检测理论及方法——检测仪表在线视频

现在是第十八讲 检测理论与方法

我们首先要讲检测仪表

在讲检测仪表之前

我们还是要回顾一下

自动控制系统是怎样构成的

这幅图我们已经出现过多次

一个控制系统总是由四部分组成

控制器 执行器 被控对象 传感器

下面我们看一下传感器的组成结构

对于一般的检测系统

都是由这个方框图所组成的

一部分是传感器

还有一部分是测量电路

还有一部分是微处理器

还有一部分是显示或输出装置

我们把这样一个系统

也称作测量变送器

所以说以后我们所提到的传感器

实际上是由这四部分组成的系统

该系统可以检测

以下的非电量的物理

包括温度 湿度 压力 流量

物位 成分 密度 力 应变

位移 速度 加速度 振幅等等

下面我们再来看一下

检测系统这几部分的功能

先看传感器

传感器的功能是

将各种非电量

物理量 化学量 生物量等等

按一定的规律转化成

便于处理和传输的另外一种量

这个量一般的是弱电量

通常我们也把传感器称作敏感元件

或者叫做检测元件

或者叫做一次元件

关于传感器的内容

会有一门专业课

专门对其进行讲解

测量电路

测量电路的功能是

将传感器输出的微弱的电信号

进行放大 线性化

滤波 转换等处理后

变成标准的信号

输出给测量链中的后续仪表

所谓的标准信号是指

国际上统一的标准

4到20毫安 或者是1到5伏

显示或输出

该部分的功能是

向观察者显示或输出

被测量的数值

显示方式可以有指针式仪表

数字式仪表 屏幕显示仪表等等

在实际的检测系统当中

一般都是由以上三部分所组成的

只有到了智能仪表年代

才使用了微处理器

下面来看智能仪表组成原理

看一下这个方框图

该系统与前面所讲到的

一般的系统

没有太大的区别

它总是从传感器输出的微弱信号

通过测量电路

放大成一般的电流信号

也就是4到20毫安

然后通过A/D转换

把它转化成数字量

进入我们的微处理机系统

这个系统就称为嵌入式系统

这里的嵌入式系统

是指一台微处理器

或者说是微型计算机

它的功能是对被检测的信号

进行分析 判断 推理等等

得到检测结果进行输出

微处理器的输出是数字量

所以说可以进行数字显示

也可以把它输入给另外的计算机

当把这个数字量通过D/A转换器

把它转化成模拟量以后

就可以用各种模拟式仪表进行显示

我们已经了解了

一个检测系统的组成原理

以及它的功能

那么在该领域里

我们的研究内容是什么呢

通常有三方面

检测精度 仪表智能化

还有就是在线测量

在线测量在这个三个内容里

是最难的一种

我们来看几个例子

在这幅图当中

我们显示了三种检测仪表

第一种是智能氧量检测仪

所谓智能氧量检测仪

就是把检测出来的氧量

通过微处理器进行处理以后

输出可以是数字量

可以是模拟量

送给下一个单元

第二个检测装置是流量检测仪

同样 流体的检测

检测完了以后

通过微处理器进行处理后

也是可以用模拟量或者数字量

送给下一个单元

第三幅图是压力传感器

它也是把测量出来的压力

通过微处理器进行处理后

输送给下一个单元

这些仪表的输出

都是可以数字量

也可以是模拟量

那么数字量输出呢

可以按照一定的协议

与其他的计算机系统进行连接

所以说我们也把它称作

现场总线仪表

因为这些仪表都在现场呢

这是两个在线测量仪表

一个是煤质成分在线分析

一个是气体在线分析

所谓在线分析是指

系统在运行过程当中

所要测量的介质在不断地发生变化

我们的测量装置对这种变化

时时刻刻地在进行测量并进行分析

不断的输出所测量到的数据

前面我们所讲的系统

都是在传感器已经检测出来了

微弱的电信号以后

我们进行各种处理

这样形成的检测系统

那么如果传感器不能检测这个量

那么我们该如何去做呢

先看一种技术

叫做软测量技术

什么是软测量呢

首先得让我们先知道

什么是硬测量

硬测量呢就是刚才我们讲的那些系统

可以通过传感器

直接测量到被测的物理量

它的微弱的电信号

有一些量呢

我们是不能用传感器测量的

比如我要检测我的身体是否健康

我们没法用一种仪表

放到我的身上

就能指示出来

我是健康的 还是不健康的

但是我可以用其它的量

来测量我的身体是否健康

比如测量我的血压

测量我的血脂

测量我的血糖

看看这几个指标是否达到了正常值

那么它们要达到了正常值

我就可以认为我是健康的

所以软测量的方法应该是这样子的

假如我们想测量一个物理量

这个物理量呢用V来描述

我们不能直接测量到它

我们要测量别的量

比如测量V1 测量V2 测量Vn

测量完它们以后

经过一种算法

我就能推算出来

V到底是多少

这就是软测量的过程

比如一个大型锅炉炉膛内部的温度

我们是没法用硬测量来完成的

因为在这种锅炉的炉膛内部

它的温度高达1600度以上

那我们怎么办呢

我们就得测量一些

能直接得到的量

然后再把它综合成

我所需要的量

现在对许多量的软测量

都在进行研究

比如烟气含氧量的软测量

飞灰含碳量的软测量

磨煤机的负荷软测量等等

真正地在工程当中

还没有得到实际的应用

实际上现在有些不能检测的物理量

都是通过

研究新型的检测系统来完成的

软测量技术和新型检测的系统

同时在进行

那么我可以举几个

新型的检测系统的例子

来看温度检测系统的例子

刚才已经提到

炉膛内部的温度高达1600度以上

那么怎样进行炉内的温度测量呢

斯坦福大学有一个发明专利

就是通过激光来测量炉内的温度

它的工作原理是

从炉膛的某一侧发出一个激光束

另一侧接收这个激光束

同样在另外一侧发出激光束

再在另一侧接受这个激光束

这两个激光束就有一个交点

这个交点就能确定这一点的位置

有了这一点位置以后

我们再来计算这一点的

各种物理量的参数值

由于炉膛内部含很多气体

这些气体对光的能量会进行吸收

吸收得越多

说明这种气体的成分越大

所以说根据它被吸收的多少

可以测量出炉内的温度 氧量

以及一氧化碳

这个系统也是测量

炉内温度的一个系统

它的原理和激光的原理相类似

从一侧发出声波

从另外一侧接收声波

炉内的气体会吸收声波的能量

从而可以计算出炉膛的温度

这又是一个炉膛内部温度检测系统

可以通过工业摄像头

摄制炉内燃烧的画面

把这个画面进行各种数学处理

就可以还原出炉内的温度场

这个温度场已经数值化了

那么根据数值化的温度场

就能得到我这个炉内的温度