反應(yīng)器溫度檢測(cè)及控制方案的確定

1、任務(wù)四、反應(yīng)器溫度檢測(cè)及控制方案的確定任務(wù)點(diǎn)0104-1常見溫度檢測(cè)儀表種類及應(yīng)用溫度檢測(cè)儀表：按測(cè)溫范圍分類：把測(cè)溫600C以上溫度的儀表叫高溫器。測(cè)溫600C以下的儀表叫低溫儀表叫溫度計(jì)。按工作原理分類：通常分為膨脹溫度計(jì)、熱電偶溫度計(jì)、熱電阻溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)、輻射高溫計(jì)和光學(xué)高溫計(jì)等。按測(cè)溫方式分類：根據(jù)感溫元件和被測(cè)介質(zhì)接觸與否，可將溫度儀表分為接觸式與非接觸式兩大類。工業(yè)上常用的測(cè)溫儀表：測(cè)溫范圍溫度計(jì)名稱溫度計(jì)名稱簡(jiǎn)單原理及常用測(cè)溫范圍優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)接觸式執(zhí)八、彭脹玻璃溫度計(jì)液體受熱時(shí)體積膨脹，一100600C價(jià)廉，精確較咼，穩(wěn)定性較好易破損，只能安裝在易觀察的地方雙金屬溫度計(jì)金屬受

2、熱時(shí)線性膨脹，50600C示值清楚，機(jī)械強(qiáng)度較好精度較低壓力式溫度計(jì)溫包內(nèi)的氣體或液體因受熱而改變壓力，50600C價(jià)廉，最易就地集中監(jiān)測(cè)毛細(xì)管機(jī)械強(qiáng)度差，損壞后不易修復(fù)執(zhí)八、占八、阻熱電阻溫度計(jì)導(dǎo)體或半導(dǎo)體的阻值溫度隨溫度而改變，200600C測(cè)量準(zhǔn)確，可用于低溫或低溫差測(cè)量和熱電偶相比，維護(hù)工作量大，振動(dòng)場(chǎng)合容易損壞執(zhí)八、電偶熱電偶溫度計(jì)兩種不同金屬導(dǎo)體接點(diǎn)受熱產(chǎn)生熱電勢(shì)，501600C測(cè)量準(zhǔn)確，和熱電阻相比安裝、維護(hù)方便，不宜損壞需要補(bǔ)償導(dǎo)線，安裝費(fèi)用較咼非接觸式執(zhí)八、輻射光學(xué)高溫計(jì)加熱體的亮度隨溫度咼低而變化7003200C測(cè)溫范圍廣，攜帶使用方便，價(jià)格便宜只能目測(cè)，必須熟練才能測(cè)得比

3、較準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)光電高溫計(jì)加熱體的顏色隨溫度咼低而變化502000C反應(yīng)速度快，測(cè)量較準(zhǔn)確構(gòu)造復(fù)雜，價(jià)格高，讀數(shù)麻煩輻射咼溫計(jì)加熱體的輻射能量隨溫度咼低而變化502000C反應(yīng)速度快誤差較大目前常用的熱電偶及主要性能：熱電偶名稱代號(hào)分度號(hào)E(100,0)/mA主要性能測(cè)溫范圍長(zhǎng)期使用短期使用鉑銠10-鉑WRPS0.645熱性能穩(wěn)定，抗氧化性能能更好，適用于氧化性和中性氣氛中測(cè)量，單熱電勢(shì)小，成本咼2013001600鉑銠30-鉑銠6WRRB0.033穩(wěn)定性好，測(cè)量溫度高，參與端在0100C范圍內(nèi)可以不用補(bǔ)償導(dǎo)線，適于在氧化氣氛中的測(cè)量，但熱電勢(shì)小，價(jià)格高30016001800鎳鉻-鎳硅WRNK4.

4、095熱電勢(shì)大，線性好，適于在氧化性和中性氣氛中測(cè)量，且價(jià)格便宜，是工業(yè)上使用最多的一種50100012000鎳鉻-銅鎳WRKE6.317熱勢(shì)能大，靈敏度咼，價(jià)格便宜，中低溫穩(wěn)定性好，適用于氧化或弱還原性氣氛中測(cè)量50800900銅-鎳WRCT4.277低溫時(shí)靈敏度高，穩(wěn)定性好，價(jià)格便宜，適用于氧化和還原性氣氛中測(cè)量40300350任務(wù)點(diǎn)0104-2乙酸丁酯反應(yīng)器用測(cè)溫儀表：選用壓力式溫度儀表理由：乙酸丁酯反應(yīng)溫度在120C左右，在壓力式溫度儀表（一50600C）測(cè)量范圍之內(nèi),具有價(jià)廉，最易就地集中監(jiān)測(cè)的優(yōu)點(diǎn)。任務(wù)點(diǎn)0104-3自動(dòng)控制系統(tǒng)組成自動(dòng)控制系統(tǒng)主要由：控制器，被控對(duì)象，執(zhí)行機(jī)構(gòu)和變

5、送器四個(gè)環(huán)節(jié)組成分類方法自動(dòng)控制系統(tǒng)有幾種分類方法按控制原理的不同，自動(dòng)控制系統(tǒng)分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)在開環(huán)控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)輸出只受輸入的控制，控制精度和抑制干擾的特性都比較差。開環(huán)控制系統(tǒng)中，基于按時(shí)序進(jìn)行邏輯控制的稱為順序控制系統(tǒng)；由順序控制裝置、檢測(cè)元件、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和被控工業(yè)對(duì)象所組成。主要應(yīng)用于機(jī)械、化工、物料裝卸運(yùn)輸?shù)冗^程的控制以及機(jī)械手和生產(chǎn)自動(dòng)線。閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)是建立在反饋原理基礎(chǔ)之上的，利用輸出量同期望值的偏差對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，可獲得比較好的控制性能。閉環(huán)控制系統(tǒng)又稱反饋控制系統(tǒng)。按給定信號(hào)分類，自動(dòng)控制系統(tǒng)可分為恒值控制系統(tǒng)、隨動(dòng)控制系統(tǒng)和程序控制

6、系統(tǒng)。恒值控制系統(tǒng)給定值不變，要求系統(tǒng)輸出量以一定的精度接近給定希望值的系統(tǒng)。如生產(chǎn)過程中的溫度、壓力、流量、液位高度、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等自動(dòng)控制系統(tǒng)屬于恒值系統(tǒng)。隨動(dòng)控制系統(tǒng)給定值按未知時(shí)間函數(shù)變化，要求輸出跟隨給定值的變化。如跟隨衛(wèi)星的雷達(dá)天線系統(tǒng)。程序控制系統(tǒng)給定值按一定時(shí)間函數(shù)變化。如程控機(jī)床。應(yīng)用廣泛自動(dòng)控制系統(tǒng)已被廣泛應(yīng)用于人類社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域。在工業(yè)方面，對(duì)于冶金、化工、機(jī)械制造等生產(chǎn)過程中遇到的各種物理量，包括溫度、流量、壓力、厚度、張力、速度、位置、頻率、相位等，都有相應(yīng)的控制系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上通過采用數(shù)字計(jì)算機(jī)還建立起了控制性能更好和自動(dòng)化程度更高的數(shù)字控制系統(tǒng)，以及具有控制與管理雙

7、重功能的過程控制系統(tǒng)。在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用包括水位自動(dòng)控制系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)機(jī)械的自動(dòng)操作系統(tǒng)等。在軍事技術(shù)方面，自動(dòng)控制的應(yīng)用實(shí)例有各種類型的伺服系統(tǒng)、火力控制系統(tǒng)、制導(dǎo)與控制系統(tǒng)等。在航天、航空和航海方面，除了各種形式的控制系統(tǒng)外，應(yīng)用的領(lǐng)域還包括導(dǎo)航系統(tǒng)、遙控系統(tǒng)和各種仿真器。此外，在辦公室自動(dòng)化、圖書管理、交通管理乃至日常家務(wù)方面，自動(dòng)控制技術(shù)也都有著實(shí)際的應(yīng)用。隨著控制理論和控制技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域還在不斷擴(kuò)大，幾乎涉及生物、醫(yī)學(xué)、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等所有領(lǐng)域。任務(wù)點(diǎn)0104-4控制器及控制規(guī)律控制器是控制系統(tǒng)的核心，生產(chǎn)過程中被控變量偏離設(shè)定要求后，必須依靠控制器的作用去控制執(zhí)行器

8、，改變操縱變量，使被控變量符合生產(chǎn)要求。控制器在閉環(huán)控制系統(tǒng)中將檢測(cè)變送環(huán)節(jié)傳送過來的信息與被控變量的設(shè)定值比較后得到偏差，然后根據(jù)偏差按照一定的控制規(guī)律進(jìn)行核算，最終輸出控制信號(hào)作用于執(zhí)行器上。控制器分類：控制器按能源形式分類電動(dòng)控制儀特點(diǎn)：在信號(hào)傳輸，放大，變換處理，實(shí)行遠(yuǎn)距離檢視操作等方面比氣動(dòng)儀容易氣動(dòng)控制儀特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，可靠性高，價(jià)格便宜按信號(hào)形式分類模擬式特點(diǎn)：線路較為簡(jiǎn)單，操作方便，在過程控制中已經(jīng)廣泛運(yùn)用數(shù)字式特點(diǎn)：功能完善，性能優(yōu)越，能夠解決模擬式儀表難以解決的問題按結(jié)構(gòu)形式分類基地式特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通用性差，使用不夠靈活，一般僅適用一些簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)單元組合式特點(diǎn)

9、：使用靈活方便，在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)得到廣泛運(yùn)用組裝式特點(diǎn)：在單元組合儀表基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種功能分離，結(jié)構(gòu)組件化的成套儀表裝置集散控制系統(tǒng)特點(diǎn)：除有控制功能外，還具備網(wǎng)絡(luò)通信功能常用的有電動(dòng)控制器和數(shù)字控制器電動(dòng)控制器：電動(dòng)控制器以交流220V或直流24V作為儀表能源，以直流電流或直流電壓作為輸出信號(hào)。之所以選用直流信號(hào)，是因?yàn)橹绷餍盘?hào)不受傳輸線路中的電感、電容及負(fù)荷性質(zhì)的影響，不存在相移問題，抗干擾能力強(qiáng)；直流信號(hào)傳輸容易實(shí)現(xiàn)模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，從而方便地與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)配合使用；直流信號(hào)獲取方便，應(yīng)用靈活?？刂破鞴灿小白詣?dòng)”、“保持”、“軟手動(dòng)”和“硬手動(dòng)”四種工作狀態(tài)，通過面板上的聯(lián)動(dòng)開關(guān)進(jìn)行

10、切換。當(dāng)控制器處于“自動(dòng)”工作狀態(tài)時(shí)，輸入的測(cè)量信號(hào)和設(shè)定信號(hào)在輸入電路進(jìn)行比較后得出偏差，后面的比例微分電路和比例積分電路對(duì)偏差進(jìn)行PID運(yùn)算，然后經(jīng)輸入電路轉(zhuǎn)換成420mA的直流電流輸出，控制器對(duì)被控變量進(jìn)行自動(dòng)控制。當(dāng)控制器處于“軟手動(dòng)”或“硬手動(dòng)”工作狀態(tài)時(shí)，由操作者一邊觀察面板上指示的偏差情況，一邊在面板上操作相對(duì)應(yīng)的按鍵或操作桿，對(duì)被控變量進(jìn)人工控制。電動(dòng)控制器是連續(xù)的模擬控制儀表。隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和自動(dòng)化的不斷提高，模擬控制儀表很難滿足生產(chǎn)要求。因?yàn)橐粔K模擬儀表只能控制一個(gè)變量，而大型企業(yè)中，需要檢測(cè)和控制的變量數(shù)以萬計(jì)，若都采用模擬控制儀表，其占地之大、布線之繁、操作

11、之不便，使得控制系統(tǒng)的可用性和可靠性都會(huì)大為降低。電控制器基本被數(shù)字控制器取代。lulie/I2.11DTL3110控制器正面示意圖數(shù)字控制器數(shù)字控制器與常規(guī)的模擬控制器相比，具有如下特點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)了儀表、計(jì)算機(jī)一體化；具有豐富的運(yùn)算、控制功能；通用性強(qiáng)、使用方便；使用靈活、便于擴(kuò)展；可靠性高、維護(hù)方便邯峨廷和方式按扯咼持禾訂祠運(yùn)打方式捋鈕刃描肩燈輯出擂針3轄址程柞按紀(jì)（塔.或1標(biāo)牌扌踽爼折針（SP）叫雷/制“卩刃聯(lián)戦妝態(tài)幣圧燈夷復(fù)世拉熬理訊拖喬燈右一邊怛表異琳拆示燈（左）卜氓黠瓦值目即墳犧按鍛lift.誡）白河運(yùn)廳方式持鈕羽掩示燈KMM控制器正面面板布置圖數(shù)字控制器的種類很多，應(yīng)用最多的是單回路

12、控制器，其品種有以下五類：可編程序控制器，固定程序控制器，可編程脈寬輸出控制器，混合控制器，批量控制器常用控制規(guī)律：1、雙位控制在所有的控制規(guī)律中，雙衛(wèi)控制規(guī)律最為簡(jiǎn)單，也最容易實(shí)現(xiàn)。其動(dòng)作規(guī)律是：當(dāng)測(cè)量值大于或小于設(shè)定值時(shí)，控制器的輸出為最大（或最?。纯刂破鞯妮敵鲆醋畲?，要么最小。相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)也就只有兩個(gè)極限位置要么全開，要么全關(guān)。雙衛(wèi)控制由此得名。但質(zhì)量控制較差，大多應(yīng)用于允許被控制變量雙衛(wèi)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、容易實(shí)現(xiàn)上下波動(dòng)的場(chǎng)合。如原料儲(chǔ)罐、恒溫箱、空電冰箱中的溫度控制，為氣動(dòng)儀表提供氣源的壓縮空氣罐中的壓力控制等。利用浮球閥控制水箱水位的控制系統(tǒng)也屬于雙衛(wèi)控制。2、比例

13、(P)控制如果控制系統(tǒng)能使執(zhí)行機(jī)構(gòu)的行程變化與被控制變量偏差的大小成一定比例關(guān)系的話，就可能使上述貯槽的物料流入量等于流出量，從而使液位能穩(wěn)定在某一值上，即系統(tǒng)在連續(xù)控制下達(dá)到平衡狀態(tài)。這種控制器輸出的變化與輸入控制器的偏差大小成比例關(guān)系的控制規(guī)律稱為比例控制規(guī)律。比例控制規(guī)律Awft)=Kce(t)控制器輸出變化與輸入偏差成正比。在時(shí)間上沒有延遲。在相同的偏差下，Kc越大，輸出也越大，因此Kc是衡量比例作用強(qiáng)弱的參數(shù)。工業(yè)上用比例度來表示比例作用的強(qiáng)弱。單純的比例控制適用于擾動(dòng)不大、滯后較小、負(fù)荷變化小、要求不高、允許有一定余差存在的場(chǎng)合。3、比例積分(PI)控制比例控制規(guī)律是基本控制規(guī)律中

14、最基本的，應(yīng)用最普遍的一種。其最大優(yōu)點(diǎn)是控制及時(shí)、迅速。只要有偏差產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用。但是，不能最終消除余差的缺點(diǎn)限制了它的單獨(dú)使用?？朔嗖畹霓k法是在比例控制的比例控制的基礎(chǔ)加上積分控制作用。積分控制規(guī)律u(t)=Kte(t)dtKI表示積分速度。控制器輸出信號(hào)的大小，不僅與偏差大小有關(guān)，還取決于偏差存在的時(shí)間長(zhǎng)短。只要有偏差存在，控制器的輸出就不斷變化。偏差存在時(shí)間越長(zhǎng)，輸出信號(hào)的變化量越大直到達(dá)到輸出極限。只有余差為0，控制器的輸出才穩(wěn)定。力圖消除余差是積分作用的重要特性。在幅度為A的階躍作用下，積分控制器的開環(huán)輸出如圖74所示。輸出直線的斜率為KIA。積分控制作用總是滯后于偏

15、差的存在，因此它不能有效地克服擾動(dòng)的影響，難以使得控制系統(tǒng)穩(wěn)定下來，因此積分控制作用很少單獨(dú)使用。如圖75分析，引入積分作用會(huì)使系統(tǒng)容易振蕩。比例作用的輸出與偏差同步，偏差大，輸出大，偏差小，輸出小，因此控制及時(shí)。而積分作用則不是。0比例積分控制器是目前應(yīng)用最廣泛的一種控制器,多用于工業(yè)上液位、壓力、流量等控制系|于引入積分作禍消除余差，彌補(bǔ)補(bǔ)了純劇控制Aw陷，獲得較好的控制質(zhì)量。但是積分作用的引入，會(huì)使系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差。對(duì)于有較大滯后性的系統(tǒng)控制，要盡可能避免使用積分控制。4、比例微分控制（PD）控制微分控制規(guī)律其輸出正比于輸入對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)。TD為微分時(shí)間常數(shù)。傳遞函數(shù)：理想微分控制器在階躍

16、偏差信號(hào)作用下的開環(huán)輸出特性如圖710所示。微分控制器的輸出只與偏差的變化速度有關(guān)，而與偏差存在與否無關(guān)。因此，純粹的微分控制作用是無意義的，一般都將微分控制作用與比例控制結(jié)合起來使用。任務(wù)點(diǎn)0104-5執(zhí)行器執(zhí)行器是自動(dòng)控制系統(tǒng)的終端執(zhí)行部件，由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成，負(fù)責(zé)從自動(dòng)化技術(shù)工具中接收控制信息并對(duì)受控對(duì)象施加控制作用。執(zhí)行器的分類1、執(zhí)行器按所用驅(qū)動(dòng)能源分為氣動(dòng)、電動(dòng)和液壓執(zhí)行器三種。2、按動(dòng)作規(guī)律，執(zhí)行器可分為開關(guān)型、積分型和比例型三類。3、按輸出位移的形式，執(zhí)行器有轉(zhuǎn)角型和直線型兩種。4、按輸入控制型號(hào)，執(zhí)行器分為可以輸入空氣壓力信號(hào)、直流電流信號(hào)、電接點(diǎn)通斷信號(hào)脈沖信號(hào)等幾類

17、。執(zhí)行器的應(yīng)用氣動(dòng)執(zhí)行器在化工、煉油等對(duì)安全要求較高的生產(chǎn)過程中得到廣泛的應(yīng)用。安全性能差，動(dòng)作不夠迅速，雖然近年來有經(jīng)過不斷改進(jìn)，應(yīng)用逐漸擴(kuò)大的趨勢(shì)，但總體來看不如氣動(dòng)執(zhí)行器的應(yīng)用普遍。常用的溫度自動(dòng)控制方案：1、低溫控制低溫控制的特點(diǎn)主要是周圍環(huán)境溫度都比樣品的溫度高，熱量總是源源不斷地通過對(duì)流、傳導(dǎo)和輻射等形式傳輸給樣品。因此，低溫控制的任務(wù)是：有節(jié)制的控制輸入的熱量與冷量，借以得到所需的溫度。借助于低溫實(shí)驗(yàn)室常備的冷卻液，如液氧、液氮和液氦（或包括液氫），控制液體沸騰的壓強(qiáng)，即可得到下列溫度范圍：14K（液氦）；5490K（液氧）；6377K（液氮）；1020.4K（液氫）.2、中溫控

18、制以恒溫油槽為例，說明溫度自動(dòng)控制原理。油槽結(jié)構(gòu)分為恒溫槽部分和控制部分。恒溫槽由槽體、保溫層、隔離筒和攪拌器等構(gòu)成，由敏感元件、控制元件、執(zhí)行原件組成控制系統(tǒng)，控制對(duì)象為油的溫度。導(dǎo)電表傳感溫度的變化，反映為水銀柱的高度。當(dāng)溫度高于給定溫度時(shí)，導(dǎo)電表接通繼電器的輸入電路，繼電器切斷加熱器，油溫在冷卻水作用下降低；當(dāng)油溫低于給定溫度是，導(dǎo)電表水銀柱下降，繼電器輸入電路斷開，繼電器動(dòng)作并接通加熱器，油溫在加熱器作用下上升。如此循環(huán)，維持油恒定在給定溫度。3、高溫控制由于外界的影響引起敏感元件材料不穩(wěn)定，使接觸式溫度計(jì)量器具（如熱電偶、電阻溫度計(jì)等）的應(yīng)用受到了限制。因此，在高溫控制中經(jīng)常采用不接觸方法光學(xué)高溫計(jì)和輻射高溫計(jì)。但光學(xué)高溫計(jì)的檢測(cè)結(jié)果帶有主觀性并且不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)。而輻射高溫計(jì)難于測(cè)量小物體的溫度和難于靠近被測(cè)物體，同時(shí)易受其它受