化工儀表及自動化期末考點(diǎn)

1、重科化工14田華原創(chuàng)化工自動化：用自動化裝置來管理化工生產(chǎn)過程的方法就稱為化工自動化。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)備利用能力的目的； 4、生產(chǎn)過程自動化的實(shí)現(xiàn)，能根本改變勞動方式，提高人工技術(shù)文化水平，為逐步的消滅體力勞動和腦力勞動之間的差別創(chuàng)造條件。第一章 自動控制系統(tǒng)的基本概念 自動檢測 自動保護(hù)自動化 自動操縱 系統(tǒng)。 自動控制 （核心）文字寫里面，必須要有箭頭，先有對象再有變量。 自動控制 被控對象：需要控制其工藝參數(shù)的生產(chǎn)設(shè)備或機(jī)器-對象 系統(tǒng)基本

2、測量變送裝置：測量被控對象的參數(shù)并將其轉(zhuǎn)化為一種特定的統(tǒng)一的信號發(fā)送出去（負(fù)反饋） 組成 控制器：接受變送器傳來的信號，與工藝所需保持的參數(shù)進(jìn)行比較得出偏差，并按某種運(yùn)算規(guī)律算出結(jié)果，然后將此結(jié)果用特定的信號發(fā)送出去。 執(zhí)行器：化工上指控制閥，自動的根據(jù)控制器送來的信號來改變閥門開啟度被控變量：被控對象的輸出，生產(chǎn)工藝過程中需要控制的數(shù)值。 正反饋：使原來信號加強(qiáng)，反饋信號取+值反饋 負(fù)反饋：使原來信號減弱，反饋信號取-值自動控制系統(tǒng)是具有被控變量負(fù)反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。他與自動檢測、自動操縱等開環(huán)系統(tǒng)比較，最本質(zhì)的區(qū)別，就是在于自動控制系統(tǒng)具有負(fù)反饋。開環(huán)系統(tǒng)中，被控變量（工藝）是不反饋到輸入端的

3、。 定值控制系統(tǒng)：恒定給定值，使被控制的工藝參數(shù)保持在一個(gè)生產(chǎn)指標(biāo)上不變自動控制系統(tǒng)的分類 隨動控制系統(tǒng)（自動跟蹤系統(tǒng)）：給定值不斷變化，使所控制的工藝參數(shù)準(zhǔn)確而快速地跟隨給定值變化而變化。程序控制系統(tǒng)：給定值也為變化，但它是一個(gè)已知的時(shí)間函數(shù)，即生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)需按一定的時(shí)間程序變化。控制系統(tǒng)的靜態(tài)與動態(tài)：把控制變量不隨時(shí)間而變化的平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的靜態(tài)，把被控變量隨時(shí)間變化的不平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的動態(tài)。過渡過程：系統(tǒng)由一個(gè)平衡狀態(tài)過渡到另一個(gè)平衡狀態(tài)的過程；品質(zhì)指標(biāo)：1、 最大偏差或超調(diào)量：在過渡過程中，被控變量偏離給定值的最大數(shù)值，圖中A所示；2、 衰減比：前后相鄰兩個(gè)峰值的比圖中B：B；3、

4、 余差：過渡過程終了時(shí)，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，圖中C所示；4、 過渡時(shí)間：從干擾作用發(fā)生的時(shí)刻起，直到系統(tǒng)重新建立新的平衡時(shí)止，過渡過程所經(jīng)歷的時(shí)間叫做過渡時(shí)間；5、 振蕩周期或頻率。主要品質(zhì)指標(biāo)：最大偏差、衰減比、余差、過渡時(shí)間等。階躍干擾作用下的過渡過程形式：（教材P12）第二章 過程特性及其數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型：用數(shù)學(xué)的方法來描繪出對象輸入量與輸出量之間的關(guān)系，這種對象特性的數(shù)學(xué)描述就稱為對象的數(shù)學(xué)模型。數(shù)學(xué)模型 非參量模型：采用曲線或數(shù)據(jù)表格等來表示；表達(dá)形式 參量模型：采用數(shù)學(xué)方程式來表示 控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的調(diào)試和控制器參數(shù)的確定建模 制定工業(yè)過

5、程操作優(yōu)化方案新型控制方案及控制算法的確定目的 計(jì)算機(jī)仿真與過程培訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)工業(yè)過程的故障檢測與診斷系統(tǒng)機(jī)理建模：根據(jù)對象或生產(chǎn)過程的內(nèi)部機(jī)理，列寫出各種有關(guān)的平衡方程，如物料、能量、動量、相平衡方程以及某些物性方程、設(shè)備特性方程、化學(xué)反應(yīng)定律、電路基本定律等，從而獲取對象的數(shù)學(xué)模型。優(yōu)點(diǎn)：具有非常明確的物理意義，所得的模型具有很大的適應(yīng)性，便于對模型參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。缺點(diǎn)：對于某些對象，人們難以寫出它的數(shù)學(xué)表達(dá)式或者表達(dá)式中某些系數(shù)難以確定。一階對象：當(dāng)對象的動態(tài)特性可以用一階微分方程來描述時(shí)，一般稱為一階對象；積分對象：當(dāng)對象的輸出參數(shù)與輸入?yún)?shù)對時(shí)間的積分成比例關(guān)系時(shí)，稱為積分對象；二階對象

6、：當(dāng)對象的動態(tài)特性可以用二階微分方程來描述時(shí)，一般稱為二階對象；實(shí)驗(yàn)建模：書p24不太重要。描述對象的特性： 放大系數(shù)K：在數(shù)值上等于對象重新穩(wěn)定后的輸出變化量與輸入變化量參數(shù) 之比，如果有一定的輸入變化量Q1，通過對象就被放大了K倍變?yōu)檩?出變化量h，則稱K為對象的放大系數(shù)；放大系數(shù)越大，被控變量對這個(gè)量的變化就越靈敏，這在選擇被控變量時(shí)是需要考慮的。時(shí)間常數(shù)T：當(dāng)對象受到干擾作用后，被控變量達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值所需要的時(shí)間；時(shí)間常數(shù)越大，被控變量的變化也越慢，達(dá)到新的穩(wěn)定值所需要的時(shí)間也越大。 傳遞滯后：t0的產(chǎn)生一般是由于介質(zhì)的輸送需要一段時(shí)間引起的滯后時(shí)間： 容量滯后：對象在受到階躍輸入作用

7、x后，被控變量y開始變化很慢，后來才逐漸加快，最后又變慢直至逐漸接近穩(wěn)定值，又稱過度滯后。第三章：檢測儀表與傳感器檢測儀表：用來檢測生產(chǎn)過程中各個(gè)有關(guān)參數(shù)的工具；傳感器：將某些參數(shù)轉(zhuǎn)換為一定的便于傳送的信號的儀表；變送器：將傳感器的輸出為單元組合儀表中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)信號；測量過程：在實(shí)質(zhì)上都是將被測參數(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與被測量真實(shí)值之間，總是存在一定的差距，這一差距就稱為測量誤差。絕對誤差：在理論上是指儀表指示值xi和被測量的真值xt之間的差值，表示為：測量相對誤差：某一點(diǎn)的絕對誤差與標(biāo)準(zhǔn)表在這一點(diǎn)的指示值x0之比，表示為：式中，y為儀表在x0處的相對

8、誤差；真值：指被測物理量客觀存在的真實(shí)數(shù)值，它是無法得到的理論值。測量儀表在其標(biāo)尺范圍內(nèi)各點(diǎn)讀數(shù)的絕對誤差，一般是用被校表（精確度較低）和標(biāo)準(zhǔn)表（精確度較高）同時(shí)對同一被測量進(jìn)行測量所得到的兩個(gè)讀數(shù)之差，表示為：誤差儀表的性能指標(biāo)：1、 精確度、精度（考計(jì)算）：“絕對誤差”指的是絕對誤差中的最大值：將絕對誤差折合成儀表測量范圍的百分?jǐn)?shù)表示，稱為相對百分誤差即：一臺儀表的允許誤差是指在規(guī)定的正常情況下允許的相對百分誤差的最大值，即：儀表的越大，表示它的精確度越低；反之，儀表的越小，表示它的精確度越高。精度等級：將儀表允許的相對百分誤差去掉“+-”號及“%”號，就可以用來確定儀表的精確度等級。2、

9、 變差：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(shí)，被測量值正行和反行所得到的兩條特性曲線之間的最大偏差：3、 靈敏度與靈敏限：儀表指針發(fā)生線位移或者角位移，與引起這個(gè)位移的被測參數(shù)變化量之比值稱為儀表的靈敏度：S為儀表的靈敏度，為指針的線位移或角位移；為引起所需的被測參數(shù)變化量。靈敏度：數(shù)值上就等于單位被測參數(shù)變化量所引起的儀表指針移動的距離（或轉(zhuǎn)角）；靈敏限：指能引起在儀表指針發(fā)生動作的被測參數(shù)的最小變化量，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。4、 分辨力：數(shù)字式儀表，分辨力指數(shù)字顯示器的最末位數(shù)字間

10、隔所代表的被測參數(shù)變化量，不同量程的分辨力是不同的，相應(yīng)于最低量程的分辨力稱為該表的最高分辨力，也叫靈敏度，通常以最高分辨力作為數(shù)字電壓表的分辨力指標(biāo)。如：某表的最低量程是010000V，五位數(shù)字顯示，末尾一個(gè)數(shù)字的等效電壓為10uv，便可說該表的分辨力為10uv。分辨率：當(dāng)數(shù)字式儀表的靈敏度用它與量程的相對值表示時(shí)，便是分辨率如：一臺儀表的有效數(shù)字位數(shù)為三位，其分辨率便是千分之一。5、 線性度：表征線性刻度儀表的輸出量與輸入量的實(shí)際校準(zhǔn)曲線與理論直線吻合度。線性度通常用實(shí)際測得的輸入-輸出特性曲線（稱為校準(zhǔn)曲線）與理論直線之間的最大偏差與測量儀表量程之比的百分?jǐn)?shù)表示，即：式中，為線性度（又稱

11、非線性誤差）；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(jì)算）。6、 反應(yīng)時(shí)間：當(dāng)用儀表對被測量進(jìn)行測量時(shí)，被測量突然變化以后，儀表指示值總是要經(jīng)過一段時(shí)間后才能準(zhǔn)確的顯示出來。反應(yīng)時(shí)間就是用來權(quán)衡儀表能不能盡快反映出參數(shù)變化的品質(zhì)指標(biāo)。儀表反應(yīng)時(shí)間的長短，實(shí)際上反映了儀表動態(tài)特性的好壞。7、 誤差：由儀表讀得的被測值與被測量真實(shí)值之間，總是存在一定的差距，這一差距就稱為測量誤差。測壓儀表：液柱式壓力計(jì)：根據(jù)流體靜力學(xué)原理，將被測壓力轉(zhuǎn)換成液柱高度計(jì)算的，有U形管壓力計(jì)、單管壓力計(jì)和斜管壓力計(jì)等。彈性式壓力計(jì)：將被測壓力轉(zhuǎn)換為彈性元件變形的位移進(jìn)行測量的；（重點(diǎn)掌握單彈簧管書p40）電

12、氣式壓力計(jì)：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（重點(diǎn)掌握電壓式又叫霍爾片式壓力傳感器、應(yīng)變片式壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器、電容式壓力變送器書P41-P44）活塞式壓力計(jì)：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。精度很高允許誤差可小到0.05%0.02%，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜價(jià)格昂貴。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(gè)重要參數(shù)。瞬時(shí)流量：單位時(shí)間內(nèi)流過管道某一截面的流體數(shù)量的大?。?總量：某一段時(shí)間內(nèi)流過管道的流體流量總和， 質(zhì)量流量：M即瞬時(shí)流量在某一段時(shí)間內(nèi)的累計(jì)值

13、。 體積流量：Q 流體密度： 時(shí)間：t 體積流量與質(zhì)量流量關(guān)系： 流量計(jì)：測量流體流量的儀表 兩者并不不截然劃分，在流量計(jì)上配上累計(jì)機(jī)構(gòu) 也可以讀出總量計(jì)量表：測量流體總量的儀表流量測量方法： 速度式流量計(jì) 容積式流量計(jì) 質(zhì)量流量計(jì)壓差式流量計(jì)：（主要用于液體，重點(diǎn)掌握，節(jié)流原理，書P49）基于節(jié)流原理工作；節(jié)流現(xiàn)象：流體在有節(jié)流裝置的管道中流動時(shí)，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。流量基本方程式：闡明流量與壓差之間定量關(guān)系的基本流量公式；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。即： ； ；轉(zhuǎn)子流量計(jì)：（主要用于氣體，重點(diǎn)掌握，書P54）恒壓降變節(jié)

14、流工作，(考試別這樣寫)流量基本方程： 符號意義同上。橢圓齒輪流量計(jì)：（掌握，可能會涉及，能夠看得懂）屬于容積式流量計(jì)的一種，他對被測流體的黏度變化不夠敏感，特別適合于測量高黏度的流體（列如重油、聚乙烯醇、樹脂等），甚至糊狀物的流量。電磁流量計(jì)：（適當(dāng)看看）物位檢測及儀表： 液位：容器中液體介質(zhì)的高低物位： 料位：容器中固體或顆粒狀物質(zhì)的堆積高度 界面：測量兩種密度不同液體介質(zhì)的分界面的儀表稱為界面儀測量物位儀表按工作原理分類：1、直讀式物位儀表：玻璃管液位計(jì)、玻璃板液位計(jì) 壓力式儀表 利用液柱或物料堆積對某定點(diǎn)產(chǎn)生壓力的原理工作2、差壓式物位儀表： 差壓式物位儀表3、浮力式物位儀表：利用浮子

15、高度隨液位變化而改變或液體對浸沉于液體中的浮子的浮力隨液位高度而變化的原理工作。4、電磁式物位儀表：使物位的變化轉(zhuǎn)換為一些電量的變化，通過測量測量這些電量的變化來測知物位。5、輻射式物位儀表：利用輻射透過物料時(shí)，其強(qiáng)度隨物質(zhì)層的厚度而變化的原理而工作；6、聲波式物位儀表：由于物位的變化引起聲阻抗的變化、聲波的遮斷和聲波反射的距離不同，測出這些變化就可測知物位；7、光學(xué)物位儀表：利用物位對光波的遮斷和反射原理工作。此外還有微波式、機(jī)械接觸式等以適應(yīng)不同的檢測要求電容式物位傳感器：（書P69）在電容的極板之間，充以不同介質(zhì)時(shí)，電容量的大小也有所不同，因此，可通過測量電容量的變化來檢測液位、料位和兩

16、種不同液體的分界面。兩圓筒間的電容表達(dá)式：式中，L為兩極板相互遮蓋部分長度；d、D為圓筒形內(nèi)電極的外徑和外電極的內(nèi)徑，為中間介質(zhì)的介電常數(shù)。溫度檢測及儀表：溫度檢測方法：溫度不能直接檢測，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；為什么（原理）：任意兩個(gè)冷熱程度不同的物體相接觸，必然要發(fā)生熱交換現(xiàn)象，熱量由受熱程度較高的物體傳到受熱程度較低的物體，直到兩物體的溫度完全一致，即達(dá)到熱平衡狀態(tài)為止。利用這一原理，就可以選擇某一物體同被測物體相接觸，并進(jìn)行熱交換，當(dāng)兩者達(dá)到熱平衡狀態(tài)時(shí)，選擇物體與被測物體溫度相等。于是可以通過測量選擇物體的某

17、一物理量，便可以定量的給出被測物體的溫度數(shù)值。 高溫計(jì)：測量600攝氏度以上的測溫儀表測溫計(jì) 溫度計(jì)：測量600攝氏度以下的測溫儀表測溫儀表分類：按用途分：標(biāo)準(zhǔn)儀表、實(shí)用儀表。按工作原理分：膨脹式溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)、熱電偶溫度計(jì)、熱電阻溫度計(jì)和高溫計(jì)五類按測量方式分：接觸式與非接觸式兩大類。（填空題分類要對應(yīng)）常見溫度儀表：固體熱膨脹：雙金屬溫度計(jì)膨脹式 液體熱膨脹：玻璃液體溫度計(jì)氣體熱膨脹：壓力式溫度計(jì)金屬熱電阻：銅電阻、鉑電阻 測溫 熱電阻 接觸式測溫儀表 半導(dǎo)體熱電阻：鍺、碳、金屬氧化物熱敏電阻金屬熱電偶： 鉑銠30-鉑銠6，鉑銠-鉑，鎳鉻-鎳硅，銅-康銅等電偶儀表 熱電偶難熔金屬熱電

18、偶：鎢錸，鎢-鉬，鎳鉻-金鐵熱電偶輻射法：輻射式高溫計(jì)非接觸式測溫儀表 輻射測量 亮度法：光學(xué)高溫計(jì)比色法：比色高溫計(jì)熱電偶溫度計(jì)：（重點(diǎn)掌握，書P79） 擴(kuò)散原理：多電子 少電子熱電阻溫度計(jì)：（重點(diǎn)掌握，書P86）現(xiàn)代檢測技術(shù)與傳感器的發(fā)展方向： 發(fā)展方向：軟測量技術(shù) 現(xiàn)代傳感器技術(shù)發(fā)展的顯著特征：研究新材料，開發(fā)利用新功能，使傳感器多功能化、微型化、集成化、數(shù)字化、智能化。顯示儀表：將生產(chǎn)過程中各種參數(shù)進(jìn)行指示、記錄或積累的儀表統(tǒng)稱為顯示儀表（或稱為二次儀表，考什么是顯示儀表？）顯示儀表分類：（按顯示方式分）模擬式：以儀表的指針（或記錄筆）的線性或角位移來模擬顯示被測參數(shù)連續(xù)變化的儀表數(shù)字

19、式：直接以數(shù)字形式顯示被測參數(shù)值大小的儀表屏幕顯示：將圖形、曲線、字符和數(shù)字等直接在屏幕上進(jìn)行顯示（液晶）第四章、自動控制儀表控制器的控制規(guī)律：指與之間的函數(shù)關(guān)系，即：在研究控制器的控制規(guī)律時(shí)，經(jīng)常是假定控制器的輸入信號是一個(gè)階躍信號，然后來研究控制器的輸出信號隨時(shí)間的變化規(guī)律。 位式控制（雙位控制比較常用）控制器的基 比例控制（P） 比例積分控制（PI） 組合形式 比例微分控制（PD）本控制規(guī)律 微分控制（D） 比例微積分控制（PID）積分控制（I）雙位控制動作規(guī)律：當(dāng)測量值大于給定值時(shí)，控制器的輸出為最大（或最?。?，當(dāng)測量值小于給定值時(shí)，則輸出為最?。ɑ蜃畲螅纯刂破髦挥袃蓚€(gè)輸出值，相應(yīng)

20、的控制機(jī)構(gòu)只有開和關(guān)兩個(gè)極限位置，因此又稱為開關(guān)控制。理想的雙位控制器其輸出與輸入偏差之間的關(guān)系為： （書p115）數(shù)字控制器（不考，能夠看懂 書P122）PLC：可編程控制器（無邏輯，閉環(huán)控制系統(tǒng)） 特點(diǎn)：可編程序，可通過改變軟件來改變控制方式和邏輯規(guī)律，同時(shí)，功能豐富、可靠性強(qiáng)，可組成集中分散系統(tǒng)或納入局部網(wǎng)絡(luò)；應(yīng)用于連續(xù)生產(chǎn)過程的閉環(huán)系統(tǒng)。小型PLC：I/O點(diǎn)總數(shù)一般為20128點(diǎn)按容量分 中型PLC：I/O點(diǎn)總數(shù)通常為129512點(diǎn)PLC產(chǎn) 大型PLC：I/O點(diǎn)總數(shù)在513點(diǎn)以上品分類 整體式PLC按硬件結(jié)構(gòu)分 模塊式PLC疊裝式PLC可編程控 中央處理器：CPU制器（PLC） 存儲系

21、統(tǒng)：RAM/ROM的組成： 輸入輸出接口：I/O第五章、執(zhí)行器組成：由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)（閥）兩部分組成（所有執(zhí)行器）作用：接收控制器送來的控制信號，改變被控介質(zhì)的流量，從而將被控變量維持在所要求的數(shù)值上或一定的范圍內(nèi)。 氣動：氣壓為動力推動機(jī)構(gòu)動作執(zhí)行器分類： 電動：電動機(jī)作為動力源推動機(jī)構(gòu)動作（能源形勢） 液動：液壓站提供的流體高壓為動力執(zhí)行機(jī)構(gòu)：氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要分為薄膜式和活塞式兩種；根據(jù)有無彈簧執(zhí)行機(jī)構(gòu)可分為有彈簧的及無彈簧的?？刂茩C(jī)構(gòu)：即控制閥，直接作用于對象，并使對象的運(yùn)動發(fā)生改變的裝置。 角行程：將輸入的直流電信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的角位移，用于操縱蝶閥、擋板之類的旋轉(zhuǎn)式控制閥電動執(zhí)行器 直行程：將輸入的直流電信號轉(zhuǎn)換為直線位移輸出，去操縱單座、雙座、三通等各種直線式控制閥 多轉(zhuǎn)式：主要用來開啟和關(guān)閉閘閥、截止閥等多轉(zhuǎn)式閥門，由于它的電動機(jī)功率比較大，一般多用作就地操作和遙控第六章、簡單控制系統(tǒng)組成：通常由一個(gè)測量與變送裝置、一個(gè)控制器、一個(gè)執(zhí)行器、一個(gè)對象所構(gòu)成的單閉環(huán)控制系統(tǒng)（也稱為單回路控制系統(tǒng)，考題問有幾個(gè)時(shí)要寫四）被控變量：生產(chǎn)過程中希望借助自動控制保持恒定值（或按一定規(guī)律變