校本教材 應(yīng)用化工技術(shù) 化工儀表及自動化

專業(yè)名稱：應(yīng)用化工技術(shù)年級：級課程名稱：化工儀表及自動化主編：卜雪峰目錄緒論 緒論一、化工自動化的意義及目的1.加快生產(chǎn)速度、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量。2.減輕勞動強(qiáng)度、改善勞動條件。3.能夠保證生產(chǎn)安全，防止事故發(fā)生或擴(kuò)大，達(dá)到延長設(shè)備使用壽命，提高設(shè)備利用率、保障人身安全的目的。4.生產(chǎn)過程自動化的實現(xiàn)，能根本改變勞動方式，提高工人文化技術(shù)水平，以適應(yīng)當(dāng)代信息技術(shù)革命和信息產(chǎn)業(yè)革命的需要。二、化工自動化的發(fā)展情況20世紀(jì)40年代以前，絕大多數(shù)化工生產(chǎn)處于手工操作狀況，操作工人根據(jù)反映主要參數(shù)的儀表指示情況，用人工來改變操作條件，生產(chǎn)過程單憑經(jīng)驗進(jìn)行。低效率，花費(fèi)龐大。20世紀(jì)50年代到60年代，人們對化工生產(chǎn)各種單元操作進(jìn)行了大量的開發(fā)工作，使得化工生產(chǎn)過程朝著大規(guī)模、高效率、連續(xù)生產(chǎn)、綜合利用方向迅速發(fā)展。20世紀(jì)70年代以來，化工自動化技術(shù)水平得到了很大的提高。20世紀(jì)70年代，計算機(jī)開始用于控制生產(chǎn)過程，出現(xiàn)了計算機(jī)控制系統(tǒng)。20世紀(jì)80年代末至90年代，現(xiàn)場總線和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)得到了迅速的發(fā)展。三、化工儀表及自動化系統(tǒng)的分類按功能不同，分四類：檢測儀表(包括各種參數(shù)的測量和變送)顯示儀表(包括模擬量顯示和數(shù)字量顯示)控制儀表(包括氣動、電動控制儀表及數(shù)字式控制器)執(zhí)行器(包括氣動、電動、液動等執(zhí)行器)圖圖0-1各類儀表之間的關(guān)系1.自動檢測系統(tǒng)利用各種儀表對生產(chǎn)過程中主要工藝參數(shù)進(jìn)行測量、指示或記錄的部分。作用：對過程信息的獲取與記錄作用。圖圖0-2熱交換器自動檢測系統(tǒng)示意圖自動檢測系統(tǒng)中主要的自動化裝置自動檢測系統(tǒng)中主要的自動化裝置敏感元件傳感器顯示儀表敏感元件對被測變量作出響應(yīng),把它轉(zhuǎn)換為適合測量的物理量。傳感器對檢測元件輸出的物理量信號作進(jìn)一步信號轉(zhuǎn)換顯示儀表將檢測結(jié)果以指針位移、數(shù)字、圖像等形式,準(zhǔn)確地指示、記錄或儲存。2.自動信號和聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)對某些關(guān)鍵性參數(shù)設(shè)有自動信號聯(lián)鎖保護(hù)裝置，是生產(chǎn)過程中的一種安全裝置。自動信號聯(lián)鎖保護(hù)電路按主要構(gòu)成元件不同分類：有觸點(diǎn)式、無觸點(diǎn)式兩類。3.自動操縱及自動開停車系統(tǒng)自動操縱系統(tǒng)可以根據(jù)預(yù)先規(guī)定的步驟自動地對生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行某種周期性操作。自動開停車系統(tǒng)可以按照預(yù)先規(guī)定好的步驟,將生產(chǎn)過程自動地投入運(yùn)行或自動停車。4.自動控制系統(tǒng)對生產(chǎn)中某些關(guān)鍵性參數(shù)進(jìn)行自動控制,使它們在受到外界干擾的影響而偏離正常狀態(tài)時,能自動地調(diào)回到規(guī)定的數(shù)值范圍內(nèi)。四、學(xué)習(xí)目標(biāo)：通過本門課程的學(xué)習(xí),應(yīng)能了解主要工藝參數(shù)(溫度、壓力、流量及物位)的檢測方法及其儀表的工作原理及特點(diǎn);能根據(jù)工藝要求,正確地選用和使用常見的檢測儀表及控制儀表;能了解化工自動化的初步知識,理解基本控制規(guī)律,懂得控制器參數(shù)是如何影響控制質(zhì)量的;能根據(jù)工藝的需要,和自控設(shè)計人員共同討論和提出合理的自動控制方案;能為自控設(shè)計提供正確的工藝條件和數(shù)據(jù);能在生產(chǎn)開停車過程中,初步掌握自動控制系統(tǒng)的投運(yùn)及控制器的參數(shù)整定;能了解檢測技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展趨勢和最新發(fā)展動態(tài)。項目一檢測儀表基本知識一、測量過程與測量誤差測量是用實驗的方法,求出某個量的大小。不如我們要測量一段導(dǎo)線的長度，就需要一把米尺與它比試一下，看它有多長，即可得知該段導(dǎo)線的長度。舉例舉例測一段導(dǎo)線的長度直接測量間接測量測量實質(zhì)：是將被測參數(shù)與其相應(yīng)的測量單位進(jìn)行比較的過程。測量誤差：由儀表讀得的被測值(測量值)與被測參數(shù)的真實值之間的差距。測量誤差按其產(chǎn)生原因的不同,可以分為三類：系統(tǒng)誤差、疏忽誤差、偶然誤差。絕對誤差：xI：儀表指示值xt：被測量的真值由于真值無法得到xx：被校表的讀數(shù)值，x0：標(biāo)準(zhǔn)表的讀數(shù)值相對誤差：二、檢測儀表的品質(zhì)指標(biāo)1.測量儀表的準(zhǔn)確度（精確度）兩大影響因素絕對誤差和儀表的標(biāo)尺范圍說明：儀表的測量誤差可以用絕對誤差Δ來表示。但是，儀表的絕對誤差在測量范圍內(nèi)的各點(diǎn)不相同。因此，常說的“絕對誤差”指的是絕對誤差中的最大值Δmax。1.指標(biāo)相對百分誤差相對百分誤差δ允許誤差允許誤差小結(jié)：儀表的δ允越大，表示它的精確度越低；反之，儀表的δ允越小，表示儀表的精確度越高。將儀表的允許相對百分誤差去掉“±”號及“％”號，便可以用來確定儀表的精確度等級。目前常用的精確度等級有0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等。舉例：例1-1某臺測溫儀表的測溫范圍為200~700℃，校驗該表時得到的最大絕對誤差為±4℃解：該儀表的相對百分誤差為如果將該儀表的δ去掉“±”號與“％”號，其數(shù)值為0.8。由于國家規(guī)定的精度等級中沒有0.8級儀表，同時，該儀表的誤差超過了0.5級儀表所允許的最大誤差，所以，這臺測溫儀表的精度等級為1.0級。儀表的準(zhǔn)確度等級是衡量儀表質(zhì)量優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一。準(zhǔn)確度等級數(shù)值越小，就表征該儀表的準(zhǔn)確度等級越高，儀表的準(zhǔn)確度越高。工業(yè)現(xiàn)場用的測量儀表，其準(zhǔn)確度大多在0.5級以下。儀表的精度等級一般可用不同的符號形式標(biāo)志在儀表面板上。舉例舉例1.51.0如：注意：在工業(yè)上應(yīng)用時,對檢測儀表準(zhǔn)確度的要求,應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)操作的實際情況和該參數(shù)對整個工藝過程的影響程度所提供的誤差允許范圍來確定,這樣才能保證生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性和合理性。2.檢測儀表的恒定度變差是指在外界條件不變的情況下，用同一儀表對被測量在儀表全部測量范圍內(nèi)進(jìn)行正反行程（即被測參數(shù)逐漸由小到大和逐漸由大到小）測量時，被測量值正行和反行所得到的兩條特性曲線之間的差值。圖圖1-1測量儀表的變差儀表的變差不能超出儀表的允許誤差，否則應(yīng)及時檢修。3.靈敏度與靈敏限儀表的靈敏度是指儀表指針的線位移或角位移，與引起這個位移的被測參數(shù)變化量的比值。即式中，S為儀表的靈敏度；Δα為指針的線位移或角位移；Δx為引起Δα所需的被測參數(shù)變化量。儀表的靈敏限是指能引起儀表指針發(fā)生動作的被測參數(shù)的最小變化量。通常儀表靈敏限的數(shù)值應(yīng)不大于儀表允許絕對誤差的一半。注意：上述指標(biāo)僅適用于指針式儀表。在數(shù)字式儀表中，往往用分辨率表示。4.反應(yīng)時間反應(yīng)時間就是用來衡量儀表能不能盡快反映出參數(shù)變化的品質(zhì)指標(biāo)。反應(yīng)時間長，說明儀表需要較長時間才能給出準(zhǔn)確的指示值，那就不宜用來測量變化頻繁的參數(shù)。儀表反應(yīng)時間的長短，實際上反映了儀表動態(tài)特性的好壞。儀表的反應(yīng)時間有不同的表示方法儀表的反應(yīng)時間有不同的表示方法當(dāng)輸入信號突然變化一個數(shù)值后，輸出信號將由原始值逐漸變化到新的穩(wěn)態(tài)值。儀表的輸出信號由開始變化到新穩(wěn)態(tài)值的63.2％（95％）所用的時間，可用來表示反應(yīng)時間。5.線性度線性度是表征線性刻度儀表的輸出量與輸入量的實際校準(zhǔn)曲線與理論直線的吻合程度。通常總是希望測量儀表的輸出與輸入之間呈線性關(guān)系。圖圖1-2線性度示意圖式中，δf為線性度（又稱非線性誤差）；Δfmax為校準(zhǔn)曲線對于理論直線的最大偏差（以儀表示值的單位計算）。6.重復(fù)性重復(fù)性表示檢測儀表在被測參數(shù)按同一方向作全量程連續(xù)多次變動時所得標(biāo)定特性曲線不一致的程度。若標(biāo)定的特性曲線一致,重復(fù)性就好,重復(fù)性誤差就小。圖圖1-3重復(fù)性示意圖三、檢測系統(tǒng)中的常見信號類型作用于檢測裝置輸入端的被測信號，通常要轉(zhuǎn)換成以下幾種便于傳輸和顯示的信號類型：1.位移信號2.壓力信號3.電氣信號4.光信號四、檢測系統(tǒng)中信號的傳遞形式1.模擬信號在時間上是連續(xù)變化的,即在任何瞬時都可以確定其數(shù)值的信號。2.數(shù)字信號數(shù)字信號是一種以離散形式出現(xiàn)的不連續(xù)信號,通常用二進(jìn)制數(shù)“0”和“1”組合的代碼序列來表示。3.開關(guān)信號用兩種狀態(tài)或用兩個數(shù)值范圍表示的不連續(xù)信號。五、檢測儀表與測量方法的分類1.檢測儀表的分類①依據(jù)所測參數(shù)的不同,可分成壓力(包括差壓、負(fù)壓)檢測儀表、流量檢測儀表、物位(液位)檢測儀表、溫度檢測儀表、物質(zhì)成分分析儀表及物性檢測儀表等。②按表達(dá)示數(shù)的方式不同,可分成指示型、記錄型、訊號型、遠(yuǎn)傳指示型、累積型等。③按精度等級及使用場合的不同,可分為實用儀表、范型儀表和標(biāo)準(zhǔn)儀表,分別使用在現(xiàn)場、實驗室和標(biāo)定室。2.測量方法的分類按照測量結(jié)果的獲得過程按照測量結(jié)果的獲得過程直接測量間接測量（1）直接測量利用經(jīng)過標(biāo)定的儀表對被測參數(shù)進(jìn)行測量，直接從顯示結(jié)果獲得被測參數(shù)的具體數(shù)值的測量方法。根據(jù)被測參數(shù)獲得方式的不同，直接測量又有偏差法與平衡法（零位法）之分。除此之外除此之外,還有一種將平衡法與偏差法結(jié)合起來的微差法（2）間接測量當(dāng)被測量不宜直接測量時,可以通過測量與被測量有關(guān)的幾個相關(guān)量后,再經(jīng)過計算來確定被測量的大小。六、化工檢測的發(fā)展趨勢1.檢測技術(shù)的現(xiàn)代化2.檢測儀表的集成化、數(shù)字化、智能化3.軟測量技術(shù)和虛擬儀器八、例題分析1.某臺具有線性關(guān)系的溫度變送器,其測溫范圍為0～200℃輸入信號標(biāo)準(zhǔn)溫度/℃050100150200輸出信號/mA正行程讀數(shù)x正正行程讀數(shù)x反44.0288.1012.0112.1016.0116.092020.01試根據(jù)以上校驗數(shù)據(jù)確定該儀表的變差、準(zhǔn)確度等級與線性度。解:該題的解題步驟如下。(1)根據(jù)儀表的輸出范圍確定在各溫度測試點(diǎn)的輸出標(biāo)準(zhǔn)值x標(biāo)。任一溫度值的標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(mA)為例如,當(dāng)溫度為50℃其余類推。(2)算出各測試點(diǎn)正、反行程時的絕對誤差Δ正與Δ反,并算出正、反行程之差Δ變,分別填入下表內(nèi)(計算Δ變時可不考慮符號,取正值)。輸入信號/℃050100150200輸出信號/mA正行程讀數(shù)x正反行程讀數(shù)x反標(biāo)準(zhǔn)值44.02488.10812.0112.101216.0116.09162020.0120絕對誤差/mA正行程Δ正反行程Δ反00.0200.100.010.100.010.0900.01正反行程之差Δ變0.020.100.090.080.01(3)由上表找出最大的絕對誤差Δmax,并計算最大的相對百分誤差δmax。由上表可知去掉δmax的“±”號及“%”號后,其數(shù)值為0.625,數(shù)值在0.5～1.0之間,由于該表的δmax已超過0.5級表所允許的δ允,故該表的準(zhǔn)確度等級為1.0級。(4)計算變差由于該變差數(shù)值在1.0級表允許的誤差范圍內(nèi),故不影響表的準(zhǔn)確度等級。注意若變差數(shù)值Δ變max超過了絕對誤差Δmax,則應(yīng)以Δ變max來確定儀表的準(zhǔn)確度等級。(5)由計算結(jié)果可知,非線性誤差的最大值Δfmax=0.10,故線性度δf為注意：在具體校驗儀表時,為了可靠起見,應(yīng)適當(dāng)增加測試點(diǎn)與實驗次數(shù),本例題只是簡單列舉幾個數(shù)據(jù)說明問題罷了。2.某臺測溫儀表的測溫范圍為200～1000℃,工藝上要求測溫誤差不能大于±5解:工藝上允許的相對百分誤差為要求所選的儀表的相對百分誤差不能大于工藝上的δ允,才能保證測溫誤差不大于±5℃項目二壓力檢測在化工生產(chǎn)中,壓力是指由氣體或液體均勻垂直地作用于單位面積上的力。在工業(yè)生產(chǎn)過程中,壓力往往是重要的操作參數(shù)之一。壓力的檢測與控制,對保證生產(chǎn)過程正常進(jìn)行,達(dá)到高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低消耗和安全是十分重要的。任務(wù)1壓力單位及測壓儀表一、壓力單位壓力是指均勻垂直地作用在單位面積上的力。壓力的單位為帕斯卡，簡稱帕（Pa）為了使大家了解國際單位制中的壓力單位（Pa或MPa）與過去的單位之間的關(guān)系，下面給出幾種單位之間的換算關(guān)系表。表2-1各種壓力單位換算表壓力單位帕/Pa兆帕/MPa工程大氣壓/(kgf/cm2)物理大氣壓/atm汞柱/mmHg水柱/mH2O（磅/英寸2）/（1b/in2）巴/bar帕11×1061.0197×10-59.869×10-67.501×10-31.0197×10-41.450×10-41×10-5兆帕1×106110.1979.8697.501×1031.0197×1021.450×10210工程大氣壓9.807×1049.807×10-210.9678735.610.0014.220.9807物理大氣壓1.0133×1050.101331.0332176010.3314.701.0133汞柱1.3332×1021.3332×10-41.3595×10-31.3158×10-310.01361.934×10-21.3332×10-3水柱9.806×1039.806×10-30.10000.0967873.5511.4220.09806（磅/英寸2）6.895×1036.895×10-30.070310.0680551.710.703110.06895巴1×1050.11.01970.9869750.110.19714.501在壓力測量中，常有表壓、絕對壓力、負(fù)壓或真空度之分。pp表P真P絕P絕大氣壓力線零線圖2-1絕對壓力、表壓、負(fù)壓（真空度）的關(guān)系當(dāng)被測壓力低于大氣壓力時，一般用負(fù)壓或真空度來表示。二、測壓儀表測量壓力或真空度的儀表按照其轉(zhuǎn)換原理的不同，分為四類。1.液柱式壓力計它根據(jù)流體靜力學(xué)原理，將被測壓力轉(zhuǎn)換成液柱高度進(jìn)行測量。按其結(jié)構(gòu)形式的不同有U形管壓力計、單管壓力計等優(yōu)點(diǎn)這類壓力計結(jié)構(gòu)簡單、使用方便缺點(diǎn)其精度受工作液的毛細(xì)管作用、密度及視差等因素的影響，測量范圍較窄，一般用來測量較低壓力、真空度或壓力差。2.彈性式壓力計它是將被測壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件變形的位移進(jìn)行測量的。3.電氣式壓力計它是通過機(jī)械和電氣元件將被測壓力轉(zhuǎn)換成電量（如電壓、電流、頻率等）來進(jìn)行測量的儀表。4.活塞式壓力計它是根據(jù)水壓機(jī)液體傳送壓力的原理，將被測壓力轉(zhuǎn)換成活塞上所加平衡砝碼的質(zhì)量來進(jìn)行測量的。優(yōu)點(diǎn)：測量精度很高，允許誤差可小到0.05%～0.02%。缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，價格較貴。任務(wù)2彈性式壓力計定義：彈性式壓力計是利用各種形式的彈性元件，在被測介質(zhì)壓力的作用下，使彈性元件受壓后產(chǎn)生彈性變形的原理而制成的測壓儀表。優(yōu)點(diǎn)：具有結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠、讀數(shù)清晰、牢固可靠、價格低廉、測量范圍寬以及有足夠的精度等優(yōu)點(diǎn)。可用來測量幾百帕到數(shù)千兆帕范圍內(nèi)的壓力。一、彈性元件彈性元件是一種簡易可靠的測壓敏感元件。當(dāng)測壓范圍不同時，所用的彈性元件也不一樣。圖2-2彈性元件示意圖彈簧管式彈性元件如圖(a)和(b)所示，波紋管式彈性元件如圖(e)所示，薄膜式彈性元件如圖(c)和(d)所示。二、彈簧管壓力表1—1—彈簧管；2—拉桿；3—扇形齒輪；4—中心齒輪；5—指針；6—面板；7—游絲；8—調(diào)整螺絲；9—接頭彈簧壓力表圖2-3彈簧管壓力表基本測量原理單圈彈簧管是一根彎成270°圓弧的橢圓截面的空心金屬管子。管子的自由端B封閉，另一端固定在接頭９上。當(dāng)通入被測的壓力p后，由于橢圓形截面在壓力p的作用下，將趨于圓形，而彎成圓弧形的彈簧管也隨之產(chǎn)生擴(kuò)張變形。同時，使彈簧管的自由端B產(chǎn)生位移。輸入壓力p越大，產(chǎn)生的變形也越大。由于輸入壓力與彈簧管自由端B的位移成正比，所以只要測得B點(diǎn)的位移量，就能反映壓力p的大小。注意：彈簧管自由端B的位移量一般很小，直接顯示有困難，所以必須通過放大機(jī)構(gòu)才能指示出來。警惕：在化工生產(chǎn)過程中，常需要把壓力控制在某一范圍內(nèi)，即當(dāng)壓力低于或高于給定范圍時，就會破壞正常工藝條件，甚至可能發(fā)生危險。這時就應(yīng)采用帶有報警或控制觸點(diǎn)的壓力表。將普通彈簧管壓力表稍加變化，便可成為電接點(diǎn)信號壓力表，它能在壓力偏離給定范圍時，及時發(fā)出信號，以提醒操作人員注意或通過中間繼電器實現(xiàn)壓力的自動控制。圖2-4電接點(diǎn)信號壓力表1、4-靜觸點(diǎn)；2-動觸點(diǎn)；3-綠燈；5-紅燈任務(wù)3電氣式壓力計定義：電氣式壓力計是一種能將壓力轉(zhuǎn)換成電信號進(jìn)行傳輸及顯示的儀表。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)1.該儀表的測量范圍較廣，分別可測7×10-5Pa至5×102MPa的壓力，允許誤差可至0.2％；2.由于可以遠(yuǎn)距離傳送信號，所以在工業(yè)生產(chǎn)過程中可以實現(xiàn)壓力自動控制和報警，并可與工業(yè)控制機(jī)聯(lián)用。組成圖圖2-5電氣式壓力計組成方框圖一般由壓力傳感器、測量電路和信號處理裝置所組成。常用的信號處理裝置有指示儀、記錄儀以及控制器、微處理機(jī)等。一、應(yīng)變片壓力傳感器應(yīng)變片式壓力傳感器利用電阻應(yīng)變原理構(gòu)成。電阻應(yīng)變片有金屬和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩類，被測壓力使應(yīng)變片產(chǎn)生應(yīng)變。當(dāng)應(yīng)變片產(chǎn)生壓縮（拉伸）應(yīng)變時，其阻值減?。ㄔ黾樱?，再通過橋式電路獲得相應(yīng)的毫伏級電勢輸出，并用毫伏計或其他記錄儀表顯示出被測壓力，從而組成應(yīng)變片式壓力計。圖圖2-6應(yīng)變片壓力傳感器示意圖1—應(yīng)變筒；2—外殼；3—密封膜片。二、壓阻式壓力傳感器工作原理:壓阻式壓力傳感器利用單晶硅的壓阻效應(yīng)而構(gòu)成。采用單晶硅片為彈性元件，在單晶硅膜片上利用集成電路的工藝，在單晶硅的特定方向擴(kuò)散一組等值電阻，并將電阻接成橋路，單晶硅片置于傳感器腔內(nèi)。當(dāng)壓力發(fā)生變化時，單晶硅產(chǎn)生應(yīng)變，使直接擴(kuò)散在上面的應(yīng)變電阻產(chǎn)生與被測壓力成比例的變化，再由橋式電路獲得相應(yīng)的電壓輸出信號。圖圖3-12壓阻式壓力傳感器1—基座；2—單晶硅片；3—導(dǎo)環(huán)；4—螺母；5—密封墊圈；6—等效電阻三、電容式壓力變送器1.特點(diǎn)精度高、工作可靠、頻率響應(yīng)高、遲滯小、尺寸小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單；便于實現(xiàn)顯示數(shù)字化；可以測量壓力，稍加改變，還可以測量差壓、高度、速度、加速度等參數(shù)。2.工作原理先將壓力的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化，然后進(jìn)行測量。圖圖2-8電容式測量膜盒1-中心感應(yīng)膜片(可動電極)；2-固定電極；3-測量側(cè)；4-隔離膜片任務(wù)4智能式變送器智能型壓力或差壓變送器是在普通壓力或差壓傳感器的基礎(chǔ)上增加微處理器電路而形成的智能檢測儀表。一、智能變送器的特點(diǎn)①性能穩(wěn)定,可靠性好,測量精度高,基本誤差僅為±0.1%。②量程范圍可達(dá)100∶1,時間常數(shù)可在0～36s內(nèi)調(diào)整,有較寬的零點(diǎn)遷移范圍。③具有溫度、靜壓的自動補(bǔ)償功能,在檢測溫度時,可對非線性進(jìn)行自動校正。④具有數(shù)字、模擬兩種輸出方式,能夠?qū)崿F(xiàn)雙向數(shù)據(jù)通訊,可以與現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)和上位計算機(jī)相連。⑤可以進(jìn)行遠(yuǎn)程通訊,通過現(xiàn)場通訊器,使變送器具有自修正、自補(bǔ)償、自診斷及錯誤方式告警等多種功能,簡化了調(diào)整、校準(zhǔn)與維護(hù)過程,使維護(hù)和使用都十分方便。二、智能變送器的結(jié)構(gòu)原理從整體上來看,由硬件和軟件兩大部分組成。從電路結(jié)構(gòu)上來看,包括傳感器部件和電子部件兩部分。舉例以美國費(fèi)希爾-羅斯蒙特公司的3051C型智能差壓變送器為例介紹其工作原理。圖圖2-93051C型智能差壓變送器（4～20mA）方框圖3051C型智能差壓變送器所用的手持通信器為275型，帶有鍵盤及液晶顯示器?？梢越釉诂F(xiàn)場變送器的信號端子上，就地設(shè)定或檢測，也可以在遠(yuǎn)離現(xiàn)場的控制室中，接在某個變送器的信號線上進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)定及檢測。三、實現(xiàn)的功能1.組態(tài)2.測量范圍的變更3.變送器的校準(zhǔn)4.自診斷圖圖2-10手持通信器的連接示意圖注意要對智能型差壓變送器每五年校驗一次，智能型差壓變送器與手持通信器結(jié)合使用，可遠(yuǎn)離生產(chǎn)現(xiàn)場，尤其是危險或不易到達(dá)的地方，給變送器的運(yùn)行和維護(hù)帶來了極大的方便。任務(wù)5壓力計的選用及安裝一、壓力計的選用壓力計的選用應(yīng)根據(jù)工藝生產(chǎn)過程對壓力測量的要求，結(jié)合其他各方面的情況，加以全面的考慮和具體的分析，一般考慮以下幾個問題。1.儀表類型的選用2.儀表測量范圍的確定3.儀表精度級的選取二、壓力計的安裝1.測壓點(diǎn)的選擇應(yīng)能反映被測壓力的真實大小。①要選在被測介質(zhì)直線流動的管段部分，不要選在管路拐彎、分叉、死角或其他易形成漩渦的地方。②測量流動介質(zhì)的壓力時，應(yīng)使取壓點(diǎn)與流動方向垂直，取壓管內(nèi)端面與生產(chǎn)設(shè)備連接處的內(nèi)壁應(yīng)保持平齊，不應(yīng)有凸出物或毛刺。③測量液（氣）體壓力時，取壓點(diǎn)應(yīng)在管道下（上）部，使導(dǎo)壓管內(nèi)不積存氣（液）體。2.導(dǎo)壓管鋪設(shè)①導(dǎo)壓管粗細(xì)要合適，一般內(nèi)徑為6～10mm，長度應(yīng)盡可能短，最長不得超過50m，以減少壓力指示的遲緩。如超過50②導(dǎo)壓管水平安裝時應(yīng)保證有1:10～1:20的傾斜度，以利于積存于其中之液體（或氣體）的排出。③當(dāng)被測介質(zhì)易冷凝或凍結(jié)時，必須加設(shè)保溫伴熱管線。④取壓口到壓力計之間應(yīng)裝有切斷閥，以備檢修壓力計時使用。切斷閥應(yīng)裝設(shè)在靠近取壓口的地方。3.壓力計的安裝①壓力計應(yīng)安裝在易觀察和檢修的地方。②安裝地點(diǎn)應(yīng)力求避免振動和高溫影響。③測量蒸汽壓力時，應(yīng)加裝凝液管，以防止高溫蒸汽直接與測壓元件接觸[圖3-17（a）］；對于有腐蝕性介質(zhì)的壓力測量，應(yīng)加裝有中性介質(zhì)的隔離罐，右圖（b）表示了被測介質(zhì)密度ρ2大于和小于隔離液密度ρ1的兩種情況。圖圖2-11壓力計安裝示意圖１-壓力計；２-切斷閥門；３-凝液管；４-取壓容器④壓力計的連接處，應(yīng)根據(jù)被測壓力的高低和介質(zhì)性質(zhì)，選擇適當(dāng)?shù)牟牧?，作為密封墊片，以防泄漏。⑤當(dāng)被測壓力較小，而壓力計與取壓口又不在同一高度時，對由此高度而引起的測量誤差應(yīng)按Δp＝±Hρg進(jìn)行修正。式中H為高度差，ρ為導(dǎo)壓管中介質(zhì)的密度，g為重力加速度。⑥為安全起見，測量高壓的壓力計除選用有通氣孔的外，安裝時表殼應(yīng)向墻壁或無人通過之處，以防發(fā)生意外。任務(wù)6例題分析1.某臺往復(fù)式壓縮機(jī)的出口壓力范圍為25～28MPa，測量誤差不得大于1MPa。工藝上要求就地觀察，并能高低限報警，試正確選用一臺壓力表，指出型號、精度與測量范圍。解由于往復(fù)式壓縮機(jī)的出口壓力脈動較大，所以選擇儀表的上限值為根據(jù)就地觀察及能進(jìn)行高低限報警的要求，由本章附錄，可查得選用YX-150型電接點(diǎn)壓力表，測量范圍為0～60MPa。由于，故被測壓力的最小值不低于滿量程的1/3，這是允許的。另外，根據(jù)測量誤差的要求，可算得允許誤差為所以，精度等級為1.5級的儀表完全可以滿足誤差要求。至此，可以確定，選擇的壓力表為YX-150型電接點(diǎn)壓力表，測量范圍為0～60MPa，精度等級為1.5級。2.如果某反應(yīng)器最大壓力為0.6MPa，允許最大絕對誤差為±0.02MPa?，F(xiàn)用一臺測量范圍為0～1.6MPa，準(zhǔn)確度為1.5級的壓力表來進(jìn)行測量，問能否符合工藝上的誤差要求？若采用一臺測量范圍為0～1.0MPa，準(zhǔn)確度為1.5級的壓力表，問能符合誤差要求嗎？試說明其理由。解：對于測量范圍為0～1.6MPa，準(zhǔn)確度為1.5級的壓力表，允許的最大絕對誤差為1.6×1.5%=0.024(MPa)因為此數(shù)值超過了工藝上允許的最大絕對誤差數(shù)值,所以是不合格的。對于測量范圍為0～1.0MPa，準(zhǔn)確度亦為1.5級的壓力表,允許的最大絕對誤差為1.0×1.5%=0.015(MPa)因為此數(shù)值小于工藝上允許的最大絕對誤差,故符合對測量準(zhǔn)確度的要求,可以采用。該例說明了選一臺量程很大的儀表來測量很小的參數(shù)值是不適宜的。項目三流量檢測介質(zhì)流量是控制生產(chǎn)過程達(dá)到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)和安全生產(chǎn)以及進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算所必需的一個重要參數(shù)。流量大?。簡挝粫r間內(nèi)流過管道某一截面的流體數(shù)量的大小，即瞬時流量。總量：在某一段時間內(nèi)流過管道的流體流量的總和，即瞬時流量在某一段時間內(nèi)的累計值。質(zhì)量流量M體積流量Q如以t表示時間，則流量和總量之間的關(guān)系是流量計：測量流體流量的儀表。計量表：測量流體總量的儀表。1.速度式流量計以測量流體在管道內(nèi)的流速作為測量依據(jù)來計算流量的儀表。2.容積式流量計以單位時間內(nèi)所排出的流體的固定容積的數(shù)目作為測量依據(jù)來計算流量的儀表。3.質(zhì)量流量計以測量流體流過的質(zhì)量M為依據(jù)的流量計。質(zhì)量流量計分直接式和間接式兩種。任務(wù)1差壓式流量計差壓式（也稱節(jié)流式）流量計是基于流體流動的節(jié)流原理，利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置時產(chǎn)生的壓力差而實現(xiàn)流量測量的。通常是由能將被測流量轉(zhuǎn)換成壓差信號的節(jié)流裝置和能將此壓差轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的流量值顯示出來的差壓計以及顯示儀表所組成。一、節(jié)流現(xiàn)象與流量基本方程式1.節(jié)流現(xiàn)象流體在有節(jié)流裝置的管道中流動時，在節(jié)流裝置前后的管壁處，流體的靜壓力產(chǎn)生差異的現(xiàn)象稱為節(jié)流現(xiàn)象。節(jié)流裝置就是在管道中放置的一個局部收縮元件,應(yīng)用最廣泛的是孔板,其次是噴嘴、文丘里管。注意:要準(zhǔn)確測量出截面Ⅰ、Ⅱ處的壓力有困難，因為產(chǎn)生最低靜壓力p2′的截面Ⅱ的位置隨著流速的不同會改變。因此是在孔板前后的管壁上選擇兩個固定的取壓點(diǎn)，來測量流體在節(jié)流裝置前后的壓力變化。因而所測得的壓差與流量之間的關(guān)系，與測壓點(diǎn)及測壓方式的選擇是緊密相關(guān)的。圖3-1孔板裝置及壓力、流速分布圖圖3-1孔板裝置及壓力、流速分布圖2.節(jié)流基本方程式流量基本方程式是闡明流量與壓差之間定量關(guān)系的基本流量公式。它是根據(jù)流體力學(xué)中的伯努利方程和流體連續(xù)性方程式推導(dǎo)而得的。可以看出要知道流量與壓差的確切關(guān)系，關(guān)鍵在于α的取值。流量與壓力差ΔP的平方根成正比。二、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置國內(nèi)外把最常用的節(jié)流裝置、孔板、噴嘴、文丘里管等標(biāo)準(zhǔn)化，并稱為“標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置”。采用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置進(jìn)行設(shè)計計算時都有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定、要求和計算所需要的通用化實驗數(shù)據(jù)資料。1.節(jié)流裝置的選用①在加工制造和安裝方面,以孔板為最簡單,噴嘴次之,文丘里管最復(fù)雜。造價高低也與此相對應(yīng)。實際上,在一般場合下,以采用孔板為最多。②當(dāng)要求壓力損失較小時,可采用噴嘴、文丘里管等。③在測量某些易使節(jié)流裝置腐蝕、沾污、磨損、變形的介質(zhì)流量時,采用噴嘴較采用孔板為好。④在流量值與壓差值都相同的條件下,使用噴嘴有較高的測量精度,而且所需的直管長度也較短。⑤如被測介質(zhì)是高溫、高壓的,則可選用孔板和噴嘴。文丘里管只適用于低壓的流體介質(zhì)。2.節(jié)流裝置的安裝使用①必須保證節(jié)流裝置的開孔和管道的軸線同心,并使節(jié)流裝置端面與管道的軸線垂直。②在節(jié)流裝置前后長度為兩倍于管徑(2D)的一段管道內(nèi)壁上,不應(yīng)有凸出物和明顯的粗糙或不平現(xiàn)象。③任何局部阻力(如彎管、三通管、閘閥等)均會引起流速在截面上重新分布,引起流量系數(shù)變化。所以在節(jié)流裝置的上、下游必須配置一定長度的直管。④標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置(孔板、噴嘴),一般都用于直徑D≥50mm的管道中。⑤被測介質(zhì)應(yīng)充滿全部管道并且連續(xù)流動。⑥管道內(nèi)的流束(流動狀態(tài))應(yīng)該是穩(wěn)定的。⑦被測介質(zhì)在通過節(jié)流裝置時應(yīng)不發(fā)生相變。三、力矩平衡式差壓變送器變送器是單元組合式儀表中不可缺少的基本單元之一。所謂單元組合式儀表,這是將對參數(shù)的檢測及其變送、顯示、控制等各部分,分別做成只完成某一種功能而又能各自獨(dú)立工作的單元儀表(簡稱單元,例如變送單元、顯示單元、控制單元等)。分類按使用的能源不同,單元組合式儀表有氣動單元組合式儀表(QDZ型)和電動單元組合式儀表(DDZ型)。差壓變送器可以將差壓信號Δp轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的氣壓信號或電流信號,可以連續(xù)地測量差壓、液位、分界面等工藝參數(shù)。當(dāng)它與節(jié)流裝置配合時,可以用來連續(xù)測量液體、蒸汽和氣體的流量。力矩平衡式差壓變送器是一種典型的自平衡檢測儀表，它利用負(fù)反饋的工作原理克服元件材料、加工工藝等不利因素的影響，使儀表具有較高的測量準(zhǔn)確度(一般為0.5級)、工作穩(wěn)定、可靠、線性好、不靈敏區(qū)小、溫度誤差小等一系列優(yōu)點(diǎn)。舉例以DDZ-Ⅲ型壓力變送器為例DDZ-Ⅲ型差壓變送器將差壓信號轉(zhuǎn)換為4～20mA的直流電流信號。在差壓Δp作用下，產(chǎn)生一個測試力，即1—測量氣室;2—測量膜片;3—支點(diǎn);4—主杠桿;5—推板;6—矢量板;7—拉桿;8—支撐簧片;9—動鐵心;10—差動變送器;11—副杠桿;12—放大器;13—永久磁鋼;14—可動線圈;15—調(diào)零彈簧圖圖3-2DDZ-Ⅲ型差壓變送器示意圖該變送器是按力矩平衡原理工作的。根據(jù)主、副杠桿的平衡條件可以推導(dǎo)出被測壓力Δp與輸出信號I0的關(guān)系。當(dāng)主杠桿平衡時，應(yīng)有式中，式中，、分別為F測、F1離支點(diǎn)O1的距離。將式（3-5）代入式（3-6），有式中式中,為一比例系數(shù)。而而分別為F2及電磁力離副杠桿十字支撐簧片的距離。將式（3-10）代入式（3-9），得聯(lián)立式（3-8）與（3-11），得式中，為轉(zhuǎn)換比例系數(shù)。四、差壓式流量計的測量誤差在現(xiàn)場實際應(yīng)用時，往往具有比較大的測量誤差，有的甚至高達(dá)10％～20％。注意不僅需要合理的選型、準(zhǔn)確的設(shè)計計算和加工制造，更要注意正確的安裝、維護(hù)和符合使用條件等，才能保證差壓式流量計有足夠的實際測量精度。誤差產(chǎn)生的原因被測流體工作狀態(tài)的變動。節(jié)流裝置安裝不正確?？装迦肟谶吘壍哪p。導(dǎo)壓管安裝不正確，或有堵塞、滲漏現(xiàn)象差壓計安裝或使用不正確導(dǎo)壓管要正確地安裝，防止堵塞與滲漏，否則會引起較大的測量誤差。對于不同的被測介質(zhì)，導(dǎo)壓管的安裝亦有不同的要求，下面分類討論。圖圖3-3測量液體流量時的取壓點(diǎn)位置圖圖3-4測量液體流量時的連接圖11-節(jié)流裝置；2-引壓導(dǎo)管3-放空閥；4-平衡閥；5-差壓變送器；6-貯氣罐；7-切斷閥（1）測量液體的流量時，應(yīng)該使兩根導(dǎo)壓管內(nèi)都充滿同樣的液體而無氣泡，以使兩根導(dǎo)壓管內(nèi)的液體密度相等。①取壓點(diǎn)應(yīng)該位于節(jié)流裝置的下半部，與水平線夾角α為0°～45°。②引壓導(dǎo)管最好垂直向下，如條件不許可，導(dǎo)壓管亦應(yīng)下傾一定坡度（至少1∶20～1∶10），使氣泡易于排出。③在引壓導(dǎo)管的管路中，應(yīng)有排氣的裝置。（2）測量氣體流量時，上述的這些基本原則仍然適用。①取壓點(diǎn)應(yīng)在節(jié)流裝置的上半部。②引壓導(dǎo)管最好垂直向上，至少亦應(yīng)向上傾斜一定的坡度，以使引壓導(dǎo)管中不滯留液體。③如果差壓計必須裝在節(jié)流裝置之下，則需加裝貯液罐和排放閥，如圖3-5所示。（3）測量蒸汽的流量時，要實現(xiàn)上述的基本原則，必須解決蒸汽冷凝液的等液位問題，以消除冷凝液液位的高低對測量精度的影響。常見的接法見圖3-6所示。1-節(jié)流裝置；21-節(jié)流裝置；2-凝液罐；3-引壓導(dǎo)管；4-a排放閥；5-差壓變送器；6-平衡閥圖3-6測量蒸汽流量的連接圖圖3-5測量氣體流量時的連接圖1-節(jié)流裝置；2-引壓導(dǎo)管；3-差壓變送器；4-貯液罐；5-排放閥差壓計或差壓變送器安裝或使用不正確也會引起測量誤差。由引壓導(dǎo)管接至差壓計或變送器前，必須安裝切斷閥1、2和平衡閥3，如圖3-7所示。測量腐蝕性（或因易凝固不適宜直接進(jìn)入差壓計）的介質(zhì)流量時，必須采取隔離措施。常用的兩種隔離罐形式如圖3-8所示。圖3-26隔離罐的兩種形式圖3-26隔離罐的兩種形式圖3-7差壓計閥組安裝示意圖1，2-切斷閥；3-平衡閥任務(wù)2轉(zhuǎn)子流量計一、工作原理轉(zhuǎn)子流量計采用的是恒壓降、變節(jié)流面積的流量測量方法。圖3-9轉(zhuǎn)子流量計的工作原理圖轉(zhuǎn)子流量計中轉(zhuǎn)子的平衡條件是轉(zhuǎn)子流量計中轉(zhuǎn)子的平衡條件是（3-13）由式（由式（3-25）可得（3-14）根據(jù)轉(zhuǎn)子浮起的高度就可以判斷被測介質(zhì)的流量大小根據(jù)轉(zhuǎn)子浮起的高度就可以判斷被測介質(zhì)的流量大小或二、電遠(yuǎn)傳式轉(zhuǎn)子流量計它可以將反映流量大小的轉(zhuǎn)子高度h轉(zhuǎn)換為電信號，適合于遠(yuǎn)傳，進(jìn)行顯示或記錄。LZD系列電遠(yuǎn)傳式轉(zhuǎn)子流量計主要由流量變送及電動顯示兩部分組成。1.流量變送部分圖圖3-10差動變壓器結(jié)構(gòu)若將轉(zhuǎn)子流量計的轉(zhuǎn)子與差動變壓器的鐵芯連接起來，使轉(zhuǎn)子隨流量變化的運(yùn)動帶動鐵芯一起運(yùn)動，那么，就可以將流量的大小轉(zhuǎn)換成輸出感應(yīng)電勢的大小。2.電動顯示部分圖圖3-11LTD系列電遠(yuǎn)傳轉(zhuǎn)子流量計任務(wù)3漩渦流量計精度高、測量范圍寬、沒有運(yùn)動部件、無機(jī)械磨損、維護(hù)方便、壓力損失小、節(jié)能效果明顯。圖圖3-12卡門渦列(a)圓柱渦列；(b)三角柱渦列漩渦流量計是利用有規(guī)則的漩渦剝離現(xiàn)象來測量流體流量的儀表。滿足h／L＝0.281時，則所產(chǎn)生的渦街是穩(wěn)定的。由圓柱體形成的卡曼漩渦，其單側(cè)漩渦產(chǎn)生的頻率為熱學(xué)法電容法壓差法熱學(xué)法電容法壓差法漩渦頻率的檢測方法圖3-13圓柱檢出器原理圖1-空腔；2-圓柱棒；3-導(dǎo)壓孔；4-鉑電阻絲；5-隔墻任務(wù)4質(zhì)量流量計一、定義直接測量單位時間內(nèi)所流過的介質(zhì)的質(zhì)量,即質(zhì)量流量M。1.優(yōu)點(diǎn)質(zhì)量流量計的最后輸出信號只與介質(zhì)的質(zhì)量流量M成比例,這就能從根本上提高流量測量的精度,省去了煩瑣的換算和修正。2.質(zhì)量流量的基本方程式為二、直接式質(zhì)量流量計（（3-18）（3-19）將式(3-19)減去式(3-18),可得即即項目四物位檢測任務(wù)1差壓式液位計一、工作原理將差壓變送器的一端接液相，另一端接氣相因此圖圖4-1差壓式液位計原理圖結(jié)論當(dāng)用差壓式液位計來測量液位時,若被測容器是敞口的,氣相壓力為大氣壓,則差壓計的負(fù)壓室通大氣就可以了,這時也可以用壓力計來直接測量液位的高低。若容器是受壓的,則需將差壓計的負(fù)壓室與容器的氣相相連接。以平衡氣相壓力pA的靜壓作用。二、零點(diǎn)遷移問題實際應(yīng)用中，正、負(fù)室壓力p1、p2分別為圖4-2負(fù)遷移示意圖圖4-2負(fù)遷移示意圖遷移同時改變了測量范圍的上、下限，相當(dāng)于測量范圍的平移，它不改變量程的大小。三、用法蘭式差壓變送器測量液位為了解決測量具有腐蝕性或含有結(jié)晶顆粒以及黏度大、易凝固等液體液位時引壓管線被腐蝕、被堵塞的問題，應(yīng)使用法蘭式差壓變送器，如下圖所示。圖圖4-5法蘭式差壓變送器測量液位示意圖1-法蘭式測量頭；2-毛細(xì)管；3-變送器任務(wù)2其他物位計一、電容式物位計1.測量原理通過測量電容量的變化可以用來檢測液位、料位和兩種不同液體的分界面。當(dāng)D和d當(dāng)D和d一定時，電容量C的大小與極板的長度L和介質(zhì)的介電常數(shù)ε的乘積成比例。兩圓筒間的電容量C圖4-8電容器的組成1-內(nèi)電極；2-外電極2.結(jié)論電容量的變化與液位高度H成正比。該法是利用被測介質(zhì)的介電系數(shù)ε與空氣介電系數(shù)ε0不等的原理進(jìn)行工作，（ε-ε0）值越大，儀表越靈敏。電容器兩極間的距離越小，儀表越靈敏。二、核輻射物位計射線的透射強(qiáng)度隨著通過介質(zhì)層厚度的增加而減弱，具體關(guān)系見式（4-9）。（4-9（4-9）特點(diǎn)適用于高溫、高壓容器、強(qiáng)腐蝕、劇毒、有爆炸性、黏滯性、易結(jié)晶或沸騰狀態(tài)的介質(zhì)的物位測量，還可以測量高溫融熔金屬的液位?？稍诟邷亍熿F等環(huán)境下工作。但由于放射線對人體有害，使用范圍受到一些限制。1-輻射源；21-輻射源；2-接受器圖4-10核輻射物位計示意圖三、雷達(dá)式液位計雷達(dá)式液位計是一種采用微波技術(shù)的液位檢測儀表。雷達(dá)波由天線發(fā)出到接收到由液面來的反射波的時間t由下式確定由于由于圖4-12圖4-12雷達(dá)式液位計示意圖故雷達(dá)探測器對時間的測量有微波脈沖法及連續(xù)波調(diào)頻法兩種方式。四、稱重式液罐計量儀既能將液位測得很準(zhǔn)，又能反映出罐中真實的質(zhì)量儲量。稱重儀根據(jù)天平原理設(shè)計。圖圖4-14稱重式液罐計量儀項目五溫度檢測任務(wù)1概述一、測溫儀表的分類溫度不能直接測量，只能借助于冷熱不同物體之間的熱交換，以及物體的某些物理性質(zhì)隨冷熱程度不同而變化的特性來加以間接測量。二、溫度測量基本原理表5-1各種溫度計的優(yōu)缺點(diǎn)及使用范圍測溫方式溫度計種類優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)使用范圍／℃接觸式測溫儀表玻璃液體溫度計結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、測量準(zhǔn)確、價格低廉容易破損、讀數(shù)麻煩、一般只能現(xiàn)場指示,不能記錄與遠(yuǎn)傳-100～100（150）有機(jī)液體0～350（-30～650）水銀雙金屬溫度計結(jié)構(gòu)簡單、機(jī)械強(qiáng)度大、價格低、能記錄、報警與自控精度低、不能離開測量點(diǎn)測量,量程與使用范圍均有限0～300（-50～600）壓力式溫度計結(jié)構(gòu)簡單、不怕震動、具有防爆性、價格低廉、能記錄、報警與自控精度低、測量距離較遠(yuǎn)時,儀表的滯后性較大、一般離開測量點(diǎn)不超過100～500（-50～600）液體型0～100（-50～200）蒸汽型電阻溫度計測量精度高,便于遠(yuǎn)距離、多點(diǎn)、集中測量和自動控制結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不能測量高溫,由于體積大,測點(diǎn)溫度較困難-150～500（-200～600）鉑電阻0～100（-50～150）銅電阻-50～150（180）鎳電阻-100～200（300）熱敏電阻熱電偶溫度計測溫范圍廣,精度高,便于遠(yuǎn)距離、多點(diǎn)、集中測量和自動控制需冷端溫度補(bǔ)償,在低溫段測量精度較低-20～1300（1600）鉑銠10-鉑-50～1000（1200）鎳鉻-鎳硅-40～800（900）鎳鉻-銅鎳-40～300（350）銅-銅鎳非接觸式測溫儀表光學(xué)高溫計攜帶用、可測量高溫、測溫時不破壞被測物體溫度場測量時,必須經(jīng)過人工調(diào)整,有人為誤差,不能作遠(yuǎn)距離測量,記錄和自控900～2000（700～2000）輻射高溫計測溫元件不破壞被測物體溫度場,能作遠(yuǎn)距離測量、報警和自控、測溫范圍廣只能測高溫,低溫段測量不準(zhǔn),環(huán)境條件會影響測量精度,連續(xù)測高溫時須作水冷卻或氣冷卻100～2000（50～2000）1.應(yīng)用熱膨脹原理測溫利用液體或固體受熱時產(chǎn)生熱膨脹的原理,可以制成膨脹式溫度計。2.應(yīng)用壓力隨溫度變化的原理測溫3.應(yīng)用熱阻效應(yīng)測溫4.應(yīng)用熱電效應(yīng)測溫5.應(yīng)用熱輻射原理測溫任務(wù)2熱電偶溫度計一、熱電偶熱電偶溫度計是以熱電效應(yīng)為基礎(chǔ)的測溫儀表。熱電偶溫度計由三部分組成：熱電偶；測量儀表；連接熱電偶和測量儀表的導(dǎo)線。1.熱電現(xiàn)象及測溫原理由于熱電極的材料不同,所產(chǎn)生的接觸熱電勢亦不同,因此不同熱電極材料制成的熱電偶在相同溫度下產(chǎn)生的熱電勢是不同的。熱電偶一般都是在自由端溫度為0℃時進(jìn)行分度的,因此,若自由端溫度不為0EAB(t,t0)=EAB(t,0)-EAB(t0,0)例5-1今用一只鎳鉻-鎳硅熱電偶,測量小氮肥廠中轉(zhuǎn)化爐的溫度,已知熱電偶工作端溫度為800℃,自由端(冷端)溫度為30℃,求熱電偶產(chǎn)生的熱電勢解：由附錄三可以查得E(800,0)=33.277(mV)E(30,0)=1.203(mV)將上述數(shù)據(jù)代入式(5-3),即得E(800,30)=E(800,0)-E(30,0)=32.074(mV)例5-2某支鉑銠10-鉑熱電偶在工作時，自由端溫度t0=30℃,測得熱電勢E(t,t0)=14.195mV解:由附錄一可以查得E(30,0)=0.173(mV)代入式(5-3)變換得E(t,0)=E(t,30)+E(30,0)=0.173+14.195=14.368(mV)再由附錄一可以查得14.368mV對應(yīng)的溫度t為1400℃注意：由于熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢與溫度的關(guān)系都是非線性的(當(dāng)然各種熱電偶的非線性程度不同),因此在自由端溫度不為零時,將所測熱電勢對應(yīng)的溫度值加上自由端溫度,并不等于實際的被測溫度2.插入第三種導(dǎo)線的問題利用熱電偶測量溫度時，必須要用某些儀表來測量熱電勢的數(shù)值，見下圖?？偟臒犭妱菽芰渴睾阍韺⑹剑?-5）5代入式（5-4）說明：在熱電偶回路中接入第三種金屬導(dǎo)線對原熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢數(shù)值并無影響。不過必須保證引入線兩端的溫度相同。圖5-9開路熱電偶的應(yīng)用3.常用熱電偶的種類工業(yè)上對熱電極材料的要求（1）在測溫范圍內(nèi)其熱電性質(zhì)要穩(wěn)定，不隨時間變化；（2）在測溫范圍內(nèi)要有足夠的物理、化學(xué)穩(wěn)定性，不易被氧化或者腐蝕；（3）電阻溫度系數(shù)要小，電導(dǎo)率要高，組成熱電偶后產(chǎn)生的熱電勢要大，其值與溫度成線性關(guān)系或有簡單的函數(shù)關(guān)系；（4）復(fù)現(xiàn)性要好，便于成批生產(chǎn)，能在應(yīng)用上保證良好的互換性；（5）材料組織均勻、要有韌性，便于加工成絲。表5-2常用熱電偶熱電偶名稱代號分度號熱電極材料測溫范圍/℃新舊正熱電極負(fù)熱電極長期使用短期使用鉑銠30-鉑銠6鉑銠10-鉑鎳鉻-鎳硅鎳鉻-銅鎳鐵-銅鎳銅-銅鎳WRRWRPWRNWREWRFWRCBSKEJTLL-2LB-3EU-2--CK鉑銠30合金鉑銠10合金鎳鉻合金鎳鉻合金鐵銅鉑銠6合金純鉑鎳硅合金銅鎳合金銅鎳合金銅鎳合金300～1600-20～1300-50～1000-40～800-40～700-400～3001800160012009007503504.熱電偶的構(gòu)造及結(jié)構(gòu)形二、補(bǔ)償導(dǎo)線與冷端溫度補(bǔ)償采用一種專用導(dǎo)線，將熱電偶的冷端延伸出來，這既能保證熱電偶冷端溫度保持不變，又經(jīng)濟(jì)。它也是由兩種不同性質(zhì)的金屬材料制成，在一定溫度范圍內(nèi)（0～100℃）與所連接的熱電偶具有相同的熱電特性，其材料又是廉價金屬。見左圖。假設(shè)將鎳鉻記為A、鎳硅記為B、銅記為C、銅鎳記為D,并考慮到引入銅導(dǎo)線對回路的總熱電勢沒有影響(因其兩端溫度均為t0)，則圖5-11所示回路的總熱電勢為(5-7)如果假定各接點(diǎn)溫度全為t1，代入式(5-7)，則有(5-8)(5-9)由于t1一般是在100℃(5-10)將此式代入式(5-9)(5-11)將式(5-11)代入式(5-7),便有(5-12)表5-3常用熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線熱電偶名稱補(bǔ)償導(dǎo)線工作端為100℃，冷端為0正極負(fù)極鉑銠10-鉑鎳鉻-鎳硅鎳鉻-銅鎳銅銅鎳鉻銅鎳銅鎳銅鎳0.64±0.034.10±0.156.95±0.30使用補(bǔ)償導(dǎo)線時,應(yīng)當(dāng)注意補(bǔ)償導(dǎo)線的正、負(fù)極必須與熱電偶的正、負(fù)極各端對應(yīng)相接。此外,正、負(fù)兩極的接點(diǎn)溫度t1應(yīng)保持相同,延伸后的冷端溫度t0應(yīng)比較恒定且比較低。對于鎳鉻-銅鎳等一類用廉價金屬制成的熱電偶,則可用其本身材料作補(bǔ)償導(dǎo)線,將冷端延伸到環(huán)境溫度較恒定的地方。2.冷端溫度的變化對測量的影響及消除方法在應(yīng)用熱電偶測溫時，只有將冷端溫度保持為０℃（1）熱電勢的修正方法在實際生產(chǎn)中，冷端溫度往往不是0℃，而是某一溫度t實際生產(chǎn)中，其冷端溫度為t0，即有或者由此可知，熱電勢的修正方法是把測得的熱電勢EAB（t，t0），加上熱端為室溫t0，冷端為0℃時的熱電偶的熱電勢EAB（t0，0），才能得到實際溫度下的熱電勢EAB（t，0例5-3用鉑銠10-鉑熱電偶進(jìn)行溫度檢測,熱電偶的冷端溫度t0=30℃，顯示儀表的溫度讀數(shù)(假定此儀表是不帶冷端溫度自動補(bǔ)償且是以溫度刻度的)為解：由分度號為S的鉑銠10-鉑熱電偶分度表(附錄一)查出985℃時的熱電勢值為9.412mV。也就是E(t,t0)=9.412mV,又從分度表中查得E(t0,0)=E(30,0)=0.173mVE(t,0)=9.412mV+0.173mV=9.585(mV)再查分度表可知,對應(yīng)于9.585mV的溫度t=1000℃（2）校正儀表零點(diǎn)法若采用測溫元件為熱電偶時，要使測溫時指示值不偏低，可預(yù)先將儀表指針調(diào)整到相當(dāng)于室溫的數(shù)值上。（3）補(bǔ)償電橋法利用不平衡電橋產(chǎn)生的電勢，來補(bǔ)償熱電偶因冷端溫度變化而引起的熱電勢變化值。由于電橋是在20℃時平衡的，所以采用這種補(bǔ)償電橋時須把儀表的機(jī)械零位預(yù)先調(diào)到20℃處。如果補(bǔ)償電橋是在0℃時平衡設(shè)計的（DDZ-Ⅱ（4）補(bǔ)償熱電偶法在實際生產(chǎn)中，為了節(jié)省補(bǔ)償導(dǎo)線和投資費(fèi)用，常用多支熱電偶而配用一臺測溫儀表。任務(wù)3熱電阻溫度計在中、低溫區(qū)，一般是使用熱電阻溫度計來進(jìn)行溫度的測量較為適宜。熱電阻溫度計是由熱電阻，顯示儀表以及連接導(dǎo)線所組成。一、測溫原理利用熱電阻的電阻值隨溫度變化而變化的特性來進(jìn)行溫度測量的。對于線性變化的熱電阻來說，其電阻值與溫度關(guān)系如下式熱電阻溫度計適用于測量-200～+500℃二、工業(yè)常用熱電阻作為熱電阻的材料一般要求是：電阻溫度系數(shù)、電阻率要大；熱容量要?。辉谡麄€測溫范圍內(nèi)，應(yīng)具有穩(wěn)定的物理、化學(xué)性質(zhì)和良好的復(fù)制性；電阻值隨溫度的變化關(guān)系，最好呈線性；價格便宜。鉑電阻金屬鉑容易提純,在氧化性介質(zhì)中具有很高的物理化學(xué)穩(wěn)定性,有良好的復(fù)制性。但價格較貴。要確定Rt～t的關(guān)系,首先要確定R0的大小。R0不同,Rt～t的關(guān)系也不同。這種Rt～t的關(guān)系稱為分度表,用分度號來表示。工業(yè)上使用的鉑電阻主要有分度號為Pt100,它的R0=100Ω,其分度表見附錄四。銅電阻金屬銅易加工提純，價格便宜；它的電阻溫度系數(shù)很大，且電阻與溫度呈線性關(guān)系；在測溫范圍為-50～+150℃在-50～+150℃工業(yè)上常用的鉑電阻有兩種，一種是R0＝50Ω，對應(yīng)的分度號為Cu50。另一種是R0＝100Ω，對應(yīng)的分度號為Cu100。任務(wù)四溫度變送器一、電動溫度變送器電動溫度變送器是工業(yè)生產(chǎn)過程中應(yīng)用最廣泛的一種模擬式溫度變送器,它能與常用的各種熱電偶和熱電阻配合使用,將某點(diǎn)的溫度或某兩點(diǎn)的溫差轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)直流電流信號輸出。DDZ-Ⅲ型溫度(溫差)變送器是電動單元組合儀表中的一個變送單元。根據(jù)輸入信號的不同，DDZ-Ⅲ型溫度變送器主要有熱電偶溫度變送器、熱電阻溫度變送器和直流毫伏變送器三種類型。DDZ-Ⅲ型熱電偶溫度變送器和熱電阻溫度變送器的結(jié)構(gòu)大體上可以分為溫度檢測元件、輸入電路、放大電路和反饋電路,其原理框圖如圖5-15所示。二、一體化溫度變送器它是指將變送器模塊安裝在測溫元件接線盒或?qū)Ｓ媒泳€盒內(nèi)的一種溫度變送器。三、智能式溫度變送器優(yōu)點(diǎn)可以與各種熱電偶或熱電阻配合使用測量溫度；具有量程范圍寬、精度高；環(huán)境溫度和振動影響小、抗干擾能力強(qiáng)；質(zhì)量輕；安裝維護(hù)方便。舉例1.用分度號為K的鎳鉻-鎳硅熱電偶測量溫度,在沒有采取冷端溫度補(bǔ)償?shù)那闆r下,顯示儀表指示值為500℃,而這時冷端溫度為60℃,試問實際溫度應(yīng)為多少?如果熱端溫度不變,設(shè)法使冷端溫度保持在解：顯示儀表指示值為500℃時,由附錄三可以查得這時顯示儀表的實際輸入電勢為20.64mV由式(5-14)可以得到E(t,0)=E(t,t0)+E(t0,0)=20.64+2.436=23.076(mV)由23.076mV,查附錄三,可得t≈557即被測實際溫度為557℃當(dāng)熱端為557℃,冷端為20℃時,由于E(t,t0)=E(t,0)-E(t0,0)=23.076-0.798=22.278(mV)由此電勢,查附錄三,可得顯示儀表指示值約為538.4℃由此可見,當(dāng)冷端溫度降低時,顯示儀表的指示值更接近于被測溫度實際值。E(t,t0)=20.64(mV)由附錄三同樣可以查得E(t0,0)=E(60,0)=2.436(mV)2.如果用兩支鉑銠10-鉑熱電偶串聯(lián)來測量爐溫,連接方式分別如圖5-18(a)、(b)、(c)所示。已知爐內(nèi)溫度均勻,最高溫度為1000℃解:(a)由于這時熱電偶的冷端均為0℃,每支熱電偶對應(yīng)于1000E(1000,0℃兩支熱電偶串聯(lián),測量儀表所測信號的最大值為Emax=2×9.585=19.17(mV)根據(jù)這個數(shù)值可以確定儀表的測量范圍。(b)由于這時不僅要考慮補(bǔ)償導(dǎo)線引出來以后的冷端溫度(30℃),而且要考慮爐旁邊補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶的接線盒內(nèi)的溫度(100假定補(bǔ)償導(dǎo)線C、D與熱電偶A、B本身在100℃E(30,0℃在補(bǔ)償導(dǎo)線C、D與熱電偶的連接處1、4兩點(diǎn)可以認(rèn)為不產(chǎn)生熱電勢,但在接線盒內(nèi)2、3兩點(diǎn)形成的熱電偶相當(dāng)于熱電偶在100℃E(100,0℃由于該電勢的方向與兩支熱電偶在熱端產(chǎn)生的電勢方向是相反的,所以這時總的熱電勢為Emax=2E(1000,0℃)-E(100,0℃)-E(30,=2×9.585-0.645-0.173=18.352(mV)根據(jù)這個數(shù)值可以確定儀表的測量范圍。在這種情況下,如果爐旁邊接線盒內(nèi)的溫度變化,會以測量產(chǎn)生較大的影響,造成較大的測量誤差。(c)由于這時兩支熱電偶冷端都用補(bǔ)償導(dǎo)線引至遠(yuǎn)離爐子處,冷端溫度為30℃Emax=2E(1000,0℃)-2E(30,0=2×9.585-2×0.173=18.824(mV)由此可知,在同樣都是用兩支熱電偶串聯(lián)來測量爐溫時,由于接線不同,產(chǎn)生的熱電勢也是不相同的,在選擇測量儀表時,一定要考慮這種情況。3.在上題所述三種情況時,如果由測量儀表得到的信號都是15mV,試分別計算這時爐子的實際溫度。解：在(a)情況時,由于2E(t,0)=15mV,即E(t,0)=7.5mV,查表(附錄一)可得實際溫度約為814.3℃在(b)情況時,由于2E(t,0)=15+E(30,0)+E(100,0)=15+0.173+0.645=15.818(mV)E(t,0)=7.909(mV)查表可得實際溫度約為851.2℃在(c)情況時,由于2E(t,0)=15+2E(30,0)=15+2×0.173=15.346(mV)即E(t,0)=7.673(mV)查表可得實際溫度約為830℃由上述例子可以看出,雖然采用了補(bǔ)償導(dǎo)線,但并不能完全克服冷端溫度變化對測量的影響。補(bǔ)償導(dǎo)線只是將冷端由溫度變化比較劇烈的地方移至溫度變化較小的地方。如果這時冷端的溫度仍不為0℃4.在用熱電偶測量溫度時,除了要考慮冷端溫度的影響外,還要注意熱電偶極性不能接錯;熱電偶與補(bǔ)償導(dǎo)線要配套;熱電偶分度號與指示儀表要配套等問題。在用熱電阻測量溫度時,同樣要考慮熱電阻分度號與測量儀表配套、三線制接法等,下面給出幾個思考題及其結(jié)論,請大家自行證明(或說明)。(1)如果熱電偶熱端為600℃,冷端為30℃,儀表的機(jī)械零點(diǎn)為0℃,沒有加以冷端溫度補(bǔ)償。問該儀表的指示值將高于還是低于600(2)采用鎳鉻-鎳硅熱電偶測量溫度,將儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)至25℃,但實際上室溫(冷端溫度為10(3)有S分度號動圈儀表一臺,錯接入K分度號熱電偶,問指示值偏高還是偏低?(偏高)。(4)鉑銠10-鉑熱電偶,錯接入銅-銅鎳補(bǔ)償導(dǎo)線(鉑銠10與銅相接,鉑與銅鎳相接),問指示值將偏高還是偏低?(偏高)。(5)當(dāng)熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線極性接錯時,指示值偏高還是偏低?(偏低)。(6)當(dāng)熱電偶短路、斷路及極性接反時,與之配套的自動電子電位差計的指針各指向哪里?(室溫或指示值偏低、斷偶前的溫度、始端)。(7)當(dāng)熱電阻短路或斷路時,與之配套的動圈儀表指針將指向哪里?(始端、終端)。(8)當(dāng)用熱電阻測溫時,若不采用三線制接法,而連接熱電阻的導(dǎo)線因環(huán)境溫度升高而增加時,其指示值將偏高還是偏低?(偏高)。項目六顯示儀表一、自動平衡電子電位差計電位差計是用來測量電勢或電位的,當(dāng)它與熱電偶配合時,可以用來測量和顯示溫度。圖6-1圖6-1電子電位差計原理圖熱電偶測量橋路放大器可逆電機(jī)指示機(jī)構(gòu)記錄機(jī)構(gòu)同步電機(jī)穩(wěn)壓電源圖6-2電子電位差計原理方框圖電子電位差計既保持了手動電位差計測量精度高的優(yōu)點(diǎn)，而且無須用手去調(diào)節(jié)就能自動指示和記錄被測溫度值。二、電子自動平衡電橋（1）平衡電橋測溫原理利用平衡電橋來測量熱電阻變化。當(dāng)被測溫度為下限時，Rt有最小值Rt0，滑動觸點(diǎn)應(yīng)在RP的左端，此時電橋的平衡條件是（6-3（6-3）圖圖6-5平衡電橋結(jié)論滑動觸點(diǎn)B的位置就可以反映電阻的變化，亦即反映了溫度的變化。并且可以看到觸點(diǎn)的位移與熱電阻的增量呈線性關(guān)系。三、電子計數(shù)器當(dāng)用間接法進(jìn)行數(shù)碼轉(zhuǎn)換時,是先將模擬量轉(zhuǎn)換為與之對應(yīng)的時間間隔或頻率,然后必須再將時間間隔或頻率轉(zhuǎn)換為數(shù)字量,才能進(jìn)行計數(shù)。圖圖6-9時間間隔測量原理框圖四、顯示器圖6-11數(shù)碼管驅(qū)動電路圖6-11數(shù)碼管驅(qū)動電路圖6-10輝光數(shù)碼管示意圖五、數(shù)字式顯示儀表的基本組成圖圖6-12數(shù)字式溫度顯示儀表的基本組成六、數(shù)字模擬混合記錄儀為了使數(shù)字式記錄儀與模擬式記錄儀的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來,兩者相互取長補(bǔ)短,可以在數(shù)字式顯示儀表的基礎(chǔ)上加上模擬式顯示記錄儀表的記錄部分,構(gòu)成數(shù)字模擬混合記錄儀。項目七自動控制系統(tǒng)任務(wù)1自動控制系統(tǒng)的組成一、人工操作與自動控制比較圖圖7-1圖7-1人工操作圖控制速度和精度不能滿足大型控制速度和精度不能滿足大型現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要圖圖7-2液位自動控制圖二、儀表字母表7-1被測變量和儀表功能的字母代號字母第一位字母后繼字母被測變量修飾詞功能ACDEFIKLMPQRSTVWYZ分析電導(dǎo)率密度電壓流量電流時間或時間程序物位水分或濕度壓力或真空數(shù)量或件數(shù)放射性速度或頻率溫度黏度力供選用位置差比（分?jǐn)?shù)）積分、累積安全報警控制（調(diào)節(jié)）檢測元件指示自動-手動操作器積分、累積記錄或打印開關(guān)、聯(lián)鎖傳送閥、擋板、百葉窗套管繼動器或計算器驅(qū)動、執(zhí)行或未分類的終端執(zhí)行機(jī)構(gòu)在自動控制系統(tǒng)的組成中,除必須具有前面所述的自動化裝置外,還必須具有控制裝置所控制的生產(chǎn)設(shè)備。在自動控制系統(tǒng)中,將需要控制其工藝參數(shù)的生產(chǎn)設(shè)備、機(jī)器、一段管道或設(shè)備的一部分叫做被控對象,簡稱對象。任務(wù)2自動控制系統(tǒng)的方塊圖一、信號和變量載有變量信息的物理變量是信號。系統(tǒng)或環(huán)節(jié)系統(tǒng)或環(huán)節(jié)uy圖7-3輸入、輸出變量圖ABABuu1u2圖7-5信號分叉點(diǎn)圖7-4簡單水槽二、自動控制系統(tǒng)方塊圖在研究自動控制系統(tǒng)時，為了便于對系統(tǒng)分析研究，一般都用方塊圖來表示控制系統(tǒng)的組成。下頁圖為液位自動控制系統(tǒng)地方塊圖每個環(huán)節(jié)表示組成系統(tǒng)的一個部分，稱為“環(huán)節(jié)”。兩個方塊之間用一條帶有箭頭的線條表示其信號的相互關(guān)系，箭頭指向方塊表示為這個環(huán)節(jié)的輸入，箭頭離開方塊表示為這個環(huán)節(jié)的輸出。線旁的字母表示相互間的作用信號。方塊圖中，x指設(shè)定值；z指輸出信號；e指偏差信號；p指發(fā)出信號；q指出料流量信號；y指被控變量；f指擾動作用。當(dāng)x取正值，z取負(fù)值，e=x-z，負(fù)反饋；x取正值，z取正值，e=x+z，正反饋。圖圖7-6自動控制系統(tǒng)方塊圖其他控制系統(tǒng)用同一種形式地方塊圖可以代表不同的控制系統(tǒng)當(dāng)進(jìn)料流量或溫度變化等因素引起出口物料溫度變化時，可以將該溫度變化測量后送至溫度控制器TC。溫度控制器的輸出送至控制閥，以改變加熱蒸汽量來維持出口物料的溫度不變。圖圖7-7蒸汽加熱器溫度控制系統(tǒng)為了便于分析,有時將控制器以外的各個環(huán)節(jié)(包括被控對象、測量元件及變送器、控制閥)組合在一起看待,稱之為廣義對象,這樣,整個系統(tǒng)可認(rèn)為是由控制器與廣義對象兩者所構(gòu)成,其方塊圖可簡化。控制器控制器廣義對象被控變量測量值z給定值干擾作用f-x圖7-8簡化方塊圖三、反饋自動控制系統(tǒng)是一個閉環(huán)系統(tǒng)，是由于反饋的存在造成的xxKβyze-圖7-9負(fù)反饋系統(tǒng)小結(jié)自動控制系統(tǒng)是具有被控變量負(fù)反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。它與自動測量、自動操縱等開環(huán)系統(tǒng)比較,最本質(zhì)的差別,就在于控制系統(tǒng)有無負(fù)反饋存在。自動操縱裝置自動操縱裝置對象操縱指令操縱作用工藝參數(shù)圖7-10自動操縱系統(tǒng)方塊圖四、自動控制系統(tǒng)的分類按被控變量來分類，如溫度、壓力等控制系統(tǒng)；按控制器具有的控制規(guī)律來分類，如比例、比例積分、比例微分、比例積分微分等控制系統(tǒng)；將控制系統(tǒng)按照工藝過程需要控制的被控變量的給定值是否變化和如何變化來分類，這樣可將自動控制系統(tǒng)分為三類，即定值控制系統(tǒng)、隨動控制系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)。1.定值控制方法“定值”是恒定給定值的簡稱。工藝生產(chǎn)中，若要求控制系統(tǒng)的作用是使被控制的工藝參數(shù)保持在一個生產(chǎn)指標(biāo)上不變，或者說要求被控變量的給定值不變，就需要采用定值控制系統(tǒng)。2.隨動控制系統(tǒng)（自動跟蹤系統(tǒng)）給定值隨機(jī)變化，該系統(tǒng)的目的就是使所控制的工藝參數(shù)準(zhǔn)確而快速地跟隨給定值的變化而變化。3.程序控制系統(tǒng)（順序控制系統(tǒng)）給定值變化，但它是一個已知的時間函數(shù)，即生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)需按一定的時間程序變化。這類系統(tǒng)在間歇生產(chǎn)過程中應(yīng)用比較普通。任務(wù)3過渡過程和品質(zhì)指標(biāo)一、控制系統(tǒng)的靜態(tài)與動態(tài)自動控制目的：希望將被控變量保持在一個不變的給定值上，這只有當(dāng)進(jìn)入被控對象的物料量（或能量）和流出對象的物料量（或能量）相等時才有可能。靜態(tài)——被控變量不隨時間而變化的平衡狀態(tài)（變化率為0，不是靜止）。當(dāng)一個自動控制系統(tǒng)的輸入（給定和干擾）和輸出均恒定不變時，整個系統(tǒng)就處于一種相對穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，系統(tǒng)的各個組成環(huán)節(jié)如變送器、控制器、控制閥都不改變其原先的狀態(tài)，它們的輸出信號也都處于相對靜止?fàn)顟B(tài)，這種狀態(tài)就是靜態(tài)。動態(tài)——被控變量隨時間變化的不平衡狀態(tài)。從干擾作用破壞靜態(tài)平衡，經(jīng)過控制，直到系統(tǒng)重新建立平衡，在這一段時間中，整個系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)和信號都處于變動狀態(tài)之中，這種狀態(tài)叫做動態(tài)。結(jié)論：在自動化工作中，了解系統(tǒng)的靜態(tài)是必要的，但是了解系統(tǒng)的動態(tài)更為重要。因為在生產(chǎn)過程中，干擾是客觀存在的，是不可避免的，就需要通過自動化裝置不斷地施加控制作用去對抗或抵消干擾作用的影響，從而使被控變量保持在工藝生產(chǎn)所要求控制的技術(shù)指標(biāo)上。二、控制系統(tǒng)的過渡過程系統(tǒng)由一個平衡狀態(tài)過渡到另一個平衡狀態(tài)的過程。舉例舉例圖7-11控制系統(tǒng)方塊圖控制器執(zhí)行器對象被控變量測量、變送給定值干擾-當(dāng)干擾作用于對象，系統(tǒng)輸出y發(fā)生變化，在系統(tǒng)負(fù)反饋作用下，經(jīng)過一段時間，系統(tǒng)重新恢復(fù)平衡。系統(tǒng)在過渡過程中，被控變量是隨時間變化的。被控變量隨時間的變化規(guī)律首先取決于作用于系統(tǒng)的干擾形式。在生產(chǎn)中，出現(xiàn)的干擾是沒有固定形式的，且多半屬于隨機(jī)性質(zhì)。在分析和設(shè)計控制系統(tǒng)時，為了安全和方便，常選擇一些定型的干擾形式，其中常用的是階躍干擾。采用階躍干擾的優(yōu)點(diǎn)：這種形式的干擾比較突然、危險，且對被控變量的影響也最大。如果一個控制系統(tǒng)能夠有效地克服這種類型的干擾，那么一定能很好地克服比較緩和的干擾。這種干擾的形式簡單，容易實現(xiàn)，便于分析、實驗和計算。圖圖7-12階躍干擾作用三、控制系統(tǒng)的控制指標(biāo)控制系統(tǒng)的過渡過程是衡量品質(zhì)的依據(jù)。多數(shù)情況下，希望得到衰減振蕩過程，在此取這種過程形式討論控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)?？刂浦笜?biāo)主要有兩類,一類是時間域的單項指標(biāo),另一類是時間域的綜合指標(biāo)。五種重要品質(zhì)指標(biāo)1.最大偏差或超調(diào)量最大偏差是指在過渡過程中，被控變量偏離給定值的最大數(shù)值。在衰減振蕩過程中，最大偏差就是第一個波的峰值。特別是對于一些有約束條件的系統(tǒng)，如化學(xué)反應(yīng)器的化合物爆炸極限、觸媒燒結(jié)溫度極限等，都會對最大偏差的允許值有所限制。超調(diào)量也可以用來表征被控變量偏離給定值的程度。2.衰減比衰減比是衰減程度的指標(biāo)，它是前后相鄰兩個峰值的比。習(xí)慣表示為n:1，一般n取為4～10之間為宜。3.余差當(dāng)過渡過程終了時，被控變量所達(dá)到的新的穩(wěn)態(tài)值與給定值之間的偏差叫做余差，或者說余差就是過渡過程終了時的殘余偏差。有余差的控制過程稱為有差調(diào)節(jié)，相應(yīng)的系統(tǒng)稱為有差系統(tǒng)。反之就為無差調(diào)節(jié)和無差系統(tǒng)。4.過渡時間從干擾作用發(fā)生的時刻起，直到系統(tǒng)重新建立新的平衡時止，過渡過程所經(jīng)歷的時間叫過渡時間。一般在穩(wěn)態(tài)值的上下規(guī)定一個小范圍，當(dāng)被控變量進(jìn)入該范圍并不再越出時，就認(rèn)為被控變量已經(jīng)達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值，或者說過渡過程已經(jīng)結(jié)束這個范圍一般定為穩(wěn)態(tài)值的±５％（也有的規(guī)定為±２％）5.震蕩周期或頻率過渡過程同向兩波峰（或波谷）之間的間隔時間叫振蕩周期或工作周期，其倒數(shù)稱為振蕩頻率。在衰減比相同的情況下，周期與過渡時間成正比，一般希望振蕩周期短一些為好。時間域的綜合指標(biāo)綜合性指標(biāo)往往通過偏差的某些函數(shù)對時間的積分值來表達(dá),以兼顧最大偏差、超調(diào)量、衰減比、過渡時間等各方面的因素。以偏差e表示過渡過程中被控變量與新穩(wěn)態(tài)值的差值,即e(t)=y(t)-y(∞)。三種綜合指標(biāo)①偏差絕對值對時間的積分,簡記為IAE采用絕對值,可避免正負(fù)積分面積相消的現(xiàn)象。②偏差絕對值與時間乘積對時間的積分,簡記為ITAE它對后期的偏差值加大權(quán)值,因此對消除偏差所需的時間比較敏感。③偏差平方值對時間的積分,簡記為ISE采用平方值,同樣可以避免正負(fù)偏差積分時的相消現(xiàn)象。與IAE相比,它對最大偏差的數(shù)值更加敏感。四、影響控制指標(biāo)的主要因素一個自動控制系統(tǒng)可以概括成兩大部分，即工藝過程部分（被控對象）和自動化裝置部分。前者指與該自動控制系統(tǒng)有關(guān)的部分。后者指為實現(xiàn)自動控制所必需的自動化儀表設(shè)備，通常包括測量與變送裝置、控制器和執(zhí)行器等三部分。對于一個自動控制系統(tǒng)，過渡過程品質(zhì)的好壞，在很大程度上決定于對象的性質(zhì)。例如在前所述的溫度控制系統(tǒng)中，屬于對象性質(zhì)的主要因素有：換熱器的負(fù)荷大小，換熱器的結(jié)構(gòu)、尺寸、材質(zhì)等，換熱器內(nèi)的換熱情況、散熱情況及結(jié)垢程度等。不同自動化系統(tǒng)要具體分析。項目八基本控制規(guī)律控制器的控制規(guī)律是指控制器的輸出信號與輸入信號之間的關(guān)系：即在研究控制器的控制規(guī)律時：經(jīng)常是假定控制器的輸入信號e是一個階躍信號，然后來研究控制器的輸出信號p隨時間的變化規(guī)律。控制器的基本控制規(guī)律位式控制（其中以雙位控制比較常用）、比例控制（P）、積分控制（I）、微分控制（D）。任務(wù)1位式控制一、雙位控制理想的雙位控制器其輸出p與輸入偏差額e之間的關(guān)系為圖8圖8-1理想雙位控制特性圖8-2雙位控制示例二、具有中間區(qū)的雙位控制將上圖中的測量裝置及繼電器線路稍加改變，便可成為一個具有中間區(qū)的雙位控制器，見下圖。由于設(shè)置了中間區(qū)，當(dāng)偏差在中間區(qū)內(nèi)變化時，控制機(jī)構(gòu)不會動作，因此可以使控制機(jī)構(gòu)開關(guān)的頻繁程度大為降低，延長了控制器中運(yùn)動部件的使用壽命。圖8圖8-3實際的雙位控制規(guī)律圖8-4具有中間區(qū)的雙位控制過程結(jié)論雙位控制過程中一般采用振幅與周期作為品質(zhì)指標(biāo)被控變量波動的上、下限在允許范圍內(nèi)，使周期長些比較有利。雙位控制器結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、易于實現(xiàn)，因而應(yīng)用很普遍。三、多位控制對系統(tǒng)的控制效果較好，但會使控制裝置的復(fù)雜程度增加。圖圖8-5三位控制器特性圖任務(wù)2比例控制在雙位控制系統(tǒng)中，被控變量不可避免地會產(chǎn)生持續(xù)的等幅振蕩過程，為了避免這種情況，應(yīng)該使控制閥的開度與被控變量的偏差成比例，根據(jù)偏差的大小，控制閥可以處于不同的位置，這樣就有可能獲得與對象負(fù)荷相適應(yīng)的操縱變量，從而使被控變量趨于穩(wěn)定，達(dá)到平衡狀態(tài)。圖圖8-6水槽液位控制一、比例控制規(guī)律及其特點(diǎn)（（8-4）比例控制器比例控制器KCeΔp圖9-7比例控制器比例控制器實際上是一個放大倍數(shù)可調(diào)的放大量圖圖8-8簡單比例控制系統(tǒng)示意圖如上圖，根據(jù)相似三角形原理所以，對于具有比例控制的控制器（（8-5）二、比例度及其對控制過程的影響1.比例度比例度是指控制器輸入的變化相對值與相應(yīng)的輸出變化相對值之比的百分?jǐn)?shù)。（（8-7）圖圖8-9比例度與輸入輸出的關(guān)系將式（9-7）改寫后得即即（8-8）對于一只具體的比例控制器，儀表的量程和控制器的輸出范圍都是固定的,令（8-9）對一只控制器來說，K是一個固定常數(shù)。將式(9-9)代入式(9-8)，得（8（8-10）而在單元組合式儀表中（8-11（8-11）優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)快，控制及時缺點(diǎn)：存在余差結(jié)論若對象的滯后較小、時間常數(shù)較大以及放大倍數(shù)較小時，控制器的比例度可以選得小些，以提高系統(tǒng)的靈敏度，使反應(yīng)快些，從而過渡過程曲線的形狀較好。反之，比例度