自動控制系統(tǒng)的分類、渡過程和品質(zhì)指標(biāo)

1、緒 論自動化技術(shù)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科技以及人們的日常生活中發(fā)揮著重要的作用。自動化技術(shù)作為國家高科技的重要組成部分，其水平高低已成為衡量國家科技實(shí)力和各個行業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志。化工、煉油、食品、輕工等化工類型生產(chǎn)過程自動化簡稱化工自動化。即在化工設(shè)備上，配備一些自動化裝置，自動測量生產(chǎn)過程中的重要工藝參數(shù)，并與計算機(jī)（或自動操縱裝置）、執(zhí)行機(jī)構(gòu)相配合實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的自動操縱。這種用自動化裝置來治理化工生產(chǎn)過程叫化工自動化。 實(shí)現(xiàn)化工生產(chǎn)自動化目的（重要意義）加快生產(chǎn)速度，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量。減輕勞動強(qiáng)度，改善勞動條件，使工人從繁重的勞動中解脫出來。保證安全生產(chǎn)，防止事故發(fā)生與擴(kuò)大

2、，延長設(shè)備使用壽命，提高設(shè)備利用能力。改變勞動方式，使工人逐步由體力勞動轉(zhuǎn)向腦力勞動。組成一個完整的生產(chǎn)過程操縱系統(tǒng)一般有操縱器、執(zhí)行器、被控過程（或被控對象）和測量變送器四個環(huán)節(jié)，其中操縱器、執(zhí)行器和測量變送器都屬于檢測操縱儀表。一般認(rèn)為自動操縱系統(tǒng)由檢測操縱儀表和被控過程（被控對象）兩部分組成。 大型化、現(xiàn)代化、多品種、精細(xì)化的過程生產(chǎn)系統(tǒng)生產(chǎn)自動化的進(jìn)展過程可分為三個時期。 第一時期：采納一些自動檢測儀表檢測要緊工藝參數(shù)，第二時期：采納先進(jìn)的自動檢測儀表和操縱系統(tǒng) 第三時期：開始采納電子計算機(jī)操縱，生產(chǎn)過程操縱的進(jìn)展由原來車間集中操縱轉(zhuǎn)向工廠綜合自動化進(jìn)展（平面化治理），這是目前自動化進(jìn)

3、展的一個重要方向。實(shí)現(xiàn)化工生產(chǎn)過程自動化，一般要包括自動檢測、自動愛護(hù)、自動操縱和自動操縱等方面的內(nèi)容。自動檢測系統(tǒng):利用各種檢測儀表對要緊工藝參數(shù)進(jìn)行自動檢測、指示或記錄，“了解”生產(chǎn)進(jìn)行的情況。自動信號和連鎖愛護(hù)系統(tǒng)：是生產(chǎn)中的一種安全裝置。自動信號和連鎖愛護(hù)系統(tǒng):對某此關(guān)鍵性參數(shù)設(shè)有自動信號聯(lián)鎖裝置，當(dāng)工藝參數(shù)超過了同意范圍，系統(tǒng)自動地發(fā)出聲光報警信號，以提示及時采取措施。自動操縱系統(tǒng):依照預(yù)先規(guī)定的步驟自動地對生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程進(jìn)行某種周期性的操作。自動開停車系統(tǒng)：按照預(yù)先規(guī)定的步驟，使生產(chǎn)過程自動投入運(yùn)行或自動停車。 自動操縱系統(tǒng):對生產(chǎn)中某些關(guān)鍵性參數(shù)進(jìn)行自動操縱，使它們在受到干擾

4、的阻礙而偏離正常狀態(tài)時，能自動地調(diào)回到規(guī)定的的數(shù)值范圍內(nèi)。 自動操縱系統(tǒng)是自動化生產(chǎn)的核心部分，（液位變送器）（操縱器）（執(zhí)行器） 自動操縱系統(tǒng)是在人工操縱的基礎(chǔ)上產(chǎn)生和進(jìn)展起來的，其要緊裝置包括測量元件與變送器、自動操縱器、執(zhí)行器，分不代替了人的眼、腦、手三個器官。1.自動操縱系統(tǒng)的組成（1） 被控對象:在自動操縱系統(tǒng)中，我們將需要操縱其工藝參數(shù)的生產(chǎn)設(shè)備或機(jī)器。（2） 自動操縱裝置起操縱作用。 測量元件與變送器 檢測工藝參數(shù)（或再轉(zhuǎn)換成某一特定信號如電流、電壓、氣壓信號） 自動操縱器 依照變送器送來的信號與工藝上要求的參數(shù)進(jìn)行比較運(yùn)算，并發(fā)出信號到操縱閥。 執(zhí)行器：依照操縱器送來的信號對閥

5、門的開度進(jìn)行調(diào)解。2.信號和變量那個信息確實(shí)是信號（電壓、電流、壓力、位移等等）也叫變量。 指向方框的信號U表示施加到系統(tǒng)或環(huán)節(jié)上的獨(dú)立變量，稱為輸入變量，離開方框的信號表示系統(tǒng)或環(huán)節(jié)送出的變量，稱為輸出變量設(shè)定值（給定值）：被控變量的目標(biāo)值（預(yù)定值），稱為設(shè)定值 進(jìn)水量Q1會引起水位變化，這種引起被控變量波動的外來因素，在自動操縱系統(tǒng)中稱為干擾（或擾動）引起水位變化的出水量Q2，它是執(zhí)行器操縱閥動作的結(jié)果，是操縱系統(tǒng)來以補(bǔ)償干擾的作用，Q2具有實(shí)現(xiàn)操縱作用的參數(shù)叫操縱變量，即受操縱器操縱，用以使被控變量保持設(shè)定值（給定值）的物料量或能量，稱為操縱變量。操縱閥輸出的q的變化稱為操縱作用，操縱作

6、用和干擾差不多上作用于對象的輸入信號，它們對對象的作用方向是相反的。Q2的流體叫操縱介質(zhì)，能夠是流入對象的，也能夠是對象流出的。故自動操縱系統(tǒng)是一個閉環(huán)系統(tǒng)。閉環(huán)系統(tǒng)自動操縱系統(tǒng)的方塊圖中信號沿箭頭方向前進(jìn),通過若干環(huán)節(jié)后,最后又返回到起始點(diǎn)。開環(huán)系統(tǒng) 自動操縱系統(tǒng)的方塊圖中信號沿箭頭方向前進(jìn),最后返回不到起始點(diǎn)。 操縱系統(tǒng)的輸出信號(被控變量)不反饋到系統(tǒng)的輸入端，因而也不對操縱作用產(chǎn)生阻礙的系統(tǒng)，稱為開環(huán)操縱系統(tǒng)。把系統(tǒng)(或環(huán)節(jié))的輸出信號直接或通過一些環(huán)節(jié)重新引回到輸人端的做法叫做反饋。反饋信號的作用方向與設(shè)定信號相反，即偏差信號為兩者之差，這種反饋叫做負(fù)反饋；反之為正反饋。在閉環(huán)操縱系

7、統(tǒng)中，把輸出信號（被控變量）通過測量元件和變送器后，又返回到系統(tǒng)的輸入端，與給定值進(jìn)行比較，這種系統(tǒng)的輸出信號直接或通過一些環(huán)節(jié)返回到系統(tǒng)的輸入端的做法叫反饋。負(fù)反饋反饋信號能使原來的信號減弱。與原來信號方向相反。正反饋反饋信號能使原來信號加強(qiáng)。自動操縱系統(tǒng)操縱方法差不多上是采納負(fù)反饋的方法。自動操縱系統(tǒng)是具有被控變量負(fù)反饋的閉環(huán)系統(tǒng)，1.3自動操縱系統(tǒng)的分類1. 按被控參數(shù)分類：溫度、流量、壓力、液位等操縱系統(tǒng)。 2. 按操縱系統(tǒng)所處理的信號方式來分：有模擬操縱系統(tǒng)與數(shù)字操縱系統(tǒng)。模擬信號：在時刻上是連續(xù)變化的，在任何瞬時都能夠確定其數(shù)值的信號，可轉(zhuǎn)換為電信號。在生產(chǎn)過程中任何連續(xù)變化的物理

8、量和物理量都屬于模擬信號。數(shù)字信號：以離散形式出現(xiàn)的不連續(xù)的信號，數(shù)字量的增減只能一個一個單位增加或減小。模擬信號和數(shù)字信號能夠互相轉(zhuǎn)換。4.按操縱器具有的操縱規(guī)律分類：位式自動操縱系統(tǒng)、比例（P）、比例積分(PI)、比例微分(PD)、比例積分微分(PID)等操縱系統(tǒng)。 5. 按操縱系統(tǒng)的復(fù)雜程度 簡單操縱 復(fù)雜操縱：均勻操縱、串級操縱、前饋操縱 （1）定值操縱系統(tǒng)：被控變量的給定值恒定不變。定值操縱系統(tǒng)的差不多任務(wù)是克服擾動對被控變量的阻礙，（2）隨動操縱系統(tǒng)（自動跟蹤系統(tǒng)）：給定值是不斷變化的且無規(guī)律，是隨機(jī)變化的。隨動操縱系統(tǒng)操縱的目的，是使所操縱的工藝參數(shù)準(zhǔn)確而快速地跟隨給定值的變化而

9、變化。（3）程序操縱系統(tǒng)（順序操縱系統(tǒng)）：工藝參數(shù)的給定值按一定的規(guī)律變化，是已知的時刻函數(shù)。即設(shè)定值按一定的時刻程序變化。9. 按信號種類分類：氣動操縱系統(tǒng)，電動操縱系統(tǒng)1.4 自動操縱系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標(biāo) 在自動化領(lǐng)域內(nèi)要研究兩種狀態(tài)：靜態(tài)和動態(tài)。這種被控變量不隨時刻變化的平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的靜態(tài)。動態(tài):被控變量隨時刻變化的不平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的動態(tài)。 系統(tǒng)從一個平衡態(tài)過渡到另一個平衡狀態(tài)的整個過程叫系統(tǒng)的過渡過程。階躍干擾，確實(shí)是在某一瞬間，輸入量突然階躍式地加到系統(tǒng)上，并接著保持在那個幅度上，自動操縱系統(tǒng)的過渡過程實(shí)質(zhì)上是操縱作用不斷克服干擾作用阻礙的過程。衡量系統(tǒng)的操縱質(zhì)量的依據(jù)是系

10、統(tǒng)的過渡過程，在過渡過程中，被控變量是隨時刻變化的，不同的過渡過程，被控變量隨時刻的變化情況不一樣1.非周期衰減過程被控變量在給定值的某一側(cè)做緩慢變化，沒有來回波動，最后穩(wěn)定在某一數(shù)值上。2.衰減振蕩過程被控變量上下波動，但幅度逐漸減小，最后穩(wěn)定在某一數(shù)值上，這種過渡過程形式叫衰減振蕩過程。能使系統(tǒng)較快地穩(wěn)定下來，希望是這種過程。（1、2差不多上衰減過程，稱為穩(wěn)定過程。）3.等副振蕩過程被控變量在給定值附近來回波動，且波動幅度保持不變，永久可不能穩(wěn)定下來。屬于不穩(wěn)定過程，在要求y穩(wěn)定的系統(tǒng)不采納，調(diào)節(jié)質(zhì)量要求不高時用。4.發(fā)散振蕩過程被控變量來回波動，且波動幅度越來越大，即偏離給定值越來越遠(yuǎn)。

11、在自動操縱系統(tǒng)應(yīng)幸免，以免出現(xiàn)危險事故。（3、4不穩(wěn)定過程） 操縱系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)衡量系統(tǒng)操縱的質(zhì)量確實(shí)是要依據(jù)過渡過程的品質(zhì)指標(biāo)。自動操縱系統(tǒng)在階躍干擾作用下，一般都希望得到衰減振蕩過程。最大偏差或超調(diào)量：最大偏差（動態(tài)偏差）是指在過渡過程中，被控參數(shù)偏離給定值的最大數(shù)值A(chǔ)(最大偏差表示系統(tǒng)瞬時偏離給定值的最大程度)。偏離越大，偏離的時刻越長，系統(tǒng)離開規(guī)定的工藝參數(shù)指標(biāo)就越遠(yuǎn)，甚至?xí)斐梢徊ㄎ雌揭徊ㄓ制?，波峰疊加，使被控變量振蕩加劇，對穩(wěn)定正常生產(chǎn)不利，有的甚至?xí)^危險極限造成事故，故要加以限制，越小越好。最大動態(tài)偏差或超調(diào)量是描述被控參數(shù)偏離給定值的最大程度。最大動態(tài)偏差是反映操縱系統(tǒng)動態(tài)

12、準(zhǔn)確性的指標(biāo)，也是衡量過渡過程穩(wěn)定性的動態(tài)指標(biāo)。衰減比：衰減比是相鄰兩個峰值的比，衰減比是表示振蕩過程衰減的程度，是衡量過渡過程穩(wěn)定性的動態(tài)指標(biāo)。 余差：當(dāng)過渡過程終了時，被控變量所達(dá)到的新的穩(wěn)態(tài)值與給定值之間的偏差叫做余差（C），或者講余差確實(shí)是過渡過程終了時的殘余偏差。有正有負(fù)。 余差是衡量操縱系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性的指標(biāo)。被控參數(shù)越接近給定值越好，亦即殘差越小越好。過渡時刻 ：從干擾作用發(fā)生的時刻起,直到系統(tǒng)重新建立新的平衡時止,過渡過程所經(jīng)歷的時刻叫做過渡時刻或操縱時刻. 振蕩周期 （或 頻率）T：過渡過程兩個相鄰的同向波峰(或波谷)之間經(jīng)歷的時刻叫振蕩周期或工作周期. 振蕩周期的倒數(shù)稱為振蕩

13、頻率. 頻率=1/周期衰減比（反映被控變量振蕩的程度）、最大偏差、超調(diào)量（穩(wěn)定性）是表示系統(tǒng)的穩(wěn)定性，過渡時刻表示系統(tǒng)的快慢性能，余差表示系統(tǒng)靜態(tài)特性的好壞，也反映了系統(tǒng)的精度。操縱系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)是過程操縱系統(tǒng)研究的核心標(biāo)準(zhǔn)問題。自動操縱系統(tǒng)由兩大部分組成: 工藝過程部分（被控過程）和自動化裝置部分。自動裝置部分：實(shí)現(xiàn)自動操縱必備的自動化儀表、設(shè)備。包括測量與變送裝置、操縱器和執(zhí)行器三部分。 自動操縱系統(tǒng)是由被控對象、測量元件及變送器、操縱器和執(zhí)行器組成的，系統(tǒng)的操縱質(zhì)量與組成系統(tǒng)的每一個環(huán)節(jié)的特性和作用都有關(guān)系，特不是被控對象的特性對操縱質(zhì)量的阻礙，往往是確定操縱方案的依據(jù)。干擾作用和操縱作

14、用都能夠看成對象的輸入量，能夠叫輸入變量。輸出量(輸出參數(shù)):被控變量（被控參數(shù)）。1通道 ：由對象的輸入變量至輸出變量的信號聯(lián)系稱之為通道 操縱通道:操縱作用至輸出變量的信號聯(lián)系。是描述操縱變量與被控變量之間的關(guān)系。 干擾通道:干擾作用至輸出變量的信號聯(lián)系。是描述干擾與被控變量之間的關(guān)系。被控對象的特性：在給被控對象一個輸入作用下，其輸出變量是如何隨著輸入作用變化而變化，變化的快慢及最終變化的數(shù)值等。靜態(tài)特性：給對象一個輸入，當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到平衡狀態(tài)時，輸入變量與輸出變量之間的關(guān)系。動態(tài)特性：指系統(tǒng)在受到輸入作用時，由一個平衡態(tài)向另一個平衡態(tài)過渡的整個過程中，輸出變量隨輸入作用的變化。靜態(tài)數(shù)學(xué)模型

15、描述的是對象在穩(wěn)定時（靜態(tài)）的輸入與輸出關(guān)系；動態(tài)數(shù)學(xué)模型描述的是在輸入量改變以后輸出量跟隨變化的規(guī)律；動態(tài)數(shù)學(xué)模型是更精確的模型，靜態(tài)數(shù)學(xué)模型是動態(tài)數(shù)學(xué)模型在對象達(dá)到平衡時的特例。研究對象的動態(tài)特性，確實(shí)是要找出描述對象動態(tài)的數(shù)學(xué)模型。二.建立對象數(shù)學(xué)模型的方法對象特性的研究一般有兩種方法機(jī)理分析法（亦稱化工動態(tài)學(xué)的方法）關(guān)于簡單的對象或系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的特性，依照系統(tǒng)工藝實(shí)際過程的數(shù)質(zhì)量關(guān)系，分析計算輸入量與輸出量之間的關(guān)系。即能夠通過分析過程的機(jī)理、物料或能量平衡關(guān)系求得數(shù)學(xué)模型，即對象動態(tài)特性的微分方程式，這種方法稱為機(jī)理分析法。（機(jī)理模型）對象特性的機(jī)理分析法的最差不多關(guān)系是物料平衡和能量

16、平衡。在靜態(tài)條件下，其關(guān)系是：單位時刻流入對象的物料或能量 = 系統(tǒng)中流出的物料或能量在動態(tài)條件下，物料平衡和能量平衡的關(guān)系是：單位時刻內(nèi)進(jìn)入系統(tǒng)的物料 單位時刻內(nèi)流出的物料 = 系統(tǒng)內(nèi)物料貯存量的變化率（2）實(shí)驗測定法（系統(tǒng)辨識）有些復(fù)雜系統(tǒng)的輸入與輸出之間的關(guān)系是比較難以通過計算來獲得的，對象的微分方程式專門難建立，也不容易求解。因此，另一種方法是通過實(shí)驗測定，需要在實(shí)際系統(tǒng)或?qū)嶒炏到y(tǒng)中，通過一組輸入來考察輸出的跟隨變化規(guī)律反映輸入與輸出關(guān)系的經(jīng)驗曲線和經(jīng)驗函數(shù)關(guān)系。對獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)處理而求得對象的微分方程式或傳遞函數(shù)，這種方法稱為實(shí)驗測定法。（經(jīng)驗?zāi)Ｐ停┌褍煞N方法結(jié)合起來，要緊通過機(jī)

17、理分析，得出模型的結(jié)構(gòu)或函數(shù)形式，再通過實(shí)驗測得輸入輸出數(shù)據(jù)確定其中的部分參數(shù)(參數(shù)可能)，得到的模型稱為混合模型。三數(shù)學(xué)模型的表示方法：非參量模型：用曲線、圖表表示的系統(tǒng)輸入與輸出量之間的關(guān)系。特點(diǎn)：簡單、形象、較易看出對象的特征。參量模型：用數(shù)學(xué)方程式表示的系統(tǒng)輸入與輸出量之間的關(guān)系。 （參量指變量，即輸入變量、輸出變量）一階對象 所謂單容過程是指只有一個儲蓄容量的被控過程。 當(dāng)單位時刻內(nèi)流入對象的物料不等于流出對象的物料時，表征對象物料蓄存量的參數(shù)就要隨時刻而變化，而其關(guān)系則是微分方程。求出對象輸出輸入之間的微分方程，假如對象的動態(tài)方程是一階微分方程。對象的特性，即對象的輸出量是如何隨輸

18、入量變化而變化，在實(shí)際工作中常用三個物理量來表示 K、T、。一.放大系數(shù)K K在數(shù)值上等于對象受干擾作用，重新穩(wěn)定后的輸出變化量與輸入變化量之比。物理意義：K在數(shù)值上等于對象的輸出變化量與輸入變化量之比，假如有一定的輸入變化量Q1，通過對象就被放大了K倍，變?yōu)檩敵鲎兓縣。放大系數(shù)：達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時，對象輸出變化量y和輸入變化量x之比。 （）放大系數(shù)是描述對象靜態(tài)特性的參數(shù)。關(guān)于對象操縱通道放大系數(shù)K0,一般希望K0適當(dāng)大一些，K0越大，表示被控變量對操縱作用有足夠大的靈敏度，使操縱作用更為有效。關(guān)于對象干擾通道的放大系數(shù)Kf，則應(yīng)愈小愈好，Kf小表示干擾對被控變量的阻礙小。二.時刻常數(shù)T 時刻

19、常數(shù)T:指當(dāng)對象受到階躍輸入作用后，被控變量假如保持初始速度變化，達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值所需的時刻。或當(dāng)對象受到階躍作用后，被控變量達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值的63.2%所需時刻。時刻常數(shù)是反映被控變量變化快慢的動態(tài)參數(shù)，T越大，表示對象受到干擾作用后，被控變量變化得越慢，達(dá)到新穩(wěn)態(tài)值時時刻越長，慣性越大。關(guān)于干擾通道的時刻常數(shù)Tf越大，對y的阻礙也越遲緩，操縱越容易。滯后時刻 有的對象在受到輸入作用后（如一階對象在受階躍作用下），輸出變量立即開始變化；而有的對象如二階以上對象，在受到輸入作用后，輸出變量不能立即而迅速地變化，對象的輸出變化落后于輸入的現(xiàn)象，稱為對象的滯后。依照滯后性質(zhì)不同可分為傳遞滯后和容量滯后

20、 1傳遞滯后： 傳遞滯后又叫純滯后（0），對象受到輸入作用時，其輸出變量要通過一段時刻才開始變化，這種現(xiàn)象叫傳遞滯后。滯后時刻用00產(chǎn)生的緣故：一般是由于介質(zhì)的傳輸、能量的傳遞、信號的傳送需要一段時刻而引起的，例如皮帶輸送機(jī)。另外，檢測方案不合理，也可產(chǎn)生純滯后，容量滯后h對象受到輸入作用時，輸出變量開始變化專門慢，后來才逐漸加快，再之后又逐漸變慢直到達(dá)到穩(wěn)定值，這種現(xiàn)象叫容量滯后（或過渡滯后）。h滯后時刻是純滯后時刻0和容量滯后h的總和。和T反映被控變量受到輸入作用后的變化規(guī)律，也確實(shí)是反映系統(tǒng)過渡過程中的變化規(guī)律。滯后時刻對對象的操縱通道是不利的，假如存在于操縱參數(shù)方向，使其不能及時地起操

21、縱作用；假如存在于被控參數(shù)測量方向，系統(tǒng)受到輸入作用后，由于存在滯后，被控參數(shù)不能立即反映出來，操縱器就不能及時覺察到偏差，不管哪一種情況都使操縱作用落后于被控參數(shù)的變化，容易引起超調(diào)，不利于操縱，因此在設(shè)計和安裝操縱系統(tǒng)時，都應(yīng)當(dāng)盡量把滯后時刻減小到最小。2. 階躍反應(yīng)曲線法通過調(diào)節(jié)量的一個階躍變化查找對象的動態(tài)特性。優(yōu)點(diǎn)：簡單易行。缺點(diǎn)：精度低。3. 周期脈沖法通過調(diào)節(jié)量的周期變化（矩形波或正弦變化），獵取對象的動、靜態(tài)特性。優(yōu)點(diǎn)：能反應(yīng)條件波動時的結(jié)果。缺點(diǎn)：不能用于大滯后系統(tǒng)。用來測量化工生產(chǎn)過程中的壓力、流量、物位、溫度等參數(shù)的儀表稱為化工檢測儀表。 傳感器 ：用來將這些參數(shù)轉(zhuǎn)換為一

22、定的便于傳送的信號的儀表叫傳感器。變送器 ：將所測得的工藝參數(shù)檢測出并轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號，送往操縱器或顯示儀表，則傳感器就為變送器。一測量過程與測量誤差1測量過程：將被測參數(shù)與其相對應(yīng)的測量單位進(jìn)行比較的過程。 由儀表讀得的被測值與被測量真值之間，總存在一定的差距，這一差距稱為測量誤差測量誤差通常用絕對誤差和相對誤差兩種方法表示。絕對誤差()：理論上是指儀表指示值XI和被測量的真實(shí)值Xt之間的差值。（2）相對誤差(y)relative error：某一點(diǎn)的絕對誤差與它的真實(shí)值xt（或x0）之比。衡量儀表優(yōu)劣的性能指標(biāo) 1.精度等級 2.指示變差（恒定度）3.靈敏度和靈敏限 4.分辨力5.線性

23、度6.反應(yīng)時刻2.指示變差（恒定度）測量的正行程：被測參數(shù)由小變大。測量的反行程：被測參數(shù)由大變小。指示變差：指在相同的外界條件下，使用同一儀表對相同的被測參數(shù)值進(jìn)行正（被測參數(shù)由小到大）反（由大到小）測量時，得到的儀表指示值是不相等的，正反行程指示值之差稱為該儀表在該讀數(shù)點(diǎn)的指示變差。3靈敏度(S)與靈敏限（也叫靈敏域）sensitivity 靈敏度(S): 靈敏度是反映儀表對被測參數(shù)變化的靈敏程度。儀表的指針線位移(或角位移)(a)與引起那個線（或角）位移的被測參數(shù)變化量(X)的比值. S為儀表靈敏度S在數(shù)值上等于單位被測參數(shù)變化量所引起的儀表指針移動的距離(或轉(zhuǎn)角)S越高，X略微變化，a

24、變化較大，越靈敏，越能觀看微小的參數(shù)變化。靈敏限: 能引起儀表指針發(fā)生動作的被測參數(shù)的最小變化量。反應(yīng)時刻 因此儀表的反應(yīng)時刻長短，實(shí)際上是反映了儀表動態(tài)特性的好壞，是用來衡量儀表能不能盡快反映出參數(shù)變化的品質(zhì)指標(biāo).線性度 線性度用來講明輸出量與輸入量的實(shí)際關(guān)系曲線偏離直線的程度。線性度：通常用實(shí)際測得的輸入輸出特性曲線（標(biāo)定曲線）與理論擬合直線之間的最大偏差與測量儀表滿量程輸出范圍之比的百分?jǐn)?shù)表示。 f越大，線性度越不行。重復(fù)性表示測量儀表在測量被測參數(shù)時，在被測參數(shù)按同一方向作全量程連續(xù)多次變動時所得標(biāo)定特性曲線不一致的程度。若標(biāo)定的特性曲線一致，重復(fù)性就好，重復(fù)誤差小。重復(fù)性誤差：用各測

25、量點(diǎn)指示值的最大偏差Zmax與測量儀表滿量程輸出范圍之比的百分?jǐn)?shù)來表示。常見的便于傳輸和顯示的信號類型有：位移信號 2壓力信號 3電信號 4光信號 測量系統(tǒng)中信號的傳遞形式從傳遞信號的連續(xù)性的觀點(diǎn)來看，在檢測系統(tǒng)中傳遞信號的形式能夠分為模擬信號、數(shù)字信號和開關(guān)信號。五.工業(yè)儀表的分類 按儀表使用的能源分類(1) 氣動儀表:以壓縮空氣為能源，結(jié)構(gòu)比較簡單、直觀、可靠；抗干擾能力強(qiáng)；價格低廉、防火防爆；然而信號傳遞慢，距離短，不宜實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離大范圍的集中顯示與操縱，與計算機(jī)聯(lián)用比較困難。 (2)電動儀表:以電能為能源，信號之間聯(lián)系方便；適于遠(yuǎn)距離傳送和集中操縱 、便于與計算機(jī)聯(lián)用，可防火防爆；但結(jié)構(gòu)

26、復(fù)雜，易受溫度、濕度、電磁場、放射性等環(huán)境阻礙。 (3)液動儀表:信息的獲得、傳遞、反映、和處理的過程分類: (1)檢測儀表：作用是獵取信息，并進(jìn)行適當(dāng)轉(zhuǎn)換。在生產(chǎn)過程中，要緊用來檢測某些工藝參數(shù)（如為溫度、壓力、流量、物位等），并將被測參數(shù)的大小成比例地轉(zhuǎn)換成電的信號（電壓、電流、頻率等）或氣壓信號。 (2)顯示儀表：作用是將由檢測儀表獲得的信息顯示出來，包括各種模擬量、數(shù)字量的指示儀、記錄儀和積算器，以及工業(yè)電視、圖像顯示器等。 (3)集中操縱裝置：包括各種巡回檢測儀、巡回操縱儀、程序操縱儀、數(shù)據(jù)處理機(jī)、電子計算機(jī)以及儀表操縱盤和操作臺等。 (4)操縱儀表：能夠依照需要對輸入信號進(jìn)行各種運(yùn)

27、算（如放大、積分、微分等）。包括電動、氣動操縱器以及用來代替模擬操縱儀表的微處理機(jī)等。 (5)執(zhí)行器：能同意操縱儀表的輸出信號或直接來自操作人員的指令，對生產(chǎn)過程進(jìn)行操作或操縱。包括各種氣動、電動、液動執(zhí)行機(jī)構(gòu)和操縱閥。 按儀表的組成形式來分類:基地式儀表:將測量、顯示、操縱等各部分集中組裝在一個殼體內(nèi)，形成一個整體。適于現(xiàn)場就地檢測和操縱，不適合多種參數(shù)的集中顯示與操縱，使使用受到限制。 (2)單元組合式儀表:將對參數(shù)的測量及其變送、顯示、操縱等各部分分不做成只能完成某一特定功能而又能各自獨(dú)立工作的單元儀表，這些單元之間通過統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號相互連聯(lián)系起來。（檢測單元、變送、顯示、操縱）。這些單

28、元可方便地任意組合成各種操縱系統(tǒng)，有用性和靈活性好。1壓力：指均勻垂直的作用于單位面積上的力。物理學(xué)上稱為壓強(qiáng)，工業(yè)上稱為壓力。壓力可用公式表示為： 絕對壓力：以絕對零壓力為準(zhǔn)來表示的壓力。表壓:p表壓 = p絕對壓力 - p大氣壓真空度(被測壓力低于大氣壓):p真空度 = p大氣壓力 - p絕對壓力 2壓力表的分類 測壓儀表或真空度儀表種類專門多，按照其轉(zhuǎn)換原理不同,可分為四大類: 液柱式壓力計：依照流體靜力學(xué)原理，將被測壓力轉(zhuǎn)換成液柱高度進(jìn)行測量。適合測量低壓、負(fù)壓、或壓力差。按其結(jié)構(gòu)形式不同，有U型管壓力計、單管壓力計、斜管壓力計等。 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，價格廉價，精度較高，在現(xiàn)場和實(shí)驗室中

29、使用。 缺點(diǎn)：體積較大，讀數(shù)不方便，只能目測，不能遠(yuǎn)傳，而且測量結(jié)果會受毛細(xì)管作用、密度、視差阻礙，玻璃管易破裂，測量范圍窄，測低壓、負(fù)壓，因而應(yīng)用領(lǐng)域有一定的局限性。企業(yè)常用的是可變傾斜管微壓計。 要緊用于實(shí)驗室或工程實(shí)驗上適用。彈性式壓力計： 將被測壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件變形的位移進(jìn)行測量，有彈簧管壓力計、波浪管壓力計、膜片式壓力計等。在工業(yè)上應(yīng)用相當(dāng)廣泛。 結(jié)構(gòu)簡單，價格廉價，測量范圍廣，現(xiàn)場使用，維修方便，工業(yè)上應(yīng)用廣泛。電氣式壓力計 ：通過機(jī)械和電氣元件將被測壓力轉(zhuǎn)換成電量（電氣信號，如電壓、電流、頻率等）進(jìn)行測量，有電容式、電阻式、電感式、應(yīng)變片式、霍爾片式。還有力平衡式壓力變送器、電

30、容式壓力變送器等。 多用于遠(yuǎn)傳和集中操縱，適用范圍廣，是一種有進(jìn)展前景的壓力表?；钊綁毫τ嫞阂勒找后w傳送壓力的原理，將被測壓力轉(zhuǎn)換成活塞上所加平衡砝碼的重量進(jìn)行測量。 測量范圍大，精度高，同意誤差可小到0.05%0.02%，但必須人工增減砝碼，不能自動測量。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格較貴，常用檢驗工業(yè)壓力表的標(biāo)準(zhǔn)儀表，不適于現(xiàn)場適用。 工業(yè)生產(chǎn)中最常用的是彈性式壓力計和電氣式壓力計。二.彈性式壓力計原理：是利用各種形式的彈性元件。在被測壓力的作用下,彈性元件受壓后產(chǎn)生彈性形變的原理而制成的壓力儀表.依照虎克定律，在彈性限度內(nèi)，彈簧伸長或縮短的長度與受到的拉力或壓力成正比。 特點(diǎn): 結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠、價

31、格低廉、測量范圍廣、有足夠的精度，精度等級最高可達(dá)0.1級，測量幾百Pa幾千MPa，現(xiàn)場廣泛使用，維修方便，若附加其他裝置，如記錄機(jī)構(gòu)、電氣轉(zhuǎn)換裝置、操縱元件等，可實(shí)現(xiàn)壓力的記錄、遠(yuǎn)傳、信號報警、自動操縱等。在工業(yè)上是應(yīng)用最廣泛的一種測壓儀表。 1.彈性元件：是彈性式壓力計的測壓敏感元件，依照測量范圍及被測介質(zhì)不同，所用的彈性元件的材料及形狀也不一樣。三電氣式壓力計電氣式壓力計是泛指各種能把壓力轉(zhuǎn)換為電信號輸出，然后測量電信號的壓力表。特點(diǎn)：能夠遠(yuǎn)距離傳送信號，和計算機(jī)連用，精度高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。這類儀表品種專門多，各有特點(diǎn)。由于能夠遠(yuǎn)距離傳送信號，可實(shí)現(xiàn)壓力自動操縱和報警，因此廣泛用于操縱系統(tǒng)中

32、。一般有壓力傳感器、測量電路和信號處理裝置組成。壓力傳感器把壓力信號檢測出來，并轉(zhuǎn)換成電信號輸出，若再進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號時，則又稱為壓力變送器。（信號處理裝置包括指示器、記錄器、微處理機(jī)等。(應(yīng)變片式壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器、 電容式壓力傳感器)壓力計的選用及安裝壓力計的選用（1）儀表類型的選用： 考慮：1）滿足工藝生產(chǎn)要求，例如是就地依舊遠(yuǎn)傳、自動記錄、報警、壓力測量精度、被測壓力高低。2）被測介質(zhì)的物化性質(zhì)，如粘度、腐蝕性、爆炸性等。3）現(xiàn)場環(huán)境條件（如高溫高壓、電磁場等）。確定儀表的測量范圍（被測量可按規(guī)定精度進(jìn)行測量的范圍）精度等級：依照生產(chǎn)上所同意的最大測量誤差來選定義流量：是

33、指單位時刻內(nèi)流過管道某一截面的流體數(shù)量，即瞬時流量?？偭髁?某一段時刻內(nèi)流過管道流量的總和叫總流量，即流體在某一段時刻內(nèi)的流量累計值。流量的表示方法： 單位時刻內(nèi)流過的流體以質(zhì)量表示的稱為質(zhì)量流量(M) 以體積表示的稱為體積流量(Q). 兩者的關(guān)系為 或 （表示流體密度） 或 （t表示時刻） 測量流體流量的儀表叫流量計 測量流體總量的儀表叫總量計.流量計的種類（1）速度式流量儀表 以測量流體在管道內(nèi)的速度作為測量依據(jù)來計算流量的儀表。例如、靶式流量計、堰式流量計等。（2）容積式流量計 以單位時刻內(nèi)所排出的流體的固定容積的數(shù)目作為測量依據(jù)來計算流量的儀表。例如、橢圓齒輪流量計、活塞式流量計等。（

34、3）質(zhì)量式流量計 流體的體積是流體溫度、壓力和密度的函數(shù)。例如慣性式質(zhì)量流量計、補(bǔ)償質(zhì)量流量計等。二.壓差式流量計 壓差式流量計是基于流體的節(jié)流原理,利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置時產(chǎn)生的壓力差而實(shí)現(xiàn)流量測量的。 差壓式流量計的組成 :節(jié)流裝置 將被測流量轉(zhuǎn)換成壓力差信號，包括節(jié)流件（阻流件：孔板、噴嘴、文丘里管）和取壓裝置（導(dǎo)壓管）。測壓儀表：用來測量壓差而顯示流量，有差壓計和差壓變送器。（例如用U型管差壓計測出P，計算Q。流體在管道中流淌時,在節(jié)流裝置前后的管壁處,由于管道截面發(fā)生變化形成流束收縮，流淌速度增加，壓力下降，因而在節(jié)流裝置前后產(chǎn)生壓力差，這種現(xiàn)象稱為節(jié)流現(xiàn)象3.差壓式流量計的測量誤差（

35、1）造成測量誤差的緣故被測流體工作狀態(tài)節(jié)流裝置安裝不正確 孔板入口邊緣的磨損 導(dǎo)壓管安裝不正確，或有堵塞、滲漏等現(xiàn)象差壓計安裝或使用不正確三轉(zhuǎn)子流量計 1.特點(diǎn)：（1）適于小管徑（50mm）小流量的測量（用其他標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置測量誤差大）（2）壓力損失小，反應(yīng)快。（3）結(jié)構(gòu)簡單，價格廉價。（4）精度受所測介質(zhì)壓力、溫度、粘度阻礙比較大。差壓式流量計是在截流面積不變的條件下，以壓差變化來反映流量大小。轉(zhuǎn)子流量計是以壓降不變，利用截流面積的變化來測量流量的大小，是恒壓降，變節(jié)流面積的流量測量方法。結(jié)構(gòu)：由一個錐形管和一個轉(zhuǎn)子組成，錐形管玻璃，能夠看到轉(zhuǎn)子的高度。4. 電遠(yuǎn)傳式轉(zhuǎn)子流量計（轉(zhuǎn)子高度信號電

36、信號）（LZD）分兩大部分：流量變送部分、電動顯示部分轉(zhuǎn)子流量計適用范圍：適合測量較小的流量，如可測量氣體或液體的流量（粘度大的液體除外），比較適合于實(shí)驗室或儀器裝置中的流量指示和監(jiān)視。五橢圓齒輪流量計(容積式流量計）4要緊特點(diǎn) 由于橢圓齒輪流量計是直接按照固定的容積計量流體的，因此測量精度與流體的流淌狀態(tài)無關(guān)，被測介質(zhì)的粘度越大，齒輪間的泄漏量越小，測量誤差越小，特不適于高粘度流體的測量。 （1）最適用于高粘度流體的流量測量（2）所測流量不能太小（3）流體不能有固體顆粒，機(jī)械夾雜物，否則會引起齒輪磨損，以致?lián)p壞（4）使用溫度有一定范圍1060之內(nèi)。溫度過高，會使齒輪發(fā)生卡死測量精度高，只要加

37、工精確，配合緊密，便可得到極高的精度，一般可達(dá)0.2%0.5%，故常作為標(biāo)準(zhǔn)表及周密測量之用。量程范圍大，使用壽命長，壓力損失小，安裝使用較方便，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工制造困難，成本較高。使用不當(dāng)或過久，會發(fā)生泄漏現(xiàn)象，引起較大測量誤差。六.渦輪流量計 是利用置于流體中的渦輪的轉(zhuǎn)速與流體速度成比例的關(guān)系，通過測量渦輪的轉(zhuǎn)速來間接測得通過管道的體積流量。特點(diǎn)測量精度高，復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性好，量程范圍寬，耐高壓，反應(yīng)快，可測脈動流量（適于流量快速變化的流量測量）。輸出電頻率信號，便于遠(yuǎn)傳，不受干擾。被測介質(zhì)不能帶機(jī)械雜物，否則磨損渦輪且使精度降低。設(shè)備復(fù)雜，造價高，抗干擾能力?。ㄊ苋展鉄舻雀蓴_），為保證流向穩(wěn)

38、定，在渦輪前后要加直管道。 由于渦輪高速轉(zhuǎn)動，軸承易損，降低了長期運(yùn)行的穩(wěn)定性，阻礙使用壽命。4. 適用范圍可用于測量氣體、液體流量，但要求被測介質(zhì)潔凈，不適用于對粘度大的液體流量，要緊用于精度要求高、流量變化快的場合，還用作標(biāo)定其他流量計的標(biāo)準(zhǔn)儀表。七電磁流量計（速度式儀表 測量具有導(dǎo)電性的液體介質(zhì)測酸、堿、鹽溶液，含有固體顆粒液體或纖維液體。3. 特點(diǎn)（1）只能測量導(dǎo)電的液體，導(dǎo)電率必須大于水，最適合酸、堿、鹽液體，不能測量油類或氣體的流量。在管道中不設(shè)任何節(jié)流元件，因此能夠測量各種高粘度的導(dǎo)電液體，特不適合測量含有纖維和固體顆粒的流體。在采納防腐襯里的條件下，能夠測量各種腐蝕性液體的流量

39、。精讀可達(dá)0.5級。（2）其輸出信號與流量之間的關(guān)系不受液體的物理性質(zhì)（例如溫度、壓力、粘度等）變化和流淌狀態(tài)的阻礙。對流量變化反應(yīng)速度快，故可用來測量脈動流量。（3）壓力損失比較小，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。（4）要求環(huán)境要高，容易受外界磁電場干擾的阻礙，使用不當(dāng)會大大阻礙測量精度。安裝時要遠(yuǎn)離一切磁源（如大功率電機(jī)、變壓器等），不能有振動。4.適用范圍：適用于含有顆粒、懸浮物等流體的流量測量；由于電極和襯里是防腐的，故可用來測量腐蝕性介質(zhì)的流量；電磁流量傳感器的輸出與流量呈線性關(guān)系，反應(yīng)迅速，可測量脈動流量。然而，被測介質(zhì)必須是導(dǎo)電的液體，不能用于氣體、蒸汽及油類制品的流量測量。八漩渦流量計（又稱

40、渦街流量計）能夠用來測量各種管道中的液體、氣體、蒸汽的流量，是目前工業(yè)操縱、能源計量及節(jié)能治理中常用的新型流量計。1. 原理：利用有規(guī)則的漩渦剝離現(xiàn)象來測量流體流量的儀表。元件柱狀物作為漩渦發(fā)生體，垂直插入流體中。漩渦頻率的檢測有熱學(xué)法、電容法、差壓法等 特點(diǎn)：測量管內(nèi)無運(yùn)動部件，無機(jī)械磨損、使用壽命長，安裝維護(hù)方便、水平或垂直安裝均可，工作可靠、壓力損失小（約為孔板流量計壓力損失的1/41/2）。測量精度高，可達(dá)1級。測量范圍寬，其讀數(shù)不受流體物理狀態(tài)如溫度、壓力、密度及組成成分的阻礙，一次標(biāo)定后無需再修正或換算，可測液體和氣體流量，且節(jié)能效果明顯。其輸出的脈沖信號，易于和數(shù)字儀表及計算機(jī)配

41、合使用。九質(zhì)量流量計質(zhì)量流量計分兩大類：一類是直接式質(zhì)量流量計：直接得到與質(zhì)量流量成比例的信號。另一類是補(bǔ)償式或推倒式質(zhì)量流量計，同時檢測出流體流量和流體的密度，然后通過運(yùn)算器得出與質(zhì)量流量成比例的輸出信號。在容器中液體介質(zhì)的高低液位，測量液位的儀表液位計 容器中固體或顆粒狀物質(zhì)的堆積高度料位，測量料位的儀表料位計兩種密度不同液體介質(zhì)的分界面界位，儀表界面計上述三種儀表統(tǒng)稱為物位儀表一概述1物位測量的意義（1）通過物位的測量能夠獲知容器中所儲物質(zhì)（原料、半成品或成品）的體積或質(zhì)量，掌握物料的數(shù)量，以保證能連續(xù)供應(yīng)生產(chǎn)過程中各個環(huán)節(jié)所需的原料用量或進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算計量作用。需要特不準(zhǔn)確測量出物位的絕

42、對值。（2）依照物位來連續(xù)監(jiān)視或調(diào)解容器中流入流出物料平衡，以便使它保持在工藝要求的范圍，使生產(chǎn)過程正常進(jìn)行，保證產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量、安全連續(xù)操縱生產(chǎn)工藝過程，保證質(zhì)量。要特不準(zhǔn)確地測出物位的相對值。（3）監(jiān)視或操縱容器中介質(zhì)的物位，對它上下限進(jìn)行報警，一旦物位超出同意的上、下限則報警，以便采取緊急措施。操縱生產(chǎn)，幸免危險。2物位計分類：物位儀表的種類專門多，按其工作原理要緊有下列幾種類型（1）直讀式物位儀表：用帶有刻度的透明物質(zhì)（如玻璃、有機(jī)玻璃）作為容器壁的一部分或連通管，可直接顯示容器內(nèi)液位的高低。如玻璃管液位計、玻璃板液位計等。（2）差壓式物位儀表：利用物料內(nèi)靜壓力與物料深度或堆積高度成

43、正比的關(guān)系進(jìn)行測量。又分為壓力式物位儀表（用壓力表示其高度）和差壓式物位儀表（間接測量此點(diǎn)對另一參考點(diǎn)的壓力差）。 （3）浮力式物位儀表：利用漂移于液面上的浮子高度隨液位變化而改變（稱為恒浮力式液位計）或浸沉于液體中的浮子（或沉筒）所受的浮力隨液位高度而變化的原理（變浮力式液位計）。前者又分為有帶鋼絲帶式浮子液位計 、帶杠桿浮球式液位計等；后者典型的敏感元件為浮筒，又稱為沉筒式液位計。浮力式液位計結(jié)構(gòu)簡單、直觀可靠、受外界溫度、濕度和壓力等因素阻礙較小，應(yīng)用比較普遍。要緊缺點(diǎn)是使用機(jī)械結(jié)構(gòu)、摩擦力較大。（4）電磁式物位儀表：將物位的變化轉(zhuǎn)換為電量的變化，測出電量的變化來測知物位。依照轉(zhuǎn)換成電量

44、的形式不同分為電阻式（即電極式）、電容式和電感式等物位儀表。 電極式物位計利用物料的導(dǎo)電性能測量高低液位。也能夠用于導(dǎo)電性較弱的液體和潮濕固體。（5）核輻射式物位儀表：利用核輻射線穿過物料時，物料對核輻射線的汲取特性進(jìn)行測量，即核輻射線的透射強(qiáng)度隨物質(zhì)層的厚度而變化的原理。常用的是穿透力強(qiáng)的射線。目前，工業(yè)上使用的放射線物位計有連續(xù)式和間斷式兩種。（6）聲波式物位儀表：利用聲波在空氣中傳播速度不變的原理，通過檢測聲波發(fā)射和反射全過程的時刻間隔能夠計算出物料界面到探頭的距離，從而得到物位的高低。 （7）光學(xué)式物位儀表：利用一般白熾燈光或激光等作為光源，利用光波在傳播中可被不同的物質(zhì)界面遮斷和反射

45、原理測量物位的。二.壓差式液位變送器 依照流體靜力學(xué)原理，靜止液體內(nèi)某一點(diǎn)的靜壓力與這一點(diǎn)之上的液柱高度成正比。利用壓力或差壓變送器能夠?qū)ｉT方便地測量液柱壓力或壓差，將其轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號輸出。工作原理 壓差式液位變送器，是利用容器內(nèi)的液位改變時，由液柱產(chǎn)生的靜壓也相應(yīng)變化的原理而工作的 這種抵消固定壓差實(shí)現(xiàn)零點(diǎn)對齊的方法叫零點(diǎn)遷移。負(fù)遷移：用遷移彈簧平衡負(fù)壓室上的固定壓差所產(chǎn)生的阻礙的過程，叫負(fù)遷移。正遷移：用遷移彈簧平衡正壓室上的固定壓差所產(chǎn)生的阻礙的過程，叫正遷移。四.電容式物位傳感器 是通過物位變化引起電容量變化去測量物位高低，由于直接把物位信號轉(zhuǎn)換成電信號，便于遠(yuǎn)傳，使用方便，適合測量液

46、位、固體粉末、顆粒狀物的料位。1工作原理 當(dāng)在電容器的極板之間，充以不同介質(zhì)（液體或固體顆粒、粉末）時，其電容量要發(fā)生改變，電容量變化的大小與注入地深度成比例，只要測出電容量的變化，即可得到液位、料位或兩種不同液體的分界面的高度。電容器是由兩個同軸圓柱極板作為內(nèi)外電極構(gòu)成的。2. 液位的檢測被測介質(zhì)不同，電容式物位傳感器也有不同的形式，測液體液位有測量導(dǎo)電液體和非導(dǎo)電液體之分。1）關(guān)于非導(dǎo)電介質(zhì)液位測量的電容式液位傳感器原理：當(dāng)測量非導(dǎo)電液體，如輕油、某些有機(jī)液體以及液態(tài)氣體的液位時，采納的傳感器由同軸金屬套筒作為內(nèi)外電極，外電極上開專門多小孔，使介質(zhì)能流進(jìn)電極之間，以被測介質(zhì)為中間絕緣物質(zhì)構(gòu)

47、成同軸套筒形電容器。 當(dāng)容器中沒有液體時，內(nèi)外電極之間的介質(zhì)是空氣和棒上的絕緣層，電容量專門小。當(dāng)導(dǎo)電的液體上升到高度H時，其充液部分由于液體的導(dǎo)電作用，相當(dāng)于將外電極由容器壁移近到內(nèi)電極的絕緣層上，電容量大大增加，液位越高，覆蓋面積越大，電容器3料位的檢測用電容法測量固體顆粒及粉料的料位時，由于固體顆粒及粉料容易堵塞外電極的流通孔，造成“滯留”，因此一般不用雙電極式電極。可用電極棒及容器壁組成電容器的兩極來測量非導(dǎo)電固體顆粒。電容量的檢測：電容量專門?。ㄒ话闶菐讉€到十幾個pF），直接測量電容量變化不易且不準(zhǔn)確，常常是通過電子線路將待測電容量轉(zhuǎn)換成另一個電信號，再將電信號放大后進(jìn)行測量。4）電

48、容式物位傳感器的特點(diǎn)（1）結(jié)構(gòu)簡單、使用方便。但由于電容變化量不大，要精確測量，就需借助于較復(fù)雜的電子線路才能實(shí)現(xiàn)?？捎媒涣麟姌驕y量，也可用測量充放電電流的方法測定。（2）注意介質(zhì)濃度、溫度變化時，其介電常數(shù)也要發(fā)生變化，因此要及時調(diào)整儀表。（3）對粘稠的液體應(yīng)注意其在電極上的黏附，以免阻礙儀表的精度。因為電極套管上粘附的一層被測介質(zhì)會造成虛假的液位示值，使儀表所顯示的液位比實(shí)際液位高。五.核輻射式物位計2特點(diǎn)（1）能透過鋼板等各種固體物質(zhì)，不接觸被測物質(zhì)，故適用于高溫、高壓容器、有毒、爆炸性等介質(zhì)的物位測量。（2）不受外界環(huán)境（溫度、壓力、電磁場等）阻礙，故可在高溫、煙霧、強(qiáng)磁場等環(huán)境下工作

49、。六.雷達(dá)式液位計微波是波長為0.0011m的電磁波，具有電磁波的性質(zhì)，但又與一般的無線電波及光波不同。特點(diǎn)：（1）繞反射能力差，具有良好的定向輻射性能和傳播特性。（2）遇到各種障礙物都能產(chǎn)生良好的反射，介質(zhì)的導(dǎo)電性越好或介電常數(shù)越大，微波的反射效果越好。（3）在傳輸過程中受粉塵、煙霧、火焰及強(qiáng)光的阻礙小，具有專門強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力。（4）空間輻射裝置容易制造。1.雷達(dá)物位計的特點(diǎn)又稱微波物位計，時20世紀(jì)60年代中期從油輪的液面測量上進(jìn)展起來的一種儀表。（1）由于它具有無盲區(qū)、屬于非接觸測量，測量速度快，測量范圍較大、靈敏度高、適應(yīng)能力強(qiáng)，沒有運(yùn)動部件，測量精度幾乎不受被測介質(zhì)的溫度、壓力、相

50、對介電常數(shù)的阻礙，可用于在易燃易爆等惡劣環(huán)境。微波具有良好的定向輻射性，在傳輸過程中受火焰、灰塵、煙霧及強(qiáng)光的阻礙微小，因此適用于高溫條件、蒸汽較大的場合下測量。（2）能夠用來連續(xù)測量腐蝕性、高粘度或含固體顆粒、有毒的液體液位，最要緊的優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)。（3）微波傳輸不需要空氣介質(zhì)，因此在真空或受壓條件下也能進(jìn)行測量。七稱重式液罐計量儀2.優(yōu)點(diǎn)（1）檢測元件能夠不與被測液體接觸，因此特不適合于強(qiáng)腐蝕性、高壓、有毒、高粘度液體的測量。（2）由于沒有機(jī)械可動部件，使用壽命專門長。但被測液體中不能有氣泡和懸浮物，液面不能有專門大的波浪，否則反射的超聲波將專門混亂，產(chǎn)生誤差。（3）換能器怕熱，亦不宜

51、用于高溫液位的測量。（4）測量精度要緊受聲速隨溫度變化的阻礙，必須采取措施消除聲速變化的阻礙。超聲波物位傳感器特不適合檢測高粘度液體（和粉狀體）的物位。八檢測儀表的進(jìn)展趨勢（1）傳感器的輸出信號的數(shù)字化。（2）智能化。（3）多功能化。（4）高性能化。（5）專用化。溫度是表征物體冷熱程度的物理量。溫度檢測方法溫度不能直接測量, 只能借助于冷熱不同物體之間的熱交換, 以及物體的某些物理性質(zhì)（如幾何尺寸、導(dǎo)電率、熱電勢、輻射強(qiáng)度等等）隨冷熱程度不同而變化的特性來加以間接測量。任意兩個冷熱程度不同的物體相接觸，必定發(fā)生熱交換現(xiàn)象，直到兩物體的冷熱程度完全一致。測溫物質(zhì)具備：某一物理特性隨溫度發(fā)生變化，

52、最好只與溫度有關(guān)。隨溫度變化明顯。測溫范圍要大。有一定的復(fù)現(xiàn)性、穩(wěn)定性。溫度計的分類:1.按使用的測量范圍分 6000C以上的測溫儀表叫高溫計; 6000C以下的測溫儀表叫溫度計。2. 按用途分 標(biāo)準(zhǔn)儀表、有用儀表。3.按測量方式 （1）接觸式：利用冷熱不同物體（感溫元件與被測對象）接觸進(jìn)行充分的熱交換, 建立熱平衡，感溫元件與被測對象的溫度相等，物體（感溫元件）的溫度變化，其某些物理性質(zhì)（體積、電阻等） 也發(fā)生變化。儀表結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，測溫精度高，反應(yīng)慢，有時破壞測溫現(xiàn)場，感溫元件易腐蝕，壽命有限。（2）非接觸式：測溫元件不與被測物體直接接觸，只通過同意輻射或?qū)α鱽韺?shí)現(xiàn)測量的。是利用被測

53、對象的熱輻射能量隨其溫度的變化而變化的原理，通過測量一定距離處被測物體發(fā)出的熱輻射強(qiáng)度來確定被測對象的溫度。測高溫10002000，精度較低，測溫范圍廣、快，可不能破壞被測溫度現(xiàn)場。測量結(jié)果受被測物體的輻射能發(fā)射率、距離、空間介質(zhì)的阻礙。4.按工作原理分 （1）膨脹式溫度計：依照液體或固體熱脹冷縮原理。液體溫度計：水銀和酒精，結(jié)構(gòu)簡單方便、準(zhǔn)確，玻璃管強(qiáng)度差易損壞。（-80500）固體溫度計：雙金屬(兩熱不同的金屬焊接在一起)(2)壓力式溫度計:利用封閉體積內(nèi)充以氣體或液體熱脹冷縮時壓力隨溫度變化的原理測溫（氣體、液體、蒸汽）。如彈簧管式溫度計 接觸式溫度計廣泛用于汽車、拖拉機(jī)、飛機(jī)等。最大優(yōu)

54、點(diǎn)；防爆、防震，因為沒有電氣元件。缺點(diǎn)：動態(tài)性能差，測量滯后大，不能用來測變化頻繁的溫度。(3) 熱電阻溫度計: 利用金屬導(dǎo)體的電阻隨溫度變化而變化的性質(zhì)，通過測量感溫電阻阻值來測溫。-200500精度高，便于遠(yuǎn)傳和自動操縱。有鉑電阻、銅電阻、鎳鉻電阻、半導(dǎo)體電子溫度計等。（4）熱電偶高溫計：利用金屬的熱電現(xiàn)象。將兩種不同的導(dǎo)體接觸并構(gòu)成回路，若兩個接點(diǎn)溫度不同，回路中產(chǎn)生熱電勢。通過測量熱電偶輸出的電動勢測量溫度。依照材料有鉑銠鉑熱電偶、鎳鉻鎳硅、鎳鉻考銅、鉑銠30鉑銠6等廣泛用于各種設(shè)備。（5）輻射高溫計：物體輻射能隨溫度而變化。廣泛用于測量高于800的溫度。（6）比色高溫計：依照物體發(fā)光

55、的顏色隨溫度而變化。 非接觸處式溫度計（7）光學(xué)高溫計：依照物體發(fā)光的亮度隨溫度而變化。膨脹式溫度計和壓力式溫度計精度低，信號不易遠(yuǎn)傳，一般不用于操縱系統(tǒng)中。非接觸式測溫儀表靈敏度高、響應(yīng)速度快、不破壞被測溫度現(xiàn)場、測溫上限能達(dá)到3000.但易受外界干擾、測量誤差較大，一般用于極高溫度的測量或便攜式的機(jī)動測量。工業(yè)裝置中使用量最大的是熱電偶溫度計和熱電阻溫度計。雙金屬片：溫度 雙金屬片變形自由端產(chǎn)生角位移傳動機(jī)構(gòu)放大指針偏轉(zhuǎn)雙金屬溫度信號器：當(dāng)溫度超過某一定值后，雙金屬片產(chǎn)生彎曲，與調(diào)節(jié)螺釘接觸，接通電路，信號燈發(fā)亮，假如以繼電器代替信號燈，電路通通過繼電器吸開開關(guān)，電熱絲停止加熱，當(dāng)溫度低于

56、某一數(shù)值后，雙金屬片與螺釘不接觸，電路斷開，繼電器斷電，開關(guān)合，電熱絲開始加熱，使溫度上升。稱為兩位式溫度操縱器。溫度的操縱范圍可通過改變調(diào)節(jié)螺釘與雙金屬片之間的距離來調(diào)整。二.熱電偶溫度計熱電偶是目前工業(yè)上和科研上最常用的一種測溫元件。是以熱電效應(yīng)為基礎(chǔ)的測量儀表，能將溫度信號轉(zhuǎn)換成熱電勢（mV）信號，配以測量毫伏的指示儀表或變送器能夠?qū)崿F(xiàn)溫度的測量指示或溫度信號的轉(zhuǎn)換。它的測量范圍廣（6001300，專門的可達(dá)2800）、性能穩(wěn)定、復(fù)現(xiàn)性好、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、響應(yīng)時刻小、使用方便、測量準(zhǔn)確可靠，便于信號的遠(yuǎn)傳、自動記錄和集中操縱，因而在測溫領(lǐng)域應(yīng)用極廣泛。一般用于測量500以上的溫度，（能

57、夠在1600高溫下長期使用）。1）熱電效應(yīng)及測溫原理 （1）熱電效應(yīng)兩根不同導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）組成閉合回路,當(dāng)兩端處于不同溫度時，在回路中就會產(chǎn)生熱電勢，引起熱電流流淌，這種現(xiàn)象稱為熱電現(xiàn)象。產(chǎn)生熱電勢的三要素，不同材料、構(gòu)成閉合回路、存在溫差。熱電勢由兩部分組成：溫差電勢、接觸電勢溫差電勢接觸電勢關(guān)于插入第三種導(dǎo)線的問題利用熱電偶測溫時，必須采納某種儀表來測E，而儀表往往遠(yuǎn)離測溫點(diǎn)，這就要把熱電偶回路自由端斷開，接導(dǎo)線C，C對EAB(t,t0)有無阻礙。 結(jié)論：熱電偶回路中接入第三種導(dǎo)線時，只要保證引入導(dǎo)線的兩端溫度相同，則對原熱電偶產(chǎn)生的熱電勢數(shù)值無阻礙。回路中串入更多種導(dǎo)線，只要引入導(dǎo)線兩

58、端溫度相同，也不阻礙熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢數(shù)值。用途：為接入儀表提供理論依據(jù)。 為開路測量金屬壁面等提供依據(jù)。用開路熱電偶可測熔融金屬或金屬壁面的溫度，斷開不阻礙熱電勢E。但必須保證兩插入點(diǎn)的溫度一致。3）常用熱電偶種類（1）要求：電阻率高，能產(chǎn)生較大熱電勢，靈敏度要高，且熱電勢與t呈直線性或簡單函數(shù)關(guān)系。耐高溫，在測溫范圍內(nèi)熱電性質(zhì)要穩(wěn)定，不隨時刻變化，導(dǎo)熱性要好。物理化學(xué)性質(zhì)要穩(wěn)定，不易氧化與腐蝕。材料組織均勻，韌性好，易加工成絲。復(fù)現(xiàn)性要好（同種成分材料制成的熱電偶，其熱電性質(zhì)均相同的性質(zhì)），可互換使用。不同材質(zhì)的熱電偶有不同特性，應(yīng)依照實(shí)際需要選擇：測量范圍、放大系數(shù)、測量精度、抗腐蝕能

59、力、價格等。成分檢測及儀表所謂成分，是指在多種物質(zhì)的混合物中某一種物質(zhì)所占的比例。顯示儀表：直接接收檢測元件送來的信號，通過測量線路和顯示裝置，對被測量進(jìn)行顯示、記錄或以字符、數(shù)字、圖像形式顯示的裝置。顯示儀表種類專門多按使用能源分：電動顯示儀表；氣動顯示儀表按儀表顯示裝置的功能分 指示式儀表：顯示被測量瞬時值 積算式儀表：顯示被測量對時刻積分結(jié)果 記錄式儀表：記錄被測量隨時刻變化的情況 信號報警式儀表：反映被測量是否超越同意限值按顯示方式分：模擬式顯示儀表：被測量是以儀表指針線性位移（或角位移）的形式進(jìn)行連續(xù)模擬指示、記錄。結(jié)構(gòu)：信號放大、變換環(huán)節(jié)、電磁偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)（或伺服電機(jī)）、指示、記錄機(jī)構(gòu)

60、。由于人讀數(shù)，測量準(zhǔn)確度和測量速度都受到一定的限制，簡單可靠，價格低廉，能反映變化趨勢。數(shù)字式顯示儀表：直接用數(shù)字量顯示或數(shù)字形式記錄（打?。┍粶y值的儀表。原理：將各種連續(xù)變化的被測變量，通過模擬數(shù)字（A/D）轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的數(shù)字編碼，然后進(jìn)行數(shù)字顯示。特點(diǎn)：測量和顯示速度、精確度、靈敏度等均大大提高，數(shù)字顯示清晰、醒目，無讀數(shù)誤差，便于遠(yuǎn)距離傳送、遠(yuǎn)方觀看。（3）計算機(jī)圖象顯示：將圖形、曲線、字符和數(shù)字等直接在屏幕上進(jìn)行顯示，對多個變量進(jìn)行集中顯示，形象，由計算機(jī)操縱，大大提高顯示功能。4.2數(shù)字式顯示儀表數(shù)字式顯示儀是直接用數(shù)字量顯示被測值。一般應(yīng)具備模數(shù)轉(zhuǎn)換、非線性補(bǔ)償及標(biāo)度變換三大部