651 自动检测技术-绪论

1本课程演化：本课程演化：48学时传感器+32学时误差理论+32学时流体力学+32学时热工理论基础+64学时检测技术=204学时；现在：48学时。本课程的特点：本课程的特点：独立性，交叉性，融合误差理论、普通物理学，流体力学、热工理论、传感技术、电子技术、计算机技术及控制了理论技术于一体。本课程的地位：本课程的地位：本课程的目的、意义和方法：本课程的目的、意义和方法：a.学习和掌握检测技术的基出知识。b.提高理论联系实际的能力。c.建立跨学科的研究思路和研究方法。d.激发学习兴趣。参考教材：参考教材：《自动检测技术》，王化祥，主编构成：1~3章基础篇，4~9章六大参数（温度、压力、流量、物位、密度、成份）。考试内容：考试内容：序掌握每次课的知识点、重点、难点。重点学科的骨干课程。2一、过程检测的对象与需求一、过程检测的对象与需求二、检测系统的组成与功能二、检测系统的组成与功能三、检测的作用与意义三、检测的作用与意义四、检测系统的分类四、检测系统的分类主要内容五、检测技术的发展五、检测技术的发展一、过程检测的对象与需求一、过程检测的对象与需求过程检测的对象：过程检测的对象：温度、压力、流量、物位、成分、密度（六大参数）流程工业：流程工业：离散工业：离散工业：是指通过混合、分离、成型或化学反应使原材料增值的行业，其生产过程一般是连续的或成批的，需要严格的过程控制和安全性措施，具有工艺过程相对固定、生产周期短、产品规格少批量大等特点，主要包括化工、冶金、石油、电力、橡胶、制药、食品、造纸、塑料、陶瓷等行业。与流程工业相对的是离散制造业。如仪器设备、家用电器等等。需求：需求：↑↑产量、↑↑质量、↑↑安全、↓↓节能降耗,↑↑市场竞争力。3二、检测系统的组成与功能二、检测系统的组成与功能接口总线存储显示分析监控判断决策信号检出┇信号检出信号检出信号转换信号转换信号转换处理显示处理显示处理显示被测信号信号检出：功能---将被测信号（一般为非电量信号）转换为电信号的变化（detection）。器件---传感器（sensor,transducer）信号转换：功能---将传感器的输出信号转换为便于处理的形式（conversion）器件---信号调理电路（signalconditioningcircuit）处理显示：功能---分析（analysis）、处理（processing）、显示（display）其它环节：通讯接口/总线接口(RS232、RS485、GPIB、PCI、······)存储、监控、决策二、检测系统的组成与功能二、检测系统的组成与功能压力流量温度物位成分密度电阻式电容式电感式压电式热电式光电式磁电式电桥放大器滤波器调制器解调器运算器阻抗变换器笔式记录仪光线示波器磁带记录仪电子示波器半导体存储器显示器磁卡数据处理器频谱分析仪FFT实时信号分析仪电子计算机被测对象传感器中间变换测量装置显示及记录装置实验结果处理装置激发装置4测控系统的空间构成二、检测系统的组成与功能二、检测系统的组成与功能举例：空调系统作业1：举例说明一个你身边的检测控制一体化设备，并画出其简单闭环反馈控制关系。温度传感器压缩机温度参数设定5检测与控制系统实例实例调节仪表控制器检测仪表被控对象举例：汽包系统检测仪表天津市煤化厂工业现场6工业现场野外现场安装在景电一期总干一泵站上水管道的电磁流量计7露天车间测管式流量计大减速比的涡轮涡杆减速机构气动执行机构执行机构8中央控制室中央控制室9中央控制室机场管理局的中央控制室10中央控制室185个摄像头监控奥林匹克体育场中央控制室11天津大学过程参数检测与控制实验室12天津大学过程参数检测与控制实验室天津大学过程参数检测与控制实验室13天津大学过程参数检测与控制实验室控制柜现场检测控制平台检测系统执行机构仪表盘计算机DCSFCS现场（火箭发射、工业现场）控制室中控仪表测控系统的空间构成14卫星发射中心现场：卫星中的检测传感器，如方位、姿态、速度等的检测信息ÎGPRS(无线通讯技术)Î地面指挥中心。（距离上万米）垂直定位发射地点定位15卫星发射中央控制室16二、检测系统的组成与功能二、检测系统的组成与功能图：传感器与变送器传感器：将被测信号（一般为非电量信号）转换为电信号的变化（detection）。变送器：具有标准信号标准信号输出的传感器。二、检测系统的组成与功能二、检测系统的组成与功能类比手机制式：类比手机制式：¾第1代模拟制式手机（1G）；¾第2代GSM、TDMA等数字手机（2G），以数字语音传输技术为核心¾第2.5代移动通信技术CDMA，速度、带宽上比第二代有所提高；¾第3代移动通信技术3G，能极大地增加系统容量、提高通信质量和数据传输速率。目前：GSMGSM、、CDMACDMA、、3G3G三种17标准信号的定义与发展标准信号的定义与发展二、检测系统的组成与功能二、检测系统的组成与功能气动信号气动信号：采用0.14MPa的压缩空气作为能源，标准信号0.02~0.1MPa输出。仪表为气动单元组合仪表，简称QDZ。优点：防暴、检修维护简单，对环境的适应性好;缺点：必须有气源及传输空气的铜管，气动信号传输速度慢（时间常数大）、不便实现分段控制和程序控制。标准信号的定义与发展标准信号的定义与发展二、检测系统的组成与功能二、检测系统的组成与功能气动信号气动信号：18标准信号的定义与发展标准信号的定义与发展二、检测系统的组成与功能二、检测系统的组成与功能钱学森（1911～)中国科学家，火箭专家，1911年12月1日生于上海，3岁时随父来到北京，1934年毕业于上海交通大学机械工程系，1935年赴美国研究航空工程和空气动力学，1938年获加利福尼亚理工学院博士学位。后留在美国任讲师、副教授、教授以及超音速实验室主任和古根罕喷气推进研究中心主任。1950年开始争取回归祖国，受到美国政府迫害，失去自由，历经5年于1955年才回到祖国，1958年起长期担任火箭导弹和航天器研制的技术领导职务。发表专著7部，论文300余篇标准信号的定义与发展标准信号的定义与发展二、检测系统的组成与功能二、检测系统的组成与功能周恒著名流体力学专家。1929年11月出生于上海市，1950年毕业于北洋大学水利系并留校任教至今，1993年当选为中国科学院院士。中国科学院力学首席科学家。19标准信号的定义与发展标准信号的定义与发展二、检测系统的组成与功能二、检测系统的组成与功能刘豹，1923年生于上海。父亲刘海栗是我国著名的艺术教育家、艺术大师。刘豹幼年正值其父创业初期，常与蔡元培、徐志摩、傅雷等教育、文化界人士来往，深受他们为教育、艺术献身精神的影响。1946年重庆大学毕业后转入天津北洋大学。1948年春入美国科罗拉多大学机械力学系，获硕士学位。同年受聘于美国费城Baldwin公司任工程师。自动控制和系统工程专家，该领域内教育的开拓者之一自动控制和系统工程专家，该领域内教育的开拓者之一。早年从事自动化控制的教学和科研，创办了我国第一个化工仪表与自动化专业。1954年出版了国内第一部自动控制方面的专著。60年代初领导开展气动自动学及其技术的研究。1978年以后，研究领域扩展到系统工程，是我国系统工程学科的开创者之一。在能源系统工程、社会经济系统建模理论等研究领域取得了重要成果，为学科发展作出了突出的贡献。¾¾0~10mA0~10mA三线制三线制((电动单元组合仪表电动单元组合仪表ⅡⅡ型型))标准信号的定义与发展标准信号的定义与发展二、检测系统的组成与功能二、检测系统的组成与功能20¾¾4~20mA4~20mA两线制（两线制（ⅢⅢ型）型）国际电工委员会推荐标准——“过程控制系统的模拟直流电流信号”，国内源于DDZ-Ⅲ型电动单元组合仪表标准信号的定义与发展标准信号的定义与发展二、检测系统的组成与功能二、检测系统的组成与功能¾¾4~20mA4~20mA两线制（两线制（ⅢⅢ型）型）标准信号的定义与发展标准信号的定义与发展二、检测系统的组成与功能二、检测系统的组成与功能21¾¾现场总线：现场总线：概念：现场总线（Fieldbus）是一种数字化的串行双向通信系统。可将所有的现场设备（传感器、执行机构）与控制器用一根电缆（光缆或无线）连接在一起，形成现场设备级、车间级的数字化通信网络,可完成现场状态监测、控制、远程传输等功能。现场总线技术使现场级设备的信息作为整个企业信息网的基础，使企业信息的采集控制直接延伸到生产现场。标准信号的定义与发展标准信号的定义与发展二、检测系统的组成与功能二、检测系统的组成与功能特点：现场总线通讯协议的结构是根据国际标准化组织提供的ISO/OSI模型来制定的。有七层七层框架，但根据工业控制的特点，多数数据总线协议都是采用了其中的物理层、通信层和应用层物理层、通信层和应用层。FF总线（FoundationFieldbus）主要适用于流程工业，Profibus较适合于工厂自动化，CAN适用于汽车工业，LONwork适用于楼宇自动化等………11种总线标准¾现场总线（网络）：特点：地址、数字化、信息量大、串行双向通讯；质的飞跃(模拟式仪表Î网络仪表)标准信号的定义与发展标准信号的定义与发展二、检测系统的组成与功能二、检测系统的组成与功能22三、检测的作用与意义三、检测的作用与意义1.信息化是科学技术发展的必然历史时代：手工化机械化自动化信息化生产方式：人与简单工具动力机与机械自动测量控制智能机械装置……人与机器的机能对应关系物料流能流信息流客观世界2.信息流是客观世界的一个主流三、检测的作用与意义三、检测的作用与意义信息流获取传输处理控制…信息获取是信息流的一环•获取信息是仪器科学的基本任务;•仪器仪表是信息产业的重要组成部分;•仪器仪表是信息工业的源头233.检测仪器仪表的作用¾工业生产倍增器¾科学研究先行官¾军事战斗力¾社会物化法官（1）工业生产的倍增器：检测技术是带动国民经济增长的一个关键领域在美国：检测技术占4%，拉动经济增长66%三、检测的作用与意义三、检测的作用与意义3.3.检测仪器仪表的作用检测仪器仪表的作用（1）工业生产的倍增器：三、检测的作用与意义三、检测的作用与意义在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位….离线检测：零件参数、尺寸与形位公差、品质参数作用：现代工程装备中，检测环节的成本约占50~70%24举例：检测技术在汽车中的应用汽车传感器：汽车电子控制系统的信息源，关键部件，核心技术内容普通轿车：约安装几十到近百只传感器，豪华轿车：传感器数量可多达二百余只。发动机：向发动机的电子控制单元（ECU）提供发动机的工作状况信息，对发动机工作状况进行精确控制温度、压力、位置、转速、流量、气体浓度和爆震等底盘：控制变速器系统、悬架系统、动力转向系统、制动防抱死系统等车速、踏板、加速度、发动机转速、水温、油温举例：检测技术在汽车中的应用25举例：检测技术在日常生活中的应用与日俱增家用电器：数码相机、数码摄像机：自动对焦---红外测距传感器自动感应灯：亮度检测---光敏电阻空调、冰箱、电饭煲：温度检测---热敏电阻、热电偶电话、麦克风：话音转换---驻极电容传感器遥控接收：红外检测---光敏二极管、光敏三极管可视对讲、可视电话：图像获取---面阵CCD办公商务：扫描仪：文档扫描---线阵CCD医疗卫生：数字体温计：接触式---热敏电阻，非接触式---红外传感器电子血压计：血压检测---压力传感器血糖测试仪、胆固醇检测仪---离子传感器3.检测仪器仪表的作用（1）工业生产的倍增器：三、检测的作用与意义三、检测的作用与意义（2）科学研究的先行官诺贝尔奖获得者R.R.Ernst说“现代科学的进步越来越依靠尖端仪器的发展”；俄国化学家门捷列夫指出“科学是从测量开始的”近80年来，与科学仪器密切相关的诺贝尔奖获得者达38人（3）军事战斗力1991年海湾战争：精确制导炸弹和导弹占8%2003年伊拉克战争:精确制导炸弹和导弹占90%1994年美国防部建立自动测试系统执行局Î立体作战举例：夜视瞄准机系统：非冷却红外传感器技术3.检测仪器仪表的作用三、检测