12檢測儀表分類

1、exit第第1頁頁1.1 檢測技術基礎知識知識目標通過本章的學習，要求了解檢測技術在我們生活、生產、科研等方面的重要性；了解測量的概念，掌握測量誤差的特點；了解傳感器的作用和分類；掌握自動檢測系統(tǒng)的結構組成；了解自動檢測技術的發(fā)展趨勢。技能目標通過本章的學習，要求掌握誤差的表達方式，能正確選擇儀表進行測量，了解測量數(shù)據(jù)的分析和處理方法，熟悉傳感器的基本性能指標。exit第第2頁頁在工業(yè)檢測和自動控制系統(tǒng)中方面，為了保證生產過程能正常、高效、經濟地運行，必須對生產過程的某些重要工藝參數(shù)(如溫度、壓力、流量等)進行實時檢測與優(yōu)化控制。例如陶瓷隧道窯溫度、壓力監(jiān)測控制系統(tǒng)如圖1-1所示；超聲波探傷如

2、圖1-2所示；對容器液位的檢測如圖1-3所示等等。exit第第3頁頁圖1-1陶瓷隧道窯溫度、壓力 圖1-2超聲波探傷 圖1-3容器液位的檢測監(jiān)測控制系統(tǒng) exit第第4頁頁 1.2.1測量的概念測量是人們借助專門的技術和設備，通過實驗的方法，把被測量與單位標準量進行比較，以確定出被測量是標準量的多少倍數(shù)的過程，所得的倍數(shù)就是測量值。測量過程的核心就是比較。1.2.2 測量方法實現(xiàn)被測量與標準量比較得出比值的方法，稱為測量方法。針對不同測量任務進行具體分析以找出切實可行的測量方法，對測量工作是十分重要的。exit第第5頁頁下面介紹幾種常用的分類方法分類方法。1. 按測量手續(xù)分類按測量手續(xù)不同可分

3、為直接測量、間接測量和聯(lián)立測量。（1）直接測量 （2）間接測量 間接測量多用于科學實驗中的實驗室測量。（3）聯(lián)立測量 聯(lián)立測量又叫組合測量。如果被測量有多個，而被測量又與其他量存在一定的函數(shù)關系，則可先測量這幾個量，再求解函數(shù)關系組成的聯(lián)立方程組，從而得到多個被測量的數(shù)值。exit第第6頁頁 例如：在研究熱電阻rt隨溫度變化的規(guī)律時在一定的溫度范圍內有下列關系式rt=r20+（20）（20）2 式中，r20、是三個待測的量，r20是電阻在20時的數(shù)值，、是電阻的溫度系數(shù)。依據(jù)此關系式，測出在t1、t2、t3三個不同測試溫度時導體的電阻rt1、rt2、rt3，得到聯(lián)立方程組，通過求解聯(lián)立方程組便

4、可得到r20、的數(shù)值。exit第第7頁頁 2. 按測量時是否與被測對象接觸分類（1）接觸式測量 （2）非接觸式測量 例如用輻射式溫度計測量溫度，用光電轉速表測量轉速等。非接觸測量法不干擾被測對象，既可對局部點檢測，又可對整體掃描。特別是對于運動對象、腐蝕性介質及危險場合的參數(shù)檢測，它更方便、安全和準確。exit第第8頁頁 3. 按被測信號的變化情況分類根據(jù)被測信號的變化情況不同分為靜態(tài)測量和動態(tài)測量。（1）靜態(tài)測量 靜態(tài)測量是測量那些不隨時間變化或變化很緩慢的物理量。（2）動態(tài)測量 動態(tài)測量是測量那些隨時間而變化的物理量。如地震儀測量振動波形則屬于動態(tài)測量。exit第第9頁頁 4. 按輸出信號

5、的性質分類根據(jù)輸出信號的性質不同分為模擬式測量和數(shù)字式測量。（1）模擬式測量 模擬式測量是指測量結果可根據(jù)儀表指針在標尺上的定位進行連續(xù)讀取的測量方式，如指針式電壓表測電壓。（2）數(shù)字式測量 數(shù)字式測量是指以數(shù)字的形式直接給出測量結果的測量方式，如數(shù)字式萬用表的測量。exit第第10頁頁自動控制自動控制是指在沒有人直接參與的情況下，是指在沒有人直接參與的情況下，利利用外加的設備或裝置（稱為過程控制儀表或裝用外加的設備或裝置（稱為過程控制儀表或裝置），置），使被控對象的工作狀態(tài)或參數(shù)（壓力、使被控對象的工作狀態(tài)或參數(shù)（壓力、物位、流量、溫度、物位、流量、溫度、phph值等）值等）自動地自動地按照

6、預定按照預定的規(guī)律運行。的規(guī)律運行。 回顧回顧: :什么是自動控制什么是自動控制? ?exit第第11頁頁例例: :一貯罐液位控制系統(tǒng)。一貯罐液位控制系統(tǒng)。要求貯罐液位保持一定，以滿足生產需要；要求貯罐液位保持一定，以滿足生產需要；圖中液位變送器、控制器和執(zhí)行器構成了一個單回路圖中液位變送器、控制器和執(zhí)行器構成了一個單回路控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)。分析分析: :貯罐液位由貯罐液位由液位變送器液位變送器轉轉換成相應的標準信號送到換成相應的標準信號送到控制器控制器，與給定值相比較，與給定值相比較，控制器按比較得到的偏差，控制器按比較得到的偏差，以一定的控制規(guī)律發(fā)出控以一定的控制規(guī)律發(fā)出控制信號，控制制信號

7、，控制執(zhí)行器執(zhí)行器的動的動作，通過改變貯罐液體出作，通過改變貯罐液體出料的流量，從而使貯罐液料的流量，從而使貯罐液位保持在與給定值基本相位保持在與給定值基本相等的數(shù)值上。等的數(shù)值上。exit第第12頁頁控制器控制器被控對象被控對象 變送器變送器z zx xe = x-ze = x-z- -p pq qy y干擾干擾通常安裝通常安裝于控制室于控制室通常安裝通常安裝于于 現(xiàn)場現(xiàn)場顯示顯示儀表儀表閥門：調節(jié)閥、電磁閥、氣動蝶閥閥門：調節(jié)閥、電磁閥、氣動蝶閥泵：開關泵、變頻泵泵：開關泵、變頻泵控制閥控制閥exit第第13頁頁過程控制系統(tǒng)是實現(xiàn)生產過程自動化的過程控制系統(tǒng)是實現(xiàn)生產過程自動化的平臺平臺,

8、 ,而過程控制儀表與裝置是過程控制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。系統(tǒng)不可缺少的重要組成部分。 關系：關系：exit第第14頁頁二、過程控制儀表的發(fā)展概況二、過程控制儀表的發(fā)展概況50年代年代60年代年代70年代年代80年代年代 90年代年代21世紀世紀至今至今qdz qdz qdz ddz ddz ddz 數(shù)字式（智數(shù)字式（智能式）控制儀表能式）控制儀表 dcs系統(tǒng)系統(tǒng) （plc）現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線以太網以太網exit第第15頁頁三、過程控制儀表的分類及特點三、過程控制儀表的分類及特點（一）按能源形式分：（一）按能源形式分： 1.氣動控制儀表氣動控制儀表 2.電動控制

9、儀表電動控制儀表 3.液動控制儀表液動控制儀表 （二）結構形式分：（二）結構形式分： 1.基地式控制儀表基地式控制儀表 2.單元組合式控制儀表單元組合式控制儀表 3.組裝式組裝式綜合控制裝置綜合控制裝置 4.數(shù)字化控制儀表數(shù)字化控制儀表 5.集散控制系集散控制系統(tǒng)統(tǒng) 6.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。（三）按信號形式分：（三）按信號形式分： 1.模擬控制儀表模擬控制儀表 2.數(shù)字控制儀表數(shù)字控制儀表 exit第第16頁頁電動控制儀表的特點：電動控制儀表的特點： 信號傳送速度快、傳送距離遠、易于與計算機信號傳送速度快、傳送距離遠、易于與計算機聯(lián)用。聯(lián)用。 氣動控制儀表的特點：氣動控制儀表的

10、特點： 結構簡單、性能穩(wěn)定、安全防爆、易于維修。結構簡單、性能穩(wěn)定、安全防爆、易于維修。exit第第17頁頁1.基地式控制儀表基地式控制儀表 以指示、記錄儀表為主體，附加某些控制機構。以指示、記錄儀表為主體，附加某些控制機構。2.單元組合控制儀表單元組合控制儀表 電動單元組合儀表：電動單元組合儀表： ddz 型型 ；ddz 型型 ；ddz 型型電源電源：220v ac ；24v dc ；電信號電信號：電流電流010ma dc ； 420ma dc； vo：15v dc氣動單元組合儀表：氣源：氣動單元組合儀表：氣源：140 kpa；氣信號：氣信號：20100 kpaexit第第18頁頁3. 組裝

11、式控制儀表組裝式控制儀表 一種功能分離、結構組件化的成套儀表裝置。一種功能分離、結構組件化的成套儀表裝置。工程實際中已很少使用。工程實際中已很少使用。4 .數(shù)字控制儀表數(shù)字控制儀表 以數(shù)字計算機為核心的數(shù)字控制儀表。其外以數(shù)字計算機為核心的數(shù)字控制儀表。其外形結構、面板布置保留了模擬式儀表的一些特征，形結構、面板布置保留了模擬式儀表的一些特征，但其運算、控制功能更為豐富，通過組態(tài)可完成但其運算、控制功能更為豐富，通過組態(tài)可完成各種運算處理和復雜控制?？珊陀嬎銠C配合使用，各種運算處理和復雜控制?？珊陀嬎銠C配合使用，以構成不同規(guī)模的分級控制系統(tǒng)。以構成不同規(guī)模的分級控制系統(tǒng)。exit第第19頁頁5

12、.集散型控制系統(tǒng)集散型控制系統(tǒng) 將集中一臺計算機完成的任務分派給各個微將集中一臺計算機完成的任務分派給各個微型過程控制計算機，再配上數(shù)字總線以及上一級過型過程控制計算機，再配上數(shù)字總線以及上一級過程控制計算機，組成各種各樣的、能適應于不同過程控制計算機，組成各種各樣的、能適應于不同過程的積木式分級分布計算機控制系統(tǒng)。實現(xiàn)了程的積木式分級分布計算機控制系統(tǒng)。實現(xiàn)了“控控制分散制分散”或或“危險分散危險分散”，管理高度集中。，管理高度集中。6.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) 是計算機網絡技術、通信技術、控制技術和是計算機網絡技術、通信技術、控制技術和現(xiàn)代儀器儀表技術的最新發(fā)展成果。它將具有數(shù)字現(xiàn)

13、代儀器儀表技術的最新發(fā)展成果。它將具有數(shù)字通信能力的現(xiàn)場智能儀表連成網絡系統(tǒng)，并同上一通信能力的現(xiàn)場智能儀表連成網絡系統(tǒng)，并同上一層監(jiān)控級、管理級聯(lián)系起來成為全分布式的新型控層監(jiān)控級、管理級聯(lián)系起來成為全分布式的新型控制網絡。制網絡。exit第第20頁頁（三）（三）模擬式控制儀表模擬式控制儀表 傳輸信號通常為連續(xù)變化的模擬量。這傳輸信號通常為連續(xù)變化的模擬量。這類儀表線路較簡單，操作方便，價格較低使類儀表線路較簡單，操作方便，價格較低使用上均有較成熟的經驗。用上均有較成熟的經驗。數(shù)字式控制儀表數(shù)字式控制儀表 傳輸信號通常為斷續(xù)變化的數(shù)字量。這傳輸信號通常為斷續(xù)變化的數(shù)字量。這些儀表和裝置是以微

14、型計算機為核心，其功些儀表和裝置是以微型計算機為核心，其功能完善，性能優(yōu)越，它能解決模擬式儀表難能完善，性能優(yōu)越，它能解決模擬式儀表難以解決的問題，滿足現(xiàn)代化生產過程的高質以解決的問題，滿足現(xiàn)代化生產過程的高質量控制要求。量控制要求。exit第第21頁頁壓力壓力變送器變送器壓力壓力變送器變送器常用的控制儀表及裝置常用的控制儀表及裝置 exit第第22頁頁測量膜合測量膜合差壓差壓變送器變送器雙法蘭差壓送器雙法蘭差壓送器exit第第23頁頁無紙無紙記錄儀記錄儀exit第第24頁頁測量精測量精確值確值better control可編程可編程調節(jié)器調節(jié)器輸出精輸出精確值確值輸出百輸出百分值分值測量百測

15、量百分值分值exit第第25頁頁 氣動閥門氣動閥門定位器定位器氣動執(zhí)氣動執(zhí)行機構行機構電動執(zhí)電動執(zhí)行機構行機構exit第第26頁頁直通單、直通單、雙座控雙座控制閥制閥直通單、直通單、雙座控雙座控制閥制閥exit第第27頁頁閘閥閘閥球閥球閥三通閥三通閥蝶閥蝶閥角閥角閥exit第第28頁頁計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展過程計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展過程 ddc控制控制始于始于50末期末期本質：本質：用一臺計算機取用一臺計算機取代一組模擬調節(jié)器，構代一組模擬調節(jié)器，構成閉環(huán)控制回路成閉環(huán)控制回路特點：特點：具有里程碑意義具有里程碑意義問題：問題：價格、性能價格、性能集中型計集中型計算機控制算機控制本質：本質：一臺計

16、算機取代一臺計算機取代盡可能多的模擬調節(jié)器盡可能多的模擬調節(jié)器特點：特點：控制集中控制集中 信息集中信息集中 危險集中危險集中問題：問題：性能性能dcs控制控制始于始于70年代年代本質：本質：采用過程控制采用過程控制過程管理生產管理等過程管理生產管理等多層結構多層結構特點：特點：控制分散控制分散 信息集中信息集中半數(shù)字，半分散半數(shù)字，半分散fcs本質：本質：支持雙向、多節(jié)點、支持雙向、多節(jié)點、總線式的總線式的全數(shù)字全數(shù)字通訊，將全通訊，將全廠最基礎的現(xiàn)場級儀表和裝廠最基礎的現(xiàn)場級儀表和裝置均通過現(xiàn)場總線連接起來置均通過現(xiàn)場總線連接起來特點：特點：把控制任務下移到智把控制任務下移到智能現(xiàn)場設備，

17、能現(xiàn)場設備，全分散全分散控制控制分布式分布式io dcs現(xiàn)場信號根據(jù)傳輸距離或功能現(xiàn)場信號根據(jù)傳輸距離或功能不同連接到現(xiàn)場不同連接到現(xiàn)場i/o設備上，各設備上，各現(xiàn)場現(xiàn)場i/o設備與控制站間通過網設備與控制站間通過網絡（現(xiàn)場總線）連接。絡（現(xiàn)場總線）連接。過渡型結構過渡型結構exit第第29頁頁 直接數(shù)字量控制直接數(shù)字量控制用一臺計算機取代一組模擬用一臺計算機取代一組模擬調節(jié)器，構成閉環(huán)控制回路，調節(jié)器，構成閉環(huán)控制回路，用數(shù)字控制技術簡單地取代模用數(shù)字控制技術簡單地取代模擬控制技術。擬控制技術。過程控制計算機過程控制計算機spai、diao、do 檢測儀表檢測儀表 執(zhí)行器執(zhí)行器 被控過程（對

18、象）被控過程（對象） 計算靈活，精度高，計算靈活，精度高，pidpid控制規(guī)律，分時處理多個控控制規(guī)律，分時處理多個控制回路制回路 此外，此外，ddcddc也很快發(fā)展到也很快發(fā)展到pidpid以外的多種復雜控以外的多種復雜控制。制。價格昂貴，運算速度不高價格昂貴，運算速度不高exit第第30頁頁集中型計算機控制系統(tǒng)集中型計算機控制系統(tǒng)由于當時的計算機體積龐大，價格非常昂貴，為了使計算機控制能由于當時的計算機體積龐大，價格非常昂貴，為了使計算機控制能與常規(guī)儀表控制相競爭，企圖用一臺計算機來控制盡可能多的控制回與常規(guī)儀表控制相競爭，企圖用一臺計算機來控制盡可能多的控制回路。路。外設外設過程控制計算

19、機過程控制計算機aidiaodo 被控過程（對象）被控過程（對象）被控變量被控變量操作變量操作變量輸入子系統(tǒng)輸入子系統(tǒng)輸出子系統(tǒng)輸出子系統(tǒng)優(yōu)越性：優(yōu)越性： 從表面上看從表面上看信息集中，集中型計算機控制可以實現(xiàn)各種信息集中，集中型計算機控制可以實現(xiàn)各種更復雜控制功能；便于實現(xiàn)優(yōu)化控制和優(yōu)化生產。更復雜控制功能；便于實現(xiàn)優(yōu)化控制和優(yōu)化生產。問問 題：題：由于當時計算機總體性能低，容量小，由于當時計算機總體性能低，容量小，容易出現(xiàn)負荷過載容易出現(xiàn)負荷過載，控，控制集中直接導致制集中直接導致危險集中危險集中，高度集中使系統(tǒng)變得十分，高度集中使系統(tǒng)變得十分“脆弱脆弱”。exit第第31頁頁 集散控制系

20、統(tǒng)集散控制系統(tǒng) dcs(1)(1)不能采取控制回路高度集中的設計思想，需要把控制功能分不能采取控制回路高度集中的設計思想，需要把控制功能分散到若干個控制站實現(xiàn)，以提高系統(tǒng)的可靠性；散到若干個控制站實現(xiàn)，以提高系統(tǒng)的可靠性；(2)(2)考慮到整個生產過程的整體性，各個控制系統(tǒng)（回路）的運考慮到整個生產過程的整體性，各個控制系統(tǒng)（回路）的運行應當服從工業(yè)生產管理的總體目標。行應當服從工業(yè)生產管理的總體目標。根本特征根本特征: :和和exit第第32頁頁 控制層網絡控制層網絡管理層網絡管理層網絡遠程節(jié)點遠程節(jié)點web服務器服務器internet 現(xiàn)場設備層現(xiàn)場設備層 操作站操作站 工程師站工程師站dcsdcs的物理層次示意的物理層次示意exit第第33頁頁現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（fcs）exit第第34頁頁是連接智能現(xiàn)場裝置和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、是連接智能現(xiàn)場裝置和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結構的通信網絡。多分支結構的通信網絡。 支持雙向、多節(jié)點、總