化工儀表課件

1、化工儀表及自動化第一章 檢測儀表基礎(chǔ)知識誤差 1、系統(tǒng)誤差 2、疏忽誤差 3、偶然誤差測量誤差一般用一下兩種方式表示絕對誤差xi：儀表指示值, xt：被測量的真值由于真值無法得到 x：被校表的讀數(shù)值，x0 ：標(biāo)準(zhǔn)表的讀數(shù)值 相對誤差相對百分誤差允許誤差檢測儀表的品質(zhì)指標(biāo) 1、準(zhǔn)確度 精度等級數(shù)值越小，就表征該儀表的精確度等級越高，也說明該儀表的精確度越高。0.05級以上的儀表，常用來作為標(biāo)準(zhǔn)表；工業(yè)現(xiàn)場用的測量儀表，其精度大多在0.5以下。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；為指針的線位移或角位移；x為

2、引起所需的被測參數(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。 4、反應(yīng)時間5、線性度6、重復(fù)性彈性式壓力計1、測壓原理： 各種彈性元件在被測介質(zhì)壓力作用下會產(chǎn)生彈性變形。 2、特點(diǎn)及適用場合： 結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜、測壓范圍寬，測量精度也比較高，在生產(chǎn)過程中獲得了最廣泛的應(yīng)用。彈簧壓力表電氣式壓力計 測壓原理： 把壓力轉(zhuǎn)換為電阻、電容、電感或電勢等電量，從而實(shí)現(xiàn)壓力的間接測量。 特點(diǎn)及適用場合： 反應(yīng)較快，測量范圍較廣、精度可達(dá)0.2，便于遠(yuǎn)距離傳送。所以在生產(chǎn)過程中可以實(shí)現(xiàn)壓力自動檢測、自動控制和報警，適用于測量

3、壓力變化快、脈動壓力、高真空和超高壓的場合。電氣式壓力計組成方框圖壓力計的安裝（1）測壓點(diǎn)的選擇應(yīng)能反映被測壓力的真實(shí)大小。（2）導(dǎo)壓管鋪設(shè)（3）壓力計的安裝第三章 流量檢測 流量大小：單位時間內(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。1-節(jié)流元件 2-引壓管路3-三閥組 4-差壓計優(yōu)點(diǎn): 應(yīng)用最多的孔板式流量計結(jié)構(gòu)牢固,性能穩(wěn)定可靠,使用壽命長; 應(yīng)用范圍廣泛,至今尚無任何一類流量計可與之相比擬; 檢測件與變送器、顯示儀表分別由不同廠家生產(chǎn),便于規(guī)模經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)。 缺點(diǎn): 測量精度普遍偏低; 范圍度窄,一般

4、僅3:14:1; 現(xiàn)場安裝條件要求高; 壓損大(指孔板、噴嘴等)。 轉(zhuǎn)子流量計 浮子流量計,又稱轉(zhuǎn)子流量計,是變面積式流量計的一種,在一根由下向上擴(kuò)大的垂直錐管中,圓形橫截面的浮子的重力是由液體動力承受的,浮子可以在錐管內(nèi)自由地上升和下降。在流速和浮力作用下上下運(yùn)動，與浮子重量平衡后，通過磁耦合傳到與刻度盤指示流量。一般分為玻璃和金屬轉(zhuǎn)子流量計。金屬轉(zhuǎn)子流量計是工業(yè)上最常用的，對于小管徑腐蝕性介質(zhì)通常用玻璃材質(zhì)，由于玻璃材質(zhì)的本身易碎性，關(guān)鍵的控制點(diǎn)也有用全鈦材等貴重金屬為材質(zhì)的 轉(zhuǎn)子流量計。轉(zhuǎn)子流量計的特點(diǎn)： 轉(zhuǎn)子流量計是工業(yè)上和實(shí)驗(yàn)室最常用的一種流量計。它具有結(jié)構(gòu)簡單、直觀、壓力損失小、維

5、修方便等特點(diǎn)。轉(zhuǎn)子流量計適用于測量通過管道直徑D150mm的小流量，也可以測量腐蝕性介質(zhì)的流量。使用時流量計必須安裝在垂直走向的管段上，流體介質(zhì)自下而上地通過轉(zhuǎn)子流量計。 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3-33 卡曼渦街質(zhì)量流量計 質(zhì)量流量計可分為兩類：一類是直接式，即直接輸出質(zhì)量流量；另一類為間接式或推導(dǎo)式，如應(yīng)用超聲流量計和密度計組合，對它們的輸出再進(jìn)行乘法運(yùn)算以得出質(zhì)量流量。 其他流量計1、電磁流量計2、靶式流量計3、橢圓齒輪流量計4、渦輪流量計第四章 物位檢測 物位測量儀表的種類很多，按工作原理分為直讀式液位計、差壓式

6、物位儀表、浮力式液位計、光學(xué)式物位儀表、聲波式物位儀表和核輻射物位儀表。電容式物位傳感器電容式物位儀表的工作原理是把物位的變化，變換成相應(yīng)電容量的變化，然后測量此電容量的變化從而得到物位變化的。電容式物位儀表用于測量導(dǎo)電、非導(dǎo)電液體或固體物料的液位、料位或相界面位置，可供連續(xù)測量和定點(diǎn)監(jiān)控之用。核輻射物位計核輻射液位計是通過放射源發(fā)出射線，穿過被測物料后由探測器接收。當(dāng)物位改變時，由于被測物料的吸收劑量改變，而使探測器接受到的輻射強(qiáng)度改變，再轉(zhuǎn)換為電信號的變化，經(jīng)放大后送給顯示儀表連續(xù)顯示物位。 第五章 溫度檢測接觸式測量：即通過測量體與被測介質(zhì)的接觸來測量物體的溫度； 特點(diǎn)：簡單、可靠、測量

7、精度較高。但由于要達(dá)到熱平衡，因而產(chǎn)生了滯后。而且可能與被測介質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。不能應(yīng)用于很高溫度的測量。 非接觸式測量：即通過接收被測物體發(fā)出的輻射熱來判斷溫度。 特點(diǎn)：其測溫范圍很廣，其測溫上限原則上不受限制；測溫速度比較快，而且可以對運(yùn)動體進(jìn)行測量，但一般測溫誤差較大。 熱電偶溫度計熱電偶的測溫原理：是利用熱電偶的熱電效應(yīng)來測量溫度的。熱電效應(yīng)-將任意兩種不同的導(dǎo)體A、B組成一個閉合回路，只要其連接點(diǎn)l、2溫度不同，在回路中就產(chǎn)生熱電動勢的現(xiàn)象。 熱電阻溫度計測溫原理：是基于金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻會隨溫度的變化而變化的特性。因此只要測出感溫元件熱電阻的阻值變化，就可測得被測溫度。特點(diǎn)：測量

8、精度高，在測量500以下溫度時，它的輸出信號比熱電偶大得多，性能穩(wěn)定，靈敏度高。另外熱電阻溫度計的輸出是電信號，便于遠(yuǎn)傳，同時又不需要冷端溫度補(bǔ)償。所以在中低溫(200650)測量中得到了廣泛的應(yīng)用。第七章 自動控制系統(tǒng) 自動控制系統(tǒng)一般分為生產(chǎn)過程的自動檢測、自動控制、自動報警及聯(lián)鎖保護(hù)、自動操縱等四大類控制系統(tǒng)常用術(shù)語對象被控制的物理裝置。 被控變量對象的某個變量。控制系統(tǒng)的目的通常就是要使該變量與設(shè)定值或給定值相符?？刂葡到y(tǒng)也用該變量的名稱來稱呼，如溫度控制系統(tǒng)、壓力控制系統(tǒng)等。 調(diào)節(jié)變量對被控裝置的被控變量具有較強(qiáng)的直接影響且便于調(diào)節(jié)的變量。 干擾對象中除了調(diào)節(jié)變量以外，能對被控變量具

9、有影響作用的所有變量。 偏差設(shè)定值或給定值與測量值之差。 給定值，也稱為設(shè)定值或期望值人們希望控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，即被控變量的期望值。它可以是恒定值，也可能按程序變化。 自動控制系統(tǒng)的過渡過程及品質(zhì)指標(biāo) 靜態(tài)與動態(tài)及過渡過程 :靜態(tài)是指該變量不隨時間而變化的某個平衡狀態(tài)，動態(tài)是指該變量隨時間而變化的不平衡狀態(tài)。系統(tǒng)受輸入信號的作用從一個靜態(tài)到另一個靜態(tài)之間的變化過程，就是過渡過程 。過渡過程的類型 在階躍信號的作用下，控制系統(tǒng)的輸出變量的過渡過程有可能出現(xiàn)如下幾種形式（下圖：l）非振蕩衰減過程2）衰減振蕩過程3）等幅振蕩過程4）發(fā)散振蕩過程 5）非振蕩發(fā)散過程）控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo) 最大偏差A(yù)或

10、超調(diào)量B ，衰減比n，余差C ，過渡時間tS ，振蕩周期或頻率 第八章 被控對象的數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型的主要形式1、微分方程2、傳遞函數(shù)3、差分方程機(jī)理建模1、一階對象2、積分對象3、時滯對象描述對象特性的參數(shù)1、放大系數(shù)2、時間常數(shù)3、滯后時間 放大系數(shù)越大，被控變量對這個量越靈敏。 時間系數(shù)越大，被控變量變化越慢，到達(dá)新的穩(wěn)態(tài)值所需的時間也越長。第九章 基本控制規(guī)律位式控制雙位控制具有中間區(qū)的雙位控制多位控制比例控制比例控制規(guī)律及其特點(diǎn)比例度及其對控制過程的影響積分控制積分控制規(guī)律及其特點(diǎn)比例積分控制規(guī)律與積分時間積分時間對系統(tǒng)過渡過程的影響微分控制微分控制規(guī)律及其特點(diǎn)實(shí)際的微分控制規(guī)律及微分

11、時間比例微分控制系統(tǒng)的過渡過程比例積分微分控制位式控制雙位控制 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9-1 理想雙位控制特性圖9-2 雙位控制示例6 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9-3 實(shí)際的雙位控制規(guī)律具有中間區(qū)的雙位控制圖9-4 具有中間區(qū)的雙位控制過程多位控制 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9-5 三位控制器特性圖8 比例控制9 在雙位控制系統(tǒng)中，被控變量

12、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9-6 水槽液位控制（9-4）10 一、比例控制規(guī)律及其特點(diǎn)比例控制器KCep圖9-7 比例控制器圖9-8 簡單比例控制系統(tǒng)示意圖比例控制器實(shí)際上是一個放大倍數(shù)可調(diào)的放大量12 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)。 二、比例度及其對控制過程的影響1.比例度圖9-9 比例度與輸入輸出的關(guān)系17圖9-10 簡單水槽的比例控制過程液位開始下降

13、作用在控制閥上的信號進(jìn)水量增加偏差的變化曲線圖9-11 比例度對過渡過程的影響在t=t0時，系統(tǒng)外加一個干擾作用積分控制積分控制規(guī)律及其特點(diǎn)19 當(dāng)對控制質(zhì)量有更高要求時，就需要在比例控制的基礎(chǔ)上，再加上能消除余差的積分控制作用。 積分控制作用的輸出變化量p與輸入偏差e的積分成正比，即 （9-12）圖9-12 積分控制規(guī)律對式 (9-12)微分,可得（9-14）當(dāng)輸入偏差是常數(shù)A時（9-13）圖9-13 液位控制系統(tǒng)圖9-14 積分控制過程21比例積分控制規(guī)律與積分時間比例積分控制規(guī)律可用下式表示 （9-15）圖9-15 比例積分控制規(guī)律2223由于（9-16）則（9-17）若偏差是幅值為A的

14、階躍干擾（9-18）在時間t = TI時，有（9-19）積分時間對系統(tǒng)過渡過程的影響圖9-16 積分時間對過渡過程的影響 積分時間對過渡過程的影響具有兩重性 當(dāng)縮短積分時間,加強(qiáng)積分控制作用時,一方面克服余差的能力增加。另一方面會使過程振蕩加劇,穩(wěn)定性降低。積分時間越短,振蕩傾向越強(qiáng)烈,甚至?xí)蔀椴环€(wěn)定的發(fā)散振蕩。 24微分控制比例積分控制器對于多數(shù)系統(tǒng)都可采用，比例度和積分時間兩個參數(shù)均可調(diào)整。 當(dāng)對象滯后很大時，可能控制時間較長、最大偏差也較大； 負(fù)荷變化過于劇烈時，由于積分動作緩慢，使控制作用不及時，此時可增加微分作用。 25微分作用的特點(diǎn)在偏差存在但不變化時,微分作用都沒有輸出。微分控制規(guī)律及其特點(diǎn)26優(yōu)點(diǎn)具有超前控制功能。 圖9-17 微分控制的動態(tài)特性具有微分控制規(guī)律的控制器（9-20）比例微分控制系統(tǒng)的過渡過程當(dāng)比例作用和微分作用結(jié)合時,構(gòu)成比例微分控制規(guī)律（9-27） 比例微分控制器的輸出p等于比例作用的輸出pP與微分作用的輸出pD之和。改變比例度(或KC)和微分時間 TD分別可以改變比例作用的強(qiáng)弱和微分作用的強(qiáng)弱。 說明：30比例積分微分控制 同時具有比例、積分、微分三種控制作用的控制器稱為比例積分微分控制器。（9-28）32第十一章 執(zhí)行器執(zhí)行器根據(jù)其使用的能源形式可分為氣動、電動、液動三大類。 執(zhí)行器一般有執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成。執(zhí)行器