软包装检测与控制技术
?一、软塑包装行业现状与发展趋势?食品、化妆品、医药等行业的飞速发展，以及包装材料和加工技术的不断提高,软塑包装在许多领域正扮演着越来越重要的角色。
如在食品工业，据预测，以200３年软塑包装的销售额将超过包装加工销售额的56%,其中袋装肉食品以每年2０%的速度增长最快的部分，另据美国华盛顿软包装协会所属的商业和经济研究机构出版的《99年度工业报告》报道,在未来五年,药品包装将成为软包装的第二大经济增长点。
其他如工业品包装、保健类产品的包装,包括肥皂、化妆品、一次性制品及其他零售包装的销售量和销售额增长速度都很快。总之塑料软包装以其特有的色彩艳丽、图案新颖、价格低廉、使用方便等特点覆盖着大量的市场，已渗透到制造领域的每个部分。
目前,软包装行业竞争也日趋激烈,各地纷纷发挥地区优势,来提高产品的质量，目前已形成汕头、余姚、中山、台州、桐城、雄县、东光等为龙头的软包装基地,包装厂积极引进和研制新型包材，以求满足形形色色的包装需要。但同时也有以下问题:
1.市场竞争总体上日趋激烈，在低端产品上尤为突出,竞相压价,产生恶
性竞争，高性能、高附加值的产品不仅少,且质量低。?
2.行业内部包装产品的标准执行不一,国际，行业内默认标准，国际标
准共存,较为混乱,有些企业甚至无标准意识。一些新工艺,新材料目前无标准。
3.现有质量检测设备落后，进口质量检测设备价格高昂，众多的企业处
在两难境地。
4．检测设备利用率不高,做试验仅给出实验报告，较少进行大量的试验进行工艺研究,也存在采购检测设备为应付上级检查,给客户参观的现象。
为此,我国的软塑包装行业应积极研制发展技术含量高的项目,如发展环保型,薄型化,专用多功能化软包装材料;积极引进国际标准和国外先进标准，加快行业标准化工作,提高我国产品的整体水平和参与国际竞争的能力;积极研制开发先进的质量检测设备替代进口高昂产品；积极发挥软
包装行业协会作用，沟通信息，提高质量意识,交流先进经验等，值得商讨。
二、软塑包装复合材料复合强度测试与控制应用
单一的塑料包装越来越少，为了扩大产品用途，塑塑、铝塑等多层复合包装材料日趋广泛,而其复合的质量问题也日益突出。复合材料加工成袋后，暴露在恶劣的环境中或湿气及化学成分影响,复合层很可能造成损害。因此软包装复合强度越高越好，撕开或破坏最为理想,高粘和值可防止复合层脱离，使用高粘度的胶粘剂无疑会达到高质量的复合,但生产成本会随之增加。既能达到要求的复工合,又能节约在本,这就要求对复合层的质量进行检测分析，以求找到恰当的复合因素。以下是测试方法讨论：
１试样准备
1．1 试样尺寸?Ａ法宽度１5.0±０.１mm,长度200mm。用于复合薄
膜等。?B法宽度３0.0±0.２mm，长度150mm。用于人造革、编织复
合袋等。?１.2 试样制备?
将样品宽度方向的两端除去50mm，沿样品宽度方向均匀裁取纵、横
试样各5条。复合方向为纵向。
沿试样长度方向将复合层与基材预先剥开5０mm，被剥开部分不得有明显损伤。若试样不易剥开,可将试样一端约20mｍ浸入适当的溶剂中处理,待溶剂完全挥发，再进行剥离力的试验。若复合层经过这种处理,仍不能与基材的分离,则试验不可进行，直接得出实验报告。
2 状态调节及试验环境
试样应在温度23±2１°C、相对湿度45%-5５%的环境中放置４h以上，然后在上述环境中进行试验。
3 试验速度选择?A法 300±50ｍｍ/mｉｎ;
B法２00±50mm／min。
4 试验步骤?
将试样剥开部分的两端分别夹在试验机（LDＭ-１0０,北京兰德梅克)上、下夹具上，使试样剥开部分的纵向与上、下夹具中心连线重合，并松
紧适宜。试验时，未剥开部分与拉伸方向呈T型,见图1。启动试验机,
该机实时显示力值和试样剥离过程中的剥离力曲线。
5 试验结束自动根据试验所得曲线形状，计算其算术平均值，以牛顿（N）为单位。
6 实验报告如下
6.1 根据所测力值来判定粘合剂的使用情况选择合适的胶粘剂，如北京
高盟公司的几种胶粘剂性能比较
项目 YＨ5０1ＳL YH5０1S(1）进口胶D（１)
剥离强度≥３ 1.8-2.２ 1．４-１.6
１00°水煮优差差?从试验数据可以看出YH501SＬ性能要优于YＨ
５01Ｓ（1)和进口胶D（1）,适合塑塑复合。
6.2 选择不同材料进行复合,ＰＥT/PE,PET／CPＰ,NY／PE等
6.3 根据所显示曲线的波动情况了解复合膜复合的均匀情况；通过曲线叠加来分析本组试样的稳定情况；
*＊* 据此数据来调整车间湿度、溶剂含水量、复合膜硬度、薄膜表面处理的程度、机器张力控制、生产速度、复合压力等生产工艺。
７检测时常见问题解决?
７.１复合膜做T型剥离试验时，要检测的试样总会出现上翻或下摆的
情况，用手固定试样并随试样下拉而移动,也很难使试样形成直角。剥离强度如何做才是准确的呢?
实际上ＧB/T2７91-19９5明确规定“挠性材料与挠性材料胶接的T型剥离试验是在试样的未胶接端施加剥离力,使试样沿着胶接线产生剥离，施加的力与胶接线之间的角度可不必控制”，就是在自由状态下检测力值，
不必控制角度（如图1)。
7.2 与铝箔复合的复合产品，在做剥离试验时，由于铝箔的机械性能很差,试验时一拉就断，无法检测其剥离强度，以无法剥离来说明剥离强度，又不太现实和准确，其强度并非高之无法剥离,有时采用在铝箔面贴胶粘带,然后取样做型剥离试验但显示的力值数据比未贴胶粘带的试样要高的多,此类情况该如何处理才能准确反映复合产品的剥离强度?
实际上GB８80８-88明确规定“塑料复合在塑料或其它基材(铝箔、纸等)上各种软质复合塑料测定原理沿式样长度方向将复合层与基材预剥皮
50mｍ,被剥开部分不得有明显损伤。若试样不易剥开，可将试样一端约２0mm浸入溶剂中处理待溶剂完全挥发，在进行剥离试验,若经过这种处理,仍不能与基材分离则试验不可进行”。此类情况可按国际规定做出试验不可进行的结论，说明基材与铝箔的剥离力远大于铝箔自身的撕裂力。作为企业研究其剥离力,在铝箔面粘贴胶粘带后做试验,其结果完全可以做为参考,通过对比来衡量该复合膜的质量。大量的研究表明基材对此类剥离强度有一定的影响,不同种类的基材具有不同的模量，而基材的模量又影响基材发生形变时的所需要的能量,从而影响剥离强度,它随基材厚度的增大而增大，因此在讨论该类产品的剥离性能时,要注明基材的种类和厚度、所用胶粘带的种类和厚度，否则测试的数据就失去了参考价值。７．3 三层或多层复合产品结构,如BOPP印刷/ＰE／Vm－ＣPP,有时在检测第一层或第二层的剥离强度,同时把第一层或第二层拉脱,这样所检测的各层间的剥离强度就不真实和准确，有什么办法避免这种情况？在检测三层或三层以上复合结构时，有没有规定先从那一层起，次序如何？国际标准对此没有明确的规定,因此我们做此类试验后结果不但要注明剥离强度,而且要注明试验过程中出现的现象。据大量的试验表明多层复合膜各层之间的剥离强度都不一样，国家无相关的规定，企业可依据自己的实际情况制定企业标准试验方法。一般原则是在同一试样上不得同时剥离各层做试验,多层复合膜的剥离以中间层为准。
三、软塑包装材料的摩擦系数的测试可以控制和调节包装袋的开口性，包装机的包装速度等生产质量工艺指标。摩擦系数测试适合一般指厚度在0.2以下的非粘性数塑料薄膜和薄片。
测试方法讨论如下
1．1 试样尺寸? 1.1.1 每次测量一般需要二个
1 试样及其制备?
8cm×20cm的试样。
1.1.2 如果样品较厚或刚性较大，固定到滑块上必须用双面胶带时，一个试样的尺寸应与滑块底面尺寸（60 mm×63mm）一样。
2.2 试样的裁取?试样应在样品整个宽度或圆周（管膜时)均匀裁取。2．３试样的面和方向?
如样品的正反面或不同方向的摩擦性质不同,应分别进行试验。通常，试样的长度方向(即试验方向)应平行于样品的纵向(机械加工方向）。
2.４.１试样应平整、无皱纹和可能改变2.4 对试样和试验表面的要求?
摩擦性质的伤痕。试样边缘应圆滑。
2.4.2 试样试验表面应无灰尘、指纹和任何可能改变表面性质的外来物质。
2．5 试样的数量,每次试验至少测量三对试样。如需要更高的试验精度，可增加试样数量。
3 试样的状态调节和试验的标准环境?
在温度２３±21°C、相对湿度45%-55％的标准环境下进行试样状态调节至少16h。然后在同样环境下进行试验。
4 试验步骤(设备电子拉力机ＬＤM-１００,北京兰德梅克）?４．1 薄膜（片）对薄膜(片）时的测定
4.1．１将一个试样的试验表面向上，平整地固定在水平试验台上。试样与试验台的长度方向应平行。
4.１．2 将另一个试样的试验表面向下,包住滑块,用胶带在滑块前沿和上表面固定试样。
4．1.３如试样较厚或刚性较大,有可能产生弯曲力矩使压力分布不匀时,应使用１.１.2所规定的6３ｍm×６3mm试样。在滑块底面和试样非试验
4.1．４将固定有试样的滑块无冲击地放表面间用双面胶带固定试样。?
在第一个试样中央，并使两试样的试验方向与滑动方向平行且测力系统恰好不受力。
然后启动试验
两试样接触后保持１５s后，两试样相对移动，力的第一个峰值为静摩擦力Ｆs。?两试样相对移动6cm内的力的平均值（不包括静摩擦力）为动摩擦力Fd。此过程均为自动控制。
4.1.5 测试过程中，如在静摩擦力之后出现力值振荡，则不能测量动摩擦力。此时应取消滑块和负荷传感器间的弹簧,单独测量动摩擦力。由于惯性误差,这种测量不适用于静摩擦力。
4.1.6 当所测对象的摩擦系数小于0.００6时,建议使用北京兰德梅克设备配置的５00ｇ的滑块,以求准确。
5.1静摩擦系数?静摩擦系数由式（2）计算:
5 试验结果表示?
式：μs——静摩擦系数;
Ｆs——静摩擦力，N;?Ｆｐ——法向力，N。
５.２动摩擦系数?动摩擦系数由式(3）计?式中:μｄ——动摩擦系数;?Fd——动摩擦力,N;
Ｆｐ——法向力，N
5.3摩擦系数仪连接软件,打印测试报告如下?其中静标准差δs，动标准差δｄ分别表示静动摩擦系数的置信度，
Us可信度＝（1-δs）×10％?Ｕd可信度=(1-δd）×100%
有效判断该组试验数据的准确性,并且必须保证同时做两次试验Ｕs,Ud 以上才有意义。
在复合软包装行业一般要求内袋动静摩擦系数小与0.3。对于生产膜类包装材料厂家,通过测试可选择树脂中的开口剂、爽滑剂和种类和含量来控制摩擦系数，达到用户要求。
四、包装材料的透气性测试与控制?
包装材料的透气性能研究，在医药、食品行业尤其重要，其直接影响产品的质量。单一薄膜无法满足软包装的总体需求,近年来多层复合膜以优异的阻隔性、耐化学性等优势广泛应用与各领域,其中起关键作用的就是阻隔层材料。
不同包装物对材料的透气性要求不同。在食品行业来看，最重要的阻隔性是氧气阻透性,一般分类为（以透氧量为例)０-5cm３/m2?aｔm?24h称为高阻隔,主要用在牛奶、保鲜膜、特殊的药品等包装,5－２００
cm3/m2?atm?2４h之内为中阻隔主要用在一般食品袋，2０0cｍ３/m2？ａ
ｔm？24ｈ以上为低阻隔,主要用在无任何要求以及需要蒸煮消毒特殊包装等。现在市场上透气性测试设备与方法比较如下
１.国际上测试方法较多,有浓度差法、压差法等。
２.国际上透气仪品牌有美国膜康、丹麦PＢＩ、日本东洋精机等，他们校正仪器一般使用标准物质,而标准物质保存要求极为严格,校准比较困难。据大量的测试数据表明，仪器之间因校准困难使得测试结果可比性不强,且测试时间均较长，价格高昂。
3 BＴＹ-B１透气性测试仪采用高精度的传感设备－微差压变送器,采用电涡流原理避免硅油使用，操作安全,避免传统真空发泄漏的缺点,价格适中。并且校准使用压力校验仪，直观、精确、方便。
下面讨论的测试方法（透气性测试仪为例)是采用压差法，测试原理是在一定的温度下，试样两侧保持一定的气体压差,测量度样低压测的气体压力变化，计算透气系数和透气量。具体步骤如下：
1 试样及预处理
1．1 试样直径为７5mm
1.2 试样无皱褶、表面清洁。
1．3 每组试样３个
１.4 试样在无水氯化钙干燥器中干燥24h,或按产品标准规定处理。
2．１温度：２5±2°Ｃ或按产品标准规定。
2 试验条件?
2.２压力：上下腔压力差1atm
2.3 气体种类按使用要求选择,并需干燥。O2，Ｎ２或其他气体。
3 试验步骤
3.1 测量试样厚度，至少测量5点,取算术平均值。
3．2 将试样放在粗滤纸(直径66mm）上，密封于透气室中,启动试验全过程自动测试，结束后，弹出透气性测试仪报告
４通过对透气性的测试数据可用来指导包装膜的生产?４.１可选用包装膜的成分包括基础树脂如ＬDPE、ＬLDＰE、PP，ＢＯPＰ，PE等
?4．2 可选择阻隔涂层材料如EVOP、PA、PVＤC;其中ＰVDＣ是目前唯一被美国ＦDA认可与食品接触的高阻隔透明材料，以BＯPＰ为例,涂
覆后透氧率降低１000倍。?４．3 可进行阻隔涂层的工艺研究，根据需要可以是单面，或双面，也可多层涂覆阻隔层。或进行涂层方法选择如真空镀铝、物理或化学沉积法涂覆氧化硅等。
五、软塑包装封口强度测试与因素分析
封口强度对包装材料来讲是一个重要性能指标,对任何一种软包装材料都要做成包装袋来包装各种商品,包括商品都要热封或粘接来封口，达到包装目的。封口要有一定的强度才能够承受一定重量的内装物的压力，保证商品在流通过程中不开裂。包装袋封口一般有粘接和热封两种方式。粘接在粘合剂作用下，使薄膜表面与另一表面结合在一起，它广泛用于纸张印刷制品。薄膜与纸张、薄膜与铝箔等多层复合薄膜的粘合。粘结强度主要取决于材质和粘合剂种类。
热封是利用外界条件(电加热、超声波等）是塑料薄膜的封口部位变成粘流状态，借助刀具压力使薄膜融合为一体,冷却后保持一定强度。热封工艺的三大因素热封温度、压力、时间,其中主要是温度。根据材为的不同和料袋运动状态需要不同的热封因素，三者必须协调配合才能获得好的热封质量。
因此在实际大规模生产之前，要进行大量的实验来确定恰当的热封参数,在生产中也要定期抽检，以便监控袋的热封质量。测试方法讨论如下：
1 试样
1.1 取样方向?分别在塑料薄膜包装袋侧面、背面、顶部或底部,与热合部位成垂直方向上任取试样，各自作为包装袋侧面、背面、顶部或底部的
1.2形状与尺寸
热合试样。?
试样宽为15±0.１mm,展开长度为1００±1ｍm。但当不能取到展开长度为１00±1mｍ的试样时,用玻璃纸粘接带粘接与袋相同材料，使试样展开
1．３试样数量?按1．1规定每个部位裁取试样长度为１00±１mm。?
1０条（至少从５个塑料薄膜包装袋上）。
1.4 状态调节。?试样应在下列环境中至少作4ｈ状态调节；?温度：23±2°C，相对湿度:常湿状态
2 试验步骤(以(ＬDM-100电子拉力试验机为例)
将经状态调节后的试样,以封口部位为中心线,展开呈180°Ｃ,把试样的两端分别夹在试验机的两个夹具上，应使试样纵轴与上下夹具中心连线相重合,并要松紧适宜，以防试样滑脱和断裂在夹具内。调整夹具间距离,设置试验速度为300±20mｍ/ｍｉn,启动试验，自动进行力值判断,当Ｆ
n+1>Fn寄存Fｎ＋1值,当Fｎ+１试验过程中，若试验样断在夹具内,则此试样作废,另取试样补做。封口未拉开，材料本身断裂,此种情况封口强度大于塑料薄膜拉断力时，应予考虑生产工艺。
３计算?试验结果自动以N/15ｍm表示?各类袋封口强度推荐参考如下表。
4 根据力值测试来调整封口时的因素
４.１热封树脂厚度：封口强度与树脂厚度基本上成直线正比上升。包装形式封口强度N/15ｍm(kgf/15mm）大包装 3４．4（3．５）复合袋２2.６-3４．3（2.3-3．５)一般包装，内容量较大 14．7－2２.6（1.5-2．3）一般包装，内容量较小 5.9－14.7(0．６－１．5)一般轻包装 2．9-5.9(0.3-0.６)
4.２热封温度:温度太低，薄膜不能全部融合;温度太高,薄膜易产生变形。严重的会烫伤。因此必须随各种薄膜的不同来加以调节。
4.3 热封时间:在一定压力下温度越高，时间相应的越短。
4.4 热封压力:使以压力可以增加封接处的强度，但压力过大会使接缝处薄膜强度削弱。
4.5 薄膜材质的选择以及表面处理的不同都对封口强度有影响。
总之在实际生产中必须因地制宜选择合适的参数，以达到最佳的生产工艺。
五、软塑包装的密封性检测
软包装的密封性亦是一项重要性能指标，特别是食品、医药包装、日化等行业,密封性将直接影响产品的质量。密封性不好是造成日后渗漏腐
败的主要原因。测试方法有
着色液浸渍法
通常适用于空气含量极少的复合袋情况。?方法是将试样内装物取出,然后将试样内部擦净将试验液体(与滤纸有明显色差的着色水溶液）倒入试样内,并将口部封好。将试样在滤纸上放置5mｉn以上,观察试验液体从试样内向外泄漏情况。然后翻转试样，对其另一面进行试验即可。?水中减压法?通常适用与空气含量较多的复合袋情况。
最常用的方法是使用密封性试验仪（Ｃ－80，北京兰德梅克）特点如下1．采用先进的真空发生器，正压变负压形成稳定的空气源，避免传统的真空泵脉动、杂质（油)含量高等缺点。
2．高精度电子压力传感器实时显示测试容器内真空度，微电脑自动控制,试验参数(真空度，保持时间)随意设定。?
测试方法参照ＧＢ/T15171-9４,在真空室内放入适量的蒸馏水,再将其浸入水中。此时，试样的顶端与水面的距离不得低于25mm。盖上真空室的密封盖,分别调至下列数值之一；20、3０、５0、9０kPa，保持该真空度30s。
所设置的真空度值根据试样的特性（如所用包装材料、密封情况等）或按有关产品标准的规定确定。但不得因试样的内外压差过大,使试样发生破裂或封口处开裂。
试验过程中注意观测形成真空时和真空保持期间试样的泄漏情况,观察其有无连续的气泡产生,出现孤立的气泡不视为泄露。
通过密封性的测定来衡量包装袋的质量，进而来判定封装工艺的合理性。
检测技术与自动化装置
method 线性系统理论Linear system theory 362秋 机器人控制与自主系统Robotic contr ol and autono mous system 543春 计算机控制理论与应用Computer con trol system th eory and its application 543春 自动测试理论Automatic me asurement the ory 543春 运筹学Operation res earch 543秋 系统工程理论与应用System engin eering theory and its appli cations 543春 复杂系统建模与仿真Modeling and simulation o f complex sy stems 543秋 非 学位课现代控制理论 专题 Special topic of modern co ntrol theory 362 鲁棒控制系统Robust contro l systems 362春 最优控制Optimal contr ol 362春 自适应控制Adaptive Con trol 362春
最优估计与系统辨识Optimal estim ate and syste m identificati on 362春 过程控制Process contr ol 362秋 非线性控制系统Nonlinear con trol systems 362春 离散事件动态系统Discrete event dynamic syst ems 362春 PETRI网Petri net362秋 人工智能原理及应用Artificial intel ligence theory and its appli cations 362春 智能化方法与技术Intelligent me thod and tech nology 362 模糊理论与应用Fuzzy theory and applicatio ns 362春 模糊逻辑控制系统Fuzzy logic c ontrol system 362春 人工神经网络Artificial neur al network 362秋 遗传算法与进化算法Genetic and e volutional alg orithm 362春 实时控制系统Real-time con trol systems 362秋 机器人视觉Robotic visio362春
智能检测系统
1.智能检测装置：主要形式：智能传感器、智能仪器、虚拟仪器和智能检测系统； 2.非电量检测：温度检测（热电式传感器，光纤温度传感器，红外测温仪，微波测温仪）压力检测（应变式压力计，压电式压力计，电容式压力计，霍尔式压力计）流量检测（电磁流量计，超声波流量传感器，光纤漩涡流量传感器）物位检测（电容式液位传感器，超声波物位传感器，微波界位计）成分检测（红外线气体分析仪，半导体式气敏传感器） 3.流量检测：流量的定义为单位时间内流过管道某一截面的体积或质量，因此，流量分为体积流量和质量流量；分为：电磁流量计，超声波流量传感器，光纤漩涡流量传感器；流量检测包括：○1.电磁流量计：电磁流量计是以电磁感应原理为基础的。它能检测具有一定电导率的酸碱盐溶液，腐蚀性液体以及含有固体颗粒（泥浆，矿浆）的液体流量。○2.超声波流量传感器:超声波流量传感器是利用超声波在流体中传输时，在静止流体和流动流体中的传播速度不同的特点，从而求得流体的流速和流量。○3.光纤漩涡流量传感器:光纤漩涡流量传感器是将一根多模光纤垂直的装入管道，当液体或气体流与其垂直的光纤时，光纤受到流体涡流的作用而振动，振动的频率域流速有关，测出该频率就可确定液体的流速。 4.智能仪器：就是一种以微处理器为核心单元，兼有检测、判断和信息处理功能的智能化测量仪器；按实现方式划分，智能仪器有非集成智能仪器和集成智能仪器两种形式；构成：（1）.硬件：传感器、主机电路、模拟量输入/输出通道、人机接口电路、标准通信接口；（2）.软件：监控程序、接口管理程序、数据处理程序；功能：具有逻辑判断、决策和统计处理功能；具有自诊断、自校正功能；具有自适应、自调整功能；具有组态功能；具有记忆、存储功能；具有数据通信功能；特点：高精度、多功能、高可靠性和高稳定性、高分辨率、高信噪比、友好的人机对话能力、良好的网络通信能力、自适应性强、高性价比；发展趋势:多功能化、智能化、微型化、网络化； 5. 非集成智能仪器：也称为微机嵌入式智能仪器，即将传统的传感器、单片机或微型计算机、模拟量输入输出通道、标准数据通信接口、人机界面和外设接口等分离部件封装在一起，组合为一个整体而构成；特点：一般为专用或多功能产品，具有小型化、便携式、低功耗、易于密封、适应恶劣环境、低成本； 6.虚拟仪器：以通用的计算机硬件和操作系统为依托，增加必要的硬件设备，通过计算机软件使其具备各种仪器的功能；由信号采集与控制单元、数据分析与处理单元、数据表达与输出单元等三大部分组成。特点：增强了传统仪器的功能、软件就是仪器、自由定义仪器，仪器开放灵活、开发费用更低，技术更新更快； 7.虚拟仪器总线：VXI总线将传统的消息基仪器和寄存器基仪器统一在同一环境下，不仅为各个仪器模块提供了定时和同步的能力，而且还提供了开放的，标准化的高速处理器总线。使用户开发虚拟仪器更为灵活，效率更高，保证了系统的稳定性和高性能。 8.现场总线：一种安装在制造和过程区域的现场设备/仪器与控制室内的自动控制装置/系统之间的一种串行、数字式、双向传输和多种分支结构的通信网络；是计算机技术、通信技术和控制技术的综合与集成。含义表现在六个方面：（1）现场通信网络与信息传输的数字化（2）现场设备的智能化与互连（3）互操作性（4）分散功能块（5）通信线供电（6）开放式互连环境；现场控制总线的特点和优势：特点：（1）1对N结构减少传输电缆、节约硬件设备（2）可靠性高（3）可控性好（4）互换性好（5）互操作性好（6）分散控制（7）统一组态；优势：（1）增强了现场级信息集成能力（2）开放式、互操作性、互换性、可集成性（3）系统可靠性高、可维护性好（4）降低了系统及工程成本；现场总线通信协议一般由底层到上层可分为现场设备层、过程监控层和企业管理层三个层次。现场总线的网络拓扑结构主要有三种：（1）星状结构（2）树状结构（3）环状结构；现场总线的数据通信模式有三种:对等式、主从式、客户/服务器式。典型的现场总线:（1）CAN（控制局域网）（2）Lon Works（局域操作网）（3）Profibus（过程现场总线）（4）HART（5）FF（6）Ethernet（工业以太网）
智能检测技术及仪表习题参考答案
智能检测技术及仪表习题答案 1．1什么是测量的绝对误差、相对误差、引用误差？ 被测量的测量值x与被测量的真值A0之间的代数差Δ，称为绝对误差（Δ=x- A0）。 相对误差是指绝对误差Δ与被测量X百分比。有实际相对误差和公称相对误差两种表示方式。实际相对误差是指绝对误差Δ与被测量的约定真值（实际值）X0之比(δA=Δ/ X0×100%)；公称相对误差是指绝对误差Δ与仪表公称值（示值）X之比（δx=Δ/ X×100%）。 引用误差是指绝对误差Δ与测量范围上限值、量程或表度盘满刻度B之比(δm=Δ/B×100%)。 1.2 什么是测量误差？测量误差有几种表示方法？他们通常应用在什么场合？ 测量误差是指被测量与其真值之间存在的差异。测量误差有绝对误差、相对误差、引用误差三种表示方法。绝对误差通常用于对单一个体的单一被测量的多次测量分析，相对误差通常用于不同个体的同一被测量的比较分析，引用误差用于用具体仪表测量。 1．3 用测量范围为-50～＋150kPa的压力传感器测量140kPa压力时，传感器测得示值为142kPa,求该示值的绝对误差、实际相对误差和引用误差。 Δ=142-140=2kPa; δA=2/140=1.43%;δx=2/142=1.41%;δm=2/(50+150)=1% 1.7 什么是直接测量、间接测量和组合测量？ 通常测量仪表已标定好，用它对某个未知量进行测量时，就能直接读出测量值称为直接测量；首先确定被测量的函数关系式，然后用标定好的仪器测量函数关系式中的有关量，最后代入函数式中进行计算得到被测量，称为将间接测量。在一个测量过程中既有直接测量又有间接测量称为组合测量。 1.9 什么是测量部确定度？有哪几种评定方法？ 测量不确定度：表征合理地赋予被测量真值的分散性与测量结果相联系的参数。 通常评定方法有两种：A类和B类评定方法。 不确定度的A类评定：用对观测列进行统计分析的方法来评定不确定度。 不确定度的B类评定：用不同于对观测列进行统计分析的方法来评定不确定度。 1.10检定一块精度为1.0级100mA的电流表，发现最大误差在50mA处为1.4mA,试判定该表是否合格？它实际的精度等级是多少？ 解：δm=1.4/100=1.4%,它实际的精度为1.5,低于标称精度等级所以不合格。 1．11某节流元件（孔板）开孔直径d20尺寸进行15次测量，测量数据如下（单位：mm）: 120.42 ,120.43,120.40,120.42,120,43,120.39,120.30,120.40,120.43,120.41,120.43,120.42,120.39,120.39,120.40试检查其中有无粗大误差？并写出测量结果。 解：首先求出测量烈的算术平均值： X =120.40mm 根据贝塞尔公式计算出标准差 ?=（∑v i2/(15-1)）1/2=0.0289 3 ?=0.0868 所以，120.30是坏值，存在粗大误差。 去除坏值后X =120.41mm，?=（∑v i2/(14-1)）1/2=0.011 3 ?=0.033 再无坏值 求出算术平均值的标准偏差?x= ?/(n)1/2=0.011/3.87=0.003 写出最后结果：（Pc=0.95,Kt=2.33） 120.41±Kt?x=120.41±0.01mm 2.3 什么是热电效应？热电势有哪几部分组成的？热电偶产生热电势的必要条件是什么？ 在两种不同金属所组成的闭合回路中，当两接触的温度不同时，回路中就要产生热电势，这种物理现象称为热电效应。热电势由接触电势和温差电势两部分组成。热电偶产生热电势的必要条件是：两种不同金属和两个端点温度不同。 2.5什么是热电偶的中间温度定律。说明该定律在热电偶实际测温中的意义。 热电偶在接点温度为T、T0时的热电势等于该热电偶在接点温度为T,Tn和Tn、T0时相应的热电势的代数和。 E AB(T、T0)= E AB(T、Tn)+ E AB(Tn、T0)。这主要用于冷端温度补偿。 2.9热电偶的补偿导线的作用是什么？选择使用补偿导线的原则是什么？
智能照明系统检测方案
智能照明系统检测，安装，调试与验收 系统硬件，软件，中央工作站检测 1.中央工作站应尽量与BA系统集成，实现照明系统的中央检测功能，根据需要， 实现必要的中央联动控制。 1.系统控制回路应与电源回路严格分开，控制回路的工作电压为超低安全电压 DC24V，保证在任何情况下，人体接触到的开关、感应器等设备都是安全电压。 系统的拓扑结构应清晰，容量易于扩展。 2.系统能够实现多点控制，包括就地控制、中央管理室的集中控制。 3.系统应能够实现中央计算机的监测和必要的联动控制。 4.控制回路总数可扩展，每条线路可连接64个总线装置，系统所使用的总线装 置可多达12000个。 5.控制面板要求带LED显示，可实现多种功能：开关、场景选择等，能实现至 少8种场景的快捷控制；一位、四位和八位等规格，带夜间背光功能。并能实现就地的编程控制。有开关状态指示； 6.双值驱动器 a)驱动器具备开关状态显示信号、系统状态提示信号等，并且有手动开关 可以控制。 b)驱动器模块就应为标准DIN导轨安装，驱动器尺寸与微型断路器尺寸相 似，便于配电箱统一安装。 c)应有分组及延时开灯功能，以防止灯集中启动时的浪涌电流。 7.系统应具有功能强大的接口软件，能方便的与BAS系统集成。 8.系统编程软件应采用完全图形化的方式，人机界面友好，易于掌握。主要用 于对系统元件进行参数设定。监控软件应将系统中各个回路的状态实时反映在图形化界面上，可以直接在计算机上控制各个回路。另外应可根据编好的时间程序自动控制照明。 9.应提供满足系统运行功能、二次开发、维修维护以及符合开发系统标准的系 统软件、应用软件和应用编程软件包等全套软件。 10.系统平台应按实时、多用户和多进程对资源进行分配和管理。系统将拥有事件驱动顺序以及优化结构装配，以便系统能在正常巡检控制的同时及时响应处理实时
智能检测与信号处理技术的发展与应用概要
智能检测与信号处理技术的发展与应用 摘要:实现检测系统的智能化,是获得高稳定性、高可靠性、高精度以及提高分辨率和适应性的必然趋势。本文介绍了智能检测系统的形成、特点和一般结构,阐述了智能传感器技术的发展趋势。同时,讨论了信号处理的目的和方法。最后,以加速度传感器在车辆载荷检测中的应用为例,介绍了智能检测与信号处理在工程中的具体应用。 关键词:智能检测;信号处理;加速度传感器 The Development and Application of Intelligent Measuring and Signal Processing Technology Abstract: the realization of Intellectualized detection is not only the way to gain higher stability reliability, and precision, but all so the trend to improve resolution and adaptability .In this paper ,the shaping, the Characteristics and general structure of Intelligent detection system are introduced.The development of intelligent sensor are expounded. At the same time, the aim and method of Information processing are discussion. At last, application of acceleration sensor in vehicles load measurement based on capacitances is took as the example to describe the application of intelligent detection system in the engineering. Key words: Intelligent detection; signal diagnose; acceleration sensor 0 引言 随着计算机和信息技术的发展,传感器技术的进步,检测技术水平得到了不断提高。传感器技术作为一种与现代科学密切相关的新兴学科正得到迅速的发展,并且在许多领域被越来越广泛的利用。它融合了人工智能原理及技术, 人工神经网络技术、专家系统、模糊控制理论等等,使检测系统不但能自校正、自补偿,自诊断,还具有了特征提取、自动识别、冲突消解和决断等能力 [1]。智能检测和信息处理技
控制工程基础测试题1_2_3
机械工程控制基础A 卷参考答案 一填空题:(每空1分,共30分) 1. 构成控制系统的基本环节通常有1. 给定环节、 2. 比较环节、 3. 放大环节、 4. 执行环节、 5.控制环节、 6.被控对象、 7.反馈环节（或测量环节）。 2. 理论上而言，零型伺服控制系统适用于对8. 线位移或角位移信号进行跟踪；I 型伺服系统适用于对9. 线速度或角速度信号进行跟踪；II 型伺服系统适用于对10. 线加速度或角加速度信号进行跟踪。 3. 系统的时间响应中，与传递函数极点对应的响应分量称为11. 动态分量、与输入信号极点对应的响应分量称为12. 稳态分量。 4.传递函数中的基本环节按性质可分为五类，即13.比例环节 、14. 微分环节、1 5. 惯性环节 、1 6. 积分环节 、1 7. 延迟环节。 5. 时域分析方法中，常使用的性能指标有：18.延迟时间、19.上升时间、20.峰值时间、21.调节时间、22.最大超调量、23.稳态误差（或偏差）。 6.经典控制理论中，常使用的校正方式有：24. 串联校正、25.反馈校正、26.前馈校正。 7..伯德图(Bode)用27.对数幅频特性坐标系和28.半对数相频特性坐标系分别描述系统的幅频特性和相频特性。 8. 奈奎斯特稳定性判据中N=Z-P ，Z 代表特征函数在右半平面的29.零点数、P 代表特征函数在右半平面的30.极点数。 二.用等效变换法求如下系统传递函数C(S)/R (S):(12分 ) 答案为：2 323211213 211)(H G G G G G H G G G G G S G ++-= 三.质量-弹簧-阻尼系统，试求在作用力F 作用下，质量块M 的位移方程:(8分) 案：牛顿定律： ∑=ma F 可得 答 F ky dt dy fm dt y d m dt y d m dt dy f ky F =++?==--22 2 2 四.已知系统的特征方程为43251020240s s s s ++++=，使用劳斯判据判断系统的稳定性:(10分) 答案： 4 s 1 10 24
检测技术与控制工程 教学大纲
《检测技术与控制工程》课程教学大纲 一、课程的地位、目的和任务 本课程地位： 检测技术与控制工程是高等院校机械电子工程、机械设计制造及其自动化等专业的专业课程。本课程在教学内容方面应着重于介绍机电一体化系统中传感器与检测技术与计算机控制技术的基本知识、基本理论和基本方法，在培养实践能力方面应重视设计构思、创新意识和设计技能的培养。 本课程目的： 1.学生获得传感器、自动检测方法及计算机控制系统的组成及特点等方面的基本知识和基本技能； 2.将所学到的自动检测技术与计算机控制系统灵活地应用于今后的工作、生产实践中去。 本课程任务： 1.掌握各种传感器的原理及应用； 2.具备自动检测技术方面的基本知识和基本技能； 3.掌握计算机控制系统的组成和特点； 4.掌握计算机控制系统的应用程序设计及实现技术； 5.初步形成解决生产实际问题的能力。 二、本课程与其它课程的联系 前修课程：电工电子技术、c语言程序设计。 后修课程：机械创新设计等。 三、教学内容及要求 第一章绪论 教学要求： 掌握机电一体化的基本概念、关键技术，了解机电一体化的典型产品与发展趋势。 重点：机电一体化的基本概念、关键技术 难点：机电一体化的关键技术 教学内容： 第一节机电一体化的基本概念 （一）机电一体化的定义 （二）机电一体化系统构成要素
（三）机电一体化系统分类 （四）机电一体化系统特点 第二节机电一体化技术与产品 （一）机电一体化的理论与技术基础 （二）机电一体化的关键技术 （三）典型的机电一体化产品 第三节机电一体化的发展历史及趋势 （一）机电一体化的发展历史 （二）机电一体化的发展趋势 第二章传感器与检测技术 教学要求： 了解传感与检测技术的基本概念；掌握应变与应力、压力、位移、流量、温度等典型物理量的检测技术及其相应传感器的测量原理。 重点：传感器的基本概念；力传感器、压力传感器、温度传感器等的测量原理。 难点：各种传感器的工作原理、适用场合及选型。 教学内容： 第一节传感与检测技术概述 （一）检测技术基础 （二）传感器的基本概念 （三）传感器和检测系统的基本特性 （四）传感与检测系统的发展趋势 第二节应变与应力的检测 （一）电阻应变效应 （二）电阻应变片 （三）测量电桥 第三节应力的直接检测 （一）压电效应 （二）压电传感器及其等效电路 （三）压电式测力传感器及其应用 第四节位移量的检测 （一）常用位移测量方法 （二）电阻式位移传感器测量位移 （三）电感式位移传感器测量位移 （四）电容式位移传感器测量位移 （五）数字式位移传感器测量位移 第五节流量的检测 （一）流量的特征 （二）介入式流量检测方法 （三）非介入式流量检测方法 第六节温度的检测
智能家居监测控制系统的设计方案
智能家居监测控制系统的设 计方案 第一章绪论 1.1智能家居监测控制系统的发展及现状 由现在科技的发展可推知未来智能家居将向固定终端控制、智能手机控制、无线与有线网络控制系统方向发展。 (1)终端控制，在现在电子技术高度发达和快速发展的今天，未来智能家居控制系统走进千家万户将不只是一个设想，通过一个终端控制屏实现对家庭内部温度，湿度，气体成分等的智能监测和控制。 (2)智能手机，手机的出现实现了以前只有在小说和神话中才能实现的顺风耳和千里传音，缩短了人与人之间的距离，极大的丰富了人们的生活，特别是智能手机的出现将手机的应用提高到了另一个平台。不论人们在何时何地在做什么事基本上都是离不开智能手机，为此将智能手机应用于智能家居是一个明智的选择而且也是智能家居发展的必然趋势，从此手机不仅仅是打电话、发信息和上网的娱乐工具，而且还是随时随地掌控家居内的一切，如防火防盗等的不二选择。通过将智能家居的客户端软件嵌入到智能手机中，只要动动手指就可以实现对家庭内部的远程监测与控制。 (3)无线与有线控制系统有机融合。 1.1.1智能家居的国内外现状 (1)国内现状 我国的智能家居从1994年萌芽至今得到了快速的发展，是继房地产行
业后又一大发展热潮，随着软件协议与硬件技术开始不断的融合，各大行业进军智能家居市场，我国的智能家居行业进入了发展的黄金时期。但是较国际国外智能家居行业起步晚，还没有形成统一的国家标准，这是对我国智能家居的发展是不利的，但是总体来说，我国的智能家居还是取得了相当可观的成果的。如： ①海尔公司推出的e家庭，以电脑作为整个系统的控制中心，利用网络技术将各种家庭用电设备联系起来，利用海尔推出的手机作为远程控制器，使一些用电设备实现远程和智能控制成为可能。 ②另外，清华同方研发的e-home，使用嵌入式技术和网络技术，基于国际成熟的智能家居技术，针对中国家庭的实际情况设计和制造，可谓是为整个中国家庭量身制作的。 但是就目前智能家居的发展状况来看，整个智能家居市场只适合中高消费人群，远远还未走进千家万户，中国智能家居的设计和制造技术和成本还有待改善。随着国内各大软、硬件机构正在积极渗入智能家居行业，为智能家居行业注入新鲜的血液，可以展望我国的智能家居前途将是一片大好。 （2）国外现状 国外智能家居起步较早，从1984年美国出现第一栋智能建筑以后，美国、加拿大和欧洲等一些发达国家就开始研究和退广智能家居，而且现在智能家居技术已相当成熟，最具代表性的智能家居有： ①美国推出的X-10系统，该系统不是使用一般数字设备控制的信号线利用低电平传输信息，而是利用电力线作为控制的网络平台，采用集中控制方式实现。这套的功能较为强大，而且不需要额外的布线，安装时也省去了在墙上打孔等的不便，因此实现起来是很容易被广泛的家庭接受，操作起来
控制工程基础应掌握的重要知识点
控制工程基础应掌握的重要知识点 控制以测量反馈为基础，控制的本质是检测偏差，纠正偏差。 自动控制系统的重要信号有输入信号、输出信号、反馈信号、偏差信号等。 输入信号又称为输入量、给定量、控制量等。 自动控制按有无反馈作用分为开环控制与闭环控制。 自动控制系统按给定量的运动规律分为恒值调节系统、程序控制系统与随动控制系统。 自动控制系统按系统线性特性分为线性系统与非线性系统。 自动控制系统按系统信号类型分为连续控制系统与离散控制系统。 对控制系统的基本要求是稳定性、准确性、快速性。 求机械系统与电路的微分方程与传递函数 拉普拉斯变换： 拉普拉斯反变换 拉普拉斯变换解微分方程 传递函数是在零初始条件下将微分方程作拉普拉斯变换，进而运算而来, 传递函数与微分方程是等价的, 传递函数适合线性定常系统。 ) a s (F )t (f e at +→- ) s (F e )T t (f TS -→-
典型环节传递函数： 比例环节K 惯性环节 一阶微分环节 二阶微分环节 传递函数框图的化简 闭环传递函数 开环传递函数 误差传递函数 闭环传递函数是输出信号与输入信号间的传递函数。 误差传递函数又称偏差传递函数，是偏差信号与输入信号间的传递函数。 系统输出信号称为响应，时间响应由瞬态响应与稳态响应组成。 系统的特征方程是令系统闭环传递函数分母等于零而得。 特征方程的根就是系统的极点。 1S +τ 1 S 2S 2 2+ζτ+τ
一阶惯性系统 特征方程为： 系统进入稳定状态指响应c(t)进入并永远保持在稳态值c(∞)的允许误差范围内，允许误差常取2%或5% 调整时间 特征方程为： 特征方程的根（即极点）为： ??? ??±=?±=?=% 2,T 4%5, T 3t s n ω无阻尼自由振荡频率ζ 阻尼比0 S 2S 2 n n 2=ω+ζω+一对虚极点 无阻尼,j S ),(0n 2,1ω±==ζ不能用 系统振荡会越来越大,,0<ζ0 1T S =+
《控制工程基础》习题集
第一部分：单选题 1.自动控制系统的反馈环节中必须具有[ b ] a.给定元件 b ．检测元件 c ．放大元件 d ．执行元件 2. 在直流电动机的电枢回路中，以电流为输出，电压为输入，两者之间的传递函数是[ a ] a ．比例环节 b ．积分环节 c ．惯性环节 d ．微分环节 3. 如果系统不稳定，则系统 [ a ] a.不能工作 b ．可以工作，但稳态误差很大 c ．可以工作，但过渡过程时间很长 d ．可以正常工作 4. 在转速、电流双闭环调速系统中，速度调节器通常采用[ B ]调节器。 a ．比例 b ．比例积分 c ．比例微分 d ．比例积分微分 5.单位阶跃函数1(t)的拉氏变换式L[1(t)]为[ B ]： a ．S b. S 1 c. 2 1S d. S 2 6. 在直流电动机的电枢回路中，以电流为输出，电压为输入，两者之间的传递函数是[ A ] A ．比例环节 B ．积分环节 C ．惯性环节 D ．微分环节
7．如果系统不稳定，则系统 [ A ] A. 不能工作 B．可以工作，但稳态误差很大 C．可以工作，但过渡过程时间很长 D．可以正常工作 8. 已知串联校正网络(最小相位环节)的渐近对数幅频特性如下图所示。试判断该环节的相位特性是[ A ]： A．相位超前B．相位滞后 [ B ]调节器。 A．比例 B．比例积分 C．比例微分 D．比例积分微分 10. 已知某环节的幅相频率特性曲线如下图所示，试判定它是何种环 A．相位超前 B. 相位滞后
C. 相位滞后－超前 D. 相位超前－滞后 12. 开环增益K 增加，系统的稳定性（ c ）： A ．变好 B. 变坏 C. 不变 D. 不一定 13. 开环传递函数的积分环节v 增加，系统的稳定性（ ）： A ．变好 B. 变坏 C. 不变 D. 不一定 14. 已知 f(t)=0.5t+1，其L[f(t)]=( c ): A ．S+0.5S 2 B. 0.5S 2 C. S S 1212 D. S 21 15.自动控制系统的反馈环节中必须具有（ b ）： A.给定元件 B ．检测元件 C ．放大元件 D ．执行元件 16.PD 调节器是一种（ a ）校正装置。 A ．相位超前 B. 相位滞后 C. 相位滞后－超前 D. 相位超前－滞后 17.已知最小相位系统的开环对数幅频特性曲线的渐近线如下图所示，试确定其开环增益K （ c ）。 A 、0 ； B 、5 ； C 、10 ； D 、12 L(18.已知系统的特征方程为S 3+S 2+τS+5=0，则系统稳定的τ值范围为（ c ）。 τ>0； B. τ<0 ； C. τ>5 ； D. 0<τ<5 19.开环传递函数的积分环节v 增加，系统的稳态性能（ ）：
检测技术及海洋智能仪器实验
中国海洋大学本科生课程大纲 课程属性：公共基础/通识教育/学科基础/专业知识/工作技能，课程性质：必修、选修 一、课程介绍 1.课程描述： 检测技术及海洋智能仪器实验是自动化专业本科生的一门重要专业必修实验课程。该课程与本科生的许多专业课（自动化仪表与过程控制、现场总线技术、海洋自动观测技术）有着较强的联系。检测技术及海洋智能仪器实验课是通过实验手段，使学生获得检测技术及海洋智能仪器的基本知识和基本技能，并运用所学理论来分析和解决实际问题，提高分析解决实际问题的能力和实际工作能力。培养学生实事求是的科学作风，严肃的科学态度，严谨的科学思维习惯，进而增强创新意识。 检测技术及海洋智能仪器实验分两个层次进行： （1）验证性实验。它主要是以单个传感器和基本测量电路为主。根据实验目的，实验电路，仪器设备和较详细的实验步骤，通过实验来验证传感器的有关理论，从而进一步巩固学生的基本知识和基本理论。 （2）综合性实验。学生根据给定的实验题目、内容和要求，自行设计实验电路，拟定出测试方案，搭建基本测量系统，最后达到设计要求。通过这个过程，培养学生综合运用所学知识解决实际问题的独立工作能力。 - 6 -
2.设计思路： 在内容安排上，除安排常用传感器实验外，还要把常用电子仪器的使用贯穿于每个 实验内容中。因为培养学生正确使用常用电子仪器是检测技术及海洋智能仪器实验教 学的基本要求。在实验所使用的传感器的选用方面，要适应现代科学技术发展的要求。 整个教学环节中，采用了由浅到深，由易到难的原则。在具体实施时，重点放在使用 方法和功能上。对内部结构和原理不去详细分析。实验教学基本要求： (1) 掌握常用电子仪器的正确使用 (2) 掌握基本传感器和测量电路的原理 (3) 掌握测量误差的基本分类，来源，误差处理方法 (4) 掌握测量系统的组成和初步设计 本课程的内容编排顺序为：（1）箔式应变片性能—应变电桥；（2）移相器及相敏检 波器实验；（3）热电式传感器—热电偶；（4）P-N结温度传感器；（5）热敏式温度传感 器测温实验；(6)差动螺管式电感传感器位移、振幅测量；(7)霍尔传感器；(8)电涡流 式传感器的静态标定；(9)扩散硅压力传感器；(10)电容式传感器特性；(11)光纤传感 器位移测量、转速测量；(12)光电传感器转速测量；(13)数据采集处理。 3.课程与其他课程的关系: 本课程是自动化专业的一门专业必修课，先修课程有模拟电子技术基础，后置课程有自动化仪表与过程控制、现场总线技术、海洋自动观测技术。 二、课程目标 学习和掌握常用电子仪器：示波器、稳压电源、信号发生器、万用表等的使用方法。 掌握检测技术的理论基础；掌握各种常用传感器（箔式应变片、电感传感器、电容 传感器、光电传感器、光纤传感器、热电偶、半导体温度传感器、热敏电阻温度传感器、磁电传感器、压电传感器、霍尔传感器）的结构、工作原理、技术性能、特点、 - 6 -
智能检测与控制技术复习
考试形式：闭卷（120分钟） 时间：18周周四下午7、8节 考试题型：选择（10×2）、填空（20×1）、名词解释（5×4）、简答（4×5）、计算（2×10） 内容： 第一章： 1、检测：检查和测量。可分为在线检测和离线检测 2、智能三个基本要素为推理、学习和联想。 3、智能检测就是利用计算机及相关仪器，实现检测过程智能化和 自动化。 4、智能检测与控制技术指能自动获取信息，并利用有关知识和策 略，采用实时动态建模、在线识别、人工智能、专家系统等技术，对被测对象（过程）实现检测、监控、自诊断和自修复。 5、智能检测与控制系统主要由检测、输入、接口、计算机、输出 和执行器六部分组成。 6、智能检测与控制的几种典型应用方式：用于数据采集与处理、 用于生产控制、用于生产调度管理 7、智能检测与控制技术发展趋势：综合化、智能化、系统化及标 准化、仪器虚拟化、网络化。 第二章 1、动态信号的分类图2-1
2、最基本的几种检测方法：直接检测法、间接检测法、比较检测 法。 3、测量仪表主要功能变换功能、传输功能、显示功能。 4、测量仪表的静态特性：刻度特性、灵敏度、线性度（非线性误 差）、分辨力、迟滞性、零漂和温漂。（定义）p20-22 5、测量仪表的动态特性也称动态响应，指当被测对象参数随时间 变化很迅速时，测量仪表的输出指示值与输入被测物理量之间 的关系。基本方法：列写仪表的运动方程，求出传递函数，然 后进行特性分析。 6、测量仪表通常包括4个组成环节：变换器、标准量具、比较器、 读数装置（显示器） 7、信号不失真—指被测信号的波形通过检测系统，其波形形状不 发生改变。 8、测量系统构成敏感元件、变量转换环节、变量控制环节、数据 传输环节、数据显示环节、数据处理环节。 9、电气测量仪表的连续或间接性自检、自校正，多采用以下三种 方法：计算机分析自检法、叠加信号自检法、自动周期性自检 法。 10、数据采集技术：计算机如何接受一路或多路信号，并保持信号 不失真。 11、数据处理技术：对采集的数据进行去粗取精，并恢复原来物理 量形式。
机械控制工程基础复习重点总结
◎闭环控制系统主要由给定环节、比较环节、运算放大环节、执行环节、被控对象、检测环节（反馈环节）组成 ◎开环控制反馈及其类型：内反馈、外反馈、正反馈、负反馈。 ◎1、从数学角度来看，拉氏变换方法是求解常系数线性微分方程的工具。可以分别将“微分”与“积分”运算转换成“乘法”和“除法”运算，即把微分、积分方程转换为代数方程。对于指数函数、超越函数以及某些非周期性的具有不连续点的函数，用古典方法求解比较烦琐，经拉氏变换可转换为简单的初等函数，就很简便。 2、当求解控制系统输入输出微分方程时，求解的过程得到简化，可以同时获得控制系统的瞬态分量和稳态分量。 3、拉氏变换可把时域中的两个函数的卷积运算转换为复频域中两函数的乘法运算。在此基础上，建立了控制系统传递函数的概念，这一重要概念的应用为研究控制系统的传输问题提供了许多方便。 ◎描述系统的输入输出变量以及系统内部各变量之间的数学表达式 称为系统的数学模型，各变量间的关系通常用微分方程等数学表达式来描述。 ◎建立控制系统数学模型的方法主要有分析法（解析法）、实验法 ◎建立微分方程的基本步骤：1、确定系统或各元件的输入输出，找出各物理量之间的关系 2、按照信号在系统中的传递顺序，从系统输入端开始列出动态微分方程 3、按照系统的工作条件，忽略次要元素，对微分方程进行简化 4、消除中间变量 5整理微分方程，降幂排序，标准化。 ◎传递函数具有以下特点：1、传递函数分母的阶次与各项系数只取决于系统本身的固有特性，而与外界输入无关。 2、当系统在初始状态为0时，对于给定的输入，系统输出的拉氏逆变换完全取决于系统的传递函数。 x0(t)=L^-1[X0(s)]=L^-1[G(s)Xi(s)] 3、传递函数分母中s 的阶次n 不小于分子中s 的阶次m ，即n ≥m 。这是由于实际系统或元件总是具有惯性的 ◎方框图的结构要素：1、传递函数方框。2、相加点。3、分支点。 ◎时间响应及其组成：瞬态响应：系统在某一输入信号作用下，其输出量从初始状态到稳定状态的响应过程，也称动态响应，反映了控制系统的稳定性和快速性。 稳态响应：当某一信号输入时，系统在时间t 趋于无穷时的输出状态，也称静态响应，反映了系统的准确性。 ◎二阶系统的微分方程和传递函数： ◎系统稳态误差0lim (s)H(s)p s K G →=0 lim (s)H(s)v s K sG →=2 0lim (s)H(s)a s K s G →= ◎二阶系统响应的性能指标：1、上升时间r t ，响应曲线从原始工作状态出发，第一次达到稳态值所需要的时间定义为上升时间。对于过阻尼系统，上升时间定义为响应曲线从稳态值得10%上升到90%所需要的时间。2、峰值时间p t ，响应曲线达到第一个峰值所需要 的时间定义为峰值时间。3、最大超调量p M ，超调量是描述系统 相对稳定性的一个动态指标。一般用下式定义系统的最大超调量。 4、调整时间 s t 。5、振荡次数N ，在调整时间s t 内，0(t)x 穿越其稳定值0()x ∞次数的一半定义为振荡次数。（振荡次数与n ω无关，ξ 越大N 越小） ◎由此可见，系续稳定的充分必要条件是：系统特征方程的根全部具有负实部。系统的特征根就是系统闭环传递函数的极点，因此，系统稳定的充分必要条件还可以表述为系统闭环传递函数的极点全部位于［S ］平面的左半平面 线性定常系统对正弦输入的稳态响应被称为频率响应，该响应的频率与输入信号的频率相同，幅值和相位相对于输入信号随频率w 的变化而变化，反映这种变化特性的表达式0()i X X ω和-arctanTw 称系统的频率特性，它与系统传递函数的关系将G(S)中的S 用jw 歹取代，G(jw)即为系统的频率特性。
自动检测技术与装置(第二版) 复习题答案
1、检测仪表有哪几个基本的组成部分？各部分起什么作用。 答：检测仪表的组成：传感器+变送放大机构+显示器。1.传感器直接与被测量对象相联系，感受被测参数的变化，并将被测参数信号转换成相应的便于进行测量和显示的信号输出。2.变放大机构将感受件输出的信号直接传输给显示器或进行放大和转换，使之成为适应显示器的信号。 2、检测仪表的常用技术性能有哪些？ 答：精度、变差、灵敏度和灵敏限、线性度、死区 3、按误差的来源分类，有哪几类？各类有何特点？ 答：1检测系统误差 2随机误差 3 疏忽误差 系统误差的误差的特点是测量结果向一个方向偏离，其数值按一定规律变化。 随机误差的特点是相同条件下，对同一物理量进行多次测量，由于各种偶然因素，会出现测量值时而便大时而偏小的误差现象。随机误差既不能用实验方法消除，也不能修正，虽然他的变化无一定规律可循，但是在多次重复测量时，总体服从统计规律。 疏忽误差是指在一定的测量条件下，测得的值明显偏离其真值，既不具有确定分布规律，也不具有随机分布规律的误差，疏忽误差是由于测试人员对仪器不了解或因思想不集中，粗心大意导致错误的读数，使测量结果明显的偏离了真值的误差。 4 * 、说明弹簧管压力表的具体结构；使用中如何选择？ 答：弹簧压力表也由外壳部分、指针、刻度盘。弹簧管、弯管、和传动机构等六个主要部分主成。弹簧管的内腔为封闭形式，外界压力作用于弹簧管外侧，使弹簧管变形，由传动机构带动指针转动指出环境压力。 压力表的选用原则：主要考虑量程、精度和型 5 * 、常用热电偶有哪几种？比较说明其主要的特点。 答：常用热电偶有：S （铂铑— 铂）、K （镍铬—镍硅）、E （镍铬—铜镍）三种 S 型的特点是熔点高，测温上限高，性能稳定、精度高、100度以下热电势极小，所以可不必考虑冷端温度补偿，价昂，热电势小，线性差，只适合于高温域的测量；K 型特点是热电势大，线性好，稳定性好，价廉，但材料较硬、在1000度以上长期使用会引起热电势漂移，多用于工业测量；E 型特点，热电势比K 型热电偶大50% 左右，线性好，耐高湿度，价廉，但不能用于还原性气氛，多用于工业测量。 6*、热电偶使用中为何常用补偿导线？补偿导线选择有什么条件？ 答：使用补偿导线的作用，除了将热电偶的参考端从高温处移到环境温度相对稳定的地方外，同时能节约大量的价格较贵的金属和性能稳定的稀有金属，使用补偿导线也便于安装和线路铺设，用较粗直径和导电系数大的补偿导线代替电极，可以减少热电偶回路电阻以便于动圈式显示仪表的正常工作和自动控制温度。 条件：○ 1补偿导线的热电特性要与热电偶相同或相近；②材料价格比相应热偶低，来源丰富。 使用补偿导线注意问题：1、补偿导线只能在规定温度范围内与热电偶的热电势相等或相近2、不同型号的热电偶有不同的补偿导线3、热电偶和补偿导线的接口处要保持同温度4、补偿导线有正、负级，需分别与热电偶正、负极相连 5、补偿导线的作用只是延伸热电偶的自由端，当自由端的温度不等于0时，还需进行其他补偿和修正。 7*、热电偶冷端温度有哪些补偿方法？ 答：冷端温度补偿的方法有：1、补偿导线法；2、计算修正法；3、自由端恒温法；4、补偿电桥法；5、仪表零点调整法 8*、常用热电阻有哪些？写出各分度号。 答：常用的热电阻有：铂电阻（Pt10、Pt100），铜电阻（Cu50、Cu100） 9、热电偶测温系统组成中需要注意哪些问题？ 答：使用热电偶组成一个温度检测系统，主要有两种情况，一是热电偶直接与显示仪表相连，显示仪表显示被测温度值，二是、热电偶先接到热电偶温度变送器，变送器输出的标准信号与被测温度呈线性对应关系，并送到显示仪表显示温度值。对于第一种情况，显示仪表必须要与热电偶配套使用。对于第二种情况，温度变送器也必须要和热电偶配套使用，必须包含与热电偶对应的自由端温度补偿器，补偿器产生的电势连同热电偶一齐作为显示仪表的输入信号，由于热电势与温度之间是一个非线性关系，因此显示表的标尺上的温度刻度也是非线性的。 10 * 、写出节流式流量计的流量公式，并说明公式中各符号表示什么？ 流量方程：P A q v ?=102ραε P A q m ?=102ραε α：流量系数 ε：可膨胀系数 ρ：节流前密度 0A ：接流体开孔面 P ?：差压
控制工程基础应掌握的重要知识点
控制工程基础应掌握的重要知识点 控制以测量反馈为基础，控制的本质是检测偏差，纠正偏差。 自动控制系统的重要信号有输入信号、输出信号、反馈信号、偏差信号等。 输入信号又称为输入量、给定量、控制量等。 自动控制按有无反馈作用分为开环控制与闭环控制。 自动控制系统按给定量的运动规律分为恒值调节系统、程序控制系统与随动控制系统。自动控制系统按系统线性特性分为线性系统与非线性系统。 自动控制系统按系统信号类型分为连续控制系统与离散控制系统。 对控制系统的基本要求是稳定性、准确性、快速性。 求机械系统与电路的微分方程与传递函数 拉普拉斯变换： 传递函数是在零初始条件下将微分方程作拉普拉斯变换，进而运算而来, 传递函数与微分方程是等价的, 传递函数适合线性定常系统。 典型环节传递函数： 比例环节K 惯性环节 一阶微分环节振荡环节 二阶微分环节 )a s(F )t(f e at+ → -)s(F e )T t(f TS - → - 1 S+ τ 1 S 2 S2 2+ ζτ + τ
传递函数框图的化简 误差传递函数又称偏差传递函数，是偏差信号与输入信号间的传递函数。系统输出信号称为响应，时间响应由瞬态响应与稳态响应组成。 系统的特征方程是令系统闭环传递函数分母等于零而得。 特征方程的根就是系统的极点。
一阶惯性系统 的单位阶跃响应： 特征方程为： 特征方程的根（即极点）为： 单位阶跃信号 系统进入稳定状态指响应c(t)进入并永远保持在稳态值c(∞)的允许误差范围内，允许误差常取2%或5% 调整时间 二阶振荡系统： 特征方程为： 单位阶跃响应c(t)： 1 063.2% 86.5% 95% 98.2% 99.3% T 2T 3T 4T 5T 0.632 t ()1t T c t e -=-() c t 斜率 1 T A 1 )t (r =???? ?±=?±=?=% 2,T 4% 5,T 3t s 1 TS 1 )S (R )S (C )S (G +==2 n n 22n 2 2 S 2S 1 TS 2S T 1 ) S (R )S (C )S (G ω+ζω+ω= +ζ+= =n ω无阻尼自由振荡频率ζ阻尼比2 n d d n 2n n 2,11,j 1j S ,,707.02 2 ,)8.0,4.0(,),(10ζ-ω=ωω±ζω-=ζ-ω±ζω-=ζζ== ζ∈ζ<ζ<有阻尼自由振荡频率为一对复极点极点过大则响应慢过小则振荡厉害最佳好统应工作在此状态具有振荡特性的二阶系欠阻尼0 S 2S 2n n 2=ω+ζω+一对复极点 欠阻尼,1j S ),(102n n 2,1ζ-ω±ζω-=<ζ<两相同实极点 临界阻尼,S ),(1n n 2,1ω-=ζω-==ζ两不同实极点过阻尼,1S ),(12 n n 2,1-ζω±ζω-=>ζ一对虚极点 无阻尼,j S ),(0n 2,1ω±==ζ不能用 系统振荡会越来越大,,0<ζ01T S =+T 1S 1- =