第七章自动检测系统的设计案例.ppt

第七章 自动检测系统的设计 第一节 自动检测系统及设计原则 第二节 自动检测系统的设计步骤 第三节 加热炉温度测控系统设计 第一节 自动检测系统及设计原则 自动检测系统的首要环节就是获取原始被测量的传感器或有关的敏感元件，实现一次变换。考虑到它们的敏感、变换原理或特性的限制以及外界影响，一次变换后的信号通常满足不了测量与控制的要求。因此总要经过一些中间环节进行处理，实现信号放大、阻抗匹配、干扰抑制、滤波等功能。这样可以按照一定的规律或方式构成开环或闭环检测系统。 图中，Gl、G2 、G3、…Gn分别为各环节的传送函数,则该系统的传递函数为： G＝GlG2G3．．．Gn 若各环节的静态灵敏度分别为K1、K2、…Kn，则该系统的静态灵敏度K为各个环节的灵敏度的乘积，即 K＝KlK2K3…Kn 如果各个环节本身的相对误差为δ1、δ2、δ3、…δn，则该系统输出端的相对误差δ为各个环节的相对误差之和，即 δ＝δ1+δ2+δ3+…δn= 因此，为了减小开环测量系统的误差，必须减小各个环节的误差。可见，开环检测系统结构简单。易于实现,但开环检测系统各环节的误差以及由它们引入的干扰都将直接影响检测结果，因此对每一个环节的准确度和抗干扰能力都要求较高。为此，发展了闭环检测系统。 二、闭环检测系统 当Kβ〉〉1时，由上式可得： 三、自动检测系统设计原则 1、设计要求： 2、设计原则： （1）环节最少原则：组成自动检测系统的各个元件或单元通常称为环节。 （2）精度匹配原则：在对检测系统进行精度分析的基础上．根据各环节对系统精度影响程度的不同和实际可能，分别对各环节提出不同的精度要求和恰当的精度分配，做到恰到好处，这就是精度匹配原则。 (3)阻抗匹配原则：，测量信息的传输是靠能量流进行的。因此，设计检测系统时的一条重要原则是要保证信息能流最有效的传递。这个原则是由四端网络理论导出的，亦即检测系统中两个环节之间的输入阻抗与输出阻抗相匹配的原则。 (4)经济原则：在设计过程中，要处理好所要求的精度与仪表制造成本之间的矛盾。要尽量采用合理的结构型式与合理的工艺要求，恰当地进行各环节的灵敏度分配和误差分配，尽量以最少的环节、最低的成本建立起高精度的检测系统。 (5)标准化与通用性原则：为缩短研制周期．便于大批量生产和使用过程中的维修，在设计中应尽量采用已有的标准零部件，对新设计的零部件也要考虑到今后在其他方面可能使用的通用性问题。 第二节 自动检测系统的设计步骤 自动检测系统的分析 自动检测系统总体方案的设计 自动检测系统硬件的设计 自动检测系统软件的设计 系统集成 一、自动检测系统的分析 检测系统的分析是确定系统的功能、技术指标及设计任务，是设计检测系统总方向的重要阶段，主要是对要设计的系统运用系统论的观点和方法进行全面的分析和研究，以便明确对本设计课题提出了哪些要求和限制，了解被测对象的特点、所要求的技术指标和使用条件等等 。 (1)首先明确检测系统必须实现的功能和需要完成的测量任务。包括被测参数的定义和性质、被测量的数量、输入信号的通道数、测量结果的输出形式等。 (2)了解设计任务所规定的性能指标。为了明确设计目标，应当了解对于被测参数的测量精度、测量速度、极限变化范围和常用测量范围、分辨率、动态特性、误差等方面的要求，以及对于仪器仪表的检测效率、通用程度和可靠性等要求。 (3)了解测量系统的使用条件和应用环境。首先应当了解在规定的使用条件下，存在哪些影响被测参数的其他因素，以便在设计时设法消除其影响。 二、自动检测系统总体方案的设计 1、确定系统的控制方式 自动检测系统的控制方式根据被测对象测试要求确定，其控制方式如果按照信号传输方式可分为开环系统还是闭环系统，或是数据处理系统。按实现方式可以分为：手动控制、自动控制和半自动控制。 2、输入、输出通道及外围设备的选择 自动检测系统中与计算机相连的输入输出通道，通常根据被测对象参数的多少来确定，并根据系统的规模及要求，配以适当的外围设备，如打印机、CRT、磁盘驱动器、绘图仪等。选择时应考虑以下一些问题。 （1）被测对象参数的数量； （2）各输入、输出通道是串行操作还是并行操作； （3）各通道数据的传输速率； （4）各通道数据的字长及选择位数； （5）对显示、打印有何要求 3、系统结构选择 自动检测系统结构设计需要综合考虑散热、电磁兼容性、防冲振、维护性等。创造使设备正常、可靠地工作的良好环境。具体要求如下。 （1）充分贯彻标准化、通用化、系列化、模块化要求； （2）人机关系谐调，符合有关人机关系标准，使操作者操作方便、舒适、准确； （3）