自動(dòng)控制系統(tǒng)基本概念

1、第一章第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)基本概念自動(dòng)控制系統(tǒng)基本概念第一節(jié)第一節(jié) 化工自動(dòng)化的主要內(nèi)容化工自動(dòng)化的主要內(nèi)容第二節(jié)第二節(jié) 自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成第三節(jié)第三節(jié) 工藝管道及控制流程圖工藝管道及控制流程圖第四節(jié)第四節(jié) 自動(dòng)控制系統(tǒng)方塊圖自動(dòng)控制系統(tǒng)方塊圖第五節(jié)第五節(jié) 自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類第六節(jié)第六節(jié) 自動(dòng)控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程和品質(zhì)指標(biāo)自動(dòng)控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程和品質(zhì)指標(biāo)復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)第一節(jié)第一節(jié) 化工自動(dòng)化的主要內(nèi)容化工自動(dòng)化的主要內(nèi)容1 1、自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)、自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)2 2、自動(dòng)信號(hào)和連鎖保護(hù)系統(tǒng)、自動(dòng)信號(hào)和連鎖保護(hù)系統(tǒng)3 3、自動(dòng)操縱及開(kāi)停車系統(tǒng)、自動(dòng)操縱及開(kāi)停車系統(tǒng)4 4、自

2、動(dòng)控制系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)第二節(jié)第二節(jié) 自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成一一 控制的目的與要求控制的目的與要求二二 舉例說(shuō)明自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成舉例說(shuō)明自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成冷流體冷流體蒸蒸汽汽熱流體熱流體凝凝液液測(cè)量元件測(cè)量元件及變送器及變送器控制器控制器Qi給定給定hQ0控制器控制器變送器變送器 抑制外界擾動(dòng)的影響，確保生產(chǎn)過(guò)程的穩(wěn)定性，使抑制外界擾動(dòng)的影響，確保生產(chǎn)過(guò)程的穩(wěn)定性，使生產(chǎn)過(guò)程的工況最優(yōu)化。生產(chǎn)過(guò)程的工況最優(yōu)化。第三節(jié)第三節(jié) 工藝管道及控制流程圖工藝管道及控制流程圖LTLCQiQ0給定給定h冷流體冷流體蒸蒸汽汽凝凝液液TTTC 在化工控制流程圖中，一般以細(xì)實(shí)線圓圈來(lái)表示儀表；在化

3、工控制流程圖中，一般以細(xì)實(shí)線圓圈來(lái)表示儀表；圓圈內(nèi)寫有兩位（或兩位以上）字母，第一位字母表示被圓圈內(nèi)寫有兩位（或兩位以上）字母，第一位字母表示被測(cè)變量，后繼字母表示儀表的功能。測(cè)變量，后繼字母表示儀表的功能。 在檢測(cè)、控制系統(tǒng)中，構(gòu)成回路的每個(gè)儀表都有自己在檢測(cè)、控制系統(tǒng)中，構(gòu)成回路的每個(gè)儀表都有自己的儀表位號(hào)。的儀表位號(hào)。儀表位號(hào)由字母代號(hào)和數(shù)字編號(hào)兩部分組成。儀表位號(hào)由字母代號(hào)和數(shù)字編號(hào)兩部分組成。如如PIC207三三 系統(tǒng)中常用術(shù)語(yǔ)系統(tǒng)中常用術(shù)語(yǔ) 被控對(duì)象、被控變量、操縱變量、擾動(dòng)、設(shè)定值、偏差被控對(duì)象、被控變量、操縱變量、擾動(dòng)、設(shè)定值、偏差第四節(jié)第四節(jié) 自動(dòng)控制系統(tǒng)方塊圖自動(dòng)控制系統(tǒng)方

4、塊圖定義：描述系統(tǒng)各組成元、部件之間信號(hào)傳遞關(guān)系的圖形。定義：描述系統(tǒng)各組成元、部件之間信號(hào)傳遞關(guān)系的圖形?？刂破鬏敵隹刂破鬏敵鯻zx + 控制器控制器 控制閥控制閥被控對(duì)象被控對(duì)象測(cè)量元件變送器測(cè)量元件變送器給定值給定值偏差偏差操縱變量操縱變量干擾作用干擾作用被控變量被控變量測(cè)量值測(cè)量值yfepq第五節(jié)第五節(jié) 自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類一一 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng) 定義：輸入量對(duì)輸出量只有順向影響，定義：輸入量對(duì)輸出量只有順向影響， 而輸出對(duì)輸入無(wú)影響。而輸出對(duì)輸入無(wú)影響。 1 1、按設(shè)定值進(jìn)行控制、按設(shè)定值進(jìn)行控制 2 2、按擾動(dòng)進(jìn)行控制即前饋控制、按擾動(dòng)進(jìn)行控制即前饋控制控制

5、裝置控制裝置設(shè)定值設(shè)定值蒸汽蒸汽冷物料冷物料熱物料熱物料FTFT控制裝置控制裝置蒸汽蒸汽二二 閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng) 1 1、定義、定義: :不僅輸入對(duì)輸出有順向影響，不僅輸入對(duì)輸出有順向影響，且輸出對(duì)輸入有反向影響。且輸出對(duì)輸入有反向影響?？刂破鬏敵隹刂破鬏敵鯻zx + 控制器控制器 控制閥控制閥被控對(duì)象被控對(duì)象測(cè)量元件變送器測(cè)量元件變送器給定值給定值偏差偏差操縱變量操縱變量干擾作用干擾作用被控變量被控變量測(cè)量值測(cè)量值yfepq反饋：把系統(tǒng)的輸出信號(hào)直接或經(jīng)過(guò)一些環(huán)節(jié)回送反饋：把系統(tǒng)的輸出信號(hào)直接或經(jīng)過(guò)一些環(huán)節(jié)回送到輸入端的做法叫反饋。到輸入端的做法叫反饋。自動(dòng)控制系統(tǒng)是具有被控變量負(fù)反饋

6、的閉環(huán)控制系統(tǒng)。自動(dòng)控制系統(tǒng)是具有被控變量負(fù)反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)。它是按偏差進(jìn)行控制的。它是按偏差進(jìn)行控制的。2 2、閉環(huán)控制系統(tǒng)的類型、閉環(huán)控制系統(tǒng)的類型定值控制系統(tǒng)、隨動(dòng)控制系統(tǒng)、順序控制系統(tǒng)定值控制系統(tǒng)、隨動(dòng)控制系統(tǒng)、順序控制系統(tǒng)3 3、閉環(huán)控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)的概念、閉環(huán)控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)的概念4 4、開(kāi)環(huán)與閉環(huán)系統(tǒng)的比較（精度、穩(wěn)定性、抗干擾、開(kāi)環(huán)與閉環(huán)系統(tǒng)的比較（精度、穩(wěn)定性、抗干擾.).)三三 復(fù)合控制系統(tǒng)復(fù)合控制系統(tǒng)前饋前饋- -反饋控制系統(tǒng)反饋控制系統(tǒng) 反饋控制器反饋控制器y yf f（t t）測(cè)量元件變送器測(cè)量元件變送器+ +x x- -控控 制制 閥閥+ + +前饋控制器前饋控制器 對(duì)對(duì)

7、 象象測(cè)量變送測(cè)量變送e eZ Z第六節(jié)第六節(jié) 自動(dòng)控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程和品質(zhì)指標(biāo)自動(dòng)控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程和品質(zhì)指標(biāo)1 1、靜態(tài)、靜態(tài)一、控制系統(tǒng)的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)一、控制系統(tǒng)的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)2 2、動(dòng)態(tài)、動(dòng)態(tài) 前饋控制的優(yōu)點(diǎn)是及時(shí)克服主要擾動(dòng)對(duì)被控變前饋控制的優(yōu)點(diǎn)是及時(shí)克服主要擾動(dòng)對(duì)被控變量的影響。反饋控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是檢查控制效果，量的影響。反饋控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是檢查控制效果，克服其它擾動(dòng)。兩者組合在一起，可提高控制質(zhì)量?？朔渌鼣_動(dòng)。兩者組合在一起，可提高控制質(zhì)量。 1 1、定義：、定義：由于干擾或設(shè)定的作用，使系統(tǒng)由一由于干擾或設(shè)定的作用，使系統(tǒng)由一個(gè)平衡狀態(tài)過(guò)渡到另一個(gè)平衡狀態(tài)的過(guò)程。個(gè)平衡狀態(tài)過(guò)渡到

8、另一個(gè)平衡狀態(tài)的過(guò)程。二、控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程二、控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程 2 2、系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的分析方法：、系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的分析方法：常選階躍擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)常選階躍擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程進(jìn)行分析。程進(jìn)行分析。0時(shí)間時(shí)間t輸輸入入量量t t0 0選擇原因選擇原因：1)1)因?yàn)殡A躍擾動(dòng)比較突然，比較危險(xiǎn)，因?yàn)殡A躍擾動(dòng)比較突然，比較危險(xiǎn)，對(duì)被控變量的影響最大，如果一個(gè)控制系統(tǒng)能夠有效對(duì)被控變量的影響最大，如果一個(gè)控制系統(tǒng)能夠有效地克服這類干擾，那么對(duì)其它比較緩和的干擾也一定地克服這類干擾，那么對(duì)其它比較緩和的干擾也一定能很好的克服。能很好的克服。2 2）在生產(chǎn)過(guò)程中，階躍擾動(dòng)最為多）在生產(chǎn)過(guò)程中，階躍擾動(dòng)

9、最為多見(jiàn)。見(jiàn)。3 3）這種干擾形式簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，便于分析、）這種干擾形式簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，便于分析、實(shí)驗(yàn)和計(jì)算。實(shí)驗(yàn)和計(jì)算。3 3、階躍擾動(dòng)下系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程、階躍擾動(dòng)下系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程1)1)發(fā)散的過(guò)渡過(guò)程發(fā)散的過(guò)渡過(guò)程y(t)y(0)發(fā)散振蕩發(fā)散振蕩ty(t)y(0)t非振蕩發(fā)散非振蕩發(fā)散具有這種過(guò)渡過(guò)程的控制系統(tǒng)不能滿足生產(chǎn)要求，具有這種過(guò)渡過(guò)程的控制系統(tǒng)不能滿足生產(chǎn)要求，2 2）衰減的過(guò)渡過(guò)程）衰減的過(guò)渡過(guò)程y(t)y(0)t非周期衰減非周期衰減y(t)y(0)衰減振蕩衰減振蕩t是我們所需要的是我們所需要的3 3）等幅振蕩的過(guò)渡過(guò)程）等幅振蕩的過(guò)渡過(guò)程允許被控變量在一定范圍內(nèi)變化時(shí)才采用。

10、允許被控變量在一定范圍內(nèi)變化時(shí)才采用。三、控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)三、控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)定值系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線定值系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線Cy(t)y()ty(0) 0tsB2B1Ay(tpy(tp) )tptp1 1、余差（靜態(tài)偏差）、余差（靜態(tài)偏差）C C反映控制準(zhǔn)確性的一個(gè)指標(biāo)反映控制準(zhǔn)確性的一個(gè)指標(biāo)2 2、衰減比、衰減比n n（或衰減率（或衰減率）B B1 1:B:B2 2= n= n ( (或或 ) )121BBB衡量過(guò)渡過(guò)程穩(wěn)定性衡量過(guò)渡過(guò)程穩(wěn)定性的動(dòng)態(tài)指標(biāo)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)3 3、最大偏差、最大偏差A(yù) A，超，超調(diào)量調(diào)量()( )100%( )y tpyy描述被控變量偏離給定值的最大程度的物理量描述被控

11、變量偏離給定值的最大程度的物理量4 4、過(guò)渡過(guò)程時(shí)間、過(guò)渡過(guò)程時(shí)間t ts s和振蕩頻率和振蕩頻率 反映控制快速性的指標(biāo)反映控制快速性的指標(biāo)5 5、上升時(shí)間、上升時(shí)間tptp，周期，周期T T第二章第二章 被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型第一節(jié)第一節(jié) 化工對(duì)象的特點(diǎn)及其描述方法化工對(duì)象的特點(diǎn)及其描述方法第二節(jié)第二節(jié) 描述對(duì)象特性的參數(shù)描述對(duì)象特性的參數(shù)第三節(jié)第三節(jié) 對(duì)象數(shù)學(xué)模型的建立對(duì)象數(shù)學(xué)模型的建立第四節(jié)第四節(jié) 對(duì)象特性的實(shí)驗(yàn)測(cè)取對(duì)象特性的實(shí)驗(yàn)測(cè)取二、描述對(duì)象特性的方法二、描述對(duì)象特性的方法 第一節(jié)第一節(jié) 化工對(duì)象的特點(diǎn)及其描述方法化工對(duì)象的特點(diǎn)及其描述方法一、概念：一、概念： 1、描述

12、對(duì)象輸入輸出關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式、描述對(duì)象輸入輸出關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式2、描述對(duì)象在一定形式輸入作用下的輸出數(shù)據(jù)或曲線、描述對(duì)象在一定形式輸入作用下的輸出數(shù)據(jù)或曲線 當(dāng)以階躍信號(hào)作為輸入量時(shí)，其響應(yīng)曲線主要類當(dāng)以階躍信號(hào)作為輸入量時(shí)，其響應(yīng)曲線主要類型有型有 有自衡的非振蕩過(guò)程；有自衡的非振蕩過(guò)程； 無(wú)自衡的非振蕩過(guò)程；無(wú)自衡的非振蕩過(guò)程；被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型是指對(duì)象在各輸入量被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型是指對(duì)象在各輸入量（控制量和擾動(dòng)量）的作用下，其相應(yīng)輸出量（被（控制量和擾動(dòng)量）的作用下，其相應(yīng)輸出量（被控變量）變化的函數(shù)關(guān)系數(shù)學(xué)表達(dá)式?？刈兞浚┳兓暮瘮?shù)關(guān)系數(shù)學(xué)表達(dá)式。h(t)t閥門節(jié)流閥門節(jié)流h(t)t定

13、量泵定量泵第二節(jié)第二節(jié) 描述對(duì)象特性的參數(shù)描述對(duì)象特性的參數(shù) 一、放大系數(shù)一、放大系數(shù)K K1.定義定義 2.對(duì)系統(tǒng)的影響對(duì)系統(tǒng)的影響A A 控制通道控制通道 K應(yīng)適當(dāng)大一些應(yīng)適當(dāng)大一些,以使控制作用顯著。以使控制作用顯著。B 擾動(dòng)通道擾動(dòng)通道對(duì)擾動(dòng)通道對(duì)擾動(dòng)通道Kff 應(yīng)小些，以使被控變應(yīng)小些，以使被控變量偏離設(shè)定值小些，以利于控制。量偏離設(shè)定值小些，以利于控制。2.對(duì)系統(tǒng)的影響對(duì)系統(tǒng)的影響二、時(shí)間常數(shù)二、時(shí)間常數(shù)T TU0t0UiT63.2% UiU0(t)A A 控制通道控制通道 T 太大、太小在控制上都存在一定困難，所以需根太大、太小在控制上都存在一定困難，所以需根據(jù)實(shí)際情況適中考慮。

14、據(jù)實(shí)際情況適中考慮。1.定義定義0()(0)yyKx 4.4.對(duì)系統(tǒng)的影響對(duì)系統(tǒng)的影響yt0Bxt0 0 0yt三、時(shí)滯三、時(shí)滯2.2.純滯后純滯后 3.3.容量滯后容量滯后A A 控制通道控制通道 B 擾動(dòng)通道擾動(dòng)通道B 擾動(dòng)通道擾動(dòng)通道時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù) T大些有一定的好處，這相當(dāng)于將擾動(dòng)信號(hào)大些有一定的好處，這相當(dāng)于將擾動(dòng)信號(hào)進(jìn)行濾波。進(jìn)行濾波。滯后的存在不利于控制滯后的存在不利于控制 擾動(dòng)通道存在純滯后，對(duì)擾動(dòng)通道存在純滯后，對(duì)控制系統(tǒng)的品質(zhì)無(wú)影響；擾動(dòng)通道控制系統(tǒng)的品質(zhì)無(wú)影響；擾動(dòng)通道存在容量滯后，對(duì)系統(tǒng)是有利的。存在容量滯后，對(duì)系統(tǒng)是有利的。1.定義定義第三節(jié)第三節(jié) 對(duì)象數(shù)學(xué)模型的建

15、立對(duì)象數(shù)學(xué)模型的建立一、有自衡對(duì)象的數(shù)學(xué)模型一、有自衡對(duì)象的數(shù)學(xué)模型 一階對(duì)象（單容對(duì)象）一階對(duì)象（單容對(duì)象）h=h0q2=q012q1=q0+q1+h+q2根據(jù)平衡關(guān)系有：對(duì)象物料儲(chǔ)存根據(jù)平衡關(guān)系有：對(duì)象物料儲(chǔ)存量的變化率量的變化率 = = 單位時(shí)間流入對(duì)單位時(shí)間流入對(duì)象的物料變化量象的物料變化量單位時(shí)間流出單位時(shí)間流出對(duì)象的物料變化量對(duì)象的物料變化量d Md hAdtdt=q=q1 1-q-q2 22hqR1d hRAhR qdt 1d hThk qdt 其中其中T=RAT=RA，K=RK=R0( )1sKG sTSexKydtydT（t-t-) ) 二階對(duì)象（雙容對(duì)象）二階對(duì)象（雙容對(duì)象

16、）h1q1qih2q2R2R1111id hAqqdt 2212d hAqqdt 111hRq 222hRq 222121222()idhdhTTTThKqdtdt 01()adhTqdtt 01( )aseG ST S022212()aaidhd hTTTqdtdtt 01( )(1)asKG ST STeS二階對(duì)象二階對(duì)象 一階對(duì)象一階對(duì)象221 2120222()(idhd hTTTThK qdtdtt012( )(1)(1)sKG ST ST Se二、無(wú)自衡對(duì)象的數(shù)學(xué)模型二、無(wú)自衡對(duì)象的數(shù)學(xué)模型hq2q1第四節(jié)第四節(jié) 對(duì)象特性的實(shí)驗(yàn)測(cè)取對(duì)象特性的實(shí)驗(yàn)測(cè)取所謂對(duì)象特性的實(shí)驗(yàn)測(cè)所謂對(duì)象特性

17、的實(shí)驗(yàn)測(cè)取，就是在我們所要研究的被控取，就是在我們所要研究的被控對(duì)象上，人為的施加一個(gè)干擾作用對(duì)象上，人為的施加一個(gè)干擾作用( (輸入量輸入量) )，然后用儀，然后用儀表測(cè)量和記錄對(duì)象的輸出量隨時(shí)間而變化的規(guī)律，可得表測(cè)量和記錄對(duì)象的輸出量隨時(shí)間而變化的規(guī)律，可得到表征對(duì)象特性的一些數(shù)據(jù)和曲線，而后對(duì)這些數(shù)據(jù)或到表征對(duì)象特性的一些數(shù)據(jù)和曲線，而后對(duì)這些數(shù)據(jù)或曲線進(jìn)行分析整理，可得描述對(duì)象特性的數(shù)學(xué)表達(dá)式。曲線進(jìn)行分析整理，可得描述對(duì)象特性的數(shù)學(xué)表達(dá)式。當(dāng)對(duì)象處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，在對(duì)象的輸入端施加一個(gè)幅度當(dāng)對(duì)象處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，在對(duì)象的輸入端施加一個(gè)幅度已知的階躍擾動(dòng)，測(cè)量和記錄對(duì)象輸出量隨時(shí)間變化的

18、已知的階躍擾動(dòng)，測(cè)量和記錄對(duì)象輸出量隨時(shí)間變化的數(shù)值，即可得到輸出量隨時(shí)間而變化的曲線（即所謂反數(shù)值，即可得到輸出量隨時(shí)間而變化的曲線（即所謂反應(yīng)曲線或飛升曲線），這種方法稱為階躍響應(yīng)曲線法。應(yīng)曲線或飛升曲線），這種方法稱為階躍響應(yīng)曲線法。被控對(duì)象被控對(duì)象操縱變量操縱變量干擾作用干擾作用被控變量被控變量fqy一、階躍擾動(dòng)法（階躍響應(yīng)一、階躍擾動(dòng)法（階躍響應(yīng)曲線法）曲線法） 用階躍響應(yīng)曲線法來(lái)測(cè)取對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的原因：用階躍響應(yīng)曲線法來(lái)測(cè)取對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的原因：階躍響應(yīng)曲線能直觀、完全的描述被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性。階躍響應(yīng)曲線能直觀、完全的描述被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性。實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法易于實(shí)現(xiàn)，只要使閥門開(kāi)度作一

19、突然改實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法易于實(shí)現(xiàn)，只要使閥門開(kāi)度作一突然改變即可（如流量），不需要特殊的信號(hào)發(fā)生器。變即可（如流量），不需要特殊的信號(hào)發(fā)生器。輸出輸出參數(shù)的變化過(guò)程可利用原來(lái)的儀表記錄下來(lái)，測(cè)試工作參數(shù)的變化過(guò)程可利用原來(lái)的儀表記錄下來(lái)，測(cè)試工作量不大，數(shù)據(jù)處理也比較方便，所以廣泛應(yīng)用。量不大，數(shù)據(jù)處理也比較方便，所以廣泛應(yīng)用。 實(shí)驗(yàn)時(shí)必須注意：實(shí)驗(yàn)時(shí)必須注意： 合理選擇階躍擾動(dòng)量合理選擇階躍擾動(dòng)量。通常取階躍信號(hào)值為正常通常取階躍信號(hào)值為正常輸入信號(hào)的輸入信號(hào)的5 515%15%。 試驗(yàn)應(yīng)在相同的測(cè)試條件下重試驗(yàn)應(yīng)在相同的測(cè)試條件下重復(fù)作幾次，需獲得兩次以上比較接近的響應(yīng)曲線，減少?gòu)?fù)作幾次，需獲得

20、兩次以上比較接近的響應(yīng)曲線，減少干擾的影響。干擾的影響。實(shí)驗(yàn)應(yīng)在階躍信號(hào)作正、反方向變化時(shí)實(shí)驗(yàn)應(yīng)在階躍信號(hào)作正、反方向變化時(shí)分別測(cè)得其響應(yīng)曲線，以檢驗(yàn)被控對(duì)象的非線性程度。分別測(cè)得其響應(yīng)曲線，以檢驗(yàn)被控對(duì)象的非線性程度。 在實(shí)驗(yàn)前即在輸入階躍信號(hào)前，被控對(duì)象須處于穩(wěn)定在實(shí)驗(yàn)前即在輸入階躍信號(hào)前，被控對(duì)象須處于穩(wěn)定的工作狀態(tài)。的工作狀態(tài)。 測(cè)試和記錄工作應(yīng)該持續(xù)進(jìn)行到輸出測(cè)試和記錄工作應(yīng)該持續(xù)進(jìn)行到輸出量達(dá)到新穩(wěn)態(tài)值為止。量達(dá)到新穩(wěn)態(tài)值為止。其缺點(diǎn)是：其缺點(diǎn)是：對(duì)象在階躍信號(hào)作用下，從不穩(wěn)定到穩(wěn)定對(duì)象在階躍信號(hào)作用下，從不穩(wěn)定到穩(wěn)定一般所需時(shí)間較長(zhǎng)，在這段時(shí)間內(nèi)對(duì)象不可避免的要一般所需時(shí)間較長(zhǎng)，

21、在這段時(shí)間內(nèi)對(duì)象不可避免的要受到許多其它干擾的影響，使測(cè)試精度受到限制；為受到許多其它干擾的影響，使測(cè)試精度受到限制；為提高精度就須加大輸入作用幅值，這就意味著對(duì)正常提高精度就須加大輸入作用幅值，這就意味著對(duì)正常生產(chǎn)的影響增加，工藝上往往是不允許的。生產(chǎn)的影響增加，工藝上往往是不允許的。 所以對(duì)于有些不允許長(zhǎng)時(shí)間偏離正常操作條件的所以對(duì)于有些不允許長(zhǎng)時(shí)間偏離正常操作條件的被控對(duì)象，及階躍信號(hào)幅值受生產(chǎn)條件限制而影響對(duì)被控對(duì)象，及階躍信號(hào)幅值受生產(chǎn)條件限制而影響對(duì)象的模型精度時(shí)，可用矩形脈沖信號(hào)作為對(duì)象的輸入象的模型精度時(shí)，可用矩形脈沖信號(hào)作為對(duì)象的輸入信號(hào)，其響應(yīng)曲線為矩形脈沖響應(yīng)曲線信號(hào)，其

22、響應(yīng)曲線為矩形脈沖響應(yīng)曲線 二、矩形脈沖法（矩形脈沖二、矩形脈沖法（矩形脈沖響應(yīng)曲線法）響應(yīng)曲線法）0 t0時(shí)間時(shí)間t輸輸入入量量t1y(t)ax(t)tx00 x1(t)x2(t)a2a 3a4ay(t)t0y*(t)設(shè)被控對(duì)象為線性，則設(shè)被控對(duì)象為線性，則y y* *(t) (t) = y(t) - y(t= y(t) - y(t-a) -a) 或或 y(t) = yy(t) = y* *(t) + y(t(t) + y(t-a)-a)t=0 t=0 a a時(shí)，時(shí)，y(ay(a)=y)=y* *(a)(a)；t=at=a2a2a時(shí)，時(shí)，y(2a)= y(2a)= y y* *(2a)+y(

23、a)(2a)+y(a)；2.2. 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：用矩形脈沖干擾來(lái)測(cè)取對(duì)象的特性時(shí)，用矩形脈沖干擾來(lái)測(cè)取對(duì)象的特性時(shí)，由于加在對(duì)象上的干擾經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后便被除去，由于加在對(duì)象上的干擾經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后便被除去，使對(duì)象的輸出量不致長(zhǎng)時(shí)間偏離給定值，對(duì)生產(chǎn)影使對(duì)象的輸出量不致長(zhǎng)時(shí)間偏離給定值，對(duì)生產(chǎn)影響較小；因此干擾的幅值可取的比較大，以提高實(shí)響較??；因此干擾的幅值可取的比較大，以提高實(shí)驗(yàn)精度。驗(yàn)精度。BAy(t)t0y()y(0) 在對(duì)象輸入階躍信號(hào)在對(duì)象輸入階躍信號(hào)x x0 0的瞬時(shí)，其響應(yīng)曲線的斜的瞬時(shí)，其響應(yīng)曲線的斜率最大，以后逐漸減小，直到新的穩(wěn)態(tài)值。此時(shí)對(duì)象率最大，以后逐漸減小，直到新的穩(wěn)態(tài)值

24、。此時(shí)對(duì)象的數(shù)學(xué)模型可用一階慣性環(huán)節(jié)來(lái)近似，即：的數(shù)學(xué)模型可用一階慣性環(huán)節(jié)來(lái)近似，即： ( )1KGSTS其參數(shù)求法為：其參數(shù)求法為：（1 1）對(duì)象的靜態(tài)放大系數(shù)）對(duì)象的靜態(tài)放大系數(shù)K K1.確定一階慣性環(huán)節(jié)的參數(shù)確定一階慣性環(huán)節(jié)的參數(shù)1d hThk qdt 或或63.2%三、由階躍響應(yīng)曲線辨識(shí)被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型三、由階躍響應(yīng)曲線辨識(shí)被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型0()(0 )yyKx 根據(jù)放大系數(shù)的定義有：根據(jù)放大系數(shù)的定義有： （2 2）對(duì)象的時(shí)間常數(shù)）對(duì)象的時(shí)間常數(shù)T T方法一：方法一：根據(jù)根據(jù)T T的定義，當(dāng)響應(yīng)曲線達(dá)到的定義，當(dāng)響應(yīng)曲線達(dá)到63.2%63.2%y()-y()-y(0)y(0)時(shí)所

25、需時(shí)間。時(shí)所需時(shí)間。0dudtUiT|t=0 = ， 在對(duì)象輸入階躍信號(hào)的瞬時(shí)，其響應(yīng)曲線的斜率為在對(duì)象輸入階躍信號(hào)的瞬時(shí)，其響應(yīng)曲線的斜率為0 0，之后逐漸增大，最后又逐漸減小，達(dá)到穩(wěn)態(tài)值時(shí)曲線呈之后逐漸增大，最后又逐漸減小，達(dá)到穩(wěn)態(tài)值時(shí)曲線呈S S形，此時(shí)對(duì)象的數(shù)學(xué)模型可用有時(shí)滯的一階環(huán)節(jié)來(lái)近形，此時(shí)對(duì)象的數(shù)學(xué)模型可用有時(shí)滯的一階環(huán)節(jié)來(lái)近似，即：似，即： 可過(guò)可過(guò)O O點(diǎn)作階躍響應(yīng)曲線的點(diǎn)作階躍響應(yīng)曲線的方法二：方法二：根據(jù)根據(jù)切線，交最終穩(wěn)態(tài)值的漸進(jìn)線切線，交最終穩(wěn)態(tài)值的漸進(jìn)線y()y()于于A A點(diǎn)，其點(diǎn)，其投影投影OBOB即即為對(duì)象的時(shí)間常數(shù)為對(duì)象的時(shí)間常數(shù)T T。2.2. 確定有時(shí)

26、滯的一階環(huán)節(jié)的參數(shù)確定有時(shí)滯的一階環(huán)節(jié)的參數(shù)（1 1）K K可用式可用式求得求得（2 2）T T、的求法的求法方法一：方法一：過(guò)響應(yīng)曲線的拐點(diǎn)過(guò)響應(yīng)曲線的拐點(diǎn)P P作曲作曲線的切線，交時(shí)間軸于點(diǎn)線的切線，交時(shí)間軸于點(diǎn)B B，交，交y()y()于點(diǎn)于點(diǎn)A A，A A在時(shí)間軸的投影為在時(shí)間軸的投影為C C，則則OBOB為對(duì)象的為對(duì)象的 ,BC ,BC為對(duì)象的為對(duì)象的T T 。方法二：方法二：當(dāng)拐點(diǎn)不易確定時(shí)，可當(dāng)拐點(diǎn)不易確定時(shí)，可取階躍響應(yīng)曲線最終穩(wěn)態(tài)值的取階躍響應(yīng)曲線最終穩(wěn)態(tài)值的28%28%和和63%63%所對(duì)應(yīng)的時(shí)間為所對(duì)應(yīng)的時(shí)間為t t1 1和和t t2 2，按，按下式計(jì)算下式計(jì)算與與T T

27、： 123TttTB CAPy(t)y()0tt1t2ty(t)y()63%y()28%y()01()d hThk qdtt ( )1sKG SeTS或或0axTtg 當(dāng)階躍響應(yīng)曲線開(kāi)始時(shí)變化速度當(dāng)階躍響應(yīng)曲線開(kāi)始時(shí)變化速度較慢，后來(lái)才等較慢，后來(lái)才等速速上升，此時(shí)其數(shù)學(xué)模上升，此時(shí)其數(shù)學(xué)模型可用有時(shí)滯的積分環(huán)節(jié)來(lái)近似，即型可用有時(shí)滯的積分環(huán)節(jié)來(lái)近似，即: : 當(dāng)階躍響應(yīng)曲線為一條等速變化的當(dāng)階躍響應(yīng)曲線為一條等速變化的直線時(shí)，對(duì)象的數(shù)學(xué)模型可用積分環(huán)節(jié)直線時(shí)，對(duì)象的數(shù)學(xué)模型可用積分環(huán)節(jié)來(lái)描述，即：來(lái)描述，即： 此時(shí)此時(shí)積分時(shí)間常數(shù)積分時(shí)間常數(shù) 求參數(shù)時(shí)，在階躍響應(yīng)曲線上作其變化速度最大求參數(shù)

28、時(shí)，在階躍響應(yīng)曲線上作其變化速度最大處的切線，交時(shí)間軸于處的切線，交時(shí)間軸于A A點(diǎn)，則點(diǎn)，則OAOA為滯后時(shí)間為滯后時(shí)間， 0axTtgy(t)t00y(t)tA3.3.確定積分環(huán)節(jié)的參數(shù)確定積分環(huán)節(jié)的參數(shù)4.4.確定有時(shí)滯的積分環(huán)節(jié)的參數(shù)確定有時(shí)滯的積分環(huán)節(jié)的參數(shù)1ad hTqdt 1( )aG ST S或01()adhTqdtt a1G(S)=T Sse或5.5.確定有純滯后，一階和積分環(huán)節(jié)的參數(shù)確定有純滯后，一階和積分環(huán)節(jié)的參數(shù) 參數(shù)確定方法：作響應(yīng)曲線的漸近線，交時(shí)間軸參數(shù)確定方法：作響應(yīng)曲線的漸近線，交時(shí)間軸于于B B點(diǎn)，點(diǎn)，OAOA為純滯后時(shí)間為純滯后時(shí)間0 0;AB;AB為時(shí)間

29、常數(shù)為時(shí)間常數(shù)T;T;積分時(shí)間積分時(shí)間Ta= xTa= x0 0/tg /tg 。0y(t)tAB)(02222tqdthdTdthdTTiaa0-s1G(s)= e (1)aT S TS或或第三章第三章 檢測(cè)儀表與傳感器檢測(cè)儀表與傳感器第一節(jié)第一節(jié) 自動(dòng)檢測(cè)儀表的原理性組成自動(dòng)檢測(cè)儀表的原理性組成第二節(jié)第二節(jié) 儀表的性能指標(biāo)儀表的性能指標(biāo)第三節(jié)第三節(jié) 壓力檢測(cè)及儀表壓力檢測(cè)及儀表第四節(jié)第四節(jié) 流量檢測(cè)及儀表流量檢測(cè)及儀表第五節(jié)第五節(jié) 物位檢測(cè)及儀表物位檢測(cè)及儀表 第六節(jié)第六節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表溫度檢測(cè)及儀表第一節(jié)第一節(jié) 自動(dòng)檢測(cè)儀表的原理性組成自動(dòng)檢測(cè)儀表的原理性組成 從其各部分作用入手來(lái)剖析

30、儀表的原理性組成，從其各部分作用入手來(lái)剖析儀表的原理性組成，中間部件中間部件 顯示器顯示器 被測(cè)參數(shù)被測(cè)參數(shù)參數(shù)顯示參數(shù)顯示傳感器傳感器一、傳感器一、傳感器 它的作用是感受被測(cè)參數(shù)的變化并發(fā)出它的作用是感受被測(cè)參數(shù)的變化并發(fā)出與之相適應(yīng)的信號(hào)與之相適應(yīng)的信號(hào)要求具有高準(zhǔn)確性、高穩(wěn)定性、高靈敏性要求具有高準(zhǔn)確性、高穩(wěn)定性、高靈敏性 它的作用是直接將傳感器（一次儀表）發(fā)出的信號(hào)，它的作用是直接將傳感器（一次儀表）發(fā)出的信號(hào)，按規(guī)定的規(guī)范要求傳輸給顯示器（二次儀表）。按規(guī)定的規(guī)范要求傳輸給顯示器（二次儀表）。按其作按其作用的不同，分為三種：（一）單純的傳遞作用（二）按用的不同，分為三種：（一）單純的

31、傳遞作用（二）按比例傳遞比例傳遞（三）信號(hào)形式的轉(zhuǎn)換（三）信號(hào)形式的轉(zhuǎn)換二、中間部件二、中間部件三、顯示器三、顯示器 它的功能是將來(lái)自傳感器的信號(hào)，以所需形式向觀它的功能是將來(lái)自傳感器的信號(hào)，以所需形式向觀察者反映被測(cè)參數(shù)的數(shù)量變化察者反映被測(cè)參數(shù)的數(shù)量變化。它的形式有：。它的形式有：（一）指示式儀表（二）記錄式儀表（三）積算式儀表（一）指示式儀表（二）記錄式儀表（三）積算式儀表 （四）信號(hào)式儀表（五）調(diào)節(jié)式儀表（四）信號(hào)式儀表（五）調(diào)節(jié)式儀表第二節(jié)第二節(jié) 儀表的性能指標(biāo)儀表的性能指標(biāo)（一）讀數(shù)誤差（一）讀數(shù)誤差 儀表讀數(shù)誤差是讀數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量值之差，即儀表讀數(shù)誤差是讀數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量值之差，即:

32、: = M-AM-A100hA 讀數(shù)的相對(duì)誤差讀數(shù)的相對(duì)誤差（二）儀表誤差（二）儀表誤差 在測(cè)量標(biāo)尺范圍內(nèi)，各讀數(shù)誤差的最大值，定義為儀在測(cè)量標(biāo)尺范圍內(nèi)，各讀數(shù)誤差的最大值，定義為儀表的絕對(duì)誤差。表的絕對(duì)誤差。 m 100mN 儀表的相對(duì)誤差儀表的相對(duì)誤差（三）基本誤差、允許誤差和精度等級(jí)（三）基本誤差、允許誤差和精度等級(jí)1 1、儀表的基本誤差：指在儀表制造廠保證的條儀表的基本誤差：指在儀表制造廠保證的條件下，儀表的相對(duì)誤差。件下，儀表的相對(duì)誤差。 3 3、儀表精度等級(jí)：是按國(guó)家統(tǒng)一規(guī)定的允許誤差儀表精度等級(jí)：是按國(guó)家統(tǒng)一規(guī)定的允許誤差的大小劃分成的等級(jí)。的大小劃分成的等級(jí)。儀表的精度等級(jí)在數(shù)

33、值上為儀表的允許誤差去掉儀表的精度等級(jí)在數(shù)值上為儀表的允許誤差去掉“”號(hào)及號(hào)及“”號(hào)后的數(shù)值。號(hào)后的數(shù)值。 2 2、允許誤差：是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的，即指在標(biāo)準(zhǔn)允許誤差：是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的，即指在標(biāo)準(zhǔn)條件下使用時(shí)，儀表所應(yīng)滿足的相對(duì)誤差。條件下使用時(shí)，儀表所應(yīng)滿足的相對(duì)誤差。注意：基本誤差必須與允許誤差相一致。注意：基本誤差必須與允許誤差相一致。 （四）儀表的靈敏度與刻度分格標(biāo)準(zhǔn)（四）儀表的靈敏度與刻度分格標(biāo)準(zhǔn)儀表指針的線位移或角位移儀表指針的線位移或角位移與引起此位移的被與引起此位移的被儀表的變差不應(yīng)超過(guò)儀表的允許誤差。儀表的變差不應(yīng)超過(guò)儀表的允許誤差。（六）線性度（六）線性度(非線性誤差非線性誤差

34、)%100max儀表量程ff（即（即測(cè)參數(shù)的變化測(cè)參數(shù)的變化X X之比即為儀表靈敏度，即之比即為儀表靈敏度，即S=x（五）指示變差（五）指示變差：指在外界條件不變時(shí)，使用同一儀表：指在外界條件不變時(shí)，使用同一儀表對(duì)相同的被測(cè)參數(shù)值進(jìn)行正、反行程測(cè)量時(shí)，其所得到對(duì)相同的被測(cè)參數(shù)值進(jìn)行正、反行程測(cè)量時(shí)，其所得到的儀表指示值是不相等的，兩者之差稱為儀表在此讀數(shù)的儀表指示值是不相等的，兩者之差稱為儀表在此讀數(shù)點(diǎn)的指示變差。點(diǎn)的指示變差。100N正反maxx -x變差被測(cè)變量被測(cè)變量?jī)x 表 輸儀 表 輸出出理論理論實(shí)際實(shí)際maxf（七）反應(yīng)時(shí)間：（七）反應(yīng)時(shí)間：它反應(yīng)了儀表動(dòng)態(tài)特性的好壞。它反應(yīng)了儀表動(dòng)

35、態(tài)特性的好壞。三、工業(yè)儀表的分類三、工業(yè)儀表的分類第三節(jié)第三節(jié) 壓力檢測(cè)及儀表壓力檢測(cè)及儀表一、壓力單位及測(cè)壓儀表一、壓力單位及測(cè)壓儀表 按照轉(zhuǎn)換原理的不同，大致可分為四大類按照轉(zhuǎn)換原理的不同，大致可分為四大類: :1.1.液柱式液柱式壓力計(jì)壓力計(jì) 2.2.彈性式壓力計(jì)彈性式壓力計(jì) 3.3.電氣式壓力計(jì)電氣式壓力計(jì) 4.4.活塞式壓活塞式壓力計(jì)力計(jì)2 2、按信息的獲取、傳遞、反映和處理的過(guò)程、按信息的獲取、傳遞、反映和處理的過(guò)程來(lái)分類。來(lái)分類。 3 3、按儀表的組成形式來(lái)分：、按儀表的組成形式來(lái)分：基地式儀表、單基地式儀表、單元組合式儀表。元組合式儀表。 1 1、按儀表使用的能源來(lái)分：、按儀表

36、使用的能源來(lái)分：氣動(dòng)儀表、電動(dòng)氣動(dòng)儀表、電動(dòng) 儀表、液動(dòng)儀表。儀表、液動(dòng)儀表。二、彈性式壓力計(jì)二、彈性式壓力計(jì)彈性式壓力計(jì)是利用各種形式的彈性元件，在被測(cè)彈性式壓力計(jì)是利用各種形式的彈性元件，在被測(cè)介質(zhì)壓力的作用下，使彈性元件受壓后產(chǎn)生彈性變形的介質(zhì)壓力的作用下，使彈性元件受壓后產(chǎn)生彈性變形的原理而制成的測(cè)壓儀表。原理而制成的測(cè)壓儀表。 1.1.彈性元件彈性元件 （1 1）彈簧管式彈性元件）彈簧管式彈性元件 （2 2）薄膜式彈性元件）薄膜式彈性元件 （3 3）波紋管式彈性元件）波紋管式彈性元件2.2.彈簧管壓力表彈簧管壓力表三、電氣式壓力計(jì)三、電氣式壓力計(jì)1.1.霍爾片式壓力傳感器霍爾片式壓力

37、傳感器霍爾片式壓力傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)制成的，即霍爾片式壓力傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)制成的，即利用霍爾元件將由壓力所引起的彈性元件的位移轉(zhuǎn)換利用霍爾元件將由壓力所引起的彈性元件的位移轉(zhuǎn)換成霍爾電勢(shì)，從而實(shí)現(xiàn)壓力的測(cè)量。成霍爾電勢(shì)，從而實(shí)現(xiàn)壓力的測(cè)量。U UH H=R=RH HBIBIp p(a)(a)自由端自由端p p(b)(b)p p(c)(c)3.3.壓阻式壓力傳感器壓阻式壓力傳感器: :是利用單晶硅的壓阻效應(yīng)而構(gòu)成的。是利用單晶硅的壓阻效應(yīng)而構(gòu)成的。4.4.力矩平衡式壓力變送器：力矩平衡式壓力變送器：是根據(jù)力矩平衡原理工的。是根據(jù)力矩平衡原理工的。有電動(dòng)和氣動(dòng)兩種有電動(dòng)和氣動(dòng)兩種。它們都由測(cè)

38、量部分和轉(zhuǎn)換部分組成。它們都由測(cè)量部分和轉(zhuǎn)換部分組成。5.5.電容式壓力變送器：電容式壓力變送器：是利用中心感應(yīng)膜片和兩邊弧形是利用中心感應(yīng)膜片和兩邊弧形固定電極形成的二個(gè)電容器，將壓力的變化轉(zhuǎn)換成電容固定電極形成的二個(gè)電容器，將壓力的變化轉(zhuǎn)換成電容量的變化，然后進(jìn)行測(cè)量的。量的變化，然后進(jìn)行測(cè)量的。3 32 22 21 14 42.2.應(yīng)變片式壓力傳感器：應(yīng)變片式壓力傳感器：是利用電阻應(yīng)變?cè)順?gòu)成的。是利用電阻應(yīng)變?cè)順?gòu)成的。四、壓力計(jì)的選用四、壓力計(jì)的選用 （1 1）儀表類型的選用；）儀表類型的選用；（2 2）儀表測(cè)量范圍的確定；）儀表測(cè)量范圍的確定；（3 3）儀表精度等級(jí)的選取）儀表精度

39、等級(jí)的選取; ;第四節(jié)第四節(jié) 流量檢測(cè)及儀表流量檢測(cè)及儀表第五節(jié)第五節(jié) 物位檢測(cè)及儀表物位檢測(cè)及儀表 測(cè)量物位的儀表種類很多測(cè)量物位的儀表種類很多一、一、 概述概述物位測(cè)量指對(duì)液體液位的測(cè)量，固體或顆粒狀物物位測(cè)量指對(duì)液體液位的測(cè)量，固體或顆粒狀物質(zhì)料位的測(cè)量及對(duì)兩種密度不同液體介質(zhì)的分界面的質(zhì)料位的測(cè)量及對(duì)兩種密度不同液體介質(zhì)的分界面的測(cè)量。測(cè)量。 二、差壓式物位計(jì)二、差壓式物位計(jì)：基于靜力學(xué)原理，利用液位變化引基于靜力學(xué)原理，利用液位變化引起壓差變化的原理而工作。起壓差變化的原理而工作。 + -PA PBhqiq01 1、液位測(cè)量、液位測(cè)量 2 2、液體分界面的測(cè)量、液體分界面的測(cè)量三、電

40、容式物位計(jì)三、電容式物位計(jì)電容器的極板間充電容器的極板間充以不同介質(zhì)時(shí)，電以不同介質(zhì)時(shí)，電容量的大小也有所容量的大小也有所不同。不同。dDLCln21四、核輻射物位計(jì)四、核輻射物位計(jì) 利用核輻射射線的透射強(qiáng)度隨介質(zhì)層厚度的利用核輻射射線的透射強(qiáng)度隨介質(zhì)層厚度的變化而變化的原理進(jìn)行測(cè)量變化而變化的原理進(jìn)行測(cè)量，即射線的透射強(qiáng)度，即射線的透射強(qiáng)度隨著介質(zhì)層厚度增加呈指數(shù)規(guī)律衰減，關(guān)系為穿隨著介質(zhì)層厚度增加呈指數(shù)規(guī)律衰減，關(guān)系為穿過(guò)介質(zhì)后的射線強(qiáng)度過(guò)介質(zhì)后的射線強(qiáng)度I I= =入射強(qiáng)度入射強(qiáng)度I I0 0 * * ，uHe五、稱重式液罐計(jì)量?jī)x五、稱重式液罐計(jì)量?jī)x第六節(jié)第六節(jié) 溫度檢測(cè)及儀表溫度檢測(cè)及

41、儀表一、測(cè)溫儀表的分類一、測(cè)溫儀表的分類按測(cè)量方式不同按測(cè)量方式不同,分為接觸式與非接觸式兩類。接觸分為接觸式與非接觸式兩類。接觸式測(cè)溫利用熱交換原理式測(cè)溫利用熱交換原理,非接觸式測(cè)溫利用熱輻射原理。非接觸式測(cè)溫利用熱輻射原理。三、熱電偶溫度計(jì)三、熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì)是基于熱電偶溫度計(jì)是基于熱電效應(yīng)熱電效應(yīng)原理來(lái)測(cè)量溫度的。原理來(lái)測(cè)量溫度的。二、溫度測(cè)量的基本原理二、溫度測(cè)量的基本原理溫度參數(shù)是不能直接測(cè)量的，溫度參數(shù)是不能直接測(cè)量的，一般只能根據(jù)物質(zhì)的一般只能根據(jù)物質(zhì)的某些特性值與溫度之間的函數(shù)關(guān)系，來(lái)實(shí)現(xiàn)間接測(cè)量。某些特性值與溫度之間的函數(shù)關(guān)系，來(lái)實(shí)現(xiàn)間接測(cè)量。溫度測(cè)量的基本原理與這些

42、特性值的選擇密切相關(guān)。溫度測(cè)量的基本原理與這些特性值的選擇密切相關(guān)。3.測(cè)量?jī)x表測(cè)量?jī)x表 熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì)測(cè)量系統(tǒng)原理圖測(cè)量系統(tǒng)原理圖1.熱電偶熱電偶2.導(dǎo)線導(dǎo)線t0AtBEt0 1 1、熱電偶熱電偶 它是由兩種不同它是由兩種不同材料的導(dǎo)體材料的導(dǎo)體A A和和B B焊接而成。焊接焊接而成。焊接的的一端一端插入被測(cè)介質(zhì)中，感受被插入被測(cè)介質(zhì)中，感受被測(cè)溫度，稱為熱電偶的測(cè)溫度，稱為熱電偶的工作端或工作端或熱端，另一端熱端，另一端與導(dǎo)線連接，稱為與導(dǎo)線連接，稱為冷端或自由端冷端或自由端。 (1)(1)熱電現(xiàn)象及測(cè)溫原理熱電現(xiàn)象及測(cè)溫原理 12t0ABt0t3eAB(t0)2AB1eAB(t

43、)AB241tt1Bt1t03熱電現(xiàn)象熱電現(xiàn)象則此閉合回路的總熱電勢(shì)則此閉合回路的總熱電勢(shì)E E（t,tt,t0 0）為：）為： E E（t,tt,t0 0）= e= eABAB(t(t)- e)- eABAB(t(t0 0) ) 熱電偶構(gòu)成條件：兩種不同材料的導(dǎo)體；兩接熱電偶構(gòu)成條件：兩種不同材料的導(dǎo)體；兩接點(diǎn)溫度不相同，點(diǎn)溫度不相同，在熱電偶回路中接入第三種導(dǎo)線對(duì)原產(chǎn)生的熱電勢(shì)在熱電偶回路中接入第三種導(dǎo)線對(duì)原產(chǎn)生的熱電勢(shì)數(shù)值并無(wú)影響，不過(guò)必須保證引入線兩端的溫度相同。數(shù)值并無(wú)影響，不過(guò)必須保證引入線兩端的溫度相同。（2 2）插入第三種導(dǎo)線的問(wèn)題）插入第三種導(dǎo)線的問(wèn)題2 2、補(bǔ)償導(dǎo)線的選用、

44、補(bǔ)償導(dǎo)線的選用 為什么要采用補(bǔ)償導(dǎo)線為什么要采用補(bǔ)償導(dǎo)線采用一種專用導(dǎo)線，采用一種專用導(dǎo)線，將熱電偶冷端延伸出來(lái)，將熱電偶冷端延伸出來(lái)，此導(dǎo)線為此導(dǎo)線為“補(bǔ)償導(dǎo)線補(bǔ)償導(dǎo)線”。tt0康銅康銅t1鎳鎳鉻鉻_t1鎳鎳硅硅AB+熱電偶熱電偶銅銅補(bǔ)償導(dǎo)線補(bǔ)償導(dǎo)線t0銅導(dǎo)線銅導(dǎo)線測(cè)溫毫伏表測(cè)溫毫伏表 由于不同熱電偶所用補(bǔ)償導(dǎo)線不同，在使用補(bǔ)償導(dǎo)由于不同熱電偶所用補(bǔ)償導(dǎo)線不同，在使用補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)，注意型號(hào)相配，極性不能接錯(cuò)，熱電偶與補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)，注意型號(hào)相配，極性不能接錯(cuò)，熱電偶與補(bǔ)償導(dǎo)線連接端所處的溫度不應(yīng)超過(guò)線連接端所處的溫度不應(yīng)超過(guò)100100。銅導(dǎo)線銅導(dǎo)線_測(cè)溫毫伏計(jì)測(cè)溫毫伏計(jì)冰水混合物冰水混合物+t補(bǔ)

45、償導(dǎo)線補(bǔ)償導(dǎo)線油油（1 1）冷端溫度保持為）冷端溫度保持為00的方法的方法（2 2）冷端溫度修正的方法）冷端溫度修正的方法E(t,0)=E(t,tE(t,0)=E(t,t1 1)+E(t)+E(t1 1,0),0)3 3、冷端溫度補(bǔ)償、冷端溫度補(bǔ)償（3 3）校正儀表機(jī)械零點(diǎn)法）校正儀表機(jī)械零點(diǎn)法+_RtaR1R2R3b（4 4）補(bǔ)償電橋法）補(bǔ)償電橋法利用不平衡電橋產(chǎn)生的利用不平衡電橋產(chǎn)生的電勢(shì)補(bǔ)償熱電偶因冷端電勢(shì)補(bǔ)償熱電偶因冷端溫度變化引起的熱電勢(shì)溫度變化引起的熱電勢(shì)變化值。變化值。t儀表儀表ABt1t1t1t1t0（5 5）補(bǔ)償熱電偶法）補(bǔ)償熱電偶法P P8585四、熱電阻溫度計(jì)四、熱電阻溫

46、度計(jì)熱電阻溫度計(jì)由熱電阻、顯熱電阻溫度計(jì)由熱電阻、顯示儀表以及連接導(dǎo)線組成，其示儀表以及連接導(dǎo)線組成，其連連接導(dǎo)線采用三線制接法。接導(dǎo)線采用三線制接法。儀表儀表熱電阻熱電阻Rt1 1、熱電阻熱電阻 是測(cè)溫（感溫）元件。是測(cè)溫（感溫）元件。（1 1）測(cè)溫原理）測(cè)溫原理 利用金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而利用金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化的特性來(lái)進(jìn)行溫度測(cè)量。變化的特性來(lái)進(jìn)行溫度測(cè)量。金屬導(dǎo)體都具有正的溫度系數(shù)，其阻值與溫度關(guān)系金屬導(dǎo)體都具有正的溫度系數(shù)，其阻值與溫度關(guān)系為：為：RtRt=Rt=Rt0 01+(t-t1+(t-t0 0) )（為電阻溫度系數(shù)）為電阻溫度系數(shù)） 即即RtRt=Rt=R

47、t0 0 * *t t在在00650650范圍內(nèi)，鉑電阻與溫度范圍內(nèi)，鉑電阻與溫度的關(guān)系為：的關(guān)系為： （RtRt0 0為為00時(shí)電阻值）時(shí)電阻值）)1 (320CtBtAtRtRt（2 2）常用熱電阻）常用熱電阻（3 3）熱電阻結(jié)構(gòu)）熱電阻結(jié)構(gòu) 在在-50-50+150+150的范圍內(nèi)，銅電阻的范圍內(nèi)，銅電阻與溫度的關(guān)系是線性的，即與溫度的關(guān)系是線性的，即RtRt=Rt=Rt0 01+(t-t1+(t-t0 0) )DBWDBW主要由輸入回路（測(cè)量橋路）和電壓主要由輸入回路（測(cè)量橋路）和電壓電流轉(zhuǎn)換電流轉(zhuǎn)換器兩部分組成。器兩部分組成。輸入回路輸入回路將熱電偶產(chǎn)生的電勢(shì)或熱電阻將熱電偶產(chǎn)生的電

48、勢(shì)或熱電阻的阻值轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓信號(hào)，的阻值轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓信號(hào)，電壓電壓電流轉(zhuǎn)換器電流轉(zhuǎn)換器又將又將五、（五、（DBWDBW）電動(dòng)溫度變送器）電動(dòng)溫度變送器此電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成一一對(duì)應(yīng)的此電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成一一對(duì)應(yīng)的0 010mA10mA的直流電流信號(hào)。的直流電流信號(hào)。輸入輸入回路回路電壓電壓電電流轉(zhuǎn)換器流轉(zhuǎn)換器Et(或或Rt)UI（一）輸入回路（一）輸入回路 DBWDBW的輸入回路實(shí)際上是一個(gè)直流不平衡橋路，的輸入回路實(shí)際上是一個(gè)直流不平衡橋路，按測(cè)溫元件的不同可分為熱電偶、熱電阻、熱電偶溫按測(cè)溫元件的不同可分為熱電偶、熱電阻、熱電偶溫差、熱電阻溫差橋路和直流毫伏測(cè)量橋路五種差、熱電阻溫差橋路和直

49、流毫伏測(cè)量橋路五種（只要（只要改變接線端子的連接方式就能組成各種測(cè)量橋路）。改變接線端子的連接方式就能組成各種測(cè)量橋路）。1 1、熱電偶溫度測(cè)量、熱電偶溫度測(cè)量 橋路橋路U=UU=UALAL=E=ET T+U+UBLBL =E=ET T+R+RCuCuI I1 1-Rw-Rw2 2I I2 2C_L -BA +輸出輸出UK工作工作ETT+RCuER21R20W3I2IW2R18I1檢查檢查（1 1）自動(dòng)補(bǔ)償由于冷端溫度變化而引起的測(cè)量誤差）自動(dòng)補(bǔ)償由于冷端溫度變化而引起的測(cè)量誤差（2 2）實(shí)現(xiàn)零點(diǎn)調(diào)整和遷移）實(shí)現(xiàn)零點(diǎn)調(diào)整和遷移（3 3）對(duì)儀表作定值檢查）對(duì)儀表作定值檢查輸出輸出U_+TLER2

50、1R20CW3I2IW2R18BRI1TH檢查檢查_(kāi)+工作工作KA +L-U UALAL=E=ETHTH-E-ETLTL+I+I1 1R-IR-I2 2R Rw2w22 2、熱電偶溫差測(cè)量橋路、熱電偶溫差測(cè)量橋路 作用是：把熱電阻的阻值變化轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的毫作用是：把熱電阻的阻值變化轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的毫伏電壓信號(hào)，實(shí)現(xiàn)零點(diǎn)遷移并送出一個(gè)固定數(shù)值的伏電壓信號(hào)，實(shí)現(xiàn)零點(diǎn)遷移并送出一個(gè)固定數(shù)值的電壓來(lái)對(duì)儀表進(jìn)行定值檢查。電壓來(lái)對(duì)儀表進(jìn)行定值檢查。3 3、熱電阻溫度測(cè)量橋路、熱電阻溫度測(cè)量橋路U=IU=I1 1Rt-IRt-I2 2RwRw2 2輸出輸出UER21R20CW3I2IW2R18BI1檢查檢查工作工

51、作KA +L -Rt為克服導(dǎo)線電阻的影響，熱為克服導(dǎo)線電阻的影響，熱電阻采用三線制接法，電阻采用三線制接法，即在即在W W2 2橋路中也串入一條與橋路中也串入一條與RtRt橋橋臂中相同粗細(xì)，相同長(zhǎng)度，臂中相同粗細(xì)，相同長(zhǎng)度，相同材料的連接線，且二橋相同材料的連接線，且二橋臂電流相等，所以在二橋臂臂電流相等，所以在二橋臂中兩根連接導(dǎo)線上產(chǎn)生的壓中兩根連接導(dǎo)線上產(chǎn)生的壓降相等，從而相互抵消。降相等，從而相互抵消。 U=IU=I1 1 RtRtH H -I-I2 2 RtRtL L -I-I2 2R RW W2 2只要保證接線長(zhǎng)度相等即可，只要保證接線長(zhǎng)度相等即可，無(wú)需采用三線制無(wú)需采用三線制4 4

52、、熱電阻溫差測(cè)量橋路、熱電阻溫差測(cè)量橋路輸出輸出UER21R20W3I2IW2R18BI1檢查檢查工作工作KA +L _RtHCRtL（二）電壓（二）電壓電流轉(zhuǎn)換器電流轉(zhuǎn)換器I I0 0=U/R=U/Rf f六、測(cè)溫元件的選用及安裝六、測(cè)溫元件的選用及安裝 p p9191第四章第四章 顯示儀表顯示儀表第二節(jié)第二節(jié) 自動(dòng)電子電位差計(jì)自動(dòng)電子電位差計(jì)第三節(jié)第三節(jié) 自動(dòng)電子平衡電橋自動(dòng)電子平衡電橋R動(dòng)動(dòng)R并并R調(diào)調(diào)RTR串串+_冷 端 補(bǔ) 償冷 端 補(bǔ) 償器器補(bǔ)償導(dǎo)線補(bǔ)償導(dǎo)線補(bǔ)補(bǔ)償償電電阻阻連 接 銅 導(dǎo)連 接 銅 導(dǎo)線線量程電阻量程電阻第一節(jié)第一節(jié) 動(dòng)圈式顯示儀表動(dòng)圈式顯示儀表一、測(cè)量機(jī)構(gòu)及作用原

53、理一、測(cè)量機(jī)構(gòu)及作用原理 二、二、XCZ101XCZ101型動(dòng)圈式儀表型動(dòng)圈式儀表R R外外=15=15動(dòng)圈式儀表實(shí)質(zhì)上是一種測(cè)量電流的儀表動(dòng)圈式儀表實(shí)質(zhì)上是一種測(cè)量電流的儀表 。被測(cè)參數(shù)被測(cè)參數(shù)檢測(cè)元件檢測(cè)元件E E或或R R測(cè)量電路測(cè)量電路動(dòng)圈動(dòng)圈I I( (微安微安) )指針指針指示指示配熱電偶配熱電偶1 1、外接調(diào)整電阻、外接調(diào)整電阻2 2、動(dòng)圈的溫度補(bǔ)償、動(dòng)圈的溫度補(bǔ)償內(nèi)外總R),(),(00RttERttEI串一串一熱敏電阻熱敏電阻RtRt，用錳銅絲繞制，用錳銅絲繞制的的R R并并和和RtRt并聯(lián)并聯(lián)，還串入一恒定，還串入一恒定R R串串。三、三、XCZ102XCZ102型動(dòng)圈式儀

54、表型動(dòng)圈式儀表a穩(wěn)穩(wěn)壓壓電電源源R動(dòng)動(dòng)R串串RTRtR并并R4R3R0R1R1R1R2bcd+-配熱電阻配熱電阻1 1、不平衡電橋、不平衡電橋2 2、三線制、三線制3 3、外接調(diào)整電阻、外接調(diào)整電阻4 4、穩(wěn)壓電源、穩(wěn)壓電源R R1 1=5=5。五、缺點(diǎn)五、缺點(diǎn)屬開(kāi)環(huán)式儀表；屬開(kāi)環(huán)式儀表； 由于是測(cè)量電流由于是測(cè)量電流的儀表，因此能引起電流變化的各種的儀表，因此能引起電流變化的各種干擾因素都會(huì)導(dǎo)致測(cè)量誤差；干擾因素都會(huì)導(dǎo)致測(cè)量誤差；它的它的可動(dòng)部分易損壞，怕震動(dòng)和阻尼時(shí)間可動(dòng)部分易損壞，怕震動(dòng)和阻尼時(shí)間較長(zhǎng)，且不便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)記錄。較長(zhǎng)，且不便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)記錄。四四、動(dòng)圈式儀表使用中注意的問(wèn)題、動(dòng)

55、圈式儀表使用中注意的問(wèn)題第一節(jié)第一節(jié) 自動(dòng)電子電位差計(jì)自動(dòng)電子電位差計(jì) 電子電位差計(jì)是用來(lái)測(cè)量電壓信號(hào)的，凡是能轉(zhuǎn)換電子電位差計(jì)是用來(lái)測(cè)量電壓信號(hào)的，凡是能轉(zhuǎn)換成電壓的工藝變量都能用它來(lái)測(cè)量成電壓的工藝變量都能用它來(lái)測(cè)量。一、工作原理一、工作原理 電子電位差計(jì)是根據(jù)電子電位差計(jì)是根據(jù)“電壓補(bǔ)償原理電壓補(bǔ)償原理”工作的。工作的。這種這種用已知電壓來(lái)補(bǔ)償未知電壓，使測(cè)量線路中電流等用已知電壓來(lái)補(bǔ)償未知電壓，使測(cè)量線路中電流等于于0 0的測(cè)壓方法稱為的測(cè)壓方法稱為“電壓補(bǔ)償法電壓補(bǔ)償法”。用這種方法測(cè)量電用這種方法測(cè)量電壓比較精確，因?yàn)闆](méi)有電流通過(guò)測(cè)量線路，也就不存在壓比較精確，因?yàn)闆](méi)有電流通過(guò)測(cè)量

56、線路，也就不存在線路電阻影響問(wèn)題。線路電阻影響問(wèn)題。R2R3I2I1R4RPCRGBUx+_+EDRBRMFHAEC可逆電機(jī)可逆電機(jī) ND指指示示記記錄錄結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)放大器的輸入電壓放大器的輸入電壓U UCECE=U=UCDCD-U-Ux x=U=UCFCF+U+UFBFB-U-UDBDB-U-Ux x二、測(cè)量橋路中各電阻的作用二、測(cè)量橋路中各電阻的作用 1 1、起始電阻、起始電阻R RG G2 2、量程電阻、量程電阻R RM M3 3、上支路限流電阻、上支路限流電阻R R4 44 4、下支路限流電阻、下支路限流電阻R R3 35 5、冷端溫度補(bǔ)償電阻、冷端溫度補(bǔ)償電阻R R2 2第三節(jié)第三節(jié) 自

57、動(dòng)電子平衡電橋自動(dòng)電子平衡電橋項(xiàng)目項(xiàng)目熱電偶系統(tǒng)熱電偶系統(tǒng)熱電阻系統(tǒng)熱電阻系統(tǒng)輸入信號(hào)輸入信號(hào)電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)電阻電阻電橋輸出電橋輸出E0冷端溫度補(bǔ)償冷端溫度補(bǔ)償有有無(wú)無(wú)接線方式接線方式雙補(bǔ)償線，橋外雙補(bǔ)償線，橋外三線，橋臂三線，橋臂電源電源直流直流直流或交流直流或交流自動(dòng)電子電位差計(jì)與自動(dòng)電子平衡電橋的比較自動(dòng)電子電位差計(jì)與自動(dòng)電子平衡電橋的比較第五章第五章 自動(dòng)控制儀表自動(dòng)控制儀表 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 第二節(jié)第二節(jié) 比例控制比例控制 第三節(jié)第三節(jié) 比例積分控制比例積分控制 第四節(jié)第四節(jié) 微分控制微分控制 第五節(jié)第五節(jié) 模擬式控制器模擬式控制器 第六節(jié)第六節(jié) 可編程序控制器可編程序控制器p(

58、t)=Kp(t)=Kp pe(te(t) ) 一、比例控制規(guī)律及特點(diǎn)一、比例控制規(guī)律及特點(diǎn)二二、積分控制規(guī)律及特點(diǎn)、積分控制規(guī)律及特點(diǎn)tI0p(t)=K( )e t dt三、比例積分控制規(guī)律三、比例積分控制規(guī)律tIPdtteKteKtP0)()()(P(t)KpAtP(t)KIAttKpAtp(t)比例度比例度tIPdtteTteKtP0)(1)()(四、四、微分規(guī)律及特點(diǎn)微分規(guī)律及特點(diǎn)dttdeTtPD)()(P0t五五、PIDPID控制器控制器tDIPDIPdttdeTdtteTteKtPtPtPtP0)()(1)()()()()(KpAtp(t)P(t)KpAtte(t)A第二節(jié)第二節(jié)

59、比例控制比例控制(P)(P)控制器的輸出變化量與輸入偏差成控制器的輸出變化量與輸入偏差成正比，在時(shí)間上沒(méi)有延滯。正比，在時(shí)間上沒(méi)有延滯。圖為階躍圖為階躍偏差作用下，比例控制器的開(kāi)環(huán)輸出偏差作用下，比例控制器的開(kāi)環(huán)輸出特性。特性。p(t)=Kp(t)=Kp pe(te(t) ) 一、比例控制規(guī)律及特點(diǎn)一、比例控制規(guī)律及特點(diǎn)K Kp p是衡量比例作用強(qiáng)弱的物理量是衡量比例作用強(qiáng)弱的物理量。二、比例度二、比例度 所謂比例度就是指控制器輸入的相對(duì)變化量與相應(yīng)的所謂比例度就是指控制器輸入的相對(duì)變化量與相應(yīng)的輸出的相對(duì)變化量之比的百分?jǐn)?shù)，輸出的相對(duì)變化量之比的百分?jǐn)?shù)，即：即：maxminmaxmin/()

60、100/()exxppp %1001PK三、比例作用及三、比例作用及對(duì)系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的影響對(duì)系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的影響1 1、在擾動(dòng)及設(shè)定值變化時(shí)有余差存在、在擾動(dòng)及設(shè)定值變化時(shí)有余差存在2 2、比例度、比例度越大，過(guò)渡過(guò)程的曲線越平穩(wěn)，隨著比越大，過(guò)渡過(guò)程的曲線越平穩(wěn)，隨著比例度的減小，余差逐漸減小例度的減小，余差逐漸減小, ,但系統(tǒng)的振蕩程度加劇，但系統(tǒng)的振蕩程度加劇，當(dāng)當(dāng)繼續(xù)減小到某一數(shù)值，系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)等幅振蕩。繼續(xù)減小到某一數(shù)值，系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)等幅振蕩。P117P117圖圖5-85-8 在基本控制規(guī)律中，比例在基本控制規(guī)律中，比例控制規(guī)律控制規(guī)律是最基本、最是最基本、最主要、最普遍的控制規(guī)律。它能較為