1、上海第二工業大學 電子與電氣工程學院 自動化系鄭璞自動化儀表與系統.教材：第一講課程簡介內容： 1. 丈量的根底知識 2. 傳感器知識(重點) 3. 控制系統自動化儀表與系統. 自動檢測技術及儀表控制系統第一編根底知識引論1 緒論2 誤差分析根底3檢測技術及方法分析第一講.1緒論 任何一個工業控制系統都必然要運用一定的檢測技術和相應的儀表單元。 檢測單元完成對各種過程參數的丈量，并實現必要的數據處置；儀表單元那么是實現各種控制造用的手段和條件，它將檢測得到的數據進展運算處置，并經過相應的單元實現對被控變量的調理。 隨著新技術的不斷出現，二者趨向交融,相輔相成的，它們是控制系統的重要根底。 第一

2、講.1緒論第一講丈量：用實驗的方法或專門的設備，將被測物理量與該變量的知丈量單位規范量進展比較以求得二者比值，進而求得被測物理量的量值。1960年10月十一屆國際計量大會確定了國際通用的國際單位制，簡稱SI制。 SI制：七個根本單位：長度m，時間s，質量kg，熱力學溫度Kelvin溫度K，電流單位A，光強度單位cd坎德拉，物質量mol .1.1 檢測儀表控制系統：1.1.1 典型儀表控制系統實例：用天然氣做原料消費合成氨的控制系統為例。需對天然氣脫硫處置在脫硫塔中進展下面以一典型工業儀表控制系統實例為分析對象，給出常規檢測儀表系統的組成及構造,并引見有關檢測和儀表相關技術必需的根本要領和名詞術

3、語。第一講. 脫硫塔控制流程圖： 由三個單參數壓力、液位和流量調理控制系統組成。壓力控制：PC液位控制：LC流量控制：FC1.1 檢測儀表控制系統：1.1.1.典型儀表控制系統實例：第一講.壓力調理控制PC的單參數控制子系統引見： 系統構造框圖1.1. 檢測儀表控制系統：1.1.1 典型儀表控制系統實例：第一講.壓力調理控制PC的單參數控制子系統引見：控制過程： 首先丈量進入脫硫塔的天然氣壓力，檢測到的信號經轉換后，以規范信號制式傳輸到實現調理運算調理單元；1.1 檢測儀表控制系統：1.1.1 典型儀表控制系統實例： 調理單元在接遭到丈量信號后，即與給定單元的設定壓力值進展比較，并根據設定的控

4、制規律計算出實現控制調理作用所需的控制信號； 調理單元輸出的控制信號經執行單元轉換后，驅動相應的設備實現對被控變量的調理。第一講.流量調理控制FC的單參數控制子系統引見： 系統構造框圖 控制過程：1.1 檢測儀表控制系統：1.1.1 典型儀表控制系統實例：流量變送單元用于流量檢測信號轉換和傳輸;平安柵的添加那么是為了實現平安火花防爆特性。第一講.小結1.1 檢測儀表控制系統：1.1.1 典型儀表控制系統實例： 常規工業檢測儀表控制系統的構成根本一樣，而與詳細采用的儀表類型無關。 根本構成包括被控對象、變送器、顯示儀表、調理器、給定器和執行器等。由于各控制子系統被控變量的不同，各子系統采用的變送

5、器和調理器的控制規律因此有所不同。經過例子，通知我們系統是復雜的，而我們學習、研討從簡單的開場。第一講.1.1.2 檢測儀表控制系統構造分析：闡明：. 閉環回路控制系統。. 檢測單元： 實現控制調理作用的根底，它完成對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 檢測儀表控制系統：第一講.1.1.2 檢測儀表控制系統構造分析：闡明：1.1 檢測儀表控制系統：. 顯示單元：是控制系統的附屬單元. 調理單元：完成調理控制規律的運算。 它將變送器傳輸來的丈量信號與給定值進展比較，并對比較結果進展調理運算，以輸出作為控制信號。調理單元采用的常規控制規律包括位式調理和 PID 調理.

6、 執行單元：實施控制戰略的執行機構，有電動、氣動、液動等方式第一講.1.2 根本概念：請思索：什么是丈量？丈量值、真值、商定真值、示值儀表有幾個根本物理量？對象、檢測、變送、調理、執行、自動控制系統中檢測是根底，是我們這門課的重點內容。工業自動控制系統中，從被控對象歸納出六大參數。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： 儀表按規定的精度進展丈量的被測變量的范圍。用其上、下限來表示，每個丈量儀表都有丈量范圍。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，卻無法確定其上下限及丈量范圍。丈量儀表的另一表示方法：給出儀表的零點即下限值及量程第一講.1.2 根本概念：1.2.2 零點遷移和量程遷移： 在實踐運用中，由于丈量要求或丈量條件的變化，需求改動儀表的丈量范圍，即改動儀表的零點或量程，為此需求對儀表進展零點和量程的調整。通常將零點的變化稱為零點遷移，而量程的變化那么稱為量程遷移。 經過遷移可以擴展儀表的通用性。但是，在何種條件下遷移，以及可以有多大的遷移量，還需視詳細儀表的構造和性能而定。 零點遷移和量程遷移可經過儀表的標尺特性來反映。第一講.1.2 根本概念：2、標尺特性： 以被測變量值相對于量程的百分數為

8、橫坐標志為X，以儀表指針位移或轉角相對于標尺長度的百分數為縱坐標志為Y，可得到儀表的標尺特性曲線XY.3、實例闡明：第一講.1.2 根本概念：3、實例闡明： 此時儀表量程不變，其斜率亦堅持不變，線段2 只是線段1 的平移，實際上零點遷移到了原輸入值的-25% ，終點遷移到了原輸入值的75% ，而量程那么仍為100%。 但由于標尺特性受限于輸入通道對信號的限制不能為負值，所以實踐標尺有效運用范圍縱坐標Y遷移到原來的25%-100%，丈量范圍橫坐標X遷移到原來的0-75%。單純的零點遷移時的標尺特性線段2:第一講.1.2 根本概念：3、實例闡明：線段3、單純的量程遷移時的標尺特性。線段4:此時零點

9、不變，線段仍過坐標系原點，但斜率發生了變化。線段3：實際上量程遷移到了原來的70%。由于受儀表標尺長度的限制，實踐標尺將仍堅持到原來有效范圍縱坐標的0-100%，而不能超越100%，對應的丈量范圍遷移到原來的070%。 靈敏度提高。線段4: 量程遷移到原來的140%，斜率變化；雖然量程變大了，但實踐標尺的有效范圍只需原來的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：是儀表對被測參數變化的靈敏程度。常以在被測參數改動時，經過足夠時間儀表指示值到達穩定形狀后，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：是儀表對被測參數變化的靈敏程度。2、分辨率：儀表輸出能呼應和分辨的最小輸入量。 3、討論：靈敏度和標尺特性的關系： 靈敏度等于標尺特性曲線的斜率。因此，量程遷移就意味著靈敏度的改動；而假設僅僅是零點遷移那么靈敏度不變。第一講.1.2 根本概念：1、靈敏度：是儀表對被測參數變化的靈敏程度。2、分辨率：儀表輸出能呼應和分辨的最小輸入量。 3、討論：靈敏度和標尺特性的關系：靈敏度和儀表放大倍數的關系：由靈敏度的定義表達式可知：靈敏度大小等同于儀表的放大倍數。只是由于Y、U 都有詳細量綱，所以靈敏

11、度也有量綱，且由Y、U 確定；而放大倍數沒有量綱。所以靈敏度的含義比放大倍數要廣泛得多。 第一講.1.2 根本概念：1、靈敏度：是儀表對被測參數變化的靈敏程度。2、分辨率：儀表輸出能呼應和分辨的最小輸入量。 3、討論：靈敏度和標尺特性的關系：靈敏度和儀表放大倍數的關系：靈敏度和分辨率的關系 分辨率是靈敏度的一種反映，普通說儀表的靈敏度高，那么其分辨率同樣也高。因此實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：是儀表對被測參數變化的靈敏程度。2、分辨率：儀表輸出能呼應和分辨的最小輸入量。 3、討論：靈敏度和標尺特性的關系：靈敏度和儀表放大倍數的關系：

12、靈敏度的可傳送性 在由多個儀表組成的丈量或控制系統中，靈敏度具有可傳送性。例如首尾串聯的儀表系統 即前一個儀表的輸出是后一個儀表的輸入 ，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： .被測真值： 被丈量的真實值，是一個實際值，由于無論采用何種儀表測到的值都有誤差。實踐中常將用適當精度的儀表普通指高一等級精度的儀表測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值第一講.1.2 根本概念：2、絕對誤差：通?？珊喎Q為誤差。 絕對誤差示值商定真值 誤差為正時表示儀表的示值

13、偏大，反之偏小。3、相對誤差： 絕對誤差與商定真值之比稱為相對誤差，常用百分數表示，即 用相對誤差大小來衡量儀表的精度比較合理。第一講.1.2 根本概念： 用水銀溫度計測得某一溫度為20.3，該溫度用高一等級的溫度計測得值為20.2，因后者精度高，故可以為20.2接近真實溫度，故水銀溫度計丈量的絕對誤差: 相對誤差: 對于一樣的被丈量，絕對誤差可以評定其丈量精度的高低，但對于不同的被丈量以及不同的物理量，絕對誤差就難以評定其丈量精度的高低，而采用相對誤差來評定較為確切。20.3 - 20.2 =0.1舉例1: 第一講.1.2 根本概念：2、絕對誤差：簡稱為誤差。 絕對誤差示值商定真值3、相對誤

14、差： 4、援用誤差：雖然用絕對誤差占商定真值的百分數來衡量儀表的精度比較合理，但由于儀表多運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：以百分數()表示第一講.1.2 根本概念：2、絕對誤差：簡稱為誤差。 絕對誤差示值商定真值3、相對誤差： 4、援用誤差：5、最大援用誤差：最大援用誤差與儀表的詳細示值無關，可以更好地闡明儀表丈量的準確程度。它是儀表根本誤差的主要方式，是儀表的主要質量目的之一。指整個量程內以百分數()表示第一講.1.2 根本概念：6、允許誤差Q：儀表在出廠時規定的援用誤差的允許值， 簡稱允許誤差。 7、根本誤差：任何丈量都是與環境條件相關的，這些環境條件包括環境溫

15、度、相對濕度、電源電壓、安裝方式等。儀表運用時應嚴厲按規定的環境條件即參比任務條件進展丈量，此時獲得的誤差稱為根本誤差。8、附加誤差： 儀表在非參比任務條件下進展丈量，此時獲得的誤差除包含根本誤差外，還會包含額外的誤差，又稱附加誤差。第一講.1.2 根本概念：9、靜態誤差： 指儀表靜止形狀時的誤差，或被丈量變化非常緩慢時所呈現的誤差，此時不思索儀表的慣性要素。10、動態誤差： 指儀表因慣性遲延所引起的附加誤差，或變化過程中的誤差。 儀表靜態誤差的運用更為普遍。第一講.1.2 根本概念：1.2.5 準確度： 任何儀表都有一定的丈量誤差。因此，運用儀表時必需先知道該儀表的準確程度，以便估計丈量結果

16、與商定真值的差距，即估計丈量值的大小。1、定義： 用儀表允許的最大援用誤差去掉百分號后的數字來衡量該儀表的準確程度。用于估計丈量結果與商定真值的差距2、精度等級劃分： 0.05級、0.1級、0.2級、0.25級、0.5級、1.0級、1.5級、2.5級。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后的數字來衡量該儀表的準確程度。2、精度等級劃分： 3、精度等級確定方法：根據實驗數據，先計算儀表的最大援用誤差，然后從上面規范的精度等級中選取數值上最接近，但比該計算出的最大援用誤差去掉百分號的值大的精度等級做為該儀表的準確度等級。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，精度等級為25級，校驗時，在某點出現的最大絕對誤差為.a，問該儀表能否合格？解：由知條件可知：儀表量程為，最大絕對誤差為。其最大援用誤差為：由精度等級為2.5級，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，其負向可測到-0.1MPa，正向可測到0.6MPa，現只校驗正向部份，其最大誤差發生在0.3MPa處，且 上行和下行時，規范壓力表的指示值分別為0.305MPa和0.295MPa，問該表能否符合準確度等級為1.5級的要求？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、死區和回差：1、滯環： 由于儀表內部元件的儲能效應(如彈性變形、磁滯景象等)，呵斥儀表丈量的實踐上升曲線和實踐下降曲線出現不重合，從而使得儀表的特性構成環狀，該種景象即稱為滯環。如圖。 在出現滯環景象時，儀表的同一輸入值對應多個輸出值，并出現誤差。第一講.1.2 根本概念：2、死區： 儀表內部的某些元件具有死區效應，例如傳動機構的摩擦和間隙等，其作用亦可使得儀表檢驗所得的實踐上升曲線和實踐下降曲線常出現不重合的情況。這種死區效應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。 存在死區的儀表要求輸入值大于某一限制才干引起輸出的變化，死區也稱為不靈敏區。理想情況下，不靈敏區的寬度是靈敏限的2 倍。第一講.1.2 根本概念：3、回差： 實踐上升曲線和實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，或來回變差。第一講.1.2 根本概念：1、反復性：概念：在同一任務條件下，同方向延續多次對同一輸入值進展丈量所得的多個輸出值之間相互一致的程度稱為儀表的反復性，它不包括滯環和死區。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 反復性和再現性：第一講.1.2 根本概念：2、再現性：概念：它是儀表實踐上升曲線和實踐下降曲線之間離散程度的表示，它包括滯環和死區。如圖。物理意義：反映儀表的穩定性。取值：常取兩種曲線之間離散程度最大點的值來表示第一講.1.2 根本概念：3、討論： 反復性是衡量儀表不受隨機要素影響的才干，