【正文】 表輸出端接上負(fù)載后（如二次儀表或其他）其信號(hào)衰減較大，產(chǎn)生較大的負(fù)載誤差。 ： 23 23 輸入阻抗是指儀表在輸出端接有負(fù)載時(shí)，輸入端所表現(xiàn)出來(lái)的阻抗。 溫度每升高 1176。 圖 211 滯環(huán)誤差示意圖 全量程中最大的遲滯差值△ ymax與滿量程輸出值 ymax之比叫遲滯誤差，即 %100m axm ax ??? yyE (29) 例如：系統(tǒng)的增載測(cè)試與減載測(cè)試（稱軸臺(tái)的標(biāo)定）的遲滯性表現(xiàn)： ① .剛體形變的恢復(fù)過(guò)程； ② .電容的充 、 放電過(guò)程（模擬量輸入通過(guò)中加入電容就會(huì)影響系統(tǒng)的遲滯性） 。 為了保證檢測(cè)精度，測(cè)量?jī)x表的分辨率應(yīng)小于系統(tǒng)允許誤差的 1/3或 1/5或 1/10。 ： 分辨力是指測(cè)量?jī)x表能夠檢測(cè)出被測(cè)信號(hào)最小變化量的能力。 210（ a）在整個(gè)測(cè)量范圍內(nèi)，靈敏度保持為常數(shù)，即靈敏度 S不隨被測(cè)量變化而變化； 210（ b）靈敏度 S隨被測(cè)量（輸入值）增加而增大； 210（ c）靈敏度 S隨被測(cè)量（輸 入值）增加而減小。更確切的說(shuō)，靈敏度 S等于測(cè)量?jī)x表的指 示值增量與被測(cè)值增量之比。 從測(cè)量效果看，希望測(cè)量?jī)x表具有線性刻度特性。 式中 x表示被測(cè)量， y表示指示值。 當(dāng)被測(cè)量隨時(shí)間變化很快，必須考慮測(cè)量?jī)x表輸入量與輸出量之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系。因此，要根據(jù)具體情況，選擇合適的顯示方式。 有線傳輸，即用電纜或?qū)Ь€傳輸電壓、電流信號(hào)或數(shù)字信號(hào)。 設(shè)法將新發(fā)現(xiàn)的物理定律引入傳感器中，作為物理量變換的依據(jù)，往往會(huì)研制出新的傳感器和測(cè)量方法 。 圖 28 雙形態(tài)能量變換 例如，利用霍爾效應(yīng)進(jìn)行磁場(chǎng)測(cè)量，如圖 29所示。這種變換的特點(diǎn)是變換時(shí)所需的能量取自于被測(cè)介質(zhì) ,不需要從外界補(bǔ)充能量。 1） 變換功能： 就是將非電量（如溫度、壓力、流量、轉(zhuǎn)速、力、位移、酸堿度、比重和成分含量等）的被測(cè)量依據(jù)一定的物理定律，嚴(yán) 格地轉(zhuǎn)換成電量（電壓或電流），然后再對(duì)變換得到的電量進(jìn)行測(cè)量和處理。 測(cè)量系統(tǒng)是測(cè)量?jī)x表的有機(jī)組合。 這里所說(shuō)的知識(shí)大體包括對(duì)象所處的環(huán)境知識(shí)、被控對(duì)象或被控過(guò)程知識(shí)、控制器本身的知識(shí)、邏輯推理知識(shí)等 。 例如水泥攪拌機(jī)，不同的料，加水量和攪拌時(shí)間就要相應(yīng)的變化，為了實(shí)現(xiàn)最優(yōu)，就要 采用自適應(yīng)控制。 （ 5） 最優(yōu)控制 最優(yōu)控制是指系統(tǒng)在規(guī)定條件下，使某些性能達(dá)到最優(yōu)的控制。 （ 4） PID控制 反饋控制是按照偏差進(jìn)行控制。所以，為了補(bǔ)償由于擾動(dòng)引起的誤差，常采 用前饋控制。它是按照一定的邏輯順序或時(shí)間順序來(lái)完成的一種控制。以上方法是最基本的幾種檢測(cè)方法，在實(shí)際工作中，應(yīng)對(duì)被測(cè)對(duì)象作具體分析，才能確定最合理的檢測(cè)方法。探 頭 a 從容器底部發(fā)出超聲波信號(hào)，經(jīng)過(guò)被測(cè)液體至其上表面，再反射回來(lái)被探頭 b接收 。使用這種方法時(shí)應(yīng)注意，從被檢測(cè)對(duì)象中獲得的能量，不能影響被測(cè)對(duì)象的物理狀態(tài)。 （ a） （ b） 圖 23 連續(xù)信號(hào) 與離散信號(hào) （ a）連續(xù)信號(hào)；（ b）離散信號(hào) 離散信號(hào)在時(shí)間上是離散的，只在某些不連續(xù)的規(guī)定瞬時(shí)給出函數(shù)值，而在其他時(shí)間沒(méi)有定義，如圖 23（ b）所示。 動(dòng)態(tài)信號(hào)根據(jù)波形又可分為連續(xù)和離散信號(hào)。他又分為準(zhǔn)周期信號(hào)和瞬變信號(hào)兩種。簡(jiǎn)諧信號(hào)（正弦或余弦）可用下式來(lái)描述： )2s in ()( 0 ?? ?? tfAtx (21) 或 )2c o s ()( 0 ?? ?? tfAtx (22) 式中， A —— 振幅，描述信號(hào)變化的范圍； f0 —— 頻率，描述信號(hào)變化的快慢； φ —— 初相位，描述信號(hào)的起始位置。如圖 21所示。 二 .信號(hào)的分類 按照性質(zhì)，信號(hào)可分為靜態(tài)信號(hào)和動(dòng)態(tài)信號(hào)兩類。 信號(hào)具有能量，它描述了物理量的變化過(guò)程。測(cè)試包括測(cè)量與試驗(yàn)。 ，并簡(jiǎn)述工作原理。代表著當(dāng)今儀器的發(fā)展方向。由此形成了各種集散式、分布式數(shù) 據(jù)采集與控制，以適應(yīng)系統(tǒng)的開放、復(fù)雜工程及大系統(tǒng)的整體。所謂智能，是指隨外界條件的變化，具有確定正確行動(dòng)的能力，也即具有人的思維能力以及推理并作出決策的能力。由于生產(chǎn)自動(dòng)化的需求，使他們?cè)诎l(fā)展中相互靠近，功能相互覆蓋，差異縮小，體現(xiàn)為一種 “ 信息流 ” 綜合管理和控制系統(tǒng)（信息流可以是物理參數(shù)過(guò)程信息流，也可以是自動(dòng)測(cè)試參數(shù)的信息流，或者管理生產(chǎn)的信息流）。 四 .實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化 計(jì)算機(jī)檢測(cè)與控制技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化中的應(yīng)用也很普遍。 ，如飛機(jī)、汽車、輪船等交通工具。計(jì)算機(jī)對(duì)十字路口交通燈的控制原理是 ：車輛和行人的平均等待時(shí)間為最短。 檢驗(yàn)設(shè)備通常裝有檢查程序，合格的產(chǎn)品可順利的通過(guò)生產(chǎn)線，對(duì)于有缺陷的產(chǎn)品能自動(dòng)找出原因。 例：一臺(tái)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的柴油機(jī)將產(chǎn)生一定的噪音頻譜，一旦出現(xiàn)噪音頻譜異常，就預(yù)示著將在短期內(nèi)出現(xiàn)故障。 ：采用計(jì)算機(jī)可以一次完成從圖樣樣品到成品的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，這是通過(guò)把掃描圖案得到的信息轉(zhuǎn)換成機(jī)器指令，然后去控制紡織機(jī)械來(lái)完成。 ：監(jiān)視各類生產(chǎn)設(shè)備，使有關(guān)的生產(chǎn)參數(shù)（溫度、壓力、流量等）能夠維持在最佳狀態(tài)。 ：計(jì)算機(jī) 對(duì)扎件的強(qiáng)度、溫度、尺寸和速度進(jìn)行測(cè)定并監(jiān)視其變化情況。 計(jì)算機(jī)檢測(cè)與控制技術(shù)應(yīng)用范圍 計(jì)算機(jī)檢測(cè)與控制技術(shù)應(yīng)用范圍是相當(dāng)廣泛的。在這種系統(tǒng)中，由于它兼有控制與管理兩種功能，所以也常叫做集成系統(tǒng)或綜合系統(tǒng)。 圖 110 智能自適應(yīng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 智能自適應(yīng)控制系統(tǒng)由于引入了知識(shí)庫(kù)與推理決策模塊，使系統(tǒng)的自適應(yīng)能力得到了根本改善。 （反饋控制系統(tǒng)）的給定值（設(shè)定值）。計(jì)算機(jī)不斷地觀測(cè)生產(chǎn)過(guò)程的變化，并生成相應(yīng)的控制信號(hào)，送入控制器中。 圖 18 直接控制系統(tǒng) 當(dāng)然，用一臺(tái)計(jì)算機(jī)僅控制少數(shù)幾個(gè)參數(shù) 是不合算的，通常以分時(shí)方式去控制十幾個(gè)、幾十個(gè)、甚至上百參數(shù)。它除了具備機(jī)床控制的各種功 能外，還應(yīng)當(dāng)具有下述功能：對(duì)工件進(jìn)行測(cè)量，對(duì)幾何尺寸數(shù)據(jù)的給定值和實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果發(fā)出控制指令饋送給機(jī)床的控制部分。 圖 16是一個(gè)采用計(jì)算機(jī)的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。操作人員根據(jù)這些數(shù)據(jù)，結(jié)合自己的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，采取相應(yīng)的動(dòng)作。 采用在線數(shù)據(jù)采集和處理，可以把測(cè)量?jī)x表所提供的信 號(hào)直接送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理識(shí)別并給出檢測(cè)結(jié)果。 圖 13所示為離線數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)框圖 圖 13 離線數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)框圖 首先，儀表監(jiān)測(cè)人員必須在規(guī) 定時(shí)間間隔內(nèi)反復(fù)讀出一個(gè)或多個(gè)測(cè)量?jī)x表的數(shù)值， 7 7 并把這些數(shù)據(jù)記錄在有關(guān)表格上（或者再將這些數(shù)據(jù)存放到某種數(shù)據(jù)載體上，例如磁盤等），然后輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，得出計(jì)算結(jié)果并獲得測(cè)量結(jié)果的記錄。 一 .用于數(shù)據(jù)采集和處理 利用計(jì)算機(jī)可把生產(chǎn)過(guò)程中有關(guān)參數(shù)的變化，經(jīng)過(guò)測(cè)量變換元件測(cè)出，然后集中保存或記錄，例如： ，可以定時(shí)輪流對(duì)幾十、幾百、甚至上千個(gè)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量顯示（或打印） ?？刂蒲b置使電爐內(nèi)的溫度按事先規(guī)定的過(guò)程變化。 6 6 注意 ：在線不一定是實(shí)時(shí)，而實(shí)時(shí)一定是在線。 6. 執(zhí)行器 可用于完成執(zhí)行動(dòng)作的器件有電氣開關(guān)（如繼電器、操作開關(guān)），電磁式執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如電磁鐵、電磁離合器），執(zhí)行電動(dòng)機(jī)（如直流伺服電機(jī)、交直流伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)）氣動(dòng)和電動(dòng)執(zhí)行器（如氣動(dòng)閥、電動(dòng)閥），液壓執(zhí)行器（ 如液壓缸、液壓馬達(dá)）等。 （ 4）數(shù)據(jù)緩沖：用來(lái)協(xié)調(diào)計(jì)算機(jī)與外圍設(shè)備速度上的差異。 5. 接口 接口在智能檢測(cè)中與控制中占有十分重要的地位。 數(shù)字量輸出分為串行和并行兩種。 計(jì)算機(jī)用來(lái)完成數(shù)據(jù)采集、分析處理、識(shí)別報(bào)警、檢測(cè)控制等。它是用來(lái)把模擬量和數(shù)字量、開關(guān)量按要求傳送給計(jì)算機(jī)。 （ 2）數(shù)字量： 待測(cè)的某些數(shù)字量 → 傳感器 二 進(jìn) 制 信 號(hào) 放大（或衰減）電路 → 端口 B→計(jì)算機(jī)。 4 4 167。 干擾的作用方式 ........................................................................87 167。 分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng) .................................................................65 167。 位移傳感器 ................................................................................53 思考題與習(xí)題 ......................................................................................56 第 4章 計(jì)算機(jī)接口技術(shù)與數(shù)據(jù)采集技術(shù) .....................................................57 167。 概述 .........................................................................................35 167。 信號(hào)檢測(cè)與控制方法 .................................................................16 167。 計(jì)算機(jī)檢測(cè)與控制技術(shù)應(yīng)用方式 ................................................. 6 167。 計(jì)算機(jī)檢測(cè)與控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) ............................................. 4 167。 信號(hào)及其分類 ...........................................................................14 167。 誤差及其表示方法 ....................................................................32 思考題與習(xí)題 ......................................................................................34 第 3章 信號(hào)檢測(cè)傳感器 .............................................................................35 167。 轉(zhuǎn)速傳感器 ...............................................................................47 167。 模擬量輸入采集通道的設(shè)計(jì) .......................................................62 第 5章 分布式的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng) ...................................................................65 167。 干擾來(lái)源及傳輸途徑 .................................................................85 167。 ： ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● 因此，可以說(shuō)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)測(cè)控技術(shù)就是上 述 11 項(xiàng)技術(shù)的綜合應(yīng)用（這也是為什么說(shuō)這門課程只是一個(gè)導(dǎo)論的原因）。檢測(cè)的信號(hào)有三種形式： （ 1）模擬量： 檢測(cè)的各種模擬信號(hào) → 相應(yīng)類型的傳感器 電 信 號(hào) 多路模擬轉(zhuǎn)換開關(guān) →A/D（數(shù) /模）轉(zhuǎn)換器 計(jì) 算 機(jī) 能 接 受 的 信 號(hào) 端口 A→ 計(jì)算機(jī)。 2. 輸入部分 輸入部分包括輸入通道和輸入接口等。各端口的啟動(dòng)及其工作順序也是在程序控制下自動(dòng)進(jìn)行的。 （ 2）數(shù)字量控制信號(hào)： 計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的控制信號(hào) → 端口 E→ 放大電路 → 執(zhí)行器 。 （ 3）開關(guān)量控制信號(hào)： 計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的開關(guān)量控制信號(hào) → 端口 D→ 并行電壓轉(zhuǎn)換 → 驅(qū)動(dòng)設(shè)備 。 （ 3）編碼與譯碼：在許多情況下需要進(jìn)行代碼轉(zhuǎn)換，以便進(jìn)一步處理， 如十進(jìn)制和二進(jìn)制的轉(zhuǎn)換。 （ 7）信號(hào)整形：對(duì)出現(xiàn)相位或幅度上畸變的信號(hào)，進(jìn)行必要的整形，以便進(jìn)行處理。 實(shí)時(shí)是指信號(hào)的輸入計(jì)算分析處理和輸出必須在同一時(shí)間內(nèi)完成，如果超出了這個(gè)是時(shí)限，就失去了控制的時(shí)機(jī)，控制也就失去了意義。 圖 12 電爐溫度檢測(cè)與控制系統(tǒng)原理圖 該系統(tǒng)用于控制電爐溫度的加熱器。 計(jì)算機(jī)檢測(cè)與控制技術(shù)應(yīng)用方式 利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行檢測(cè)與控制的方式很多，下面介紹幾種典型的方式。 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)有離線與在線之分。 因此，測(cè)量數(shù)據(jù)收集的速度和范圍自然受到極大的限制。 圖 14 在線數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)框圖 二 .用于生產(chǎn)控制 這種系統(tǒng)每隔一定時(shí)間，把檢測(cè)得的生產(chǎn)過(guò)程中的某些參數(shù)值送入計(jì)算機(jī)，計(jì)算