這項(xiàng)研發(fā)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、航空航天、航海、醫(yī)學(xué)、生物工程、交通、家庭效力等各個(gè)領(lǐng)域都有宏大的運(yùn)用前景。采用微機(jī)電系統(tǒng)MEMS技術(shù)開發(fā)的微傳感器尺寸從幾微米到幾毫米的傳感器總稱是今后開展的重點(diǎn)之一。微系統(tǒng)研討已處于突破前夜，創(chuàng)新

36、的空間很大，已成為競(jìng)爭(zhēng)研討開發(fā)的重點(diǎn)領(lǐng)域。 . 集成化傳感器：就是采用微電子技術(shù)將輔助電路中的元件與傳感元件同時(shí)集成在 同一芯片上，或?qū)⒈姸嗤活愋偷膯蝹€(gè)傳感器件集成一個(gè)芯片或陣列上，構(gòu)成一維線型、二維陣列面的傳感器。特點(diǎn)：可使傳感器的檢測(cè)參數(shù)由“點(diǎn)線面體多維圖象化，甚至能加上時(shí)序，變單參數(shù)檢測(cè)為多參數(shù)檢測(cè)，從而進(jìn)展點(diǎn)丈量 、以及平面、空間丈量。并具有校準(zhǔn)、補(bǔ)償、自診斷和網(wǎng)絡(luò)通訊的功能。它可降低本錢、添加產(chǎn)量。例：電荷耦合器件CCD- 光敏元陣列 數(shù)碼相機(jī)； 一體化：在同一芯片上，將傳感器件與調(diào)理、補(bǔ)償?shù)忍幹秒娐芳梢惑w。特點(diǎn)：減少干擾，提高靈敏度，方便運(yùn)用；可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處置傳感器和數(shù)據(jù)處置

37、電路集成.微型化：微米/納米技術(shù)、微機(jī)電系統(tǒng)MEMS技術(shù)體積微小、分量細(xì)微。例如：目前MEMS器件主要分為慣性丈量、壓力丈量、微流量、光MEMS、 射頻MEMS以及其它MEMS器件等多種類型及種類，而市售的MEMS器件主要有5種：壓力傳感器、加速度傳感器、微型陀螺、噴墨頭、硬盤驅(qū)動(dòng)頭。銷售最多的是IT領(lǐng)域的噴墨頭、硬盤驅(qū)動(dòng)頭和汽車領(lǐng)域中的壓力傳感器、加速度傳感器、微型陀螺。而用于生物、化學(xué)測(cè)試系統(tǒng)的Lab-onchip (實(shí)驗(yàn)室-芯片)和其他類型生物芯片那么剛剛顯顯露宏大的潛力。 . 多功能傳感：不同功能的傳感器集成化。特點(diǎn)：一個(gè)傳感器可以同時(shí)丈量不同種類的多個(gè)參數(shù)。例：丈量血液中各種成分的多

38、功能傳感器。總之：這種集成化可使傳感器由單一的信號(hào)變換功能擴(kuò)展為兼有放大、運(yùn)算、干擾補(bǔ)償?shù)榷喙δ?。?shí)現(xiàn)了橫向和縱向的多功能化。.3傳感器的智能化智能化傳感器 -是一種帶微處置器的傳感器，是微型計(jì)算機(jī)和傳感器相結(jié)合的成果，它兼有檢測(cè)、判別和信息處置等功能。 與傳統(tǒng)傳感器相比有很多特點(diǎn)：具有判別和信息處置功能，能對(duì)丈量值進(jìn)展修正、誤差補(bǔ)償，因此提高丈量精度；可實(shí)現(xiàn)多傳感器多參數(shù)丈量；有自診斷和自校準(zhǔn)功能，提高可靠性；丈量數(shù)據(jù)可存取，運(yùn)用方便；有數(shù)據(jù)通訊接口，能與微型計(jì)算機(jī)直接通訊。. 高級(jí)智能傳感器 - 是把傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、單片機(jī)集成在一 芯片上，構(gòu)成超大規(guī)模集成化的高級(jí)智能傳感器。 其特點(diǎn)： 高精度；高可靠性、高穩(wěn)定性、強(qiáng)自順應(yīng)性； 高信噪比、高分辨率；高性能價(jià)錢比。 例如： 美國霍尼維爾公司ST-3000型智能傳感器，芯片尺寸僅有 342mm3，采用半導(dǎo)體工藝，在同一芯片上制成CPU、EPROM、靜壓、壓差、溫度等三種敏感元件。