儀表自動化復(fù)習(xí)資料

1、第一章控制系統(tǒng)的 4 個(gè)基本環(huán)節(jié)： 被控對象、檢測儀表(測量變送環(huán)節(jié))、控制器、執(zhí)行器自動控制系統(tǒng)的（最）基本要求是系統(tǒng)運(yùn)行必須是穩(wěn)定的若反饋的結(jié)果是使系統(tǒng)的輸出減小，則稱為負(fù)反饋若反饋的結(jié)果是使系統(tǒng)的輸出增加，則稱為正反饋工業(yè)控制系統(tǒng)一般情況下都應(yīng)為負(fù)反饋。閉環(huán)系統(tǒng)的輸出被反饋到輸入端并與設(shè)定值進(jìn)行比較的系統(tǒng)稱為閉環(huán)系統(tǒng)。開環(huán)系統(tǒng)的輸出沒有被反饋回輸入端，執(zhí)行器僅只根據(jù)輸入信號進(jìn)行控制的系統(tǒng)稱為開環(huán)系統(tǒng)。要實(shí)現(xiàn)自動控制，系統(tǒng)必須閉環(huán)。閉環(huán)控制系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的必要條件是負(fù)反饋。輸出信號隨輸入信號的增加而增加的環(huán)節(jié)稱為正作用環(huán)節(jié)輸出信號隨輸入信號的增加而減小的環(huán)節(jié)稱為反作用環(huán)節(jié)控制系統(tǒng)的分類 按被

2、控變量對操作變量的影響分:閉環(huán)控制系統(tǒng)(反饋) 開環(huán)控制系統(tǒng)(前饋) 按補(bǔ)償干擾的方法分:反饋,前饋,前饋+反饋按設(shè)定值的特點(diǎn)區(qū)分：定值控制系統(tǒng)，通常要求被控變量盡量與設(shè)定值保持一致。 隨動控制系統(tǒng)，通常要求被控變量盡可能地與設(shè)定值一起變化靜態(tài)（穩(wěn)態(tài)）被控變量不隨時(shí)間變化的平衡狀態(tài)（變化率為0，不是靜止）?！办o態(tài)”是物料、能量、傳熱、傳質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)速度等平衡關(guān)系的最終體現(xiàn)。很明顯，單純用“靜態(tài)”的概念來衡量控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)是不充分的。動態(tài)被控變量隨時(shí)間變化的不平衡狀態(tài)。過渡過程：受到干擾作用后系統(tǒng)失穩(wěn)，在控制系統(tǒng)的作用下，被控變量回復(fù)到新的平衡狀態(tài)的過程。階躍干擾：在某一瞬間t0干擾突然階躍

3、式地加入系統(tǒng)，并保持在這個(gè)幅值。評價(jià)和討論一個(gè)控制系統(tǒng)性能優(yōu)劣標(biāo)準(zhǔn)：以系統(tǒng)受到階躍輸入作用后的響應(yīng)曲線的形式給出，最大偏差（超調(diào)量）、衰減比，余差，過渡時(shí)間，振蕩周期（振蕩頻率）以誤差性能指標(biāo)的形式給出自動控制系統(tǒng)希望的結(jié)果：最大偏差（超調(diào)量）？越小越好衰減比一般取為4：1至10：1，不振蕩：不便于操作人員掌握，余差，越小越好過渡時(shí)間？越小越好。振蕩周期？短好影響過渡過程的主要因素?固定因素：對象特性，測量儀表特性，執(zhí)行器特性 補(bǔ)償因素：控制器特性第2章 過程特性 過程特性的類型:自衡的非振蕩過程，無自衡的非振蕩過程，自衡的振蕩過程，具有反向特性的過程建模的方法：機(jī)理建模、實(shí)驗(yàn)建模、混合建模自

4、衡非振蕩過程的對象模型由三個(gè)基本參數(shù)決定：K、T、K，靜態(tài)增益，KO使之大些，抗干擾能力強(qiáng)，太大會引起系統(tǒng)振蕩T，時(shí)間常數(shù)，一般情況希望TO小些，但不能太小，Tf大些。，純滯后時(shí)間，在工藝設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量減少或避免純滯后時(shí)間工業(yè)上（最）常用的控制規(guī)律：雙位控制，位式控制的特點(diǎn)：簡單、過渡過程是振蕩的位式控制的適用范圍：時(shí)間常數(shù)大，純滯后小，負(fù)荷變化不大也不激烈，控制要求不高。 純比例控制 P，純比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)的特點(diǎn)：控制及時(shí)，控制結(jié)果有余差純比例控制適用場合：干擾幅度較小，純滯后較小，負(fù)荷變化不大，控制要求不太高 比例積分控制 PI，比例控制最大的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)快，控制作用及時(shí)，最大的缺點(diǎn)是控制結(jié)果存

5、在余差。積分作用的特點(diǎn)：消除余差，會降低系統(tǒng)穩(wěn)定性積分控制最大的優(yōu)點(diǎn)是消除余差，最大的缺點(diǎn)是動作緩慢、產(chǎn)生相位滯后、穩(wěn)定性降低比例微分控制 PD，對于有過渡滯后的對象，采用PD控制能明顯改善過渡過程的品質(zhì)；PD控制有超前作用。Td­增加，微分作用加強(qiáng)，系統(tǒng)穩(wěn)定性提高，表現(xiàn)為：衰減比增大；過渡過程最大偏差減少emax¯；過渡時(shí)間tp¯；Td太大，微分作用太強(qiáng)，導(dǎo)致反應(yīng)速度過快，引起系統(tǒng)振蕩引入微分作用以后，不能消除余差，但余差會有所減少微分作用對純滯后的對象不起作用。比例積分微分控制PID液位滯后不大，一般控制要求不高，常用P或PI調(diào)節(jié)器；流量滯后很小，響應(yīng)快，測量

6、信號有脈動信號，常用PI調(diào)節(jié)器（一般不能加D）；壓力液體介質(zhì)：滯后小，氣體介質(zhì)：滯后適中，常用P或PI調(diào)節(jié)器，有時(shí)可用位式控制；溫度滯后較大，響應(yīng)較慢，常用PID調(diào)節(jié)器。 第三章儀表精度等級有：0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等檢測儀表的主要性能指標(biāo)：精確度，線性度，變差，靈敏度，分辨力，動態(tài)誤差 壓力檢測：液柱式壓力檢測 ：誤差來源，溫度誤差，安裝誤差彈性式壓力檢測：膜片（膜盒式差壓變送器：工作原理：力矩平衡，檢測元件膜盒或膜片），波紋管，彈簧管（范圍廣，精度高0.15級），電氣式壓力檢測智能式壓力變送器壓力檢測儀表的選用，考慮儀

7、表的量程、精度、類型（材質(zhì)）量程：測量穩(wěn)定壓力：最大工作壓力Pimax不超過上限值Pmax的3/4 測量脈動壓力：最大工作壓力Pimax不超過上限值Pmax的2/3 測量高壓壓力：最大工作壓力Pimax不超過上限值Pmax的3/5 最小工作壓力Pimin不低于上限值Pmax的1/3 儀表的量程等級：1、1.6、2.5、4.0、6.0kPa以及它們10n倍儀表精度：例：有一壓力容器在正常工作時(shí)壓力范圍為0.40.6MPa，要求使用彈簧管壓力表進(jìn)行檢測，并使測量誤差不大于被測壓力的±4，試確定該表的量程和精度等級。由題意可知，被測對象的壓力比較穩(wěn)定，設(shè)儀表量程為 0AMPa ，則根據(jù)工作

8、壓力的要求： 根據(jù)儀表的量程系列，可選用量程范圍為01.0MPa的彈簧管壓力表。 由題意，被測壓力的允許最大絕對誤差為：max=±0.4*4%=±0.016 MPa這就要求所選儀表的相對百分誤差為： 0.016/（1-0）*100%=1.6%按照儀表的精度等級，可選擇 1.5級 的壓力表。 只需觀察壓力變化的，可選如彈簧管壓力表、液柱式壓力計(jì)那樣的直接指示型的儀表； 如需將壓力信號遠(yuǎn)傳到控制室或其他電動儀表，則可選用電氣式壓力檢測儀表或其他具有電信號輸出的儀表； 如果要檢測快速變化的壓力信號，則可選用電氣式壓力檢測儀表，如壓阻式壓力傳感器； 如果控制系統(tǒng)要求能進(jìn)行數(shù)字量通信

9、，則可選用智能式壓力檢測儀表。 壓力檢測儀表的安裝 ：一般壓力檢測儀表的安裝，特殊壓力檢測儀表的安裝（高溫、高壓、腐蝕等），壓力變送器的安裝 變送器的一些共性問題：量程調(diào)整，零點(diǎn)調(diào)整和零點(diǎn)遷移 使變送器的輸出信號下限值ymia與測量范圍的下限值xmin相對應(yīng)，在xmin=0時(shí)，稱為零點(diǎn)調(diào)整，在xmin0時(shí)，稱為零點(diǎn)遷移。 ·零點(diǎn)調(diào)整使變送器的測量起始點(diǎn)為零·零點(diǎn)遷移是把測量的起始點(diǎn)由零遷移到某一數(shù)值:當(dāng)測量的起始點(diǎn)由零變?yōu)槟骋徽担Q為正遷移；當(dāng)測量的起始點(diǎn)由零變?yōu)槟骋回?fù)值，稱為負(fù)遷移熱電效應(yīng)：1.如果組成熱電偶的兩種電極材料相同，則無論熱電偶冷、熱兩端的溫度如何，閉合回路

10、中的總熱電勢為零； 2.如果熱電偶冷、熱兩端的溫度相同，則無論兩電極材料如何，閉合回路中的總熱電勢也為零3. 熱電偶產(chǎn)生的熱電勢除了冷、熱兩端的溫度有關(guān)之外，還與電極材料有關(guān)，也就是說由不同電極材料制成的熱電偶在相同的溫度下產(chǎn)生的熱電勢是不同的。中間導(dǎo)體不會對熱電偶回路產(chǎn)生影響熱電偶分為普通型熱電偶和鎧裝型熱電偶材料的選擇因工作條件而定：絕緣管用于防止兩根電極短路，保護(hù)套管用于保護(hù)熱電極不受化學(xué)腐蝕和機(jī)械損傷普通型熱電偶主要有法蘭式和螺紋式兩種安裝方式熱電阻：金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻熱電阻的金屬材料一般要求：盡可能大而且穩(wěn)定的溫度系數(shù)、電阻率要大、在使用的溫度范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的化學(xué)和物理性能、

11、材料的復(fù)制性好、電阻值隨溫度變化要有單值函數(shù)關(guān)系（最好呈線性關(guān)系）。 溫度變送器：DDZ-III型溫度變送器 ，一體化溫度變送器，智能式溫度變送器 其他常用溫度計(jì)：雙金屬溫度計(jì)，壓力式溫度計(jì)溫度檢測儀表的選用：就地指示：雙金屬溫度計(jì)，精度不高在線檢測：熱電偶，適用于測量5001800范圍的中高溫度 熱電阻，適用于測量500以下的中低溫度 輻射式溫度計(jì)，一般用于2000以上的高溫測量溫度檢測儀表的安裝：檢測元件的安裝應(yīng)確保測量的準(zhǔn)確性，選擇有代表性的安裝位置。檢測元件的安裝應(yīng)確保安全、可靠。檢測元件的安裝應(yīng)綜合考慮儀表維修、校驗(yàn)的方便。流量檢測：速度式流量計(jì)：節(jié)流式流量計(jì) ，轉(zhuǎn)子流量計(jì)，電磁流量

12、計(jì)，渦輪流量計(jì)，漩渦流量計(jì)差壓式流量計(jì) ：由于標(biāo)準(zhǔn)孔板制作最簡單，使用最廣泛節(jié)流式流量計(jì)的使用特點(diǎn)和要求：標(biāo)準(zhǔn)孔板具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便的特點(diǎn)，適用于大流量的測量。在一般場合下，孔板應(yīng)用最多。孔板的壓力損失大，工藝不允許有較大的管道壓損時(shí)，不宜采用。標(biāo)準(zhǔn)噴嘴和標(biāo)準(zhǔn)文丘里管的壓力損失比孔板小，但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，不易加工。節(jié)流式流量計(jì)的應(yīng)用非常廣泛，但是使用不當(dāng)會出現(xiàn)很大的測量誤差，可達(dá)1020。在安裝使用過程中需要充分注意，并予以適當(dāng)?shù)慕鉀Q。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置僅適用于測量管道直徑大于50mm，雷諾數(shù)在104105以上的流體；流體應(yīng)當(dāng)清潔，充滿全部管道，不發(fā)生相變。為保證流體在節(jié)流裝置前后為穩(wěn)定的流動狀態(tài)

13、，節(jié)流裝置的上、下游必須配置一定長度的直管段（與管徑、節(jié)流件的開孔面積以及管路上的彎頭數(shù)都有關(guān)系）。節(jié)流裝置經(jīng)過長時(shí)間的使用，會因物理磨損或化學(xué)腐蝕，造成幾何形狀和尺寸的變化，引起測量誤差，需要及時(shí)檢查和維修，必要時(shí)更換新的節(jié)流裝置。 靶式流量計(jì)：可測高粘度流體的流量；測量精度可達(dá)1%，量程比為3：1，管徑為15200mm；不需要安裝引壓管線（相對差壓流量計(jì)），維護(hù)方便。為保證測量精度，需要安裝一定的直管段。轉(zhuǎn)子流量計(jì)的特點(diǎn)： 轉(zhuǎn)子流量計(jì)主要適合于檢測中小管徑、低流速（較低雷諾數(shù)）、小流量的流體流量測量的中小流量； 流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，工作可靠，儀表前直管段長度要求不高； 流量計(jì)的基本誤

14、差約為儀表量程的土2，量程比可達(dá)10：1 流量計(jì)的測量精度易受被測介質(zhì)密度、粘度、溫度、壓力、純凈度、安裝質(zhì)量等的影響。渦輪流量計(jì)：流量與渦輪轉(zhuǎn)速之間呈線性關(guān)系，量程比一般為1O：1；渦輪流量計(jì)的測量精度較高，可達(dá)到0.5級以上；反應(yīng)迅速，可測脈動流量；主要用于中小口徑的流量檢測；僅適用潔凈的被測介質(zhì)，通常在渦輪前要安裝過濾裝置；流量計(jì)水平安裝，前后需一定長度的直管段，一般上游側(cè)和下游側(cè)的直管段長度要求在10D和5D以上；常溫下用水標(biāo)定，當(dāng)介質(zhì)的密度和粘度發(fā)生變化時(shí)需重新標(biāo)定或進(jìn)行補(bǔ)償電磁流量計(jì)：適用場合：檢測具有一定電導(dǎo)率的酸、堿、鹽溶液等腐蝕性液體，以及含有固體顆粒的液體流量測量；不能檢測

15、氣體、蒸汽和非導(dǎo)電液體的流量。 特點(diǎn)：測量導(dǎo)管內(nèi)無可動或突出于管道內(nèi)部的部件，壓力損失極?。槐粶y流體可以含有顆粒、懸浮物等，也可以是酸、堿、鹽等腐蝕性物質(zhì)；流量計(jì)輸出電流與體積流量成線性關(guān)系，不受液體的溫度、壓力、密度、粘度等參數(shù)的影響；電磁流量計(jì)的量程比一般為10:1，精度較高的量程比可達(dá)100:1；測量口徑范圍大，可以從lmm到2m以上，特別適用于lm以上口徑的水流量測量；測量精度一般優(yōu)于0.5級；電磁流量計(jì)反應(yīng)迅速，可以測量脈動流量； 漩渦流量計(jì)（渦街流量計(jì)）：特點(diǎn)和要求 ：渦街流量計(jì)輸出信號（頻率）不受被測流體物性和組分變化的影響，在一定的雷諾數(shù)范圍內(nèi)，幾乎不受流體的溫度、壓力、密度、

16、粘度等變化的影響，故用水或空氣標(biāo)定的漩渦流量計(jì)可用于其他液體和氣體的流量測量而不需標(biāo)定；渦街流量計(jì)內(nèi)無可動部件，使用壽命長，壓力損失?。粶y量精度高（約為士0.51），量程比20:1；渦街流量計(jì)適用于大口徑管道的流量測量。安裝時(shí)要求有足夠的直管段長度，上、下游直管段分別不少于2OD和5D，漩渦發(fā)生體的軸線應(yīng)與管路軸線垂直。 物位檢測：差壓式液位計(jì)：為了解決測量具有腐蝕性或含有結(jié)晶顆粒以及粘度大、易凝固等液體液位時(shí)，引壓管線易被腐蝕、被堵塞等問題，應(yīng)在導(dǎo)壓管人口處加隔離膜盒或隔離液罐。浮筒式液位計(jì)：特點(diǎn)和要求：浮筒式液位計(jì)通常有內(nèi)置式和側(cè)裝外置式兩種安裝方式，測量原理完全相同，但外置式安裝更適用于

17、溫度較高的場合。 電容式物位計(jì)：特點(diǎn)和要求：電容式物位計(jì)可以用于液位的測量，也可以用于料位的測量，但要求介質(zhì)的介電常數(shù)保持穩(wěn)定。在實(shí)際使用過程中，當(dāng)現(xiàn)場溫度、被測液體的濃度、固體介質(zhì)的濕度或成分等發(fā)生變化時(shí)，介質(zhì)的介電常數(shù)也會發(fā)生變化，應(yīng)及時(shí)對儀表進(jìn)行調(diào)整才能達(dá)到預(yù)想的測量精度。 超聲波物位計(jì)：優(yōu)點(diǎn)（1）檢測元件可以不與被測介質(zhì)接觸，進(jìn)行非接觸測量；（2）測量范圍廣，只要界面聲阻抗率不同，液體、粉末、塊體的物位均可測量；（3）可測量低溫介質(zhì)液位；（4）儀表本身沒有可動部件，使用壽命長。缺點(diǎn)：探頭不能承受高溫；聲速受介質(zhì)溫度、壓力影響；對某些吸收聲波強(qiáng)的介質(zhì)不能使用；電路復(fù)雜，造價(jià)高。核輻射式物

18、位計(jì)：特點(diǎn)和要求：核輻射式物位計(jì)屬于非接觸式物位測量儀表適用于高溫、高壓、強(qiáng)腐蝕、劇毒等條件苛刻的場合；核射線還能夠直接穿透鋼板等介質(zhì)，可用于高溫熔融金屬的液位測量；使用時(shí)幾乎不受溫度、壓力、電磁場的影響。但由于射線對人體有害，因此射線的劑量應(yīng)嚴(yán)加控制，且須切實(shí)加強(qiáng)安全防護(hù)措施 (工業(yè)現(xiàn)場一般不優(yōu)先考慮使用核輻射式物位計(jì))磁翻轉(zhuǎn)式物位計(jì)：特點(diǎn)：直觀醒目、結(jié)構(gòu)簡單、測量范圍大、不受容器高度限制，即可測量有壓容器液位、也可測量敞口容器液位；指示機(jī)構(gòu)不與被測介質(zhì)接觸，適合于高溫、高壓、高粘度、有毒、有害、強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)，安全防爆；可配備報(bào)警開關(guān)和信號遠(yuǎn)傳裝置，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離液位報(bào)警和監(jiān)控；第四章凡能將生產(chǎn)

19、過程中各種參數(shù)進(jìn)行指示、記錄或累積的儀表統(tǒng)稱為顯示儀表（或稱為二次儀表）。顯示儀表的分類：模擬式顯示儀表，數(shù)字式顯示儀表，圖像顯示第六章執(zhí)行器的選擇：調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)形式；調(diào)節(jié)閥的流量特性；調(diào)節(jié)閥的口徑執(zhí)行器流量特性的選擇：（1）考慮系統(tǒng)的控制品質(zhì)（2）考慮工藝管道情況（3）考慮負(fù)荷變化情況（4）判斷不清時(shí)，優(yōu)先選等百分比閥調(diào)節(jié)閥的口徑選擇 依據(jù)流量系數(shù)選擇調(diào)節(jié)閥口徑的步驟：（1）確定計(jì)算流量（2）確定計(jì)算壓差（3）計(jì)算流量系數(shù)Kmax（4）選取流量系數(shù)KV（5）驗(yàn)算調(diào)節(jié)閥開度（6）驗(yàn)算調(diào)節(jié)閥實(shí)際可調(diào)比（7）確定調(diào)節(jié)閥口徑第7章 簡單控制系統(tǒng)K大一些，T小一些，最好為0整定控制（PID）參數(shù)：臨界

20、比例度法（ 先將控制器放在純比例作用，在干擾作用下，從大到小地逐漸改變控制器的比例度，直至系統(tǒng)產(chǎn)生等幅振蕩，這時(shí)的比例度稱為臨界比例度K，周期稱為臨界振蕩周期Tk。當(dāng)不存在臨界比例度、臨界比例度過小、不允許等幅振蕩時(shí)，該方法不適用。）衰減曲線法：將控制器放在純比例作用，在干擾作用下，從大到小地逐漸改變控制器的比例度，直至系統(tǒng)出現(xiàn)4：1衰減比為止，這時(shí)的比例度稱為衰減比例度S ，周期稱為衰減周期Ts。經(jīng)驗(yàn)湊試法：看曲線，調(diào)參數(shù)簡單控制系統(tǒng)的組成：測量變送環(huán)節(jié)，控制器，執(zhí)行器，被控對象被控變量控制器執(zhí)行器被控對象測量變送環(huán)節(jié)干擾偏差差設(shè)定值簡單控制系統(tǒng)兩種控制類型：直接指標(biāo)控制和間接指標(biāo)控制被控變

21、量選擇的一般原則 ：要有代表性，應(yīng)該獨(dú)立可控。滯后要小。靈敏度要高。 成本要低?？刂谱兞康倪x擇原則：控制變量應(yīng)是可控的，即工藝上允許調(diào)節(jié)的變量。 控制變量一般應(yīng)比其他干擾對被控變量的影響更加靈敏。氣開氣關(guān)型式選擇考慮的原則是： 信號壓力中斷時(shí)，應(yīng)保證設(shè)備和操作人員的安全，如閥門處于打開位置時(shí)危害性小，則應(yīng)選用氣關(guān)式；反之，則用氣開式。 氣開式調(diào)節(jié)閥:有信號壓力輸入時(shí)閥打開，無信號壓力時(shí)閥全關(guān)氣關(guān)式調(diào)節(jié)閥:有信號壓力時(shí)閥關(guān)閉，無信號壓力時(shí)閥全開克服測量滯后的幾種方法：選擇快速測量元件。正確選擇測量元件的安裝位置。正確使用微分器。第8章 復(fù)雜控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)：副回路具有先調(diào)、粗調(diào)、快調(diào)的特點(diǎn)；主回路具有后調(diào)、細(xì)調(diào)、慢調(diào)的特點(diǎn)，并對于副回路沒有完全克服掉的干擾影響能徹底加以克服。主回路是定值控制系統(tǒng)，而副回路是隨動控制系統(tǒng)變量是反映產(chǎn)品質(zhì)量或生產(chǎn)過程運(yùn)行情況的主要工藝變量。串級控制系統(tǒng)的目的是為了高精度地穩(wěn)定主變量。主控制器通常都選用比例積分控制規(guī)律，副控制器一般采用比例控制規(guī)律。均勻控制系統(tǒng)：均勻控制指的是