A4P黄贤谷王波.ppt

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1、过程检测仪表过程检测仪表A4黄贤谷王航波 3090433014 30904330281、意义背景、意义背景2、应用领域、应用领域3、发展历程、发展历程 4、研究现状、研究现状5、发展趋势与研究方向、发展趋势与研究方向 6、存在问题、存在问题 人们对自然界的认识在很大程度上取决于检测与仪表。无论在日常人们对自然界的认识在很大程度上取决于检测与仪表。无论在日常生活中，还是在工程、医学、科学实验等各部门都与检测有着密切的关系。生活中，还是在工程、医学、科学实验等各部门都与检测有着密切的关系。例如在工业生产中，为了正确地知道生产操作，保证生产安全，保证产品例如在工业生产中，为了正确地知道生产操作，保证

2、生产安全，保证产品质量和实现生产过程自动化，一项必不可少的工作是准确而及时地检测出质量和实现生产过程自动化，一项必不可少的工作是准确而及时地检测出生产过程中各有关参数。又例如在科学技术的发展中，新的发明和突破都生产过程中各有关参数。又例如在科学技术的发展中，新的发明和突破都是以实验测试为基础的。是以实验测试为基础的。1916年爱因斯坦提出的广义相对论，由于当时年爱因斯坦提出的广义相对论，由于当时不具备验证的测试条件，而在将近五十年的时间内没有得到很快的发展，不具备验证的测试条件，而在将近五十年的时间内没有得到很快的发展，后来天文学上的发现和许多精确的检测技术对这个理论进行了成功的验证，后来天文

3、学上的发现和许多精确的检测技术对这个理论进行了成功的验证，才使广义相对论重新得到重视和发展，这一事实说明科学和检测之间的密才使广义相对论重新得到重视和发展，这一事实说明科学和检测之间的密切关系。随着工业生产的不断发展，科学技术的突飞猛进，对检测技术和切关系。随着工业生产的不断发展，科学技术的突飞猛进，对检测技术和仪表又提出了许多新要求，而新的检测技术和仪表的出现又进一步推动了仪表又提出了许多新要求，而新的检测技术和仪表的出现又进一步推动了科学技术的发展，故检测技术的发展程度决定了科学技术的水平，换句话科学技术的发展，故检测技术的发展程度决定了科学技术的水平，换句话说检测技术和仪表是现代科学技术

4、水平高低的一个标准。说检测技术和仪表是现代科学技术水平高低的一个标准。意义背景意义背景BACK应用领域应用领域:过程检测仪表主要用于测压力、流量、物位、温度，广泛存在于各种生活生产过程检测仪表主要用于测压力、流量、物位、温度，广泛存在于各种生活生产过程之中。以下例举几样检测仪表：过程之中。以下例举几样检测仪表：压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。压电式加速度传感器是压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。压电式加速度传感器是一种常用的加速度计。它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点。一种常用的加速度计。它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点。

5、压电式加速度传感器在飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑的振动和冲击测量中已经得到压电式加速度传感器在飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑的振动和冲击测量中已经得到了广泛的应用，特别是航空和宇航领域中更有它的特殊地位。压电式传感器也可以用了广泛的应用，特别是航空和宇航领域中更有它的特殊地位。压电式传感器也可以用来测量发动机内部燃烧压力的测量与真空度的测量。也可以用于军事工业，例如用它来测量发动机内部燃烧压力的测量与真空度的测量。也可以用于军事工业，例如用它来测量枪炮子弹在膛中击发的一瞬间的膛压的变化和炮口的冲击波压力。来测量枪炮子弹在膛中击发的一瞬间的膛压的变化和炮口的冲击波压力。在自控系统或一些检测系统中，

6、常应用压电器件作为传感器，借以实现将非电在自控系统或一些检测系统中，常应用压电器件作为传感器，借以实现将非电量变为电信号，这类传感器等效的信号源具有内阻极高且信号很微弱的特点，因而也量变为电信号，这类传感器等效的信号源具有内阻极高且信号很微弱的特点，因而也必须配接高输入阻抗的放大电路，而且放大电路还必须具有精确放大微弱信号的能力。必须配接高输入阻抗的放大电路，而且放大电路还必须具有精确放大微弱信号的能力。如图给出了高保真运放如图给出了高保真运放OPA604构成的放大电路。该电路采用同相输入方式后可有效构成的放大电路。该电路采用同相输入方式后可有效地提高放大器的输入阻抗，为了防止交流干扰，压电信

7、号采用屏蔽线输入地提高放大器的输入阻抗，为了防止交流干扰，压电信号采用屏蔽线输入。温度的主要用于在工控及物联网。但他主要是还是一个元件，需要和相关的温度的主要用于在工控及物联网。但他主要是还是一个元件，需要和相关的LCD显示、信号处理、显示、信号处理、MCU控制结合起来才能用在各种需要检测温度参数的控制结合起来才能用在各种需要检测温度参数的场合，应用范围相当的广泛，只要是需要检测温度参数的（如：温度计、温场合，应用范围相当的广泛，只要是需要检测温度参数的（如：温度计、温度记录仪、温度报警器等等）都会用到。另外温度传感器的种类也很多呀，度记录仪、温度报警器等等）都会用到。另外温度传感器的种类也很

8、多呀，有接触式的，还有非接触式的，接触式的还分为有接触式的，还有非接触式的，接触式的还分为K型型 F型等等，非接触式的根型等等，非接触式的根据不用的响应波长和材料分为多种。据不用的响应波长和材料分为多种。温温度度记记录录仪仪医学上也有很大程度依赖检测仪表，例如目的改进了一种可在临床检测中在医学上也有很大程度依赖检测仪表，例如目的改进了一种可在临床检测中在线长时间检测肠胃返流的方法。方法改进了一种可供内科医生使用的改进了线长时间检测肠胃返流的方法。方法改进了一种可供内科医生使用的改进了的光纤传感器。该传感器原理主要基于被分析物质的光纤传感器。该传感器原理主要基于被分析物质(胆红素胆红素)在分析波

9、长下在分析波长下的特征吸收。整个测量系统由两个发光二极管做光源的特征吸收。整个测量系统由两个发光二极管做光源,一个分叉的光纤束和一个分叉的光纤束和检测电路组成。结果该传感器可达到检测电路组成。结果该传感器可达到 1 0mg/dl的线性范围的线性范围,应用该传感器研应用该传感器研究了究了 pH对样品检测影响。离体实验表明对样品检测影响。离体实验表明,该传感器更加适合在酸性条件下该传感器更加适合在酸性条件下使用使用,也可在胆汁条件下使用。结论该传感器具有良好的准确性和灵敏度。也可在胆汁条件下使用。结论该传感器具有良好的准确性和灵敏度。随着进一步的发展随着进一步的发展,传感器可制作得容易携带传感器可

10、制作得容易携带,紧凑和更加经济紧凑和更加经济,以利于生以利于生物医学检测分析物医学检测分析 Objective To develop a method for on line continuous monitoring of entero gastric reflux in clinical diagnosis.Method Development of a fiber optic sensor for clinical monitoring of entero gastric reflux based on characteristic absorption of bilirubin at

11、analytical wavelength was reported in detail.The whole measuring system was composed of two LEDs as light sources,a bifurcated optic bundle and a detection circuit.Result A wonderful dynamic response with a linear range of up to 10 mg/dl was achieved.（一种改进的可连续检测肠胃返流的便携式光纤（一种改进的可连续检测肠胃返流的便携式光纤传感器传感器）

12、光光纤纤传传感感器器BACK发展历程发展历程：传统检测及仪表技术的发展传统检测及仪表技术的发展 过程检测及仪表技术产生于过程检测及仪表技术产生于20世界世界40年代，过程检测仪表是由年代，过程检测仪表是由于当时石油、化工、电力和机械等工业技术的发展而出现的将测量、于当时石油、化工、电力和机械等工业技术的发展而出现的将测量、记录和调节功能组合在一起的一类专业仪表。具有专门用途的检测仪记录和调节功能组合在一起的一类专业仪表。具有专门用途的检测仪表较好地适应了当时自动化程度不高、控制分散的状态，在一段时间表较好地适应了当时自动化程度不高、控制分散的状态，在一段时间内得到了普遍应用。由于这种仪表技术主

13、要使用在控制系统的现场，内得到了普遍应用。由于这种仪表技术主要使用在控制系统的现场，集中在仪表的发展过程中被称其为集中在仪表的发展过程中被称其为“基地式基地式”仪表技术。随着大型工仪表技术。随着大型工业的出现，生产开始向综合自动化和集中控制的方向发展，于是给传业的出现，生产开始向综合自动化和集中控制的方向发展，于是给传统检测仪表提出了新的要求，仪表开始出现以功能划分，形成相对独统检测仪表提出了新的要求，仪表开始出现以功能划分，形成相对独立的、能够完成一定只能的标准单元，各单元之间以规定的标准信号立的、能够完成一定只能的标准单元，各单元之间以规定的标准信号相互联系，因而产生了相互联系，因而产生了

14、“单元组合式单元组合式”仪表，以便根据实际工作需要，仪表，以便根据实际工作需要，选择一定的单元仪表，选择一定的单元仪表，“积木式积木式”地组合起来，构成各种复杂程度的地组合起来，构成各种复杂程度的自动测控系统。自动测控系统。从从20世纪世纪60年代开始，由于电动仪表的不断发展，历经从电子管、晶年代开始，由于电动仪表的不断发展，历经从电子管、晶体管到集成电路演变过程，使得电动单元组合仪表在我国得到了很大体管到集成电路演变过程，使得电动单元组合仪表在我国得到了很大的发展和普及，先后产生了三代产品：的发展和普及，先后产生了三代产品：60年代中期，以电子管和磁放年代中期，以电子管和磁放大器为主要放大原

15、件的大器为主要放大原件的DDZI型仪表；型仪表；70年代初期，亿晶体管为主要放年代初期，亿晶体管为主要放大元件的大元件的DDZII型仪表；型仪表；80年代初期，以线性集成电路为主要放大元件、年代初期，以线性集成电路为主要放大元件、具有安全火花防爆性能的具有安全火花防爆性能的DDZIII型仪表。型仪表。BACK研究现状：研究现状：现代检测及仪表技术的发展现代检测及仪表技术的发展 20世纪世纪80年代中期，由于数字计算机技术的发展，随着世界各年代中期，由于数字计算机技术的发展，随着世界各国现代化步伐的加快，对检测技术的大量需求与日俱增；而科学技国现代化步伐的加快，对检测技术的大量需求与日俱增；而科

16、学技术，尤其是大规模集成电路技术、微型计算机技术、机电一体化技术，尤其是大规模集成电路技术、微型计算机技术、机电一体化技术、微机械和新材料技术的不断进步，则大大促进了现代检测技术术、微机械和新材料技术的不断进步，则大大促进了现代检测技术的发展。小型机表中的应用，是数字是自动化仪表出现的根本动力。的发展。小型机表中的应用，是数字是自动化仪表出现的根本动力。在此期间，先后上市的各种计算机公司的单板机和单片机，成为数在此期间，先后上市的各种计算机公司的单板机和单片机，成为数字式仪表的核心器件，并在此基础上开发出各种数字式调节器和显字式仪表的核心器件，并在此基础上开发出各种数字式调节器和显示仪表、智能

17、仪表已经可编程逻辑控制器等，作为重要的组成部分示仪表、智能仪表已经可编程逻辑控制器等，作为重要的组成部分和实施的基础有力地推动了计算机控制技术与系统的全面发展。和实施的基础有力地推动了计算机控制技术与系统的全面发展。随着网络技术和现代工业化的发展，随着网络技术和现代工业化的发展，20世界世界90年代初开始出现年代初开始出现了适用于各种控制环境的现场总线标准和产品，这些工业现场总线了适用于各种控制环境的现场总线标准和产品，这些工业现场总线的生产使得网络完全进入了工业现场及控制环节，于是相继产生了的生产使得网络完全进入了工业现场及控制环节，于是相继产生了传感器、变送器和仪表的网络化已经最终控制系统

18、的网络化，为自传感器、变送器和仪表的网络化已经最终控制系统的网络化，为自动化过程检测仪表的发展开辟了一片新天地。动化过程检测仪表的发展开辟了一片新天地。BACK发展趋势与研究方向：发展趋势与研究方向：现代检测技术发展总的趋势与方向大体有以下几个方面：现代检测技术发展总的趋势与方向大体有以下几个方面：不断拓展测量范围，努力提高检测精度和可靠性不断拓展测量范围，努力提高检测精度和可靠性 随着科学技术的发展，对检测仪器和检测系统的性能要求，尤其是精度、随着科学技术的发展，对检测仪器和检测系统的性能要求，尤其是精度、测量范围、可靠性指标要求越来越高。一温度为例，为满足某些科研实验的需测量范围、可靠性指

19、标要求越来越高。一温度为例，为满足某些科研实验的需求，不仅要求研制测温下接近（求，不仅要求研制测温下接近（-273.15）、且侧位范围尽可能打到）、且侧位范围尽可能打到15K的高的高精度超低温检测仪表；同时，某些场合需连续测量液态金属的温度或长时间连精度超低温检测仪表；同时，某些场合需连续测量液态金属的温度或长时间连续测量续测量2500-3000的高温介质温度。的高温介质温度。重视非接触是检测技术的研究重视非接触是检测技术的研究在检测过程中，把传感器置于被测对象上，敏感被测参量的变化，这种接触式在检测过程中，把传感器置于被测对象上，敏感被测参量的变化，这种接触式检测方法通常比较直接可靠，测量精

20、度高；但在某些情况下，因传感器加入会检测方法通常比较直接可靠，测量精度高；但在某些情况下，因传感器加入会对被测对象的工作状态产生干扰，而影响测量的精度，而在有些被测对象上，对被测对象的工作状态产生干扰，而影响测量的精度，而在有些被测对象上，根本补允许或不可能安装传感器，例如，测量高速旋转轴的振动、转矩等。因根本补允许或不可能安装传感器，例如，测量高速旋转轴的振动、转矩等。因此，各种可行的非接触式检测技术的研究越来越受重视，目前已商品化的光电此，各种可行的非接触式检测技术的研究越来越受重视，目前已商品化的光电式传感器、电涡流式传感器、超声波检测仪表。核辐射检测仪表等正是在这些式传感器、电涡流式传

21、感器、超声波检测仪表。核辐射检测仪表等正是在这些背景下不断发展起来的。今后不仅需要继续改进和克服非接触式检测仪器易受背景下不断发展起来的。今后不仅需要继续改进和克服非接触式检测仪器易受外界干扰及精度较低等问题，而且相信对一些难以采用接触式检测或无法采用外界干扰及精度较低等问题，而且相信对一些难以采用接触式检测或无法采用接触方式进行检测，尤其是那些具有重大军事、经济或其他应用价值的非接触接触方式进行检测，尤其是那些具有重大军事、经济或其他应用价值的非接触检测技术课题的研究投入会不断增加，非接触检测技术的研究、发展和应用步检测技术课题的研究投入会不断增加，非接触检测技术的研究、发展和应用步伐都将明

22、显加快。伐都将明显加快。传感器逐渐向集成化、组合式、数字化方向发展传感器逐渐向集成化、组合式、数字化方向发展 鉴于传感器与信号调理电路分开，微弱的传感器信号在通过电缆鉴于传感器与信号调理电路分开，微弱的传感器信号在通过电缆传输的过程中容易受到各种电磁干扰信号的影响；以及各种传感器输传输的过程中容易受到各种电磁干扰信号的影响；以及各种传感器输出信号形式众多，而使检测仪器与传感器接口电路无法统一和标准化，出信号形式众多，而使检测仪器与传感器接口电路无法统一和标准化，实施起来颇为不便。随着大规模集成电路技术与产业的迅猛发展，采实施起来颇为不便。随着大规模集成电路技术与产业的迅猛发展，采用贴片封装方式

23、、体积大大缩小的通用和专用集成电路越来越普遍。用贴片封装方式、体积大大缩小的通用和专用集成电路越来越普遍。因此，目前已有不少传感器实现了敏感元件与信号调理电路的集成和因此，目前已有不少传感器实现了敏感元件与信号调理电路的集成和一体化，对外直接输出标准的一体化，对外直接输出标准的4mA20mA电流信号，成为名副其实的电流信号，成为名副其实的变送器。这对检测仪器整机研发与系统集成提供了很大方便，从而也变送器。这对检测仪器整机研发与系统集成提供了很大方便，从而也使的这类传感器身价倍增。一些厂商把两种或两种以上的敏感元件集使的这类传感器身价倍增。一些厂商把两种或两种以上的敏感元件集成于一体，而成为可实

24、现多种功能新型组合式传感器。例如，将热敏成于一体，而成为可实现多种功能新型组合式传感器。例如，将热敏元件和湿敏元件与信号调理电路集成在一起，一个传感器可同时完成元件和湿敏元件与信号调理电路集成在一起，一个传感器可同时完成温度和湿度测量。温度和湿度测量。此外，还有厂商把敏感元件与信号调理电路、信号处理电路统一设计此外，还有厂商把敏感元件与信号调理电路、信号处理电路统一设计并集成化，成为能直接输出数字信号的新型传感器。例如，美国并集成化，成为能直接输出数字信号的新型传感器。例如，美国DALLAS公司退出的数字温度传感器公司退出的数字温度传感器DS18B20，可测量温度范围为，可测量温度范围为55+

25、150、精度、精度0.5，封装和形状与普通笑功率三极管十分相似，封装和形状与普通笑功率三极管十分相似，采用独特的一线制数字信号输出。还有利用生化原理研制的生物基因采用独特的一线制数字信号输出。还有利用生化原理研制的生物基因芯片可用于检测和诊断不同类型和亚型的病毒，等等。芯片可用于检测和诊断不同类型和亚型的病毒，等等。检测系统智能化检测系统智能化 近十年来，由于包括微机处理器，单片机在内的大规模集成近十年来，由于包括微机处理器，单片机在内的大规模集成电路的成本和价格不断降低，功能和集成度不断提高，使得许多电路的成本和价格不断降低，功能和集成度不断提高，使得许多以单片机、微处理器或微型计算机为核心

26、的现代检测仪器实现了以单片机、微处理器或微型计算机为核心的现代检测仪器实现了智能化，这些现在检测一起通常具有系统故障自测、自诊断、自智能化，这些现在检测一起通常具有系统故障自测、自诊断、自调零、自校准、自选量程、自动测试和自动分选功能、自校正功调零、自校准、自选量程、自动测试和自动分选功能、自校正功能、强大数据处理和统计功能、远距离数据通信和输人能、强大数据处理和统计功能、远距离数据通信和输人/输出功输出功能，可配置各种数字通信接口，传递检测数据和各种操作命令等，能，可配置各种数字通信接口，传递检测数据和各种操作命令等，可方便地接入不同规模的自动检测、控制与管理信息网络系统。可方便地接入不同规

27、模的自动检测、控制与管理信息网络系统。与传统检测系统相比，智能化的现实检测系统具有更高的精度和与传统检测系统相比，智能化的现实检测系统具有更高的精度和性能价格比。性能价格比。正是由于智能化检测仪器、检测系统具有上述优点，所以起正是由于智能化检测仪器、检测系统具有上述优点，所以起市场占有率多年来一直维持强劲的上升趋势。市场占有率多年来一直维持强劲的上升趋势。BACK存在问题存在问题：检测仪表的发展受到材料已经技术的影响，因此在生产检测仪表的发展受到材料已经技术的影响，因此在生产过程中存在着很多的问题，例如目前，虽然已经能研制和生产过程中存在着很多的问题，例如目前，虽然已经能研制和生产最高上限超过最高上限超过2800的热电偶，但测温范围一旦超过的热电偶，但测温范围一旦超过2500，其准确度将下降，而且极易氧化，从而严重影响使用寿命与，其准确度将下降，而且极易氧化，从而严重影响使用寿命与可靠性。因此，人们正在寻找能长时间连续准确检测上线超过可靠性。因此，人们正在寻找能长时间连续准确检测上线超过2000被测介质温度的新方法。又例如，受材料数量的影响，被测介质温度的新方法。又例如，受材料数量的影响，像钛合金一类的太空金属数量稀少，导致太空检测技术的不完像钛合金一类的太空金属数量稀少，导致太空检测技术的不完善，这些都是检测仪表技术受影响的重要原因。善，这些都是检测仪表技术受影响的重要原因。