1、電氣自動化畢業(yè)論文   系部：電氣工程及其自動化系  專業(yè)班級 ： 電氣人才08-01班  姓名：耿啟辰 指導(dǎo)老師 ： 許丹   時間：2011年3月4日      河南理工大學(xué)  目錄 摘要簡要介紹電氣自動化技術(shù)的概念及其包括的專業(yè)知識 關(guān)鍵字控制、系統(tǒng)、檢測、網(wǎng)絡(luò)化 前言1 第一章    自動控制統(tǒng)21.1    自動控制與自動控制系統(tǒng)21.2 自動控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成及控制方式31.3 自動控

2、制系統(tǒng)的分類41.4 對控制系統(tǒng)性能的要求51.5 自動控制理論發(fā)展簡述6 第二章 自動檢測系統(tǒng)72.1 檢測技術(shù)的基本概念82.2 傳感器與傳感器的分類9 2.3 測量方法102.4 傳感器的基本特性112.5 溫度檢測12 溫標(biāo)及測溫方法122.6 壓力檢測132.7熱電偶與熱電阻的原理15 第三章 PLC在面向微型化、網(wǎng)絡(luò)化、PC化和開放性方向發(fā)展19   小結(jié)20               

3、60;   前言 電氣自動化是高等院校開設(shè)的一門工科專業(yè)。培養(yǎng)德、智、體全面發(fā)展，具有良好的科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新精神，培養(yǎng)能夠從事與電氣工程有關(guān)的系統(tǒng)運(yùn)行、自動控制、電力電子技術(shù)、信息處理、試驗(yàn)分析、研制開發(fā)以及電子與計(jì)算機(jī)應(yīng)用等領(lǐng)域工作的寬口徑復(fù)合型高級工程技術(shù)人才。本專業(yè)主要學(xué)習(xí)電子技術(shù)、電工技術(shù)、信息控制、電氣測量、計(jì)算機(jī)技術(shù)等方面較寬廣的工程技術(shù)基礎(chǔ)和專業(yè)知識。本專業(yè)主要特點(diǎn)是強(qiáng)電弱電結(jié)合、電工技術(shù)與電子技術(shù)相結(jié)合、軟件與硬件結(jié)合、元件與系統(tǒng)結(jié)合，學(xué)生受到電工電子、信息控制及計(jì)算機(jī)技術(shù)方面的基本訓(xùn)練，具有解決電氣工程與自動化領(lǐng)域技術(shù)問題的基本能力。該專

4、業(yè)是強(qiáng)電和弱電、計(jì)算機(jī)技術(shù)與電氣控制技術(shù)交叉滲透的綜合型專業(yè)學(xué)科。電氣工程及其自動化專業(yè)培養(yǎng)出的畢業(yè)生，以理論基礎(chǔ)扎實(shí)、專業(yè)知識面寬廣、實(shí)踐動手能力強(qiáng)、適應(yīng)性強(qiáng)在國內(nèi)有較好的聲譽(yù)主干課程電路原理、電子技術(shù)基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)技術(shù)（語言、軟件基礎(chǔ)、硬件基礎(chǔ)、單片機(jī)）、信號與系統(tǒng)、電磁場理論與應(yīng)用、自動控制原理、電機(jī)學(xué)、電力電子技術(shù)、電氣測量、電力拖動與控制等。就業(yè)方向適合到國民經(jīng)濟(jì)各部門從事與電氣工程有關(guān)的系統(tǒng)運(yùn)行、自動控制、電力電子技術(shù)、信息處理、試驗(yàn)分析、研制開發(fā)等方面的工作，也能在科研院所、高等學(xué)校從事電氣信息與自動化技術(shù)相關(guān)的研究開發(fā)、技術(shù)引進(jìn)與改造及教學(xué)工作。   

5、;        、  一、          自動控制的基本概念 在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的許多領(lǐng)域中，自動控制技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。所謂自動控制，是指在無人直接參與的情況下，利用控制裝置操縱受控對象，使被控量等于給定值或給定信號變化規(guī)律去變化的過程。如圖1-1所示。 控制裝置和受控對象為物理裝置，而給定值和被控量均為一定形式的物理量。自動控制系統(tǒng)由控制裝置和受控對象構(gòu)成。對自動控制系統(tǒng)的性能進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)則是自動控制原理的主要任務(wù)。

6、       二、          自動控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成及控制方式 1.    開環(huán)控制控制裝置與受控對象之間只有順向作用而無反向聯(lián)系時，稱為開環(huán)控制。 開環(huán)控制的特點(diǎn)是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制過程很簡單，但抗擾能力差、 控制精度不高，故一般只能用于對控制性能要求較低的場合。 2.    閉環(huán)控制控制裝置與受控對象之間，不但有順向作用，而且還有反向聯(lián)系，既有被控量對控制過程的影響，這種控制稱為閉環(huán)控制，相應(yīng)的控制

7、系統(tǒng)稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)又被稱為反饋控制或按偏差控制。閉環(huán)控制系統(tǒng)是通過給定值與反饋量的偏差來實(shí)現(xiàn)控制作用的，故這種控制常稱為按偏差控制，或稱反饋控制。此類系統(tǒng)包括了兩種傳輸信號的通道：由給定值至被控量的通道稱為前向通道；由被控量至系統(tǒng)輸入端的通道稱為反饋通道。閉環(huán)系統(tǒng)能減小或消除作用，但若設(shè)計(jì)調(diào)試不當(dāng)，易產(chǎn)生震蕩設(shè)置不能正常工作。 自動控制原理中所討論的系統(tǒng)主要是閉環(huán)控制系統(tǒng)。 3.    復(fù)合控制反饋控制是在外部的作用下，系統(tǒng)的被控量發(fā)生變化后才做出相應(yīng)調(diào)節(jié)和控制的，在受控對象具有較大時滯的情況下，其控制作用難以及時影響被控量，進(jìn)而形成快速有效的反饋

8、控制。前饋補(bǔ)償控制，則在測量出外部作用的基礎(chǔ)上，形成與外部作用相反的控制量，該控制量與相應(yīng)的外部作用共同作用的結(jié)果，使被控量基本不受影響，即在偏差產(chǎn)生之前就進(jìn)行了防止偏差產(chǎn)生的控制。在這種控制方式中，由于被控量對控制過程不產(chǎn)生影響，故它也屬于開環(huán)控制。前饋補(bǔ)償控制與反饋控制相結(jié)合，就構(gòu)成了復(fù)合控制。按輸入前饋補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制和按擾動前饋補(bǔ)償控制的復(fù)合控制。         自動控制系統(tǒng)的分類 自動控制系統(tǒng)的分類方法較多，常見的有以下幾種。  2）線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng) 

9、由線性微分方程或線性差分方程所描述的系統(tǒng)為線性系統(tǒng)；由非線性方程所描述的系統(tǒng)稱為非線性系統(tǒng)。 3）定常系統(tǒng)和事變系統(tǒng) 從系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型來看，若微分方程的系數(shù)不是時間變量的函數(shù)則稱此類系統(tǒng)為定常系統(tǒng)。否則稱為是事變系統(tǒng)。若系統(tǒng)既是線性的又是定常的，則稱之為線性定常系統(tǒng)。 4）連續(xù)系統(tǒng)、離散系統(tǒng)和采樣系統(tǒng) 從系統(tǒng)中的信號來看，若系統(tǒng)各部分的信號都是時間的連續(xù)函數(shù)即模擬量，則稱此系統(tǒng)為連續(xù)系統(tǒng)，若系統(tǒng)中有一處或多處信號為時間的離散函數(shù)，如脈沖或數(shù)碼信號，則稱之為離散系統(tǒng)。若系統(tǒng)中既有模擬量也有離散信號，則又稱為采樣系統(tǒng)。 5）恒值系統(tǒng)、隨動系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng) 

10、若系統(tǒng)的給定值為一定值，而控制任務(wù)就是克服騷動，使被控量保持恒值，此類系統(tǒng)稱為恒值系統(tǒng)。若系統(tǒng)給定值按照事先不知道的時間函數(shù)變化，并要求被控量跟隨給定值的變化，則此類系統(tǒng)稱為隨動系統(tǒng)。若系統(tǒng)的給定值按照一定時間函數(shù)變化，并要求被控量隨之變化，則此類系統(tǒng)稱為程序控制系統(tǒng)。此外，根據(jù)組成系統(tǒng)的物理部件的類型，可分為機(jī)電控制系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)以及生物系統(tǒng)等。根據(jù)系統(tǒng)的的被控量，又可分為位置控制系統(tǒng)、速度系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)等。       對控制系統(tǒng)性能的要求  一個理想的控制系統(tǒng)，在其控制過程中應(yīng)始終

11、使被控量等于給定值。但是，由于系統(tǒng)中儲能元件的存在以及能源功率的限制，使得運(yùn)動部件的加速度受到限制，其速度和位置難以瞬時變化。所以，當(dāng)給定值變化時，被控量不可能立即等于給定值，而需要經(jīng)過一個過渡過程，即瞬態(tài)過程。所謂瞬態(tài)過程就是指系統(tǒng)受到外加信號作用后，被控量隨時間變化的全過程。瞬態(tài)過程可以反映系統(tǒng)內(nèi)在性能的好壞，而常見的評價系統(tǒng)優(yōu)劣的性能指標(biāo)也是從瞬態(tài)過程定義出來的。對系統(tǒng)性能的基本要求有三個方面。                &#

12、160;            i.              穩(wěn)定性 穩(wěn)定性是這樣來表述的：系統(tǒng)受到外作用后，其瞬態(tài)過程的震蕩傾向和系統(tǒng)恢復(fù)平衡的能力。如果系統(tǒng)受到外作用力后，經(jīng)過一段時間，其被控量可以達(dá)到某一穩(wěn)定狀態(tài)，則稱系統(tǒng)是穩(wěn)定的，否則不穩(wěn)定的。  2） 快速性  快速性是通過瞬態(tài)過程時間長短來表征的，過渡過程時間 越短，表明快速性越好，反

13、之亦然。快速表明了系統(tǒng)輸出c (t)對輸入r（t）響應(yīng)的快慢程度。系統(tǒng)響應(yīng)越快，說明系 統(tǒng)的輸出復(fù)現(xiàn)輸入信號的能力越強(qiáng)。 3）準(zhǔn)確性 準(zhǔn)確性是由輸入給定值與輸出響應(yīng)的終值之間的差值來表 征的，他反映了系統(tǒng)的穩(wěn)定精度。若系統(tǒng)的最終誤差為零， 則稱為無差系統(tǒng)，否則稱為有差系統(tǒng)。穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性往往是互相制約的。在設(shè)計(jì)與調(diào)試過程中，若過分強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，則可能會造成系統(tǒng)響應(yīng)遲緩和控制精度較低的后果；反之，若過分強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)響應(yīng)的快速性，則又會使系統(tǒng)的震蕩加劇，甚至引起不穩(wěn)定。       自動控制理論發(fā)展簡述 

14、60; 自動控制理論研究的是如何接受控制對象和環(huán)境特征，通過能動地采集和運(yùn)用信息，施加控制作用，使系統(tǒng)在變化或不確定的條件下正常運(yùn)行并具有預(yù)定功能。它是研究自動控制共同規(guī)律的技術(shù)科學(xué)，其主要內(nèi)容涉及受控對象、環(huán)境特征、控制目標(biāo)和控制手段以及它們之間的相互作用。 具有“自動”功能的裝置自古有之，瓦特發(fā)明的蒸汽機(jī)上離心調(diào)速器是比較自覺地運(yùn)用反饋原理進(jìn)行設(shè)計(jì)并取得成功的首例。麥克斯韋對它的穩(wěn)定性進(jìn)行分析，于1868年發(fā)表的論文當(dāng)屬最早的理論工作。從20世紀(jì)20年代到40年代形成了以時域法、頻率法和根軌跡法為主要內(nèi)容的“經(jīng)典”控制理論。60年代以來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和航天等高科技的推動，又產(chǎn)生了基

15、于狀態(tài)空間模型的“現(xiàn)代”控制理論。 隨著自動化技術(shù)的發(fā)展，人們力求使設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)的性能指標(biāo)，為了使系統(tǒng)在一定的約束條件喜下，其某項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)而實(shí)行的控制稱為最優(yōu)控制。 當(dāng)對象或環(huán)境特性變化時，為了使系統(tǒng)能自行調(diào)節(jié)，以跟蹤這種變化并保持良好的品質(zhì)，又出現(xiàn)了自適應(yīng)控制。 雖然現(xiàn)代控制理論的內(nèi)容很豐富，與經(jīng)典控制理論相比較，它能解決更多更復(fù)雜的控制問題，但對于單輸入、單輸出線性定常系統(tǒng)而言，用經(jīng)典控制理論來分析和設(shè)計(jì)，仍是最實(shí)用最方便的。 真正優(yōu)良的設(shè)計(jì)必須允許模型的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不精確并可能在一定范圍內(nèi)變化，即具有魯棒性。這是當(dāng)前的重要前沿課題之一，。另外，使理論實(shí)用化的一個重要途徑就

16、是數(shù)學(xué)模擬和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。 前面談到的主要是針對線性系統(tǒng)的理論。近年來，在非線性系統(tǒng)理論、離散事件系統(tǒng)、大系統(tǒng)和復(fù)雜系統(tǒng)理論等方面均有不同程度的發(fā)展。智能控制在實(shí)用方面也得到了很快的發(fā)展，它主要包括專家系統(tǒng)、模糊控制和人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)等內(nèi)容。 總之，自動控制理論正隨著技術(shù)和生產(chǎn)的發(fā)展而不斷發(fā)展，而它反過來又成為高新技術(shù)發(fā)展的重要理論根據(jù)和推動力。它在工程實(shí)踐中用得最多，也是進(jìn)一步學(xué)習(xí)自動控制理論的基礎(chǔ)。   第四章自動檢測技術(shù)   自動檢測技術(shù)是自動化科學(xué)技術(shù)的一個重要分支科學(xué)，是在儀器儀表的使用、研制、生產(chǎn)、的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門綜

17、合性技術(shù)。自動檢測就是在測量和檢驗(yàn)過程中完全不需要或僅需要很少的人工干預(yù)而自動進(jìn)行并完成的。實(shí)現(xiàn)自動檢測可以提高自動化水平和程度，減少人為干擾因素和人為差錯，可以提高生產(chǎn)過程或設(shè)備的可靠性及運(yùn)行效率。1. 自動檢測的任務(wù)：自動檢測的任務(wù)主要有兩種，一是將被測參數(shù)直接測量并顯示出來，以告訴人們或其他系統(tǒng)有關(guān)被測對象的變化情況，即通常而言的自動檢測或自動測試；二是用作自動控制系統(tǒng)的前端系統(tǒng)，以便根據(jù)參數(shù)的變化情況做出相應(yīng)的控制決策，實(shí)施自動控制。2. 自動檢測技術(shù)主要的研究內(nèi)容：自動檢測技術(shù)的主要研究內(nèi)容包括測量原理、測量方法、測量系統(tǒng)、及數(shù)據(jù)處理。3.測量系統(tǒng)：確定了被測量的測量原理和測量方法后

18、，就要設(shè)計(jì)或選用裝置組成測量系統(tǒng)。目前的測量系統(tǒng)從信息的傳輸形式看，主要有模擬式和數(shù)字式兩種。1）模擬式測量系統(tǒng)模擬量測試系統(tǒng)是由傳感器，信號調(diào)理器，顯示、記錄裝置和（或）輸出裝置組成。2）數(shù)字式測量系統(tǒng)數(shù)字式測量系統(tǒng)目前主要是帶微機(jī)的測量系統(tǒng)，是由傳感器、信號調(diào)理器、輸入接口、中央處理器組件、輸出接口和顯示記錄等外圍設(shè)備組成。4.檢測技術(shù)的特點(diǎn)1）實(shí)時性強(qiáng)2）精確度高3）可靠性高4）通道多5）功能強(qiáng)        檢測技術(shù)的基本概念  檢測技術(shù)是以研究自動檢測系統(tǒng)中的信息提取、信息轉(zhuǎn)換以及信息處理的理論

19、和技術(shù)為主要內(nèi)容的一門應(yīng)用技術(shù)學(xué)科。 廣義的講，檢測技術(shù)是自動化技術(shù)四個支柱之一，從信息科學(xué)角度考察，檢測技術(shù)任務(wù)尋找與自然信息具有對應(yīng)關(guān)系的種種表現(xiàn)形式的信號，以及確定二者間的定性、定量關(guān)系；從反映某一信息的多種信號表現(xiàn)中挑選出在所處條件下最為合適的表現(xiàn)形式，以及尋求最佳采集、變換、處理、傳輸、存貯、顯示等方法和相應(yīng)的設(shè)備。 信息采集是指，自然界諸多被檢查與測量量中提取有用信息。 信息變換是將所提取出的有用信息進(jìn)行電量形式幅值、功率等的轉(zhuǎn)換。信息處理的任務(wù)，視輸出環(huán)節(jié)的需要，可將變換后的電信號進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算、模擬量-數(shù)字量變換等吃力。信息傳輸?shù)娜蝿?wù)是在排除干擾的情況下經(jīng)濟(jì)的、準(zhǔn)確無誤的把信息進(jìn)

20、行遠(yuǎn)、近距離的傳遞。雖然檢測技術(shù)服務(wù)的領(lǐng)域非常廣泛，但是從這門課程的研究內(nèi)容來看，不外乎是傳感器技術(shù)、誤差理論、測試計(jì)量技術(shù)、抗干擾技術(shù)以及電量間互相轉(zhuǎn)換的技術(shù)等。提高自動檢測系統(tǒng)的檢測分辨率、精度、穩(wěn)定性和可靠性是本門技術(shù)的研究課題和方向。自動檢測技術(shù)已成為一些發(fā)達(dá)國家的最重要的熱門技術(shù)之一，它可以給人們帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益并促進(jìn)科學(xué)技術(shù)飛躍發(fā)展，因此在國民經(jīng)濟(jì)中占有極其重要的地位和作用。自動檢測系統(tǒng)是自動測量、自動計(jì)量、自動保護(hù)、自動診斷、自動信號等諸多系統(tǒng)的總稱.在上述系統(tǒng)中，都包含有被測量，敏感元件和電子測量電路，它們之間的區(qū)別僅在于輸出單元。如果輸出單元是顯示器或記錄器，則該系統(tǒng)叫做自

21、動測量系統(tǒng)；如果輸出單元是計(jì)數(shù)器或累加器，則該系統(tǒng)叫做自動計(jì)量系統(tǒng)，如果輸出單元是報(bào)警器，則該系統(tǒng)是自動保護(hù)系統(tǒng)或自動診斷系統(tǒng)；如果輸出單元是處理電路，則該系統(tǒng)是部分?jǐn)?shù)據(jù)分析系統(tǒng)、自動管理系統(tǒng)或自動控制系統(tǒng)。      2.1 傳感器與傳感器的分類 一、傳感器 傳感器是一種以一定的精確度把被測量轉(zhuǎn)換為與之有確定對應(yīng)關(guān)系的、便于應(yīng)用的某種物理量的測量裝置。 這一概念包含下面四個方面的含義：1）傳感器是測量裝置，能完成信號獲取任務(wù)。2）它的輸入量是某一被測量，可能是物理量，也可能是化學(xué)量、生物量。3）它的輸出量是某種物理量，這種

22、量要便于傳輸、轉(zhuǎn)換、吃力、顯示等等，這種量可以是氣、光、電量，但主要是電量。4）輸出輸入有對應(yīng)關(guān)系，且應(yīng)有一定的精確程度。 二、傳感器的組成傳感器的功用是一感二傳，即感受被測信息，并傳送出去。傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、轉(zhuǎn)換電路三部分組成。1.    敏感元件它是直接感受被測量，并輸出與被測量成確定關(guān)系的某一物理量的元件。2.    轉(zhuǎn)換元件敏感元件的輸出就是它的輸入，它把輸入轉(zhuǎn)換成電路參數(shù)量。3.    轉(zhuǎn)換電路上述電路參數(shù)接入轉(zhuǎn)換電路，便可轉(zhuǎn)換成電路參數(shù)量。實(shí)際上，有些傳感器很簡單，有些則較復(fù)雜，也有些是帶反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。最簡

23、單的傳感器由一個敏感元件組成，它感受被測量時直接輸出電量，如熱電偶。有些傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成，沒有轉(zhuǎn)換電路，如壓電式加速度傳感器，其中質(zhì)量塊是敏感元件，壓電片是轉(zhuǎn)換元件。有些傳感器轉(zhuǎn)換元件不只一個，要經(jīng)過若干次轉(zhuǎn)換。由于傳感器空間限制等其他原因，轉(zhuǎn)換電路常裝入電箱中。然而，因?yàn)椴簧賯鞲衅饕谕ㄟ^轉(zhuǎn)換電路之后才能輸出電量信號，從而決定了轉(zhuǎn)換電路是傳感器的組成部分之一。 三、傳感器的分類目前傳感器主要有四種分類方法：根據(jù)傳感器工作原理分類方法；根據(jù)傳感器能量轉(zhuǎn)換情況分類法；根據(jù)傳感器轉(zhuǎn)換原理分類法和按照傳感器的使用分類法。    

24、0;  2.2測量方法 一、    直接測量在使用測量儀表進(jìn)行測量時，對儀表讀數(shù)不需要經(jīng)過任何運(yùn)算，就能直接表示測量的結(jié)果，稱為直接測量。這種測量方法。這種測量方法是工程上廣泛采用的方法。 二、    間接測量在使用儀表進(jìn)行測量時，首先對與被測物理量有確定函數(shù)關(guān)系的幾個量進(jìn)行測量，將測量值代入函數(shù)關(guān)系式，經(jīng)過計(jì)算得到所需結(jié)果，這種測量稱為間接測量。間接側(cè)來那個多用于科學(xué)實(shí)驗(yàn)中的實(shí)驗(yàn)室測量，工程測量中亦有應(yīng)用。 三、    聯(lián)立測量在應(yīng)用儀表進(jìn)行測量時，若被測物理量必須經(jīng)過求解聯(lián)立方程才能得到最后的結(jié)果，則

25、稱這樣的測量為聯(lián)立測量。在進(jìn)行聯(lián)立測量時，一般需要改變測試條件，才能獲得一組聯(lián)立方程所需要的數(shù)據(jù)。它只是用于科學(xué)實(shí)驗(yàn)或特殊場合。 四、    偏差式側(cè)量在測量過程中，用儀表指針位移決定被測量的測量方法，稱為偏差式測量法。應(yīng)用這種方法進(jìn)行測量時，標(biāo)準(zhǔn)量具不裝在儀表內(nèi)，而是事先用標(biāo)準(zhǔn)量具對儀表刻度進(jìn)行校準(zhǔn)；在測量時，輸入被測量，按照儀表指針在標(biāo)尺上的示值，決定被測量的數(shù)值。采用這種方法進(jìn)行測量，測量過程比較簡單、迅速。但是，測量結(jié)果的精度低。這種測量方法廣泛適用于工程測量。 五、    零位式測量在側(cè)來那個過程中，用指零位儀表的零位指示檢

26、測測量系統(tǒng)的平衡狀態(tài)；在測量系統(tǒng)達(dá)到平衡時，用已知的基準(zhǔn)量決定被測未知量的測量方法，稱為零位式測量法。 六、    微差式測量微差式測量法是綜合了偏差式測量法與零位式測量法的優(yōu)點(diǎn)而提出的測量方法。微差式測量法的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)快，而且測量精度高，特別適用于在線控制參數(shù)的檢測。    2.4 傳感器的基本特性 一、精確度與精確度有關(guān)的指標(biāo)有三個：精密度、準(zhǔn)確度和精確度。 1）精密度 它說明測量傳感器輸出值的分散性，即對某一穩(wěn)定的被測 量，由同一個測量者，用同一個傳感器，在相當(dāng)短的時間內(nèi) 連續(xù)重復(fù)測量多次，其測量結(jié)果的分散程度。例如，某測溫 傳

27、感器的精密度為0.5°C，即表示多次測量結(jié)果的分散程 度不大于0.5°C。精密度是隨機(jī)誤差大小的標(biāo)志，精密度 越高，意味著隨機(jī)誤差小。但必須注意，精密度與準(zhǔn)確度是 兩個概念，精密度高不一定準(zhǔn)確度高。 2）準(zhǔn)確度 它說明傳感器輸出值與真值的偏離程度。例如，某流量傳 感器的輸出值與真值偏離0.3m³/s。準(zhǔn)確度是系統(tǒng)誤差大小 的標(biāo)志，準(zhǔn)確度高意味著系統(tǒng)誤差小。同樣，準(zhǔn)確度高不一 定精密度高。 3）精確度 它是精密度和準(zhǔn)確度兩者的總和，精確度高表示精密度和 準(zhǔn)確度都比較高。在最簡單的情況下，可取兩者的代數(shù)和。 精確度常以測量誤差的相對值表示。 二、穩(wěn)定性傳感器

28、的穩(wěn)定性有兩個指標(biāo)。一是傳感器測量輸出值在一段時間中變化。以穩(wěn)定度表示；二是傳感器外部環(huán)境和工作條件變化引起輸出值的不穩(wěn)定，用影響量表示。1）    穩(wěn)定度指在規(guī)定時間內(nèi)，測量條件不變的情況下，由傳感器中隨機(jī)性變動，周期性變動，漂移等引起輸出值的變化。一般用精密度和觀測時間長短表示。2）    影響量測量傳感器由外界環(huán)境變化引起輸出值變化的量。稱為影響量。它是由溫度、濕度、氣壓、震動、電源電壓及電源頻率等一些外加環(huán)境影響所引起的。說明影響量時，必須將影響因素與輸出值同時表示。 三、傳感器的靜態(tài)輸出-輸出特性靜態(tài)特性是指輸入的被測參數(shù)不隨時間而變

29、化，或隨時間變化很緩慢時，傳感器的輸出量與輸入量的關(guān)系。1）線性度2）靈敏度3）靈敏度和分辨力4）遲滯5）重復(fù)性  溫標(biāo)及測溫方法 溫度是表征物體或系統(tǒng)的冷熱程度的物理量。溫度單位是國際單位制中七個基本單位之一，從能量角度來看，溫度是描述系統(tǒng)不同自由度間能量分配狀況的物理量；從熱平衡觀點(diǎn)來看，溫度是描述熱平衡系統(tǒng)冷熱程度的物理量，；從分子的物理學(xué)的角度來看，溫度反映了系統(tǒng)內(nèi)部分子無規(guī)則運(yùn)動的劇烈程度。1）溫標(biāo)為了保證溫度量值的統(tǒng)一，必須建立一個用來衡量溫度高低的標(biāo)準(zhǔn)尺度，這個標(biāo)準(zhǔn)尺度稱為溫標(biāo)。溫標(biāo)又分為三個溫標(biāo)。溫度的高低必須用數(shù)字來說明，溫標(biāo)就是溫度的一種數(shù)值表

30、示方法，并給出了溫度數(shù)值化的一套規(guī)則和方法，同時明確了溫度的測量單位。人們一般是借助于隨溫度變化而變化的物理量來定義溫度數(shù)值，建立溫標(biāo)和制造各種各樣的溫度檢測儀表。溫標(biāo)分為以下幾種：一、經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)：借助某一種物質(zhì)的物理量與溫度變化的關(guān)系，用實(shí)驗(yàn)的方法或經(jīng)驗(yàn)公式所確定的溫標(biāo)稱為經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)。常有攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)和列氏溫標(biāo)。1.    攝氏溫標(biāo)：攝氏溫標(biāo)是把標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的冰點(diǎn)定為0攝氏度，把水的沸點(diǎn)定為100攝氏度的一種溫標(biāo)。在0攝氏度到100攝氏度之間進(jìn)行100等分，每一等分為一攝氏度，單位符號為。2.    華氏溫標(biāo)：華氏溫標(biāo)是以當(dāng)?shù)氐淖畹蜌鉁貫榱愣龋ㄆ瘘c(diǎn)）

31、，人體溫度為100度，中間等分為100等分，每一等分為華氏一度。每一等分稱為一華氏溫度。單位符號為。3.    列氏溫標(biāo)：列氏溫標(biāo)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下純水的冰熔點(diǎn)為0度，水沸點(diǎn)為100度。中間等分為80等分，每一等分為列氏一度。單位符號為°R。二、熱力學(xué)溫標(biāo)：1848年威廉.湯姆首先提出以熱力學(xué)第二定律為基礎(chǔ)建立起來的溫度僅與熱量有關(guān)而與物質(zhì)無關(guān)的熱力學(xué)溫標(biāo)。因是開爾文總結(jié)出來的，故又稱為開爾文溫標(biāo)，用符號K表示。由于熱力學(xué)中的卡諾熱機(jī)是一種理想的機(jī)器，實(shí)際上能夠?qū)崿F(xiàn)卡諾循環(huán)的可逆熱機(jī)是沒有的。所以說，熱力學(xué)溫標(biāo)是一種理想的溫標(biāo)，但是是不可能實(shí)現(xiàn)的溫標(biāo)。三、國際實(shí)用溫

32、標(biāo)：為了解決國際上溫度標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一問題及實(shí)用方便，國際上協(xié)商決定，建立一種既能體現(xiàn)熱力學(xué)溫度，又使用方便、容易實(shí)現(xiàn)的溫標(biāo)，這就是國際實(shí)用溫標(biāo)，又稱為國際溫標(biāo)。  溫度檢測的主要方法及分類：溫度檢測方法一般可以分為兩大類，即接觸測量法和非接觸式測量法。接觸式測量法是測溫敏感元件直接與被測介質(zhì)接觸。是被測介質(zhì)與測溫敏感元件進(jìn)行充分的熱交換，使兩者具有同一溫度，達(dá)到側(cè)來那個的目的。非接觸測量法是利用物質(zhì)的熱輻射原理，測溫敏感元件不與被測介質(zhì)接觸。通過輻射和對流實(shí)現(xiàn)熱交換。達(dá)到測量目的。 壓力檢測   一、概述壓力是工業(yè)生產(chǎn)中的重要參數(shù)之一，為了保證生產(chǎn)政黨運(yùn)行，

33、必須對壓力進(jìn)行監(jiān)測和控制，但需說明的是，這里所說的壓力，實(shí)際上是物理概念中的壓強(qiáng)，即垂直作用在單位面積上的力。在壓力測量中，常用絕對壓力、表壓力、負(fù)壓力或真空度之分。所謂絕對壓力是指被測介質(zhì)作用在容器單位面積上的全部壓力，用符號pj表示。用來測量絕對壓力的儀表稱為絕對壓力表。地面上的空氣柱所產(chǎn)生的平均壓力稱為大氣壓力，用符號pq表示。用來測量大氣氣壓力的儀表叫氣壓表。絕對壓力與大氣壓力之差。稱為表壓力，用符號pb表示。即pb=pj-pq。當(dāng)絕對壓力值小于大氣壓力值時，表壓力為負(fù)值（即負(fù)壓力），此負(fù)壓力值的絕對值，稱為真空度，用符號pz 表示。用來測量真空度的儀表稱為真空表。既能測量壓力值又能測

34、量真空度的儀表叫壓力真空表。  二、壓力的測量與壓力計(jì)的選擇壓力測量原理可分為液柱式、彈性式、電阻式、電容式、電感式和振頻式等等。壓力計(jì)測量壓力范圍寬廣可以從超真空如133×10-13Pa直到超高壓280MPa。壓力計(jì)從結(jié)構(gòu)上可分為實(shí)驗(yàn)室型和工業(yè)應(yīng)用型。壓力計(jì)的品種繁多。因此根據(jù)被測壓力對象很好地選用壓力計(jì)就顯得十分重要。1就地壓力指示當(dāng)壓力在2.6Kpa時,可采用膜片式壓力表、波紋管壓力表和波登管壓力表。如接近大氣壓的低壓檢測時，可用膜片式壓力表或波紋管式壓力表。2遠(yuǎn)距離壓力顯示若需要進(jìn)行遠(yuǎn)距離壓力顯示時，一般用氣動或電動壓力變壓器，也可用電氣壓力傳感器。當(dāng)壓力

35、范圍為140280MPa時，則應(yīng)采用高壓壓力傳感受器。當(dāng)高真空測量時可采用熱電真空計(jì)。3多點(diǎn)壓力測量進(jìn)行多點(diǎn)壓力測量時，可采用巡回壓力檢測儀。若被測壓力達(dá)到極限值需報(bào)警的，則應(yīng)選用附帶報(bào)警裝置的各類壓力計(jì)。正確選擇壓力計(jì)除上述幾點(diǎn)考慮外，還需考慮以下幾點(diǎn)。（1）量程的選擇 根據(jù)被測壓力的大小確定儀表量程。對于彈性式壓力表，在測穩(wěn)定壓力時，最大壓力值應(yīng)不超過滿量程的3/4；測波動壓力時，最大壓力值應(yīng)不超過滿量程的2/3。最低測量壓力值應(yīng)不低于全量程的1/3。（2）精度選擇 根據(jù)生產(chǎn)允許的最大測量誤差，以經(jīng)濟(jì)、實(shí)惠的原則確定儀表的精度級。一般工業(yè)用壓力表1.5級或2.5級已足夠,科研或精密測量用0

36、.5級或0.35級的精密壓力計(jì)或標(biāo)準(zhǔn)壓力表。（3）使用環(huán)境及介質(zhì)性能的考慮 環(huán)境條件惡劣，如高溫、腐蝕、潮濕、振動等，被測介質(zhì)的性能，如溫度的高低、腐蝕性、易結(jié)晶、易燃、易爆等等，以此來確定壓力表的種類和型號。（4）壓力表外形尺寸的選擇 現(xiàn)場就地指示的壓力表一般表面直徑為100mm，在標(biāo)準(zhǔn)較高或照明條件關(guān)差的場合用表面直徑為200250mm的，盤裝壓力表直徑為150mm，或用矩形壓力表。常用彈性式壓力表規(guī)格見表2-1-13。  三、壓力傳感器壓力傳感器是壓力檢測系統(tǒng)中的重要組成部分,由各種壓力敏感元件將被測壓力信號轉(zhuǎn)換成容易測量的電信號作輸出,給顯示儀表顯示壓力值,或供控制

37、和報(bào)警使用。1應(yīng)變式壓力傳感器應(yīng)變式壓力傳感器是把壓力的變化轉(zhuǎn)換成電阻值的變化來進(jìn)行測量的，應(yīng)變片是由金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體制成的電阻體，其阻值隨壓力所產(chǎn)生的應(yīng)變而變化。2壓電式壓力傳感器 壓電式傳感器的原理是基于某些晶體材料的壓電效應(yīng)，目前廣泛使用的壓電材料有石英和鈦酸鋇等，當(dāng)這些晶體受壓力作用發(fā)生機(jī)械變形時，在其相對的兩個側(cè)面上產(chǎn)生異性電荷，這種現(xiàn)象稱為“壓電效應(yīng)”。 3.光導(dǎo)纖維壓力傳感器光導(dǎo)纖維壓力傳感器與傳統(tǒng)壓力傳感器相比,有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn):利用光波傳導(dǎo)壓力信息,不受電磁干擾,電氣絕緣好,耐腐蝕,無電火花,可以在高壓、易燃易爆的環(huán)境中測量壓力、流量、液位等。它靈敏高度，體積小，可撓性好，可插

38、入狹窄的空間是進(jìn)行測量，因此而得到重視，并且得到迅速發(fā)展。  四、壓力變送器需要在控制室內(nèi)顯示壓力的儀表，一般選用壓力變送器或壓力傳感器，對于爆炸危險(xiǎn)場所，常選用氣動壓力變送器、防爆型電動型或型壓力變送器；對于微壓力的測量，可采用微差壓變送器；對粘稠、易堵、易結(jié)晶和腐蝕強(qiáng)的介質(zhì)，宜選用帶法蘭的膜片式壓力變送器；在大氣腐蝕場所及強(qiáng)腐蝕性等介質(zhì)測量中，還可選用1151系列或820系列壓力變送器。壓力變送器測量部分的測壓敏感元件所產(chǎn)生的測量力的大小范圍約為50100，最高不超過150N。根據(jù)這一要求，敏感元件的選擇依據(jù)由制成的波紋管，其結(jié)構(gòu)原理如圖 2-1-12所示。當(dāng)被測壓力p進(jìn)入測量室

39、后，經(jīng)測量波紋管轉(zhuǎn)換成測量力，通過推桿用在主杠桿上，傳遞到氣動轉(zhuǎn)換部分。測量中、高壓 2.510MPa,1060 MPa）的敏感元件一般采用鉻釩鋼制成的包端管,它的測量原理是利用包端管末端產(chǎn)生的徑向分力,通過推桿2作用在主杠桿3的下端,帶動變送器的氣動轉(zhuǎn)換部分動作。     熱電偶和熱電阻的應(yīng)用原理  熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測器。它的主要特點(diǎn)是測量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱是阻的測量精確度是最高的，它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測溫，而且被制成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀。1熱電阻測溫原理及材料熱電阻測溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加

40、而增加這一特性來進(jìn)行溫度測量的。熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應(yīng)用最多的是鉑和銅，此外，現(xiàn)在已開始采用甸、鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。2熱電阻的結(jié)構(gòu)（1）精通型熱電阻 工業(yè)常用熱電阻感溫元件（電阻體）的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)見表2-1-11。從熱電阻的測溫原理可知，被測溫度的變化是直接通過熱電阻阻值的變化來測量的，因此，熱電阻體的引出線等各種導(dǎo)線電阻的變化會給溫度測量帶來影響。為消除引線電阻的影響同般采用三線制或四線制，有關(guān)具體內(nèi)容參見本篇第三章第一節(jié).（2）鎧裝熱電阻 鎧裝熱電阻是由感溫元件（電阻體）、引線、絕緣材料、不銹鋼套管組合而成的堅(jiān)實(shí)體，如圖2-1-7所示，它的外徑一般為28mm，最小可達(dá)mm

41、。與普通型熱電阻相比，它有下列優(yōu)點(diǎn)：體積小，內(nèi)部無空氣隙，熱慣性上，測量滯后??；機(jī)械性能好、耐振，抗沖擊；能彎曲，便于安裝使用壽命長。（3）端面熱電阻 端面熱電阻感溫元件由特殊處理的電阻絲材繞制，緊貼在溫度計(jì)端面，其結(jié)構(gòu)如圖2-1-8所示。它與一般軸向熱電阻相比，能更正確和快速地反映被測端面的實(shí)際溫度，適用于測量軸瓦和其他機(jī)件的端面溫度。（4）隔爆型熱電阻 隔爆型熱電阻通過特殊結(jié)構(gòu)的接線盒，把其外殼內(nèi)部爆炸性混合氣體因受到火花或電弧等影響而發(fā)生的爆炸局限在接線盒內(nèi)，生產(chǎn)現(xiàn)場不會引超爆炸。隔爆型熱電阻可用于BlaB3c級區(qū)內(nèi)具有爆炸危險(xiǎn)場所的溫度測量。3熱電阻測溫系統(tǒng)的組成熱電阻測溫系統(tǒng)一般由熱

42、電阻、連接導(dǎo)線和顯示儀表等組成。必須注意以下兩點(diǎn)：熱電阻和顯示儀表的分度號必須一致為了消除連接導(dǎo)線電阻變化的影響，必須采用三線制接法。具體內(nèi)容參見本篇第三章。（2）鎧裝熱電阻 鎧裝熱電阻是由感溫元件（電阻體）、引線、絕緣材料、不銹鋼套管組合而成的堅(jiān)實(shí)體，如圖2-1-7所示，它的外徑一般為28mm，最小可達(dá)mm。與普通型熱電阻相比，它有下列優(yōu)點(diǎn)：體積小，內(nèi)部無空氣隙，熱慣性上，測量滯后??；機(jī)械性能好、耐振，抗沖擊；能彎曲，便于安裝使用壽命長。（3）端面熱電阻 端面熱電阻感溫元件由特殊處理的電阻絲材繞制，緊貼在溫度計(jì)端面，其結(jié)構(gòu)如圖2-1-8所示。它與一般軸向熱電阻相比，能更正確和快速地反映被測端

43、面的實(shí)際溫度，適用于測量軸瓦和其他機(jī)件的端面溫度。（4）隔爆型熱電阻 隔爆型熱電阻通過特殊結(jié)構(gòu)的接線盒，把其外殼內(nèi)部爆炸性混合氣體因受到火花或電弧等影電阻體的斷路修理必然要改變電阻絲的長短而影響電阻值，為此更換新的電阻體為好，若采用焊接修理，焊后要校驗(yàn)合格后才能使用。   熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測器。它的主要特點(diǎn)是測量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱是阻的測量精確度是最高的，它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測溫，而且被制成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀。1熱電阻測溫原理及材料熱電阻測溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進(jìn)行溫度測量的。熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應(yīng)用最

44、多的是鉑和銅，此外，現(xiàn)在已開始采用甸、鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。2熱電阻的結(jié)構(gòu)（1）精通型熱電阻 工業(yè)常用熱電阻感溫元件（電阻體）的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)見表2-1-11。從熱電阻的測溫原理可知，被測溫度的變化是直接通過熱電阻阻值的變化來測量的，因此，熱電阻體的引出線等各種導(dǎo)線電阻的變化會給溫度測量帶來影響。為消除引線電阻的影響同般采用三線制或四線制，有關(guān)具體內(nèi)容參見本篇第三章第一節(jié).（2）鎧裝熱電阻 鎧裝熱電阻是由感溫元件（電阻體）、引線、絕緣材料、不銹鋼套管組合而成的堅(jiān)實(shí)體，如圖2-1-7所示，它的外徑一般為28mm，最小可達(dá)mm。與普通型熱電阻相比，它有下列優(yōu)點(diǎn)：體積小，內(nèi)部無空氣隙，熱慣性上，測

45、量滯后小；機(jī)械性能好、耐振，抗沖擊；能彎曲，便于安裝使用壽命長。（3）端面熱電阻 端面熱電阻感溫元件由特殊處理的電阻絲材繞制，緊貼在溫度計(jì)端面，其結(jié)構(gòu)如圖2-1-8所示。它與一般軸向熱電阻相比，能更正確和快速地反映被測端面的實(shí)際溫度，適用于測量軸瓦和其他機(jī)件的端面溫度。（4）隔爆型熱電阻 隔爆型熱電阻通過特殊結(jié)構(gòu)的接線盒，把其外殼內(nèi)部爆炸性混合氣體因受到火花或電弧等影響而發(fā)生的爆炸局限在接線盒內(nèi)，生產(chǎn)現(xiàn)場不會引超爆炸。隔爆型熱電阻可用于BlaB3c級區(qū)內(nèi)具有爆炸危險(xiǎn)場所的溫度測量。3熱電阻測溫系統(tǒng)的組成熱電阻測溫系統(tǒng)一般由熱電阻、連接導(dǎo)線和顯示儀表等組成。必須注意以下兩點(diǎn)：熱電阻和顯示儀表的分

46、度號必須一致為了消除連接導(dǎo)線電阻變化的影響，必須采用三線制接法。具體內(nèi)容參見本篇第三章。（2）鎧裝熱電阻 鎧裝熱電阻是由感溫元件（電阻體）、引線、絕緣材料、不銹鋼套管組合而成的堅(jiān)實(shí)體，如圖2-1-7所示，它的外徑一般為28mm，最小可達(dá)mm。與普通型熱電阻相比，它有下列優(yōu)點(diǎn)：體積小，內(nèi)部無空氣隙，熱慣性上，測量滯后??；機(jī)械性能好、耐振，抗沖擊；能彎曲，便于安裝使用壽命長。（3）端面熱電阻 端面熱電阻感溫元件由特殊處理的電阻絲材繞制，緊貼在溫度計(jì)端面，其結(jié)構(gòu)如圖2-1-8所示。它與一般軸向熱電阻相比，能更正確和快速地反映被測端面的實(shí)際溫度，適用于測量軸瓦和其他機(jī)件的端面溫度。（4）隔爆型熱電阻 隔爆型熱電阻通過特殊結(jié)構(gòu)的接線盒，把其外殼內(nèi)部爆炸性混合氣體因受到火花或電弧等影電阻體的斷路修理必然要改變電阻絲的長短而影響電阻值，為此更換新的電阻體為好，若采用焊接修理，焊后要校驗(yàn)合格后才能使用。