《计量检测技术》PPT课件.ppt

第 六 章 计 量 检 测 技 术,第一章 检测技术概述,1、检测与测量：检测是意义更为广泛的测量 测量：以确定被测对象的属性和量值为目的的全部操作 检测：测量部+信号检出 检测过程：信息提取、信号转换存储传输、显示记录、分析处理 检测技术：检测方法、检测结构、检测信号处理综合性技术,第一节、检测的基本概念,2、检测的分类 被测量值的物理属性：电量、非电量 检测原理（物理的、化学的、生物学的）： 电磁法、光学法、微波法、超声法、核辐射法、电化学分析、色谱分析、质谱分析等 检测方法：主动和被动、直接与间接、接触式与非接触式、 动态和静态,第一节、检测的基本概念,3、测量的基本要素 “测量”是以确定量值为目的的全部操作。测量过程实际上就是一个比较过程，也就是将被测量与标准的单位量进行比较，确定其比值的过程。若被测量为L，计量单位为u，确定的比值为q，则测量可表示为L=qu 一个完整的测量过程应包含被测量、计量单位、测量方法（含测量器具）和测量精度等四个要素。,第一节、检测的基本概念,第一节、检测的基本概念,4、检测方法分类,- 绝对测量：,采用仪器、设备、手段测量被测量，直接得到测量值,测量结果：20.1 mm,- 相对测量：,将被测量直接与基准量比较，得到偏差值,特点：简单、直观、明了； 测量精度不高,基准量：20.00 mm,测量值：+0.08 mm,结 果：20.08 mm,特点：精度高；复杂、成本高、要求高,5、测量单位,被测量 基准量,计量单位 - 国际单位制（SI）：,长度 质量 时间 电流 热力学温度 物质的量 光量,实物单位-千克标准原器,米,-光在真空中1s时间内传播距离的1/299792485,能量（J）=力 距离,大得多/小得多-词头：mm、m、nm（10-9m）； kHz、MHz（106Hz）、GHz（109Hz）,单位,测量：,SI 基本单位：,倍数（结果）,SI 组合单位：,七个物理量单位 - 相互独立,由基本单位导出,=质量 加速度 距离,J = kg（m/s2）m = m2kg/s2,能量 - 焦（耳）：长度、质量、时间,（m）,（kg）,（s）,（A）,（K）,（mol）,（cd）,1、产品检验和质量控制的重要手段,二、检测技术的作用与意义,被动检测,主动检测（在线检测）,质量控制领域,2、在大型设备安全经济运行监测中得到广泛应用,故障监测系统,动态监测,保证设备和人员安全提高经济效益,3、自动化系统中不可缺少的组成部分,生产过程：,“物流”,“信息流”,检测,获取信息,分析判断,自动控制,自动化：,信息获取、信息转换、信息处理、信息传送、信息执行,4、检测技术的完善和发展推动着现代科学技术的进步,检测手段水平决定科学研究的深度和广度,理论研究成果离不开必要的检测手段,5、计量检测仪表的作用 1. 是信息化和科学技术发展的先行官 2.是工农业生产的基础 3.是军事行动的战斗力 4.是社会平衡的“物化法官” 例：,例：空调机测量控制室温,空气,被测对象：,被测信息：,检测器具：,操作过程：,室内空气,温度,温度传感器 - 热电阻、热电偶, 热敏电阻, 电信号, 处理, 显示,空调机,第二节、检测的基本概念,一、检测系统构成,（信号检出部分）,（信号变换部分）,（分析处理部分、通信接口及总线）,检测系统构成,力位移 速度 加速度 压力流量温度,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,1、信号检出部分,传感器（Sensor）- 检出功能的器件,信号提取（被测量）、传输（信号变换部分）,特点：,1）输出量为电压、电流、频率,2）输出的电信号一般较微弱：,电压 - 毫伏级、微伏级；电流 - 毫安级、纳安级,3）输出信号与噪声混杂在一起 - 传感器内部噪声 传感器的信噪比小、输出信号弱 - 信号淹没在噪声中,4）传感器的输出特性呈线性或非线性,选择：测量精度要求、被测量变化范围、被测对象所处的环境条件 以及对传感器体积和整个检测系统的成本等的限制,电阻、电容、电感,两种：数字量、模拟量,5）外界环境的变化会影响传感器的输出特性,检测系统中形式最多样、与被测对象关联最密切的部分,2、信号变换部分,检出信号：适合于分析和处理的信号信号调理电路阻抗变换 - 输出阻抗很高时,；,电压/电流（V/A）转换 - 需要电流输出时；,目的：,4）简化后续系统的组成,2） 消除或抑制传感器输出量中的无用信号,3）提高测量、分析的准确度,信号放大 - 输出信号微弱时；,噪声抑制 - 信号淹没在噪声中；,模拟/数字（A/D）转换 - 需要输出数字信号时,1）对传感器的输出量变换成易于处理或放大的量,3、分析处理部分,功能：管理不同系统之间的数据、状态和控制信息的传输和交换,不断注入新内容 - 检测系统的研究中心,通用标准接口 - 不同的系统尤其是不同厂家的产品能够互联,4、通信接口与总线部分,计算机系统 - 强大问题分析能力、复杂系统的实时控制,自动化、智能化,USB、 IEEE-488、 RS-232（串行）、并行,总线：传送数字信号的公共通道 - 信号线的集合,RS-232C、VXI、Centronics（并行）,（硬件系统）,（规范、结构形式）,接口 - 分系统和上位机之间/分系统之间交换信息,目标变量,（直接测量）,二、检测方法,选择：被测量的性质、特点和测量任务要求,分类：,（1）按测量手续：直接测量、间接测量,（2）按测量值的获得方式：偏移法测量、零位法测量、 差分式测量,（3）按传感器与被测对象是否直接接触：接触式测量、 非接触式测量,（4）根据对象变化的特点：静态测量、动态测量,1、直接测量与间接测量,直接测量 - 与同类基准进行简单的比较以得到被测量,线纹尺 - 物体尺寸、天平 - 物体重量,间接测量 - 被测量无法或不易进行直接测量,负载电阻功率 = 电压 电流,2、偏移法与零位法测量,1）偏移法 - 完全从被测量中获得信号转换所需能量,例：弹簧秤,2）零位法 - 不从信号源获得能量,作用：,测量原理线性化、提高灵敏度,结构：对称结构的两个传感器， 被测量反对称作用在两个传感器上,（常见检测结构形式）,例：天平称量物体,3、差分式测量,消除干扰的影响,2,4、随动跟踪测量,- 基于零位法的测量,例：高精度电子秤、 伺服加速度计、 高精度压力传感器,自学习能力 - 神经网络模拟某种非线性映射,- 智能化检测的标志之一,5、主动探索与信息反馈型检测,自适应能力,被测对象,通过学习不断调整连接强度,三、检测技术的发展趋势,检测技术,相关学科：物理、化学、数学、生物学、材料科学等等,新的检测理论、方法和技术手段,1、传感器水平的提高,光纤传感器、液晶传感器、压敏传感器（以高分子有机材料为敏感元件）,化学传感器、 微生物传感器、 仿生传感器（代替视觉、嗅觉、味觉和听觉）以及检测超高温、超高压、超低温和超高真空等极端参数的新型传感器,科学研究,3）传感器向着高精度小型化和集成化方向发展,微电子技术 - 多个同类型传感器集成在一个芯片或阵列上, 一体化：将传感器和后续的处理电路集成一体,例：电荷耦合器件（CCD）- 光敏元阵列,数码相机,多功能传感 - 不同功能的传感器集成化, 集成化：,特点：一个传感器可以同时测量不同种类的多个参数,例：测量血液中各种成分的多功能传感器,特点：减少干扰，提高灵敏度，方便使用；可实现实时数据处理（传感器和数据处理电路集成）,2、检测系统由模拟式、数字式向智能化方向发展,第三节 计量检测(测量)仪表概念： 一、单独地或连续地同辅助设备一起用以进行测量的器具，称为测量仪器，也称计量器具。其中使用时以固定形态复现或提供给定量的一个或多个已知值的测量仪器，称之为实物量具，如砝码、量块、标准电阻线圈、标准信号发生器、标准硬度块、标准物质等。一般将进行测量的仪器、装置等称为测量仪表，而对量的大小或物理性质的指示记录称之为计量仪表。另外，也有将测量仪表和计量仪表统称之为计测仪表的。有时计量仪表也指包括检测器、变送器、指示装置等在内的全部装置。在现代计量仪表一般可分为： 检测仪表；（传感器） 显示仪表； 集中控制装置； 调节仪表； 执行器。,二、检测仪表的分类,检测仪表一般可按下述四种方式来分； 按仪表功能分类：有显示式测量仪器；比较式测量仪器；积分式测量仪器；累积式测量仪器等； 按输出方式分：有量值（显示）输出和信号（有无）输出两种； 按显示方式分：有模拟式（刻度指示模拟和波形显示模拟）、数字式、直读式和比较式等几种。 按测量对象（计量技术类别）分：有长、热、力、电、声、光、化、无线电、时间频率和电离辐射等十大类检测项目。 按动力能源分：有电动式检测仪表、气动式检测仪表和液动式检测仪表等三大类。 按测量方式分：有直接测量、间接测量、远距离测量、遥感测量、自动测量和带调节的测量仪器、智能仪表等； 其他还有机电一体化和测控一体化的电量和非电量转换为电量的检测技术等。,三、测量（计量）仪表的组成单元： 由于计量仪表所检测的量是多种多样的，这些量未经变换便与基准值进行比较或传送是不可能或不适当的。因此，检测器与变送器就具有根据这些被测量变换成易于测视的信号的使命。图一是测量仪表的基本组成框图。 被测量 测量元件 变送器 信号合成器 显示器 信号传输 图一 测量仪表基本组成框图,1-1自动控制的基本原理人工控制与自动控制：水箱水位控制问题,四、影响测量仪表精度的干扰和抗干扰技术： 1、干扰：指具有一定幅值和一定强度、能够影响检测系统正常工作的各种作用力有时简称噪声； 2、噪声：指在信号检测的领域内，检测系统检测和传输的有用信号以外的一切信号均被称为噪声。 3、噪声产生的来源 固有噪声：热噪声；元件噪声（散粒噪声）接触噪声、设备布线噪声；元器件噪声、接触噪声等。等； 人为噪声：工频噪声、射频噪声、电子开关噪声、机械振动；环境变化；电离辐射。 自然噪声：空间电势；地电势；温差电势；电磁辐射。,4、噪声干扰三要素： 噪声源； 对噪声敏感的接收器件（电路）、 二者之间的耦合通道。一般有电容耦合、电感耦合、共模耦合、漏电耦合、传导耦合及辐射电磁场耦合等。 5、噪声的抑制与处理 消除或抑制噪声源；破坏干扰的耦合通道。 屏蔽、接地、浮空、隔离、滤波； 设计噪声抑制电路等。,补充课件 一、仪器仪表介绍 二、生产工艺与测量系统介绍,一、检测装置介绍 (一)检测工作原理 将加气机输出的液相气注入到标准量器中，用标准量器指示值经温度、压力换算得出加气机输出的标准温度下液体体积量，然后与加气机体积量显示值进行比较，其差值不应超过加气机最大允许误差，若超出规定的误差范围，应通过调整加气机容积调量螺丝来改变输出量。 （二）检测工作过程 为了检测加气机，需用管路将液化气储罐、加气机、标准量器组成闭环系统，如图1示。其工作过程是：电动机驱动加压泵1，由液相阀E将液化气储罐中的液化气泵入加气机过滤器、液气分离器、计量装置、输液器接头（油枪）、液相阀A将液相液化气输入到标准量器，进行检测。 检测完成后，启动加压泵2，将标准量器中液化气由液相阀B、加压泵2和排液器接头（油枪）经加气机回液口把液化气注回液化气储罐中。 其特点是：现场无需连接其它高压管路，利用加气机回液口即可完成检测工作。图1中C、D阀、快速接头和连接的管路是保证加压泵2能正常运转所设置的回流管路。,二、检定步骤 1）管线、电路连接 现场接线包括液化气进出管线、压力泵电源线、温度计电源线和信号线。在保证整套系统线路连接正确后才可加气。 2）加气 打开加气机加气枪阀门加气，要求一次性加气到位并关断阀门。 3）读数 关断加气阀，罐内液、气将迅速趋于平衡。到3min时读取液位，罐内压力、温度。 4）记录 试验前按照记录表填写相关项目；每次加气前记录标准量器内温度、压力，加气完毕后3min记录标准量器液位、压力、温度。 5）排气 打开标准量器放气阀，接通压力泵抽液化气，待抽气完毕后关断放气阀和压力泵。 6）管线、电路拆除试验完毕后，关闭标准装置所有进气、放气阀，拆除管线和电线。,自动化在线检测仪表在污水处理中的应用,自动化检测仪表是自控系统中关键的子系统之一。一般的自动化检测仪表主要由三个部分组成： 传感器，利用各种信号检测被测模拟量； 变送器，将传感器所测量的模拟信号转变为420 mA的电流信号，并送到可编程序控制器(PLC)中； 显示器，将测量结果直观地显示出来，提供结果。这三个部分有机地结合在一起，缺少其中的任何一部分，则不能称为完整的仪表。自动化检测仪表以其测量精确、显示清晰、操作简单等特点，在工业生产中得到了广泛的应用，而且自动化检测仪表内部具有与微机的接口，更是自动化控制系统中重要的部分，被称为“自动化控制系统的眼睛”。,随着科学技术的发展，自动化检测技术得到了很大的发展，自动化检测仪表在污水处理中得到广泛的应用，使污水处理厂不仅节约了大量的人力、物力，更重要的是可以及时对工艺进行调整。本文将以南宁市琅东污水处理厂为例介绍自动化检测仪表在污水处理中的应用,污水处理厂工艺流程,3、主要应用仪表介绍 3.1超声波液位计、液位差计、流量计 (1) 格栅运行控制。粗格栅、细格栅各安装了1台超声波液位差计，通过格栅前后的液位差来反映格栅阻塞程度，并传输到PLC控制器，进行分析计算。当液位差超过预设的数值，控制格栅运行，清除垃圾，保障正常过水，且合理的减少了设备磨损。 (2) 提升泵运行控制。为实现进水提升泵的自动控制，在进水泵井处安装了2台超声波液位计，用以测量泵井的水位，实时传输到PLC控制器及上位机，进行系统分析。根据测量值对应控制程序，自动控制提升泵的运行组合。这样可以根据厂外来水量准确及时地调整泵运行状态，减少设备疲劳；同时可以取消传统泵站三班倒的人力资源耗费。,(3) 流量及处理量实时监测。对于污水处理厂的运行管理，水量是一个重要的控制参数。准确及时地掌握进水量，对工艺控制及提高污水厂抵抗水力负荷冲击能力有重要作用。 传统的水量测量采用堰板或文丘里流量槽等，都存在着不能实时监测、实时显示的缺点。 琅东污水处理厂计量槽采用超声波流量计结合文丘里槽，能在现场和上位机实时显示流量及累计处理量，达到了准确计量处理水量，以及为运行管理提供实时流量的目的。,3.2 溶解氧计、氧化还原电位计、污泥浓度计 (1) 曝气池溶解氧控制。琅东污水处理厂采用的是传统活性污泥法的OOC改良工艺在4 个圆型曝气池内圈好氧区，分别安装了测量范围是0.0510 mg/L的溶解氧计，实时监控溶解氧浓度，传输到PLC及上位机。当实测浓度小于设定浓度时，自动控制系统启动鼓风机，给曝气池充氧；相反地，当氧气充足时，就会停止运行鼓风机。通过溶解氧计控制鼓风机可以精确地根据好氧菌群对溶解氧的需求控制鼓风机的启动和停止，在保证了菌群良好生化能力的同时节约了能耗，保护了设备，增强了好氧菌群的分解能力。 (2) 曝气池好氧段与缺氧段的控制。在每个曝气池的外圈的好氧区与缺氧区的临界面都安装了测量范围是-500500 mV的氧化还原电位计，通过测量的氧化还原电位可以控制鼓风机的高速运行，给外圈供氧，形成强好氧曝气阶段和缺氧阶段的交替，进而提高处理工艺中除磷脱氮的能力。如果没有安装氧化还原电位计。那么鼓风机的运行只能通过时间控制，这样一来就会明显降低除磷脱氮的效果。,(3) 曝气池污泥浓度控制。曝气池的污泥浓度是一个重要工艺参数。在传统的污水处理厂，污泥浓度依靠实验室使用旧的试验方法进行监测，在数据提供的及时性和精确性上，存在很大的缺陷。难以及时进行回流污泥和剩余污泥量的工艺调整，就造成时间上和准确度上的误差。 南宁市琅东污水处理厂在每个曝气池上都安装了一个测量范围是为0.510 g/L 在线污泥浓度测量计，很好地解决了这个问题。安装污泥浓度计可以随时根据精确测量的污泥浓度，适时地调整曝气池的工艺，同时减轻了实验室工作人员的劳动强度。,3.3 电磁流量计、气体流量计 在回流污泥管道和剩余污泥管道中南宁市琅东污水处理厂安装了5台测量范围是01200 m3/h的电磁流量计测量回流污泥和剩余污泥的流量。安装流量计后，值班人员可以根据显示的流量是否正确，从而判断回流污泥泵和剩余污泥泵工作是否正常，解决了潜水泵无法简单判断工作是否正常的难题，而且电磁流量计还具有安装方便，维护简单的特点。 鼓风机与曝气池间的空气管道上直接安装的4台测量范围04000 m3/h(标准状况)的气体流量计。气体流量计的安装可以使值班人员随时了解鼓风机向曝气池提供气体的量。,案例：炼铁高炉工艺及仪表检测介绍,高炉化学反应 1,高炉化学反应2,五、焦炉生产,焦炭在高炉炼铁中的作用 1、热源； 2、还原剂； 3、透气性骨架； 4、生铁成分。 焦炉的生产是将煤干馏而制成焦炭。 焦炉由炭化室、燃烧室和蓄热室组成。右图是基本工艺图。,六、焦炉及其附属设备,煤场 配煤 粉碎 混煤 贮煤塔 上料 装煤车 给煤机组 导烟装置 荒煤气导出 防尘、集尘 化工副产品 炭化室 蓄热室 熄焦车 筛分 焦炭 高炉煤气 煤气混合设备 焦炉煤气,七、焦炉生产基本工艺流程图,