第6章 现代测量技术PPT讲稿.ppt

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1、第6章 现代测量技术第1页，共45页，编辑于2022年，星期二 6.1 6.1 测量基本知识测量基本知识 6.1.1 6.1.1 测量的基本概念测量的基本概念 6.1.2 6.1.2 测量误差及其分类测量误差及其分类 6.1.3 6.1.3 仪表的准确度仪表的准确度 6.1 测量基本知识第2页，共45页，编辑于2022年，星期二6.1.1 6.1.1 测量的基本概念测量的基本概念 测量包括三要素，即测量对象、测量方法和测量测量包括三要素，即测量对象、测量方法和测量设备。测量的过程包括准备、测量和数据处理三个阶设备。测量的过程包括准备、测量和数据处理三个阶段。段。式中，式中，为被测物理量，为被测

2、物理量，为标准量，为标准量，为比值。为比值。测量就是以同性质的标准量与被测量就是以同性质的标准量与被测量进行比较，并确定被测量对标准测量进行比较，并确定被测量对标准量的倍数。标准量应该是国际上或国量的倍数。标准量应该是国际上或国家或省部级等单位所公认的、性能比家或省部级等单位所公认的、性能比较稳定的量。测量的数学定义为较稳定的量。测量的数学定义为6.1.1 6.1.1 测量的基本概念测量的基本概念第3页，共45页，编辑于2022年，星期二 测量的方式按测量结果的测量的方式按测量结果的获取方法可分为：获取方法可分为：直接测量直接测量：指从仪表的读：指从仪表的读数中直接获取测量结果的方数中直接获取

3、测量结果的方法法。间接测量间接测量：是对被测量有一定函数关系的其它量进行直接测：是对被测量有一定函数关系的其它量进行直接测量，从而间接地获得测量结果的方法。量，从而间接地获得测量结果的方法。组合测量组合测量：在直接测量有一定函数关系的某些量的基础：在直接测量有一定函数关系的某些量的基础上，通过联立求解各函数关系来确定被测量的大小。上，通过联立求解各函数关系来确定被测量的大小。6.1.1 6.1.1 测量的基本概念测量的基本概念第4页，共45页，编辑于2022年，星期二6.1.2 6.1.2 测量误差及其分类测量误差及其分类 真值是一个理想的概念，理真值是一个理想的概念，理论上真值是无法知道的。

4、论上真值是无法知道的。v误差的分类误差的分类 在测量中，把测量或示值在测量中，把测量或示值 和被测量的真值和被测量的真值 的差值称为测量误差，以的差值称为测量误差，以表示表示6.1.2 6.1.2 测量误差及其分类测量误差及其分类1.系统误差系统误差 在相同条件下，多次测量同一量值时，误差在相同条件下，多次测量同一量值时，误差的绝对值和符号保持不变或以一定规律变化时的的绝对值和符号保持不变或以一定规律变化时的误差。误差。第5页，共45页，编辑于2022年，星期二3.3.人为误差人为误差 是指明显的歪曲了测量结果的误差，它是统计的异是指明显的歪曲了测量结果的误差，它是统计的异常值，应在数据中予以

5、剔除。人为误差又称疏忽误差或常值，应在数据中予以剔除。人为误差又称疏忽误差或过失误差。过失误差。2.随机误差随机误差 在相同条件下，同一量的多次测量过程中，以不可预在相同条件下，同一量的多次测量过程中，以不可预知的方式变化的测量误差。知的方式变化的测量误差。v测量误差的表示方法测量误差的表示方法 常用测量误差的表示方法有绝对误差、相对误常用测量误差的表示方法有绝对误差、相对误差和容许误差。差和容许误差。1.绝对误差绝对误差x 是测量结果是测量结果 x 与被测量的真值与被测量的真值 之差之差x06.1.2 6.1.2 测量误差及其分类测量误差及其分类第6页，共45页，编辑于2022年，星期二 2

6、.相对误差相对误差 是被测量的绝对误差是被测量的绝对误差 与其约与其约定值之比。它较绝对误差更能确切地说明测量的定值之比。它较绝对误差更能确切地说明测量的质量。在实际中，相对误差有下列表示形式。质量。在实际中，相对误差有下列表示形式。实际相对误差实际相对误差是用绝对误差是用绝对误差 与被测量的与被测量的实际值实际值 的百分比值来表示的相对误差。的百分比值来表示的相对误差。示值相对误差示值相对误差是用绝对误差是用绝对误差 与器具的与器具的示值示值 的百分比值来表示的相对误差。的百分比值来表示的相对误差。6.1.2 6.1.2 测量误差及其分类测量误差及其分类第7页，共45页，编辑于2022年，星

7、期二 满度（引用）相对误差满度（引用）相对误差是用绝对误差是用绝对误差 与仪与仪表的测量值上限表的测量值上限 （满量程）的百分比值来表示（满量程）的百分比值来表示的相对误差。的相对误差。6.1.2 6.1.2 测量误差及其分类测量误差及其分类第8页，共45页，编辑于2022年，星期二 为了能从全局的观点反映一只仪表的误差情为了能从全局的观点反映一只仪表的误差情况，采用仪表的最大引用（满量程）误差况，采用仪表的最大引用（满量程）误差 ，即，即 式中式中，是仪表的绝对误差限，即在仪表的量限是仪表的绝对误差限，即在仪表的量限范围内可能出现的最大绝对误差；范围内可能出现的最大绝对误差；是仪表的满量是仪

8、表的满量程值。程值。仪表的准确度仪表的准确度就是用仪表的最大引用误差就是用仪表的最大引用误差 来表示的。准确度等级来表示的。准确度等级K的定义为的定义为6.1.3 6.1.3 仪表的准确度仪表的准确度6.1.3 6.1.3 仪表的准确度仪表的准确度第9页，共45页，编辑于2022年，星期二 仪表的准确度等级仪表的准确度等级符号都标在仪表的刻度符号都标在仪表的刻度盘上。根据国家标准的盘上。根据国家标准的规定，我国生产的电工规定，我国生产的电工仪表准确度等级仪表准确度等级K共分共分为为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0七级。七级。6.1.3 6.1.3 仪表的准确度仪表的准确度

9、第10页，共45页，编辑于2022年，星期二 6.2 6.2 电量测量电量测量 6.2.1 6.2.1 电量测量的基本知识电量测量的基本知识 6.2.2 6.2.2 磁电式仪表及应用磁电式仪表及应用 6.2.3 6.2.3 电磁式仪表及应用电磁式仪表及应用 6.2.4 6.2.4 电动式仪表及应用电动式仪表及应用 6.2 6.2 电电 量量 测测 量量第11页，共45页，编辑于2022年，星期二6.2.1 6.2.1 电量测量的基本知识电量测量的基本知识 电量测量是指对电量及电路元件参数的测量。电量测量是指对电量及电路元件参数的测量。直流测量参数直流测量参数：直流电压：直流电压U、直流电流、直

10、流电流I、功率、功率P、电阻电阻R。交流测量参数交流测量参数：交流电压：交流电压U、交流电流、交流电流I、有功功率、有功功率P、无功功率无功功率Q Q、视在功率、视在功率S、电能、电能W、功率因数、相位、频率、功率因数、相位、频率f、交流阻抗、交流阻抗Z、电容、电容C和电感和电感L等。等。电量测量指示仪表的组成方框图电量测量指示仪表的组成方框图:测量机构测量机构偏转角偏转角中间量中间量被测量被测量测量电路测量电路6.2.1 6.2.1 电量测量的基本知识电量测量的基本知识第12页，共45页，编辑于2022年，星期二 电量变送器电量变送器6.2.1 6.2.1 电量测量的基本知识电量测量的基本知

11、识第13页，共45页，编辑于2022年，星期二v磁电式仪表的结构与工作原理磁电式仪表的结构与工作原理 式中式中,为线圈面积。为线圈面积。当电流通过转动线圈时，线圈当电流通过转动线圈时，线圈的两边会受到电磁力的两边会受到电磁力 F的作用产的作用产生转矩生转矩 T，使可动部分转动。，使可动部分转动。转矩转矩T 与流经线圈的电流与流经线圈的电流 I 成成正比正比6.2.2 6.2.2 磁电式仪表及应用磁电式仪表及应用6.2.2 6.2.2 磁电式仪表及应用磁电式仪表及应用第14页，共45页，编辑于2022年，星期二 当当 与游丝的反抗力矩平衡时，指针便指示在所测与游丝的反抗力矩平衡时，指针便指示在所

12、测电流大小的位置不动。这时电流大小的位置不动。这时 磁电式仪表中的磁场是由永久磁铁形成的，转磁电式仪表中的磁场是由永久磁铁形成的，转动线圈所受电磁力方向由所通入的电流方向确定。动线圈所受电磁力方向由所通入的电流方向确定。因此这种仪表的电流方向只能有一个，即这种仪表因此这种仪表的电流方向只能有一个，即这种仪表只能测量直流电，而不能测量交流电。只能测量直流电，而不能测量交流电。式中，式中，为决定于弹簧物理性质的常数，为决定于弹簧物理性质的常数，为表针的为表针的偏转角。可见，电流与转动线圈的偏转角成正比，偏转角。可见，电流与转动线圈的偏转角成正比，磁电式仪表的刻度是均匀的。磁电式仪表的刻度是均匀的。

13、6.2.2 6.2.2 磁电式仪表及应用磁电式仪表及应用第15页，共45页，编辑于2022年，星期二_A+_+(a)测量电流测量电流A+-(b)扩大电流表量程扩大电流表量程 因为流过线圈的电流因为流过线圈的电流与被测量电压成正比，与被测量电压成正比，所以，当电压表与被测所以，当电压表与被测电路并联时，即可获得电路并联时，即可获得被测电压的数值。被测电压的数值。v直流电压的测量直流电压的测量v直流电流的测量直流电流的测量6.2.2 6.2.2 磁电式仪表及应用磁电式仪表及应用A+_+_电压表电压表I第16页，共45页，编辑于2022年，星期二v直流电阻的测量直流电阻的测量+-表头表头 磁电式仪表

14、测量机构的偏转角与通过的电流磁电式仪表测量机构的偏转角与通过的电流I成成正比，根据欧姆定律正比，根据欧姆定律 ，若，若U 一定，则一定，则I 与与R有关。所以通过适当的测量线路可使磁电式测量机构有关。所以通过适当的测量线路可使磁电式测量机构的偏转角变化，从而反映出被测电阻的数值。设表头的偏转角变化，从而反映出被测电阻的数值。设表头内阻为内阻为RC,则电路的工作电流为则电路的工作电流为电流电流I与被测电阻与被测电阻RX有一一有一一对应的关系，可以获得被测电对应的关系，可以获得被测电阻的大小。阻的大小。6.2.2 6.2.2 磁电式仪表及应用磁电式仪表及应用第17页，共45页，编辑于2022年，星

15、期二6.2.3 6.2.3 电磁式仪表及应用电磁式仪表及应用 电磁式仪表是通过使被测电流流入一固定线圈电磁式仪表是通过使被测电流流入一固定线圈,在线在线圈周围产生磁场，磁场中的软铁片磁化后被吸引或推斥圈周围产生磁场，磁场中的软铁片磁化后被吸引或推斥仪表的可动部分产生偏转而工作。仪表的可动部分产生偏转而工作。可以证明，当被测电流为直流可以证明，当被测电流为直流I或交流或交流i(有效值为有效值为I)时，表针的偏转角时，表针的偏转角为为所以，不论被测电流的波形如何，电磁式仪表的偏转角所以，不论被测电流的波形如何，电磁式仪表的偏转角取决于电流有效值的平方。取决于电流有效值的平方。6.2.3 6.2.3

16、 电磁式仪表及应用电磁式仪表及应用第18页，共45页，编辑于2022年，星期二6.2.4 6.2.4 电动式仪表及应用电动式仪表及应用v电动式仪表的结构和工作原理电动式仪表的结构和工作原理 电动式测量机构是利用导线间电动力作用而产生转动电动式测量机构是利用导线间电动力作用而产生转动力矩的。电动式仪表主要是由电流（固定）线圈和电压力矩的。电动式仪表主要是由电流（固定）线圈和电压（可动）线圈组成。（可动）线圈组成。当电流线圈和电压线圈依次通当电流线圈和电压线圈依次通入直流电流入直流电流I1 和和 I2 时，转动力矩时，转动力矩T 与两电流的乘积成正比与两电流的乘积成正比,表针的表针的偏转角为偏转角

17、为6.2.4 6.2.4 电动式仪表及应用电动式仪表及应用第19页，共45页，编辑于2022年，星期二v直流和单相有功功率的测量直流和单相有功功率的测量 当电流线圈和电压线圈依次通入交流电流当电流线圈和电压线圈依次通入交流电流i1（有效值（有效值为为I1）和）和 i2(有效值为有效值为 I2)时，转动力矩时，转动力矩 T 为为式中，式中，为电流为电流 i1 与与 i2 的相位差。表针的偏转角的相位差。表针的偏转角为为W*电电源源负载负载+-+-6.2.4 6.2.4 电动式仪表及应用电动式仪表及应用第20页，共45页，编辑于2022年，星期二 测量直流功率时，表针的偏转角为测量直流功率时，表针

18、的偏转角为测量单相有功功率时，通入电流线圈的电流测量单相有功功率时，通入电流线圈的电流I1 仍等于负仍等于负载电流载电流I，进入电压线圈的电流，进入电压线圈的电流 I2 正比于负载电压正比于负载电压U，表针的偏转角表针的偏转角为为6.2.4 6.2.4 电动式仪表及应用电动式仪表及应用第21页，共45页，编辑于2022年，星期二v三相有功功率的测量三相有功功率的测量 三三相相负负载载WW*对于三相三线制电路对于三相三线制电路，不管负载对称与否，均可，不管负载对称与否，均可用两只单相功率表来测量三相总功率。用两只单相功率表来测量三相总功率。6.2.4 6.2.4 电动式仪表及应用电动式仪表及应用

19、第22页，共45页，编辑于2022年，星期二6.3 非电量测量 6.3 6.3 非电量测量非电量测量 6.3.1 6.3.1 非电量电测系统的组成非电量电测系统的组成 6.3.2 6.3.2 传感器传感器 第第 6 6 章章第23页，共45页，编辑于2022年，星期二 非电量的测量方法有多种，可以分为两类：电测非电量的测量方法有多种，可以分为两类：电测方法和非电测方法。非电量信号一般不容易直接检方法和非电测方法。非电量信号一般不容易直接检测，如果将这些量先转换为电量，则放大、运算、测，如果将这些量先转换为电量，则放大、运算、传输、记录和显示就变得容易。因此，非电量的测传输、记录和显示就变得容易

20、。因此，非电量的测量主要采用电测技术。量主要采用电测技术。非电量电测技术的任务，就是把待测的非电量，通非电量电测技术的任务，就是把待测的非电量，通过一种器件或装置，变换成与非电量有关的电信号过一种器件或装置，变换成与非电量有关的电信号（电压、电流等），然后利用电气测量的方法，对电（电压、电流等），然后利用电气测量的方法，对电信号进行加工、处理、传输和显示等。非电量电测系信号进行加工、处理、传输和显示等。非电量电测系统一般由四个部分组成。统一般由四个部分组成。6.3.1 6.3.1 非电量电测系统的组成非电量电测系统的组成6.3.1 6.3.1 非电量电测系统的组成非电量电测系统的组成第24页，

21、共45页，编辑于2022年，星期二传感器传感器待测量待测量电量电量测量电路测量电路记录记录显示显示信息处理信息处理电源电源非电量电测系统的组成非电量电测系统的组成6.3.1 6.3.1 非电量电测系统的组成非电量电测系统的组成第25页，共45页，编辑于2022年，星期二6.3.2 6.3.2 传感器传感器 1.1.传感器的分类和用途传感器的分类和用途 分为有源传感器和无源传感器两大类。有源传感分为有源传感器和无源传感器两大类。有源传感器将非电量转换为电能量。无源传感器不起换能作用，器将非电量转换为电能量。无源传感器不起换能作用，被测非电量仅对传感器中的能量起控制或调节作用，被测非电量仅对传感器

22、中的能量起控制或调节作用，所以它必须具有辅助电源。所以它必须具有辅助电源。v根据能量传递方式进行分类根据能量传递方式进行分类 v根据传感器的工作原理进行分类根据传感器的工作原理进行分类 v根据输入物理量的性质进行分类根据输入物理量的性质进行分类 有位移传感器、速度传感器、温有位移传感器、速度传感器、温度传感器和压力传感器等。度传感器和压力传感器等。有热电式、电势式、电容式等。有热电式、电势式、电容式等。6.3.2 6.3.2 传感器传感器第26页，共45页，编辑于2022年，星期二v根据输出信号的性质进行分类根据输出信号的性质进行分类 分为模拟式传感器与数字式传感器两大类。模拟式分为模拟式传感

23、器与数字式传感器两大类。模拟式传感器输出模拟信号，它与被测非电量成一定关系，如传感器输出模拟信号，它与被测非电量成一定关系，如需与计算机配合或数字显示，则必须通过模需与计算机配合或数字显示，则必须通过模/数转换环节。数转换环节。数字式传感器输出数字量，可直接与计算机配合或作数数字式传感器输出数字量，可直接与计算机配合或作数字显示，且抗干扰性较强。字显示，且抗干扰性较强。2.2.传感器的发展传感器的发展 现代信息技术的三大基础是信息的拾取、传输和处现代信息技术的三大基础是信息的拾取、传输和处理技术，也就是传感技术、通信技术和计算机技术，它理技术，也就是传感技术、通信技术和计算机技术，它们构成了信

24、息技术系统的们构成了信息技术系统的“感官感官”、“神经神经”和和“大脑大脑”。传感技术和传感器的发展是必然的、重要的，其趋。传感技术和传感器的发展是必然的、重要的，其趋势表现在如下的几个方面：势表现在如下的几个方面：6.3.2 6.3.2 传感器传感器第27页，共45页，编辑于2022年，星期二v新材料和新功能的开发新材料和新功能的开发 v细微加工技术的发展细微加工技术的发展 敏感材料是传感器的物质基础，所以探索材敏感材料是传感器的物质基础，所以探索材料的新功能和研究具有新功能的材料都对新型传料的新功能和研究具有新功能的材料都对新型传感器的研究具有十分重要的意义。感器的研究具有十分重要的意义。

25、传感器的小型化是传感器的发展方向之一。传感器的小型化是传感器的发展方向之一。传感器的智能化是指将传感器拾取信号传感器的智能化是指将传感器拾取信号的功能和微计算机的信息处理功能有机结合在的功能和微计算机的信息处理功能有机结合在一起。一起。v传感器的智能化传感器的智能化 v多功能传感器的发展多功能传感器的发展 6.3.2 6.3.2 传感器传感器第28页，共45页，编辑于2022年，星期二6.4 6.4 现代测量技术现代测量技术 6.4 6.4 现代测量技术现代测量技术 6.4.1 6.4.1 数字化测量仪表数字化测量仪表 6.4.2 6.4.2 微计算机仪器仪表微计算机仪器仪表 6.4.3 6.

26、4.3 现代测量技术新进展现代测量技术新进展 第29页，共45页，编辑于2022年，星期二6.4.1 6.4.1 数字化测量仪表数字化测量仪表6.4.1 6.4.1 数字化测量仪表数字化测量仪表 1.1.数字化测量数字化测量 数字化测量就是将模拟量转化成为数字量，也就数字化测量就是将模拟量转化成为数字量，也就是把被测信号转换成与它成比例的脉冲数或其它脉冲是把被测信号转换成与它成比例的脉冲数或其它脉冲参量，然后再进行编码、存储以及打印等。能够自动参量，然后再进行编码、存储以及打印等。能够自动地以数字形式显示被测量的仪表称为数字（化）仪表。地以数字形式显示被测量的仪表称为数字（化）仪表。模模/数数

27、转换器转换器电子电子计数器计数器数字数字显示器显示器模拟量模拟量数字量数字量 2.2.数字数字(化化)仪表的特点仪表的特点第30页，共45页，编辑于2022年，星期二 3.3.数字数字(化化)仪表的分类仪表的分类v按用途分按用途分 实验室型实验室型（精度高，对环境要求比较严格，适于实验（精度高，对环境要求比较严格，适于实验室使用）、室使用）、通用型通用型（具有一定精度，对环境条件要求较低，（具有一定精度，对环境条件要求较低，适用于现场测量用）和适用于现场测量用）和开关板型开关板型（精度低，对环境要求低，（精度低，对环境要求低，适用于开关板上使用）。适用于开关板上使用）。优点优点：准确度和灵敏度

28、高：准确度和灵敏度高，测量速度快，测量速度快，输入阻抗高，输入阻抗高，读数准确，没有视差，读数准确，没有视差，能在恶劣条件下正常工作，能在恶劣条件下正常工作。缺点缺点：过载能力强，线路结构较复杂。：过载能力强，线路结构较复杂。6.4.1 6.4.1 数字化测量仪表数字化测量仪表第31页，共45页，编辑于2022年，星期二低速低速（几次（几次/秒秒几十次几十次/秒）、秒）、中速中速（几百次（几百次/秒秒几几千次千次/秒）和秒）和高速高速（几万次（几万次/秒以上）。秒以上）。低准确度低准确度（在（在0.1%以下）、以下）、中准确度中准确度（在（在0.01%以下）和以下）和高准确度高准确度（在（在0

29、.01%以上）。以上）。数字直流电压表数字直流电压表、数字交流电压表数字交流电压表、数字频率表数字频率表、数字相位表数字相位表、数字电路参数（数字电路参数（R、L、C）表）表和和数数字万用表字万用表等。等。v按测试速度分按测试速度分 v按准确度分按准确度分 v按被测参数分按被测参数分 6.4.1 6.4.1 数字化测量仪表数字化测量仪表第32页，共45页，编辑于2022年，星期二6.4.2 6.4.2 微计算机仪器仪表微计算机仪器仪表v微计算机仪器的发展微计算机仪器的发展 可以从传统仪器的改进及新型仪器的出现来归纳微可以从传统仪器的改进及新型仪器的出现来归纳微计算机仪器的发展概况。计算机仪器的

30、发展概况。1.单片式微机控制器的采用，使传统的手持式万用单片式微机控制器的采用，使传统的手持式万用表功能更加多样化，使用更加方便而准确度大为提高。表功能更加多样化，使用更加方便而准确度大为提高。2.微计算机在电测技术中的应用，除了对传统仪器的微计算机在电测技术中的应用，除了对传统仪器的改进取得巨大成就以外，还开辟了许多新的应用领域，出现改进取得巨大成就以外，还开辟了许多新的应用领域，出现了许多新型的仪器。了许多新型的仪器。3.微计算机的工作速度不断提高，内存容量不断增微计算机的工作速度不断提高，内存容量不断增加，因而使数据处理能力有极大的改善，这样就可以把加，因而使数据处理能力有极大的改善，这

31、样就可以把动态信号分析技术引入微计算机仪器中。动态信号分析技术引入微计算机仪器中。6.4.2 6.4.2 微计算机仪器仪表微计算机仪器仪表第33页，共45页，编辑于2022年，星期二v微计算机仪器的特点微计算机仪器的特点 微计算机仪器具有测量过程的软微计算机仪器具有测量过程的软件控制、数据处理、多功能化和灵活件控制、数据处理、多功能化和灵活性强等特点。性强等特点。引引入入微微计计算算机机后后，测测量量过过程程改改用用软软件件控控制制，仪仪器器的的自自动动化化程程度度提提到到了了新的高度。新的高度。微计算机可以对数据进行存储及运算，使仪器具备了测量数微计算机可以对数据进行存储及运算，使仪器具备了

32、测量数据的处理功能，主要表现在改善测量准确度及对测量结果的再加据的处理功能，主要表现在改善测量准确度及对测量结果的再加工两方面。工两方面。微微计计算算机机仪仪器器的的测测量量过过程程软软件件控控制制及及数数据据处处理理功功能能使使一一机机多多用用，仪仪器的多功能易于实现，成为这类仪器的又一特点。器的多功能易于实现，成为这类仪器的又一特点。6.4.2 6.4.2 微计算机仪器仪表微计算机仪器仪表第34页，共45页，编辑于2022年，星期二v微计算机仪器的基本结构微计算机仪器的基本结构 微机内藏式测量仪器的结构微机内藏式测量仪器的结构 CPUCPU内总线内总线接口电路接口电路ADCADC被被测测量

33、量中断中断申请申请模拟模拟输出输出DACDAC硬拷贝硬拷贝CRTCRT外部通外部通信接口信接口外外部部总总线线仪器（监控程序）仪器（监控程序）内存（应用程序）内存（应用程序）仪器面板仪器面板传传感感器器6.4.2 6.4.2 微计算机仪器仪表微计算机仪器仪表第35页，共45页，编辑于2022年，星期二个人计算机仪器原理图个人计算机仪器原理图 应用软件应用软件输入输入开关量开关量及逻辑及逻辑电平电平电量电量屏幕显示屏幕显示输入插件箱输入插件箱非电量非电量硬硬 拷拷 贝贝数据处理数据处理数字数字/模拟输出模拟输出IEEE-488/IEEE-488/RC-232RC-232INTERNETINTER

34、NETPCPC数数 据据 总总 线线数数 据据 总总 线线6.4.2 6.4.2 微计算机仪器仪表微计算机仪器仪表第36页，共45页，编辑于2022年，星期二6.4.3 6.4.3 现代测量技术新进展现代测量技术新进展 1.1.软测量技术软测量技术 软测量技术也称为软仪表技术软测量技术也称为软仪表技术（Soft-Sensing Technique），），就是利就是利用易测、可测的过程变量用易测、可测的过程变量称为辅助变称为辅助变量或二次变量量或二次变量（Secondary Variable)与与难以直接测量的待测变量（称为主导难以直接测量的待测变量（称为主导变量变量(Primary Varia

35、ble)之间的数学之间的数学关系（软测量模型），根据某种最优化关系（软测量模型），根据某种最优化准则，采用各种计算方法，用软件实现准则，采用各种计算方法，用软件实现对待测变量的测量或估计。对待测变量的测量或估计。6.4.3 6.4.3 现代测量技术新发展现代测量技术新发展第37页，共45页，编辑于2022年，星期二可测过程扰动可测过程扰动可测过程输入可测过程输入可测过程输出可测过程输出软测量模型软测量模型主导变量主导变量估计值估计值校正值校正值 软测量技术主要包括软测量技术主要包括4个方面：辅助个方面：辅助变量的选取、测量数据的处理、软测量模型变量的选取、测量数据的处理、软测量模型的建立和软测

36、量模型的在线校正。的建立和软测量模型的在线校正。因为不可测的主导变量要从辅助变因为不可测的主导变量要从辅助变量推断出来，所以辅助变量的选取非常重量推断出来，所以辅助变量的选取非常重要。这包括变量类型的选择、变量数目的要。这包括变量类型的选择、变量数目的选择和测点位置的选择。选择和测点位置的选择。6.4.3 6.4.3 现代测量技术新发展现代测量技术新发展第38页，共45页，编辑于2022年，星期二过程监测与管理过程监测与管理在线优化在线优化校正数据校正数据常规过程测量仪表常规过程测量仪表生生 产产 过过 程程软仪表软仪表高级控制高级控制常规控制常规控制软测量技术在过程控制系统中的应用软测量技术

37、在过程控制系统中的应用 6.4.3 6.4.3 现代测量技术新发展现代测量技术新发展第39页，共45页，编辑于2022年，星期二 虚拟仪器虚拟仪器(Virtual Instruments)是是具有虚拟仪器面板的个人计算机仪器。具有虚拟仪器面板的个人计算机仪器。它由通用的个人计算机、模块化功能它由通用的个人计算机、模块化功能硬件和控制软件组成。操作人员通过硬件和控制软件组成。操作人员通过友好的图形界面及图形化编程语言控友好的图形界面及图形化编程语言控制仪器的运行，完成对被测量的采集、制仪器的运行，完成对被测量的采集、分析、判断、显示、存储及数据生成。分析、判断、显示、存储及数据生成。在虚拟仪器在

38、虚拟仪器 2.2.虚拟仪器虚拟仪器 中，硬件仅仅是为了解决信号的输入输出，软件才是整个仪器的关键。中，硬件仅仅是为了解决信号的输入输出，软件才是整个仪器的关键。操作者可以通过修改软件的方法，方便地改变、增减仪器系统的功能操作者可以通过修改软件的方法，方便地改变、增减仪器系统的功能和规模，所以有和规模，所以有“软件就是仪器软件就是仪器”之说之说。6.4.3 6.4.3 现代测量技术新发展现代测量技术新发展第40页，共45页，编辑于2022年，星期二虚拟仪器与传统仪器的比较虚拟仪器与传统仪器的比较项目传统仪器虚拟仪器功能由厂商定义由用户定义系统封闭开放连接与其它设备的连接十分有限可方便地与外设、网

39、络及其它应用连接关键硬件软件技术更新慢（510年）快（12年）维护费用高，不方便软件体系，方便6.4.3 6.4.3 现代测量技术新发展现代测量技术新发展第41页，共45页，编辑于2022年，星期二虚拟仪器系统的构成虚拟仪器系统的构成 信号调理信号调理 数据采集卡数据采集卡、GPIBGPIB接口仪器接口仪器 GPIB GPIB接口卡接口卡、串行口仪器串行口仪器 PLC PLCVXIVXI仪器仪器现场总线设备现场总线设备其它计算机硬件其它计算机硬件PCPC机机/工作站工作站传传感感器器6.4.3 6.4.3 现代测量技术新发展现代测量技术新发展第42页，共45页，编辑于2022年，星期二 数值传

40、感器数值传感器具有精度高、无冗余的优点；存在测量具有精度高、无冗余的优点；存在测量结果不易理解、数据存储量大、涉及人类自身行为和高结果不易理解、数据存储量大、涉及人类自身行为和高层逻辑信息难以描述的问题。模糊传感器是近年来极为层逻辑信息难以描述的问题。模糊传感器是近年来极为引人关注的研究课题。模糊传感器的出现，拓宽了经典引人关注的研究课题。模糊传感器的出现，拓宽了经典测量学科的范围，使测量学科向人类自然语言理解方面测量学科的范围，使测量学科向人类自然语言理解方面迈出了重要的一步。迈出了重要的一步。模糊传感器模糊传感器是以数值测量为基础，经过模糊推理和知是以数值测量为基础，经过模糊推理和知识集成

41、，能够产生和处理与其相关的符号信息，实现对被识集成，能够产生和处理与其相关的符号信息，实现对被测对象信息的自然语言描述，以自然语言符号描述的形式测对象信息的自然语言描述，以自然语言符号描述的形式输出测量结果，能产生和处理与其测量相关的符号信息。输出测量结果，能产生和处理与其测量相关的符号信息。3.3.模糊传感器模糊传感器 6.4.3 6.4.3 现代测量技术新发展现代测量技术新发展第43页，共45页，编辑于2022年，星期二第第第第6 6章结束章结束模糊传感器的基本结构模糊传感器的基本结构 数值测量数值测量元件元件数值量数值量数值数值-符号符号转换元件转换元件被测量被测量符号输出符号输出数值输出数值输出6.4.3 6.4.3 现代测量技术新发展现代测量技术新发展第44页，共45页，编辑于2022年，星期二第第6 6章结束章结束第45页，共45页，编辑于2022年，星期二