《控制測量及習題》課件

《控制測量及習題》課程PPT本課程PPT旨在幫助學生更好地理解控制測量原理，并掌握其在工程測量中的應(yīng)用。內(nèi)容包括控制測量基本概念、測量方法、誤差分析等。一、緒論本課程介紹控制測量的基本概念、原理和應(yīng)用。課程內(nèi)容涵蓋傳感器、信號調(diào)理、測量儀表以及控制測量在工業(yè)自動化、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療器械等領(lǐng)域的應(yīng)用?？刂茰y量的概念和作用控制測量概述控制測量是工業(yè)自動控制系統(tǒng)中重要的組成部分，是指通過傳感器等裝置采集物理量信息，并進行測量和處理，最終得到控制系統(tǒng)所需的反饋信號。控制測量的作用控制測量能夠?qū)崟r監(jiān)測和反饋被控對象的實際狀態(tài)，為控制系統(tǒng)提供準確的數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)對被控對象狀態(tài)的精確控制，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量?？刂茰y量的基本要求準確性測量結(jié)果要接近真實值，符合工程精度要求。可靠性測量結(jié)果要穩(wěn)定，重復(fù)測量結(jié)果應(yīng)一致，確保結(jié)果可信。靈敏度測量系統(tǒng)能有效地識別和反映被測量的變化，對微小變化敏感。穩(wěn)定性測量系統(tǒng)在一定時間內(nèi)性能保持穩(wěn)定，避免因環(huán)境變化造成誤差?？刂茰y量的主要內(nèi)容11.測量系統(tǒng)包括傳感器、信號調(diào)理電路、測量儀表等，是完成測量任務(wù)的整體結(jié)構(gòu)。22.測量方法常用的方法有直接測量、間接測量、比較測量等，根據(jù)測量對象和精度要求選擇合適方法。33.測量誤差分析測量誤差的來源，采取措施減小誤差，提高測量精度。44.數(shù)據(jù)處理對采集的測量數(shù)據(jù)進行分析、處理、計算，得出結(jié)論，為控制和決策提供依據(jù)。二、測量系統(tǒng)的基本原理測量系統(tǒng)是控制測量中不可缺少的一部分，它能夠?qū)⒈粶y量的物理量轉(zhuǎn)換成可讀的信號。通過分析測量系統(tǒng)的基本原理，我們可以更好地理解測量過程，并提高測量精度和可靠性。測量系統(tǒng)的組成傳感器將被測量的物理量轉(zhuǎn)換為電信號。信號調(diào)理電路對傳感器輸出信號進行處理，使其滿足測量儀表的需要。測量儀表顯示或記錄處理后的信號，以便于觀察和分析。測量系統(tǒng)的基本誤差系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差由測量系統(tǒng)本身的固有特性決定，具有重復(fù)性，可通過校準或補償減小。隨機誤差隨機誤差由不可控因素引起，無規(guī)律性，可通過多次測量取平均值來減小。偶然誤差偶然誤差由環(huán)境因素或操作人員造成，不具有規(guī)律性，可通過改進測量方法或環(huán)境來減小。測量系統(tǒng)的靜態(tài)特性1線性度指測量系統(tǒng)輸出與輸入之間的線性關(guān)系，是衡量系統(tǒng)精度和可靠性的重要指標。2靈敏度表示系統(tǒng)輸出變化量與輸入變化量之比，反映系統(tǒng)對輸入信號的響應(yīng)能力。3重復(fù)性指在相同條件下，對同一輸入信號進行多次測量時，輸出結(jié)果的接近程度。4穩(wěn)定性指測量系統(tǒng)在一定時間內(nèi)保持其性能指標不變的能力，反映系統(tǒng)的可靠性和持久性。測量系統(tǒng)的動態(tài)特性動態(tài)特性描述系統(tǒng)在輸入信號變化時響應(yīng)速度和精度。動態(tài)特性主要指系統(tǒng)的頻率響應(yīng)、相位響應(yīng)和過渡響應(yīng)。頻率響應(yīng)描述系統(tǒng)對不同頻率輸入信號的幅值和相位變化。頻率響應(yīng)曲線可以顯示系統(tǒng)對不同頻率信號的放大倍數(shù)和相位滯后。過渡響應(yīng)描述系統(tǒng)對階躍輸入信號的響應(yīng)。過渡響應(yīng)曲線可以顯示系統(tǒng)達到穩(wěn)態(tài)所需時間、最大超調(diào)量和穩(wěn)定時間等參數(shù)。三、常用傳感器及其特性傳感器是控制測量系統(tǒng)的重要組成部分，它們將物理量轉(zhuǎn)換為電信號。不同類型的傳感器適用于不同的測量任務(wù)，因此了解常用傳感器的特性至關(guān)重要。溫度傳感器熱電偶溫度傳感器熱電偶是一種將溫度轉(zhuǎn)換為電勢的傳感器，利用兩種不同金屬導(dǎo)體接觸產(chǎn)生的溫差電動勢來測量溫度。熱電阻溫度傳感器熱電阻傳感器利用金屬電阻隨溫度變化的特性來測量溫度，具有高精度、穩(wěn)定性好等優(yōu)點。半導(dǎo)體溫度傳感器半導(dǎo)體溫度傳感器利用半導(dǎo)體材料的電阻隨溫度變化的特性來測量溫度，具有體積小、響應(yīng)速度快等特點。壓力傳感器工作原理壓力傳感器利用敏感元件將壓力信號轉(zhuǎn)換為電信號，主要通過壓阻效應(yīng)、壓電效應(yīng)、電容效應(yīng)等原理進行工作。類型壓力傳感器主要分為機械式、電阻式、電容式、壓電式、應(yīng)變式等，每種類型都有其特定的測量范圍和精度。應(yīng)用領(lǐng)域壓力傳感器應(yīng)用廣泛，包括航空航天、汽車制造、醫(yī)療器械、工業(yè)自動化等領(lǐng)域，用于測量氣體、液體或固體的壓力。流量傳感器流量測量流量傳感器測量流體的流速和體積流量，例如液體、氣體或蒸汽。應(yīng)用廣泛廣泛應(yīng)用于工業(yè)過程控制、環(huán)境監(jiān)測和科學研究領(lǐng)域。類型包括電磁流量計、渦輪流量計、超聲波流量計等多種類型。原理基于不同的物理原理，例如磁場感應(yīng)、渦流感應(yīng)或聲波傳播等。位移傳感器電位器式位移傳感器電位器式位移傳感器通過電阻變化來測量位移，簡單可靠，但精度有限。電感式位移傳感器電感式位移傳感器利用電感變化測量位移，具有較高的精度和靈敏度。光電式位移傳感器光電式位移傳感器利用光束變化測量位移，適用于非接觸式測量。磁致伸縮式位移傳感器磁致伸縮式位移傳感器利用磁致伸縮效應(yīng)測量位移，具有較高的精度和抗干擾能力。其他傳感器光電傳感器利用光電效應(yīng)，將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，應(yīng)用于光學測量和光電控制。力傳感器用于測量各種機械力，例如拉力、壓力、扭矩等。加速度傳感器測量物體加速度，應(yīng)用于振動監(jiān)測、運動控制等領(lǐng)域。聲學傳感器感知聲音信號，應(yīng)用于噪聲監(jiān)測、語音識別等領(lǐng)域。四、信號調(diào)理及其應(yīng)用信號調(diào)理是控制測量中必不可少的環(huán)節(jié)，它負責將傳感器輸出的信號轉(zhuǎn)換為可被儀表識別的信號。信號調(diào)理電路主要包括濾波、放大、變換等功能模塊，通過這些功能模塊對傳感器信號進行處理，使其滿足儀表的要求。信號調(diào)理電路的組成傳感器接口傳感器接口將傳感器輸出信號轉(zhuǎn)換為可被后續(xù)電路處理的信號。濾波電路濾波電路用于消除信號中的噪聲和干擾，保證信號質(zhì)量。放大電路放大電路用于提高信號幅度，增強信號強度。轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，方便數(shù)據(jù)處理和傳輸。濾波電路濾波電路概述濾波電路主要用于消除或抑制信號中的干擾信號，使有用信號順利通過。濾波電路類型包括低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器和帶阻濾波器。濾波電路應(yīng)用濾波電路在控制測量系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，如電源濾波、信號濾波和數(shù)據(jù)采集等。濾波電路可以提高信號的質(zhì)量，降低噪聲干擾，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。放大電路放大倍數(shù)放大電路的主要功能是放大信號的幅度。頻率響應(yīng)放大電路對不同頻率的信號放大能力不同。失真放大電路會引入一定的失真，影響信號的質(zhì)量。噪聲放大電路會引入噪聲，影響信號的清晰度。變換電路模擬信號轉(zhuǎn)換模擬信號轉(zhuǎn)換電路將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，方便計算機處理。數(shù)字信號轉(zhuǎn)換數(shù)字信號轉(zhuǎn)換電路將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，用于控制執(zhí)行機構(gòu)。頻率轉(zhuǎn)換頻率轉(zhuǎn)換電路將信號的頻率進行轉(zhuǎn)換，例如將低頻信號轉(zhuǎn)換為高頻信號。幅度轉(zhuǎn)換幅度轉(zhuǎn)換電路將信號的幅度進行轉(zhuǎn)換，例如將小幅度信號放大或?qū)⒋蠓刃盘柨s小。常用測量儀表及其應(yīng)用測量儀表廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、科學研究和日常生活。例如，電子萬用表可測量電壓、電流、電阻等，示波器可觀察信號波形，頻率計可測量信號頻率，功率計可測量電路功率。電子萬用表多功能電子萬用表可以測量電壓、電流、電阻等多種參數(shù)。便攜性體積小巧，便于攜帶和使用。測量精度不同型號的電子萬用表測量精度有所不同。安全使用時要遵守安全操作規(guī)范。示波器波形顯示示波器用于觀察和分析各種信號的波形，例如電壓、電流、頻率等。測量參數(shù)它可以測量信號的幅值、頻率、周期、相位、占空比等參數(shù)。電路故障診斷示波器廣泛應(yīng)用于電子電路的設(shè)計、調(diào)試和故障診斷，幫助工程師快速定位問題。頻率計數(shù)字式頻率計數(shù)字式頻率計能夠直接讀取信號頻率。通過測量一定時間內(nèi)信號的周期數(shù)，計算出信號頻率。數(shù)字式頻率計精度較高，應(yīng)用廣泛。模擬式頻率計模擬式頻率計通過測量信號頻率，并將頻率轉(zhuǎn)換為指針的偏轉(zhuǎn)角度，從而顯示頻率。模擬式頻率計操作簡單，但精度較低，使用較為局限。功率計功能功率計用于測量電路中的功率，通常用于測量交流電的功率。功率計可以測量電壓、電流和功率。類型功率計分為模擬式和數(shù)字式兩種。模擬式功率計使用指針指示功率值，數(shù)字式功率計使用數(shù)字顯示功率值。六、控制測量習題及案例分析本節(jié)將通過具體的習題和案例分析，加深對控制測量理論知識的理解和應(yīng)用。溫度測量習題熱電偶溫度測量熱電偶是利用熱電效應(yīng)進行溫度測量的傳感器，它適用于高溫測量，并能根據(jù)不同的熱電偶材料測量不同的溫度范圍。熱敏電阻溫度測量熱敏電阻是利用材料的電阻值隨溫度變化的原理進行溫度測量的傳感器，它具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉的特點。鉑電阻溫度測量鉑電阻是利用鉑金屬的電阻值隨溫度變化的原理進行溫度測量的傳感器，它具有高精度、穩(wěn)定性好等特點。紅外溫度測量紅外溫度計利用物體發(fā)射的紅外輻射來測量溫度，它具有非接觸測量、響應(yīng)速度快等特點。壓力測量習題11.壓力傳感器選型根據(jù)被測壓力范圍、精度要求、介質(zhì)類型等因素選擇合適的壓力傳感器。22.壓力測量系統(tǒng)校準使用標準壓力源或標準壓力計對壓力測量系統(tǒng)進行校準，確保測量結(jié)果準確可靠。33.壓力測量誤差分析分析壓力測量過程中產(chǎn)生的誤差，如傳感器誤差、環(huán)境溫度變化、介質(zhì)影響等。44.壓力測量數(shù)據(jù)處理對壓力測量數(shù)據(jù)進行處理，例如數(shù)據(jù)平滑、濾波、補償?shù)龋岣邤?shù)據(jù)質(zhì)量。流量測量習題流量計種類常見的流量計種類，例如渦輪流量計、電磁流量計、超聲波流量計等。管道流量計算管道內(nèi)流體的流量，例如水流、氣流等。流量計算公式運用不同的流量計算公式，例如流量計的讀數(shù)、流速等。誤差分析分析流