第1章 概述33786.ppt

第一章 概 述 1.1 仪表概述 1.2 智能仪表分类、结构与特点 1.3 智能仪表发展的主要技术 1.4 课程内容仪器仪表是获取信息的工具，是认识世界的手段。作用是延伸、扩展、补充或代替人的听觉、视觉、触觉等器官的功能。随着科学技术的不断发展，人类社会已步人信息时代，对仪表的依赖性更强，要求也更高。本章概述了传统仪器仪表、智能仪表的发展，论述了仪器仪表的重要性，重点介绍了智能仪表的分类、结构和特点，简要总结了推动智能仪表发展的主要技术。 1.1 仪表概述一、仪表的分类和多样性1、应用领域分类：计量、分析、生物医疗、地球探测、天文、航空航天航海、汽车、电力、石油、化工仪表等。如：产品性能测试、加工过程控制与监测、故障诊断、自动化生产线上过程控制等，所需的有各种尺寸测量仪器、加速度计、测力仪、温度测量仪表等。在电力化工石油工业中，为保证正常高效运行，要对工艺参数如压力、流量、温度等进行检测和控制。在航空、航天中，对发动机的转速、转矩、振动、噪声、动力特性的测量，对燃烧室和喷管的压力流量的测量，对构件的应力、结构无损检测、强度刚度测量，对控制系统的性能、电流、电压、绝缘强度测量等。2、按所测物理量分类： ①几何量---各种尺寸检测仪，如长度、角度、位移、距离等。 ②热工量---温度、湿度、压力、流量等测量仪表。 ③机械量---力、硬度、加速度、速度、力矩、振动等测量仪。 ④时间频率---各种计时仪表与钟表、时间频率等测量仪。 ⑤电磁计量---测量电量和磁量，如交、直流电流表、电压表、功率表，电阻、电容、静电、磁参数等测量仪。 ⑥无线电参数---示波器、信号发生器、相位测量仪、频谱分析仪、动态信号分析仪等。 ⑦光学与声学参数---光度计、光谱仪、色度计、激光参数测量仪、光学传递函数测量仪等。 ⑧电离辐射---各种放射性、核素计量，X、r射线及中子计量仪器等。 二、仪器仪表的发展 1、第一代--模拟式仪表---基本结构是磁电式和电子式。 磁电式基于电磁测量原理使用指针来显示测量结果。如指针式万用表、伏特表、安培表、功率表等。 电子式基于模拟电子技术原理。如记录仪、电子示波器、信号发生器等。 2、第二代--数字式仪表---基本结构中含有A／D转换环节，并以数字方式显示或打印测量结果。如数字电压表、数字功率计、数字频率计等。比第一代响应速度快，测量准确度高。3、第三代--智能式仪器仪表---基本结构中含有CPU。功能强大、功耗低、体积小、可靠性高等。智能仪表是计算机技术与测量仪器仪表相结合的产物，具有对数据的存储、运算、逻辑判断及自动化操作等功能，具有一定智能的作用。近年来，智能仪表从较为成熟的数据处理向知识处理发展。它体现为模糊判断、故障诊断、容错技术、传感器融合、机件寿命预测等，使智能仪器的功能向更高的层次发展。对仪器仪表的发展以及科学实验研究产生了深远影响，是仪表设计的里程碑。 4、第四代--虚拟仪器及网络化仪器①虚拟仪器(Virtual Instrument，VI)---基本结构中含有通用计算机。 80年代美国国家仪器公司(NI)提出的。虚拟仪器是以通用计算机为基础，加上特定的硬件接口设备和为实现特定功能而编制的软件组成。硬件接口--数据采集卡(DAQ)、串／并口、通信接口卡、VXI控制器等---完成被测信号的采集、放大、模数转换及输出信号的数模转换等功能。软件模块--数据分析、过程通讯及图形用户界面等软件。通过不同测试功能的软件模块的组合来实现不同的功能。软件是虚拟仪器的关键，即“软件就是仪器”。 三、仪表的重要性仪器仪表是认识世界的工具，而改造世界是以认识世界为基础的。认识世界目的：一是探索自然规律，积累科学知识；二是通过对生产现场的了解来指导生产。1．仪表及检测技术是促进生产的主流环节，仪器仪表的发展水平是国家综合国力的重要标志之一。2．先进科学的仪器仪表设备是知识创新和技术创新的前提，仪器的创新是知识创新与技术创新的组成部分。3．仪器仪表是信息的源头技术。仪表是电子、计算机、光学、机械、材料科学、物理、化学、生物等学科先进技术的高度综合，是高科技发展水平的标志；其应用遍及“农轻重、海陆空、吃穿用”。 仪器仪表是：国民经济的“倍增器” 科学研究的“先行官” 现代战争的“战斗力” 法庭审判的“物化法官” 王大珩院士：“能不能创造高水平的科学仪器和设备体现了一个民族、一个国家的创新能力。发展科学仪器设备应当视为国家战略” 英国著名科学家H.Pavy：“Nothing begets good science like development of a good instrument” （发展一种好的仪器对于一门科学的贡献超过了任何其他事情） 美国杰出科学家R. F