自动控制原理第三章复习总结(第二版).

第三章 过程检测技术

目的：为了实现对生产过程的自动控制，首先必须对生产过程的各参数进行可靠地测量。 要点：学习和掌握过程测试及应用；正确地选择测试原理和方法；组成合适的测试系统。

第一节 测量与误差基本知识

测量基本知识

一．测量的概念

1．概念 测量是人类对自然界的客观事物取得数量概念的一种认识过程。或者说

测量就是为取得任一未知参数而做的全部工作。

4．测量的基本方程式 u X x /00

5．测量过程三要素

（1） 测量单位；

（2） 测量方法；

（3） 测量仪器与设备。

二．测量单位

1．概念 数值为1的某量，称为该量的测量单位或计量单位。

三．测量方法

（一）测量方法的分类

1．直接测量与间接测量

2．等精度测量和不等精度测量

3．接触测量与非接触测量

4．静态测量与动态测量

（二）直接测量法有以下几种常用方法：

1．直接比较测量法

2．微差测量法

3．零位测量法（又称补偿测量法或平衡测量法）

（三）间接测量法

1．定义通过对与被测量有函数关系的其它量进行测量，才能得到被测量值的测量方法。

4．组合测量法

四．测量仪器与设备

（一）感受件（传感器）

（二）中间件（变送器或变换器）

（三）显示件（显示器）

误差基本知识

一.误差基础

（一）测量误差及分类

1．系统误差

2．随机误差（又称偶然误差）

3．粗大误差

（二）测量的精密度、准确度和精确度

1．精密度

2．准确度

3．精确度

（三）不确定度

概念用测量值代表被测量真值的不肯定程度。是测量精确度的定量表示。（四）仪表的基本误差限

1．绝对误差

2．相对误差

3．引用误差

二．误差分析与处理

（一）随机误差的分析与处理

1．统计特性（随机过程）

2．算术平均值原理

(1)真值的最佳估计值（最佳信赖值）。

（2）剩余误差

3．随机误差的标准误差估计（贝塞尔公式）

4．置信概率与置信区间

（二）系统误差的分析与处理

1．系统误差的估计

（1）恒定系统误差指误差大小和符号在测量过程中不变的误差。

（2）变值系统误差它是一种按照一定规律变化的系统误差。可分为

a.累积性系统误差随着时间的增长，误差逐渐增大或减少的系统误差。

b.周期性系统误差误差大小和符号均按一定周期变化的系统误差。

2．系统误差的消除

校准法、零示法、替代法、交换法、还有对称法、微差法、比较法等。

（三）粗大误差的检验与剔除

（1）拉依达准则（3σ准则）

（2）肖维奈（Chauvenet）准则

（2）格拉布斯（Grubbs）准则

（四）误差综合

1．随机误差的综合

2．系统误差的综合

3．总误差的综合

三．仪器仪表的主要性能指标

仪表的性能指标主要有技术、经济及使用等三方面的指标。

仪表技术方面的指标有：误差、精度等级、灵敏度、变差、量程、响应时间、漂移等。

仪表经济方面的指标有：使用寿命、功耗、价格等。

仪表使用方面的指标有：操作维修是否方便，运行是否可靠安全，以及抗干扰与防护能力的强弱，重量体积的大小，自动化程度的高低等。

（一）量程与精度

（二）静态性能指标

灵敏度、线性度、迟滞误差、漂移、重复性

四．实验数据处理初步

（一）有效数字及运算

（二）测试结果的表示

1．实验结果的图形表示法

2．实验结果的列来表示法

3．实验结果的方程表示法

第二节传感器概述

没有传感器也就没有现代化的自动测量和控制，也将没有现代科学技术的迅速发展。

一．传感器基本概念及组成

（一）传感器基本概念

是将被测非电量（物理量）信号转换为与之有确定对应关系的电量（信息）输出的器件或装置。或者说把从被测对象中感受到的有用信息进行变换、传送的器件。

（二）传感器的组成

由敏感元件、转换元件、测量电路与其它辅助部件组成。

二．传感器分类

（一）按输入物理量分类

（二）按工作原理分类

（三）按能量的关系分类

（四）按输出信号的性质分类

三．传感器特性及标定

四．新型传感器介绍

（一）光纤传感器

（二）激光传感器

（三）仿生传感器

（四）霍尔传感器

（五）气、湿敏传感器

（六）数字式传感器

（七）智能式传感器

（八）其它新型传感器

1．酶传感器酶作为敏感材料已经走出实验室，并且已有产品进入市场。其后科学家们又相继研究了酶热敏电阻。

2．微生物传感器其实质仍属于酶类生物传感器，它是多酶系统化的复合酶系，但是两者性质却有很多不同之处。

3．免疫传感器它几乎与微生物传感器同时被研究，现仍处在实验阶段。

4．有机物传感器、组织传感器它们在上述几类之后才被人们所研究。与此同时，也交叉研究了酶免疫传感器、酶免疫热敏电阻、酶发光传感器和免疫发光传感器等。

5．生物电子学传感器它是生物学和电子学的结合，也是最新型的生物传感器。例如酶场效应管（FET）和酶发光二极管等。

6．超导传感器是利用某些材料，当温度接近绝对零度时，其电阻几乎为零，在其上施加电流时，电流将会无限止地流动下去的这种超导特性而研制的一种传感器。

五．传感器选用

（一）对传感器的技术性能要求

（二）传感器的选用原则

1．按测量方式选

2．按测量要求选

3．按使用方便选

4．按性能价格比选