檢測技術(shù)及儀表-復(fù)習(xí)資料

第一章1，控制裝置與儀表的分類按能源分：電動、氣動、液動和混合式按功能實(shí)現(xiàn)原理：模擬控制裝置與儀表和數(shù)字裝置與儀表。模擬的按結(jié)構(gòu)形式分為：基地式，單元組合式，組件組裝式。2，控制的三要素：傳感器，控制器，執(zhí)行器3，電信號種類很多有：模擬信號，數(shù)字信號，頻率信號，脈寬信號用最多的是電模擬信號。電模擬信號有：直流電流信號，直流電壓信號，交流電流信號，交流電壓信號。4，應(yīng)用直流電流信號時(shí)，所有這些儀表必須串聯(lián)連接。直流電流信號適于遠(yuǎn)距離傳輸，用此作為傳輸信號時(shí)，由于串聯(lián)會有缺點(diǎn)，那么需采用輸入輸出端有直流隔離的電路。5，會計(jì)算15頁下：能接多少個(gè)儀表。因此連線的特點(diǎn)是：電流傳輸，電壓接受，并聯(lián)接受電壓信號的方式。6，活零點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)意義：便于檢驗(yàn)信號傳輸線有無斷線及儀表是否斷電；使半導(dǎo)體器件工作在較好的工作段；使制作具有本質(zhì)平安防爆性能和節(jié)約傳輸線的兩線制變送器成為可能?！部珊喴状馂椋河欣谧R別斷電，斷線等故障，且為實(shí)現(xiàn)兩線制提供了可能性〕。7，國標(biāo)統(tǒng)一信號：過程控制系統(tǒng)的模擬直流電流信號是DC4到20mA，模擬直流電壓信號為DC1到5V，8，二線制和四線制的區(qū)別：兩線制電流和四線制電流都只有兩根信號線，它們之間的主要區(qū)別在于：兩線制電流的兩根信號線既要給傳感器或者變送器供電，又要提供電流信號；而四線制電流的兩根信號線只提供電流信號。因此，通常提供兩線制電流信號的傳感器或者變送器是無源的；而提供四線制電流信號的傳感器或者變送器是有源的。9，實(shí)現(xiàn)二線制的條件：采用有活零點(diǎn)的電流信號；必須是單電源供電。第二章1，傳感器與變送器區(qū)別：傳感器：是信號發(fā)生源；將非電量轉(zhuǎn)換為電信號。變送器：具有信號變換功能，具有放大作用，并可轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號。變送器通用的標(biāo)準(zhǔn)輸出信號是4到20ma直流電流信號或者20到100kpa氣壓信號或現(xiàn)場總線數(shù)字通信信號。2，一個(gè)完整的過程調(diào)節(jié)系統(tǒng)具備的根本元素：測量變松環(huán)節(jié)，控制器，執(zhí)行機(jī)構(gòu)變送器：對被控參數(shù)進(jìn)行測量和信號變換控制器：將給定值與被控參數(shù)進(jìn)行比擬，運(yùn)算執(zhí)行機(jī)構(gòu)：將控制器的運(yùn)算輸出轉(zhuǎn)換為開關(guān)閥門或者擋板位移或轉(zhuǎn)角一個(gè)控制系統(tǒng)控制品質(zhì)的好壞，除取決于控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是否合理外，還取決于控制對象和控制儀表的工作特性。3，量程調(diào)整概念：量程調(diào)整包括下限調(diào)整〔通常稱為零點(diǎn)遷移〕和上限調(diào)整，只有當(dāng)下限為零或確定不變時(shí)才可以把上限調(diào)整看作量程調(diào)整。零點(diǎn)遷移：在實(shí)際測量中，為了正確選擇變送器的量程大小，提高測量準(zhǔn)確度，常需要將測量的起點(diǎn)遷移到某一個(gè)數(shù)值〔正或負(fù)〕，這就是零點(diǎn)遷移。【測量起點(diǎn)由0到正為正遷移，由0到負(fù)為負(fù)遷移】零點(diǎn)調(diào)整或零點(diǎn)遷移的目的：兩者的目的都是使變送器輸出信號的下限值與測量信號的下限值相對應(yīng)。【測量信號的下限值等于0時(shí)為零點(diǎn)調(diào)整，不等于0為零點(diǎn)遷移調(diào)整】4，控制裝置與儀表的性能：準(zhǔn)確性〔通常用準(zhǔn)確度來表示〕〔準(zhǔn)確度常用滿刻度讀數(shù)表示〕可靠性〔MTBF〕電磁兼容性〔實(shí)質(zhì)是抗干擾問題〕耐環(huán)境影響性5，干擾的來源：漏電電阻、公共阻抗、電場耦合、磁場耦合干擾的形式：串模干擾〔與被測信號相串聯(lián)〕共模干擾〔在儀表段子的兩端〕6，硬件抗干擾措施：隔離〔變壓器隔離、光電隔離、隔離放大器〕，中和變壓器，浮空，屏蔽，信號導(dǎo)線的抗干擾，濾波隔離期間，飛渡電容技術(shù)軟件抗干擾技術(shù)：數(shù)字濾波技術(shù)，設(shè)置軟件陷阱，看門狗技術(shù)7，標(biāo)度變換〔工程量變換〕：通常采用一定的數(shù)據(jù)處理技術(shù)將這些數(shù)字量轉(zhuǎn)換成具有不同量綱的相應(yīng)物理量，這一技術(shù)稱為標(biāo)度變換。8，計(jì)算：線性參數(shù)標(biāo)度變換〔P47〕第三章1，差壓/壓力變送器是如何將壓力信號轉(zhuǎn)換成電信號的？由敏感部件將外界壓力信號轉(zhuǎn)換成差壓電容量變化，通過調(diào)節(jié)器，高頻振蕩器，振蕩控制放大器，電流檢測器，電壓調(diào)整器，電流控制放大器，電流控制器和電流限制器等組成〔P56上〕2，為什么要進(jìn)行液面遷移？出于對設(shè)備安裝位置和便于維護(hù)等方面的考慮，測量儀表不一定都與取壓點(diǎn)在同一水平面上。被測介質(zhì)是強(qiáng)腐蝕性或重粘度液體，不能直接把介質(zhì)引入儀表，必須安裝隔離液灌。3，遷移分為：無遷移〔不需要遷移〕、正遷移、負(fù)遷移。4，為了防止密閉容器內(nèi)的液體或氣體進(jìn)入差壓變送器的取壓室，造成引壓管的堵塞或腐蝕，在差壓變送器的正負(fù)壓室之間裝有隔離液灌，充以隔離液。5，【重點(diǎn)】會判斷正負(fù)遷移〔P66,P67〕6，熱電偶相關(guān)知識〔測溫測溫原理、補(bǔ)償電路、精度、線性化原理等〕熱電偶測溫原理：由兩種導(dǎo)體組合而成，將溫度轉(zhuǎn)化為熱電動勢的傳感器叫做熱電偶。測溫原理：熱電偶的測溫原理基于熱點(diǎn)效應(yīng)。熱電效應(yīng)：將兩種不同材料的導(dǎo)體A和B串接成一個(gè)閉合回路，當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)1和2的溫度不同時(shí)，如果T>T0，在回路中就會產(chǎn)生熱電動勢，在回路中產(chǎn)生一定大小的電流，此種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。兩種不同成份的均質(zhì)導(dǎo)體為熱電極，溫度較高的一端為工作端，溫度較低的一端為自由端，自由端通常處于某個(gè)恒定的溫度下熱電偶測溫電勢可用如下關(guān)系式表示:EAB(T,0)=EAB(T,T0)+EAB(T0,0)熱電偶輸出熱電勢EAB(T,T0)反映的是相對于冷端溫度的熱端溫度,而我們測量溫度的目的是要知道以0℃為基準(zhǔn)的熱端溫度T,即要通過EAB(T,0)或EAB(T,T0)和T0來求出T,這樣,就必須知道EAB(T0,0)或冷端溫度T0,這種通過獲取EAB(T0,0)或T0進(jìn)而得到熱端溫度T的過程即為熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償。由此可知熱電偶冷端溫度補(bǔ)償之原因所在及其重要性。1、電橋補(bǔ)償法：電橋補(bǔ)償法是現(xiàn)場最常用的冷端補(bǔ)償法之一,它是利用不平衡電橋產(chǎn)生的電壓來補(bǔ)償熱電偶冷端溫度T0的變化對輸出電勢的影響,其原理如圖2所示,在補(bǔ)償導(dǎo)線末端放置一個(gè)電阻溫度傳感器Rt,通過選擇適宜的補(bǔ)償電橋參數(shù),使電橋輸出電壓的大小正好補(bǔ)償因冷端溫度T0而引起的熱電勢EAB(T0,0),這樣就得到EAB(T,0),從而消除了冷端溫度對測量結(jié)果的影響,實(shí)現(xiàn)了冷端補(bǔ)償。這種方法結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、硬件投資少,但因熱電偶是非線性的,而補(bǔ)償電橋那么是線性的,因而難以實(shí)現(xiàn)完全補(bǔ)償,常出現(xiàn)欠補(bǔ)償或過補(bǔ)償現(xiàn)象,另外,還存在與分度號匹配問題,補(bǔ)償電橋與熱電偶的分度號必須是一一對應(yīng)的,通用性差。冷端恒溫法：這是一種最直接的冷端溫度處理方法，把熱電偶冷端，也就是補(bǔ)償導(dǎo)線接二次儀表的一端放入恒溫裝置中，保持冷端溫度為0度，所以稱之為：冰浴法“這種方法多用于實(shí)驗(yàn)室中。3、計(jì)算修正法：當(dāng)用補(bǔ)償導(dǎo)線把熱電偶的冷端延伸到t0處，只要t0值，并測得熱電偶回路的熱電勢，就可以通過查表的方法來計(jì)算出被測溫度t，這種方法主要用于臨時(shí)測溫。4，二極管補(bǔ)償法由PN結(jié)理論可知,在室溫附近,當(dāng)流經(jīng)PN結(jié)的電流恒定時(shí),PN結(jié)溫度每升高1℃,其正向電壓將減小2~2·5mV(具體數(shù)值由PN結(jié)參數(shù)確定),據(jù)此特性,可設(shè)計(jì)相應(yīng)熱電偶冷端溫度補(bǔ)償電路。這種方法結(jié)構(gòu)簡單、使用方便,補(bǔ)償精度可達(dá)0·01℃,補(bǔ)償范圍為-25℃~80℃。線性化問題：線性線性線性線性化和標(biāo)度變換在使用熱電偶測溫時(shí)，熱電偶產(chǎn)生的熱電勢與所測的溫度是非線性函數(shù)關(guān)系，因此必須對熱電偶的熱電勢進(jìn)行線性化處理，使得熱電偶的熱電勢與被測溫度之間成線性關(guān)系。因?yàn)闊犭妱菖c溫度的量綱不同，熱電偶把現(xiàn)場采集來得溫度信號經(jīng)過放大、A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，單片機(jī)讀入這個(gè)數(shù)據(jù)后必須轉(zhuǎn)換成量綱為℃的溫度值，才能送到顯示器進(jìn)行顯示。因?yàn)闊犭娕紲y出的數(shù)據(jù)與實(shí)際的參數(shù)不是線性關(guān)系，而且很難用一個(gè)簡單的公式表達(dá)，因此，通常采用線性差插值法進(jìn)行線性化及標(biāo)度變化。環(huán)境溫度T經(jīng)過熱電偶測量、冷端溫度補(bǔ)償后輸出一個(gè)熱電勢信號Et(mv)，熱電勢信號經(jīng)過放大器后輸出0~5的電壓信號u，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換輸出數(shù)字信號N。第四章1，儀表防爆的根本原理控制易爆氣體〔營造無易爆氣體空間，代表是Exp〕控制引爆源〔消除火花，代表本安型防爆Exi，利用平安柵技術(shù)〕控制爆炸范圍〔有限范圍內(nèi)爆炸，代表是Exd〕2，防爆儀表分類：隔爆型〔標(biāo)志d〕本安型〔標(biāo)志i〕3，本安防爆技術(shù)：本錢低，體積低，質(zhì)量小，允許在線測量和帶電維護(hù)，也能用于0區(qū)危險(xiǎn)場所。平安柵分類：齊納平安柵變壓器隔離式平安柵平安柵作用：當(dāng)本安防爆系統(tǒng)的本安儀表發(fā)生故障時(shí)，平安柵能將串入到故障儀表的能量限制在平安值以內(nèi)，從而確保了現(xiàn)場人員，設(shè)備和生產(chǎn)的平安。4，防爆平安柵的根本限能原理根本電路〔P97〕圖4-3-4平安柵的根本電路構(gòu)成〔掌握〕根本電路：R限流電阻，F(xiàn)U熔絲，VS齊納二極管限能原理：齊納二極管用于限制電壓，當(dāng)電路電壓接近平安限壓值時(shí)，齊納二極管導(dǎo)通放電，使齊納二極管兩端的電壓始終保持在平安限壓值下。各局部作用：快速熔斷器：防止因齊納二極管被長時(shí)間流過的大電流燒斷而導(dǎo)致電路限壓失敗。限壓電路：當(dāng)電路電壓接近平安限壓值時(shí)，齊納管導(dǎo)通放電，使齊納管兩端的電壓始終保持在平安限壓值一下。限流電路：由電阻和晶體管組成。當(dāng)電壓被限制后，適中選擇限流電阻，即可將電路電流限制在平安值以下。第五章1，調(diào)節(jié)器的組成:硬件、軟件2，調(diào)節(jié)器中模擬量是如何轉(zhuǎn)化成數(shù)字量的？從輸入接口中讀出A/D轉(zhuǎn)換后的各種傳感器的輸入信號，并將這些信號以數(shù)字的形式存放于數(shù)據(jù)存儲器中，輸入接口將這些信號都轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，隨時(shí)供CPU讀出。具體過程在課本P115頁，圖5-1-1。3，模擬量輸入通道其任務(wù)是：把被控對象的過程參數(shù)等模擬量信號轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可接收的數(shù)字量信號。通道構(gòu)成：信號調(diào)理電路》多路模擬開關(guān)》前置放大器》采樣保持器》A/D轉(zhuǎn)換器》接口邏輯電路4，數(shù)字調(diào)節(jié)中的PID控制算式是將PID的模擬表達(dá)式進(jìn)行離散化而得到的。5，PID調(diào)節(jié)器輸出增量的表達(dá)式〔P122，自己寫空白處〕6，為了改善控制質(zhì)量，針對不同對象，引入不同PID算法形式。不完全微分形式：為了防止抗干擾性能惡化，又使微分作用有效，可采用非理想微分的PID控制算式。微分先行PID控制模式：是PD和PI的串聯(lián)結(jié)構(gòu)，只對測量值進(jìn)行微分，而不是對偏差進(jìn)行微分。適用于給定值R經(jīng)常變化的情況。積分別離PID控制：為了克服短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的嚴(yán)重積分飽和現(xiàn)象，可采用積分別離算法，即在偏差大于一定值時(shí)，取消積分作用，當(dāng)偏差小于這一值時(shí)，才將積分引入。帶有死區(qū)的PID控制：適用于控制準(zhǔn)確度要求不太高，但要求控制作用盡可能少變化的場合。7，死區(qū)：又叫死區(qū)寬度，在控制系統(tǒng)中，某些執(zhí)行機(jī)構(gòu)如果動作頻繁，會導(dǎo)致小幅震蕩，造成嚴(yán)重的機(jī)械磨損，從控制要求來說，很多系統(tǒng)又允許被控量在一定范圍內(nèi)存在誤差，我們允許被控量的誤差大小，稱為PID的死區(qū)寬度。8，PID控制程序是PID數(shù)字調(diào)節(jié)器的主要應(yīng)用程序。正作用：調(diào)節(jié)器的輸出隨著正偏差的增加而增加。假設(shè)是負(fù)偏差，情況相反。反作用：調(diào)節(jié)器的輸出隨著正偏差的增加而減小，假設(shè)是負(fù)偏差，情況相反。不同作用的不同運(yùn)算表達(dá)式：〔P125，空白處自己添加〕正反作用的意義/目的：為使閉環(huán)控制系統(tǒng)在整個(gè)回路中實(shí)現(xiàn)負(fù)反應(yīng)。9，什么是積分飽和：假設(shè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)已到極限位置，仍不能消除靜差，由于積分作用，盡管PID差分方程式所得的運(yùn)算結(jié)構(gòu)繼續(xù)增加或減小，但執(zhí)行機(jī)構(gòu)已無相應(yīng)的動作。輸出限幅和抗積分飽和：積分調(diào)節(jié)的一個(gè)特點(diǎn)是：只要有偏差存在，輸出就不斷向兩個(gè)極端之一變化，以至超過極限值。假設(shè)采用單純的輸出限幅措施，會產(chǎn)生積分飽和，當(dāng)輸入一旦變號，輸出需從深飽和區(qū)逐漸退出，造成調(diào)節(jié)滯后，使調(diào)節(jié)品質(zhì)惡化，數(shù)字PID也有同樣問題。但在數(shù)字PID中很容易實(shí)現(xiàn)抗積分飽和，使得輸出到達(dá)限幅值時(shí)，中斷積分動作，調(diào)節(jié)器輸出維持在飽和線上，保持原有的狀態(tài)數(shù)據(jù)。這樣就可在偏差反向時(shí)，輸出立即呈現(xiàn)出反向積分作用?！沧约嚎珊喍炭偨Y(jié)〕10，PID控制參數(shù)整定方法：理論計(jì)算整定法工程整定法11，PID調(diào)試的一般原那么：在輸出不振蕩時(shí)，增大比例增益Kp在輸出不振蕩時(shí)，減小積分時(shí)間常數(shù)Ti在輸出不振蕩時(shí)，增大微分時(shí)間常數(shù)TdPID調(diào)試的一般步驟：確定比例增益Kp確定積分時(shí)間常數(shù)Ti確定微分時(shí)間常數(shù)Td系統(tǒng)投入自動，再對PID參數(shù)進(jìn)行微調(diào)，直至滿足要求。第六章1，執(zhí)行機(jī)構(gòu)定義：一種能提供直線或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的驅(qū)動裝置，利用某種驅(qū)動能源并在某種控制信號作用下工工作。〔根本的執(zhí)行機(jī)構(gòu)用于把閥門驅(qū)動至全開或者全關(guān)位置〕驅(qū)動能源：電源〔大閥門用三相、小用單相〕流體源〔壓縮空氣、氮?dú)?、天然氣、液壓流體〕2，執(zhí)行結(jié)構(gòu)工作過程：執(zhí)行機(jī)構(gòu)接受調(diào)節(jié)器〔控制裝置〕的控制信號，自動改變操作變量，將其轉(zhuǎn)換成角位移或直線位移，改變調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)流通面積，從而調(diào)節(jié)流入或流出被控過程的物料或能量，實(shí)行對被控參數(shù)的自動控制，到達(dá)進(jìn)行調(diào)節(jié)的目的。3，執(zhí)行機(jī)構(gòu)按工作能源分：氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電動〔0到10ma或4到20ma〕、液動。4，氣動執(zhí)行器上部為執(zhí)行結(jié)構(gòu)，下部為調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)是最常用的氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)〔常用的有薄膜式和活塞式〕可分為氣開式〔FO〕、氣關(guān)式〔FC〕。5，阻力系數(shù)主要與流通面積〔閥的開度〕有關(guān)，也與流體的性質(zhì)和流動狀態(tài)有關(guān)。閥開越大，阻力系數(shù)越小，通過的流量越大。6，電氣轉(zhuǎn)換器的工作原理〔基于力矩平衡原理〕：電流升》吸力升》杠桿偏轉(zhuǎn)》擋板與噴嘴間隙變小》背壓升》放大器輸入升》輸出壓力升》杠桿的反應(yīng)力升》杠桿平衡7，閥門定位器是調(diào)節(jié)閥的主要附件，定位器與調(diào)節(jié)閥組成閉環(huán)回路。8，閥門定位器工作原理：將閥桿位移信號作為輸入的反應(yīng)測量信號，以控制器輸出信號作為設(shè)定信號，進(jìn)行比擬，當(dāng)有偏差時(shí)，改變輸出信號，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作，建立了閥門位移與控制器輸出信號之間的對應(yīng)關(guān)系?！查y門定位器組成以閥桿位移為測量信號，以控制器輸出為設(shè)定信號的反應(yīng)控制系統(tǒng)〕平衡過程：電流升》杠桿上端右移》擋板靠近噴嘴》壓