控制儀表及計算機控制裝置概論

1、控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄1q過程控制儀表與裝置總體概述過程控制儀表與裝置總體概述第一章第一章 概概 論論 v 自動控制系統(tǒng)和過程控制儀表v 過程控制儀表與裝置的分類及特點v 信號制q儀表防爆的基本知識控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄2第一節(jié) 過程控制儀表與裝置總體概述控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄3一、自動控制系統(tǒng)和過程控制儀表 過程控制儀表與裝置是實現(xiàn)生產過程自動過程控制儀表與裝置

2、是實現(xiàn)生產過程自動化必不可少的工具?；夭豢缮俚墓ぞ?。 控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄4基本要求： 1.掌握控制儀表的構成原理和基本概念； 2.能夠選用合適的儀表構成所需的控制系統(tǒng)?？刂苾x表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄5二、過程控制儀表與裝置的分類及特點按能源形式分類按信號類型分類按結構形式分類控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄6按能源形式分類按能源形式分類可分為電動，氣動，液動和機械式等。工業(yè)上

3、普遍使用電動和氣動控制儀表。 導管，管路板 導線，印刷電路板 接線 氣動元件（氣阻、氣容、氣動放大器等） 電子元器件（電阻、電容、電子放大器、集成電路等）構成 氣壓信號 電信號（電流、電壓或脈沖）傳輸信號氣源（140 kPa） 電源（220VAC）交流 （24V DC）直流 能源 氣動控制儀表氣動控制儀表 電動控制儀表電動控制儀表 表表1-1 1-1 電動控制儀表和氣動控制儀表的比較電動控制儀表和氣動控制儀表的比較控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄7按信號類型分類按信號類型分類 模擬式模擬式控制儀表由模擬元器件構成，其傳輸信號為

4、連續(xù)變化的模擬量，如電流、電壓、氣壓信號等。數(shù)字式數(shù)字式控制儀表以微處理器，單片機芯片為核心。其傳輸信號為斷續(xù)變化的數(shù)字量，由于可以進行各種數(shù)字運算和邏輯判斷，能解決模擬式控制儀表難以解決的問題。 分為模擬式和數(shù)字式兩大類：控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄8按結構形式分類按結構形式分類單元組合式控制儀表單元組合式控制儀表 基地式控制儀表基地式控制儀表 集散型計算機控制系統(tǒng)集散型計算機控制系統(tǒng) 現(xiàn)場控制系統(tǒng)現(xiàn)場控制系統(tǒng)控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄9單元組合式

5、單元組合式控制控制儀表儀表它們都經歷了型，型和型的三個階段。電動單元組合儀表中還有模擬和數(shù)字技術相結合的DDZ-S型系列儀表。各個儀表之間用統(tǒng)一的標準信號進行聯(lián)系用統(tǒng)一的標準信號進行聯(lián)系，將各將各種獨立儀表進行不同的組合種獨立儀表進行不同的組合，可以構成適用于各種不同場合的自動檢測或控制系統(tǒng)。這類儀表有電動單元組合儀表（DDZ）和氣動單元組合儀表（QDZ）兩大類?？刂苾x表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄10單元組合式單元組合式控制控制儀表儀表單元組合儀表可分為變送單元，執(zhí)行單元，單元組合儀表可分為變送單元，執(zhí)行單元，調節(jié)單元，轉換單元

6、，運算單元，顯示單元，調節(jié)單元，轉換單元，運算單元，顯示單元，給定單元和輔助單元等八類。給定單元和輔助單元等八類。 . .變送單元變送單元：它能將各種被測參數(shù)，如溫度，壓力，流量，液位等變換成相應的標準統(tǒng)一信號（4-20mA，0-10mA或20-100kPa）傳送到接收儀表，以供指示、記錄或控制。變送單元的品種有：溫度、壓力、差壓、流量、液位變送器等。 控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄11單元組合式單元組合式控制控制儀表儀表2.轉換單元轉換單元: 將電壓，頻率等電信號轉換為標準統(tǒng)一信號，或者進行標準統(tǒng)一信號之間的轉換。 轉換單

7、元的品種有：直流毫伏轉換器、頻率轉換器、電-氣轉換器、氣-電轉換器等。3.調節(jié)單元調節(jié)單元P P、I I、D D: 它將測量信號與給定信號進行比較，按偏差控制執(zhí)行器的動作，使測量值與給定值相等。調節(jié)單元的品種有：比例積分微分調節(jié)器、比例積分調節(jié)器、微分調節(jié)器以及具有特種功能的調節(jié)器等。 控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄12單元組合式單元組合式控制控制儀表儀表4.運算單元運算單元:它將幾個標準統(tǒng)一信號進行加、減、乘、除、開方、平方等運算，適用于多種參數(shù)綜合控制、配比控制、流量信號的溫度壓力水補償計算等。 運算單元的品種有：加減器

8、、乘除器和開方器等。 5.顯示單元顯示單元:它對各種被測參數(shù)進行指示、記錄、報警和積算，供操作人員監(jiān)視控制系統(tǒng)工況之用。顯示單元的品種有：指示儀、指示記錄儀、報警器、比例積算器和開方積算器等。 控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄13單元組合式單元組合式控制控制儀表儀表6.給定單元給定單元:輸出標準統(tǒng)一信號，作為被控變量的給定值送到調節(jié)單元，實現(xiàn)定值控制。其輸出信號可以供給其它儀表作為參考基準值。給定單元的品種有：恒流給定器、定值器、比值給定器和時間程序給定器等。 7.執(zhí)行單元執(zhí)行單元:它按照調節(jié)器輸出的控制信號或手動操作信號，操

9、作執(zhí)行元件，改變控制變量的大小。執(zhí)行單元的品種有：角行程電動執(zhí)行器、直行程電動執(zhí)行器和氣動薄膜調節(jié)閥等。 控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄14單元組合式單元組合式控制控制儀表儀表8.輔助單元:輔助單元是為了滿足自動控制系統(tǒng)某些要求而增設的儀表。 如：操作器、阻尼器、限幅器、安全柵等?？刂苾x表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄15基地式基地式控制控制儀表儀表 基地式控制儀表相當于把單元組合儀表的幾個單元組相當于把單元組合儀表的幾個單元組合在一起，構成一個儀表合在一起，構成

10、一個儀表。通常以指示、記錄儀表為主體，附加控制、測量、給定等部件，其控制信號輸出一般為開關量，也可以是標準統(tǒng)一信號。也有在數(shù)字式變送器或執(zhí)行器附帶的數(shù)字式轉換器中帶有調節(jié)器功能。 一個基地式儀表具有多種功能，與執(zhí)行器聯(lián)用或與變送器聯(lián)用，便可構成一個簡單的調節(jié)系統(tǒng)?？刂苾x表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄16集散型控制系統(tǒng)集散型控制系統(tǒng)(DCS(DCS系統(tǒng)系統(tǒng)) ) DCS系統(tǒng)是一種以微型計算機為核心的計算機控制裝置。其基本特點是分散控制分散控制、集中管理集中管理。 DCS系統(tǒng)通常由控制站（下位機）、操作站（上位機）和過程通訊網(wǎng)絡三部分

11、組成：控制站完成數(shù)據(jù)采集、處理及控制的作用；操作站完成生產過程信息的集中顯示、操作和管理等作用；過程通訊網(wǎng)絡用于實現(xiàn)操作站與控制站的連接，完成信息、控制命令等傳輸。DCS系統(tǒng)可以實現(xiàn)單元組合儀表中變送和執(zhí)行單元之外所有的功能，但DCS的功能是單元組合儀表無法比擬。 控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄17現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS(FCS系統(tǒng)系統(tǒng)) )FCS系統(tǒng)是基于現(xiàn)場總線技術的一種新型計算機控制裝置。其特點是現(xiàn)場控制現(xiàn)場控制和雙向數(shù)字通訊雙向數(shù)字通訊，即將傳統(tǒng)上集中于控制室的控制功能分散到現(xiàn)場設備中，實現(xiàn)現(xiàn)場控制

12、，而現(xiàn)場設備與控制室內的儀表或裝置之間為雙向數(shù)字通訊?，F(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結構的通信網(wǎng)絡。其中現(xiàn)場設備是指系統(tǒng)最底層的監(jiān)測、執(zhí)行和計算設備，如智能化的變送器、執(zhí)行器或控制器等。FCS系統(tǒng)具有全數(shù)字化、全分散式、可互操作、開放式以及現(xiàn)場設備狀態(tài)可控等優(yōu)點。FCS系統(tǒng)中還可能出現(xiàn)以以太網(wǎng)技術和以無線通信技術為基礎的計算機控制系統(tǒng)。控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄18三、信號制三、信號制信號制即信號標準，是指儀表之間采用的傳輸信號的類型和數(shù)值。 目的：達到通用性和相互兼容性的要求，以便不同

13、系列或不同廠家生產的儀表能夠共同使用在同一控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)系統(tǒng)的功能?？刂苾x表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄19信號標準信號標準我國國家標準GB777化工自動化儀表模擬氣動信號規(guī)定了氣動儀表信號的下限值和上限值，如表1-2所示，該標準與國際IEC382是一致的。100kPa(1Kgf/cm2)20kPa(0.2Kgf/cm2)上限下限1 1、氣動儀表的信號標準、氣動儀表的信號標準控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄20信號標準信號標準 序號1的規(guī)定與國際標準IEC381

14、 A一致。序號2考慮到DDZ-系列單元組合儀表當時仍在廣泛使用而設置的。 0-10mAmA電流信號歐歐歐負載電阻序號2 2、電動儀表的信號標準、電動儀表的信號標準(GB339)控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄21電動儀表信號標準的使用1、現(xiàn)場與控制室儀表之間采用直流電流信號直流電流信號 優(yōu)點：優(yōu)點： 直流比交流干擾少 直流信號對負載的要求簡單 電流比電壓更利于遠傳信息要求：要求：接收儀表輸入電阻小。 缺點：缺點：多個儀表接收同一電流信息，它們必須串聯(lián)。 控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄

15、上頁上頁下頁下頁目目 錄錄22 任何一個儀表在拆離信號回路之前首先要把該儀表的兩個輸入端短接，否則其它儀表將會因電流中斷而失去信號 儀表無公共接地點，須浮空工作控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄232、控制室內部儀表之間采用直流電壓信號優(yōu)點：優(yōu)點： 任何一個儀表拆離信號回路都不會影響其它儀表的運行。 各個儀表具有公共接地點，可以共用一個直流電源。要求：要求：接收儀表的輸入阻抗要足夠高控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄24電動儀表信號標準的使用3、控制系統(tǒng)儀表之間典

16、型聯(lián)接方式Io：發(fā)送儀表的輸出電流Ro：發(fā)送儀表的輸出電阻Ri：接收儀表的輸入電阻R ：電流電壓轉換電阻，Io=420mA時R取250。 控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄25第二節(jié)儀表防爆的基本知識在某些生產現(xiàn)場存在著各種易燃、易爆氣體。安裝在這種危險場所的儀表如果產生火花，就容易引起爆炸，因而必須具有防爆性能。 氣動儀表從本質上來說具有防爆性能。電動儀表必須采取必要的防爆措施才具有防爆性能，其防爆措施不同，防爆性能也將不同，適合應用的危險場所也不同?？刂苾x表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上

17、頁上頁下頁下頁目目 錄錄26一、防爆儀表的標準 iaIICT5 iaIICT6 dIIBT3v防爆儀表的分類 v防爆儀表的分級和分組 v防爆儀表的標志國家標準GB3836.1爆炸性環(huán)境用防爆電氣設備通用要求控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄27防爆儀表的分類 II類(工廠用)電氣設備又分為8種類型。其標志如下： S特殊型 n無火花型 q充沙型 O充油型 P正壓型 i本質安全型 e增安型 d隔爆型 按照國標GB3836.1規(guī)定，防爆電氣設備分為兩大類： I I 類：煤礦井下用電氣設備類：煤礦井下用電氣設備 II II類：工廠用電氣

18、設備類：工廠用電氣設備控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄28防爆儀表的分級和分組在爆炸性氣體或蒸汽中使用的儀表，引起爆炸主要有兩方面原因：（1） 儀表產生能量過高的電火花或儀表內部因故障產生的火焰通過表殼的縫隙引燃儀表外的氣體或蒸汽（2） 儀表過高的表面溫度因此，根據(jù)上述兩個方面對II類（工廠用）防爆儀表進行了分級和分組，規(guī)定其適用范圍。 控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄29防爆儀表的分級和分組防爆儀表的分級 根據(jù)：最大試驗安全間隙dmax 或 最小點燃電流的比

19、值MICR級別dmax (mm) MICR II A dmax0.9 MICR0.8 II B 0.9 dmax0.5 0.8MICR0.45 II C 0.5dmax 0.45MICR 控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄30防爆儀表的分級和分組防爆儀表的分組 根據(jù)：儀表最高表面溫度溫度組別T1T2T3T4T5T6最高表面溫度45030020013510085儀表的最高表面溫度 = 實測最高表面溫度 實 測時環(huán)境溫度+ 規(guī)定最高環(huán)境溫度 控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目

20、目 錄錄31防爆儀表的標志防爆儀表的防爆標志為“Ex”；儀表的防爆等級標志的順序為：防爆型式、類別、級別、溫度組別。 過程控制儀表常見的防爆等級有iaIICT5 (iaIICT6)和dIIBT3二種。前者表示II類本質安全型ia等級C級T5組；后者表示II類隔爆型B級T3組。 * 防爆儀表的分級與分組，與易燃易爆氣體或蒸汽的分級和分組是相對應的。 控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄32組別T1450 T2300400 T3200300 T4135200 T5100135 T685100 IIA 甲烷、氨、乙甲烷、氨、乙烷、丙烷、

21、丙烷、丙烷、丙酮、苯、甲苯、酮、苯、甲苯、一氧化碳、丙一氧化碳、丙烯酸、甲脂、烯酸、甲脂、苯乙烯、醋酸苯乙烯、醋酸乙脂、醋酸、乙脂、醋酸、氯苯、醋酸甲氯苯、醋酸甲脂脂 乙醇、丁醇、乙醇、丁醇、丁烷、醋酸丁丁烷、醋酸丁脂、醋酸戊脂、脂、醋酸戊脂、環(huán)戊烷、丙烯、環(huán)戊烷、丙烯、乙苯、甲醇、乙苯、甲醇、丙醇丙醇 環(huán)乙烷、環(huán)乙烷、戊烷、己戊烷、己烷、庚烷、烷、庚烷、辛烷、汽辛烷、汽油、煤油、油、煤油、柴油、戊柴油、戊醇、己醇、醇、己醇、環(huán)乙醇環(huán)乙醇 乙醛、三乙醛、三甲胺甲胺 亞硝酸亞硝酸乙脂乙脂 IIB 丙烯脂、二甲丙烯脂、二甲醚、環(huán)丙烷、醚、環(huán)丙烷、市用煤氣市用煤氣 環(huán)氧丙烷、丁環(huán)氧丙烷、丁二烯、乙烯

22、二烯、乙烯 二甲醚、二甲醚、丙烯醛、丙烯醛、碳化氫碳化氫 乙醚、二乙醚、二乙醚乙醚 IIC 氫、水煤氣氫、水煤氣 乙炔乙炔 二硫化二硫化碳碳 硝酸乙硝酸乙脂脂 級別易爆性氣體或蒸汽級別和組別一覽表易爆性氣體或蒸汽級別和組別一覽表 控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄33二、過程控制儀表的防爆措施過程控制儀表主要有: 隔爆型防爆儀表 本質安全型防爆儀表 控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄34隔爆型防爆儀表 特點：儀表的電路和接線端子全部置于防爆殼體內儀表的電路和接線端

23、子全部置于防爆殼體內 防爆措施：v采用耐壓采用耐壓8080100N/cm100N/cm2 2以上的表殼以上的表殼v表殼外部的溫升不得超過由易爆性氣體或蒸汽的引燃溫度所規(guī)表殼外部的溫升不得超過由易爆性氣體或蒸汽的引燃溫度所規(guī)定的數(shù)值定的數(shù)值v表殼接合面的縫隙寬度及深度，應根據(jù)它的容積和易爆性氣體表殼接合面的縫隙寬度及深度，應根據(jù)它的容積和易爆性氣體的級別采用規(guī)定的數(shù)值的級別采用規(guī)定的數(shù)值使用注意：* *揭開儀表表殼后，將失去了防爆性能揭開儀表表殼后，將失去了防爆性能 * *長期使用會逐漸降低防爆性能長期使用會逐漸降低防爆性能 控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目

24、錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄35本質安全型防爆儀表v本質安全型防爆儀表也稱安全火花型防爆儀表。這種儀表，在正常狀態(tài)下或規(guī)定的故障狀態(tài)下產生的電火花和熱效應均不會引起規(guī)定的易爆性氣體混合物爆炸。v 正常狀態(tài)指在設計規(guī)定條件下的工作狀態(tài)，故障狀態(tài)指電路中非保護性元件損壞或產生短路、斷路、接地及電源故障等情況?？刂苾x表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄36本質安全型防爆儀表本質安全型ia和ib兩個等級分別表示： 1. ia 等級在正常工作、一個故障和兩個故障時均不能點燃爆炸性氣體混合物的電氣設備。 2. ib 等級在正常工作和一個故障時不能

25、點燃爆炸性氣體的電氣設備。控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄37本質安全型防爆儀表安全火花型防爆儀表所采取的措施主要有： 1. 儀表采用低工作電壓和小工作電流低工作電壓和小工作電流。通常，正常工作電壓不大于24VDC，電流不大于20mADC；故障時電壓不大于35VDC，電流不大于35mADC； 2. 在線路設計上，對處于危險場所的電路，選擇適當大小適當大小的電阻、電容和電感參數(shù)參數(shù)，使其只產生安全火花；同時在較大的電容、電感回路中并聯(lián)雙重化二并聯(lián)雙重化二極管極管，以消除不安全火花?？刂苾x表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置

26、上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄38三、控制系統(tǒng)的防爆措施 要使整個測量或控制系統(tǒng)的防爆性能符合安全火花防爆要求，必須滿足：1.在危險場所使用安全火花型防爆儀表2.在控制室儀表與危險場所儀表之間設置安全柵控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄39 1.必須正確地安裝安全柵和布線。（1）安全柵必須有良好的接地。（2）安全柵的輸入、輸出端的接線，應該分別布設，不能走同一條線槽。 （3）對由安全柵通向現(xiàn)場儀表的信號線的分布電容和分布電感有一定的限制。要真正實現(xiàn)安全火花防爆，必須做到：要真正實現(xiàn)安全火花防爆，必須做到：控

27、制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄40（4 4）因為信號線與穿線管管壁之間存在的分布）因為信號線與穿線管管壁之間存在的分布電容也具有儲能作用。穿管安裝時，穿線管的直電容也具有儲能作用。穿管安裝時，穿線管的直徑宜足夠大徑宜足夠大0rsllLna0rsllCna分布電感、分布電容的數(shù)值可按下公式計算分布電感、分布電容的數(shù)值可按下公式計算2.2.安全火花型現(xiàn)場儀表在危險場所時，雖然允許打安全火花型現(xiàn)場儀表在危險場所時，雖然允許打開表殼進行檢查開表殼進行檢查, , 攜帶到現(xiàn)場的檢修用的儀器儀表攜帶到現(xiàn)場的檢修用的儀器儀表必須是安全火花型的

28、。必須是安全火花型的。控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄41第三節(jié)儀表的分析方法從儀表整體結構上看，模擬式控制儀表有兩種構從儀表整體結構上看，模擬式控制儀表有兩種構成形式：成形式： 1.1.儀表整機采用單個放大器，其放大器可由儀表整機采用單個放大器，其放大器可由若干級放大電路或不同的放大器串聯(lián)而成。屬若干級放大電路或不同的放大器串聯(lián)而成。屬于這一類的儀表有于這一類的儀表有DDZ-IIDDZ-II型儀表、大部分的變型儀表、大部分的變送器以及氣動儀表等。送器以及氣動儀表等。2.2.整機由數(shù)目不等的運算放大器電路以不同整機由數(shù)目不等的

29、運算放大器電路以不同形式（主要是串聯(lián)形式）組裝而成。采用運算放形式（主要是串聯(lián)形式）組裝而成。采用運算放大器的儀表都屬于這一類構成形式，如大器的儀表都屬于這一類構成形式，如DDZ-IIIDDZ-III型系列、型系列、I I系列和系列和EKEK系列儀表等。系列儀表等。 控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄42一、采用單個放大器的儀表分析這類儀表一般具有如圖所示的典型結構，整個儀這類儀表一般具有如圖所示的典型結構，整個儀表可以劃分為：輸入部分、放大器和反饋部分表可以劃分為：輸入部分、放大器和反饋部分。 K Ki i輸入部分的轉換系數(shù)；

30、輸入部分的轉換系數(shù)； K K放大器的放大系數(shù)；放大器的放大系數(shù)； K Kf f反饋部分的反饋系數(shù)反饋部分的反饋系數(shù)。fiKKKKxy1控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄43當滿足當滿足KKKKf f11的條件時，的條件時，fiKKxy2.在滿足KKf 1的條件時，放大器的凈輸入趨向于零（ 0）。 特點：特點：.在滿足KKf 1的條件時，儀表的輸出與輸入關系僅取決于輸入部分的特性和反饋部分的特性。fiKKKKxy1由于 Z Zi i = DX Z= DX Zf f = =K Kf fy y Z Zi i= Z= Zf f因此 =

31、Z= Zi i -Z-Zf f = 0= 0控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄44分析方法分析方法 1 1、將儀表劃分為輸入部分、放大器和反饋部分；、將儀表劃分為輸入部分、放大器和反饋部分； 2 2、對各個部分分析，重點是輸入部分和反饋部分；、對各個部分分析，重點是輸入部分和反饋部分； 3 3、求出整機輸出與輸入之間的關系，得整機特性。、求出整機輸出與輸入之間的關系，得整機特性。比較環(huán)節(jié)的確定可以從放大器的輸入端即比較環(huán)節(jié)的確定可以從放大器的輸入端即 所加位所加位置著手；置著手；取樣環(huán)節(jié)的確定可以從儀表的輸出信號回路著手取樣環(huán)節(jié)

32、的確定可以從儀表的輸出信號回路著手 ?？刂苾x表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄45電動儀表的兩種比較方式1.1.串聯(lián)比較串聯(lián)比較2.2.并聯(lián)比較并聯(lián)比較控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄46電動儀表的兩種取樣方式1.電流取樣2.電壓取樣控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄47氣動儀表的比較環(huán)節(jié)氣動儀表的比較環(huán)節(jié)主要有：力比較和力矩比較二種方式。力比較是輸入力和反饋力作用在比較元件上，力比較是輸入力和反饋力作

33、用在比較元件上，其差值使比較元件產生微小的位移；其差值使比較元件產生微小的位移； 力矩比較是輸入力矩和反饋力矩作用在作為力矩比較是輸入力矩和反饋力矩作用在作為比較元件的杠桿上，其差值使杠桿產生微小的偏比較元件的杠桿上，其差值使杠桿產生微小的偏轉。轉。 氣動儀表的取樣方式是將儀表輸出氣壓信號氣動儀表的取樣方式是將儀表輸出氣壓信號直接引入反饋部分。直接引入反饋部分。 控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄48二、采用運算放大器的儀表分析方法二、采用運算放大器的儀表分析方法這類儀表的線路是由若干個運算放大器若干個運算放大器電路組裝而成，主

34、要是運算放大器電路以電路組裝而成，主要是運算放大器電路以串聯(lián)形式相聯(lián)串聯(lián)形式相聯(lián)。由于每一個運算放大器電路的輸出電阻很小，而輸入電阻又都足夠大，這樣，前、后級運算放大器電路之間相互影響很小。分析這類儀表時，可以把整個儀表線路分成一個個運把整個儀表線路分成一個個運算放大器電路單獨地進行分析，最后再綜合得到整算放大器電路單獨地進行分析，最后再綜合得到整機的特性機的特性?？刂苾x表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄49運算放大器的基本知識1 1輸入端（輸入端（+ +、- -）：）：+ +端為同端為同相輸入端，相輸入端，- -端為反相輸入端。電壓

35、端為反相輸入端。電壓差差U Ud d 的正方向是從同相端到反相端。的正方向是從同相端到反相端。U UT T 為同相端對地（正、負電源的公為同相端對地（正、負電源的公共端）的電壓，共端）的電壓，U UF F 為反相端對地的為反相端對地的電壓。電壓。 2 2輸出端：輸出端：U Uo o 為輸出端對地為輸出端對地的電壓，的電壓， 即輸出電壓。即輸出電壓。3 3電源端（電源端（U U 、U U- - ）1、運算放大器的引出端、運算放大器的引出端把運算放大器看成是雙端輸入、單端輸出的三端器件。把運算放大器看成是雙端輸入、單端輸出的三端器件?？刂苾x表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁

36、目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄50運算放大器的基本性能. .運算放大器的使用條件運算放大器的使用條件222dcFTFTFUUUUUUU-222dcFTFTTUUUUUUU-為差模輸入電壓為差模輸入電壓cUdU為共模輸入電壓為共模輸入電壓控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄51 任何一個運算放大器，其允許承受的任何一個運算放大器，其允許承受的 和和 都有一定的限制，制造廠規(guī)定了運算放都有一定的限制，制造廠規(guī)定了運算放大器的最大差模輸入電壓（又稱大器的最大差模輸入電壓（又稱差模輸入范差模輸入范圍圍）和）和 最大共模輸入電壓（又稱

37、最大共模輸入電壓（又稱共模輸入范共模輸入范圍圍）。）。 運算放大器的輸出電壓和電流也都有一運算放大器的輸出電壓和電流也都有一定的限制，最大輸出電壓一般比電源電壓定的限制，最大輸出電壓一般比電源電壓低低1 12V,2V,最大輸出電流一般為最大輸出電流一般為5mA5mA或或10mA10mA，在儀表電路中需要輸出大電流時，往往采在儀表電路中需要輸出大電流時，往往采用三極管進行電流放大。用三極管進行電流放大。cUdU控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄52運算放大器的基本性能運算放大器的基本性能. .運算放大器的基本特征運算放大器的基本特

38、征 理想運算放大器特點：理想運算放大器特點： 1 1輸入電阻輸入電阻R Ri i=； 2 2輸出電阻輸出電阻R Ro o=0=0；3 3開環(huán)電壓增益開環(huán)電壓增益K Ko o= = ； 4 4失調及其漂移為零。失調及其漂移為零。 dUbTIbFI兩條重要的結論：兩條重要的結論：1 1差模輸入電壓為零，即差模輸入電壓為零，即 = 0 = 0 或或 U UT T = =U UF F 2 2輸入端輸入電流為零，即輸入端輸入電流為零，即 = 0 , = 0 = 0 , = 0 控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄53運算放大器電路運算放大器

39、電路1.反相端輸入 UT = 0 OiFURRRURRRU211212-OiFURRRURRRU211212-12RRUUio-= 0控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄54特點：特點： 1 1輸出電壓與輸入電壓成正比，其比輸出電壓與輸入電壓成正比，其比例系數(shù)為例系數(shù)為R R2 2/R/R1 1； 2 2輸出與輸入極性相反；輸出與輸入極性相反； 3 3反相端不接地，但反相端不接地，但U UF F =0 =0，故稱反相，故稱反相端為端為“虛地虛地”； 4 4輸入電阻約等于輸入回路電阻輸入電阻約等于輸入回路電阻R R1 1； 5 5輸

40、入回路電流輸入回路電流I Ii i，全部流經反饋回路，全部流經反饋回路，即即I I f f = = I Ii i 。控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄55. .同相端輸入同相端輸入 OFURRRU211OiURRRU211121RRUUiO控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄56 特點：特點： 1 1輸出電壓與輸入電壓成正比，其比例系數(shù)為輸出電壓與輸入電壓成正比，其比例系數(shù)為（1+R1+R2 2/R/R1 1）；）；2 2輸出與輸入極性相同；輸出與輸入極性相同；3

41、3同相端和反相端存在共模電壓同相端和反相端存在共模電壓UC = ；4 4輸入電阻等于運算放大起本身的共模輸入電阻，輸入電阻等于運算放大起本身的共模輸入電阻，其值很大，通常為其值很大，通常為1 1 500M 500MW W。 iU控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄573.3.差動輸入差動輸入 4321RRRROiFFURRRURRRU211212iTTURRRU434iFiTOURRURRRRRRU12434121-idiFTOURRUUiRRU1212-如果取則控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目

42、 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄58特點：特點：在滿足 電阻匹配條件時，差動輸入放大器電路的輸出電壓僅僅取決于兩個輸入電壓之差U Uidid = = U UiT iT - -U UiFiF ，即這種電路只放大差動信號，不放大共模信號，且與差動信號Uid 成正比，比例系數(shù)為R2/R1。輸出電壓與差動信號極性相同。 在儀表線路中，往往取得R1=R3、R2=R4，形成所謂對稱差動運放電路。 運算放大器輸入端存在共模電壓4321RRRRiTCURRRU434控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄594.電壓跟隨器 U U0 0 = = U

43、Ui i 特點特點：輸入電阻高：輸入電阻高 輸出電阻低輸出電阻低 它在儀表電路應用中，起隔離作用它在儀表電路應用中，起隔離作用控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄60單電源供電的運算放大器電路 出于儀表總體設計的需要、便于儀表的安裝以及變送器采用二線制等原因，在儀表線路中，一般都采用單電源供電，即由一組+24V電源供電。 運算放大器采用單電源供電后，只影響其本身的使用條件，而并不影響運算放大器電路的運算關系和特性。 控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄61單電源供電時

44、運算放大器的使用條件 雙電源供電和單電源供電的實質是電位基準問題 2）而單電源供電是以電源負極為基準1）雙電源供電，是以正、負電源公共端C為基準控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄62單電源供電時運算放大器的使用條件 、雙電源 、單電源控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄63單電源供電時運算放大器的使用條件DDZ-III型等系列儀表的信號范圍為1 5V，在24V單電源供電時，顯然不能滿足共模輸入范圍的要求。為此，在儀表的電路中，采用電平移動的方法，即另加電平移動電源U

45、B ，以便使UT 和UF 進入共模輸入范圍以內。 另加電平移動電源UB 之后，運算放大器電路在單電源供電時以UB 為基準的運算關系，跟雙電供電時以地（0V）為基準的運算關系，在形式上完全相同?？刂苾x表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄64單電源供電的運算放大電路 為以UB為基準的輸出電壓 如以地為基準的輸出電壓為 運算放大器差模輸入電壓 沒有改變 共模電壓共模電壓（應相對于（應相對于0V0V）如取U UB B作為輸入、輸出信號的基準作為輸入、輸出信號的基準idUOUidOURRU12BidBOOUURRUUU12iFiTiFiTidUU

46、UUU-iTBTURRRURRRU434433UC 控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置上頁上頁下頁下頁目目 錄錄上頁上頁下頁下頁目目 錄錄65單電源供電的運算放大電路 24V24V單電源供電的對稱差動運算放大器電路，除了一般的差動單電源供電的對稱差動運算放大器電路，除了一般的差動運放電路的特點之外，還具有如下兩個特點：運放電路的特點之外，還具有如下兩個特點：1.1.能實現(xiàn)信號電平的移動。能實現(xiàn)信號電平的移動。U Uo o只取決于只取決于U Uidid，而與輸入信號的，而與輸入信號的基準無關，同時基準無關，同時U U0 0又是以又是以U UB B為基準，因此能把為基準，因此能把0V0V為基準的輸入電為基準的輸入電壓壓U UiTiT、U UiFiF轉換為以轉換為以U UB B為基準的輸出電壓為基準的輸出電壓U Uo o。 2