控制儀表復(fù)習(xí)總結(jié)

1、緒論1. 控制系統(tǒng)的組成：調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器、變送器2. 聯(lián)絡(luò)信號和傳輸方式：控制儀表及裝置采用統(tǒng)一信號傳輸氣動單元組合儀表：20 100kPa氣壓信號電動單元組合儀表：ddz-ii型0_l0mA直流電流DDZ-III型4 - 20mA直流電流或者1 - 5V直流電壓注：國際標(biāo)準(zhǔn)信號：電流 4 - 20mA電壓1 - 5V3. 電流信號傳輸和電壓信號傳輸電流信號：儀表之間相互串接，一臺儀表發(fā)生故障影響其它儀表的使用，適合遠(yuǎn)距離傳送；電壓信號：儀表之間相互并聯(lián)，增加或取消某個儀表不影響其他儀表的工作，容易 引入誤差，不適合遠(yuǎn)距離傳送4. 變送器的信號傳輸：四線制傳輸：供電電源和輸出信號各用兩根線；電

2、源與信號分別傳送，對電流信號 零點(diǎn)及元器件功耗無嚴(yán)格要求兩線制傳輸：兩根傳輸導(dǎo)線既是電源線，又是信號線；節(jié)省電纜線和安裝費(fèi)用，有利于安全防爆；采用這種方式，電流信號下限不能為零，DDZ-II儀表只能用四線制5. 本質(zhì)安全防爆兩個必要條件：自身不產(chǎn)生非安全火花；安全場所的非安全火花不能竄入危險(xiǎn)場所實(shí)現(xiàn)方法：在現(xiàn)場使用本質(zhì)安全型防爆儀表，在控制室和危險(xiǎn)場所儀表之間設(shè)置安 全柵注意：除了上述之外，還需注意系統(tǒng)的安全和布線調(diào)節(jié)器1.調(diào)節(jié)器的正作用和反作用偏差：；二Xi-Xs ( Xi 變送器輸出，Xs 給定值)正偏差E > 0反偏差e <0正作用調(diào)節(jié)器：如果偏差；> 0，調(diào)節(jié)器輸出變

3、化量 0 > 0反作用調(diào)節(jié)器：如果偏差；:0，調(diào)節(jié)器輸出變化量y02.調(diào)節(jié)器的運(yùn)算規(guī)律調(diào)節(jié)器的輸出信號通常是指其變化量y，其實(shí)際輸出為y =y比例運(yùn)算(P)數(shù)學(xué)表達(dá)式： 迥=Kp ；( Kp為比例增益)Y(s).傳遞函數(shù)：W( s )KpE(s)特點(diǎn)：響應(yīng)非常及時(shí)，沒有絲毫滯后，系統(tǒng)有余差1比例度:100%KP比例積分運(yùn)算（PI）1理想的數(shù)學(xué)表達(dá)式：y二Kp（ ； dt）（ T 積分時(shí)間）11傳遞函數(shù):W(s)二 KP，積分增益K7(0)傳遞函數(shù)：1恥）2s）實(shí)際數(shù)學(xué)表達(dá)式：ty 二 Kp；1(% 一 1)(1 e KT|)實(shí)際PI調(diào)節(jié)特性接近于理想 PI調(diào)節(jié)器的特性積分時(shí)間：當(dāng)偏差為階

4、躍信號時(shí)，調(diào)節(jié)器的積分輸出增大到與比例輸出相等 所需的時(shí)間積分時(shí)間越短，積分速度越快，積分作用越強(qiáng)特點(diǎn)：能消除余差，積分作用控制動作緩慢，與比例作用組合使用理想數(shù)學(xué)表達(dá)式:d ；二 Kp(；d)dt（KP 微分時(shí)間）調(diào)節(jié)精度厶：控制點(diǎn)最大偏差的相對變化量，表征調(diào)節(jié)器消除余差的能力A11 0 % （值越低，調(diào)節(jié)精度越高，消除余差能力越強(qiáng)）比例微分運(yùn)算規(guī)律（PD)傳遞函數(shù)：W(s)二 Kp(1TdS)實(shí)際數(shù)學(xué)表達(dá)式：©ty = Kp ； 1( Kd - 1)e ( kd 微分增益)傳遞函數(shù)：j1W(S)= Kp 1TdS1 + TdS理想與實(shí)際偏差較大，一般以實(shí)際為準(zhǔn)微分時(shí)間：衡量微分作

5、用的強(qiáng)弱微分時(shí)間越長，微分輸入衰減越慢，微分作用越強(qiáng)特點(diǎn)：根據(jù)偏差變化速度調(diào)節(jié)，超前調(diào)節(jié)，微分作用在偏差輸出恒定不變時(shí) 輸出為零，與比例作用組合使用比例積分微分運(yùn)算規(guī)律,1lx d®理想數(shù)學(xué)表達(dá)式：y = Kp(dttd)TI dt傳遞函數(shù)：1%s)二 Kp(1tds)T|S1T1D sQT QC實(shí)際傳遞函數(shù)：W(S)二|SF( F相互干擾系數(shù))1Td1D sKiTsKd各輸出波形請自行參考課本3. 基型控制器：對來自變送器的1-5/直流電壓信號與給定值相比較，所產(chǎn)生的偏差信號進(jìn)行PID運(yùn)算，輸出4 -20mA的控制信號組成：輸入電路、PD電路、PI電路、輸出電路、軟手操電路和硬手操

6、電路4. 輸入電路：采用偏差差動電平移動電路（特點(diǎn)）輸入電路的作用：將偏差信號放大兩倍后輸出電平移動，將以0V為基準(zhǔn)的信號轉(zhuǎn)換成以電平Vb（ 10v）為基準(zhǔn)的輸出信號采用偏差差動輸入的作用：使導(dǎo)線上壓降陳偉共模信號，消除導(dǎo)線上壓降引起的誤 差進(jìn)行電平移動的作用：使運(yùn)算放大器工作在允許的共模電壓輸入范圍以內(nèi)5. PD電路Vo2特點(diǎn)：同向端輸入，輸入阻抗高可通過開關(guān)切換為分作用在微分網(wǎng)絡(luò)中可調(diào)節(jié)微分 時(shí)間，在比例電路中可調(diào)整比例 增益6. PI電路Ci與Cm組成比例運(yùn)算電路CM與R組成積分運(yùn)算電路輸出電壓就與電容電壓不相等，產(chǎn)生“積分飽和” 積分飽和的后果：當(dāng)輸入電壓極性相反，輸出電壓不能及時(shí)跟上

7、輸入電壓的變化，從而使控制品質(zhì)變壞。積分飽和解決辦法：借助于特種控制器，在輸出被限制時(shí)，停止對電容繼續(xù)按原來 的方向充放電，使其不產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象7. 輸出電路：電壓一電流轉(zhuǎn)換電路負(fù)載電壓以零伏為基準(zhǔn)8. 手動操作電路軟手操：按一定速率積分輸出 硬手操：迅速調(diào)節(jié)輸出無平衡無擾動切換無擾動切換：自動手動切換瞬間調(diào)節(jié)其輸出不發(fā)生變化 無平衡切換：自動手動切換時(shí)無需實(shí)現(xiàn)調(diào)平衡 DDZ-III型調(diào)節(jié)器中，無平衡無擾動切換：自動一；軟手操；硬手操 一；軟手操；軟手操一；自動；硬手操 一；自動 必須進(jìn)行平衡操作切換：自動r硬手操；軟手操 r硬手操無平衡無擾動切換的實(shí)現(xiàn)自動 > 軟手操:有自動切換到軟

8、手操， 如果不扳動軟手操開關(guān)，運(yùn)算放大器的反向端是浮空的，由于電路具有保持性，使輸出不變軟手操（硬手操）T自動：手動操作時(shí)，電容 C右端右端接在Vb，電容Cm左端 與運(yùn)放的反向端連接，電位也為 VB ,因此切換瞬間電容無充放電現(xiàn)象。9. 抗積分飽和調(diào)節(jié)器積分反饋限幅調(diào)節(jié)器：采用反饋電路限制積分電容兩端電壓，不讓其超出正常工作 范圍PI-P調(diào)節(jié)器：在調(diào)節(jié)器輸出超過正常工作范圍時(shí)，切除積分作用，使其在純比例調(diào) 節(jié)規(guī)律下工作變送器1. 基本概念與原理作用：將各種工藝參數(shù)轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號構(gòu)成：測量部分，放大部分，反饋部分 原理：負(fù)反饋原理輸入輸出關(guān)系：要求輸出信號與輸入信號之間保持線性關(guān)系K輸入輸出

9、關(guān)系y（Cx - z。）1 + KFKF 1，采用深度負(fù)反饋，實(shí)現(xiàn)輸入輸出線性化2. 量程調(diào)整、零點(diǎn)遷移和零點(diǎn)調(diào)整量程調(diào)整：使變送器輸出信號的上限值與輸入信號（測量范圍）上限值相對應(yīng)零點(diǎn)調(diào)整和零點(diǎn)遷移：使變送器的輸出信號的下限制與測量信號下限值相對應(yīng)當(dāng)Xmin =0，零點(diǎn)調(diào)整；當(dāng)Xmin = 0，零點(diǎn)遷移零點(diǎn)遷移后，僅改變了測量的上下限，未改變變送器的量程（測量范圍大小不變） 調(diào)整原因：變送器輸出信號范圍不變（1-5V或4-20mA）,而輸入信號隨使用場合不 同而變化3. 力平衡式差壓變送器1 o =l'iKp( PFo)Fo，輸入與輸出線性，l 1 Al f KfKp11 l 3 A

10、 tg 二-丨2 IfKf量程調(diào)整：改變矢量角 二和電磁結(jié)構(gòu)常數(shù) Kf，其中二變化范圍4 - 15，可調(diào)整量程 比tg 15/tg4c & 3' 83 ；電磁結(jié)構(gòu)常數(shù)可改變量程比3 : 1，故可調(diào)整最大量程比為3. 83:1=11.4:1注意：量程調(diào)整時(shí)，調(diào)整量程范圍會影響儀表的零點(diǎn)，而調(diào)整零點(diǎn)時(shí)會影響儀表的滿度 值，故在進(jìn)行儀表的調(diào)校時(shí)，應(yīng)反復(fù)調(diào)整差動變送器：將位移信號轉(zhuǎn)換成電壓信號4. 電容式差壓變送器特點(diǎn)：采用差動電容作為檢測元件，沒有杠杠機(jī)構(gòu)，無機(jī)械傳遞及調(diào)整裝置，測量 部分采用全封閉焊接固體化結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定、可靠，具有較高的精度構(gòu)成：測量部分和轉(zhuǎn)換放大部分。

11、輸入壓差作用于感壓膜片，產(chǎn)生位移，使差動電 容的電容量發(fā)生變化。電容一電流轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成電流信號，與調(diào)零信號相加后同反饋 信號比較，差值放大后得倒整機(jī)輸出電流。注：電容差值與位移關(guān)系非線性，兩電容的差與兩電容的和之比與位移成線性關(guān)系5. 溫度變送器：品種：直流毫伏變送器 熱電偶溫度變送器 熱電阻溫度變送器組成：量程單元（不一致）：對輸入信號、零點(diǎn)調(diào)整遷移信號、反饋信號疊加運(yùn)算、 且有一些其他功能，如冷端溫度補(bǔ)償、非線性補(bǔ)償、以及引線電阻補(bǔ)償放大單元（相同）：對信號進(jìn)行電壓放大和功率放大。對儀表進(jìn)行隔離供電直流一交流一直流 （DC/AC/DC）變化電路，既為功率放大電路提供方波電源，又為運(yùn)放和量

12、程單元提供直流電。熱電偶溫度計(jì)中 冷端溫度補(bǔ)償：在四線制溫度計(jì)中用兩個銅電阻對冷端溫度補(bǔ)償 線性化原理：熱電偶溫度變送器：由于熱電勢與溫度非線性，欲使輸入信號與溫度線性化，只需 負(fù)反饋電壓與溫度關(guān)系非線性，且與熱電偶的特性相一致，則經(jīng)過兩者相減后，放大電路的輸入線性化，而放大電路輸入輸出是線性的，即整個電路線性化。（折線法近似非線性曲線）熱電偶溫度變送器：采用正反饋方法，把熱電阻兩端電壓信號引至運(yùn)放的同相端， 使運(yùn)放的輸出電流隨熱電勢增大而增大（即隨升高而增大），從而補(bǔ)償熱電阻隨被測溫度升高其變化量逐漸減小的趨勢，最終使得放大電路輸入信號與溫度線性關(guān)系。熱電偶溫度及的引線電阻補(bǔ)償電路：三線制連

13、接，只有量程上限完全補(bǔ)償。6.四線制溫度變送器的隔離式輸入輸出電路目的：為了避免輸入和輸出之間有直接點(diǎn)的聯(lián)系（隔離式供電將溫度變送器與外部電源 隔離，隔離輸出電路將變送器和外部負(fù)載隔離）實(shí)現(xiàn)方法：采用直流一交流一直流變化器讀變送器進(jìn)行隔離式供電，在功率放大器和輸 出回路之間設(shè)置隔離變送器（電流互感器）。運(yùn)算器1. 乘除器矩形脈沖調(diào)高調(diào)寬式乘除器構(gòu)成原理：應(yīng)用調(diào)寬電路與調(diào)高電路構(gòu)成基本的乘法運(yùn)算，采用深度負(fù)反饋原理，在x,和S之間加入反饋乘法電路，使輸出信號的大小僅與輸入信號x2和x3有關(guān)，而不受變量漂移和非線性的影響。乘法器的乘法關(guān)系：占空系數(shù)S和控制矩形脈沖幅值的信號 x相乘乘除器的輸入輸出

14、關(guān)系：（乘除運(yùn)算）N（Vi 一1）（«2 +心）丄,（V 3 + K3 ）其中:NoNNN3K2Vp2N2_1, K3一 N3采用這種運(yùn)算關(guān)系的原因：可實(shí)現(xiàn)乘除運(yùn)算、乘后開方運(yùn)算、乘法運(yùn)算、和除法運(yùn)算等不同運(yùn)算K2和K3的大小和正負(fù)均可改變， 以適應(yīng)氣體流量測量 時(shí)的溫度和壓力的補(bǔ)償當(dāng) V3=V0，K3= 1 時(shí)，有：VO =JNCVi- 1）（V2十 K2）+1 （乘后開方）當(dāng)Vi3= 5VK3二 -1 時(shí)，有：乂二以“1- 1）（V2 K2）T （乘法運(yùn)算）4,亠V" 1當(dāng)V2=5VK2工-1時(shí)，有：V。=4N匕1 (除法運(yùn)算)V3+£2. 自激振蕩時(shí)間分割器

15、作用：實(shí)現(xiàn)乘除運(yùn)算。輸入輸出關(guān)系V?2k Vi V2k MiVi V21振蕩器的起振條件：V31- V11限幅條件：N2乞2. 5，N3乞2. 5量程條件：輸入信號1 5V，輸出信號1 5/或4 20mA工組原理較為復(fù)雜，見課本 P883.開方器主要用于流量的自動檢測和自動控制系統(tǒng)一般情況下，不用乘除器作為開方器使用，因?yàn)槌顺髦袥]有小信號切除電路相比于乘除器，去除了不必要的輸入電路2、3及兩套附加偏置電路，將比例放大器的輸出接至乘法電路 2的輸入端，增設(shè)了小信號切除電路。輸入輸出關(guān)系：V) =K.V1_1 1 =2 V- 1 14小信號切除電路：輸入信號小于滿量程1%時(shí)，使開方器輸出為零輸入

16、電壓V C1.04V時(shí)，輸出信號被切除，/。= V輸入電壓V = 1.4v時(shí)，V。= 1.4v輸入電壓V .。戀寸，儀表有正常輸出,V。= 2 jV 1 + 1原因：輸入信號很小時(shí)，放大系數(shù)非常大，輸入信號的小波動會引起輸出信號很大 的變化執(zhí)行器1. 執(zhí)行器基本概念組成：執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)兩部分類別：氣動、電動、液動2. 氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)：兩種：薄膜式和活塞式薄膜式：結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、輸出行程小活塞式：輸出行程長、推動力大，價(jià)格昂貴，只在特殊情況下使用A(Ts1)Cs冠一階滯后環(huán)節(jié))l輸入輸出關(guān)系：一Po克服非線性：在執(zhí)行機(jī)構(gòu)上附加閥門定位器。3. 閥門定位器：氣動執(zhí)行器的主要附件，與氣動執(zhí)行器

17、配套使用作用：增大執(zhí)行器的輸出功率，提高閥門位置的線性度 種類：氣動閥門定位器：只接受氣信號(20 100kPa)，需要先用電一氣轉(zhuǎn)換器將調(diào)節(jié)器輸出的電信號轉(zhuǎn)換成氣信號電一氣閥門定位器：具有電一氣轉(zhuǎn)換和閥門定位雙重功能，輸入信號為電信號應(yīng)用場合：增加執(zhí)行機(jī)構(gòu)的推力；加快執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作速度；實(shí)現(xiàn)分程控制；改善 調(diào)節(jié)閥的流量特性。電一氣閥門定位器按力平衡原理工作。4 20mA直流電流信號轉(zhuǎn)入到轉(zhuǎn)換組件的線圈中，當(dāng)信號增加時(shí)，產(chǎn)生的電磁力矩讓杠杠做逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)，使擋板靠近噴嘴，背壓增 大，放大后的氣壓信號也增大，該信號作用在調(diào)節(jié)閥的膜頭上，是閥桿下移，經(jīng)反饋機(jī) 構(gòu)杠杠的另一側(cè)產(chǎn)生反饋力矩，杠杠做順時(shí)針

18、偏轉(zhuǎn)，當(dāng)兩力矩相平衡時(shí)，閥桿就穩(wěn)定在 某一位置。氣動閥門定位器接受調(diào)節(jié)器輸出信號，成比例輸出信號控制氣動執(zhí)行器，執(zhí)行器閥 桿的位移通過機(jī)械裝置反饋到閥門定位器上，組成閉環(huán)，使輸入輸出線性。4. 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(調(diào)節(jié)閥)流量方程：Q = 5. 09 如(m3 / h)(開度增大，阻力系數(shù)減小，流量增加。)流量系數(shù)：國際單位制：在控制閥全開，閥前閥后壓差為100kPa ,流體密度1g / cm3 ,每小時(shí)通過閥門的流量工程單位制：540，的水，在1kgf/“：的閥前后壓差下每小時(shí)流過閥門的流量，用 C表示注：不同單位制下流量系數(shù)不同，工程單位制，用C表示；英制單位，用 CV表示在采用國際單位制時(shí)，若 p的單位取為kPa時(shí)，則Kv值的計(jì)算公式如下：可調(diào)比反映調(diào)節(jié)法調(diào)節(jié)能力的大小理想可調(diào)比：KR = Jmax，統(tǒng)一設(shè)計(jì)時(shí)，R = 30 0 min實(shí)際可調(diào)比：管路系統(tǒng)的阻力變化或旁路開啟，調(diào)節(jié)閥前后壓差發(fā)生變化Rr二R.S （ S二二虹，調(diào)節(jié)法全開時(shí)閥前壓差與系統(tǒng)總壓差之比）P5. 流量特性：所謂流量特性，是指介質(zhì)流過閥門的相對流量與閥門的相對開度之間的關(guān)系理想流量特性：閥前后壓差不隨開度而變化時(shí)的流量特性，又叫固有流量特性 有直線、等百分比、拋物線、快開幾種工作流量特性：實(shí)際生產(chǎn)中，閥前后壓差總是