過(guò)程控制基本概念

1、第一章 過(guò)程控制基本概念教學(xué)要求：了解過(guò)程控制的發(fā)展概況及特點(diǎn)；掌握過(guò)程控制系統(tǒng)各部分作用，系統(tǒng)的組成；掌握管道及儀表流程圖繪制方法，認(rèn)識(shí)常見(jiàn)圖形符號(hào)、文字代號(hào)；學(xué)會(huì)繪制簡(jiǎn)單系統(tǒng)的管道及儀表流程圖；掌握控制系統(tǒng)的基本控制要求（穩(wěn)定、快速、準(zhǔn)確）； 掌握靜態(tài)、動(dòng)態(tài)及過(guò)渡過(guò)程概念；掌握品質(zhì)指標(biāo)的定義，學(xué)會(huì)計(jì)算品質(zhì)指標(biāo)。重 點(diǎn)：自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及各部分的功能；負(fù)反饋概念；控制系統(tǒng)的基本控制要求及質(zhì)量指標(biāo)。難 點(diǎn)：常用術(shù)語(yǔ)物理意義（操縱變量與擾動(dòng)量區(qū)別）；根據(jù)控制系統(tǒng)要求繪制方框圖；靜態(tài)，過(guò)渡過(guò)程概念。自動(dòng)控制技術(shù)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防和科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化中起著十分重要的作用，自動(dòng)控制水平的高低也是衡量一個(gè)

2、國(guó)家科學(xué)技術(shù)先進(jìn)與否的重要標(biāo)志之一。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)的發(fā)展，自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用日益廣泛，其重要作用也越來(lái)越顯著。生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制（簡(jiǎn)稱(chēng)過(guò)程控制）-自動(dòng)控制技術(shù)在石油、化工、電力、冶金、機(jī)械、輕工、紡織等生產(chǎn)過(guò)程的具體應(yīng)用，是自動(dòng)化技術(shù)的重要組成部分。1.1 過(guò)程控制的發(fā)展概況及特點(diǎn)一、過(guò)程控制的發(fā)展概況在過(guò)程控制發(fā)展的歷程中，生產(chǎn)過(guò)程的需求、控制理論的開(kāi)拓和控制技術(shù)工具和手段的進(jìn)展三者相互影響、相互促進(jìn)，推動(dòng)了過(guò)程控制不斷的向前發(fā)展?？v觀過(guò)程控制的發(fā)展歷史，大致經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段：20世紀(jì)40年代：手工操作狀態(tài)，只有少量的檢測(cè)儀表用于生產(chǎn)過(guò)程，操作人員主要根據(jù)觀測(cè)到的反映生產(chǎn)過(guò)程的關(guān)鍵參

3、數(shù)，用人工來(lái)改變操作條件，憑經(jīng)驗(yàn)去控制生產(chǎn)過(guò)程。20世紀(jì)40年代末50年代：過(guò)程控制系統(tǒng)：多為單輸入、單輸出簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)過(guò)程檢測(cè)：采用的是基地式儀表和部分單元組合儀表（氣動(dòng)型和電動(dòng)型）；部分生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)了儀表化和局部自動(dòng)化控制理論：以反饋為中心的經(jīng)典控制理論20世紀(jì)60年代：過(guò)程控制系統(tǒng)：串級(jí)、比值、均勻、前饋和選擇性等多種復(fù)雜控制系統(tǒng)。自動(dòng)化儀表：?jiǎn)卧M合儀表（氣動(dòng)型和電動(dòng)型）成為主流產(chǎn)品60年代后期，出現(xiàn)了專(zhuān)門(mén)用于過(guò)程控制的小型計(jì)算機(jī)，直接數(shù)字控制系統(tǒng)和監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)開(kāi)始應(yīng)用于過(guò)程控制領(lǐng)域?？刂评碚摚撼霈F(xiàn)了以狀態(tài)空間方法為基礎(chǔ)，以極小值原理和動(dòng)態(tài)規(guī)劃等最優(yōu)控制理論為基本特征的現(xiàn)代控制理

4、論,傳統(tǒng)的單輸入單輸出系統(tǒng)發(fā)展到多輸入多輸出系統(tǒng)領(lǐng)域， 、型、型20世紀(jì)7080年代：微電子技術(shù)的發(fā)展，大規(guī)模集成電路制造成功且集成度越來(lái)越高（80年代初一片硅片可集成十幾萬(wàn)個(gè)晶體管，于是32位微處理器問(wèn)世），微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)及應(yīng)用都促使控制系統(tǒng)發(fā)展。過(guò)程控制系統(tǒng)：最優(yōu)控制、非線(xiàn)性分布式參數(shù)控制、解耦控制、模糊控制自動(dòng)化儀表：氣動(dòng)型和電動(dòng)型，以微處理器為主要構(gòu)成單元的智能控制裝置。集散控制系統(tǒng)（DCS）、可編程邏輯控制器 (PLC) 、工業(yè)PC機(jī)、和數(shù)字控制器等，已成為控制裝置的主流。集散控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了控制分散、危險(xiǎn)分散，操作監(jiān)測(cè)和管理集中。 控制理論：形成了大系統(tǒng)理論和智能控制理論。模糊控制

5、、專(zhuān)家系統(tǒng)控制、模式識(shí)別技術(shù)20世紀(jì)90年代至今：信息技術(shù)飛速發(fā)展過(guò)程控制系統(tǒng)：管控一體化現(xiàn)場(chǎng)，綜合自動(dòng)化是當(dāng)今生產(chǎn)過(guò)程控制的發(fā)展方向。自動(dòng)化儀表：總線(xiàn)控制系統(tǒng)的出現(xiàn)，引起過(guò)程控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)和功能結(jié)構(gòu)上的重大變革?，F(xiàn)場(chǎng)儀表的數(shù)字化和智能化，形成了真正意義上的全數(shù)字過(guò)程控制系統(tǒng)。各種智能儀表、變送器、無(wú)紙紀(jì)錄儀人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制二、自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用范疇1.宇航方面：（現(xiàn)代控制理論）同步衛(wèi)星與地面接收站直接對(duì)應(yīng)，偏差影響收看效果（隨動(dòng)控制系統(tǒng)）衛(wèi)星的發(fā)射與回收（神州3號(hào)衛(wèi)星，哥倫比亞號(hào)航天飛機(jī)）自動(dòng)關(guān)機(jī)、點(diǎn)火系統(tǒng)2.軍事方面：火炮自動(dòng)點(diǎn)火、巡航導(dǎo)彈3.其他方面：農(nóng)業(yè)（病蟲(chóng)害防治、專(zhuān)家系統(tǒng)）社

6、會(huì)科學(xué)（計(jì)劃生育，人口增長(zhǎng)模型）4.現(xiàn)代管理：辦公自動(dòng)化（以計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代通信技術(shù)為主體的綜合處理與辦公活動(dòng)相關(guān)的語(yǔ)言、數(shù)據(jù)、圖像、文字等人及信息系統(tǒng)。5.工業(yè)生產(chǎn)：自動(dòng)車(chē)床、加熱爐、發(fā)酵罐三、過(guò)程控制系統(tǒng)的特點(diǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)與其他自動(dòng)控制系統(tǒng)相比，有如下幾個(gè)特點(diǎn)：1.生產(chǎn)過(guò)程的連續(xù)性 在過(guò)程控制系統(tǒng)中，大多數(shù)被控過(guò)程都是以長(zhǎng)期的或間歇形式運(yùn)行，在密閉的設(shè)備中被控變量不斷的受到各種擾動(dòng)的影響。2.被控過(guò)程的復(fù)雜性 過(guò)程控制涉及范圍廣：石化過(guò)程的精餾塔、反應(yīng)器；熱工過(guò)程的換熱器、鍋爐等。被控對(duì)象較復(fù)雜：動(dòng)態(tài)特性多為大慣性，大滯后形式，且具有非線(xiàn)性、分布參數(shù)和時(shí)變特性。3.控制方案的多樣性被控過(guò)程

7、對(duì)象特性各異，工藝條件及要求不同， 過(guò)程控制系統(tǒng)的控制方案非常豐富。包括：常規(guī)PID控制、改進(jìn)PID控制、串級(jí)控制、前饋-反饋控制、解耦控制；為滿(mǎn)足特定要求而開(kāi)發(fā)的比值控制、均勻控制、選擇性控制、推斷控制；新型控制系統(tǒng)，如模糊控制、預(yù)測(cè)控制、最優(yōu)控制等。四、過(guò)程控制的主要內(nèi)容1.自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)利用各種檢測(cè)儀表對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行測(cè)量、指示或記錄如：加熱爐溫度、壓力檢測(cè)2.自動(dòng)信號(hào)和聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)自動(dòng)信號(hào)系統(tǒng)：當(dāng)工藝參數(shù)超出要求范圍，自動(dòng)發(fā)出聲光信號(hào)聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)：達(dá)到危險(xiǎn)狀態(tài)，打開(kāi)安全閥或切斷某些通路，必要時(shí)緊急停車(chē)如：反應(yīng)器溫度、壓力進(jìn)入危險(xiǎn)限時(shí)，加大冷卻劑量或關(guān)閉進(jìn)料閥3.自動(dòng)操縱及自動(dòng)開(kāi)停車(chē)系統(tǒng)自動(dòng)

8、操縱系統(tǒng)：根據(jù)預(yù)先規(guī)定的步驟自動(dòng)地對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行某種周期性操作如：合成氨造氣車(chē)間煤氣發(fā)生爐，按吹風(fēng)、上吹、下吹、吹凈等步驟周期性地接通空氣和水蒸汽自動(dòng)開(kāi)停車(chē)系統(tǒng)：按預(yù)先規(guī)定好的步驟將生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)的投入運(yùn)行或自動(dòng)停車(chē)4.自動(dòng)控制系統(tǒng)： 利用自動(dòng)控制裝置對(duì)生產(chǎn)中某些關(guān)鍵性參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)控制，使他們?cè)谑艿酵饨鐢_動(dòng)的影響而偏離正常狀態(tài)時(shí)，能自動(dòng)的回到規(guī)定范圍。（本書(shū)介紹的重點(diǎn)內(nèi)容）1.2 過(guò)程控制系統(tǒng)的組成利用自動(dòng)控制裝置構(gòu)成的過(guò)程控制系統(tǒng)，可以在沒(méi)有人直接參與的條件下，使這些工藝參數(shù)能自動(dòng)按照預(yù)定的規(guī)律變化。一、 過(guò)程控制系統(tǒng)實(shí)例1. 鍋爐汽包水位控制。在鍋爐正常運(yùn)行中，汽包水位是一個(gè)重要的參數(shù)，它的

9、高低直接影響著蒸汽的品質(zhì)及鍋爐的安全。水位過(guò)低，當(dāng)負(fù)荷很大時(shí)，汽化速度很快，汽包內(nèi)的液體將全部汽化，導(dǎo)致鍋爐燒干甚至?xí)鸨ǎ凰贿^(guò)高會(huì)影響汽包的汽水分離，產(chǎn)生蒸汽帶液現(xiàn)象，降低了蒸汽的質(zhì)量和產(chǎn)量，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞后續(xù)設(shè)備。蒸汽 汽包 給水 蒸汽 加熱室 液位變送汽包 控制器加熱室 給水 執(zhí)行器 （a） (b)圖1.1 鍋爐汽包水位控制示意圖眼 檢測(cè)元件（變送器）要想實(shí)現(xiàn)對(duì)汽包水位的控制，首先應(yīng)隨時(shí)掌握水位的變化情況腦 控制器 控制器將接收到的測(cè)量信號(hào)與預(yù)先規(guī)定的水位高度進(jìn)行比較。如果兩個(gè)信號(hào)不相等，表明實(shí)際水位與規(guī)定水位有偏差，此時(shí)控制器將根據(jù)偏差的大小向執(zhí)行器輸出一個(gè)控制信號(hào)，手 執(zhí)行器執(zhí)行

10、器即可根據(jù)控制信號(hào)來(lái)改變閥門(mén)的開(kāi)度，從而使進(jìn)入鍋爐的水量發(fā)生變化，達(dá)到控制鍋爐汽包水位的目的。2. 發(fā)酵罐溫度控制（參見(jiàn)教材P 4）發(fā)酵罐是間歇發(fā)酵過(guò)程中的重要設(shè)備，廣泛應(yīng)用于微生物制藥、食品等行業(yè)。發(fā)酵罐的溫度是影響發(fā)酵過(guò)程的一個(gè)重要參數(shù)。因?yàn)槲⑸锞w本身對(duì)溫度非常敏感，只有在適宜的溫度下才能正常生長(zhǎng)代謝，而且涉及菌體生長(zhǎng)和產(chǎn)物合成的酶也必須在一定的溫度下才能具有高的活性。溫度還會(huì)影響發(fā)酵產(chǎn)物的組成。因此，按一定的規(guī)律控制發(fā)酵罐的溫度就顯得非常重要。冷卻水 溫度變送控制器執(zhí)行器冷卻水 (a) (b)圖1.2 發(fā)酵罐溫度控制系統(tǒng)示意圖影響發(fā)酵過(guò)程溫度的主要因素有微生物發(fā)酵熱、電機(jī)攪拌熱、冷卻

11、水的流量及本身的溫度變化以及周?chē)h(huán)境溫度的改變等。一般采用通冷卻水帶走反應(yīng)熱的方式使罐內(nèi)溫度保持工藝要求的數(shù)值。對(duì)于小型發(fā)酵罐，通常采用夾套式冷卻形式。如圖1.2（a）所示。實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)酵罐溫度的控制，可使用溫度檢測(cè)儀表（如熱電偶、熱電阻等）測(cè)量罐中的實(shí)際溫度，將測(cè)得的數(shù)值送入控制器,然后與工藝要求保持的溫度數(shù)值進(jìn)行比較。如果兩個(gè)信號(hào)不相等，則由控制器的輸出控制冷卻水閥門(mén)的開(kāi)度，改變冷卻水的流量，從而達(dá)到控制發(fā)酵罐溫度的目的。二、過(guò)程控制系統(tǒng)的組成一個(gè)過(guò)程控制系統(tǒng)一般由兩部分組成。需要控制的工藝設(shè)備或機(jī)器(被控過(guò)程) + 自動(dòng)控制裝置（反應(yīng)器、精餾塔、換熱器、壓力罐 （控制器、執(zhí)行器、測(cè)量元件及變

12、送器）儲(chǔ)槽、加熱爐、壓縮機(jī)、泵、冷卻塔）幾個(gè)常用術(shù)語(yǔ)： 被控過(guò)程（對(duì)象）工藝參數(shù)需要控制的生產(chǎn)過(guò)程設(shè)備或機(jī)器等。如鍋爐汽包，發(fā)酵罐。被控變量 被控對(duì)象中要求保持設(shè)定值的工藝參數(shù)。如汽包水位、發(fā)酵溫度。操縱變量 受控制器操縱，用以克服擾動(dòng)的影響使被控變量保持設(shè)定值的物料量或能量。如鍋爐給水量和發(fā)酵罐冷卻水量。擾動(dòng)量 除操縱變量外，作用于被控對(duì)象并引起被控變量變化的因素。如蒸汽負(fù)荷的變化、冷卻水溫度的變化等。設(shè)定值 被控變量的預(yù)定值。偏 差(e) 被控變量的設(shè)定值與實(shí)際值之差。在實(shí)際控制系統(tǒng)中，能夠直接獲取的信息是被控變量的測(cè)量值而不是實(shí)際值，因此，通常把設(shè)定值與測(cè)量值之差作為偏差。1.3 過(guò)程控

13、制系統(tǒng)的兩種表示形式一、 方 框 圖方框圖是控制系統(tǒng)或系統(tǒng)中每個(gè)環(huán)節(jié)的功能和信號(hào)流向的圖解表示，是控制系統(tǒng)進(jìn)行理論分析、設(shè)計(jì)中常用到的一種形式。1. 方框圖組成 方框-每一個(gè)方框表示系統(tǒng)中的一個(gè)組成部分（也稱(chēng)為環(huán)節(jié)），方框內(nèi)添入表示其自身特性的數(shù)學(xué)表達(dá)式或文字說(shuō)明；信號(hào)線(xiàn)-信號(hào)線(xiàn)是帶有箭頭的直線(xiàn)段，用來(lái)表示環(huán)節(jié)間的相互關(guān)系和信號(hào)的流向；作用于方框上的信號(hào)為該環(huán)節(jié)的輸入信號(hào)，由方框送出的信號(hào)稱(chēng)為該環(huán)節(jié)的輸出信號(hào)。比較點(diǎn)-比較點(diǎn)表示對(duì)兩個(gè)或兩個(gè)以上信號(hào)進(jìn)行加減運(yùn)算，“+”號(hào)表示相加，“-”號(hào)表示相減；引出點(diǎn)-表示信號(hào)引出， 從同一位置引出的信號(hào)在數(shù)值和性質(zhì)方面完全相同。帶有輸入輸出信號(hào)的方框 比較

14、點(diǎn) 分支點(diǎn)圖1.3方框的組成單元示意圖系統(tǒng)中的每一個(gè)環(huán)節(jié)用一個(gè)方框來(lái)表示，四個(gè)方框分別表示：被控對(duì)象（鍋爐汽包）、測(cè)量變送裝置、控制器和執(zhí)行器。每個(gè)方框都分別標(biāo)出各自的輸入、輸出變量。如被控對(duì)象環(huán)節(jié)，給水流量變化會(huì)引起汽包水位的變化，因此給水流量（操縱變量）作為輸入信號(hào)作用于被控對(duì)象，而汽包水位（被控變量）則作為被控對(duì)象的輸出信號(hào)；引起被控變量（汽包水位）偏離設(shè)定值的因素還包括蒸汽負(fù)荷的變化和給水管壓力的變化等擾動(dòng)量，它們也作為輸入信號(hào)作用于被控對(duì)象。圖1.4 鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)方框圖2. 負(fù)反饋概念：反饋通過(guò)測(cè)量變送裝置將被控變量的測(cè)量值送回到系統(tǒng)的輸入端，這種把系統(tǒng)的輸出信號(hào)直接或經(jīng)過(guò)一

15、些環(huán)節(jié)引回到輸入端的做法叫做反饋。分為和反饋-負(fù)反饋（引回到輸入端的信號(hào)是減弱輸入端作用的稱(chēng)為負(fù)反饋）用“-” 號(hào)表示正反饋（引回到輸入端的信號(hào)是增強(qiáng)輸入端作用的稱(chēng)為正反饋）用“+”號(hào)表示。在繪制方框圖時(shí)應(yīng)注意1. 方框圖中每一個(gè)方框表示一個(gè)具體的實(shí)物。2. 方框之間帶箭頭的線(xiàn)段表示它們之間的信號(hào)聯(lián)系，與工藝設(shè)備間物料的流向無(wú)關(guān)。方框圖中信號(hào)線(xiàn)上的箭頭除表示信號(hào)流向外，還包含另一種方向性的含義，即所謂單向性。對(duì)于每一個(gè)方框或系統(tǒng)，輸入對(duì)輸出的因果關(guān)系是單方向的，只有輸入改變了才會(huì)引起輸出的改變，輸出的改變不會(huì)返回去影響輸入。例如冷水流量會(huì)使汽包水位改變，但反過(guò)來(lái)，汽包水位的變化不會(huì)直接使冷水流

16、量跟著改變。3. 比較點(diǎn)不是一個(gè)獨(dú)立的元件，而是控制器的一部分。為了清楚的表示控制器比較機(jī)構(gòu)的作用，故將比較點(diǎn)單獨(dú)畫(huà)出。二、管道及儀表流程圖 管道及儀表流程圖是自控設(shè)計(jì)的文字代號(hào)、圖形符號(hào)在工藝流程圖上描述生產(chǎn)過(guò)程控制的原理圖，是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工中采用的一種圖示形式。該圖在工藝流程圖的基礎(chǔ)上，按其流程順序，標(biāo)出相應(yīng)的測(cè)量點(diǎn)、控制點(diǎn)、控制系統(tǒng)及自動(dòng)信號(hào)與連鎖保護(hù)系統(tǒng)等。由工藝人員和自控人員共同研究繪制。在管道及儀表流程圖的繪制過(guò)程中所采用的圖形符號(hào)、文字代號(hào)應(yīng)按照有關(guān)的技術(shù)規(guī)定進(jìn)行。下面結(jié)合化工部過(guò)程檢測(cè)和控制系統(tǒng)用文字代號(hào)和圖形符號(hào)HG20505-92，介紹一些常用的圖形符號(hào)和文字代號(hào)。1圖

17、形符號(hào)過(guò)程檢測(cè)和控制系統(tǒng)圖形符號(hào)包括測(cè)量點(diǎn)、連接線(xiàn)（引線(xiàn)、信號(hào)線(xiàn)）和儀表圓圈等。測(cè)量點(diǎn)測(cè)量點(diǎn) （2）連接線(xiàn) (a) (b) (c)（3）儀表常規(guī)儀表圖形符號(hào)是直徑為12mm(或10mm)的細(xì)實(shí)線(xiàn)圓圈。執(zhí)行器執(zhí)行器的圖形符號(hào)是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的圖形符號(hào)組合而成。2. 儀表位號(hào)在檢測(cè)、控制系統(tǒng)中，構(gòu)成回路的每個(gè)儀表（或元件）都用儀表位號(hào)來(lái)標(biāo)識(shí)。儀表位號(hào)由字母代號(hào)組合和回路編號(hào)兩部分組成。儀表位號(hào)中的第一個(gè)字母表示被測(cè)變量，后繼字母表示儀表的功能；回路的編號(hào)由工序號(hào)和順序號(hào)組成，一般用三位至五位阿拉伯?dāng)?shù)字表示，如下例所示：T RC 1 31 順序號(hào)（一般用兩位數(shù)字，也可以用三位數(shù)字）工序號(hào)（一般

18、用一位數(shù)字，也可以用兩位數(shù)字）功能字母代號(hào) 被測(cè)變量字母代號(hào)在管道及儀表流程圖中，儀表位號(hào)的標(biāo)注方法是：字母代號(hào)填寫(xiě)在儀表圓圈的上半圓中；回路編號(hào)填寫(xiě)在下半圓中。PI121TRC101(a)就地安裝 （b）集中盤(pán)面安裝3. 字母代號(hào)儀表信號(hào)中表示被測(cè)變量和儀表功能的字母代號(hào)見(jiàn)P9表1.3。管道及儀表流程圖實(shí)例圖1.8和圖1.9為簡(jiǎn)化的鍋爐汽包管道及儀表流程圖和發(fā)酵罐管道及儀表流程圖。圖1.10 為某化工廠超細(xì)碳酸鈣生產(chǎn)中碳化部分簡(jiǎn)化的工藝管道及儀表流程圖。二氧化碳精漿液TI PI 102102貯槽FICQ101HIC101LIC1O1 TI 101PI 101精漿液FICQ 101表示為第一工

19、序第01個(gè)流量控制回路（帶累計(jì)指示），累計(jì)指示儀及控制器安裝在控制室。HIC 101 表示為第一工序第01個(gè)帶指示的手動(dòng)控制回路，手動(dòng)控制器（手操器）安裝在控制室。LIC 101 表示為第一工序第01個(gè)帶指示的液位控制回路，液位指示控制器安裝在控制室。TI 102 TI 101 表示為第一工序第01、02個(gè)溫度檢測(cè)回路，溫度指示儀安裝在現(xiàn)場(chǎng)。PI PI 101 102 表示為第一工序第01、02個(gè)壓力檢測(cè)回路，壓力指示儀安裝在現(xiàn)場(chǎng)。1.4過(guò)程控制系統(tǒng)的主要類(lèi)型按系統(tǒng)功能-溫度控制系統(tǒng)、壓力控制系統(tǒng)、位置控制系統(tǒng)、流量控制系統(tǒng)等；按系統(tǒng)性能-線(xiàn)性系統(tǒng)和非線(xiàn)性系統(tǒng)、連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)、定常系統(tǒng)和時(shí)

20、變系統(tǒng)；按被控變量的數(shù)量-單變量控制系統(tǒng)和多變量控制系統(tǒng)；按采用的控制裝置-常規(guī)儀表控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)；按控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)形式-閉環(huán)控制系統(tǒng)和開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。一、 閉環(huán)控制系統(tǒng) 閉環(huán)控制系統(tǒng)是指控制器與被控對(duì)象之間既有順向控制又有反向聯(lián)系的控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng) 優(yōu)點(diǎn)-不管任何擾動(dòng)引起被控變量偏離設(shè)定值，都會(huì)產(chǎn)生控制作用去克服被控變量與設(shè)定值的偏差。因此閉環(huán)控制系統(tǒng)有較高的控制精度和較好的適應(yīng)能力，其應(yīng)用范圍非常廣泛。缺點(diǎn)-閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制作用只有在偏差出現(xiàn)后才產(chǎn)生，當(dāng)系統(tǒng)的慣性滯后和純滯后較大時(shí)，控制作用對(duì)擾動(dòng)的克服不及時(shí)，從而使其控制質(zhì)量大大降低。在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，根據(jù)設(shè)定值的不同形

21、式，又可分為定值控制系統(tǒng)，隨動(dòng)控制系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)。1. 定值控制系統(tǒng)特點(diǎn)：設(shè)定值是固定不變 作用：保證在擾動(dòng)作用下使被控變量始終保持在設(shè)定值上2. 隨動(dòng)控制系統(tǒng)特點(diǎn)：設(shè)定值是一個(gè)未知的變化量作用：保證在各種條件下系統(tǒng)的輸出（被控變量）以一定的精度跟隨設(shè)定值的變化而變化。3. 程序控制系統(tǒng)特點(diǎn)：設(shè)定值是一個(gè)按一定時(shí)間程序變化的時(shí)間函數(shù)作用：保證在各種條件下系統(tǒng)的輸出（被控變量）以一定的精度跟隨設(shè)定值的變化而變化。如：機(jī)械行業(yè)的數(shù)控車(chē)床、間歇生產(chǎn)過(guò)程中化學(xué)反應(yīng)器的溫度控制等都屬于這類(lèi)控制系統(tǒng)。程序控制系統(tǒng)可以看成是隨動(dòng)控制系統(tǒng)的特殊情況，其分析研究方法與隨動(dòng)控制系統(tǒng)相同。二、 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)開(kāi)環(huán)

22、控制系統(tǒng)-控制器與被控對(duì)象之間只有順向控制而沒(méi)有反向聯(lián)系的控制系統(tǒng)。操縱變量可以通過(guò)控制對(duì)象去影響被控變量，但被控變量不會(huì)通過(guò)控制裝置去影響操縱變量。從信號(hào)傳遞關(guān)系上看，未構(gòu)成閉合回路。1. 按設(shè)定值進(jìn)行控制控制方式的原理：需要控制的是被控對(duì)象中的被控變量，而測(cè)量的只是設(shè)定值。如圖1.12(a)所示的換熱器。換熱器的工作原理是：冷物料與載熱體（蒸汽）在換熱器中進(jìn)行熱交換，使冷物料出口溫度上升至工藝要求的數(shù)值。因此，系統(tǒng)中被控變量為冷物料出口溫度，操縱變量為蒸汽流量。操縱變量與設(shè)定值保持一定的函數(shù)關(guān)系，當(dāng)設(shè)定值變化時(shí)，操縱變量隨之變化進(jìn)而改變被控變量。 (a) (b)圖1.12 按設(shè)定值控制的開(kāi)

23、環(huán)控制系統(tǒng)2. 按擾動(dòng)進(jìn)行控制控制方式的原理-需要控制的仍然是被控對(duì)象中的被控變量，而測(cè)量的是破壞系統(tǒng)正常進(jìn)行的擾動(dòng)量。利用擾動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生控制作用，以補(bǔ)償擾動(dòng)對(duì)被控變量的影響，故稱(chēng)按擾動(dòng)進(jìn)行控制。由于測(cè)量的是擾動(dòng)量，這種控制方式只能對(duì)可測(cè)的擾動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償。對(duì)于不可測(cè)擾動(dòng)及對(duì)象，各功能部件內(nèi)部參數(shù)的變化對(duì)被控變量造成的影響，系統(tǒng)自身無(wú)法控制。因此控制精度仍然受到原理上的限制。1.5. 過(guò)程控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)及要求一、 過(guò)程控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程靜態(tài)-被控變量不隨時(shí)間而變化的平衡狀態(tài)在這種狀態(tài)下，系統(tǒng)的輸入（設(shè)定值和擾動(dòng)量）及輸出（被控變量）都保持不變，系統(tǒng)內(nèi)各組成環(huán)節(jié)都不改變其原來(lái)的狀態(tài)，其輸入、輸出信

24、號(hào)的變化率為零。而此時(shí)生產(chǎn)仍在進(jìn)行，物料和能量仍然有進(jìn)有出。因此靜態(tài)反映的是相對(duì)平衡狀態(tài)。動(dòng)態(tài)-被控變量隨時(shí)間而變化的不平衡狀態(tài)當(dāng)一個(gè)原來(lái)處于相對(duì)平衡狀態(tài)的系統(tǒng)受到擾動(dòng)作用的影響后，其平衡狀態(tài)受到破壞，被控變量偏離設(shè)定值，此時(shí)控制器會(huì)改變?cè)瓉?lái)的狀態(tài)，產(chǎn)生相應(yīng)的控制作用，改變操縱變量去克服擾動(dòng)的影響，力圖恢復(fù)平衡狀態(tài)。過(guò)渡過(guò)程-在設(shè)定值發(fā)生變化或系統(tǒng)受到擾動(dòng)作用后，系統(tǒng)將從原來(lái)的平衡狀態(tài)經(jīng)歷一個(gè)過(guò)程進(jìn)入另一個(gè)新的平衡狀態(tài)。一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)控制系統(tǒng)的好壞在靜態(tài)時(shí)是難以判別的，只有在動(dòng)態(tài)過(guò)程中才能充分反映出來(lái)。系統(tǒng)在其進(jìn)行過(guò)程中，會(huì)不斷受到擾動(dòng)的頻繁作用，系統(tǒng)自身通過(guò)控制裝置不斷地施加控制作用去克服擾

25、動(dòng)的影響，使被控變量保持在工藝生產(chǎn)所規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)上。因此，我們對(duì)系統(tǒng)研究的重點(diǎn)應(yīng)放在控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程。過(guò)渡過(guò)程的幾種形式在階躍信號(hào)作用下，被控變量隨時(shí)間的變化有以下幾種形式。如圖1.15 所示。圖中，Y表示被控變量。1.發(fā)散振蕩過(guò)程如圖1.15 中曲線(xiàn)所示，它表明系統(tǒng)受到擾動(dòng)作用后，被控變量上下波動(dòng)，且幅度越來(lái)越大，即被控變量偏離設(shè)定值越來(lái)越遠(yuǎn)，以致超越工藝允許的范圍。2. 非振蕩衰減過(guò)程如圖1.15 中曲線(xiàn)所示。它表明被控變量受到擾動(dòng)作用后，產(chǎn)生單調(diào)變化，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間最終能穩(wěn)定下來(lái)。3.等幅振蕩過(guò)程如圖1.15 中曲線(xiàn)所示。 它表明系統(tǒng)受到擾動(dòng)作用后，被控變量做上下振幅穩(wěn)定的振蕩，即被控

26、變量在設(shè)定值的某一范圍內(nèi)來(lái)回波動(dòng)。4.衰減振蕩過(guò)程如圖1.15 中曲線(xiàn)所示，它表明系統(tǒng)受到擾動(dòng)作用后，被控變量上下波動(dòng)，且波動(dòng)的幅度逐漸減小，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間最終能穩(wěn)定下來(lái)。5. 非振蕩發(fā)散過(guò)程如圖1.15 中曲線(xiàn)所示。它表明系統(tǒng)受到擾動(dòng)作用后，被控變量單調(diào)變化偏離設(shè)定值越來(lái)越遠(yuǎn)，以致超出工藝設(shè)計(jì)的范圍。y t ty t ty t ty t ty t t 圖1.15過(guò)渡過(guò)程的基本形式上面五種過(guò)程形式中，非振蕩衰減過(guò)程和衰減振蕩過(guò)程是穩(wěn)定過(guò)程，能基本滿(mǎn)足控制要求。常見(jiàn)的典型信號(hào)控制系統(tǒng)在其運(yùn)行的過(guò)程中，不斷受到各種擾動(dòng)的影響，這些擾動(dòng)不僅形式各異，對(duì)被控變量的影響也各不相同。為了便于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析、

27、研究，通常選擇幾種具有確定性的典型信號(hào)來(lái)代替系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中受到的大量的無(wú)規(guī)則隨機(jī)信號(hào)。有：階躍信號(hào)、斜坡信號(hào)、脈沖信號(hào)、加速度信號(hào)和正弦信號(hào)等。其中階躍信號(hào)對(duì)被控變量的影響最大，且階躍擾動(dòng)最為常見(jiàn)。A 0 t0 t0 （1.1）當(dāng)A=1時(shí)稱(chēng)為單位階躍信號(hào)。二、 過(guò)程控制系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo)質(zhì)量指標(biāo)：在比較不同控制方案時(shí)，應(yīng)首先規(guī)定評(píng)價(jià)控制系統(tǒng)的優(yōu)劣程度的性能指標(biāo)，一般情況下，主要采用以階躍響應(yīng)曲線(xiàn)形式表示的質(zhì)量指標(biāo)。控制系統(tǒng)最理想的過(guò)渡過(guò)程應(yīng)具有什么形狀，沒(méi)有絕對(duì)的標(biāo)準(zhǔn)，主要依據(jù)工藝要求而定，除少數(shù)情況不希望過(guò)渡過(guò)程有振蕩外，大多數(shù)情況則希望過(guò)渡過(guò)程是略帶振蕩的衰減過(guò)程。在階躍信號(hào)作用下常以下面幾個(gè)

28、特征參數(shù)作為質(zhì)量指標(biāo)。衰減比這是表示衰減過(guò)程響應(yīng)曲線(xiàn)衰減程度的指標(biāo)。數(shù)值上等于同方向兩個(gè)相鄰波峰值之比，即：顯然當(dāng)n=1為等幅振蕩；n1為衰減振蕩。為保持系統(tǒng)有足夠的穩(wěn)定程度，工程上常取衰減比為4:110:1。 峰值時(shí)間tp峰值時(shí)間是指過(guò)渡過(guò)程曲線(xiàn)達(dá)到第一個(gè)峰值所需要的時(shí)間。Tp愈小表明控制系統(tǒng)反應(yīng)愈靈敏。這是反映系統(tǒng)快速性的一個(gè)動(dòng)態(tài)指標(biāo)。(3) 過(guò)渡時(shí)間ts過(guò)渡時(shí)間是指控制系統(tǒng)受到擾動(dòng)作用后，被控變量從過(guò)渡狀態(tài)恢復(fù)到新的平衡狀態(tài)所經(jīng)歷的最短時(shí)間。最大偏差A(yù)對(duì)于一個(gè)穩(wěn)定的定值控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，最大偏差是指被控變量第一個(gè)波峰值與設(shè)定值的差。 最大偏差（或超調(diào)量）表示了被控變量偏離設(shè)定值的程度。A(或

29、)愈大，表示偏離生產(chǎn)規(guī)定的狀態(tài)愈遠(yuǎn)，特別是對(duì)一些有危險(xiǎn)限制的情況，如化學(xué)反應(yīng)器的化合物爆炸極限等，應(yīng)特別慎重，以確保生產(chǎn)安全進(jìn)行。余差C余差是指過(guò)渡過(guò)程終了時(shí)新穩(wěn)態(tài)值與設(shè)定值之差。它是反映控制系統(tǒng)控制精度的靜態(tài)指標(biāo)，一般希望它為零或不超過(guò)工藝設(shè)計(jì)的范圍。第二章 過(guò)程參數(shù)的檢測(cè)與儀表教學(xué)要求：掌握檢測(cè)儀表的基本性能指標(biāo)（精度等級(jí)、變差、靈敏度等）掌握壓力的檢測(cè)方法 （液柱測(cè)壓法、彈性變形法、電測(cè)壓法）學(xué)會(huì)正確選用壓力計(jì) 掌握應(yīng)用靜壓原理測(cè)量液位和差壓變送器測(cè)量液位時(shí)的零點(diǎn)遷移差壓式流量計(jì)測(cè)量原理，常用節(jié)流元件，轉(zhuǎn)子流量計(jì)結(jié)構(gòu)、測(cè)量原理掌握容積式流量計(jì)（腰輪流量計(jì)）結(jié)構(gòu)、工作原理、使用場(chǎng)合掌握應(yīng)用

30、熱電效應(yīng)測(cè)溫原理掌握補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)的選用 掌握冷端溫度補(bǔ)償?shù)乃姆N方法；了解熱電偶結(jié)構(gòu)，分類(lèi)重 點(diǎn)：彈性變形法、電測(cè)壓法壓力計(jì)選用 應(yīng)用差壓變送器測(cè)量液位的零點(diǎn)遷移問(wèn)題補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)的選用和冷端溫度補(bǔ)償難 點(diǎn)：確定精度等級(jí)，壓電式測(cè)量原理應(yīng)用差壓變送器測(cè)量液位的零點(diǎn)遷移問(wèn)題第三導(dǎo)體定理電橋補(bǔ)償法2.1概述一、檢測(cè)過(guò)程及誤差 1 檢測(cè)過(guò)程 檢測(cè)過(guò)程的實(shí)質(zhì)在于被測(cè)參數(shù)都要經(jīng)過(guò)能量形式的一次或多次轉(zhuǎn)換，最后得到便于測(cè)量的信號(hào)形式，然后與相應(yīng)的測(cè)量單位進(jìn)行比較，由指針位移或數(shù)字形式顯示出來(lái)。檢測(cè)誤差誤差-測(cè)量值和真實(shí)值之間的差值誤差產(chǎn)生的原因：選用的儀表精確度有限，實(shí)驗(yàn)手段不夠完善、環(huán)境中存在各種干擾因素，以及檢測(cè)

31、技術(shù)水平的限制等原因，根據(jù)誤差的性質(zhì)及產(chǎn)生的原因，誤差分為三類(lèi)。（1）系統(tǒng)誤差 -在同一測(cè)量條件下，對(duì)同一被測(cè)參數(shù)進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量時(shí)，誤差的大小和符號(hào)保持不變或按一定規(guī)律變化特點(diǎn)：有一定規(guī)律的，一般可通過(guò)實(shí)驗(yàn)或分析的方法找出其規(guī)律和影響因素，引入相應(yīng)的校正補(bǔ)償措施，便可以消除或大大減小。誤差產(chǎn)生的原因：系統(tǒng)誤差主要是由于檢測(cè)儀表本身的不完善、檢測(cè)中使用儀表的方法不正確以及測(cè)量者固有的不良習(xí)慣等引起的。 （2）疏忽誤差 -明顯地歪曲測(cè)量結(jié)果的誤差，又稱(chēng)粗差，特點(diǎn)：無(wú)任何規(guī)律可循。誤差產(chǎn)生的原因：引起的原因主要是由于操作者的粗心（如讀錯(cuò)、算錯(cuò)數(shù)據(jù)等）、不正確操作、實(shí)驗(yàn)條件的突變或?qū)嶒?yàn)狀況尚未達(dá)到預(yù)

32、想的要求而匆忙測(cè)試等原因所造成的。 （3）隨機(jī)誤差 -在相同條件下多次重復(fù)測(cè)量同一量時(shí)，誤差的大小、符號(hào)均為無(wú)規(guī)律變化，又稱(chēng)偶然誤差。 特點(diǎn)：變化難以預(yù)測(cè)，無(wú)法修正誤差產(chǎn)生的原因：隨機(jī)誤差主要是由于測(cè)量過(guò)程中某種尚未認(rèn)識(shí)的或無(wú)法控制的各種隨機(jī)因素（如空氣擾動(dòng)、噪聲擾動(dòng)、電磁場(chǎng)等）所引起的綜合結(jié)果。隨機(jī)誤差在多次測(cè)量的總體上服從一定統(tǒng)計(jì)規(guī)律，可利用概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法來(lái)估計(jì)其影響。二、檢測(cè)儀表的基本技術(shù)性能指標(biāo)1精度檢測(cè)儀表的精度反映測(cè)量值接近真實(shí)值的準(zhǔn)確程度，一般用一系列誤差來(lái)衡量。（1） 絕對(duì)誤差絕對(duì)誤差指儀表指示值與被測(cè)參數(shù)真值之間的差值，即實(shí)際上通常采用多次測(cè)量結(jié)果的算術(shù)平均值或用精度

33、較高的標(biāo)準(zhǔn)表的指示值作為約定真值。則絕對(duì)誤差可用下式表示：（2）引用誤差把絕對(duì)誤差折合成標(biāo)尺范圍的百分?jǐn)?shù)表示，即 （3）精度等級(jí)按儀表工業(yè)規(guī)定，去掉最大引用誤差的“”號(hào)和“%”號(hào)，稱(chēng)為儀表的精度等級(jí)，目前已系列化。只能從下列數(shù)系中選取最接近的合適數(shù)值作為精度等級(jí)，即0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等。例1 有兩臺(tái)測(cè)溫儀表，它們的測(cè)溫范圍分別為0100和100300，校驗(yàn)表時(shí)得到它們的最大絕對(duì)誤差均為2，試確定這兩臺(tái)儀表的精度等級(jí)。解 這兩臺(tái)儀表的最大引用誤差分別為去掉最大引用誤差的“%”號(hào)，其數(shù)值分別為2和1，由于國(guó)家規(guī)定的精度等級(jí)

34、中沒(méi)有2級(jí)儀表，同時(shí)該儀表的誤差超過(guò)了1級(jí)儀表所允許的最大誤差，所以這臺(tái)儀表的精度等級(jí)為2.5級(jí)，而另一臺(tái)儀表的精度等級(jí)正好為1級(jí)。由此可見(jiàn)，兩臺(tái)測(cè)量范圍不同的儀表，即使它們的絕對(duì)誤差相等，它們的精度等級(jí)也不相同，測(cè)量范圍大的儀表精度等級(jí)比測(cè)量范圍小的高。例2 某臺(tái)測(cè)溫儀表的工作范圍為0500，工藝要求測(cè)溫時(shí)測(cè)量誤差不超過(guò)4，試問(wèn)如何選擇儀表的精度等級(jí)才能滿(mǎn)足要求？解 根據(jù)工藝要求，儀表的最大引用誤差為去掉最大引用誤差的“”號(hào)和“%”號(hào)，其數(shù)值為0.8，介于0.51.0之間，若選擇精度等級(jí)為1.0級(jí)的儀表，其最大絕對(duì)誤差為5，超過(guò)了工藝上允許的數(shù)值，故應(yīng)選擇0.5級(jí)的儀表才能滿(mǎn)足要求。小結(jié)：在

35、確定一個(gè)儀表的精度等級(jí)時(shí)，要求儀表的允許誤差應(yīng)該大于或等于儀表校驗(yàn)時(shí)所得到的最大引用誤差；而根據(jù)工藝要求來(lái)選擇儀表的精度等級(jí)時(shí)，儀表的允許誤差應(yīng)該小于或等于工藝上所允許的最大引用誤差。這一點(diǎn)在實(shí)際工作中要特別注意。2 靈敏度與靈敏限（1） 靈敏度 靈敏度表示儀表對(duì)被測(cè)參數(shù)變化反應(yīng)的能力，是指儀表達(dá)到穩(wěn)態(tài)后輸出增量與輸入增量之比，即靈敏限 靈敏限是指引起儀表指針發(fā)生可見(jiàn)變化的被測(cè)參數(shù)的最小變化量。一般，儀表的靈敏限數(shù)值不大于儀表允許誤差絕對(duì)值的一半。3回差在外界條件不變的情況下，當(dāng)被測(cè)參數(shù)從小到大（正行程）和從大到?。ǚ葱谐蹋r(shí)，同一輸入的兩個(gè)相應(yīng)輸出值常常不相等。兩者絕對(duì)值之差的最大值 和儀表

36、量程之比的百分?jǐn)?shù)稱(chēng)為回差，也稱(chēng)變差即回差產(chǎn)生原因：由于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的間隙、運(yùn)動(dòng)件的摩擦、彈性元件的彈性滯后等?；夭钤叫?，儀表的重復(fù)性和穩(wěn)定性越好。應(yīng)當(dāng)注意，儀表的回差不能超過(guò)儀表引用誤差，否則應(yīng)當(dāng)檢修。2.2 壓力檢測(cè)方法及儀表一、壓力檢測(cè)的基本知識(shí) 1壓力的概念及單位2 壓力的表示方法3二、壓力檢測(cè)方法 根據(jù)工業(yè)對(duì)象的特點(diǎn)，通常有三種檢測(cè)壓力的方法，即液柱測(cè)壓法，彈性變形法和電測(cè)壓力法。1 液柱測(cè)壓法測(cè)壓原理：是以流體靜力學(xué)為基礎(chǔ)，一般用液柱產(chǎn)生或傳遞的壓力來(lái)平衡被測(cè)壓力的方法進(jìn)行測(cè)量的。2 彈性變形法測(cè)壓原理：當(dāng)被測(cè)壓力作用于彈性元件，彈性元件便產(chǎn)生相應(yīng)的變形。根據(jù)變形的大小，便可測(cè)知被測(cè)壓力

37、的數(shù)值。3 電測(cè)壓力法測(cè)壓原理：是利用轉(zhuǎn)換元件（如某些機(jī)械和電氣元件）直接把被測(cè)壓力變換為電信號(hào)來(lái)進(jìn)行測(cè)量的。 彈性元件附加一些變換裝置，使彈性元件自由端的位移量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，如電阻式、電感式、電容式、霍爾片式、應(yīng)變式、振弦式等 電測(cè)壓力法可分為兩類(lèi)非彈性元件組成的快速測(cè)壓元件，主要利用某些物體的某一物理性質(zhì)與壓力有關(guān)，如壓電式、壓阻式、壓磁式等。（1） 電容式測(cè)壓原理 測(cè)壓原理：是采用變電容原理，利用彈性元件受壓變形來(lái)改變可變電容器的電容量，然后通過(guò)測(cè)量電容量C便可以知道被測(cè)壓力的大小，從而實(shí)現(xiàn)壓力-電容轉(zhuǎn)換的。（2） 壓電式測(cè)壓原理測(cè)壓原理：是根據(jù)“壓電效應(yīng)”把被測(cè)壓力變換為電信號(hào)的

38、。（3） 壓電效應(yīng)：當(dāng)某些晶體受壓發(fā)生機(jī)械變形時(shí)（壓縮或伸長(zhǎng)），在兩個(gè)相對(duì)的面上產(chǎn)生異性電荷，這種沒(méi)有外電場(chǎng)存在，而由于變形而引起的電現(xiàn)象稱(chēng)為“壓電效應(yīng)”。（4） 應(yīng)變片式測(cè)壓原理 測(cè)壓原理：是通過(guò)應(yīng)變片將被測(cè)壓力P引起的彈性元件應(yīng)變量的變化轉(zhuǎn)換為電阻值R的變化，從而完成壓力電阻的轉(zhuǎn)換，并遠(yuǎn)傳至橋式電路獲得相應(yīng)的毫伏級(jí)電量輸出信號(hào)，在顯示或記錄裝置上顯示出被測(cè)壓力值。三、壓力檢測(cè)儀表根據(jù)不同的原理及工藝生產(chǎn)過(guò)程的不同要求，可以制成不同形式的壓力表。彈性式壓力表（彈簧管壓力表）由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，使用和維修方便，并且測(cè)壓范圍較寬，因此，在工業(yè)過(guò)程中得到了十分廣泛地應(yīng)用。電測(cè)法壓力表測(cè)量脈動(dòng)壓

39、力和高真空、超高壓等場(chǎng)合時(shí)比較合適本節(jié)主要介紹在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中常見(jiàn)的彈簧管壓力表和霍爾式壓力表。四、差壓（壓力）變送器變送器是自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。作用：將各種物理量轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，如氣動(dòng)單元組合儀表（簡(jiǎn)稱(chēng)為QDZ儀表）為20100 KPa；電動(dòng)單元組合儀表（簡(jiǎn)稱(chēng)為DDZ儀表）中，DDZ-型儀表為010mADC； DDZ-型儀表為420mADC。按工作能源不同，壓力變送器和差壓變送器都分為氣動(dòng)和電動(dòng)變送器兩大類(lèi)；按工作原理的不同，又可分為力平衡式變送器和微位移平衡式變送器，如以電容、電感、電阻和弦振頻率為傳感元件的變送器都屬于微位移式變送器。80年代以后，國(guó)際上相繼推出了各具

40、特色的智能變送器。目前世界上尚未形成統(tǒng)一的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)（Field bus）（現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)是用于過(guò)程自動(dòng)化和制造自動(dòng)化最底層的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或現(xiàn)場(chǎng)儀表互連的通信網(wǎng)絡(luò)）標(biāo)準(zhǔn)，因而各個(gè)廠家的智能變送器大多按各自的通訊標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)，所以相互無(wú)操作性，無(wú)可互換性。1 力平衡式壓力變送器就變送器的杠桿系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，力平衡式變送器有單杠桿、雙杠桿和矢量機(jī)構(gòu)三種。結(jié)構(gòu)DDZ-型力平衡式電動(dòng)變送器的結(jié)構(gòu)如P34圖2.10所示，主要由四部分組成：測(cè)量機(jī)構(gòu) 組成：由高、低壓室、膜盒、軸封膜片等部分，作用：是把被測(cè)差壓轉(zhuǎn)換成作用于主杠桿上的力。杠桿系統(tǒng) 杠桿系統(tǒng)是差壓變送器中的機(jī)械傳動(dòng)和力矩平衡部分組成：主、副杠桿、調(diào)零和零點(diǎn)遷移機(jī)構(gòu)、

41、平衡錘、靜壓調(diào)整及矢量機(jī)構(gòu)等。作用：是把測(cè)量機(jī)構(gòu)對(duì)主杠桿的輸入力所產(chǎn)生的力矩轉(zhuǎn)換成檢測(cè)片的微小位移。位移檢測(cè)放大器組成：差動(dòng)變送器、低頻振蕩器、整流濾波及功率放大器等部分組成。作用：是將副杠桿上檢測(cè)片的微小位移轉(zhuǎn)換成直流信號(hào)輸出。電磁反饋機(jī)構(gòu) 組成：由反饋線(xiàn)圈、永久磁鋼等。作用：將變送器輸出電流轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電磁反饋力，作用于副杠桿上，產(chǎn)生反饋力矩，以便和測(cè)量部分產(chǎn)生的輸入力矩相平衡。（1） 工作原理2 微位移式變送器微位移式變送器因其傳感器元件位移和變形極小而得名。典型的產(chǎn)品有：美國(guó)羅斯蒙特（Rosemount）公司研制的1151系列電容式變送器，美國(guó)霍尼韋爾（Honeywell）公司的DST

42、型擴(kuò)散硅式變送器，日本富士電機(jī)公司的FC系列浮動(dòng)膜盒電容式變送器等。（1）測(cè)量部分測(cè)量部分包括電容膜盒、高低壓室及法蘭組件等，作用：將差壓、壓力等參數(shù)轉(zhuǎn)換成與電容有關(guān)的參數(shù)。 （2）轉(zhuǎn)換部分 轉(zhuǎn)換部分由測(cè)量電路和電氣殼體組成，其作用是將測(cè)量部分所得到的電容比的變化量轉(zhuǎn)換成420mADC標(biāo)準(zhǔn)的電流輸出信號(hào)，并附有調(diào)零、調(diào)量程、調(diào)遷移量等各種裝置。3 智能差壓（壓力）變送器智能差壓（壓力）變送器是一種帶微處理器的變送器，對(duì)應(yīng)于被測(cè)量差壓和壓力輸出420mADC的模擬信號(hào)或數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。依靠SFC（智能通信器），用戶(hù)在現(xiàn)場(chǎng)或控制室就可對(duì)變送器發(fā)送或接受信息來(lái)設(shè)定各種參數(shù)。智能差壓（壓力）變送器具有遠(yuǎn)

43、程通訊的功能，不需要把變送器從塔頂或危險(xiǎn)的安裝地拆下來(lái)，減少了維修成本和時(shí)間。五、壓力檢測(cè)儀表的選擇壓力表的選擇應(yīng)根據(jù)工藝過(guò)程對(duì)壓力測(cè)量的要求，被測(cè)介質(zhì)的性質(zhì)，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件等來(lái)確定儀表的種類(lèi)、型號(hào)、量程和精度，并確定是否需要帶有遠(yuǎn)傳、報(bào)警等附加裝置。1儀表種類(lèi)和型號(hào)的選擇儀表種類(lèi)和型號(hào)的選擇應(yīng)根據(jù)工藝要求，介質(zhì)性質(zhì)及現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境等因素來(lái)考慮。介質(zhì)的物理、化學(xué)性質(zhì)（如溫度、粘度、臟污程度、腐蝕性、易燃性等）如何；現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件（如溫度、濕度、有無(wú)振動(dòng)、有無(wú)腐蝕性等）2儀表量程的確定儀表的量程是根據(jù)被測(cè)壓力的大小和保證儀表壽命等方面來(lái)考慮的，通常儀表的上下限值應(yīng)稍大于工藝被測(cè)壓力的最大值。按“化工自控設(shè)

44、計(jì)技術(shù)規(guī)定”。對(duì)被測(cè)壓力較穩(wěn)定的情況，最大壓力值應(yīng)不超過(guò)滿(mǎn)量程的2/3；對(duì)被測(cè)壓力波動(dòng)較大的情況，最大壓力值應(yīng)不超過(guò)滿(mǎn)量程的1/2。一般為了保證測(cè)量的精度，被測(cè)壓力的最小值也不應(yīng)低于全量程的1/3。3儀表精度等級(jí)的選擇精度等級(jí)是根據(jù)生產(chǎn)所允許的最大測(cè)量誤差和儀表量程來(lái)確定的。2.3物位檢測(cè)方法及儀表 物位檢測(cè)的作用：為了確定容器中的貯料數(shù)量，以保證連續(xù)生產(chǎn)的需要或進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算；為了監(jiān)視或控制容器的物位，使它保持在規(guī)定的范圍內(nèi)；對(duì)它的上下極限位置進(jìn)行報(bào)警，以保證生產(chǎn)安全、正常進(jìn)行。物位檢測(cè)方法： 應(yīng)用浮力原理檢測(cè)物位應(yīng)用靜壓原理檢測(cè)物位應(yīng)用電學(xué)原理檢測(cè)物位應(yīng)用超聲波反射檢測(cè)物位應(yīng)用射線(xiàn)被物體的吸

45、收檢測(cè)物位一、物位檢測(cè)方法1應(yīng)用浮力原理檢測(cè)物位利用漂浮于液面上的浮標(biāo)或浸沒(méi)于液體中的浮筒對(duì)液位進(jìn)行測(cè)量的。測(cè)量原理：當(dāng)液位變化時(shí)，浮標(biāo)產(chǎn)生相應(yīng)的位移，而浮標(biāo)所受到的浮力維持不變，只要檢測(cè)出浮標(biāo)的位移就可以知道液位的高低。當(dāng)液位變化時(shí)，浮筒所受到的浮力的發(fā)生變化，只要檢測(cè)出浮力的變化就可以知道液位的高低。2應(yīng)用靜壓原理檢測(cè)物位差壓變送器測(cè)量液位時(shí)的零點(diǎn)遷移問(wèn)題（重點(diǎn)）利用差壓變送器測(cè)量液位時(shí)，差壓變送器將由液位形成的差壓P轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)輸出。然而，由于安裝位置條件不同，往往存在著儀表零點(diǎn)遷移問(wèn)題。無(wú)遷移 特征：差壓變送器的正壓室取壓口正好與容器的最低液位（Hmin=0）處于同一水平

46、位置。作用于變送器正、負(fù)壓室的差壓P與液位高度H的關(guān)系為P=Hg。當(dāng)H =0時(shí)，正負(fù)壓室的差壓P=0，變送器輸出為I0=4mA當(dāng)H= Hmax時(shí)，差壓Pmax=gHmax，變送器的輸出信號(hào)20 mA，負(fù)遷移 在實(shí)際測(cè)量中，為了防止容器內(nèi)的液體和氣體進(jìn)入變送器的取壓室而造成導(dǎo)壓管線(xiàn)堵塞或腐蝕，以及保持負(fù)壓室的凝液高度恒定，往往在變送器的正、負(fù)壓室與取壓點(diǎn)之間分別加裝隔離罐，并充以密度為2的隔離液。正遷移 當(dāng)變送器的安裝位置與容器的最低液位（H=0）不在同一水平位置上。在差壓變送器的產(chǎn)品手冊(cè)中，通常注明是否帶有遷移裝置以及相應(yīng)的遷移量范圍，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的具體情況予以正確選用。4.應(yīng)用超聲波反射檢測(cè)物

47、位 聲波可以在氣體、液體、固體中傳播，并具有一定的傳播速度。當(dāng)聲波從一種介質(zhì)向另一種介質(zhì)傳播時(shí)，在兩種密度不同，聲速不同的介質(zhì)的分界面上，傳播方向便發(fā)生改變，即一部分被反射，一部分折射入相鄰介質(zhì)內(nèi)。若聲波從液體或固體傳播到氣體時(shí)，或相反的情況下，由于兩種介質(zhì)的密度相差懸殊，聲波幾乎全部被反射。因此，測(cè)量時(shí)由置于容器底部的超聲波探頭向液面與氣體的分界面發(fā)射超聲波，經(jīng)過(guò)時(shí)間t后，便可接收到從界面反射回來(lái)的回波信號(hào)。2.4流量檢測(cè)方法及儀表一、流量檢測(cè)方法流量是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程操作與管理的重要依據(jù)。在具有流動(dòng)介質(zhì)的工藝過(guò)程中，物料通過(guò)工藝管道在設(shè)備之間來(lái)往輸送和配比，生產(chǎn)過(guò)程中的物料平衡和能量平衡等都與

48、流量有著密切的關(guān)系。流量指瞬時(shí)流量，即單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)管道某一截面的流動(dòng)介質(zhì)的量。用體積流量（單位為m3/s）或質(zhì)量流量（單位為kg/s）表示?？偭繛檫x定的某一段時(shí)間間隔內(nèi)流過(guò)管道某一截面的流體量的總和，也可分別用體積總量或質(zhì)量總量表示。常見(jiàn)的流量檢測(cè)方法有以下幾種：應(yīng)用容積法檢測(cè)流量應(yīng)用動(dòng)壓能和靜壓能轉(zhuǎn)換的原理檢測(cè)流量根據(jù)能量守恒定理，動(dòng)壓能和靜壓能在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)換，但其總量不變。節(jié)流元件兩端的靜壓差的大小與流體的流量有關(guān)，將靜壓差的變化作為測(cè)量依據(jù)應(yīng)用改變流通面積的方法檢測(cè)流量應(yīng)用流體振蕩原理檢測(cè)流量應(yīng)用電磁感應(yīng)原理檢測(cè)流量應(yīng)用超聲波檢測(cè)流量應(yīng)用流體動(dòng)量矩原理檢測(cè)流量質(zhì)量流量檢測(cè)方法

49、1.應(yīng)用容積法檢測(cè)流量單位時(shí)間內(nèi)所排出固定容積的數(shù)目作為測(cè)量依據(jù)為了連續(xù)地在密閉的管道中測(cè)量流體的流量，一般采用容積分界的方法，即由儀表殼體和轉(zhuǎn)子組成流體的計(jì)量室，流體經(jīng)過(guò)儀表時(shí)，在儀表的入、出口之間產(chǎn)生壓力差，此流體壓力差對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力矩，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，將流體一份一份地排出，其排出的流體總量為2. 應(yīng)用動(dòng)壓能和靜壓能轉(zhuǎn)換的原理檢測(cè)流量流體在管道中流動(dòng)時(shí)，具有動(dòng)能和位能，對(duì)于理想的流體，流體在同一管道的任一截面的動(dòng)能和靜壓能的總和是不變的，但是若采取一定方式（例如節(jié)流），可以造成能量形式的相互轉(zhuǎn)化，然后通過(guò)測(cè)量靜壓的變化求出流速和流量。工業(yè)中常用的方法是在管道中插入一流通面積較小的節(jié)流元件，造成

50、流體通過(guò)節(jié)流元件時(shí)，在節(jié)流元件的上、下游之間產(chǎn)生靜壓差（簡(jiǎn)稱(chēng)差壓），通過(guò)測(cè)量差壓求出流量值。3. 應(yīng)用改變流通面積的方法檢測(cè)流量檢測(cè)原理:在一個(gè)由下往上逐漸擴(kuò)大的錐形管中垂直地放置一阻力件，當(dāng)流體自下而上流經(jīng)錐形管與轉(zhuǎn)子之間的環(huán)形流通面積時(shí)，由于受到流體的沖擊，轉(zhuǎn)子便要向上運(yùn)動(dòng)。隨著轉(zhuǎn)子的上升，轉(zhuǎn)子與錐形管間的環(huán)形流通面積增大、流速降低，直到流體作用在轉(zhuǎn)子上的浮力和沖力（阻力）與轉(zhuǎn)子本身重量相平衡時(shí)，轉(zhuǎn)子停留在某一高度，維持平衡。當(dāng)流量增大時(shí)，流過(guò)環(huán)隙的流速v增大，轉(zhuǎn)子所受沖力增大，由于轉(zhuǎn)子在流體中的重力與所受浮力不變，所以轉(zhuǎn)子就上升，造成環(huán)隙面積增大，從而流速v減小，沖力也減小，直至達(dá)到新的

51、平衡，轉(zhuǎn)子又停浮在一個(gè)新的高度上，這樣轉(zhuǎn)子在錐形管中停浮的高度與流體的流量大小一一對(duì)應(yīng)。在錐形管外壁上以流量值刻度，則根據(jù)轉(zhuǎn)子浮起的高度即可直接顯示出被測(cè)流量的數(shù)值。流量計(jì)的刻度值進(jìn)行修正（1） 液體流量的修正 修正公式 （2）氣體流量的修正 用于測(cè)量氣體的轉(zhuǎn)子流量計(jì)，不僅在被測(cè)介質(zhì)氣體密度與空氣不同時(shí)要進(jìn)行刻度換算，而且當(dāng)溫度和壓力變化時(shí)，也須進(jìn)行刻度換算?？潭葥Q算公式為2.4.2差壓式流量計(jì)差壓式流量計(jì)是基于流體動(dòng)壓能和靜壓能在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)換的原理，利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)所產(chǎn)生的靜壓差來(lái)實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量的儀表。差壓式流量計(jì)主要由節(jié)流裝置、信號(hào)管路和差壓計(jì)（或差壓變送器和顯示儀表）組成。

52、QQ321h圖2.34 差壓式流量計(jì)1孔板 2引壓管 3差壓計(jì)2.5溫度檢測(cè)方法及儀表一、溫度檢測(cè)的基本知識(shí) 1溫度及溫度測(cè)量依據(jù)測(cè)溫元件與被測(cè)物體接觸與否，測(cè)溫方式通常有接觸式和非接觸式之分。 2溫標(biāo) 目前國(guó)際上常用的溫標(biāo)有：攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)和國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)。二、溫度檢測(cè)方法1應(yīng)用熱膨脹原理測(cè)溫固體膨脹式應(yīng)用固體受熱膨脹測(cè)量溫度的方法一般是利用兩片線(xiàn)膨脹系數(shù)不同的金屬片疊焊在一起，構(gòu)成雙金屬溫度計(jì)。液體膨脹式應(yīng)用液體膨脹測(cè)量溫度常用的有水銀玻璃溫度計(jì)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，但結(jié)構(gòu)脆弱易損壞。2應(yīng)用熱電效應(yīng)測(cè)溫?zé)犭娦?yīng)-兩種不同導(dǎo)體或半導(dǎo)體A與B串接成的閉和回路，如果兩個(gè)接點(diǎn)出現(xiàn)溫差（tt0），在回路中就有電流產(chǎn)生，這種由于溫度不同而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)（熱電勢(shì)）的現(xiàn)象。由兩種不同材料構(gòu)成的上述熱電變換元件叫熱電偶，稱(chēng)A、B二導(dǎo)體為熱電極。 圖2.40 熱電偶（1） 接觸電勢(shì) 兩種不同材料的導(dǎo)體接觸時(shí)產(chǎn)生（2） 溫差電勢(shì) 當(dāng)同一導(dǎo)體A（或B）兩端溫度不同，（3）閉和回路總電勢(shì) 可見(jiàn)，當(dāng)導(dǎo)體材料A、B確定后，總電勢(shì)EAB(t, t0)僅與溫度t和t0有關(guān)。如果能使冷端溫度t0 固定，則