第6次檢測與執(zhí)行

第3章簡單控制系統(tǒng)3.1控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)3.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟3.3選擇變量3.4確定控制方案3.5選擇設(shè)備3.6PID控制器設(shè)計(jì)3.7PID整定方法與作用方式單回路控制系統(tǒng)控制器執(zhí)行器被控對象檢測變送被控變量操作變量測量值偏差干擾-+設(shè)定值3.5選擇設(shè)備3.5.2檢測設(shè)備溫度、壓力、流量、物位、成份等儀表3.5選擇設(shè)備3.5.2檢測設(shè)備溫度檢測方式類型原理范圍(℃)特點(diǎn)接觸式膨脹式液、固受熱膨脹-100~600簡單、價(jià)廉壓力表式受熱體積、壓力變化-100~500近距離、滯后、不準(zhǔn)熱電阻電阻值隨溫度變化-260~850遠(yuǎn)距離、低中溫?zé)犭娕冀饘俚臒犭娦?yīng)-200~1800范圍廣、中高溫非接觸輻射式輻射能隨溫度變化0~3500受環(huán)境影響3.5選擇設(shè)備3.5.2檢測設(shè)備溫度檢測1、液體膨脹式溫度計(jì)液體受熱會(huì)膨脹-100-600℃簡單、價(jià)格低3.5選擇設(shè)備3.5.2檢測設(shè)備溫度檢測2、固體膨脹式溫度計(jì)雙金屬片調(diào)節(jié)螺釘絕緣柱

用于溫度報(bào)警或控制繼電器3.5選擇設(shè)備3.5.2檢測設(shè)備溫度檢測3、壓力式溫度計(jì)氣體受熱體積膨脹，壓力增大-100-500℃近距離，滯后3.5選擇設(shè)備3.5.2檢測設(shè)備溫度檢測4、熱電阻溫度計(jì)阻值隨溫度變化-260-850℃遠(yuǎn)距離，低中溫3.5選擇設(shè)備3.5.2檢測設(shè)備溫度檢測5、熱電偶溫度計(jì)普通熱電偶金屬的熱電效應(yīng)-200-1800℃范圍廣，中高溫3.5選擇設(shè)備3.5.2檢測設(shè)備溫度檢測6、非接觸式溫度計(jì)紅外線測溫儀被測物的輻射能隨溫度變化0-3500℃受環(huán)境影響3.5選擇設(shè)備3.5.2檢測設(shè)備溫度、壓力、流量、物位、成份等儀表3.5選擇設(shè)備3.5.2檢測設(shè)備壓力檢測類別液柱式彈性式活塞式電氣式原理轉(zhuǎn)換為液柱高度轉(zhuǎn)換為位移轉(zhuǎn)換為活塞上所加平衡法碼的重量轉(zhuǎn)換成電勢、電容、電阻的變化特點(diǎn)簡單、范圍窄、水銀易污染簡單、范圍寬、彈性滯后復(fù)雜、精度高、需修正范圍寬、輸出信號多樣(電阻、電流等)場合低壓、真空度，用作標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量儀器易結(jié)晶與腐蝕性介質(zhì)用作校準(zhǔn)計(jì)量儀器廣泛用于生產(chǎn)過程自動(dòng)化3.5選擇設(shè)備3.5.2檢測設(shè)備壓力檢測1、液柱式壓力計(jì)被測絕對壓力P大于大氣壓B時(shí)液柱產(chǎn)生高度差使用較少，一般用于校驗(yàn)儀器0-16KPaP0h1h2BHρρ1ρ23.5選擇設(shè)備3.5.2檢測設(shè)備壓力檢測2、彈性式壓力計(jì)將被測壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件的變形位移測壓范圍較寬，可高達(dá)1000MPa3.5選擇設(shè)備3.5.2檢測設(shè)備壓力檢測3、活塞式壓力計(jì)將被測壓力與活塞上所加的砝碼質(zhì)量進(jìn)行平衡來測量用作校準(zhǔn)計(jì)量儀器3.5選擇設(shè)備3.5.2檢測設(shè)備壓力檢測4、電氣式壓力計(jì)將被測壓力轉(zhuǎn)換為電量廣泛使用電容差壓變送器

3.5選擇設(shè)備3.5.2檢測設(shè)備溫度、壓力、流量、物位、成份等儀表3.5選擇設(shè)備3.5.2檢測設(shè)備流量檢測方式原理特點(diǎn)轉(zhuǎn)子式一定計(jì)量空間中轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)高黏度液體差壓式依差壓信號推算流量10:1，2%；最成熟、最常用速度式渦輪葉輪旋轉(zhuǎn)速度與流速成比例量程比10:1，0.5%；輕質(zhì)成品油、低黏度，中小口徑渦街流體振動(dòng)頻率與流速的關(guān)系20:1，±(0.5-1%)；液、氣、蒸汽，不適于低雷諾數(shù)電磁體積流量與感應(yīng)電勢的關(guān)系10:1,0.5%,0~200℃；導(dǎo)電液體超聲超聲波穿過流體并載帶流速信息20:1；大管徑流量，非接觸3.5選擇設(shè)備3.5.2檢測設(shè)備流量檢測1、差壓式(節(jié)流式)流量計(jì)節(jié)流裝置導(dǎo)壓管差壓計(jì)依差壓信號推算流量常用，約占1/2流束將在節(jié)流處形成局部收縮，從而使流速增加，靜壓力降低，于是在節(jié)流件前后產(chǎn)生了靜壓力差3.5選擇設(shè)備3.5.2檢測設(shè)備流量檢測2、轉(zhuǎn)子式流量計(jì)一定計(jì)量空間中轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)中小管徑，高黏度液體3.5選擇設(shè)備3.5.2檢測設(shè)備流量檢測3、渦輪流量計(jì)葉輪旋轉(zhuǎn)速度與流速成比例輕質(zhì)成品油、低黏度，中小口徑3.5選擇設(shè)備3.5.2檢測設(shè)備流量檢測4、渦街流量計(jì)流體振動(dòng)頻率與流速的關(guān)系大口徑管道，液、氣、蒸汽，避免振動(dòng)3.5選擇設(shè)備3.5.2檢測設(shè)備流量檢測5、電磁流量計(jì)體積流量與感應(yīng)電勢的關(guān)系導(dǎo)電液體，約占15%3.5選擇設(shè)備3.5.2檢測設(shè)備流量檢測6、超聲波流量計(jì)超聲波穿過流體時(shí)傳播速度發(fā)生改變大管徑流量，非接觸3.5選擇設(shè)備3.5.2檢測設(shè)備溫度、壓力、流量、物位、成份等儀表3.5選擇設(shè)備3.5.2檢測設(shè)備物位檢測方式原理與特點(diǎn)浮力式漂浮于液面上的浮子升降位移反映液位的變化靜壓式測量液柱高度產(chǎn)生的靜壓電容式電容的變化量反映液位高度的變化，液位、料位，介電常數(shù)要穩(wěn)超聲波式超聲波在不同介質(zhì)分界面上產(chǎn)生反射、折射等現(xiàn)象雷達(dá)式天線發(fā)出雷達(dá)波到液面后反射回去，腐蝕、高黏度、有毒液體核輻射式放射源產(chǎn)生的γ射線穿過介質(zhì)時(shí)，強(qiáng)度按指數(shù)規(guī)律衰減，非接觸式，高溫、高壓、劇毒3.5選擇設(shè)備3.5.2檢測設(shè)備物位檢測1、浮力式液位變送器漂浮于液面上的浮子升降位移反映液位的變化常用(但不適用于危險(xiǎn)性大的介質(zhì))3.5選擇設(shè)備3.5.2檢測設(shè)備物位檢測2、靜壓式液位變送器測量液柱高度產(chǎn)生的靜壓常用(但不適用于危險(xiǎn)性大的介質(zhì))3.5選擇設(shè)備3.5.2檢測設(shè)備物位檢測3、電容式物位變送器電容的變化量反映液位高度的變化適用于介電常數(shù)穩(wěn)定的介質(zhì)3.5選擇設(shè)備3.5.2檢測設(shè)備物位檢測4、超聲波式物位變送器超聲波在不同介質(zhì)分界面上產(chǎn)生反射的現(xiàn)象腐蝕、高黏度、有毒液體，探頭對溫度敏感3.5選擇設(shè)備3.5.2檢測設(shè)備物位檢測5、雷達(dá)式物位變送器天線發(fā)出雷達(dá)波到液面后反射回去范圍廣，比超聲波式優(yōu)越3.5選擇設(shè)備3.5.2檢測設(shè)備溫度、壓力、流量、物位、成份等儀表3.5選擇設(shè)備3.5.2檢測設(shè)備成分檢測1、紅外線氣體分析儀不同的組分對不同波長的紅外線具有選擇性吸收的特征廣泛應(yīng)用，注意防塵、防潮、防振3.5選擇設(shè)備3.5.2檢測設(shè)備成分檢測2、氧化鋯氧量計(jì)氧化鋯對高溫時(shí)的氧離子具有良好傳導(dǎo)特性燃燒過程、氧化反應(yīng)3.5選擇設(shè)備3.5.2檢測設(shè)備成分檢測3、氣相色譜分析儀先分離各組分，后取樣分析石油、化工、電力、醫(yī)藥、食品3.5選擇設(shè)備3.5.2檢測設(shè)備成分檢測方式原理與特點(diǎn)熱導(dǎo)式氣體成分混合氣體中待測組分熱導(dǎo)率不同，測H2，CO2，SO2紅外式氣體成分不同的組分對不同波長的紅外線具有選擇性吸收的特征氧化鋯氧量成分氧化鋯對高溫時(shí)的氧離子具有良好傳導(dǎo)特性，工業(yè)爐氣相色譜成分先分離各組分，后取樣分析工業(yè)電導(dǎo)儀測量溶液的電導(dǎo)而間接求得溶液的濃度工業(yè)酸度計(jì)pH計(jì)，測量溶液的酸堿度(氫離子濃度)，引起電極電位改變濁度檢測液體濁度表示了反應(yīng)、變化過程進(jìn)行的程度單回路控制系統(tǒng)控制器執(zhí)行器被控對象檢測變送被控變量操作變量測量值偏差干擾-+設(shè)定值3.5選擇設(shè)備3.5.3執(zhí)行器(1)調(diào)節(jié)閥(2)變頻器

……3.5選擇設(shè)備3.5.3執(zhí)行器-調(diào)節(jié)閥一、組成：執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(閥體)3.5選擇設(shè)備3.5.3執(zhí)行器-調(diào)節(jié)閥

二、分類：氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥電動(dòng)調(diào)節(jié)閥液動(dòng)調(diào)節(jié)閥(少見)氣動(dòng)和電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的對比內(nèi)容氣動(dòng)電動(dòng)輸入信號20~100KPa4~20mA(DC)結(jié)構(gòu)簡單復(fù)雜體積中小信號管線配置較復(fù)雜簡單推力中小動(dòng)作滯后大小維修簡單復(fù)雜適用場合防火防爆選用防爆型價(jià)格便宜貴3.5選擇設(shè)備3.5.3執(zhí)行器-調(diào)節(jié)閥三、作用

接受控制器的指令(4-20mA，20-100KPa)

執(zhí)行機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化為位移操縱調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)流量控制器調(diào)節(jié)閥四、結(jié)構(gòu)形式(閥體)類型特點(diǎn)適用場合直通單座閥一個(gè)閥芯一個(gè)閥座、泄漏量小小口徑、低壓差直通雙座閥二個(gè)閥芯二個(gè)閥座閥兩端壓差較大角形閥流路簡單、阻力小管道直角連接三通閥三個(gè)出入口配比控制或旁路控制隔膜閥流阻小、流通能力大，耐腐蝕性強(qiáng)腐蝕性大蝶閥流阻極小、泄漏量大、重量輕大口徑、大流量球閥閥芯與閥體呈球形液體黏度高、污穢凸輪撓曲閥密閉性好、重量輕、體積小黏度高、含懸浮顆?；\式閥范圍寬、噪聲小、振動(dòng)小、結(jié)構(gòu)簡單壓差大、噪聲小3.5選擇設(shè)備1）直通單座閥1個(gè)閥芯和閥座3.5.3執(zhí)行器-調(diào)節(jié)閥四、結(jié)構(gòu)形式(閥體)正裝閥閥門中的柱式閥芯可以正裝，也可以反裝。反裝閥閥芯下移時(shí)，閥芯與閥座間的流通截面積減小閥芯下移時(shí)，閥芯與閥座間的流通截面積增大3.5選擇設(shè)備3.5.3執(zhí)行器-調(diào)節(jié)閥四、結(jié)構(gòu)形式(閥體)1）直通單座閥流體對閥芯的不平衡力大。一般用在小口徑、低壓差的場合。結(jié)構(gòu)簡單、泄漏量小。特點(diǎn)：2）直通雙座閥流體流過時(shí)，作用在上、下兩個(gè)閥芯上的推力方向相反且大小相近，可互相抵消，所以不平衡力小。但是，由于加工的限制，上下兩個(gè)閥芯閥座不易保證同時(shí)密閉，因此泄漏量較大。閥體內(nèi)有兩個(gè)閥芯和閥座3）角形閥兩個(gè)接管呈直角形，一般為底進(jìn)側(cè)出，這種閥的流路簡單、對流體的阻力較小。適用于現(xiàn)場管道要求直角連接，介質(zhì)為高粘度、高壓差和含有少量懸浮物和固體顆粒狀的場合。4）三通閥有三個(gè)出入口與工藝管道連接。流通方式有合流型和分流型兩種。用于配比控制用于旁路控制5）隔膜閥采用耐腐蝕材料作隔膜，將閥芯與流體隔開結(jié)構(gòu)簡單、流阻小、流通能力比同口徑的其他種類的閥要大。由于介質(zhì)用隔膜與外界隔離，故無填料，介質(zhì)也不會(huì)泄漏。耐腐蝕能力強(qiáng)，適用于強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的控制，也能用于高粘度及懸浮顆粒狀介質(zhì)的控制。適用于大口徑、大流量、低壓差的場合，也可以用于含少量纖維或懸浮顆粒狀介質(zhì)的控制。6）蝶閥又名翻板閥。結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、流阻極小，但泄漏量大。7）球閥閥芯與閥座都呈球形體，閥芯內(nèi)開孔。轉(zhuǎn)動(dòng)閥芯使之與閥座處于不同的相對位置時(shí)，就有不同的流通面積。流量變化較快，可起控制和切斷的作用，常用于雙位式控制。8）凸輪撓曲閥又名偏心旋轉(zhuǎn)閥。其閥芯呈扇形球面狀，與撓曲臂及軸套一起鑄成，固定在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上。閥芯球面與閥座密封圈緊密接觸，密封性好。適用于高粘度或帶有懸浮物的介質(zhì)流量控制。9）籠式閥閥內(nèi)有一個(gè)圓柱形套筒（籠子）。套筒壁上有一個(gè)或幾個(gè)不同形狀的孔（窗口），利用套筒導(dǎo)向，閥芯在套筒內(nèi)上下移動(dòng)，改變閥的節(jié)流孔面積?？烧{(diào)比大，不平衡力小，更換開孔不同的套筒，就可得到不同的流量特性。但不適于高粘度或帶有懸浮物的介質(zhì)流量控制。

調(diào)節(jié)閥除了結(jié)構(gòu)類型不同外，其它主要技術(shù)參數(shù)是流量特性和口徑。3.5選擇設(shè)備3.5.3執(zhí)行器-調(diào)節(jié)閥五、氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式薄膜式：最常見，一般調(diào)節(jié)閥的推動(dòng)裝置活塞式：大口徑、高壓降，如蝶閥的推動(dòng)裝置P閥芯推桿PP1P2膜片彈簧執(zhí)行機(jī)構(gòu)閥體3.5選擇設(shè)備3.5.3執(zhí)行器-調(diào)節(jié)閥五、氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)1、組成：膜片，彈簧，推桿閥座氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)3.5選擇設(shè)備3.5.3執(zhí)行器-調(diào)節(jié)閥五、氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)正作用—控制氣壓增加時(shí)，推桿向下P正作用P反作用反作用—控制氣壓增加時(shí)，推桿向上2、作用方式3.5選擇設(shè)備3.5.3執(zhí)行器-調(diào)節(jié)閥電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作原理位置發(fā)送器4-20mA將輸入的直流mA信號與位置信號比較，放大器將偏差放大，以驅(qū)動(dòng)二相伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)。

3.5選擇設(shè)備3.5.3執(zhí)行器-調(diào)節(jié)閥電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作原理之伺服放大器線圈Ⅱ、CF例a（+）b（-）時(shí)觸發(fā)電路1工作SCR1導(dǎo)通cd間短接線圈Ⅰ

電機(jī)正轉(zhuǎn)220V通路

90o

相移3.5選擇設(shè)備3.5.3執(zhí)行器-調(diào)節(jié)閥電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作原理之電動(dòng)機(jī)將電功率轉(zhuǎn)換為機(jī)械功率的動(dòng)力裝置。3.5選擇設(shè)備3.5.3執(zhí)行器-調(diào)節(jié)閥電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作原理位置發(fā)送器4-20mA3.5選擇設(shè)備3.5.3執(zhí)行器-調(diào)節(jié)閥電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作原理之減速器常用的有兩種:行星齒輪和蝸輪蝸桿3.5選擇設(shè)備3.5.3執(zhí)行器-調(diào)節(jié)閥電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作原理之減速器常用的有兩種:行星齒輪和蝸輪蝸桿

行星齒輪減速器的體積小，傳動(dòng)效率高，承載能力大，單級速比可達(dá)100倍，應(yīng)用廣泛。3.5選擇設(shè)備3.5.3執(zhí)行器-調(diào)節(jié)閥電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作原理位置發(fā)送器4-20mA位移信號電壓信號反饋電流信號3.5選擇設(shè)備3.5.3執(zhí)行器-調(diào)節(jié)閥六、調(diào)節(jié)閥的流量特性

1、調(diào)節(jié)閥的特點(diǎn)：

是一個(gè)局部阻力可變的節(jié)流元件，通過閥芯的行程改變阻力系數(shù)P阻力系數(shù)1阻力系數(shù)2來控制流量大小3.5選擇設(shè)備3.5.3執(zhí)行器-調(diào)節(jié)閥六、調(diào)節(jié)閥的流量特性

2、流量方程

前后壓差阻尼系數(shù)流體密度流體均速流體體積流量接管截面積p1調(diào)節(jié)閥p23.5選擇設(shè)備3.5.3執(zhí)行器-調(diào)節(jié)閥六、調(diào)節(jié)閥的流量特性

3、調(diào)節(jié)原理

當(dāng)調(diào)節(jié)閥接管處的截面積A和差壓(p1-p2)一定時(shí)，流量Q僅隨阻尼系數(shù)的變化而變化。改變閥門的開度，可改變流通阻力而控制介質(zhì)流量。3.5選擇設(shè)備3.5.3執(zhí)行器-調(diào)節(jié)閥六、調(diào)節(jié)閥的流量特性4、定義當(dāng)前開度全開度全開流量指介質(zhì)流過閥的相對流量與相對開度之間的函數(shù)關(guān)系3.5選擇設(shè)備3.5.3執(zhí)行器-調(diào)節(jié)閥六、調(diào)節(jié)閥的流量特性

5、調(diào)節(jié)閥的理想流量特性

假定閥前后差壓不變。取決于閥芯的形狀p1調(diào)節(jié)閥p23.5選擇設(shè)備3.5.3執(zhí)行器-調(diào)節(jié)閥六、調(diào)節(jié)閥的流量特性

5、調(diào)節(jié)閥的理想流量特性

a、直線流量特性：調(diào)節(jié)閥的相對流量與相對開度成直線關(guān)系

調(diào)節(jié)閥放大系數(shù)3.5選擇設(shè)備3.5.3執(zhí)行器-調(diào)節(jié)閥六、調(diào)節(jié)閥的流量特性

5、調(diào)節(jié)閥的理想流量特性

a、直線流量特性：調(diào)節(jié)閥的相對流量與相對開度成直線關(guān)系

可調(diào)比Qmax/Qmin3.5選擇設(shè)備3.5.3執(zhí)行器-調(diào)節(jié)閥六、調(diào)節(jié)閥的流量特性

5、調(diào)節(jié)閥的理想流量特性

a、直線流量特性：調(diào)節(jié)閥的相對流量與相對開度成直線關(guān)系

011Q/Qmaxl/L直線3.5選擇設(shè)備3.5.3執(zhí)行器-調(diào)節(jié)閥六、調(diào)節(jié)閥的流量特性

5、調(diào)節(jié)閥的理想流量特性

關(guān)于可調(diào)比R

可調(diào)比R為調(diào)節(jié)閥所能控制的最大流量與最小流量的比值。其中，Qmin不是指閥門全關(guān)時(shí)的泄漏量，而是閥門能平穩(wěn)控制的最小流量，約為最大流量的2~4%一般閥門的可調(diào)比R=30。R=Qmax/Qmin01l/L1Q/Qmax直線3.5選擇設(shè)備3.5.3執(zhí)行器-調(diào)節(jié)閥六、調(diào)節(jié)閥的流量特性

5、調(diào)節(jié)閥的理想流量特性

b、對數(shù)流量特性：調(diào)節(jié)閥的相對流量與相對開度成對數(shù)關(guān)系

可變的調(diào)節(jié)閥放大系數(shù)可調(diào)比Qmax/Qmin3.5選擇設(shè)備3.5.3執(zhí)行器-調(diào)節(jié)閥六、調(diào)節(jié)閥的流量特性

5、調(diào)節(jié)閥的理想流量特性

b、對數(shù)流量特性：調(diào)節(jié)閥的相對流量與相對開度成對數(shù)關(guān)系

對數(shù)011Q/Qmaxl