检测与控制仪表-Read.PDF

第3章 检测与控制仪表 过程控制系统一般都是负反馈控制系统，主要由被控对象、传感器和变送器、控制器 和执行机构等四部分组成。其中，传感器与变送器属于检测仪表，控制器和执行机构则属 于控制仪表。检测与控制仪表是过程控制系统的基本组成部分，是实现生产过程自动化必 不可少的工具。 检测仪表将生产工艺参数变为电流信号或气压信号后，不仅要求由显示仪表显示或记 录，让人们了解生产过程的情况，还需要将信号传送给控制仪表，对生产过程进行自动控 制，使工艺参数符合预期要求。检测仪表将生产过程中有关的工艺参数准确及时地测量出 来，并转换为标准信号如 0～10mA DC 电流信号，4～20mA DC 电流信号或 20～100kPa 的气压信号，送往控制仪表或显示仪表。 从 20 世纪 60 年代开始，为满足工业发展需要，将测量、记录和控制功能组合在一起， 这类仪表称为“基地式”仪表，通常是以在带有调节单元的显示记录仪“基地”上，配上 测量元件及执行器构成控制系统。随着生产规模的扩大，产生了以功能划分的“单元组合 式”仪表，根据控制任务要求，选择相应单元仪表组合起来，构成各种不同复杂程度的自 动控制系统。 20 世纪 80 年代，因计算机技术的发展及其在仪表中的应用，以微处理器为核心器件 的微机化仪表应运而生，产生了各种数字式变送器、数字式调节器、数字显示记录仪、可 编程控制器和智能仪表。与模拟式仪表相比，其功能、性能、可靠性、通信功能等有了质 的飞跃。 随着微电子技术的不断发展，集成了微处理器、存储器、定时器/计数器、并行和串 行接口、把关[定时]器(俗称看门狗) 、前置放大器，甚至 A/D 、D/A 转换器等电路在一块 芯片上的超大规模集成电路芯片也出现了。以单片机为主体，将计算机技术与测量控制 技术结合在一起，又组成了所谓的“智能化测量控制系统”，也就是智能仪器。智能仪 器的出现，极大地扩充了传统仪器的应用范围。智能仪器凭借其体积小、功能强、功耗 低等优势，迅速地在家用电器、科研单位和工业企业中得到了广泛的应用。智能仪器是 计算机科学、电子学、数字信号处理、人工智能、VLSI 等新兴技术与传统的仪器仪表技 术的结合。随着专用集成电路、个人仪器等相关技术的发展，智能仪器将会得到更加广 泛的应用。虚拟仪器是智能仪器发展的新阶段，其外部特征与传统仪器大不相同，其中 最突出的特点是仪表面板不再是一些物理实体构成，而是借助计算机内部强大的图形编 程环境建立起来的虚拟面板所替代。虚拟仪器技术强调软件的作用，提出了“软件就是 仪器”的概念，原来由硬件实现的很多功能如存储、显示等，在虚拟仪器中用软件来实 现。虚拟仪器允许用户自定义仪器功能，通过编制不同的软件测试系统，可构造出任意 功能的仪器，而且虚拟仪器资源具有良好的可再用性。 ·82 · 过程控制与自动化仪表 3.1 概 述 3.1.1 测量误差 任何测量过程都存在误差，即测量误差。所以在使用仪表测量工艺参数时，不仅需要 知道仪表的指示值，还需要了解测量值的误差范围。由于所选用的仪表精确度的限制、实 验手段的不完善、环境中各种干扰的存在以及检测技术水平有限，在检测过程中仪表测量 值与真实值之间总会存在一定的差值。这个差值就是误差。 误差存在于一切测量中，而且贯穿测量过程的始终。因此，只有通过正确的误差分析， 知道测量中哪些量对测量结果影响大，哪些量对测量结果小，从而努力测准那些对结果影 响大的关键量，而不必花大功夫在那些不太准而且对结果影响很小的量上。 测量误差按其表示方式可分为绝对误差和相对误差。 (1) 绝对误差。指测量值与被测量真值之间的差值，即 ∆x x =− A (3-1) 式中，∆x 为绝对误差；x 为测量值；A 为被测量的真值。 在实际应用中，被测量的真值是无法得到的。因此，在一台仪表的量程范围内，各点 读数的绝对误差是指用标准仪表(精度较高)和该表对同一被测量测量时得到的两个读数的 差值。即将式(3-1)中的被测量真值用标准仪表的读数来替代。 绝对误差不能确切地反映测量结果的准确程度，为此实际测量中引