工业仪表维修与检测技巧

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1、工业仪表维修与检测技巧,傅星天津大学精仪学院 教授 工学博士 精密测试技术及仪器国家重点实验室 副主任 天津大学光电测控技术研究所 副所长电 话：022-27406941E-mail：,第一章、自动化仪表基础1、自动化仪表发展历史与现状2、自动化仪表的组成及系统应用3、自动化仪表的发展趋势,主要内容,工业仪表维修与检测技巧,第二章、现代传感技术基础 1、传感器的作用及地位2、基本功能及组成3、传感器的分类4、典型传感器的工作原理及应用5、微型传感集成技术6、评价方法,主要内容,工业仪表维修与检测技巧,第三章、模拟信号处理技术基础1、线性放大器的工作原理及典型应用2、振荡电路的工作原理及典型应用

2、3、调制解调电路的工作原理及典型应用4、光电转换电路的工作原理及典型应用5、磁电转换电路的工作原理及典型应用6、压电转换电路的工作原理及典型应用,主要内容,工业仪表维修与检测技巧,第四章、数字信号处理技术基础 1、数字信号基本知识 2、基本逻辑电路的工作原理及应用 3、单片机（MCU）的工作原理及应用 4、数字信号处理器（DSP）的工作原理及应用 5、其它典型电路的工作原理,主要内容,工业仪表维修与检测技巧,第五章、常用仪表的工作原理及维修技术基础1、温度测量仪表2、压力测量仪表3、流量测量仪表4、液位测量仪表5、位移测量仪表6、其它测量仪表,主要内容,工业仪表维修与检测技巧,第六章、维修实例

3、1、多路温度巡检仪（通道间耦合、多路开关、信号变换、显示）2、智能物位变送器（频率信号转换、量程变换、线性化补偿）3、智能蒸汽流量变送器（多路信号处理、温压补偿计算）4、自控系统工作原理及典型故障分析,主要内容,工业仪表维修与检测技巧,参考文献,1、测量控制与仪器仪表现代系统集成技术，丁天怀，李庆祥等，清华大学出版社 2、传感器，强锡富，电子工业出版社 3、热控自动仪表故障检修实例，廖华 4、数字信号微处理器的原理与开发，天津大学出版社 5、 6、 7、 8、,第一章、自动化仪表基础,1、自动化仪表发展历史与现状2、自动化仪表的组成及系统应用3、自动化仪表的发展趋势,第一章、自动化仪表基础,1

4、、自动化仪表发展历史与现状,早期指针式仪表的特点： 测量环节少，可靠性高； 显示模式形象，易于观察； 指示器精度不高； 不能远传； 不易补偿； 单一量测量和指示；,第一章、自动化仪表基础,1、自动化仪表发展历史与现状,指针式温度计,第一章、自动化仪表基础,1、自动化仪表发展历史与现状,数字式仪表的特点： 既有模拟量，又有数字量； 数字显示，易于读数； 指示器精度高； 可以远传； 易于补偿； 多路参量测量和指示； 可以实现智能化；,第一章、自动化仪表基础,1、自动化仪表发展历史与现状,50年代初期，数字技术的出现使各种数字仪器得以问世，把模拟仪器的精度、分辨力与测量速度提高了几个量级。 60年代

5、中期，计算机的引入，使仪器的功能发生了质的变化，从个别电量的测量转变成测量整个系统的特征参数，从用单个仪器进行测量转变成用测量系统进行测量。 70年代，计算机技术在仪器仪表中的进一步渗透，使电子仪器在传统的时域与频域之外，又出现了数据域（Data domain）测试。 80年代，由于微处理器被用到仪器中，仪器前面板开始朝键盘化方向发展。测试时，可用丰富的BASIC语言程序来高速测试。不同于传统独立仪器模式的个人仪器已经得到了发展。 90年代，仪器仪表智能化程度提高。微电子技术的进步深刻地影响仪器仪表的设计；DSP芯片的大量问世，使仪器仪表数字信号处理功能大大加强；微型机的发展，使仪器仪表具有更

6、强的数据处理能力；图像处理功能的增加十分普遍；VXI总线得到广泛的应用。,第一章、自动化仪表基础,1、自动化仪表发展历史与现状,多路温度巡检仪： 早期：切换使用按键和继电器 现在：切换使用电子开关、微处理器,温度巡检仪电路图,第一章、自动化仪表基础,1、自动化仪表发展历史与现状,第一章、自动化仪表基础,1、自动化仪表发展历史与现状,1151智能压力变送器,压力变送器： 早期：取压管、电流信号 现在：模片、模拟/数字信号,第一章、自动化仪表基础,1、自动化仪表发展历史与现状,1151智能压力变送器,单回路调节器： 早期：模拟式电路、电位器 现在：数字式电路、程序设定,第一章、自动化仪表基础,1、

7、自动化仪表发展历史与现状,2、自动化仪表的组成及系统应用,多路巡检仪原理框图,第一章、自动化仪表基础,第一章、自动化仪表基础,2、自动化仪表的组成及系统应用,1151模拟电路原理框图,单回路调节器结构框图,第一章、自动化仪表基础,2、自动化仪表的组成及系统应用,第一章、自动化仪表基础,智能压力变送器电原理框图,2、自动化仪表的组成及系统应用,对被测信号敏感的部件； 将部件输出的信号转换成电信号； 对电信号进行处理； 将处理后的信号变换为所需的形式输出； 对控制仪表而言: 根据预先制定的策略进行运算并完成控制输出； 接收来自现场或上级的信号或命令；,第一章、自动化仪表基础,2、自动化仪表的组成及

8、系统应用,3、自动化仪表的发展趋势,一、新技术普遍应用 目前普遍采用电子设计自动化（EDA）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）、数字信号处理（DSP）、专用集成电路（ASIC）及表面贴装技术（SMT）等技术。 二、产品结构发生变化 在重视高档仪器开发的同时，注重高新技术和量大面广产品的开发与生产。注重系统集成，不仅着眼于单机，更注重系统、产品软化。随着各类仪器装上了CPU，实现了数字化后，软件上投入了巨大的人力、财力。今后的仪器归纳成一个简单的公式：“仪器ADDACPU软件”，AD芯片将模拟信号变成数字信号，再经过软件处理变换后用DA输出。 三、产品开发准则发生变化 从技术驱

9、动转为市场驱动，从一味追求高精尖转为“恰到好处”。开发一项成功产品的准则是：用户有明确的需求；能用最短的开发时间投放市场；功能与性能要恰到好处；产品开发准则的另一变化是收缩方向，集中优势。 四、注重专业化生产而不再是大而全 生产过程采用自动测试系统。目前多以GPIB仪器组建自动测试系统，生产线上一个个大的测试柜，快速地进行自动测试、统计、分析、打印出结果。,第一章、自动化仪表基础,工业自动化仪表（基于现场总线技术的主控系统装置及智能化仪表、特种和专用的自动化仪表） 电工仪器仪表（长寿命电能表、电子式电度表、特种专用电测仪表电网计量自动管理系统 ） 科学测试仪器（过程分析仪器、环保监测仪器仪表、

10、工业炉窑节能分析仪器以及围绕基础产业所需的汽车零部件动平衡、动力测试及整车性能检测仪、大地测量仪器、电子速测仪、测量型全球定位系统(GPS)以及其他试验机、实验室仪器等 ）,3、自动化仪表的发展趋势,第一章、自动化仪表基础,环保仪器仪表（大气环境、水环境的环保监测仪器仪表、取样系统和环境监测自动化控制系统产品 ） 仪器仪表元器件（传感器、弹性元件、专用电路、接插件、计数器 ） 医疗仪器（无损诊断成像技术、内窥直视诊断技术、自动手术系统技术、自动化生化分析测试技术及相应分析测试仪器 ） 信息技术电测仪器（电测仪器软件化智能化技术、总线式自动测试技术、综合自动化测试系统、新型元器件测量技术及测试仪

11、器、在线测试技术、信息产业产品测试技术、多媒体测量技术以及相应测试仪器、用电监控管理技术 ） 尖端测量仪器（卫星通信技术在各类测量仪器中的应用技术、声学及超声技术在各类测量仪器中的应用技术）,3、自动化仪表的发展趋势,第一章、自动化仪表基础,仪器仪表产品的总体发展趋势是“六高一长”和“二十化”。“六高一长”高性能、高精度、高灵敏、高稳定、高可靠、高环保和长寿命。“二十化”小型化（微型化）、集成化、成套化、电子化、数字化、多功能化、智能化、网络化、计算机化、综合自动化、光机电一体化；在服务上专门化、简捷化、家庭化、个人化、无维护化以及组装生产自动化、无尘（或超净）化、专业化、规模化。在这“二十化

12、”中，占主导地位、起核心或关键的作用是微型化、智能化和网络化。,3、自动化仪表的发展趋势,第一章、自动化仪表基础,普通仪器仪表早期的仪器仪表以机械和模拟仪器仪表为主，其发展与加工与测试的精度紧密相关。在测试任务或要求确定之后，由系统组建者按照要求，制订出测试大纲；依据测试原理，进行测试设计；参考仪器说明书进行仪器选型，组建成测试系统；在所组建的系统上，进行测试程序的设计，并调试通过；再由人工按照测试程序一步步地完成整个测试任务。在测试任务或测试要求改变时，不但要重新制订测试大纲，而且要重新准备新的测试仪器，重新编制和调试测试程序，就是说，要重复一次上述过程。这个过程中，除了费时、费力、浪费资金

13、外，还隐藏着测试的不准确、记录不完整等致命隐患。,小结,第一章、自动化仪表基础,智能仪器由于微计算机和单片计算机的应用，使得仪器具备了诸如数字滤波、非线性补偿、自动量程变换、快速傅里叶变换（FFT）、误差修正、图象处理、数据库管理等功能，这种仪器在测试任务或要求确定之后，由系统组建者提出设计，由仪器制造商在制造仪器的同时，将测试程序放入仪器内，然后由仪器按照程序自动地完成整个测试任务。这种仪器可以由用户在一定的范围内进行组态，可以由用户输入某些参数，使得仪器的灵活性大为提高。但是，它还是没有解决在测试任务或要求变换以后需要更换测试仪器的问题。,小结,第一章、自动化仪表基础,虚拟仪器随着电子技术

14、的发展，特别是计算机硬件水平成指数形提高和计算机软件技术的飞快进步，使得原来传统的仪器硬件被计算机软件所替代。这种替代使得仪器的功能可以随意修改和定义。这样在测试任务或要求确定之后，由系统操作者在测试开始前，将测试程序输入到虚拟仪器中，由虚拟仪器自动完成整个测试任务。测试程序可以随时修改，随意增删。在测试任务或测试要求改变时，只需要重新输入或修改测试程序，不需要更换其它部件，就可以完成新的测试任务。另外，在某些被测对象的特性未知的情况下，利用虚拟仪器可以测试其特性；在某些被测对象特性已知，但想在其制造出来以前了解其性能的时候，利用虚拟仪器可以模拟其运行过程，并对其性能进行测试，测试结果可以供人

15、们在设计与制造过程中参考。,小结,第一章、自动化仪表基础,模拟 电路,人机 接口,传感器,执行器,显示,小结,第一章、自动化仪表基础,旋钮,中央 处理器,模数 转换器,数模 转换器,数据 存储器,人机 接口,网络 接口,传感器,执行器,网络,键盘显示,小结,第一章、自动化仪表基础,第二章、现代传感技术基础,1、传感器的作用及地位2、基本功能及组成3、传感器的分类4、典型传感器的工作原理及应用5、微型传感集成技术6、评价方法,第二章、现代传感技术基础,1、传感器的作用及地位,信息采集技术传感技术是人类探知自然界信息的触觉，为人们认识和控制相应的对象提供条件和依据。传感器是流程自动控制系统和信息系

16、统的关键基础之器件，其技术水平直接影响到自动化系统和信息系统的水平，自动化技术水平越高，对传感器技术依赖程度越大。,2、基本功能及组成,基本功能：将被测量转换为便于传输的物理量（电量等） 基本组成：敏感元件、转换元件、转换电路,敏感 元件,转换 元件,转换 电路,被测量,输出,与被测量有确定关系的物理量,电路参数量,电量,第二章、现代传感技术基础,2、基本功能及组成,传感器的一般特性,静特性线性度（非线性误差）迟滞重复性灵敏度（灵敏度误差）分辨率、稳定性静态误差（一般取3） 动特性指传感器对随时间变化的输入量的响应特性。,第二章、现代传感技术基础,3、传感器的分类,工作机理物理型、化学型、生物型等 构成原理结构型（场定律）、物性型（物质定律） 能量转换能量控制型、能量转换型 物理原理电、磁电、压电、光电、气电、热电、波式、射线式、半导体式、其它 使用场合位移、压力、振动、温度、流量等 输出信号模拟、数字 转换过程双向、单向,