第二章 過程建模與過程檢測控制儀表

第二章過程建模和過程

檢測控制儀表主要內容1、過程建模（**）2、過程變量檢測與變送（*）4、其它數(shù)字式過程控制儀表3、過程控制儀表ProcessControlSystemWangyuyuki1120@基本概念1被控過程（對象）：指正在運行中的多種多樣的被控制的生產(chǎn)工藝設備。數(shù)學模型：指過程在各輸入量的作用下，其相應輸出量變化的函數(shù)關系數(shù)學表達式。

參數(shù)模型：即用數(shù)學方程來表示（方便，描述形式有：微分方程、傳遞函數(shù)、差分方程、脈沖響應函數(shù)、狀態(tài)方程等）。

過程的數(shù)學模型的兩種描述形式：

非參數(shù)模型：即用曲線或數(shù)據(jù)表格來表示（形象、直觀，但對進行系統(tǒng)的設計和綜合不方便）。階躍響應曲線、脈沖響應曲線、頻率特性曲線。ProcessControlSystemWangyuyuki1120@過程通道----被控過程輸入量與輸出量之間的信號聯(lián)系?？刂仆ǖ溃嚎刂谱饔门c被控變量之間的信號聯(lián)系通道。擾動通道：擾動作用與被控變量之間的信號聯(lián)系通道。

外部擾動----其他的輸入量則稱為擾動作用(f1(t)～

fn(t))。外部擾動對過程控制也有很大影響。

內部擾動（基本擾動）----通常是一個可控性良好的輸入量，選作為控制作用，即調節(jié)器的輸出量(u(t))作為控制作用?；緮_動作用于閉合回路內，所以對系統(tǒng)的性能起決定作用?；靖拍?ProcessControlSystemWangyuyuki1120@基本概念3多入單出的系統(tǒng)：

通常選一個可控性良好的輸入量u(t)作為控制作用，其余的輸入量則稱為擾動作用。多入多出的系統(tǒng)：

幾個輸入量將同時影響兩個或兩個以上的被控量，可采用解耦控制等方法解除影響。ProcessControlSystemWangyuyuki1120@被控對象動態(tài)特性的特點

被控對象所進行的過程幾乎都離不開物質或能量的流動。流入量：從外部流入對象內部的物質或能量流量。流出量:從對象內部流出的流量。

被控過程大多屬于慢過程，被調量的變化十分緩慢

被控對象具有純延遲，即傳輸延遲。

被控對象的動態(tài)特性是不振蕩的。

被控對象本身是穩(wěn)定的或中性穩(wěn)定的。（自衡與非自衡）

被控對象往往具有非線性特性。ProcessControlSystemWangyuyuki1120@0tx(t)0tx(t)0ty(t)y(t)0t過程的階躍響應曲線：

表示在輸入擾動x（其實應該是u或f）作用下，輸出y（被控量）的具有時延的響應。

ProcessControlSystemWangyuyuki1120@自衡過程與非自衡過程

如液位系統(tǒng)，出口閥不控，入口流量變化后，液位為自衡過程；若出口加泵，為非自衡過程。

自衡過程----指過程在擾動作用下，其平衡狀態(tài)被破壞后不需要操作人員或儀表等干預，依靠其自身重新恢復平衡的過程。

非自衡過程-----指過程在擾動作用下，其平衡狀態(tài)被破壞后不需要操作人員或儀表等干預，依靠其自身不能重新恢復平衡的過程。

ProcessControlSystemWangyuyuki1120@過程數(shù)學模型及其建立方法建立數(shù)學模型的目的:

建立工業(yè)過程優(yōu)化操作方案

制訂控制系統(tǒng)的設計方案，進行仿真研究

進行控制系統(tǒng)的調試和調節(jié)器參數(shù)的整定

設計工業(yè)過程的故障檢測與診斷系統(tǒng)

制訂大型設備啟動和停車的操作方案

設計工業(yè)過程運行人員培訓系統(tǒng)ProcessControlSystemWangyuyuki1120@被控對象數(shù)學模型的表達形式和利用方式表達形式：

按系統(tǒng)的連續(xù)性劃分：連續(xù)系統(tǒng)模型、離散系統(tǒng)模型按模型的結構劃分:輸入輸出模型、狀態(tài)空間模型（二次型最優(yōu)控制）

按論域劃分：時域表達-階躍響應、脈沖響應（預測控制）頻域表達-傳遞函數(shù)（PID控制、自適應控制）利用方式：

離線在線

ProcessControlSystemWangyuyuki1120@對被控對象數(shù)學模型的要求

根據(jù)實際應用情況提出適當要求ProcessControlSystemWangyuyuki1120@幾種控制方式最優(yōu)控制----目的在于使一個機組、一臺設備、或一個生產(chǎn)過程實現(xiàn)局部最優(yōu)。最優(yōu)控制問題核心是選擇控制函數(shù)u(f)，使得某一性能指標達到最小或最大值。自適應控制----能適應被控過程參數(shù)(或環(huán)境條件)的變化，自動修正控制器參數(shù)(控制算法)以補償被控過程特性變化的一種控制。調節(jié)器參數(shù)整定----系統(tǒng)整定的實質，就是通過改變控制參數(shù)使調節(jié)器特性和被控過程特性配合好，來改善系統(tǒng)的動態(tài)和靜態(tài)特性，求得最佳的控制效果。ProcessControlSystemWangyuyuki1120@過程數(shù)學模型的求取方法方法二：實驗法建模（過程辨識法）,即根據(jù)過程輸入、輸出數(shù)據(jù)，通過過程辨識與參數(shù)估計的方法建立被控過程的數(shù)學模型。方法一：機理分析法，即根據(jù)過程的內在機理，通過靜態(tài)與動態(tài)物料平衡和能量平衡關系求取過程的數(shù)學模型。方法三：上兩種方法的結合，即先通過機理分析確定模型的結構形式，再通過實驗數(shù)據(jù)來確定模型中各系數(shù)的大小。ProcessControlSystemWangyuyuki1120@機理分析法建模

當對一個系統(tǒng)的工作機理有了清楚全面的認識，而且過程能用成熟的理論進行描述時，便可采用機理法建模。根據(jù)基本的物理定律從系統(tǒng)內部工作過程的機理出發(fā),建立系統(tǒng)數(shù)學模型的方法稱為機理法或“白盒法”。它具有較嚴密的理論依據(jù)，在任何狀態(tài)下使用都不會引起定性的錯誤。建模時，首先對系統(tǒng)進行分析和類比，再作出一些合理的假設，以簡化系統(tǒng)并為建模提供一定的理論依據(jù)，然后再根據(jù)基本的物理定律（如質量守恒、能量守恒、動量守恒等）建立相應的數(shù)學模型。ProcessControlSystemWangyuyuki1120@機理推導的幾類數(shù)學模型

集中參數(shù)過程-----單個控制參數(shù)的過程控制分布參數(shù)過程-----多個控制參數(shù)的過程控制多級過程------控制過程有多個控制步（相當于離散系統(tǒng)）ProcessControlSystemWangyuyuki1120@物料（或能量）平衡關系動態(tài)物料（或能量）平衡關系：單位時間內進入被控過程的物料（或能量）減去單位時間內從被控過程流出的物料（或能量）等于被控過程內物料（或能量）存儲量的變化率。

靜態(tài)物料（或能量）平衡關系：單位時間內進入被控過程的物料（或能量）等于單位時間內從被控過程流出的物料（或能量）。ProcessControlSystemWangyuyuki1120@（一）自衡過程建模1、單容過程-----只有一個儲蓄容量的過程A=C輸入q(t)輸出h(t)b）階躍響應ProcessControlSystemWangyuyuki1120@模型推導1動態(tài)物料平衡關系及其增量形式：物理原理：其中，R2為閥門2的阻力，稱為液阻或流阻。

-----流入量，控制過程的輸入變量-----流出量，中間變量

h

-----液位，控制過程的輸出變量ProcessControlSystemWangyuyuki1120@模型推導2由式(*)可畫出框圖如圖所示。即

令過程容量C=A

消去中間變量，及拉氏變換后，有ProcessControlSystemWangyuyuki1120@模型推導3容量或容量系數(shù)-----被控過程都具有一定貯存物料或能量的能力，其貯存能力的大小,稱為容量或容量系數(shù)。其物理意義是：引起單位被控量變化時被控過程貯存量變化的大小。CsR2H(s)+H(s)=R2Q1(s),故單容過程的數(shù)學模型為：

式中，TO=R2C為液位過程的時間常數(shù),C為容量系數(shù)(或容量)。K0=R2,為液位過程的放大系數(shù)。ProcessControlSystemWangyuyuki1120@雙容過程的建模（一）自衡過程建模2、雙容過程b）階躍響應輸入輸出ProcessControlSystemWangyuyuki1120@模型推導1其被控量是第二只水箱的液位h2，輸入量為q1。根據(jù)物料平衡關系可以列出下列方程：

ProcessControlSystemWangyuyuki1120@模型推導2雙容過程的數(shù)學模型為：T1—第一只水箱的時間常數(shù)，T1=R2C1

；T2—第二只水箱的時間常數(shù)，T2=R3C2；K0—過程的放大系數(shù)，K0=R3；C1、C2—分別為兩只水箱的容量系數(shù)。ProcessControlSystemWangyuyuki1120@3、具有純滯后單容過程的數(shù)學模型（一）自衡過程建模ProcessControlSystemWangyuyuki1120@其數(shù)學模型為：模型推導T0—過程的時間常數(shù)，T0=R2C；K0—過程的放大系數(shù)，K0=R2；—過程的純滯后時間。ProcessControlSystemWangyuyuki1120@（二）無自衡過程建模1、單容過程b）階躍響應ProcessControlSystemWangyuyuki1120@模型推導在自衡過程下，有

而在無自衡過程下，將出口閥2換成定量泵，這樣，其流出量q2與液位h無關，即這里△q2=0。傳遞函數(shù)：

帶有純滯后的過程ProcessControlSystemWangyuyuki1120@2、雙容過程（二）無自衡過程建模b）階躍響應ProcessControlSystemWangyuyuki1120@模型推導數(shù)學模型為：Ta—雙容過程積分時間常數(shù)，Ta=C2

；T—第一只水箱的時間常數(shù)。ProcessControlSystemWangyuyuki1120@3、滯后過程

無自衡多容過程具有純滯后時，則其數(shù)學模型為：（二）無自衡過程建模ProcessControlSystemWangyuyuki1120@e.g.推導無自衡單容純滯后過程的數(shù)學模型（h為輸出量，q1為輸入量，管道傳輸速度為v）ProcessControlSystemWangyuyuki1120@自衡過程單容、雙容、多容及純滯后對象數(shù)學模型：總結1ProcessControlSystemWangyuyuki1120@無自衡過程單容、雙容、多容及純滯后對象數(shù)學模型

：總結2ProcessControlSystemWangyuyuki1120@試驗法建模定義：是在實際的生產(chǎn)過程（設備）中，根據(jù)過程輸入、輸出的實驗數(shù)據(jù)，即通過過程辨識與參數(shù)估計的方法建立被控過程的數(shù)學模型。

*與機理分析法相比，試驗法建模的主要特點是不需要深入了解過程的機理。但是必須設計一個合理的實驗，以獲取過程所含的最大信息量，而對此往往是很困難的。因此，在實際使用時，試驗法和機理法經(jīng)常是相互補充的。如先通過機理法確定模型的結構形式，在通過實驗數(shù)據(jù)來確定模型中各系數(shù)的大小。ProcessControlSystemWangyuyuki1120@試驗法類型試驗法可分為加專門信號與不加專門信號兩種。加專門信號的方法—在試驗過程中改變所研究的過程輸入量，對其輸出量進行數(shù)據(jù)處理求得過程的數(shù)學模型。不加專門信號—利用過程在正常操作時所記錄的信號，進行統(tǒng)計分析求得過程的數(shù)學模型，屬于定性分析，精度較差。專門信號發(fā)生器時域信號發(fā)生器：階躍信號、脈沖信號等頻域信號發(fā)生器：正弦波、梯形波等隨機信號發(fā)生器：白噪聲、偽隨機信號等ProcessControlSystemWangyuyuki1120@

階躍響應曲線法—在被控過程的輸入量作階躍變化時，測定其輸出量隨時間而變化的曲線。

（一）響應曲線法通常取階躍信號值為正常輸入信號的5～15%，以不影響生產(chǎn)為準；在相同的測試條件下重復幾次；正、反方向變化時分別測出其響應曲線；被控過程必須處于穩(wěn)定的工作狀態(tài)。ProcessControlSystemWangyuyuki1120@(二)由階躍響應曲線確定過程的傳遞函數(shù)

復習：自衡過程單容、雙容及純滯后對象數(shù)學模型無自衡過程單容、雙容及純滯后對象數(shù)學模型ProcessControlSystemWangyuyuki1120@(二)由階躍響應曲線確定過程的傳遞函數(shù)

可見，只要由階躍響應曲線求得放大系數(shù)、時間常數(shù)以及滯后時間，即可確定過程的數(shù)學模型。

放大系數(shù)K：

在數(shù)值上等于對象處于穩(wěn)定狀態(tài)時輸出變化量與輸入變化量之比：

放大系數(shù)是描述對象靜態(tài)特性的參數(shù)。

K=輸出的變化量/輸入的變化量ProcessControlSystemWangyuyuki1120@(二)由階躍響應曲線確定過程的傳遞函數(shù)

時間常數(shù)T

：反映被控變量變化快慢的一個重要動態(tài)參數(shù)。指當對象受到階躍輸入作用后，被控變量如果保持初始速度變化，達到新的穩(wěn)態(tài)值所需的時間?；颍寒攲ο笫艿诫A躍輸入作用后，被控變量達到新的穩(wěn)態(tài)值的63.2%所需時間。（一階）滯后時間τ：是純滯后時間τ0和容量滯后τC

的總和。*純滯后是由于介質的輸送或熱的傳遞需要一段時間引起的。*容量滯后一般是因為物料或能量的傳遞需要通過一定的阻力而引起的。滯后時間τ是反映對象動態(tài)特性的另一個重要參數(shù)。ProcessControlSystemWangyuyuki1120@1.由階躍響應曲線確定一階環(huán)節(jié)的特性參數(shù)輸入階躍信號u0

，階躍響應穩(wěn)態(tài)值為放大系數(shù)求?。涸跀?shù)值上等于對象處于穩(wěn)定狀態(tài)時輸出變化量與輸入變化量之比：

計算法對一階慣性對象ProcessControlSystemWangyuyuki1120@(2)

時間常數(shù)求?。?/p>

過0點作階躍響應曲線的切線，交穩(wěn)態(tài)的漸近線y（∞）于A點，其投影0B即為過程的時間常數(shù)T0?；蜃?3.2%線求取。

切線法：1.由階躍響應曲線確定一階環(huán)節(jié)的特性參數(shù)ProcessControlSystemWangyuyuki1120@1.由階躍響應曲線確定一階環(huán)節(jié)的特性參數(shù)計算法：

將階躍響應曲線標準化

y*(t)的解為：取自然對數(shù)得：在標準化曲線上選擇兩點，y*(t1)=0.632,y*(t2)=0.33代入上式解得T10=t1T20=2.5t2T0取平均值：T0=（T10+T20）/2

校驗：y*（t3）=0.87，t3=2T0ProcessControlSystemWangyuyuki1120@2.由階躍響應曲線確定一階加滯后環(huán)節(jié)的特性參數(shù)輸入階躍信號u0

，階躍響應穩(wěn)態(tài)值為。對一階加滯后慣性對象:（1）放大系數(shù)求?。涸跀?shù)值上等于對象處于穩(wěn)定狀態(tài)時輸出變化量與輸入變化量之比：

ProcessControlSystemWangyuyuki1120@2.由階躍響應曲線確定一階加滯后環(huán)節(jié)的特性參數(shù)(2)

時間常數(shù)求?。呵芯€法：在階躍響應曲線拐點D處作一切線，交時間軸于B點，交穩(wěn)態(tài)值于A點。OB即為過程的滯后時間，BA在時間軸上的投影BC即為過程的時間常數(shù)T0。ProcessControlSystemWangyuyuki1120@計算法：2.由階躍響應曲線確定一階加滯后環(huán)節(jié)的特性參數(shù)

將階躍響應曲線標準化

y*(t)的解為：在標準化曲線上選擇兩點y*(t1)、y*(t2)

，讀出對應t1和t2，聯(lián)立求解，即可確定、，一般取y*(t1)=0.39,y*(t2)=0.63,則可得

校驗：ProcessControlSystemWangyuyuki1120@作業(yè)2-5，2-6，2-13ProcessControlSystemWangyuyuki1120@過程變量檢測與變送

基本概念、概述

過程參數(shù)檢測---指連續(xù)生產(chǎn)過程中的溫度、壓力、流

量、液位和成分等參數(shù)的檢測檢測儀表---將檢測元件、變送器及顯示裝置統(tǒng)稱為檢

測儀表一次儀表---一般為將被測量轉換為便于計量的物理量所使

用的儀表，即為檢測元件二次儀表---將測得的信號變送轉換為可計量的標準電氣信號

并顯示的儀表。即包括變送器和顯示裝置。傳感器ProcessControlSystemWangyuyuki1120@基本概念、概述高準確性，傳感器的輸出信號與被測參數(shù)成嚴格的單值函數(shù)關系。高穩(wěn)定性，不受時間或環(huán)境溫度變化等因素的影響。高靈敏度，被測參數(shù)微小變化時，輸出量變化明顯。對傳感器的三個要求：標準信號：電動儀表：4-20mA，DC（遠距離）；1-5V，DC（柜內傳輸）氣動儀表：20-100Kpa

ProcessControlSystemWangyuyuki1120@基本概念、概述測量過程與測量誤差測量過程---利用一個已知的單位量(即標準量)與被測

的同類量進行比較的過程。測量誤差---在測量過程中測量結果與被測量的真值之

間會有一定的差值。它反映了測量結果的

可靠程度。測量誤差的分類：絕對誤差與相對誤差ProcessControlSystemWangyuyuki1120@絕對誤差-----指測量結果與被測量的真值之差。相對誤差-----指絕對誤差與真值或測量值之百分比。常見有如下三種表示方式：1.

實際相對誤差-----是指絕對誤差與被測量的真值(實際值)之百分比。2.標稱相對誤差-----是指絕對誤差與儀表示值之百分比。3.引用相對誤差-----是指絕對誤差與儀表的量程之百分比?；靖拍?、概述ProcessControlSystemWangyuyuki1120@例題

某壓力表刻度0～100kPa，在50kPa處測量值為49.5kPa，求在50kPa處儀表示值的絕對誤差、實際相對誤差和引用相對誤差？

儀表示值的絕對誤差：儀表示值的相對誤差：儀表示值的引用誤差：

ProcessControlSystemWangyuyuki1120@系統(tǒng)誤差、隨機誤差和疏忽誤差

系統(tǒng)誤差---指測量儀表本身或其他原因(如零點沒有調整好等)引起的有規(guī)律的誤差。

隨機誤差---指在測量中所出現(xiàn)的沒有一定規(guī)律的誤差。

疏忽誤差---指觀察人員誤讀或不正確使用儀器與測試方案等人為因素所引起的誤差?；靖拍睢⒏攀龌菊`差、附加誤差和允許誤差

基本誤差---指儀表在規(guī)定的正常工作條件下所具有的誤差附加誤差---指儀表超出規(guī)定的正常工作條件時所增加的誤差允許誤差---指儀表的示值或性能不允許超過某個誤差范圍ProcessControlSystemWangyuyuki1120@檢測儀表的性能指標

儀表精度(儀表準確度)

儀表精度是根據(jù)國家規(guī)定的允許誤差大小分成幾個等級的。某一類儀表的允許誤差是指在規(guī)定的正常情況下允許的百分比誤差的最大值。精度等級:0.005、0.02、0.1、0.35、0.5、1.0、1.5、2.5、4等,級數(shù)越小，精度（準確度）就越高。

ProcessControlSystemWangyuyuki1120@變差---在外界條件不變的情況下，用同一儀表對同一個量進行正、反行程(即逐漸由小到大或逐漸由大到小)測量時，所得儀表兩值之間的差值。

其中x1、x2為正、反測量的示值通常要求：變差<儀表精度等級所允許的誤差。檢測儀表的性能指標

ProcessControlSystemWangyuyuki1120@靈敏度---表示測量儀表對被測參數(shù)變化的靈敏程度。通

常用儀表的輸出變化量，如指針的線位移或角

位移與引起此位移的被測參數(shù)變化量之比來表

示，即

注意：提高儀表的靈敏度可采用增加放大部分的放大倍數(shù)

來實現(xiàn)。不過儀表的性能主要取決于儀表的基本誤

差。

靈敏限---指引起儀表示值發(fā)生變化的可測參數(shù)的最小變

化量。通常其值應不大于儀表允許誤差的一半檢測儀表的性能指標ProcessControlSystemWangyuyuki1120@溫度檢測與變送溫度---是表示物體冷熱程度的物理參數(shù)。

測量溫度的方法：（從測量體與被測介質接觸與否來分）

接觸式測量-通過測量體與被測介質的接觸測量溫度非接觸式測量-通過接收被測物體發(fā)出的輻射熱判斷溫度簡單、可靠、測量精度高；滯后，受材料和環(huán)境限制速度快、不受測溫范圍限制、對運動體測量；誤差大，受距離、煙塵和輻射等多因素限制電的測溫儀表精度高，信號又便于傳輸：

熱電偶熱電阻ProcessControlSystemWangyuyuki1120@熱電偶溫度計

工作原理：

熱電效應—兩種不同的導體接觸構成回路時，回路中將產(chǎn)生電勢，其大小與兩接點間的溫度差有關在熱電偶回路中，當接觸點1、2溫度不同時，便產(chǎn)生兩個不同的接觸電動勢，回路的總電動勢為

ProcessControlSystemWangyuyuki1120@熱電阻溫度計

測溫原理：是基于金屬導體或半導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。結構組成：一般包括電阻體、絕緣子、保護套管和接線盒等部分。特點：測量精度高，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，可在-270～900℃范圍內測溫。另外熱電阻溫度計的輸出是電信號，便于遠傳，同時又不需要冷端溫度補償。所以在中低溫(—200—650)測量中得到了廣泛的應用。ProcessControlSystemWangyuyuki1120@壓力檢測與變送在生產(chǎn)過程中，經(jīng)常會遇到壓力的檢測問題。例：一些化學反應過程、涉及生產(chǎn)安全的鍋爐壓力等。同時，其它一些過程參數(shù)如溫度、流量、液位等往往也可以通過壓力來間接測量。壓力定義：物理學中的壓強。

壓力單位：

國際單位制（SI）---帕（Pa）工程大氣壓---at標準大氣壓---atm毫米汞柱---mmHg毫米水柱---mmH2OProcessControlSystemWangyuyuki1120@壓力表示方法：絕對壓力、表壓、負壓或真空度。絕對壓力-----指介質所受的實際壓力表壓-----指高于大氣壓的絕對壓力與大氣壓力之差負壓或真空度-----指大氣壓與低于大氣壓的絕對壓力之差按照轉換原理不同，壓力檢測儀表可分為：

彈性式壓力表—被測壓力轉換成位移。彈簧管式、膜片式、波紋管式

液柱式壓力表—被測壓力轉換成液柱高度。單管式、U型管式、斜管式

電氣式壓力表—被測壓力轉換成電勢、電容、電阻等電量變化

應變片式、霍耳片式壓力計，熱電式真空計

活塞式壓力表—被測壓力轉換成活塞上所加平衡砝碼的重量壓力檢測與變送ProcessControlSystemWangyuyuki1120@流量檢測儀表流量-----指單位時間內流過管道某一截面的物料數(shù)量，即瞬時流量流量的三種表示方法：體積流量qv---單位時間內通過管道某一截面的物料體積（m3/h）重量流量qG---單位的間內通過管道某一截面物料的重量（N/h）質量流量qm---單位時間內通過管道某一截面物料的質量（kg/h）三者關系：qG=ρgqv=gqmProcessControlSystemWangyuyuki1120@流量檢測儀表按照工作原理不同，流量檢測儀表可分為：容積式流量計—單位時間內排出流體的固定容積的數(shù)目。橢圓齒輪、旋轉活塞式、擴板式、腰輪流量計

速度式流量計—應用流體力學測量流體在管道內的流速。

差壓流量計、轉子流量計、渦輪流量計、電磁流量計、靶式流量計、超聲波流量計質量流量計—

直接型

通過直接檢測與質量流量成比例的參數(shù)

間接型通過體積流量計與密度計的組合間接測量ProcessControlSystemWangyuyuki1120@液位檢測儀表液位-----指密封容器或開口容器中液面的高低浮力式液位計

原理：根據(jù)阿基米德原理工作，即液體對一個物體浮力的大小等于物體所排開液體的重量。靜壓式液位計

原理：對于不可壓縮的液體，液位高度與液體的靜壓力成正比，所以，測出液體的靜壓力，即可知道液位高度。

激光式液位計電容式液位計原理：利用測量電容量的變化測量液位高低ProcessControlSystemWangyuyuki1120@CN213型靜壓式液位變送器UYB系列高溫高壓電容式液位變送器液位檢測儀表ProcessControlSystemWangyuyuki1120@過程控制儀表過程控制儀表將來自變送器的測量信號與給定信號相比較后產(chǎn)生的偏差進行比例、積分、微分運算，輸出統(tǒng)一標準的調節(jié)信號去控制執(zhí)行機構的動作，以實現(xiàn)對溫度、壓力、流量、液位等參數(shù)的自動控制。過程控制儀表包括調節(jié)器（可編程序調節(jié)器）、執(zhí)行器、操作器等各種控制儀表及裝置。ProcessControlSystemWangyuyuki1120@過程控制儀表的主體是氣動控制儀表和電動控制儀表，它們的發(fā)生和發(fā)展分別經(jīng)歷了基地式、單元組合式(Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型)、組裝式及數(shù)字智能式等幾個階段。過程控制儀表的發(fā)展ProcessControlSystemWangyuyuki1120@按能源形式分類：液動控制儀表、氣動控制儀表和電動控制儀表。按結構形式分類：基地式控制儀表、單元組合式控制儀表、組件組裝式控制儀表、集散控制裝置等。過程控制儀表分類按信號形式分類：模擬控制儀表和數(shù)字控制儀表兩大類。其中DDZ型儀表和QDZ型儀表都屬于模擬控制儀表；SLPC可編程調節(jié)器、KMM可編程調節(jié)器、PMK可編程調節(jié)器等都屬于數(shù)字控制儀表。ProcessControlSystemWangyuyuki1120@執(zhí)行器執(zhí)行器是指：閥門－調節(jié)閥(連續(xù)的)、開關閥電機－連續(xù)的、開關的執(zhí)行器在自控系統(tǒng)中的作用：接收調節(jié)器（計算機）輸出的控制信號，轉換成直線位移角位移，來改變調節(jié)閥的流通截面積。使調節(jié)閥的開度產(chǎn)生相應變化，從而達到調節(jié)操作變量流量的目的。執(zhí)行器通常專指閥門安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場，直接與介質接觸；通常在高溫、高壓、高粘度、強腐蝕、易結晶、易燃易爆、劇毒等場合下工作；直接影響過程控制系統(tǒng)的控制質量。ProcessControlSystemWangyuyuki1120@執(zhí)行器由執(zhí)行機構（驅動）和調節(jié)機構（閥芯）兩個部分構成

輔助裝置：閥門定位器和手動操作機構

執(zhí)行機構調節(jié)機構POIOF→lM→θ流通截面積操縱變量的流量執(zhí)行機構——根據(jù)控制信號產(chǎn)生推力(薄膜、活塞、馬達…)。它是執(zhí)行器的推動裝置，它按控制信號的大小產(chǎn)生相應的推力，推動控制機構動作，所以它是將信號的大小轉換為閥桿位移的裝置

調節(jié)機構——根據(jù)推力產(chǎn)生位移或轉角，改變開度。它是執(zhí)行器的控制部分，它直接與被控介質接觸，控制流體的流量。所以它是將閥桿的位移轉換為閥的開度的裝置

手操機構——手輪機構的作用是當控制系統(tǒng)因停電、停氣、控制器無輸出或執(zhí)行機構失靈時，利用它可以直接操縱控制閥，以維持生產(chǎn)的正常進行。執(zhí)行器ProcessControlSystemWangyuyuki1120@動作迅速，其信號便于遠傳，并便于與計算機配合使用，但不適用于防火防爆等生產(chǎn)場合。

執(zhí)行器分類分為三大類：以壓縮空氣為能源的氣動執(zhí)行器（即氣動調節(jié)閥），氣動執(zhí)行器的輸入信號為20～100kPa；以電為能源的電動執(zhí)行器（即電動調節(jié)閥），電動執(zhí)行器的輸入信號為4～20mADC；以高壓液體為能源的液動執(zhí)行器（即液動調節(jié)閥）其結構簡單，維修方便，價格便宜，防火防爆，可以與QDZ、DDZ儀表配用，因而廣泛使用。推力最大，現(xiàn)在一般都是機電一體化的，但比較笨重，所以現(xiàn)在很少使用，比如三峽的船閥用的就是液動執(zhí)行器。ProcessControlSystemWangyuyuki1120@電動三通調節(jié)閥氣動調節(jié)閥液動調節(jié)閥執(zhí)行器分類ProcessControlSystemWangyuyuki1120@氣開式、氣關式調節(jié)閥氣動薄膜調節(jié)閥基本結構和工作原理上蓋膜片平衡彈簧閥芯閥桿閥座閥體執(zhí)行機構調節(jié)機構ProcessControlSystemWangyuyuki1120@氣動薄膜執(zhí)行機構有正作用和反作用兩種形式。正作用——信號壓力增加時，推桿向下移動。反作用——信號壓力增加時，推桿向上移動。閥芯有正裝和反裝兩種形式。正裝——閥芯下移，閥芯與閥座間的流通面積減小。反裝——閥芯下移，閥芯與閥座間流通面積增大。氣動調節(jié)閥又可分為氣開、氣關兩種作用方式。氣開式——信號壓力p〉0.02MPa時，閥開始打開，也就是“有氣”時閥開。增益為“+”氣關式——信號壓力增大閥反而關小。增益為“-”執(zhí)行器的正、反作用方式ProcessControlSystemWangyuyuki1120@根據(jù)執(zhí)行機構正、反作用形式以及閥芯的正裝、反裝，實現(xiàn)氣動調節(jié)閥氣開、氣關作用方式可有不同的組合。氣動調節(jié)閥的氣開、氣關式結構正正A）氣關式正反B）氣開式反正反反C）氣開式D）氣關式閥氣開、氣關形式選擇原則主要從工藝生產(chǎn)安全出發(fā)，當儀表供氣系統(tǒng)故障或控制信號突然中斷，調節(jié)閥閥芯應處于使生產(chǎn)裝置安全的狀態(tài)。ProcessControlSystemWangyuyuki1120@為了適應不同被控對象實現(xiàn)負反饋控制的需要，工業(yè)調節(jié)器都設置有正、反作用開關（正、反作用方式）。正作用方式：調節(jié)器的輸出信號u隨著被調量y的增大而增大，調節(jié)器的增益為“-”。反作用方式：調節(jié)器的輸出信號u