自動(dòng)控制原理第三章復(fù)習(xí)總結(jié)(第二版)

1、第三章過(guò)程檢測(cè)技術(shù)目的：為了實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制，首先必須對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的各參數(shù)進(jìn)行可靠地測(cè)量。要點(diǎn)：學(xué)習(xí)和掌握過(guò)程測(cè)試及應(yīng)用；正確地選擇測(cè)試原理和方法；組成合適的測(cè)試系統(tǒng)。第一節(jié)測(cè)量與誤差基本知識(shí)測(cè)量基本知識(shí)一測(cè)量的概念1概念測(cè)量是人類對(duì)自然界的客觀事物取得數(shù)量概念的一種認(rèn)識(shí)過(guò)程?；蛘哒f(shuō)測(cè)量就是為取得任一未知參數(shù)而做的全部工作。4測(cè)量的基本方程式x0X 0 / u5測(cè)量過(guò)程三要素（ 1） 測(cè)量單位；（ 2） 測(cè)量方法；（ 3） 測(cè)量?jī)x器與設(shè)備。二測(cè)量單位1概念數(shù)值為 1 的某量，稱為該量的測(cè)量單位或計(jì)量單位。三測(cè)量方法（一）測(cè)量方法的分類1直接測(cè)量與間接測(cè)量2等精度測(cè)量和不等精度測(cè)量13接觸

2、測(cè)量與非接觸測(cè)量4靜態(tài)測(cè)量與動(dòng)態(tài)測(cè)量（二）直接測(cè)量法有以下幾種常用方法：1直接比較測(cè)量法2微差測(cè)量法3零位測(cè)量法（又稱補(bǔ)償測(cè)量法或平衡測(cè)量法）（三）間接測(cè)量法1定義通過(guò)對(duì)與被測(cè)量有函數(shù)關(guān)系的其它量進(jìn)行測(cè)量，才能得到被測(cè)量值的測(cè)量方法。4組合測(cè)量法四測(cè)量?jī)x器與設(shè)備（一）感受件（傳感器）（二）中間件（變送器或變換器）（三）顯示件（顯示器）誤差基本知識(shí)一 .誤差基礎(chǔ)（一）測(cè)量誤差及分類1系統(tǒng)誤差2隨機(jī)誤差（又稱偶然誤差）3粗大誤差（二）測(cè)量的精密度、準(zhǔn)確度和精確度1精密度22準(zhǔn)確度3精確度（三）不確定度概念用測(cè)量值代表被測(cè)量真值的不肯定程度。是測(cè)量精確度的定量表示。（四）儀表的基本誤差限1絕對(duì)誤差2

3、相對(duì)誤差3引用誤差二誤差分析與處理（一）隨機(jī)誤差的分析與處理1 統(tǒng)計(jì)特性（隨機(jī)過(guò)程）2 算術(shù)平均值原理(1) 真值的最佳估計(jì)值（最佳信賴值） 。（2）剩余誤差3 隨機(jī)誤差的標(biāo)準(zhǔn)誤差估計(jì)（貝塞爾公式）4 置信概率與置信區(qū)間（二）系統(tǒng)誤差的分析與處理1系統(tǒng)誤差的估計(jì)（ 1）恒定系統(tǒng)誤差指誤差大小和符號(hào)在測(cè)量過(guò)程中不變的誤差。（ 2）變值系統(tǒng)誤差它是一種按照一定規(guī)律變化的系統(tǒng)誤差?？煞譃閍. 累積性系統(tǒng)誤差隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，誤差逐漸增大或減少的系統(tǒng)誤差。b.周期性系統(tǒng)誤差誤差大小和符號(hào)均按一定周期變化的系統(tǒng)誤差。2系統(tǒng)誤差的消除校準(zhǔn)法、零示法、替代法、交換法、還有對(duì)稱法、微差法、比較法等。3（三）粗大

4、誤差的檢驗(yàn)與剔除（1）拉依達(dá)準(zhǔn)則（ 3 準(zhǔn)則）（2）肖維奈（ Chauvenet）準(zhǔn)則（ 2） 格拉布斯（ Grubbs）準(zhǔn)則（四）誤差綜合1隨機(jī)誤差的綜合2系統(tǒng)誤差的綜合3總誤差的綜合三儀器儀表的主要性能指標(biāo)儀表的性能指標(biāo)主要有技術(shù)、經(jīng)濟(jì)及使用等三方面的指標(biāo)。儀表技術(shù)方面的指標(biāo)有：誤差、精度等級(jí)、靈敏度、變差、量程、響應(yīng)時(shí)間、漂移等。儀表經(jīng)濟(jì)方面的指標(biāo)有：使用壽命、功耗、價(jià)格等。儀表使用方面的指標(biāo)有：操作維修是否方便，運(yùn)行是否可靠安全，以及抗干擾與防護(hù)能力的強(qiáng)弱，重量體積的大小，自動(dòng)化程度的高低等。（一）量程與精度（二）靜態(tài)性能指標(biāo)靈敏度、線性度、遲滯誤差、漂移、重復(fù)性四實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理初步（一

5、）有效數(shù)字及運(yùn)算（二）測(cè)試結(jié)果的表示1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖形表示法2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果的列來(lái)表示法3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果的方程表示法4第二節(jié)傳感器概述沒(méi)有傳感器也就沒(méi)有現(xiàn)代化的自動(dòng)測(cè)量和控制，也將沒(méi)有現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展。一傳感器基本概念及組成（一）傳感器基本概念是將被測(cè)非電量（物理量）信號(hào)轉(zhuǎn)換為與之有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系的電量（信息）輸出的器件或裝置?；蛘哒f(shuō)把從被測(cè)對(duì)象中感受到的有用信息進(jìn)行變換、傳送的器件。（二）傳感器的組成由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、測(cè)量電路與其它輔助部件組成。二傳感器分類（一）按輸入物理量分類（二）按工作原理分類（三）按能量的關(guān)系分類（四）按輸出信號(hào)的性質(zhì)分類三傳感器特性及標(biāo)定四新型傳感器介紹（一）光纖傳

6、感器（二）激光傳感器（三）仿生傳感器5（四）霍爾傳感器（五）氣、濕敏傳感器（六）數(shù)字式傳感器（七）智能式傳感器（八）其它新型傳感器1酶?jìng)鞲衅髅缸鳛槊舾胁牧弦呀?jīng)走出實(shí)驗(yàn)室，并且已有產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)。 其后科學(xué)家們又相繼研究了酶熱敏電阻。2微生物傳感器其實(shí)質(zhì)仍屬于酶類生物傳感器，它是多酶系統(tǒng)化的復(fù)合酶系，但是兩者性質(zhì)卻有很多不同之處。3免疫傳感器它幾乎與微生物傳感器同時(shí)被研究，現(xiàn)仍處在實(shí)驗(yàn)階段。4有機(jī)物傳感器、 組織傳感器它們?cè)谏鲜鰩最愔蟛疟蝗藗兯芯?。與此同時(shí)，也交叉研究了酶免疫傳感器、酶免疫熱敏電阻、酶發(fā)光傳感器和免疫發(fā)光傳感器等。5生物電子學(xué)傳感器它是生物學(xué)和電子學(xué)的結(jié)合， 也是最新型的生物傳

7、感器。例如酶場(chǎng)效應(yīng)管（ FET）和酶發(fā)光二極管等。6超導(dǎo)傳感器是利用某些材料，當(dāng)溫度接近絕對(duì)零度時(shí)， 其電阻幾乎為零，在其上施加電流時(shí)，電流將會(huì)無(wú)限止地流動(dòng)下去的這種超導(dǎo)特性而研制的一種傳感器。五傳感器選用（一）對(duì)傳感器的技術(shù)性能要求（二）傳感器的選用原則1 按測(cè)量方式選2按測(cè)量要求選3 按使用方便選4按性能價(jià)格比選6六傳感器發(fā)展動(dòng)向（一）傳感器采用新原理（二）傳感器的固態(tài)化和小型化（三）傳感器的集成化和多功能化（四）傳感器的智能化（五）仿生傳感器的研制第三節(jié)壓力測(cè)量一概述1概念：2單位：國(guó)際單位制中的單位為帕斯卡Pa（N/m 2）。3壓力與工程大氣壓、標(biāo)準(zhǔn)大氣壓、毫米汞柱、毫米水柱等的換算：

8、4壓力測(cè)量常用壓力名詞術(shù)語(yǔ)：5常用壓力測(cè)量?jī)x表種類：（ 1）液柱式壓力計(jì)：將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)化為液柱的高度來(lái)進(jìn)行測(cè)量的一種儀表。（ 2）彈性式壓力計(jì)： 利用測(cè)量彈性敏感元件在壓力作用下產(chǎn)生的彈性變形的大小來(lái)測(cè)量壓力的一種儀表。（ 3）電測(cè)式壓力計(jì)：將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)化為電量進(jìn)行測(cè)量的方法。6氣流的靜壓和總壓：7探針：二液柱式壓力計(jì)（一） U 型管壓力計(jì)（二）單管壓力計(jì)7（三）微壓計(jì)三彈性式壓力計(jì)彈性元件種類：彈簧管、膜片、膜盒、膜盒組和波紋管等。（一）彈性元件特性（二）彈簧管式壓力計(jì)四壓阻式壓力計(jì)1測(cè)量原理：根據(jù)半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)來(lái)工作的。（一）半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)（二）壓阻式壓力計(jì)五壓電式壓力計(jì)1測(cè)量原理：

9、利用某些晶體的壓電效應(yīng)來(lái)測(cè)量壓力。壓電效應(yīng)指晶體在承受壓力（或拉力）時(shí)，表面產(chǎn)生電荷的特性。（一）石英的壓電效應(yīng)注意：壓電特性與切割方向有關(guān)。（二）壓電式壓力計(jì)六壓力計(jì)的選用1選用的主要參數(shù)：類型、量程范圍、精度和靈敏度。8第四節(jié)溫度測(cè)量一概論1溫度概念：溫度是表征物體冷熱程度的物理量。2溫度測(cè)量的方法：一般分為接觸式和非接觸式。3分類：(1) 利用物體的熱膨脹來(lái)測(cè)溫；(2) 利用導(dǎo)體（半導(dǎo)體）的熱電效應(yīng)來(lái)測(cè)溫；(3) 利用電阻隨溫度變化而變化的特性來(lái)測(cè)溫；(4) 利用物體表面輻射與其溫度的關(guān)系來(lái)測(cè)溫。二熱膨脹式溫度計(jì)測(cè)溫原理 ：利用物體熱脹冷縮的性質(zhì)制成。（一）液體膨脹式溫度計(jì)（二）固體膨脹

10、式溫度計(jì)三熱電偶測(cè)溫儀表測(cè)溫原理： 利用熱電效應(yīng)原理制成的測(cè)溫儀器測(cè)溫。（一）熱電偶溫度儀表工作原理（1） 熱電效應(yīng)：2熱電勢(shì)：接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)共同作用的結(jié)果。（二）熱電偶的基本定律：1勻質(zhì)導(dǎo)體定律2 中間導(dǎo)體定律3中間溫度定律94標(biāo)準(zhǔn)電極定則（三）常用熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)2 幾種測(cè)溫線路：如圖3-24 所示。熱電偶反向串聯(lián)可以測(cè)兩點(diǎn)的溫度差；熱電偶正向串聯(lián)可以測(cè)多點(diǎn)溫度之和；熱電偶并聯(lián)可以測(cè)量多點(diǎn)溫度的平均溫度。（四）熱電偶冷端溫度的影響及處理1恒溫法2示值修正法3冷端溫度補(bǔ)償電橋法（五）熱電偶的結(jié)構(gòu)型式(可以找一些彩圖 )4熱電偶的結(jié)構(gòu)：可分為普通熱電偶、鎧裝熱電偶、特殊熱電偶。四熱電阻測(cè)溫儀

11、表（一）測(cè)溫原理及特性（二）常用熱電阻常用的熱電阻主要有鉑熱電阻、銅熱電阻和鎳熱電阻。（三）熱電阻的結(jié)構(gòu)五測(cè)溫儀表的選用表 3-5測(cè)溫儀表的選用102正確安裝：第五節(jié)流量測(cè)量一概述1 概念：指單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)某一截面的流體數(shù)量的多少。2 流量表示方式：（ 1） 體積流量：用符號(hào) Q來(lái)表示。單位為：立方米 / 小時(shí) (m3/h) ，升/ 小時(shí) (l/h)（ 2） 質(zhì)量流量：用符號(hào) M來(lái)表示。單位為：噸/ 小時(shí)（ /h ）, 千克 / 小時(shí) (kg/h),千克 / 秒(kg/s)3 常見的流量計(jì)：壓差式流量計(jì)，轉(zhuǎn)子式流量計(jì)，電磁式流量計(jì)等。11二壓差式流量計(jì)結(jié)構(gòu)測(cè)量原理三轉(zhuǎn)子式流量計(jì)結(jié)構(gòu)測(cè)量原理四電

12、磁式流量計(jì)結(jié)構(gòu)測(cè)量原理五流量測(cè)量?jī)x表的選用選用流量計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：1 考慮流體的性質(zhì)和狀態(tài)；2 考慮工藝允許的壓力損失；3 最大最小額定流量；4 注意使用場(chǎng)合的特點(diǎn)，測(cè)量精度的要求，顯示的方式。第六節(jié)液位測(cè)量一概述1液位：指容器內(nèi)液體介質(zhì)液面的高低。2液位計(jì)分類：按工作原理可分為直讀式、浮力式、靜壓式、電容式、光纖式、12激光式、核輻射式。二浮力式液位計(jì)浮力式液位計(jì)是根據(jù)浮力原理對(duì)液位進(jìn)行測(cè)量，可分為恒浮力式和變浮力式兩種。（一）恒浮力式液位計(jì)（二）變浮力式液位計(jì)三靜壓式液位計(jì)（一）測(cè)量原理靜壓式液位計(jì)是通過(guò)測(cè)量某點(diǎn)的壓力或該點(diǎn)與另一參考點(diǎn)的壓差來(lái)間接測(cè)量液位的儀表。（二）靜壓式液位計(jì)的

13、結(jié)構(gòu)形式1 玻璃管液位計(jì)2壓力式液位計(jì)3 壓差式液位計(jì)四電容式液位計(jì)電容式液位計(jì)由電容式液位傳感器和測(cè)量電路兩部分組成，它的傳感部件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，能夠連續(xù)、及時(shí)地測(cè)量液位的變化。電容式液位計(jì)應(yīng)用廣泛，適用于各種導(dǎo)電、非導(dǎo)電液體的液位測(cè)量。（一）電容法測(cè)液位原理電容器由兩個(gè)同軸的金屬圓筒組成，兩圓筒半徑分別為R、r ，高為 L。當(dāng)兩筒之間充滿介電常數(shù)為 的介質(zhì)時(shí)，則兩筒間電容量可由下面公式表述：13C 02Lln( R r )（二）導(dǎo)電液體電容液位計(jì)（三）非導(dǎo)電介質(zhì)電容液位計(jì)五光纖液位計(jì)如圖所示，在兩根石英光纖的端部粘上 ( 或燒結(jié)加工而成 ) 石英棱鏡，其中一根與光源相連，另一根與光電

14、元件相連。當(dāng)探頭置于空氣中時(shí)， 光線在棱鏡中發(fā)生全反射，光源所發(fā)出的光經(jīng)過(guò)如圖所示的光路傳送至光電元件。當(dāng)探頭接觸液面時(shí)，液體的折射率與空氣不同，一般均大于空氣，則臨界角 0 增大，從而破壞了棱鏡中全反射，部分光線漏射至液體中，這樣送至光電元件的光強(qiáng)度極大地被減弱了。若探頭再深入至 - 界面時(shí) , 由于兩者折射率的不同，從而臨界角 0 又一次發(fā)生變化，同樣送至光電元件的光強(qiáng)再次變化。從上面分析來(lái)看，探頭每進(jìn)入不同介質(zhì) ( 不同折射率 ) 時(shí)，送至光電元件的信號(hào)就要發(fā)生變化，從而可以確定出液面位置。六液位計(jì)的選用表 3-6液位計(jì)的分類與性能14儀表種比類較項(xiàng)目測(cè)量范圍（ m）儀表測(cè)量精度特可動(dòng)部件性是否接觸被測(cè)介質(zhì)連續(xù)或間斷測(cè)量或輸定點(diǎn)控制出方式操作條件工作壓力測(cè)（104 Pa）工作溫度量（ ? ）條件防爆性直讀式液位壓力式液位計(jì)浮力式液位計(jì)計(jì)帶 鋼電 容光 纖玻 璃 玻 璃 壓 力 吹 氣 差 壓絲 繩浮 球 浮 筒式 液式 液管 式 板 式 表 式 式 液式 液浮 子式 液式 液位計(jì)位計(jì)液 位液 位液 位 位計(jì)位計(jì)式 液位計(jì)位計(jì)計(jì)計(jì)計(jì)位計(jì)1.5320202.51%1.5%1%2%無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)有有有