檢測(cè)儀表分類

1.1檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)知識(shí)目標(biāo)

通過本章的學(xué)習(xí)，要求了解檢測(cè)技術(shù)在我們生活、生產(chǎn)、科研等方面的重要性；了解測(cè)量的概念，掌握測(cè)量誤差的特點(diǎn)；了解傳感器的作用和分類；掌握自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成；了解自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。技能目標(biāo)

通過本章的學(xué)習(xí)，要求掌握誤差的表達(dá)方式，能正確選擇儀表進(jìn)行測(cè)量，了解測(cè)量數(shù)據(jù)的分析和處理方法，熟悉傳感器的基本性能指標(biāo)。

在工業(yè)檢測(cè)和自動(dòng)控制系統(tǒng)中方面，為了保證生產(chǎn)過程能正常、高效、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，必須對(duì)生產(chǎn)過程的某些重要工藝參數(shù)(如溫度、壓力、流量等)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)與優(yōu)化控制。例如陶瓷隧道窯溫度、壓力監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)如圖1-1所示；超聲波探傷如圖1-2所示；對(duì)容器液位的檢測(cè)如圖1-3所示等等。

圖1-1陶瓷隧道窯溫度、壓力圖1-2超聲波探傷圖1-3容器液位的檢測(cè)監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)1.2.1測(cè)量的概念

測(cè)量是人們借助專門的技術(shù)和設(shè)備，通過實(shí)驗(yàn)的方法，把被測(cè)量與單位標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，以確定出被測(cè)量是標(biāo)準(zhǔn)量的多少倍數(shù)的過程，所得的倍數(shù)就是測(cè)量值。測(cè)量過程的核心就是比較。

1.2.2測(cè)量方法

實(shí)現(xiàn)被測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)量比較得出比值的方法，稱為測(cè)量方法。針對(duì)不同測(cè)量任務(wù)進(jìn)行具體分析以找出切實(shí)可行的測(cè)量方法，對(duì)測(cè)量工作是十分重要的。

下面介紹幾種常用的分類方法。

1.按測(cè)量手續(xù)分類

按測(cè)量手續(xù)不同可分為直接測(cè)量、間接測(cè)量和聯(lián)立測(cè)量。

（1）直接測(cè)量

（2）間接測(cè)量間接測(cè)量多用于科學(xué)實(shí)驗(yàn)中的實(shí)驗(yàn)室測(cè)量。

（3）聯(lián)立測(cè)量聯(lián)立測(cè)量又叫組合測(cè)量。如果被測(cè)量有多個(gè)，而被測(cè)量又與其他量存在一定的函數(shù)關(guān)系，則可先測(cè)量這幾個(gè)量，再求解函數(shù)關(guān)系組成的聯(lián)立方程組，從而得到多個(gè)被測(cè)量的數(shù)值。例如：在研究熱電阻Rt隨溫度ｔ變化的規(guī)律時(shí)在一定的溫度范圍內(nèi)有下列關(guān)系式

Rt=R20+α（ｔ－20）＋β（ｔ－20）2

式中，R20、α、β是三個(gè)待測(cè)的量，R20是電阻在20℃時(shí)的數(shù)值，α、β是電阻的溫度系數(shù)。依據(jù)此關(guān)系式，測(cè)出在t1、t2、t3三個(gè)不同測(cè)試溫度時(shí)導(dǎo)體的電阻Rt1、Rt2、Rt3，得到聯(lián)立方程組，通過求解聯(lián)立方程組便可得到R20、α、β的數(shù)值。2.按測(cè)量時(shí)是否與被測(cè)對(duì)象接觸分類

（1）接觸式測(cè)量（2）非接觸式測(cè)量例如用輻射式溫度計(jì)測(cè)量溫度，用光電轉(zhuǎn)速表測(cè)量轉(zhuǎn)速等。非接觸測(cè)量法不干擾被測(cè)對(duì)象，既可對(duì)局部點(diǎn)檢測(cè)，又可對(duì)整體掃描。特別是對(duì)于運(yùn)動(dòng)對(duì)象、腐蝕性介質(zhì)及危險(xiǎn)場(chǎng)合的參數(shù)檢測(cè)，它更方便、安全和準(zhǔn)確。

3.按被測(cè)信號(hào)的變化情況分類

根據(jù)被測(cè)信號(hào)的變化情況不同分為靜態(tài)測(cè)量和動(dòng)態(tài)測(cè)量。

（1）靜態(tài)測(cè)量靜態(tài)測(cè)量是測(cè)量那些不隨時(shí)間變化或變化很緩慢的物理量。

（2）動(dòng)態(tài)測(cè)量動(dòng)態(tài)測(cè)量是測(cè)量那些隨時(shí)間而變化的物理量。如地震儀測(cè)量振動(dòng)波形則屬于動(dòng)態(tài)測(cè)量。4.按輸出信號(hào)的性質(zhì)分類

根據(jù)輸出信號(hào)的性質(zhì)不同分為模擬式測(cè)量和數(shù)字式測(cè)量。

（1）模擬式測(cè)量模擬式測(cè)量是指測(cè)量結(jié)果可根據(jù)儀表指針在標(biāo)尺上的定位進(jìn)行連續(xù)讀取的測(cè)量方式，如指針式電壓表測(cè)電壓。

（2）數(shù)字式測(cè)量數(shù)字式測(cè)量是指以數(shù)字的形式直接給出測(cè)量結(jié)果的測(cè)量方式，如數(shù)字式萬(wàn)用表的測(cè)量。

一、過程控制儀表與控制系統(tǒng)自動(dòng)控制是指在沒有人直接參與的情況下，利用外加的設(shè)備或裝置（稱為過程控制儀表或裝置），使被控對(duì)象的工作狀態(tài)或參數(shù)（壓力、物位、流量、溫度、PH值等）自動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行?；仡?什么是自動(dòng)控制?例:一貯罐液位控制系統(tǒng)。要求貯罐液位保持一定，以滿足生產(chǎn)需要；圖中液位變送器、控制器和執(zhí)行器構(gòu)成了一個(gè)單回路控制系統(tǒng)。分析:貯罐液位由液位變送器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送到控制器，與給定值相比較，控制器按比較得到的偏差，以一定的控制規(guī)律發(fā)出控制信號(hào)，控制執(zhí)行器的動(dòng)作，通過改變貯罐液體出料的流量，從而使貯罐液位保持在與給定值基本相等的數(shù)值上。控制器被控對(duì)象變送器zxe=x-z-pqy干擾溫度（壓力、液位、流量）變送器、在線成分分析儀（通常輸出：4~20mA、1～5V等標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)）液位開關(guān)、料位開關(guān)、接近開關(guān)(通常輸出on/off信號(hào))傳感器（Pt100、熱電偶……）……通常安裝于控制室通常安裝于現(xiàn)場(chǎng)顯示儀表四個(gè)基本環(huán)節(jié)：被控對(duì)象、檢測(cè)儀表、控制器、執(zhí)行器（顯示儀表根據(jù)需要可選）閥門：調(diào)節(jié)閥、電磁閥、氣動(dòng)蝶閥……泵：開關(guān)泵、變頻泵控制閥過程控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化的平臺(tái),而過程控制儀表與裝置是過程控制系統(tǒng)不可缺少的重要組成部分。一、過程控制儀表與控制系統(tǒng)關(guān)系：二、過程控制儀表的發(fā)展概況50年代60年代70年代80年代90年代21世紀(jì)至今QDZⅠQDZⅡQDZⅢDDZⅠDDZⅡDDZⅢ數(shù)字式（智能式）控制儀表DCS系統(tǒng)（PLC）現(xiàn)場(chǎng)總線以太網(wǎng)三、過程控制儀表的分類及特點(diǎn)（一）按能源形式分：1.氣動(dòng)控制儀表2.電動(dòng)控制儀表3.液動(dòng)控制儀表

（二）結(jié)構(gòu)形式分：1.基地式控制儀表2.單元組合式控制儀表3.組裝式綜合控制裝置4.數(shù)字化控制儀表5.集散控制系統(tǒng)6.現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。（三）按信號(hào)形式分：1.模擬控制儀表2.數(shù)字控制儀表（一散）按洞能源材形式花分：電動(dòng)霞控制腿儀表屈的特抵點(diǎn)：信號(hào)蘿傳送奪速度妨快、她傳送允距離禿遠(yuǎn)、儉易于噸與計(jì)講算機(jī)蒙聯(lián)用柿。氣動(dòng)漆控制般儀表最的特鍛點(diǎn)：結(jié)構(gòu)蛋簡(jiǎn)單基、性栗能穩(wěn)帖定、割安全悅防爆絕、易括于維茅修。（二喪）結(jié)嬌構(gòu)形耐式分壘：1.基地裳式控芒制儀梯表以指仍示、科記錄侮儀表屬為主鐮體，升附加多某些舍控制襖機(jī)構(gòu)脖。2.單元冶組合子控制旺儀表電動(dòng)秀單元剃組合妄儀表范：DD遞ZⅠ型礎(chǔ)；DD授ZⅡ型焦；DD歉ZⅢ型電源：22贈(zèng)0V梢A潛C；24達(dá)V何DC；電信鬼號(hào)：電流0～10西mA犬D予C；4～20梅mA茶D覆C；Vo：1～5V昏D訊C氣動(dòng)所單元拉組合桿儀表虹：氣賞源：14譜0kP襲a；氣信堆號(hào)：20～10乓0kP覺a3.組裝裕式控首制儀棕表一種樸功能勞分離保、結(jié)域構(gòu)組冷件化覽的成昂套儀美表裝蹤蝶置。泰工程薦實(shí)際爺中已姻很少仰使用活。4刺.數(shù)字俘控制份儀表以數(shù)僵字計(jì)供算機(jī)拉為核伯心的云數(shù)字蠢控制紀(jì)儀表軌。其林外形籃結(jié)構(gòu)端、面隨板布汁置?？炝袅藛∧M忠式儀伸表的寨一些率特征益，但男其運(yùn)筋算、歉控制伸功能恢更為時(shí)豐富側(cè)，通群過組近態(tài)可凳完成裝各種敗運(yùn)算絡(luò)處理狗和復(fù)蘋雜控懂制。仰可和清計(jì)算賠機(jī)配兵合使拐用，蜘以構(gòu)全成不米同規(guī)憤模的糊分級(jí)唇控制滾系統(tǒng)樓。5.集散閱型控肉制系壓統(tǒng)將集睛中一做臺(tái)計(jì)喬算機(jī)跌完成煮的任逆務(wù)分捧派給部各個(gè)降微型厭過程藍(lán)控制剃計(jì)算研機(jī)，掠再配塌上數(shù)茶字總霧線以腹及上界一級(jí)綿過程少控制表計(jì)算詞機(jī)，艷組成棟各種駝各樣殺的、飽能適奶應(yīng)于山不同全過程件的積從木式洗分級(jí)艙分布箭計(jì)算矩機(jī)控腎制系忠統(tǒng)。拿實(shí)現(xiàn)恐了“佩控制午分散錢”或窗“?？秒U(xiǎn)分擦散”儀，管發(fā)理高燒度集艦中。6.現(xiàn)場(chǎng)勺總線古控制水系統(tǒng)是計(jì)家算機(jī)勿網(wǎng)絡(luò)耽技術(shù)使、通狗信技倉(cāng)術(shù)、認(rèn)控制握技術(shù)言和現(xiàn)兵代儀傭器儀同表技符術(shù)的殖最新短發(fā)展牙成果述。它樸將具懶有數(shù)冷字通握信能框力的倍現(xiàn)場(chǎng)蘆智能拔儀表孤連成午網(wǎng)絡(luò)督系統(tǒng)途，并監(jiān)同上負(fù)一層演監(jiān)控柿級(jí)、綢管理倚級(jí)聯(lián)排系起宋來(lái)成尾為全信分布麗式的醉新型啟控制嬸網(wǎng)絡(luò)綿。（三由）按信究號(hào)類而型分隱：模擬即式控糕制儀疏表傳輸蘋信號(hào)誦通常喂為連慕續(xù)變陳化的啟模擬不量。賤這類誤儀表似線路判較簡(jiǎn)教單，向操作誼方便業(yè)，價(jià)分格較境低使礎(chǔ)用上普均有命較成賢熟的際經(jīng)驗(yàn)湊。數(shù)字尤式控筒制儀沫表傳輸剝信號(hào)蹄通常刺為斷睬續(xù)變記化的搖數(shù)字士量。課這些勿儀表暢和裝搞置是均以微兼型計(jì)擺算機(jī)瓜為核思心，錢其功轎能完拳善，折性能用優(yōu)越薯，它蠶能解挎決模丈擬式璃儀表礦難以矩解決擴(kuò)的問真題，解滿足上現(xiàn)代檢化生緩產(chǎn)過鑄程的冤高質(zhì)爐量控水制要掘求。壓力變送哭器壓力變送蓋器常用宜的控樂制儀陷表及奔裝置測(cè)量拜膜合差壓變送穿器雙法婚蘭差鈔壓送渡器無(wú)紙記錄趁儀測(cè)量蘋精確叔值Be件tt載er憤C喘on胡tr須ol可編地程調(diào)節(jié)汗器輸出恒精確宋值輸出島百分低值測(cè)量異百分輛值氣動(dòng)棉閥門勢(shì)定位癥器氣動(dòng)并執(zhí)行低機(jī)構(gòu)電動(dòng)付執(zhí)行是機(jī)構(gòu)直通疲單、誰(shuí)雙座船控制突閥直通軍單、皇雙座懂控制爆閥閘閥球閥三通奴閥蝶閥角閥計(jì)算就機(jī)控映制系彈統(tǒng)的烈發(fā)展腐過程DDC控制始于50末期本質(zhì)：用一臺(tái)計(jì)算機(jī)取代一組模擬調(diào)節(jié)器，構(gòu)成閉環(huán)控制回路特點(diǎn)：具有里程碑意義問題：價(jià)格、性能集中型計(jì)算機(jī)控制本質(zhì)：一臺(tái)計(jì)算機(jī)取代盡可能多的模擬調(diào)節(jié)器特點(diǎn)：控制集中信息集中危險(xiǎn)集中問題：性能DCS控制始于70年代本質(zhì)：采用過程控制－過程管理－生產(chǎn)管理等多層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：控制分散信息集中半數(shù)字，半分散傳統(tǒng)DC峽SPL物C_恥Ba期se塞d艦DC植SIP原C_絲式Ba貍se述d特DC常SFCS本質(zhì)：支持雙向、多節(jié)點(diǎn)、總線式的全數(shù)字通訊，將全廠最基礎(chǔ)的現(xiàn)場(chǎng)級(jí)儀表和裝置均通過現(xiàn)場(chǎng)總線連接起來(lái)特點(diǎn)：把控制任務(wù)下移到智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，全分散控制分布式IODCS現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)根據(jù)傳輸距離或功能不同連接到現(xiàn)場(chǎng)I/O設(shè)備上，各現(xiàn)場(chǎng)I/O設(shè)備與控制站間通過網(wǎng)絡(luò)（現(xiàn)場(chǎng)總線）連接。過渡型結(jié)構(gòu)——直接殃數(shù)字蒙量控嚼制本質(zhì)——用一窄臺(tái)計(jì)通算機(jī)創(chuàng)取代吹一組箱模擬億調(diào)節(jié)緒器，燃構(gòu)成添閉環(huán)否控制導(dǎo)回路歇，用患數(shù)字登控制脆技術(shù)株簡(jiǎn)單匙地取午代模首擬控御制技優(yōu)術(shù)。過程控制計(jì)算機(jī)SPAI、DIAO、DO

檢測(cè)儀表執(zhí)行器被控過程（對(duì)象）起始診于50年代旗末期寧，開甘辟了浴一個(gè)辱轟轟泡烈烈披的計(jì)捏算機(jī)廟工業(yè)塊應(yīng)用北時(shí)代優(yōu)點(diǎn)——計(jì)算哀靈活斷，精斯度高征，PI服D控制檔規(guī)律震，分充時(shí)處顯理多怎個(gè)控拖制回鄰路鴉此氣外，DD露C也很錄快發(fā)忌展到PI喊D以外敘的多呼種復(fù)癥雜控悠制。問題——價(jià)格冠昂貴絮，運(yùn)塊算速良度不印高——集中補(bǔ)型計(jì)德算機(jī)榴控制彩系統(tǒng)初衷心：由于喬當(dāng)時(shí)瓜的計(jì)濾算機(jī)勝體積擴(kuò)龐大務(wù)，價(jià)泰格非務(wù)常昂京貴，排為了籍使計(jì)西算機(jī)旦控制厭能與忘常規(guī)鉤儀表樓控制侄相競(jìng)樂爭(zhēng)，克企圖妨用一屢臺(tái)計(jì)算體機(jī)來(lái)控制非盡可蟻能多秧的控管制回并路。外設(shè)過程控制計(jì)算機(jī)AIDIAODO

被控過程（對(duì)象）被控變量操作變量…………}{輸入子系統(tǒng)輸出子系統(tǒng)優(yōu)越齊性：從表貧面上脹看——信息樣集中忽，集龍中型央計(jì)算繁機(jī)控攻制可榜以實(shí)單現(xiàn)各頸種更厲復(fù)雜林控制靜功能餐；便貨于實(shí)愧現(xiàn)優(yōu)源化控您制和踏優(yōu)化拿生產(chǎn)蜜。問盆題愉：由于留當(dāng)時(shí)要計(jì)算候機(jī)總喝體性阿能低油，容倦量小完，容易寺出現(xiàn)續(xù)負(fù)荷站過載，控璃制集駐中直押接導(dǎo)警致危險(xiǎn)關(guān)集中，高屬度集卻中使泳系統(tǒng)蝕變得副十分雕“脆及弱”唯?！⒅慰刂平┫到y(tǒng)DC皇S出發(fā)候點(diǎn)（2個(gè)方腐面）草：(1菜)不能流采取拋控制舒回路浴高度兩集中鞏的設(shè)稼計(jì)思新想，啊需要棗把控師制功迎能分瘦散到座若干日個(gè)控暖制站趣實(shí)現(xiàn)俊，以宅提高所系統(tǒng)妄的可泊靠性拘；(2串)考慮炒到整興個(gè)生譯產(chǎn)過遭程的執(zhí)整體總性，傻各個(gè)擔(dān)控制男系統(tǒng)丙（回肉路）他的運(yùn)聚行應(yīng)寸當(dāng)服輕從工參業(yè)生覽產(chǎn)管啊理的頑總體傷目標(biāo)舉。根本膽特征:控制背的分妨散性和管理風(fēng)的集蜻中性控制藏層網(wǎng)叫絡(luò)管理巾層網(wǎng)寄絡(luò)遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)Web服務(wù)器現(xiàn)場(chǎng)甚設(shè)備艙層操作站工程師站DC燭S的物畢理層臘次示粒意現(xiàn)場(chǎng)久總線吩控制啟系統(tǒng)獨(dú)（FC妹S）定義是連距接智涂能現(xiàn)呆場(chǎng)裝牢置和網(wǎng)自動(dòng)棋化系哥統(tǒng)的仔數(shù)字節(jié)式、唇雙向畫傳輸券、多廟分支刪結(jié)構(gòu)萍的通棍信網(wǎng)溉絡(luò)。支持自雙向汁、多謊節(jié)點(diǎn)輩、總貧線式擦的全數(shù)揭字通訊·雙向頌數(shù)據(jù)傻通信營(yíng)能力丘避免返了反森復(fù)