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智能仪表原理与设计第一章 智能仪表原理与设计基础 主要内容 一、智能仪表原理 二、 设计基础 三、 设计原则与设计内容 一、 智能仪表原理 仪器仪表概述 (Instrument) ⑴. 定义：对各种变量（参数）进行检测 (计量)、计录、调节和 处理的各种装置的总称。（包含了自动化装置） ⑵. 传感器 (Sensor) 区别 (Transducer) 是检测仪表的重要组成部分，是信息获取的前端。 结构：①独立安装的，如热电偶、热电阻（温度传感器）； ②与仪表电路一体化的，如压力变送器； ⑶. 分类 多种分法；如按作用分： 测量仪表（传感器、变送器，――仪、――计、）， 调节仪表，显示仪表，执行仪表； 一、 智能仪表原理 ▲ 传统仪表：性能主要取决于仪表内部元器件的精密性和稳定性，元器件的温度漂移（包括零点和增益漂移）和时间漂移都会反应到测量结果和仪表输出中去。另外，传统仪表对其内部故障缺乏诊断和处置能力，往往在故障情况下给出结果，显然这种结果是不可能正确的。 ▲ 智能仪表原理：应用新的采集技术、处理技术、硬件平台和人工智能技术，使仪表的性能（如精度）、功能、可靠性、可维护性和可测试性都得到了提高。 一、 智能仪表原理 工业自动化仪表的发展过程 机械式(基地式)---电动单元组合式(模拟)---微机化(模、数)---智能仪表（全数字） 一、智能仪表原理 各种智能仪表的硬、软件系统差别很大。 简单的只含几个芯片和少量程序，如井下压力计、温度显示调节器等；复杂的含大量芯片，丰富的软件(操作系统)和齐全的外设，甚至于使用多个单片机；有的智能仪表的复杂程度甚至超过通用型个人计算机，如色谱质谱仪。 尽管如此，在结构上仍然存在着一些共同之处。 一、智能仪表原理 精密色谱仪 一、智能仪表原理 如图为典型智能仪表结构，由三个层次构成 。 一、智能仪表原理 智能仪表的特点 ① 可以自动进行量程转换、零点和增益误差补偿，测量特性的自动校准，按照一定的规律自动寻找最优的算法参数，从而极大的提高了仪表的性能。 ②按照事先的安排(体现在编制的程序上)可以对仪表的主要元器件进行自动检测，对故障进行定位，还可以对故障部分进行隔离或对系统进行重组，大大提高了仪表的容错性和可靠性。 ③应用模糊识别与模糊控制、人工神经网络建模与识别、专家系统、多传感器信息融合处理方法等智能技术。 ④新工艺，经串口或扫描口（JTAG）即可下载和仿真。 如：贴片工艺；多层艺； 屏蔽与防护工艺；ISP与IAP工艺 主要内容 一、智能仪表原理 二、 设计基础 三、 设计原则与设计内容 二、设计基础 ⑴．需求分析: 通过需求分析确定智能仪表任务要求应包括以下几点 ①功能要求 测量功能：哪些量？有实时在线要求否？什么输出形式？ （ 显示、打印、传输、通信……）； 控制功能：什么对象？模型为何？哪些状态？需构成什么系统？ （随动、恒值、串级……控制）； 管理功能：操作要求、数据库要求、打印报表、决策分析、统计 分析……。 二、设计基础 ②性能要求 测量范围 测量精度 测量灵敏度（分辨率） 稳定性、可靠性要求（MTBF） 响应速度 动态特性 数据库浏览（查询）方式、容量、安全性 二、设计基础 ③对象特性 输入输出关系（传递函数、用户以往的经验、作法、 其它图纸资料） 各变量的性质（幅度、变化率、分布性等） 生产使用规律 ④环境条件 ⑤其它: 用户长远发展规划、扩展、升级的计划 ⑥调查研究的结果应形成需求分析报告，以便设计方 案。 二、设计基础 ⑵. 方案论证: 总方案论证包括测量（工作）原理分析、推导，智能仪表的系统组成说明，总体的硬、软件结构描述，主要性能、功能的计算、分析和说明等内容。 在进行总体方案设计时，既要仔细研究仪表的功能要求、技术指标、环境条件等因素，还要与可以达到的技术水平，设备、资金的拥有量，必要的实验场地，必备的元器件来源，以及投入的人力和规定的完