過程控制與自動化儀表知識點

過程掌握系統(tǒng)山被控過程和自動化儀表兩局部組成。自動化儀表按能源形式分為：液動、氣動和電動。按信號類型分為：模擬式和數(shù)字式。3?模擬儀表的信號可分為氣動儀表的模擬信號與電動儀表的模擬信號。4?氣動儀表的輸入/0.02~0?IMPa的模擬氣壓信號。34?20mADC,負(fù)載250Q5VDCoDDZ-III型電動單元組合儀表就是這種信號標(biāo)準(zhǔn)。6?氣動儀表與電動儀表的能量供給分別來自于氣源和電源。過程參數(shù)檢測儀表通常由傳感器和變送器組成。引用誤差計算公式：/=―-—X100%〔其中△為最大確定誤差，等于實X—Xmaxmin測值X減真值Xa的最大差值，B|JA=X-XaI,Xmax與Xmm為測量表的上下限值〕±5%0.oo500°C以下的中、低溫度適合作測溫元件〔理解公式M〕=&[l+a〔t-tj,其中R〔t〕為被測溫度t時的電阻值；Rtt0C,a為正溫度系數(shù)〕；金屬熱電阻適用于-200°C、500°C；熱敏電阻為-50^300°Co3?熱電阻接線有二線制、三線制、四線制三種接法，其中三線制可利用電橋平衡原理消去導(dǎo)線電阻。6?熱敬電阻山于互換性較差，非線性嚴(yán)峻，且測溫范圍在-50^300°C較多用于家電和汽車的溫度檢測和掌握。7?山于熱電偶具有測溫精度高、在小范圍內(nèi)線性度與穩(wěn)定性好、測溫范圍寬、響應(yīng)2023°C時熱電偶不能長期工作，需釆用非接觸式測溫方法。當(dāng)被測為運(yùn)動物體時，承受非接觸式測溫方法。體積流量表示瞬時流量與累積流量：瞬時：44=期累積：質(zhì)量流量表示瞬時流量與累積流量：瞬時：qm=Kv累積：Qm=PQ.〔P為流量密度〕標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量：q、n=qm/Qn=q/S〔幾為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氣體密度〕典型流量檢測儀表有容積式流量訃、速度式流量計、直接式質(zhì)量流量訃。紅外式氣體檢測儀缺點：①不能保證被測組分的含量與電容量肯定存在線性關(guān)系；②它不能用于對雙原子分子氣體〔如氧氣、氯氣等〕和單原子分子氣體〔〕的檢測；③一臺儀表只能檢測一種被測氣體的成分。氧氣成分檢測常用的檢測方法有熱磁式、電化學(xué)式等。量程調(diào)整是指在零點不變的狀況下將檢測儀表的輸出信號上限值丫葉“與被測參數(shù)的上限值x疵相對應(yīng)。1. 常將調(diào)整器、電/氣轉(zhuǎn)換器、執(zhí)行器、安全柵等稱為過程掌握儀表。2PD與PI電路、軟手動與硬手動操作電路；指示單元包括輸入信號指示電路和給定信號指示電路。DDZ-III型調(diào)整器的自動、軟、硬手動的切換過程中只有軟手動切換至硬手動需平衡后切換才能實現(xiàn)無擾動切換。過程輸入通道包括模擬量輸入通道和開關(guān)量輸入通道。前者主要山多路模擬開關(guān)、采樣/保持器和A/D轉(zhuǎn)換器等組成；過程輸出通道包括模擬量輸出通道和開關(guān)量輸出通道。過程的數(shù)學(xué)模型可分為靜態(tài)數(shù)學(xué)模型和動態(tài)數(shù)學(xué)模型。被控過程的數(shù)學(xué)模型，依照過程特性的不同而有所不同，一般可分為有自衡特性與無自衡特性、單容特性與多容特性、振蕩與非振蕩特性的等。對于二階慣性環(huán)節(jié)，假設(shè)tl/t20.320.46時為二階環(huán)節(jié)10=0?75~0?94:ri0:lo簡答計算：吳全火花型防爆系統(tǒng)必需具備兩個條件：一是現(xiàn)場儀表必需設(shè)汁成安全火花型；二是現(xiàn)場儀表與非危急場所〔包括掌握室〕之間必需經(jīng)過安全柵，以便對送往現(xiàn)場/變量名稱和所用儀表的名稱。松曲入鈾的力:淞泯鮎反觸丈韶小刪瑚/〕;沁俺檢入鈾分暢挑宓休進(jìn)相鍛沛〕：松曲入鈾的力:淞泯鮎反觸丈韶小刪瑚/〕;沁俺檢入鈾分暢挑宓休進(jìn)相鍛沛〕：1如對紬咖句休出狀號訓(xùn),魅鎌帥(1100?600”C的溫度計出廠前經(jīng)校驗，各點的測量結(jié)果值如下;X」.XA*：±^、土W/j/ ?/\CI■LC CCC CLC CCC

4CC L被校表讀數(shù)廠c被校表讀數(shù)廠cC100102150149200204250256300296400403500495600606確定該儀表的梢度等級°經(jīng)過一段時間后，儀表的最大確定隕差為±79,問比時儀表的精度等級為多少？控系統(tǒng)控系統(tǒng)框圏：包水位掌握金儀表引用誤差兒二士xlM%二士；“l(fā)“xl(M)%=±1?2%,IS級粕度。1 昱程 600-100儀表引用課差乙二土最大號更溟差*I。。％=士—1—xl00%=±l.4%,15級精度?2 雖程 600-1003.設(shè)計題(QK的銀曲像硅熱電偶測量溫度，在無冷嵋溫度補(bǔ)償?shù)臓顩r下，顯示儀表指示值為6009,509。試問￡實際溫度是多少？假設(shè)熱端富度不變，使冷端溫度為209時.此時顯示儀表指示值應(yīng)為多少？Q1)K600r24.902rnVf由題意可知這熱電勢是由熱端溫度為taC,0K熱電偶產(chǎn)生的，BP￡(/.50>=24.902mV,K表知￡(50.0)-2.022mV,AE(e.O)-E0.50)+E(5(hU224.902+2.022?26.924mV,Kt6489。2)￡(/,20)=￡(A0)-￡(21).0)=26.126mV?K25.126mVl628?8”C?0.NTC續(xù)變化的溫度，尤其是測量低溫時，其靈敬度更高；而PTC型熱敬電阻是在某個溫NTC續(xù)變化的溫度，尤其是測量低溫時，其靈敬度更高；而PTC型熱敬電阻是在某個溫升;CTR型熱敬電阻是在某個溫度段內(nèi)其阻值隨溫度上升而急劇下降。因此它們一般只能作為位時溫度檢測元件使用。f7?熱電偶測溫為何進(jìn)展冷端溫度補(bǔ)償？補(bǔ)償方法有哪些？補(bǔ)償導(dǎo)線可以將冷端延長到溫度相對穩(wěn)定的地方，此外，山國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的熱電偶分度表通常是在冷端溫度to=O°C時制定的。當(dāng)tO不為零且常常變化時，仍會產(chǎn)生測量誤差。為了消退冷端溫度不為零或變化時對測量精度的影響，可進(jìn)展冷端溫度校正。冷端溫度校正的常用方法有查表校正法和電橋補(bǔ)償法。DDZ-m差壓變送器兩種狀況：左圖中，輸入變送器的差壓為：Ap=p!-p2=pgh+pgh1,可見，當(dāng)h0時,△P=Pgh]HO,4mADC信號。為了使h0,時變送器的輸岀仍為4mADC信號，需要通過零點遷移到達(dá)上訴目的。由于pgh,>0,所以稱為正遷移。右圖中，設(shè)隔離液的密度P^>P則差壓變送器測得的差壓為：△P=Pi2=Q§h+P]g〔h]-h?〕,式中,Qg〔h]-h2〕V0,所以需要進(jìn)展負(fù)遷移。P5VDCroVDC的給定信號進(jìn)行PID4、20mADC信號,最終通過執(zhí)行器，實現(xiàn)對過程掌握參數(shù)的自動掌握。三種抱負(fù)流量特性的數(shù)學(xué)關(guān)系及應(yīng)用特點：①直線流量特性是指流過調(diào)整閥的相對流量與閥門的相對開度成直線關(guān)系，即閥桿單位行程變化所引起的流量變化是常數(shù)；②對數(shù)〔等口分比〕流量特性是指單位行程變化所引起的相對流量變化與該點的相對流量成正比關(guān)系；③快開流量特性是指在小開度時就有較大的流量，隨開度的增大，流量很快到達(dá)最大〔成反比〕。11?在過程掌握系統(tǒng)中，為什么要使用電/氣轉(zhuǎn)換器？簡述其工作原理。用途：為了使氣動閥能夠接收電動調(diào)整器的輸出信號，必需使用電/20?lOOkPa的標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號。I通入線圈，該線圈能在永久磁鐵的氣隙中自山上下移動。當(dāng)輸入電流I增大時，線圈與磁鐵間產(chǎn)生的吸力增大，使杠桿作逆時針方向轉(zhuǎn)動，并帶動安裝在杠桿上的擋板靠近噴嘴，使噴嘴擋板機(jī)構(gòu)的背壓上升，并經(jīng)20?lOOkPa的氣壓信號p,完成電/氣轉(zhuǎn)換。12?在過程掌握中，為什么要使用閥門定位器？它的作用是什么？閥門定位器承受了深度負(fù)反響，因而能抑制閥桿上的摩擦力，消退流體不平衡力的影響，改善了執(zhí)行器的靜特性；此外，山于它使用了氣動功率放大器，增加了供氣力量，加快了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作速度，改善了執(zhí)行器的動態(tài)特性；第三，還可通過轉(zhuǎn)變反響凸輪的外形，使調(diào)整閥的線性、對數(shù)、快開流量特性互換，以適應(yīng)掌握系統(tǒng)不同的掌握要求。13全，即耐熱材料不被損壞，現(xiàn)在蒸汽管道上有一只氣動執(zhí)行器，試確定其氣開、氣關(guān)形式，并畫出由PID調(diào)整器構(gòu)成的掌握系統(tǒng)構(gòu)造框圖。答：調(diào)整器選氣開型。當(dāng)掌握信號中斷時，執(zhí)行器處于關(guān)閉狀態(tài)，停頓加熱，使設(shè)備不致因溫度過高而發(fā)生事故或危急。14狀態(tài)，否則會使被控過程的其他變化與試驗所得的階躍響應(yīng)混淆在一起而影響辨識結(jié)果；②在一樣條件下應(yīng)重復(fù)多做兒次試驗，以便能從兒次試驗結(jié)果中選取比較接近的兩個響應(yīng)曲線作為分析依據(jù)，以削減隨機(jī)干擾的影響;③分別作正、反方向的階躍輸入信號進(jìn)展試驗，并將兩次試驗結(jié)果進(jìn)展比較，以衡量過程的非線性程度；④每完成一次試驗后，應(yīng)將被控過程恢復(fù)到原來的工況并穩(wěn)定一段時間再做其次次試驗；⑤輸入的階躍幅度不能過大，以免對生產(chǎn)的正常進(jìn)展產(chǎn)生不利影響。但也不能過小，以防其他干擾影響的比重相對較大而影響試驗結(jié)果。階躍變化的幅值一般取10%左右。thti/nim30095...thti/nim30095......9801020 40 6080100 150 20009.518 33 455563 78 8610%。1〕2〕KT。Q1〕階躍響應(yīng)標(biāo)幺値幾⑴=也=獸，圖略。y〔8〕982〕GX5〕=-^-，XAe<=10%*h〔-〕=9.8,K=^=^=10,7>+19.8時間常數(shù)T=100s,是到達(dá)的穩(wěn)態(tài)值的63%所用的時間。安全生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行以及環(huán)境保護(hù)等具有打算性作用的、可直接進(jìn)展測試的丄藝參數(shù)作為被控參數(shù)；②當(dāng)難以用直接參數(shù)作為被控參數(shù)時，應(yīng)選取與直接參數(shù)有單值函數(shù)關(guān)系的所謂間接參數(shù)作為被控參數(shù)；③半承受間接參數(shù)時，該參數(shù)對產(chǎn)品質(zhì)量應(yīng)具有足夠高的掌握靈敬度，否則難以保證對產(chǎn)品質(zhì)量的掌握效果；④被控參數(shù)的17?掌握參數(shù)確實定：①選擇結(jié)果應(yīng)使掌握通道的靜態(tài)增益K。盡可能大，時間常數(shù)TJJT。的比值一般應(yīng)小于0.30.3時，則需實行特別措施，否則難以滿足掌握要求。③干擾通道A應(yīng)盡可能大，其個數(shù)盡可能多；擾動進(jìn)入系統(tǒng)的位置盡可能遠(yuǎn)離被控參數(shù)而靠近調(diào)整閥。18?調(diào)整規(guī)律的選擇：當(dāng)廣義掌握通道時間常數(shù)較大或容量滯后較大時，應(yīng)引入微分調(diào)整；當(dāng)工藝容許有靜差時，應(yīng)選用PD調(diào)整；當(dāng)工藝要求無靜差時，應(yīng)選用PID調(diào)整，如溫度、成分、pH值等掌握過程屬于此類范疇。19?三種工程整定方法的特點.比較：特點：a〕反響曲線法是一種開環(huán)整定方法，是得到被控過程的典型參數(shù)之后，再對調(diào)整器參數(shù)進(jìn)展整定的；b〕臨界比例度法是一種閉環(huán)整定方法，不需測試動態(tài)特征，便利簡潔，使用方便；c〕衰減曲線法與臨界比例度法類似，都是依靠系統(tǒng)在某種運(yùn)行狀況下的特征信息對調(diào)整器進(jìn)展參數(shù)整定的，無需單據(jù)被控的數(shù)學(xué)模型，但不同的是無需消滅等幅振蕩過程。比較：①反響曲線法的適應(yīng)性較廣，并為調(diào)整器參數(shù)的最正確整定供給了可能；與其他兩種方法相比，所受試驗條件的限制也較少，通用性較強(qiáng)。②臨界比例度法和衰減曲線法都是閉環(huán)試驗整定方法，其優(yōu)點是無需把握被控過程的數(shù)學(xué)模型。但是，這兩種方法也都有肯定的缺點，如臨界比例度法對生產(chǎn)工藝過程不能反復(fù)做振蕩試驗、比照例調(diào)整是本質(zhì)穩(wěn)定的被控系統(tǒng)并不適用；而衰減曲線法在做衰減比較大的試驗時、觀測數(shù)據(jù)很難準(zhǔn)確確定，對于過程變化較快的系統(tǒng)也不宜承受。③從削減干擾對試驗信20.比例掌握對掌握質(zhì)量有什么影響？存在穩(wěn)態(tài)誤差度，需要增大調(diào)整器比例增益k比例調(diào)整不適用于給定的值隨時間變化的系統(tǒng)增大比例調(diào)整的增益k,不僅可以減小系統(tǒng)的穩(wěn)定誤差，而且還可以加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度。式，當(dāng)偏差越大，輸出掌握量越大，〔即e/——u/——閥氣開〕而閥翻開，燃料才加大，通常應(yīng)關(guān)閉，則輸出為反作用。〔b〕對給水閥調(diào)整器系統(tǒng)，給水閥為氣關(guān)U越大，增式，水位低，輸出需u越小，水位高，輸出需正作用，如圖〔b〕os/70~〔〕加〃八〔浪位方1 。2 知對

100

0.02.4^7

0 MPa〕調(diào)卷韻

由家變到

〃〃〃時■變送器送出氣圧由

到」 〕.當(dāng)訓(xùn)節(jié)器輸出氣壓變minmin被調(diào)星0200.10.2201.10.4204.00.6227.00.S251.01.0280.01.2302.5

象控min1.4161S2.02.22.4被詢量318.0329.5336.0339.0340.5340.6iMi-yoJln[l-兒(fj]-tjn/c\/c\u⑵F1」T23.tlStlS0I1020.426s3911142129253303If03為保才t沒減半＜p不疋.應(yīng)轉(zhuǎn)變調(diào)整好網(wǎng)卩個篆秋？如39/(100-0)0.02/(0=1.56}T=?3r=3.30=639/(100-0)0.02/(0=1.56}〔2〕液位變送器量程較小，由公式/^o=A＞/y-~y-n ＞此時丫爲(wèi)減小，不變,△“/“喚一“麗對象增益K1倍，相應(yīng)P1倍。此時查表得到的§應(yīng)加大。244-1某單容液位過程如下圖。該過程中，儲罐中的液位高度h為被控參數(shù)，流入儲罐的體積流量ql為過程的輸入量，ql1的開度來轉(zhuǎn)變；流出儲罐的體積流量q22的開度來轉(zhuǎn)變。試確定h與ql之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。解：①輸入：ql