过程装备控制技术及应用2015第三章讲述.ppt

第三章 过程检测技术 生产过程自动化是现代生产的重要特征。为了高效率地进行生产操作，提高产品的质量和产量，对生产过程必须进行自动控制。为实现对生产过程的自动控制，首先必须对生产过程的各参数进行可靠的测量。 3.1 测量与误差基本知识 3.1.1 测量的基本概念 测量是人类对自然界的客观事物取得数量概念的一种认识过程，在这一过程中借助于专门的设备，通过实验方法，求出被测未知量的数值。 3.1.1.1 测量的定义 3.1.1.2 测量方法 测量的具体方法是由被测量的种类、数值的大小、所需要的测量精度、测量速度的快慢等一系列的因素决定的。根据分类依据的不同，测量方法主要有以下几种分类方法。 （1）直接测量与间接测量 直接测量法 将被测量与单位能直接比较，立即得到比值，或者仪表能直接显示出被测参数数值的测量方法被称为直接测量法。这种方法可以直接得到测量结果，测量过程简单、迅速；缺点是测量精度不容易达到很高。它是工程技术中应用最广的一种方法。 间接测量法 采用直接测量方法不能直接得到测量结果，而需要先测出一个或几个与被测量有一定函数关系的其他量，然后根据此函数关系计算出被测量的数值，这种方法被称为间接测量测量法。 （2） 等精度测量和不等精度测法 （3） 接触测量与非接触测量 （4） 静态测量与动态测量  按照被测量在测量过程中的状态不同，可将测量分为静态测量与动态测量两种。在测量过程中，如被测参数恒定不变，则这种测量方法称为静态测量。被测参数随时间变化而变，此种测量方法称为动态测量。过程检测中的被测参数不可能始终保持不变，因此，严格讲均属动态测量。但由于仪表的反应一般很迅速，多数被测参数的变化又比较缓慢，在仪表响应的短时间内被测参数可近似视为恒定不变，因此，可近似当成静态测量对待。 测量仪器仪表与设备可以由许多单独的部件组成，也可以是一个不可分的整体。前者构成的是检测系统，属于复杂仪表；后者是简单仪表，应用极为广泛。不论是复杂仪表还是简单仪表，原则上它们都是由几个环节组成。对于简单仪表来说，只不过各个环节的界限不太明显。这几个环节是：传感器、变换器、显示器以及连接个环节的传输通道。 3.1.1.3 测量仪器与设备 （1） 感受件（传感器） （2） 中间件（变送器或变换器） （3） 显示件（显示器） 对测量过程中出现的误差的研究，不论在理论上还是在实践中都有现实的意义。能合理确定检测结果的误差；能正确认识误差的性质，分析产生误差的原因，采取措施，达到减少误差的目的；有助于正确处理实验数据，合理计算测量结果，以便在一定的条件下，得到最接近于真实值的最佳结果；有助于合理选择试验结果、测量条件及 测量方法，使能在较经济的条件下，得到预期的结果。 3.1.2 误差基本概念 仪表的性能指标很多，主要有技术、经济及使用三方面的指标。 仪表技术方面的指标有误差、精度等级、灵敏度、变差、量程、 响应时间、漂移等。 仪表经济方面的指标有使用寿命、功耗、价格等。当然，性能好 的仪表，总是希望它的使用寿命长、功耗底、价格便宜。 操仪表使用方面的指标有作维修是否方便，运行是否可靠安全，以及抗干扰与防护能力的强弱，重量体积的大小，自动化程度的高低等等。 上述仪表性能的划分显然是相对的。例如，仪表的使用寿命，既是经济方面的性能指标，又是一项极为重要的技术指标（从仪表的 可靠性来说）。 3.1.3 仪器仪表的主要性能指标 （1）量程与精度 a. 量程 在诸多性能中，使用者最关注的是仪表计量方面的性能。 它是指仪表能否满足测量要求并给出准确测量结果方面的性能。 仪表在保证规定的精确度的前提下所能测量的被测量的区域，称为仪表的测量范围。在上述相同条件下，仪表所能测量的被测量的最高、最低值分别称为仪表测量范围的上限和下限（简称上、下限，又称仪表的零位和满量程值。）仪表的量程是指测量范围上限与下限的代数差。 通常仪表刻度线的下限值调整到 Xmin = 0 ，这时所得到的量程即为上限值 Xmax 。根据仪表的测量范围，便可算出仪表的量程； 反之，仅知量程则不能判定仪表的测量范围。习惯上也就常以给出 测量范围的数据来描述量程了。 b.精度等级 精度是一个比较复杂的概念，它涉及到各种各样的指标。目前，尚未有一个比较统一的说法。一般情况下，把精确度称之为精度。引用误差是一种简化的、实用方便的相对误差，常常在多档仪表和连续分度的仪表中应用。 例如，精度等级为 1