智能仪器基础第1章.ppt

智能仪器基础 朱一纶 主编 第一章 概述 1.1传统仪器仪表与智能仪器 1.1.1传统仪器仪表 1、仪表 仪表(meter)名称使用比较久，其设计目的为测量时间、距离、速度、强度等实现显示、记录或控制数量和流量，如控制气体流量和电流。 1.1.1传统仪器仪表 仪表的功能一般比较单一，通常是测量某一个信号并将它显示出来或传送给其它设备，或经过变换传送给执行器。 在化工、热工及自动化生产过程中经常用到各种仪表，在日常生活中也有如水表，电表，汽车上的速度表等。 1.1.1传统仪器仪表 当仪表需要输出控制量来控制其它设备时，通常被称为控制仪表，在自动控制系统中广泛使用控制仪表有调节器，变送器，运算器、执行器等。 1.1.1传统仪器仪表 右图为UL型阻移式物位计，它能对开口料仓与密闭料仓中的粉状、颗粒状、块状物料进行检测、报警及自动控制。可以在钢铁、耐火、水泥、橡胶、化纤、电力等工业长期运行，效果比较理想。 1.1.1传统仪器仪表 2.传感器 国家标准GB7665-87对传感器（transducer/sensor）的定义为： “能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。 1.1.1传统仪器仪表 传感器也可称为变换器、探测器或检测器等。 与仪表相比较，传感器的种类似乎更广泛些，它基于各种物理的、化学的和生物的效应，并受相应的定律和法则所支配，进行能量和信息的转换。 1.1.1传统仪器仪表 传感器常用的分类方法有： 按传感器的物理量分类，可分为位移、力、速度、温度、流量、气体成份等传感器 。 1.1.1传统仪器仪表 按传感器工作原理分类，可分为电阻、电容、电感、电压、霍尔、光电、光栅、热电偶等传感器。 1.1.1传统仪器仪表 按传感器输出信号的性质分类，可分为： 输出为开关量（“１”和“０”或“开”和“关”）的开关型传感器； 输出为模拟量（通常带变送器的传感器输出标准化信号即三线制，输出信号为0～10mA、4～20mA或0～5V）的模拟型传感器； 输出为脉冲或代码的数字型传感器。 1.1.1传统仪器仪表 1.1.1传统仪器仪表 3.仪器 仪器 (instrument) 通常是指用于记录、测量、显示或控制的独立装置（设备）。与仪表相比较，仪器的结构比较复杂，测量功能比较多。 1.1传统仪器仪表与智能仪器 1.1.1传统仪器仪表 传统仪器仪表系统的一般功能方框图 1.1.1传统仪器仪表 被控对象送出的是被控量，如压力、流量、温度等变量，检测元件把它们转换成易于传递或显示的变量，变送器则把它们转换成相应的电信号（或其它信号），该信号被送到调节器中，与给定值（零点，控制要求值等）进行比较，输出调节量（或显示值），控制执行器的动作。 1.1.2 智能仪器 智能仪器（Intelligent Instrument）通常是指含有微型计算机或微处理器的测量控制仪器，由于它拥有对信号数据的存储、运算、逻辑判断及自动化操作等功能，具有一定的智能的作用，（表现为智能的延伸或加强）故被称为智能仪器。 1.1.2 智能仪器 单机型智能仪器系统的简单框图 1.1.2 智能仪器 检测元件往往由传感器（包含了检测及变送功能）组成，它输出标准的（模拟）电信号，通过信号处理接口电路进行处理后，送给微机系统，微机系统对数据进行处理，可以按要求储存、校正、调节、显示或输出控制信号，通过输出接口电路控制被控设备，而人机界面接口则使操作员可以输入、修正控制要求、查看测控结果等。 1.2智能仪器的分类与特点 随着集成电路技术的飞速发展，具有各种处理功能的集成电路体积越来越小，功能越来越强，包含了微机系统的智能仪器仪表的体积也可以做得很小，所以有些书上提出的智能仪表、甚至智能传感器也可以有很强的数据处理功能，在此我们不再加以区分，统一称为智能仪器仪表或简称为智能仪器。 1. 智能仪器按智能程度分类 涉及到自动化生产工业时，把智能定义成自动化生产过程中一种闭环控制的仪器结合输入信号及存储的记忆而出现的判断控制能力。相应地就把智能仪器分类成： 聪明类，电子、传感、测量 初级智能，计算机，信号与处理 模型化，系统辨识，模式识别 高级智能，人工智能 2．智能仪器按结构分类 1)单机型智能仪器 这类智能仪器通常为某种测量目的设计，硬件与软件都是根据待测量、测控要求、性能指标来设计，针对性比较强，其人机界面比较简单，输入按键比较少，输出有采用数码管显示器或液晶显示器，体积小，测试精度高，可靠性高，一般还有符合某些协议的通信接口，应用十分广泛，智能仪器狭义上通常就是指这种单机型智能仪器，