第二章 過(guò)程建模與過(guò)程檢測(cè)控制儀表

第二章過(guò)程建模和過(guò)程

檢測(cè)控制儀表主要內(nèi)容1、過(guò)程建模（**）2、過(guò)程變量檢測(cè)與變送（*）4、其它數(shù)字式過(guò)程控制儀表3、過(guò)程控制儀表ProcessControlSystemWangyuyuki1120@基本概念1被控過(guò)程（對(duì)象）：指正在運(yùn)行中的多種多樣的被控制的生產(chǎn)工藝設(shè)備。數(shù)學(xué)模型：指過(guò)程在各輸入量的作用下，其相應(yīng)輸出量變化的函數(shù)關(guān)系數(shù)學(xué)表達(dá)式。

參數(shù)模型：即用數(shù)學(xué)方程來(lái)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(yīng)函數(shù)、狀態(tài)方程等）。

過(guò)程的數(shù)學(xué)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(lái)表示（形象、直觀，但對(duì)進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和綜合不方便）。階躍響應(yīng)曲線、脈沖響應(yīng)曲線、頻率特性曲線。ProcessControlSystemWangyuyuki1120@過(guò)程通道----被控過(guò)程輸入量與輸出量之間的信號(hào)聯(lián)系?？刂仆ǖ溃嚎刂谱饔门c被控變量之間的信號(hào)聯(lián)系通道。擾動(dòng)通道：擾動(dòng)作用與被控變量之間的信號(hào)聯(lián)系通道。

外部擾動(dòng)----其他的輸入量則稱(chēng)為擾動(dòng)作用(f1(t)～

fn(t))。外部擾動(dòng)對(duì)過(guò)程控制也有很大影響。

內(nèi)部擾動(dòng)（基本擾動(dòng)）----通常是一個(gè)可控性良好的輸入量，選作為控制作用，即調(diào)節(jié)器的輸出量(u(t))作為控制作用。基本擾動(dòng)作用于閉合回路內(nèi)，所以對(duì)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(gè)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(chēng)為擾動(dòng)作用。多入多出的系統(tǒng)：

幾個(gè)輸入量將同時(shí)影響兩個(gè)或兩個(gè)以上的被控量，可采用解耦控制等方法解除影響。ProcessControlSystemWangyuyuki1120@被控對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的特點(diǎn)

被控對(duì)象所進(jìn)行的過(guò)程幾乎都離不開(kāi)物質(zhì)或能量的流動(dòng)。流入量：從外部流入對(duì)象內(nèi)部的物質(zhì)或能量流量。流出量:從對(duì)象內(nèi)部流出的流量。

被控過(guò)程大多屬于慢過(guò)程，被調(diào)量的變化十分緩慢

被控對(duì)象具有純延遲，即傳輸延遲。

被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性是不振蕩的。

被控對(duì)象本身是穩(wěn)定的或中性穩(wěn)定的。（自衡與非自衡）

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

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

ProcessControlSystemWangyuyuki1120@自衡過(guò)程與非自衡過(guò)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(guò)程；若出口加泵，為非自衡過(guò)程。

自衡過(guò)程----指過(guò)程在擾動(dòng)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(yù)，依靠其自身重新恢復(fù)平衡的過(guò)程。

非自衡過(guò)程-----指過(guò)程在擾動(dòng)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(yù)，依靠其自身不能重新恢復(fù)平衡的過(guò)程。

ProcessControlSystemWangyuyuki1120@過(guò)程數(shù)學(xué)模型及其建立方法建立數(shù)學(xué)模型的目的:

建立工業(yè)過(guò)程優(yōu)化操作方案

制訂控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行仿真研究

進(jìn)行控制系統(tǒng)的調(diào)試和調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定

設(shè)計(jì)工業(yè)過(guò)程的故障檢測(cè)與診斷系統(tǒng)

制訂大型設(shè)備啟動(dòng)和停車(chē)的操作方案

設(shè)計(jì)工業(yè)過(guò)程運(yùn)行人員培訓(xùn)系統(tǒng)ProcessControlSystemWangyuyuki1120@被控對(duì)象數(shù)學(xué)模型的表達(dá)形式和利用方式表達(dá)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(jié)構(gòu)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(shí)域表達(dá)-階躍響應(yīng)、脈沖響應(yīng)（預(yù)測(cè)控制）頻域表達(dá)-傳遞函數(shù)（PID控制、自適應(yīng)控制）利用方式：

離線在線

ProcessControlSystemWangyuyuki1120@對(duì)被控對(duì)象數(shù)學(xué)模型的要求

根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況提出適當(dāng)要求ProcessControlSystemWangyuyuki1120@幾種控制方式最優(yōu)控制----目的在于使一個(gè)機(jī)組、一臺(tái)設(shè)備、或一個(gè)生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)局部最優(yōu)。最優(yōu)控制問(wèn)題核心是選擇控制函數(shù)u(f)，使得某一性能指標(biāo)達(dá)到最小或最大值。自適應(yīng)控制----能適應(yīng)被控過(guò)程參數(shù)(或環(huán)境條件)的變化，自動(dòng)修正控制器參數(shù)(控制算法)以補(bǔ)償被控過(guò)程特性變化的一種控制。調(diào)節(jié)器參數(shù)整定----系統(tǒng)整定的實(shí)質(zhì)，就是通過(guò)改變控制參數(shù)使調(diào)節(jié)器特性和被控過(guò)程特性配合好，來(lái)改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性，求得最佳的控制效果。ProcessControlSystemWangyuyuki1120@過(guò)程數(shù)學(xué)模型的求取方法方法二：實(shí)驗(yàn)法建模（過(guò)程辨識(shí)法）,即根據(jù)過(guò)程輸入、輸出數(shù)據(jù)，通過(guò)過(guò)程辨識(shí)與參數(shù)估計(jì)的方法建立被控過(guò)程的數(shù)學(xué)模型。方法一：機(jī)理分析法，即根據(jù)過(guò)程的內(nèi)在機(jī)理，通過(guò)靜態(tài)與動(dòng)態(tài)物料平衡和能量平衡關(guān)系求取過(guò)程的數(shù)學(xué)模型。方法三：上兩種方法的結(jié)合，即先通過(guò)機(jī)理分析確定模型的結(jié)構(gòu)形式，再通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)確定模型中各系數(shù)的大小。ProcessControlSystemWangyuyuki1120@機(jī)理分析法建模

當(dāng)對(duì)一個(gè)系統(tǒng)的工作機(jī)理有了清楚全面的認(rèn)識(shí)，而且過(guò)程能用成熟的理論進(jìn)行描述時(shí)，便可采用機(jī)理法建模。根據(jù)基本的物理定律從系統(tǒng)內(nèi)部工作過(guò)程的機(jī)理出發(fā),建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的方法稱(chēng)為機(jī)理法或“白盒法”。它具有較嚴(yán)密的理論依據(jù)，在任何狀態(tài)下使用都不會(huì)引起定性的錯(cuò)誤。建模時(shí)，首先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析和類(lèi)比，再作出一些合理的假設(shè)，以簡(jiǎn)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(zhì)量守恒、能量守恒、動(dòng)量守恒等）建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。ProcessControlSystemWangyuyuki1120@機(jī)理推導(dǎo)的幾類(lèi)數(shù)學(xué)模型

集中參數(shù)過(guò)程-----單個(gè)控制參數(shù)的過(guò)程控制分布參數(shù)過(guò)程-----多個(gè)控制參數(shù)的過(guò)程控制多級(jí)過(guò)程------控制過(guò)程有多個(gè)控制步（相當(dāng)于離散系統(tǒng)）ProcessControlSystemWangyuyuki1120@物料（或能量）平衡關(guān)系動(dòng)態(tài)物料（或能量）平衡關(guān)系：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)進(jìn)入被控過(guò)程的物料（或能量）減去單位時(shí)間內(nèi)從被控過(guò)程流出的物料（或能量）等于被控過(guò)程內(nèi)物料（或能量）存儲(chǔ)量的變化率。

靜態(tài)物料（或能量）平衡關(guān)系：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)進(jìn)入被控過(guò)程的物料（或能量）等于單位時(shí)間內(nèi)從被控過(guò)程流出的物料（或能量）。ProcessControlSystemWangyuyuki1120@（一）自衡過(guò)程建模1、單容過(guò)程-----只有一個(gè)儲(chǔ)蓄容量的過(guò)程A=C輸入q(t)輸出h(t)b）階躍響應(yīng)ProcessControlSystemWangyuyuki1120@模型推導(dǎo)1動(dòng)態(tài)物料平衡關(guān)系及其增量形式：物理原理：其中，R2為閥門(mén)2的阻力，稱(chēng)為液阻或流阻。

-----流入量，控制過(guò)程的輸入變量-----流出量，中間變量

h

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

令過(guò)程容量C=A

消去中間變量，及拉氏變換后，有ProcessControlSystemWangyuyuki1120@模型推導(dǎo)3容量或容量系數(shù)-----被控過(guò)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(chēng)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(shí)被控過(guò)程貯存量變化的大小。CsR2H(s)+H(s)=R2Q1(s),故單容過(guò)程的數(shù)學(xué)模型為：

式中，TO=R2C為液位過(guò)程的時(shí)間常數(shù),C為容量系數(shù)(或容量)。K0=R2,為液位過(guò)程的放大系數(shù)。ProcessControlSystemWangyuyuki1120@雙容過(guò)程的建模（一）自衡過(guò)程建模2、雙容過(guò)程b）階躍響應(yīng)輸入輸出ProcessControlSystemWangyuyuki1120@模型推導(dǎo)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(guān)系可以列出下列方程：

ProcessControlSystemWangyuyuki1120@模型推導(dǎo)2雙容過(guò)程的數(shù)學(xué)模型為：T1—第一只水箱的時(shí)間常數(shù)，T1=R2C1

；T2—第二只水箱的時(shí)間常數(shù)，T2=R3C2；K0—過(guò)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(guò)程的數(shù)學(xué)模型（一）自衡過(guò)程建模ProcessControlSystemWangyuyuki1120@其數(shù)學(xué)模型為：模型推導(dǎo)T0—過(guò)程的時(shí)間常數(shù)，T0=R2C；K0—過(guò)程的放大系數(shù)，K0=R2；—過(guò)程的純滯后時(shí)間。ProcessControlSystemWangyuyuki1120@（二）無(wú)自衡過(guò)程建模1、單容過(guò)程b）階躍響應(yīng)ProcessControlSystemWangyuyuki1120@模型推導(dǎo)在自衡過(guò)程下，有

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

帶有純滯后的過(guò)程ProcessControlSystemWangyuyuki1120@2、雙容過(guò)程（二）無(wú)自衡過(guò)程建模b）階躍響應(yīng)ProcessControlSystemWangyuyuki1120@模型推導(dǎo)數(shù)學(xué)模型為：Ta—雙容過(guò)程積分時(shí)間常數(shù)，Ta=C2

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

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

：總結(jié)2ProcessControlSystemWangyuyuki1120@試驗(yàn)法建模定義：是在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程（設(shè)備）中，根據(jù)過(guò)程輸入、輸出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，即通過(guò)過(guò)程辨識(shí)與參數(shù)估計(jì)的方法建立被控過(guò)程的數(shù)學(xué)模型。

*與機(jī)理分析法相比，試驗(yàn)法建模的主要特點(diǎn)是不需要深入了解過(guò)程的機(jī)理。但是必須設(shè)計(jì)一個(gè)合理的實(shí)驗(yàn)，以獲取過(guò)程所含的最大信息量，而對(duì)此往往是很困難的。因此，在實(shí)際使用時(shí)，試驗(yàn)法和機(jī)理法經(jīng)常是相互補(bǔ)充的。如先通過(guò)機(jī)理法確定模型的結(jié)構(gòu)形式，在通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)確定模型中各系數(shù)的大小。ProcessControlSystemWangyuyuki1120@試驗(yàn)法類(lèi)型試驗(yàn)法可分為加專(zhuān)門(mén)信號(hào)與不加專(zhuān)門(mén)信號(hào)兩種。加專(zhuān)門(mén)信號(hào)的方法—在試驗(yàn)過(guò)程中改變所研究的過(guò)程輸入量，對(duì)其輸出量進(jìn)行數(shù)據(jù)處理求得過(guò)程的數(shù)學(xué)模型。不加專(zhuān)門(mén)信號(hào)—利用過(guò)程在正常操作時(shí)所記錄的信號(hào)，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析求得過(guò)程的數(shù)學(xué)模型，屬于定性分析，精度較差。專(zhuān)門(mén)信號(hào)發(fā)生器時(shí)域信號(hào)發(fā)生器：階躍信號(hào)、脈沖信號(hào)等頻域信號(hào)發(fā)生器：正弦波、梯形波等隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器：白噪聲、偽隨機(jī)信號(hào)等ProcessControlSystemWangyuyuki1120@

階躍響應(yīng)曲線法—在被控過(guò)程的輸入量作階躍變化時(shí)，測(cè)定其輸出量隨時(shí)間而變化的曲線。

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

復(fù)習(xí)：自衡過(guò)程單容、雙容及純滯后對(duì)象數(shù)學(xué)模型無(wú)自衡過(guò)程單容、雙容及純滯后對(duì)象數(shù)學(xué)模型ProcessControlSystemWangyuyuki1120@(二)由階躍響應(yīng)曲線確定過(guò)程的傳遞函數(shù)

可見(jiàn)，只要由階躍響應(yīng)曲線求得放大系數(shù)、時(shí)間常數(shù)以及滯后時(shí)間，即可確定過(guò)程的數(shù)學(xué)模型。

放大系數(shù)K：

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

放大系數(shù)是描述對(duì)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(yīng)曲線確定過(guò)程的傳遞函數(shù)

時(shí)間常數(shù)T

：反映被控變量變化快慢的一個(gè)重要?jiǎng)討B(tài)參數(shù)。指當(dāng)對(duì)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(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值所需的時(shí)間?；颍寒?dāng)對(duì)象受到階躍輸入作用后，被控變量達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值的63.2%所需時(shí)間。（一階）滯后時(shí)間τ：是純滯后時(shí)間τ0和容量滯后τC

的總和。*純滯后是由于介質(zhì)的輸送或熱的傳遞需要一段時(shí)間引起的。*容量滯后一般是因?yàn)槲锪匣蚰芰康膫鬟f需要通過(guò)一定的阻力而引起的。滯后時(shí)間τ是反映對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的另一個(gè)重要參數(shù)。ProcessControlSystemWangyuyuki1120@1.由階躍響應(yīng)曲線確定一階環(huán)節(jié)的特性參數(shù)輸入階躍信號(hào)u0

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

計(jì)算法對(duì)一階慣性對(duì)象ProcessControlSystemWangyuyuki1120@(2)

時(shí)間常數(shù)求?。?/p>

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

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

將階躍響應(yīng)曲線標(biāo)準(zhǔn)化

y*(t)的解為：取自然對(duì)數(shù)得：在標(biāo)準(zhǔn)化曲線上選擇兩點(diǎn)，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(yàn)：y*（t3）=0.87，t3=2T0ProcessControlSystemWangyuyuki1120@2.由階躍響應(yīng)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(hào)u0

，階躍響應(yīng)穩(wěn)態(tài)值為。對(duì)一階加滯后慣性對(duì)象:（1）放大系數(shù)求取：在數(shù)值上等于對(duì)象處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)輸出變化量與輸入變化量之比：

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

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

將階躍響應(yīng)曲線標(biāo)準(zhǔn)化

y*(t)的解為：在標(biāo)準(zhǔn)化曲線上選擇兩點(diǎn)y*(t1)、y*(t2)

，讀出對(duì)應(yīng)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(yàn)：ProcessControlSystemWangyuyuki1120@作業(yè)2-5，2-6，2-13ProcessControlSystemWangyuyuki1120@過(guò)程變量檢測(cè)與變送

基本概念、概述

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

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

測(cè)儀表一次儀表---一般為將被測(cè)量轉(zhuǎn)換為便于計(jì)量的物理量所使

用的儀表，即為檢測(cè)元件二次儀表---將測(cè)得的信號(hào)變送轉(zhuǎn)換為可計(jì)量的標(biāo)準(zhǔn)電氣信號(hào)

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(zhǔn)確性，傳感器的輸出信號(hào)與被測(cè)參數(shù)成嚴(yán)格的單值函數(shù)關(guān)系。高穩(wěn)定性，不受時(shí)間或環(huán)境溫度變化等因素的影響。高靈敏度，被測(cè)參數(shù)微小變化時(shí)，輸出量變化明顯。對(duì)傳感器的三個(gè)要求：標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)：電動(dòng)儀表：4-20mA，DC（遠(yuǎn)距離）；1-5V，DC（柜內(nèi)傳輸）氣動(dòng)儀表：20-100Kpa

ProcessControlSystemWangyuyuki1120@基本概念、概述測(cè)量過(guò)程與測(cè)量誤差測(cè)量過(guò)程---利用一個(gè)已知的單位量(即標(biāo)準(zhǔn)量)與被測(cè)

的同類(lèi)量進(jìn)行比較的過(guò)程。測(cè)量誤差---在測(cè)量過(guò)程中測(cè)量結(jié)果與被測(cè)量的真值之

間會(huì)有一定的差值。它反映了測(cè)量結(jié)果的

可靠程度。測(cè)量誤差的分類(lèi)：絕對(duì)誤差與相對(duì)誤差ProcessControlSystemWangyuyuki1120@絕對(duì)誤差-----指測(cè)量結(jié)果與被測(cè)量的真值之差。相對(duì)誤差-----指絕對(duì)誤差與真值或測(cè)量值之百分比。常見(jiàn)有如下三種表示方式：1.

實(shí)際相對(duì)誤差-----是指絕對(duì)誤差與被測(cè)量的真值(實(shí)際值)之百分比。2.標(biāo)稱(chēng)相對(duì)誤差-----是指絕對(duì)誤差與儀表示值之百分比。3.引用相對(duì)誤差-----是指絕對(duì)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(cè)量值為49.5kPa，求在50kPa處儀表示值的絕對(duì)誤差、實(shí)際相對(duì)誤差和引用相對(duì)誤差？

儀表示值的絕對(duì)誤差：儀表示值的相對(duì)誤差：儀表示值的引用誤差：

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

系統(tǒng)誤差---指測(cè)量?jī)x表本身或其他原因(如零點(diǎn)沒(méi)有調(diào)整好等)引起的有規(guī)律的誤差。

隨機(jī)誤差---指在測(cè)量中所出現(xiàn)的沒(méi)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(cè)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(shí)所增加的誤差允許誤差---指儀表的示值或性能不允許超過(guò)某個(gè)誤差范圍ProcessControlSystemWangyuyuki1120@檢測(cè)儀表的性能指標(biāo)

儀表精度(儀表準(zhǔn)確度)

儀表精度是根據(jù)國(guó)家規(guī)定的允許誤差大小分成幾個(gè)等級(jí)的。某一類(lèi)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(jí):0.005、0.02、0.1、0.35、0.5、1.0、1.5、2.5、4等,級(jí)數(shù)越小，精度（準(zhǔn)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(duì)同一個(gè)量進(jìn)行正、反行程(即逐漸由小到大或逐漸由大到小)測(cè)量時(shí)，所得儀表兩值之間的差值。

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

ProcessControlSystemWangyuyuki1120@靈敏度---表示測(cè)量?jī)x表對(duì)被測(cè)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(cè)參數(shù)變化量之比來(lái)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(lái)實(shí)現(xiàn)。不過(guò)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(cè)參數(shù)的最小變

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

測(cè)量溫度的方法：（從測(cè)量體與被測(cè)介質(zhì)接觸與否來(lái)分）

接觸式測(cè)量-通過(guò)測(cè)量體與被測(cè)介質(zhì)的接觸測(cè)量溫度非接觸式測(cè)量-通過(guò)接收被測(cè)物體發(fā)出的輻射熱判斷溫度簡(jiǎn)單、可靠、測(cè)量精度高；滯后，受材料和環(huán)境限制速度快、不受測(cè)溫范圍限制、對(duì)運(yùn)動(dòng)體測(cè)量；誤差大，受距離、煙塵和輻射等多因素限制電的測(cè)溫儀表精度高，信號(hào)又便于傳輸：

熱電偶熱電阻ProcessControlSystemWangyuyuki1120@熱電偶溫度計(jì)

工作原理：

熱電效應(yīng)—兩種不同的導(dǎo)體接觸構(gòu)成回路時(shí)，回路中將產(chǎn)生電勢(shì)，其大小與兩接點(diǎn)間的溫度差有關(guān)在熱電偶回路中，當(dāng)接觸點(diǎn)1、2溫度不同時(shí)，便產(chǎn)生兩個(gè)不同的接觸電動(dòng)勢(shì)，回路的總電動(dòng)勢(shì)為

ProcessControlSystemWangyuyuki1120@熱電阻溫度計(jì)

測(cè)溫原理：是基于金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻會(huì)隨溫度的變化而變化的特性。因此只要測(cè)出感溫元件熱電阻的阻值變化，就可測(cè)得被測(cè)溫度。結(jié)構(gòu)組成：一般包括電阻體、絕緣子、保護(hù)套管和接線盒等部分。特點(diǎn)：測(cè)量精度高，在測(cè)量500以下溫度時(shí)，它的輸出信號(hào)比熱電偶大得多，性能穩(wěn)定，靈敏度高，可在-270～900℃范圍內(nèi)測(cè)溫。另外熱電阻溫度計(jì)的輸出是電信號(hào)，便于遠(yuǎn)傳，同時(shí)又不需要冷端溫度補(bǔ)償。所以在中低溫(—200—650)測(cè)量中得到了廣泛的應(yīng)用。ProcessControlSystemWangyuyuki1120@壓力檢測(cè)與變送在生產(chǎn)過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)遇到壓力的檢測(cè)問(wèn)題。例：一些化學(xué)反應(yīng)過(guò)程、涉及生產(chǎn)安全的鍋爐壓力等。同時(shí)，其它一些過(guò)程參數(shù)如溫度、流量、液位等往往也可以通過(guò)壓力來(lái)間接測(cè)量。壓力定義：物理學(xué)中的壓強(qiáng)。

壓力單位：

國(guó)際單位制（SI）---帕（Pa）工程大氣壓---at標(biāo)準(zhǔn)大氣壓---atm毫米汞柱---mmHg毫米水柱---mmH2OProcessControlSystemWangyuyuki1120@壓力表示方法：絕對(duì)壓力、表壓、負(fù)壓或真空度。絕對(duì)壓力-----指介質(zhì)所受的實(shí)際壓力表壓-----指高于大氣壓的絕對(duì)壓力與大氣壓力之差負(fù)壓或真空度-----指大氣壓與低于大氣壓的絕對(duì)壓力之差按照轉(zhuǎn)換原理不同，壓力檢測(cè)儀表可分為：

彈性式壓力表—被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成位移。彈簧管式、膜片式、波紋管式

液柱式壓力表—被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成液柱高度。單管式、U型管式、斜管式

電氣式壓力表—被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成電勢(shì)、電容、電阻等電量變化

應(yīng)變片式、霍耳片式壓力計(jì)，熱電式真空計(jì)

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

速度式流量計(jì)—應(yīng)用流體力學(xué)測(cè)量流體在管道內(nèi)的流速。

差壓流量計(jì)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)、渦輪流量計(jì)、電磁流量計(jì)、靶式流量計(jì)、超聲波流量計(jì)質(zhì)量流量計(jì)—

直接型

通過(guò)直接檢測(cè)與質(zhì)量流量成比例的參數(shù)

間接型通過(guò)體積流量計(jì)與密度計(jì)的組合間接測(cè)量ProcessControlSystemWangyuyuki1120@液位檢測(cè)儀表液位-----指密封容器或開(kāi)口容器中液面的高低浮力式液位計(jì)

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

原理：對(duì)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(cè)出液體的靜壓力，即可知道液位高度。

激光式液位計(jì)電容式液位計(jì)原理：利用測(cè)量電容量的變化測(cè)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(cè)儀表ProcessControlSystemWangyuyuki1120@過(guò)程控制儀表過(guò)程控制儀表將來(lái)自變送器的測(cè)量信號(hào)與給定信號(hào)相比較后產(chǎn)生的偏差進(jìn)行比例、積分、微分運(yùn)算，輸出統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)節(jié)信號(hào)去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、壓力、流量、液位等參數(shù)的自動(dòng)控制。過(guò)程控制儀表包括調(diào)節(jié)器（可編程序調(diào)節(jié)器）、執(zhí)行器、操作器等各種控制儀表及裝置。ProcessControlSystemWangyuyuki1120@過(guò)程控制儀表的主體是氣動(dòng)控制儀表和電動(dòng)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(gè)階段。過(guò)程控制儀表的發(fā)展ProcessControlSystemWangyuyuki1120@按能源形式分類(lèi)：液動(dòng)控制儀表、氣動(dòng)控制儀表和電動(dòng)控制儀表。按結(jié)構(gòu)形式分類(lèi)：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(guò)程控制儀表分類(lèi)按信號(hào)形式分類(lèi)：模擬控制儀表和數(shù)字控制儀表兩大類(lèi)。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(diào)節(jié)器、KMM可編程調(diào)節(jié)器、PMK可編程調(diào)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(mén)－調(diào)節(jié)閥(連續(xù)的)、開(kāi)關(guān)閥電機(jī)－連續(xù)的、開(kāi)關(guān)的執(zhí)行器在自控系統(tǒng)中的作用：接收調(diào)節(jié)器（計(jì)算機(jī)）輸出的控制信號(hào)，轉(zhuǎn)換成直線位移角位移，來(lái)改變調(diào)節(jié)閥的流通截面積。使調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度產(chǎn)生相應(yīng)變化，從而達(dá)到調(diào)節(jié)操作變量流量的目的。執(zhí)行器通常專(zhuān)指閥門(mén)安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，直接與介質(zhì)接觸；通常在高溫、高壓、高粘度、強(qiáng)腐蝕、易結(jié)晶、易燃易爆、劇毒等場(chǎng)合下工作；直接影響過(guò)程控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量。ProcessControlSystemWangyuyuki1120@執(zhí)行器由執(zhí)行機(jī)構(gòu)（驅(qū)動(dòng)）和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)（閥芯）兩個(gè)部分構(gòu)成

輔助裝置：閥門(mén)定位器和手動(dòng)操作機(jī)構(gòu)

執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)POIOF→lM→θ流通截面積操縱變量的流量執(zhí)行機(jī)構(gòu)——根據(jù)控制信號(hào)產(chǎn)生推力(薄膜、活塞、馬達(dá)…)。它是執(zhí)行器的推動(dòng)裝置，它按控制信號(hào)的大小產(chǎn)生相應(yīng)的推力，推動(dòng)控制機(jī)構(gòu)動(dòng)作，所以它是將信號(hào)的大小轉(zhuǎn)換為閥桿位移的裝置

調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)——根據(jù)推力產(chǎn)生位移或轉(zhuǎn)角，改變開(kāi)度。它是執(zhí)行器的控制部分，它直接與被控介質(zhì)接觸，控制流體的流量。所以它是將閥桿的位移轉(zhuǎn)換為閥的開(kāi)度的裝置

手操機(jī)構(gòu)——手輪機(jī)構(gòu)的作用是當(dāng)控制系統(tǒng)因停電、停氣、控制器無(wú)輸出或執(zhí)行機(jī)構(gòu)失靈時(shí)，利用它可以直接操縱控制閥，以維持生產(chǎn)的正常進(jìn)行。執(zhí)行器ProcessControlSystemWangyuyuki1120@動(dòng)作迅速，其信號(hào)便于遠(yuǎn)傳，并便于與計(jì)算機(jī)配合使用，但不適用于防火防爆等生產(chǎn)場(chǎng)合。

執(zhí)行器分類(lèi)分為三大類(lèi)：以壓縮空氣為能源的氣動(dòng)執(zhí)行器（即氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥），氣動(dòng)執(zhí)行器的輸入信號(hào)為20～100kPa；以電為能源的電動(dòng)執(zhí)行器（即電動(dòng)調(diào)節(jié)閥），電動(dòng)執(zhí)行器的輸入信號(hào)為4～20mADC；以高壓液體為能源的液動(dòng)執(zhí)行器（即液動(dòng)調(diào)節(jié)閥）其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便，價(jià)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(jī)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(dòng)執(zhí)行器。ProcessControlSystemWangyuyuki1120@電動(dòng)三通調(diào)節(jié)閥氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥液動(dòng)調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器分類(lèi)ProcessControlSystemWangyuyuki1120@氣開(kāi)式、氣關(guān)式調(diào)節(jié)閥氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥基本結(jié)構(gòu)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(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)ProcessControlSystemWangyuyuki1120@氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)有正作用和反作用兩種形式。正作用——信號(hào)壓力增加時(shí)，推桿向下移動(dòng)。反作用——信號(hào)壓力增加時(shí)，推桿向上移動(dòng)。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(dòng)調(diào)節(jié)閥又可分為氣開(kāi)、氣關(guān)兩種作用方式。氣開(kāi)式——信號(hào)壓力p〉0.02MPa時(shí)，閥開(kāi)始打開(kāi)，也就是“有氣”時(shí)閥開(kāi)。增益為“+”氣關(guān)式——信號(hào)壓力增大閥反而關(guān)小。增益為“-”執(zhí)行器的正、反作用方式ProcessControlSystemWangyuyuki1120@根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)正、反作用形式以及閥芯的正裝、反裝，實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥氣開(kāi)、氣關(guān)作用方式可有不同的組合。氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的氣開(kāi)、氣關(guān)式結(jié)構(gòu)正正A）氣關(guān)式正反B）氣開(kāi)式反正反反C）氣開(kāi)式D）氣關(guān)式閥氣開(kāi)、氣關(guān)形式選擇原則主要從工藝生產(chǎn)安全出發(fā)，當(dāng)儀表供氣系統(tǒng)故障或控制信號(hào)突然中斷，調(diào)節(jié)閥閥芯應(yīng)處于使生產(chǎn)裝置安全的狀態(tài)。ProcessControlSystemWangyuyuki1120@為了適應(yīng)不同被控對(duì)象實(shí)現(xiàn)負(fù)反饋控制的需要，工業(yè)調(diào)節(jié)器都設(shè)置有正、反作用開(kāi)關(guān)（正、反作用方式）。正作用方式：調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)u隨著被調(diào)量y的增大而增大，調(diào)節(jié)器的增益為“-”。反作用方式：調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)u