化工儀表與自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)講義

1、 化工自動(dòng)化及儀表實(shí) 驗(yàn) 講 義程萬(wàn)里 編過(guò)程裝備與控制工程教學(xué)組2002.9目 錄實(shí)驗(yàn)須知實(shí)驗(yàn)一 熱電偶溫度計(jì)的使用實(shí)驗(yàn)二 電動(dòng)溫度變送器的調(diào)整和使用實(shí)驗(yàn)三 電子電位計(jì)的校驗(yàn)實(shí)驗(yàn)四 溫度控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)（一）實(shí)驗(yàn)五 溫度控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)（二）實(shí) 驗(yàn) 須 知1 必須自始自終以認(rèn)真和科學(xué)態(tài)度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。2 實(shí)驗(yàn)課不能遲到，實(shí)驗(yàn)期間不得擅自離開崗位。3 切實(shí)注意安全，不得穿背心和拖鞋進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室。在連接線路時(shí)應(yīng)先切斷電源，不許帶電操作。4 為了順利地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和取得好的實(shí)驗(yàn)效果，必須認(rèn)真預(yù)習(xí)，寫出預(yù)習(xí)報(bào)告，若指導(dǎo)教師發(fā)現(xiàn)有同學(xué)尚未預(yù)習(xí)，則不準(zhǔn)其參加實(shí)驗(yàn)。5 實(shí)驗(yàn)中如發(fā)生異?，F(xiàn)象或事故，必須立即切斷電源，并保持現(xiàn)

2、場(chǎng)，即及時(shí)報(bào)告教師，共同處理。6 要愛(ài)護(hù)公物，不得擅自拆開儀器儀表，非本實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備不得隨便動(dòng)用。7 實(shí)驗(yàn)完成后，應(yīng)切斷電源，整理好一切儀器設(shè)備，并把原始記錄交教師簽字，經(jīng)允許后方可離開實(shí)驗(yàn)。8 實(shí)驗(yàn)后，每人應(yīng)獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，報(bào)告與原始記錄均按教師規(guī)定的時(shí)間上交。實(shí) 驗(yàn) 一熱電偶溫度計(jì)的使用一實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?掌握熱電偶與動(dòng)圈儀的配套連接，測(cè)溫方法及外阻影響。2掌握熱電偶配手動(dòng)電位計(jì)的測(cè)溫方法。3掌握熱電偶冷端溫度影響及補(bǔ)償方法。二實(shí)驗(yàn)儀器：1 管狀電爐2 自耦變壓器（帶電流表）3 廣口保溫瓶4 動(dòng)圈儀5 熱電偶6 接線板（帶調(diào)整電阻）7 手動(dòng)電位差計(jì)8 30cm不銹鋼直尺三實(shí)驗(yàn)容（一）熱電偶配手

3、動(dòng)電位差計(jì)測(cè)溫：1按圖1-1接線，注意極性是否接對(duì)，接點(diǎn)是否牢固等。為保持熱電偶冷端溫度為零度，將熱電偶冷端放置保溫瓶中冰水混合物中。圖1-1 熱電偶溫度計(jì)接線圖2把雙向開關(guān)打向手動(dòng)電位差計(jì)進(jìn)行測(cè)溫。3手動(dòng)電位差計(jì)使用方法：首先調(diào)整檢流計(jì)的機(jī)械零點(diǎn)，其次把手動(dòng)電位差計(jì)的雙向開關(guān)打向并按住在“校正”位置，調(diào)整“工作電流”電位器，使檢流計(jì)電流為零，然后把雙向開關(guān)打向“測(cè)量（或未知）”位置，即可進(jìn)行測(cè)量。注意：手動(dòng)電位差計(jì)的雙向開關(guān)在每一次測(cè)量完后，應(yīng)置于中間位置，以減少干電池的耗電量。4短接調(diào)整電阻，再測(cè)一次爐溫，以考察外阻對(duì)手動(dòng)電位差計(jì)測(cè)溫的影響。（二）熱電偶配動(dòng)圈儀測(cè)溫：1把雙向開關(guān)打向動(dòng)圈儀

4、進(jìn)行測(cè)溫。2調(diào)整儀表零點(diǎn)為零度，由于本實(shí)驗(yàn)中熱電偶的冷端溫度也為零度，這樣動(dòng)圈儀指示的溫度就是電爐溫度。3短接調(diào)整電阻，再測(cè)一次爐溫，以考察外阻對(duì)動(dòng)圈儀測(cè)溫的影響。（三）在測(cè)溫點(diǎn)相同的條件下，同時(shí)用手動(dòng)電位差計(jì)和動(dòng)圈儀對(duì)爐溫進(jìn)行測(cè)量，將兩個(gè)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較。（四）改變測(cè)溫點(diǎn)，重復(fù)（三），將電爐的溫度分布得到。測(cè)溫點(diǎn)數(shù)不少于10個(gè)。四實(shí)驗(yàn)報(bào)告1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及處理動(dòng)圈儀分度號(hào) 量程 精度 室溫測(cè)溫點(diǎn)距離（cm）測(cè)溫儀表外阻（）讀 數(shù)mV1手 動(dòng)電位差計(jì)150動(dòng)圈儀1502畫出熱電偶配動(dòng)圈儀和手動(dòng)電位差計(jì)的接線圖。3從實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論熱電偶測(cè)量線路電阻的大小對(duì)于用動(dòng)圈儀測(cè)量時(shí)如何影響，對(duì)于電位差計(jì)又是

5、如何影響。4利用電位差計(jì)測(cè)得的熱電勢(shì)列式計(jì)算電爐溫度，并與動(dòng)圈儀指示值進(jìn)行比較，如有差別，哪一個(gè)測(cè)量結(jié)果更為準(zhǔn)確？5繪制電爐的溫度分布曲線。6問(wèn)題討論：（1） 熱電偶和動(dòng)圈儀、手動(dòng)電位差計(jì)配套使用時(shí)應(yīng)注意哪些問(wèn)題？（2） 熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線極性接錯(cuò)時(shí)，測(cè)量時(shí)會(huì)發(fā)生何種現(xiàn)象？（3） 試分析動(dòng)圈儀、手動(dòng)電位差計(jì)與熱電偶配套使用時(shí)哪一個(gè)精度高。實(shí) 驗(yàn) 二電動(dòng)溫度變送器的調(diào)整和使用一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模? 了解電動(dòng)溫度變送器的結(jié)構(gòu)，2 學(xué)會(huì)電動(dòng)溫度變送器與不同檢測(cè)元件的配套使用，3 掌握零點(diǎn)遷移和量程調(diào)整的方法。二 實(shí)驗(yàn)儀器：1 DWB型電動(dòng)溫度變送器（DDZ儀表）2 ZX32型電阻想箱3 0.5級(jí)直流毫安表4

6、 手動(dòng)電位差計(jì)5 冷端溫度補(bǔ)償電阻三 實(shí)驗(yàn)容和步驟：（一）溫度變送器配熱電阻時(shí)的調(diào)整和使用要求：配用Cu50熱電阻，按測(cè)溫圍050調(diào)整1 接線（見(jiàn)圖2-2）：用電阻箱代替熱電阻，注意三線制接法，即電阻箱圖2-1 測(cè)量橋路要接出三根線，端子的接法由遷移電阻Rx決定，在變送器的輸出端子間串入一個(gè)1.5K的電阻和一臺(tái)毫安表。（1） 遷移電阻Rx的計(jì)算： 因?yàn)楫?dāng)熱電阻的阻值為量程下限值Rtmin時(shí)，橋路輸出電壓e=0，從而可由下式計(jì)算遷移電阻Rx e=0.5(Rtmin-Rx)=0 Rx=Rtmin(2)由上式計(jì)算的Rx值決定端子的接法 Rx=050接且短路 Rx=50100接 Rx=100200接圖

7、2-2 配熱電阻時(shí)的接線圖2將“檢查工作”開關(guān)置于“檢查”位置，此時(shí)儀表輸出電流應(yīng)在46mA圍，說(shuō)明儀表工作正常，然后把開關(guān)放置“工作”位置，否則請(qǐng)指導(dǎo)老師處理。3由相應(yīng)的熱電阻分度表，查得相應(yīng)于上、下限溫度的阻值Rtmin、Rtmax，則熱電阻上、下限阻值差Rmax=Rtmax-Rtmin4調(diào)整（1） 調(diào)整零點(diǎn)遷移：使電阻箱的電阻值為Rtmin+10Rmax，儀表應(yīng)有1mA輸出，如不在1mA，調(diào)整“零點(diǎn)遷移”電位器W2（W3不能調(diào)）。（2） 調(diào)量程：使電阻箱的電阻值為Rtmin+90Rmax，儀表應(yīng)有9mA輸出，如不在9mA，調(diào)整“量程”電位器W1。（3） 反復(fù)步驟（1）、（2），直到同時(shí)滿

8、足兩項(xiàng)要求為止。5讀出當(dāng)輸出電流為5mA時(shí)的電阻箱的數(shù)值，并查出相應(yīng)的溫度值。（二）溫度變送器配熱電偶時(shí)的調(diào)整和使用要求：配用K分度號(hào)的熱電偶，按測(cè)溫圍600800調(diào)整1接線（見(jiàn)圖2-3）（1） 端補(bǔ)償電阻（K熱電偶RCu 20=20.16），（2） 手動(dòng)電位差計(jì)代替熱電偶輸出毫伏信號(hào)，（3） 子的接法由遷移電阻Rx決定，按下式計(jì)算，端子的連接方式同（一）， e=E(tmin，20)+0.5（RCu 20-Rx）=0 Rx= tmin量程的下限溫度圖2-3 配熱電偶時(shí)的接線圖2 檢查工作”開關(guān)置于“檢查”位置，此時(shí)儀表輸出電流應(yīng)在46mA圍，說(shuō)明變送器工作正常，然后把開關(guān)置回“工作”位置，否則

9、請(qǐng)指導(dǎo)老師處理。3調(diào)整（1）調(diào)整零點(diǎn)遷移：用手動(dòng)電位差計(jì)加入E(tmin，t 0)+ 10E(tmax，tmin)，調(diào)整“零點(diǎn)遷移”電位器W2使毫安表指示1mA輸出（W3不能調(diào)）。tmax量程的上限溫度。t 0熱電偶的冷端溫度（可用實(shí)驗(yàn)室的室溫）。（2） 調(diào)量程：用手動(dòng)電位差計(jì)加入E(tmin，t 0)+ 90E(tmax，tmin)，調(diào)整“量程”電位器W1使毫安表指示9mA。（3） 反復(fù)步驟（1）、（2），直到同時(shí)滿足兩項(xiàng)要求為止。4讀出當(dāng)輸出電流為5mA時(shí)的手動(dòng)電位差計(jì)的讀數(shù)，并計(jì)算相應(yīng)的溫度值。四 實(shí)驗(yàn)報(bào)告1 零點(diǎn)遷移電阻Rx的計(jì)算和端子接法的判定。2 畫出實(shí)驗(yàn)裝置的接線原理圖。3 熱電

10、阻和熱電偶溫度變送器輸出為5mA時(shí)相應(yīng)的溫度值，若測(cè)量值與實(shí)際值有誤差，試分析原因。實(shí) 驗(yàn) 三電子電位差計(jì)的校驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康模? 熟悉自動(dòng)電子電位差計(jì)的結(jié)構(gòu)和校驗(yàn)方法。2 掌握自動(dòng)電子電位差計(jì)的使用方法和冷端自動(dòng)補(bǔ)償?shù)淖饔谩? 了解熱電偶線路可能出現(xiàn)的故障和檢查方法。二實(shí)驗(yàn)儀器：1 自動(dòng)電子電位差計(jì)2 玻璃溫度計(jì)3 手動(dòng)電位差計(jì)三實(shí)驗(yàn)容與步驟：1 詳細(xì)觀察自動(dòng)電子電位差計(jì)的結(jié)構(gòu)，包括測(cè)量橋路、放大器、可逆電機(jī)和指示記錄機(jī)構(gòu)。2 指示值的校驗(yàn)：首先應(yīng)對(duì)儀表零點(diǎn)和滿刻度點(diǎn)進(jìn)行校驗(yàn)，待調(diào)整并達(dá)到規(guī)定要求（誤差在刻度面板上所示精度圍）后，再校驗(yàn)其它刻度。 零點(diǎn)不合格，可調(diào)起始微調(diào)電阻RG。 量程不合格，

11、可調(diào)量程微調(diào)電阻RM。（RG，RM本實(shí)驗(yàn)不調(diào)整） 指示誤差的測(cè)定是用標(biāo)準(zhǔn)電位差計(jì)給被校表加入適當(dāng)?shù)碾妱?shì)（mV），使指針與被校點(diǎn)刻度線重合，從標(biāo)準(zhǔn)電位差計(jì)讀出加入的電勢(shì)值（E示），與被校點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的電勢(shì)值（E刻，由被校儀表配用的熱電偶的分度表查得）相比較計(jì)算出校驗(yàn)點(diǎn)上的指示誤差。 本實(shí)驗(yàn)線路見(jiàn)下圖：其指示誤差按下式計(jì)算：=指示誤差e 補(bǔ)償電阻處溫度（即室溫）相對(duì)應(yīng)的電勢(shì)值E上限相對(duì)應(yīng)的電勢(shì)值E下限相對(duì)應(yīng)的電勢(shì)值3 不靈敏區(qū)（即變差）的校驗(yàn)：儀表的不靈敏區(qū)指在輸入信號(hào)增大（正向）和減?。ǚ聪颍r(shí)在同一被校刻度線上輸入信號(hào)實(shí)際值之差值，其數(shù)值可按下式計(jì)算：= 儀表的變差不應(yīng)超出儀表的允許誤差，但過(guò)小也

12、應(yīng)避免。因?yàn)榇藭r(shí)會(huì)產(chǎn)生儀表指針抖動(dòng)或擺動(dòng)不休的現(xiàn)象，無(wú)法準(zhǔn)確指示記錄，而不靈敏區(qū)太大時(shí)，對(duì)小信號(hào)沒(méi)有反應(yīng)，誤差增大。為獲得所需的儀表不靈敏區(qū)的大小，可旋轉(zhuǎn)放大器的靈敏度調(diào)節(jié)旋鈕，以改變放大器的增益，即靈敏度高，不靈敏區(qū)就小，反之亦然。4熱電偶線路可能出現(xiàn)的故障分別將熱電偶信號(hào)短路、斷開、反接，注意觀察電子電位差計(jì)的指針變化情況，從而學(xué)會(huì)判斷和排除熱電偶溫度計(jì)常見(jiàn)故障。5考察量程電阻RM及起始電阻RG對(duì)量程和起點(diǎn)的影響：用一電阻與RM并聯(lián)使量程電阻減小，觀察儀表指針的變化，并判斷量程的變化趨勢(shì)；用同一方法也可考察RG變化對(duì)起點(diǎn)的影響。五 實(shí)驗(yàn)報(bào)告1數(shù)據(jù)處理熱電偶分度號(hào)儀表量程精度室溫t0E(tm

13、ax，tmin)=校驗(yàn)點(diǎn)（）E刻（mV）E示（mV）誤 差 正行程反行程E刻-E示-e (mV)變差（mV）正行程反行程tmintmax注意：確定精度只需計(jì)算最大一點(diǎn)誤差即可。2結(jié)論1 計(jì)算被校電子電位差計(jì)的誤差和變差，從而確定其精度是否合格。2 故障現(xiàn)象分析與結(jié)論。3 討論RM與RG減小對(duì)量程與起點(diǎn)的影響。4 校驗(yàn)裝置中標(biāo)準(zhǔn)電位差計(jì)與被校電位差計(jì)的連線為何用普通導(dǎo)線？是否可用補(bǔ)償導(dǎo)線？實(shí) 驗(yàn) 四溫度控制系統(tǒng)（一）一實(shí)驗(yàn)?zāi)康模? 了解溫度控制系統(tǒng)的組成環(huán)節(jié)和各環(huán)節(jié)的作用。2 觀察比例、積分、微分控制規(guī)律的作用，并比較其余差及穩(wěn)定性。3 觀察比例度、積分時(shí)間TI、微分時(shí)間TD對(duì)控制系統(tǒng)（閉環(huán)特性

14、）控制品質(zhì)的影響。二溫度控制系統(tǒng)的組成：電動(dòng)溫度控制系統(tǒng)是過(guò)程控制系統(tǒng)中常見(jiàn)的一種，其作用是通過(guò)一套自動(dòng)控制裝置，見(jiàn)圖4-1，使?fàn)t溫自動(dòng)維持在給定值。圖4-1 溫度控制系統(tǒng)爐溫的變化由熱電偶測(cè)量，并通過(guò)電動(dòng)溫度變送器轉(zhuǎn)化為DDZ-型表的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)010mA直流電流信號(hào)，傳送到電子電位差計(jì)XWC進(jìn)行記錄，同時(shí)傳送給電動(dòng)控制器DTL，控制器按偏差的大小、方向，通過(guò)預(yù)定控制規(guī)律的運(yùn)算后，輸出010mA直流電流信號(hào)給可控硅電壓調(diào)整器ZK-50，通過(guò)控制可控硅的導(dǎo)通角，以調(diào)節(jié)加到電爐（電烙鐵）電熱元件上的交流電壓，消除由于干擾產(chǎn)生的爐溫變化，穩(wěn)定爐溫，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。三實(shí)驗(yàn)容與步驟：（一）觀察系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的結(jié)

15、構(gòu)、型號(hào)、電路的連接，熟悉可控硅電壓調(diào)整器和電動(dòng)控制器上各開關(guān)、旋鈕的作用。（二）控制系統(tǒng)閉環(huán)特性的測(cè)定： 在以下實(shí)驗(yàn)中使用的1 ，2，TI 1，TI 2 ，TD1 的具體數(shù)值由各套實(shí)驗(yàn)裝置具體提供。1 觀察比例與積分控制規(guī)律的作用（1） 考察比例作用將置于某值1 ，記住旋鈕在1的位置 ， 積分時(shí)間置最大（TI=max），微分開關(guān)切向0，將干擾開關(guān)從“短”切向“干擾”，產(chǎn)生一個(gè)階躍干擾（此時(shí)為反向干擾），同時(shí)在記錄儀的記錄線上作一記號(hào)，以記錄階躍干擾加入的時(shí)刻，觀察并記錄在純比例作用下達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間及余差大小。（2） 考察積分作用保持=1不變，置TI =TI 1，同時(shí)在記錄儀的記錄線上作一記號(hào)

16、，以記錄積分作用加入的時(shí)刻，注意觀察積分作用如何消除余差，直到過(guò)程基本穩(wěn)定。2 觀測(cè)PI控制作用下的過(guò)渡過(guò)程保持1，TI 1不變，將干擾開關(guān)從“干擾”切向“短”，產(chǎn)生一個(gè)正向階躍干擾，觀察過(guò)渡過(guò)程到基本穩(wěn)定。3 考察對(duì)余差的影響置=2，TI =max ，將干擾開關(guān)從“短”切向“干擾”，產(chǎn)生一個(gè)反向階躍干擾，同時(shí)在記錄儀的記錄線上作一記號(hào)，以記錄階躍干擾加入的時(shí)刻，觀察并記錄在純比例作用下達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間及余差大小。 并與1（1）中=1 時(shí)的余差相比較。再加入積分作用TI =TI 1 以消除余差直到過(guò)程基本穩(wěn)定。4 考察TI對(duì)過(guò)渡過(guò)程的影響置=1 ，TI =TI 2 ，將干擾開關(guān)從“干擾”切向“短

17、”，產(chǎn)生一個(gè)正向階躍干擾，同時(shí)在記錄儀的記錄線上作一記號(hào)，以記錄階躍干擾加入的時(shí)刻，觀察過(guò)渡過(guò)程到基本穩(wěn)定，并與2中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，以了解TI對(duì)過(guò)渡過(guò)程的影響。注意：要在同樣條件下才能進(jìn)行比較，即旋鈕的位置要與2中的位置完全一致，才能保證此時(shí)的1 與2中的1 是相等的5 觀測(cè)PID控制作用下的過(guò)渡過(guò)程保持=1 ，TI =TI 2 不變，置TD=TD1 ，微分開關(guān)切向D ，將干擾開關(guān)從“短”切向“干擾”，等待過(guò)程穩(wěn)定后，同時(shí)在記錄儀的記錄線上作一記號(hào)，以記錄階躍干擾加入的時(shí)刻，觀察過(guò)渡過(guò)程，并與PI控制作用下的過(guò)渡過(guò)程進(jìn)行比較。6 考察對(duì)穩(wěn)定性的影響將減小到1， TI =max，微分開關(guān)切向

18、0，觀察過(guò)渡過(guò)程波動(dòng)曲線。四實(shí)驗(yàn)報(bào)告1 由實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論比例、比例積分、比例積分微分控制規(guī)律的作用，比較余差及穩(wěn)定2 分析不同的、TI 、TD 對(duì)過(guò)渡過(guò)程的影響。實(shí) 驗(yàn) 五溫度控制系統(tǒng)（二）一實(shí)驗(yàn)?zāi)康模? 了解簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的投運(yùn)過(guò)程。2 熟悉控制器參數(shù)整定的方法及過(guò)程。二溫度控制系統(tǒng)的組成：電動(dòng)溫度控制系統(tǒng)是過(guò)程控制系統(tǒng)中常見(jiàn)的一種，其作用是通過(guò)一套自動(dòng)控制裝置，見(jiàn)圖5-1，使?fàn)t溫自動(dòng)維持在給定值。圖5-1 溫度控制系統(tǒng)爐溫的變化由熱電偶測(cè)量，并通過(guò)電動(dòng)溫度變送器轉(zhuǎn)化為DDZ-型表的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)010mA直流電流信號(hào)，傳送到電子電位差計(jì)XWC進(jìn)行記錄，同時(shí)傳送給電動(dòng)控制器DTL，控制器按偏差的大小、

19、方向，通過(guò)預(yù)定控制規(guī)律的運(yùn)算后，輸出010mA直流電流信號(hào)給可控硅電壓調(diào)整器ZK-50，通過(guò)控制可控硅的導(dǎo)通角，以調(diào)節(jié)加到電爐（電烙鐵）電熱元件上的交流電壓，消除由于干擾產(chǎn)生的爐溫變化，穩(wěn)定爐溫，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。三實(shí)驗(yàn)容及步驟：(一)控制系統(tǒng)的投運(yùn)1 控制器的手動(dòng)自動(dòng)開關(guān)置于“手動(dòng)” ，偏差平衡開關(guān)置于“偏差”，外給定開關(guān)置于“” , 正反作用開關(guān)置于“反”，=50，TI =50秒，TD=30秒，微分開關(guān)切向02 可控硅電壓調(diào)整器的手動(dòng)自動(dòng)開關(guān)置于“自動(dòng)”，干擾開關(guān)置“短”位置。3 手動(dòng)遙控?fù)軇?dòng)控制器的手操撥盤進(jìn)行手動(dòng)遙控，改變控制器的輸出，調(diào)整可控硅電壓調(diào)整器的輸入信號(hào)，遙控加在電爐上的加熱電壓，使?fàn)t溫穩(wěn)定在給定值（例如300）4 手動(dòng)自動(dòng)無(wú)擾動(dòng)切換調(diào)節(jié)給定值撥盤，使偏差為零，將手動(dòng)自動(dòng)開關(guān)切向“自動(dòng)”，觀察輸出小表是否有變化，并將微分開關(guān)切向D。（二）簡(jiǎn)單控制系