熱電偶測(cè)量?jī)x表課件

化工儀表與控制技術(shù)主講：李昶紅材料與化學(xué)工程學(xué)院2014年夏9/12/20231李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)化工儀表與控制技術(shù)8/3/20231李昶紅-化工儀表與控制技內(nèi)容提要1引言2檢測(cè)儀表基本知識(shí)3壓力檢測(cè)4流量檢測(cè)5物位檢測(cè)6溫度檢測(cè)7顯示儀表8自動(dòng)控制系統(tǒng)概述9對(duì)象特性與建模10基本控制規(guī)律11自動(dòng)控制儀表12執(zhí)行器9/12/20232李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)內(nèi)容提要1引言8/3/20232李昶紅-化工儀表與§1引言加快生產(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(dòng)強(qiáng)度、改善勞動(dòng)條件。能夠保證生產(chǎn)安全，防止事故發(fā)生或擴(kuò)大，達(dá)到延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，提高設(shè)備利用率、保障人身安全的目的。生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)，能根本改變勞動(dòng)方式，提高工人文化技術(shù)水平，以適應(yīng)當(dāng)代信息技術(shù)革命和信息產(chǎn)業(yè)革命的需要。1.1化工自動(dòng)化的意義及目的9/12/20233李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)§1引言加快生產(chǎn)速度、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量。1.2化工自動(dòng)化的發(fā)展概況20世紀(jì)40年代以前，絕大多數(shù)化工生產(chǎn)處于手工操作狀況，操作工人根據(jù)反映主要參數(shù)的儀表指示情況，用人工來(lái)改變操作條件，生產(chǎn)過(guò)程單憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行。低效率，花費(fèi)龐大。20世紀(jì)50年代到60年代人們對(duì)化工生產(chǎn)各種單元操作進(jìn)行了大量的開(kāi)發(fā)工作，使得化工生產(chǎn)過(guò)程朝著大規(guī)模、高效率、連續(xù)生產(chǎn)、綜合利用方向迅速發(fā)展。20世紀(jì)70年代以來(lái)，化工自動(dòng)化技術(shù)水平得到了很大的提高。20世紀(jì)70年代，計(jì)算機(jī)開(kāi)始用于控制生產(chǎn)過(guò)程，出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。20世紀(jì)80年代末至90年代，現(xiàn)場(chǎng)總線和現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)得到了迅速的發(fā)展。9/12/20234李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)1.2化工自動(dòng)化的發(fā)展概況20世紀(jì)40年代以前，絕大多1.3化工儀表及自動(dòng)化系統(tǒng)的分類按功能不同，分四類：檢測(cè)儀表(包括各種參數(shù)的測(cè)量和變送)顯示儀表(包括模擬量顯示和數(shù)字量顯示)控制儀表(包括氣動(dòng)、電動(dòng)控制儀表及數(shù)字式控制器)執(zhí)行器(包括氣動(dòng)、電動(dòng)、液動(dòng)等執(zhí)行器)圖1-1各類儀表之間的關(guān)系9/12/20235李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)1.3化工儀表及自動(dòng)化系統(tǒng)的分類按功能不同，分四類：圖A自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)利用各種儀表對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中主要工藝參數(shù)進(jìn)行測(cè)量、指示或記錄的部分。作用對(duì)過(guò)程信息的獲取與記錄作用。

圖1-2熱交換器自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)示意圖9/12/20236李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)A自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)利用各種儀表對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中主要工藝參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中主要的自動(dòng)化裝置敏感元件傳感器顯示儀表對(duì)被測(cè)變量作出響應(yīng),把它轉(zhuǎn)換為適合測(cè)量的物理量。對(duì)檢測(cè)元件輸出的物理量信號(hào)作進(jìn)一步信號(hào)轉(zhuǎn)換將檢測(cè)結(jié)果以指針位移、數(shù)字、圖像等形式,準(zhǔn)確地指示、記錄或儲(chǔ)存。9/12/20237李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中主要的自動(dòng)化裝置敏感元件傳感器顯示儀表對(duì)被測(cè)變

B自動(dòng)信號(hào)和聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)對(duì)某些關(guān)鍵性參數(shù)設(shè)有自動(dòng)信號(hào)聯(lián)鎖保護(hù)裝置，是生產(chǎn)過(guò)程中的一種安全裝置。自動(dòng)信號(hào)聯(lián)鎖保護(hù)電路按主要構(gòu)成元件不同分類：有觸點(diǎn)式無(wú)觸點(diǎn)式兩類

9/12/20238李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)B自動(dòng)信號(hào)和聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)對(duì)某些關(guān)鍵性參數(shù)設(shè)有自動(dòng)D自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)中某些關(guān)鍵性參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)控制,使它們?cè)谑艿酵饨绺蓴_的影響而偏離正常狀態(tài)時(shí),能自動(dòng)地調(diào)回到規(guī)定的數(shù)值范圍內(nèi)。

C自動(dòng)操縱及自動(dòng)開(kāi)停車系統(tǒng)自動(dòng)操縱系統(tǒng)可以根據(jù)預(yù)先規(guī)定的步驟自動(dòng)地對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行某種周期性操作。自動(dòng)開(kāi)停車系統(tǒng)可以按照預(yù)先規(guī)定好的步驟,將生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)地投入運(yùn)行或自動(dòng)停車。9/12/20239李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)D自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)中某些關(guān)鍵性參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)控制,§2檢測(cè)儀表基本知識(shí)2.1測(cè)量過(guò)程與測(cè)量誤差測(cè)量是用實(shí)驗(yàn)的方法,求出某個(gè)量的大小。測(cè)量實(shí)質(zhì)是將被測(cè)參數(shù)與其相應(yīng)的測(cè)量單位進(jìn)行比較的過(guò)程。測(cè)量誤差由儀表讀得的被測(cè)值(測(cè)量值)與被測(cè)參數(shù)的真實(shí)值之間的差距。測(cè)量誤差按其產(chǎn)生原因的不同,可以分為三類系統(tǒng)誤差疏忽誤差偶然誤差9/12/202310李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)§2檢測(cè)儀表基本知識(shí)2.1測(cè)量過(guò)程與測(cè)量誤差測(cè)量（1）絕對(duì)誤差xI：儀表指示值,xt：被測(cè)量的真值由于真值無(wú)法得到x：被校表的讀數(shù)值，x0：標(biāo)準(zhǔn)表的讀數(shù)值

測(cè)量誤差常用的兩種表示方法：（2）相對(duì)誤差9/12/202311李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)（1）絕對(duì)誤差xI：儀表指示值,xt：被測(cè)量的真值由于真值2.2檢測(cè)儀表的品質(zhì)指標(biāo)A測(cè)量?jī)x表的準(zhǔn)確度（精確度）說(shuō)明：儀表的測(cè)量誤差可以用絕對(duì)誤差Δ來(lái)表示。但是，儀表的絕對(duì)誤差在測(cè)量范圍內(nèi)的各點(diǎn)不相同。因此，常說(shuō)的“絕對(duì)誤差”指的是絕對(duì)誤差中的最大值Δmax。

兩大影響因素絕對(duì)誤差和儀表的標(biāo)尺范圍9/12/202312李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)2.2檢測(cè)儀表的品質(zhì)指標(biāo)A測(cè)量?jī)x表的準(zhǔn)確度（精確度）相對(duì)百分誤差δ允許誤差儀表的δ允越大，表示它的精確度越低；反之，儀表的δ允越小，表示儀表的精確度越高。將儀表的允許相對(duì)百分誤差去掉“±”號(hào)及“％”號(hào)，便可以用來(lái)確定儀表的精確度等級(jí)。目前常用的精確度等級(jí)有0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等。9/12/202313李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)相對(duì)百分誤差δ允許誤差儀表的δ允越大，表示它的精確度越低；反儀表的準(zhǔn)確度等級(jí)是衡量?jī)x表質(zhì)量?jī)?yōu)劣的重要指標(biāo)之一。

準(zhǔn)確度等級(jí)數(shù)值越小，就表征該儀表的準(zhǔn)確度等級(jí)越高，儀表的準(zhǔn)確度越高。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)用的測(cè)量?jī)x表，其準(zhǔn)確度大多在0.5級(jí)以下。

儀表的精度等級(jí)一般可用不同的符號(hào)形式標(biāo)志在儀表面板上。舉例1.51.0如：在工業(yè)上應(yīng)用時(shí),對(duì)檢測(cè)儀表準(zhǔn)確度的要求,應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)操作的實(shí)際情況和該參數(shù)對(duì)整個(gè)工藝過(guò)程的影響程度所提供的誤差允許范圍來(lái)確定,這樣才能保證生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性和合理性。9/12/202314李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)儀表的準(zhǔn)確度等級(jí)是衡量?jī)x表質(zhì)量?jī)?yōu)劣的重要指標(biāo)之一。準(zhǔn)B檢測(cè)儀表的恒定度變差是指在外界條件不變的情況下，用同一儀表對(duì)被測(cè)量在儀表全部測(cè)量范圍內(nèi)進(jìn)行正反行程（即被測(cè)參數(shù)逐漸由小到大和逐漸由大到?。y(cè)量時(shí)，被測(cè)量值正行和反行所得到的兩條特性曲線之間的差值。圖2-1測(cè)量?jī)x表的變差注意：儀表的變差不能超出儀表的允許誤差，否則應(yīng)及時(shí)檢修。9/12/202315李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)B檢測(cè)儀表的恒定度變差是指在外界條件不變的情況下，用同一儀C靈敏度與靈敏限

儀表的靈敏度是指儀表指針的線位移或角位移，與引起這個(gè)位移的被測(cè)參數(shù)變化量的比值。即

式中，S為儀表的靈敏度；Δα為指針的線位移或角位移；Δx為引起Δα所需的被測(cè)參數(shù)變化量。

儀表的靈敏限是指能引起儀表指針發(fā)生動(dòng)作的被測(cè)參數(shù)的最小變化量。通常儀表靈敏限的數(shù)值應(yīng)不大于儀表允許絕對(duì)誤差的一半。

注意：上述指標(biāo)僅適用于指針式儀表。在數(shù)字式儀表中，往往用分辨率表示。

9/12/202316李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)C靈敏度與靈敏限儀表的靈敏度是指儀表指針D反應(yīng)時(shí)間

反應(yīng)時(shí)間就是用來(lái)衡量?jī)x表能不能盡快反映出參數(shù)變化的品質(zhì)指標(biāo)。反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，說(shuō)明儀表需要較長(zhǎng)時(shí)間才能給出準(zhǔn)確的指示值，那就不宜用來(lái)測(cè)量變化頻繁的參數(shù)。儀表反應(yīng)時(shí)間的長(zhǎng)短，實(shí)際上反映了儀表動(dòng)態(tài)特性的好壞。

儀表的反應(yīng)時(shí)間有不同的表示方法

當(dāng)輸入信號(hào)突然變化一個(gè)數(shù)值后，輸出信號(hào)將由原始值逐漸變化到新的穩(wěn)態(tài)值。

儀表的輸出信號(hào)由開(kāi)始變化到新穩(wěn)態(tài)值的63.2％（95％）所用的時(shí)間，可用來(lái)表示反應(yīng)時(shí)間。9/12/202317李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)D反應(yīng)時(shí)間反應(yīng)時(shí)間就是用來(lái)衡量?jī)x表能不能盡快反映E線性度線性度是表征線性刻度儀表的輸出量與輸入量的實(shí)際校準(zhǔn)曲線與理論直線的吻合程度。通常總是希望測(cè)量?jī)x表的輸出與輸入之間呈線性關(guān)系。圖2-2線性度示意圖式中，δf為線性度（又稱非線性誤差）；Δfmax為校準(zhǔn)曲線對(duì)于理論直線的最大偏差（以儀表示值的單位計(jì)算）。9/12/202318李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)E線性度線性度是表征線性刻度儀表的輸出量與輸入量的實(shí)際校準(zhǔn)F重復(fù)性重復(fù)性表示檢測(cè)儀表在被測(cè)參數(shù)按同一方向作全量程連續(xù)多次變動(dòng)時(shí)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)性誤差就小。圖2-3重復(fù)性示意圖9/12/202319李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)F重復(fù)性重復(fù)性表示檢測(cè)儀表在被測(cè)參數(shù)按同一方向作全量程連續(xù)2.3檢測(cè)系統(tǒng)中常見(jiàn)信號(hào)類型作用于檢測(cè)裝置輸入端的被測(cè)信號(hào)，通常要轉(zhuǎn)換成以下幾種便于傳輸和顯示的信號(hào)類型：A位移信號(hào)B壓力信號(hào)C電氣信號(hào)D光信號(hào)9/12/202320李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)2.3檢測(cè)系統(tǒng)中常見(jiàn)信號(hào)類型作用于檢測(cè)裝置輸入端的被測(cè)2.4檢測(cè)系統(tǒng)中信號(hào)的傳遞形式A模擬信號(hào)在時(shí)間上是連續(xù)變化的,即在任何瞬時(shí)都可以確定其數(shù)值的信號(hào)。B數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)是一種以離散形式出現(xiàn)的不連續(xù)信號(hào),通常用二進(jìn)制數(shù)“0”和“1”組合的代碼序列來(lái)表示。C開(kāi)關(guān)信號(hào)用兩種狀態(tài)或用兩個(gè)數(shù)值范圍表示的不連續(xù)信號(hào)。9/12/202321李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)2.4檢測(cè)系統(tǒng)中信號(hào)的傳遞形式A模擬信號(hào)2.5檢測(cè)儀表與測(cè)量方法的分類A檢測(cè)儀表的分類①依據(jù)所測(cè)參數(shù)的不同,可分成壓力(包括差壓、負(fù)壓)檢測(cè)儀表、流量檢測(cè)儀表、物位(液位)檢測(cè)儀表、溫度檢測(cè)儀表、物質(zhì)成分分析儀表及物性檢測(cè)儀表等。②按表達(dá)示數(shù)的方式不同,可分成指示型、記錄型、訊號(hào)型、遠(yuǎn)傳指示型、累積型等。③按精度等級(jí)及使用場(chǎng)合的不同,可分為實(shí)用儀表、范型儀表和標(biāo)準(zhǔn)儀表,分別使用在現(xiàn)場(chǎng)、實(shí)驗(yàn)室和標(biāo)定室。9/12/202322李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)2.5檢測(cè)儀表與測(cè)量方法的分類A檢測(cè)儀表的分類①依B測(cè)量方法的分類按照測(cè)量結(jié)果的獲得過(guò)程直接測(cè)量間接測(cè)量

直接測(cè)量

利用經(jīng)過(guò)標(biāo)定的儀表對(duì)被測(cè)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，直接從顯示結(jié)果獲得被測(cè)參數(shù)的具體數(shù)值的測(cè)量方法。根據(jù)被測(cè)參數(shù)獲得方式的不同，直接測(cè)量又有偏差法與平衡法（零位法）之分。間接測(cè)量

當(dāng)被測(cè)量不宜直接測(cè)量時(shí),可以通過(guò)測(cè)量與被測(cè)量有關(guān)的幾個(gè)相關(guān)量后,再經(jīng)過(guò)計(jì)算來(lái)確定被測(cè)量的大小。9/12/202323李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)B測(cè)量方法的分類按照測(cè)量結(jié)果的獲得過(guò)程直接測(cè)量間接測(cè)量2.6化工檢測(cè)的發(fā)展趨勢(shì)A檢測(cè)技術(shù)的現(xiàn)代化B檢測(cè)儀表的集成化、數(shù)字化、智能化C軟測(cè)量技術(shù)和虛擬儀器9/12/202324李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)2.6化工檢測(cè)的發(fā)展趨勢(shì)A檢測(cè)技術(shù)的現(xiàn)代化B檢§3壓力檢測(cè)在化工生產(chǎn)中,壓力是指由氣體或液體均勻垂直地作用于單位面積上的力。在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中,壓力往往是重要的操作參數(shù)之一。壓力的檢測(cè)與控制,對(duì)保證生產(chǎn)過(guò)程正常進(jìn)行,達(dá)到高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低消耗和安全是十分重要的。在壓力測(cè)量中，常有表壓、絕對(duì)壓力、負(fù)壓或真空度之分。

9/12/202325李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)§3壓力檢測(cè)在化工生產(chǎn)中,壓力是指由氣體或液體3.1測(cè)壓儀表測(cè)量壓力或真空度的儀表按照其轉(zhuǎn)換原理的不同，分為四類。A液柱式壓力計(jì)

它根據(jù)流體靜力學(xué)原理，將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成液柱高度進(jìn)行測(cè)量。

按其結(jié)構(gòu)形式的不同

有U形管壓力計(jì)、單管壓力計(jì)等

優(yōu)點(diǎn)這類壓力計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便

缺點(diǎn)

其精度受工作液的毛細(xì)管作用、密度及視差等因素的影響，測(cè)量范圍較窄，一般用來(lái)測(cè)量較低壓力、真空度或壓力差。9/12/202326李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)3.1測(cè)壓儀表測(cè)量壓力或真空度的儀表按照其轉(zhuǎn)換原理的不B彈性式壓力計(jì)

它是將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件變形的位移進(jìn)行測(cè)量的。

C電氣式壓力計(jì)

它是通過(guò)機(jī)械和電氣元件將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成電量（如電壓、電流、頻率等）來(lái)進(jìn)行測(cè)量的儀表。D活塞式壓力計(jì)

它是根據(jù)水壓機(jī)液體傳送壓力的原理，將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成活塞上所加平衡砝碼的質(zhì)量來(lái)進(jìn)行測(cè)量的。優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)測(cè)量精度很高，允許誤差可小到0.05%～0.02%。結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，價(jià)格較貴。

9/12/202327李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)B彈性式壓力計(jì)它是將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件變形的位移進(jìn)行3.2測(cè)壓儀表的選用與安裝A壓力計(jì)的選用

壓力計(jì)的選用應(yīng)根據(jù)工藝生產(chǎn)過(guò)程對(duì)壓力測(cè)量的要求，結(jié)合其他各方面的情況，加以全面的考慮和具體的分析，一般考慮以下幾個(gè)問(wèn)題。儀表類型的選用

儀表精度級(jí)的選取

儀表測(cè)量范圍的確定

9/12/202328李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)3.2測(cè)壓儀表的選用與安裝A壓力計(jì)的選用（1）測(cè)壓點(diǎn)的選擇應(yīng)能反映被測(cè)壓力的真實(shí)大小。①要選在被測(cè)介質(zhì)直線流動(dòng)的管段部分，不要選在管路拐彎、分叉、死角或其他易形成漩渦的地方。②測(cè)量流動(dòng)介質(zhì)的壓力時(shí)，應(yīng)使取壓點(diǎn)與流動(dòng)方向垂直，取壓管內(nèi)端面與生產(chǎn)設(shè)備連接處的內(nèi)壁應(yīng)保持平齊，不應(yīng)有凸出物或毛刺。③測(cè)量液（氣）體壓力時(shí)，取壓點(diǎn)應(yīng)在管道下（上）部，使導(dǎo)壓管內(nèi)不積存氣（液）體。B壓力計(jì)的安裝9/12/202329李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)（1）測(cè)壓點(diǎn)的選擇應(yīng)能反映被測(cè)壓力的真實(shí)大小。①要選在被（2）導(dǎo)壓管鋪設(shè)

①導(dǎo)壓管粗細(xì)要合適，一般內(nèi)徑為6～10mm，長(zhǎng)度應(yīng)盡可能短，最長(zhǎng)不得超過(guò)50m，以減少壓力指示的遲緩。如超過(guò)50m，應(yīng)選用能遠(yuǎn)距離傳送的壓力計(jì)。②導(dǎo)壓管水平安裝時(shí)應(yīng)保證有1:10～1:20的傾斜度，以利于積存于其中之液體（或氣體）的排出。③當(dāng)被測(cè)介質(zhì)易冷凝或凍結(jié)時(shí)，必須加設(shè)保溫伴熱管線。④取壓口到壓力計(jì)之間應(yīng)裝有切斷閥，以備檢修壓力計(jì)時(shí)使用。切斷閥應(yīng)裝設(shè)在靠近取壓口的地方。9/12/202330李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)（2）導(dǎo)壓管鋪設(shè)①導(dǎo)壓管粗細(xì)要合適，一般內(nèi)徑為6～10m（3）壓力計(jì)的安裝①壓力計(jì)應(yīng)安裝在易觀察和檢修的地方。②安裝地點(diǎn)應(yīng)力求避免振動(dòng)和高溫影響。③測(cè)量蒸汽壓力時(shí)，應(yīng)加裝凝液管，以防止高溫蒸汽直接與測(cè)壓元件接觸[圖3-17（a）］；對(duì)于有腐蝕性介質(zhì)的壓力測(cè)量，應(yīng)加裝有中性介質(zhì)的隔離罐，右圖（b）表示了被測(cè)介質(zhì)密度ρ2大于和小于隔離液密度ρ1的兩種情況。圖2-4壓力計(jì)安裝示意圖１—壓力計(jì)；２—切斷閥門(mén)；３—凝液管；４—取壓容器9/12/202331李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)（3）壓力計(jì)的安裝①壓力計(jì)應(yīng)安裝在易觀察和檢修的地方。③④壓力計(jì)的連接處，應(yīng)根據(jù)被測(cè)壓力的高低和介質(zhì)性質(zhì)，選擇適當(dāng)?shù)牟牧希鳛槊芊鈮|片，以防泄漏。⑤當(dāng)被測(cè)壓力較小，而壓力計(jì)與取壓口又不在同一高度時(shí)，對(duì)由此高度而引起的測(cè)量誤差應(yīng)按Δp＝±Hρg進(jìn)行修正。式中H為高度差，ρ為導(dǎo)壓管中介質(zhì)的密度，

g為重力加速度。⑥為安全起見(jiàn)，測(cè)量高壓的壓力計(jì)除選用有通氣孔的外，安裝時(shí)表殼應(yīng)向墻壁或無(wú)人通過(guò)之處，以防發(fā)生意外。9/12/202332李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)④壓力計(jì)的連接處，應(yīng)根據(jù)被測(cè)壓力的高低和介質(zhì)性質(zhì)，8/3/§4流量檢測(cè)介質(zhì)流量是控制生產(chǎn)過(guò)程達(dá)到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)和安全生產(chǎn)以及進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算所必需的一個(gè)重要參數(shù)。

流量大?。?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流過(guò)管道某一截面的流體數(shù)量的大小，即瞬時(shí)流量。

總量：在某一段時(shí)間內(nèi)流過(guò)管道的流體流量的總和，即瞬時(shí)流量在某一段時(shí)間內(nèi)的累計(jì)值。流量計(jì)：測(cè)量流體流量的儀表。計(jì)量表：測(cè)量流體總量的儀表。

速度式流量計(jì)容積式流量計(jì)質(zhì)量流量計(jì)分類9/12/202333李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)§4流量檢測(cè)介質(zhì)流量是控制生產(chǎn)過(guò)程達(dá)到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)和安全生產(chǎn)4.1差壓式流量計(jì)差壓式（也稱節(jié)流式）流量計(jì)是基于流體流動(dòng)的節(jié)流原理，利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)產(chǎn)生的壓力差而實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量的。

通常是由能將被測(cè)流量轉(zhuǎn)換成壓差信號(hào)的節(jié)流裝置和能將此壓差轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的流量值顯示出來(lái)的差壓計(jì)以及顯示儀表所組成。國(guó)內(nèi)外把最常用的節(jié)流裝置、孔板、噴嘴、文丘里管等標(biāo)準(zhǔn)化，并稱為“標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置”。

差壓變送器可以將差壓信號(hào)Δp轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的氣壓信號(hào)或電流信號(hào),可以連續(xù)地測(cè)量差壓、液位、分界面等工藝參數(shù)。當(dāng)它與節(jié)流裝置配合時(shí),可以用來(lái)連續(xù)測(cè)量液體、蒸汽和氣體的流量。9/12/202334李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)4.1差壓式流量計(jì)差壓式（也稱節(jié)流式）流量計(jì)是基于流體4.2轉(zhuǎn)子流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì)采用的是恒壓降、變節(jié)流面積的流量測(cè)量方法。圖4-1轉(zhuǎn)子流量計(jì)的工作原理圖9/12/202335李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)4.2轉(zhuǎn)子流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì)采用的是恒壓降、變節(jié)電遠(yuǎn)傳式轉(zhuǎn)子流量計(jì)它可以將反映流量大小的轉(zhuǎn)子高度h轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，適合于遠(yuǎn)傳，進(jìn)行顯示或記錄。

LZD系列電遠(yuǎn)傳式轉(zhuǎn)子流量計(jì)主要由流量變送及電動(dòng)顯示兩部分組成。

A流量變送部分

圖4-2差動(dòng)變壓器結(jié)構(gòu)若將轉(zhuǎn)子流量計(jì)的轉(zhuǎn)子與差動(dòng)變壓器的鐵芯連接起來(lái)，使轉(zhuǎn)子隨流量變化的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)鐵芯一起運(yùn)動(dòng)，那么，就可以將流量的大小轉(zhuǎn)換成輸出感應(yīng)電勢(shì)的大小。9/12/202336李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)電遠(yuǎn)傳式轉(zhuǎn)子流量計(jì)它可以將反映流量大小的轉(zhuǎn)子高度h轉(zhuǎn)B電動(dòng)顯示部分圖4-3LTD系列電遠(yuǎn)傳轉(zhuǎn)子流量計(jì)9/12/202337李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)B電動(dòng)顯示部分圖4-3LTD系列電遠(yuǎn)傳轉(zhuǎn)子流量計(jì)8/3/4.3漩渦流量計(jì)精度高、測(cè)量范圍寬、沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件、無(wú)機(jī)械磨損、維護(hù)方便、壓力損失小、節(jié)能效果明顯。漩渦流量計(jì)是利用有規(guī)則的漩渦剝離現(xiàn)象來(lái)測(cè)量流體流量的儀表。圖4-4卡門(mén)渦列(a)圓柱渦列；(b)三角柱渦列9/12/202338李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)4.3漩渦流量計(jì)精度高、測(cè)量范圍寬、沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部4.4質(zhì)量流量計(jì)定義直接測(cè)量單位時(shí)間內(nèi)所流過(guò)的介質(zhì)的質(zhì)量,即質(zhì)量流量M。

優(yōu)點(diǎn)質(zhì)量流量計(jì)的最后輸出信號(hào)只與介質(zhì)的質(zhì)量流量M成比例,這就能從根本上提高流量測(cè)量的精度,省去了煩瑣的換算和修正。質(zhì)量流量的基本方程式為9/12/202339李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)4.4質(zhì)量流量計(jì)定義直接測(cè)量單位時(shí)間內(nèi)所流過(guò)的介質(zhì)的質(zhì)4.5其他流量計(jì)A靶式流量計(jì)B橢圓齒輪流量計(jì)C渦輪流量計(jì)D電磁流量計(jì)9/12/202340李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)4.5其他流量計(jì)A靶式流量計(jì)B橢圓齒輪流量計(jì)C§5物位檢測(cè)按其工作原理分為直讀式物位儀表差壓式物位儀表浮力式物位儀表電磁式物位儀表核輻射式物位儀表聲波式物位儀表光學(xué)式物位儀表將差壓變送器的一端接液相，另一端接氣相因此工作原理圖5-1差壓式液位計(jì)原理圖9/12/202341李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)§5物位檢測(cè)按其工作原理分為直讀式物位儀表差壓式其他物位計(jì)A電容式物位計(jì)優(yōu)點(diǎn)電容物位計(jì)的傳感部分結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便。缺點(diǎn)需借助較復(fù)雜的電子線路。應(yīng)注意介質(zhì)濃度、溫度變化時(shí)，其介電系數(shù)也要發(fā)生變化這種情況。B核輻射物位計(jì)C雷達(dá)式液位計(jì)D稱重式液罐計(jì)量?jī)x9/12/202342李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)其他物位計(jì)A電容式物位計(jì)優(yōu)點(diǎn)電容物位計(jì)的傳感部分結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單§6溫度檢測(cè)6.1概述

溫度不能直接測(cè)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)隨冷熱程度不同而變化的特性來(lái)加以間接測(cè)量。分類按測(cè)量方式

接觸式與非接觸式

9/12/202343李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)§6溫度檢測(cè)6.1概述溫度不能直接測(cè)量測(cè)溫方式溫度計(jì)種類優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)使用范圍／℃接觸式測(cè)溫儀表玻璃液體溫度計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、測(cè)量準(zhǔn)確、價(jià)格低廉容易破損、讀數(shù)麻煩、一般只能現(xiàn)場(chǎng)指示,不能記錄與遠(yuǎn)傳-100～100（150）有機(jī)液體0～350（-30～650）水銀雙金屬溫度計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、機(jī)械強(qiáng)度大、價(jià)格低、能記錄、報(bào)警與自控精度低、不能離開(kāi)測(cè)量點(diǎn)測(cè)量,量程與使用范圍均有限0～300（-50～600）壓力式溫度計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、不怕震動(dòng)、具有防爆性、價(jià)格低廉、能記錄、報(bào)警與自控精度低、測(cè)量距離較遠(yuǎn)時(shí),儀表的滯后性較大、一般離開(kāi)測(cè)量點(diǎn)不超過(guò)10米0～500（-50～600）液體型0～100（-50～200）蒸汽型電阻溫度計(jì)測(cè)量精度高,便于遠(yuǎn)距離、多點(diǎn)、集中測(cè)量和自動(dòng)控制結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不能測(cè)量高溫,由于體積大,測(cè)點(diǎn)溫度較困難-150～500（-200～600）鉑電阻0～100（-50～150）銅電阻-50～150（180）鎳電阻-100～200（300）熱敏電阻熱電偶溫度計(jì)測(cè)溫范圍廣,精度高,便于遠(yuǎn)距離、多點(diǎn)、集中測(cè)量和自動(dòng)控制需冷端溫度補(bǔ)償,在低溫段測(cè)量精度較低-20～1300（1600）鉑銠10-鉑-50～1000（1200）鎳鉻-鎳硅-40～800（900）鎳鉻-銅鎳-40～300（350）銅-銅鎳非接觸式測(cè)溫儀表光學(xué)高溫計(jì)攜帶用、可測(cè)量高溫、測(cè)溫時(shí)不破壞被測(cè)物體溫度場(chǎng)測(cè)量時(shí),必須經(jīng)過(guò)人工調(diào)整,有人為誤差,不能作遠(yuǎn)距離測(cè)量,記錄和自控900～2000（700～2000）輻射高溫計(jì)測(cè)溫元件不破壞被測(cè)物體溫度場(chǎng),能作遠(yuǎn)距離測(cè)量、報(bào)警和自控、測(cè)溫范圍廣只能測(cè)高溫,低溫段測(cè)量不準(zhǔn),環(huán)境條件會(huì)影響測(cè)量精度,連續(xù)測(cè)高溫時(shí)須作水冷卻或氣冷卻100～2000（50～2000）表5-1各種溫度計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)及使用范圍9/12/202344李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)測(cè)溫方式溫度計(jì)種類優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)使用范圍／℃接玻璃液體溫度計(jì)A應(yīng)用熱膨脹原理測(cè)溫B應(yīng)用壓力隨溫度變化的原理測(cè)溫C應(yīng)用熱阻效應(yīng)測(cè)溫D應(yīng)用熱電效應(yīng)測(cè)溫E應(yīng)用熱輻射原理測(cè)溫9/12/202345李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)A應(yīng)用熱膨脹原理測(cè)溫B應(yīng)用壓力隨溫度變化的原理測(cè)溫C6.2熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì)是以熱電效應(yīng)為基礎(chǔ)的測(cè)溫儀表。圖6-1熱電偶溫度計(jì)測(cè)溫系統(tǒng)示意圖1—熱電偶；2—導(dǎo)線；3—測(cè)量?jī)x表熱電偶溫度計(jì)由三部分組成：熱電偶；測(cè)量?jī)x表；連接熱電偶和測(cè)量?jī)x表的導(dǎo)線。圖6-2熱電偶示意圖9/12/202346李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)6.2熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì)是以熱電效應(yīng)為基礎(chǔ)的測(cè)溫?zé)犭娕济Q代號(hào)分度號(hào)熱電極材料測(cè)溫范圍/℃新舊正熱電極負(fù)熱電極長(zhǎng)期使用短期使用鉑銠30-鉑銠6鉑銠10-鉑鎳鉻-鎳硅鎳鉻-銅鎳鐵-銅鎳銅-銅鎳WRRWRPWRNWREWRFWRCBSKEJTLL-2LB-3EU-2--CK鉑銠30合金鉑銠10合金鎳鉻合金鎳鉻合金鐵銅鉑銠6合金純鉑鎳硅合金銅鎳合金銅鎳合金銅鎳合金300～1600-20～1300-50～1000-40～800-40～700-400～300180016001200900750350表5-2常用熱電偶9/12/202347李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)熱電偶名稱代號(hào)分度號(hào)熱電極材料測(cè)溫范圍/℃新舊正熱電極負(fù)熱電6.3熱電阻溫度計(jì)在中、低溫區(qū)，一般是使用熱電阻溫度計(jì)來(lái)進(jìn)行溫度的測(cè)量較為適宜。

熱電阻溫度計(jì)是由熱電阻，顯示儀表以及連接導(dǎo)線所組成。對(duì)于線性變化的熱電阻來(lái)說(shuō)，其電阻值與溫度關(guān)系如下式

熱電阻溫度計(jì)適用于測(cè)量-200～+500℃范圍內(nèi)液體、氣體、蒸汽及固體表面的溫度。利用熱電阻的電阻值隨溫度變化而變化的特性來(lái)進(jìn)行溫度測(cè)量的。9/12/202348李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)6.3熱電阻溫度計(jì)在中、低溫區(qū)，一般是使用熱電阻溫度計(jì)作為熱電阻的材料一般要求是：電阻溫度系數(shù)、電阻率要大；熱容量要??；在整個(gè)測(cè)溫范圍內(nèi)，應(yīng)具有穩(wěn)定的物理、化學(xué)性質(zhì)和良好的復(fù)制性；電阻值隨溫度的變化關(guān)系，最好呈線性；價(jià)格便宜。A鉑電阻B銅電阻9/12/202349李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)作為熱電阻的材料一般要求是：A鉑電阻B銅電阻8/6.4溫度變送器A電動(dòng)溫度變送器電動(dòng)溫度變送器是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用最廣泛的一種模擬式溫度變送器,它能與常用的各種熱電偶和熱電阻配合使用,將某點(diǎn)的溫度或某兩點(diǎn)的溫差轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)直流電流信號(hào)輸出。

DDZ-Ⅲ型溫度(溫差)變送器是電動(dòng)單元組合儀表中的一個(gè)變送單元。

根據(jù)輸入信號(hào)的不同，DDZ-Ⅲ型溫度變送器主要有熱電偶溫度變送器、熱電阻溫度變送器和直流毫伏變送器三種類型。9/12/202350李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)6.4溫度變送器A電動(dòng)溫度變送器電動(dòng)溫度變送

DDZ-Ⅲ型熱電偶溫度變送器和熱電阻溫度變送器的結(jié)構(gòu)大體上可以分為溫度檢測(cè)元件、輸入電路、放大電路和反饋電路,其原理框圖如圖6-1所示。溫度檢測(cè)元件輸入電路放大電路反饋電路被測(cè)溫度輸出電流I0圖6-1溫度變送器原理框圖9/12/202351李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)DDZ-Ⅲ型熱電偶溫度變送器和熱電阻溫度變送器的結(jié)B一體化溫度變送器

它是指將變送器模塊安裝在測(cè)溫元件接線盒或?qū)Ｓ媒泳€盒內(nèi)的一種溫度變送器。

圖6-2一體化溫度變送器結(jié)構(gòu)框圖結(jié)構(gòu)測(cè)溫元件和變送器模塊常用的變送器芯片：AD693、XTR101、XTR103、IXR100等變送器模塊的正常工作溫度-20～+80℃9/12/202352李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)B一體化溫度變送器它是指將變送器模塊安裝在測(cè)溫C智能式溫度變送器以SMART公司的TT302溫度變送器為例加以介紹。優(yōu)點(diǎn)

可以與各種熱電偶或熱電阻配合使用測(cè)量溫度；具有量程范圍寬、精度高；環(huán)境溫度和振動(dòng)影響小、抗干擾能力強(qiáng)；質(zhì)量輕；安裝維護(hù)方便。結(jié)構(gòu)由硬件部分和軟件部分兩部分構(gòu)成。9/12/202353李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)C智能式溫度變送器以SMART公司的TT302溫度變送器輸入板主電路板液晶顯示器信號(hào)輸入信號(hào)輸出圖6-3TT302溫度變送器基本構(gòu)成框圖9/12/202354李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)輸入板主電路板液晶顯示器信號(hào)輸入信號(hào)輸出圖6-3TT30§7顯示儀表7.1模擬式顯示儀表顯示儀表凡能將生產(chǎn)過(guò)程中各種參數(shù)進(jìn)行指示、記錄或累積的儀表。分類模擬式顯示儀表數(shù)字顯示儀表屏幕顯示儀表7.1.1自動(dòng)平衡電子電位差計(jì)電位差計(jì)是用來(lái)測(cè)量電勢(shì)或電位的,當(dāng)它與熱電偶配合時(shí),可以用來(lái)測(cè)量和顯示溫度。9/12/202355李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)§7顯示儀表7.1模擬式顯示儀表顯示儀表凡能將圖7-1電子電位差計(jì)原理圖

電子電位差計(jì)既保持了手動(dòng)電位差計(jì)測(cè)量精度高的優(yōu)點(diǎn)，而且無(wú)須用手去調(diào)節(jié)就能自動(dòng)指示和記錄被測(cè)溫度值。結(jié)論熱電偶測(cè)量橋路放大器可逆電機(jī)指示機(jī)構(gòu)記錄機(jī)構(gòu)同步電機(jī)穩(wěn)壓電源圖7-2電子電位差計(jì)原理方框圖9/12/202356李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)圖7-1電子電位差計(jì)原理圖電子電位差計(jì)既保持了手7.1.2電子自動(dòng)平衡電橋利用平衡電橋來(lái)測(cè)量熱電阻變化。圖7-2平衡電橋

當(dāng)被測(cè)溫度為下限時(shí)，Rt有最小值Rt0，滑動(dòng)觸點(diǎn)應(yīng)在RP的左端，此時(shí)電橋的平衡條件是（7-1）當(dāng)被測(cè)溫度升高后的平衡條件是用式（7-2）減式（7-1），則得（7-2）（7-3）滑動(dòng)觸點(diǎn)B的位置就可以反映電阻的變化，亦即反映了溫度的變化。并且可以看到觸點(diǎn)的位移與熱電阻的增量呈線性關(guān)系。9/12/202357李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)7.1.2電子自動(dòng)平衡電橋利用平衡電橋來(lái)測(cè)量熱電阻變化。圖7-4電子平衡電橋原理方框圖

為了準(zhǔn)確地指示出被測(cè)溫度的數(shù)值，將熱電阻的連接采用三線制接法，并加外接調(diào)整電阻。圖7-3

自動(dòng)平衡電橋工作原理9/12/202358李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)圖7-4電子平衡電橋原理方框圖為了準(zhǔn)確地指示出7.2數(shù)字式顯示儀表

數(shù)字式顯示儀表是能將被測(cè)的連續(xù)電量(模擬量)自動(dòng)地變成斷續(xù)量,然后進(jìn)行數(shù)字編碼,并將測(cè)量結(jié)果以數(shù)字顯示的電測(cè)儀表。A/D變換器電子計(jì)數(shù)器顯示器模擬量數(shù)字量讀出準(zhǔn)確度、靈敏度高;讀數(shù)方便、清晰直觀、不會(huì)產(chǎn)生視差。測(cè)量速度快，從每秒幾十次到每秒上百萬(wàn)次;儀表的量程和被測(cè)量的極性可自動(dòng)轉(zhuǎn)換,可自動(dòng)檢查故障、報(bào)警以及完成指定的邏輯程序;可以方便地實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)量;可以與電子計(jì)算機(jī)配合,給出一定形式的編碼輸出。特點(diǎn)圖7-5數(shù)字式顯示儀表方框圖9/12/202359李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)7.2數(shù)字式顯示儀表數(shù)字式顯示儀表是能將被測(cè)的模-數(shù)變換器將連續(xù)變化的模擬量變換成斷續(xù)的數(shù)字量。主要任務(wù)主要有間接法和直接法兩種。工作方法電子計(jì)數(shù)器當(dāng)用間接法進(jìn)行數(shù)碼轉(zhuǎn)換時(shí),是先將模擬量轉(zhuǎn)換為與之對(duì)應(yīng)的時(shí)間間隔或頻率,然后必須再將時(shí)間間隔或頻率轉(zhuǎn)換為數(shù)字量,才能進(jìn)行計(jì)數(shù)。圖7-6時(shí)間間隔測(cè)量原理框圖9/12/202360李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)模-數(shù)變換器將連續(xù)變化的模擬量變換成斷續(xù)的數(shù)字量。主要任務(wù)顯示器圖7-7輝光數(shù)碼管示意圖圖7-8數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路9/12/202361李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)顯示器圖7-7輝光數(shù)碼管示意圖圖7-8數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路8/數(shù)字式顯示儀表的基本組成圖7-9數(shù)字式溫度顯示儀表的基本組成數(shù)字模擬混合記錄儀為了使數(shù)字式記錄儀與模擬式記錄儀的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái),兩者相互取長(zhǎng)補(bǔ)短,可以在數(shù)字式顯示儀表的基礎(chǔ)上加上模擬式顯示記錄儀表的記錄部分,構(gòu)成數(shù)字模擬混合記錄儀。9/12/202362李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)數(shù)字式顯示儀表的基本組成圖7-9數(shù)字式溫度顯示儀表的基本7.3新型顯示儀表無(wú)紙記錄儀

以CPU為核心采用液晶顯示的記錄儀，直接把記錄信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)后，送到隨機(jī)存儲(chǔ)器加以保存，并在大屏液晶顯示屏上加以顯示。圖7-10無(wú)筆、無(wú)紙記錄儀的原理方框圖9/12/202363李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)7.3新型顯示儀表無(wú)紙記錄儀以CPU為核心采用無(wú)筆、無(wú)紙記錄儀的特點(diǎn)：

①液晶全動(dòng)態(tài)顯示,并有背光功能。②輸入信號(hào)多樣化,并以工業(yè)專用微處理器CPU為核心,從而實(shí)現(xiàn)了高性能、多回路的監(jiān)測(cè),并隨意放大、縮小地顯示在顯示屏上。③無(wú)紙、無(wú)筆、無(wú)墨水,無(wú)一切機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu),無(wú)需日常維護(hù)。④精度高：實(shí)時(shí)顯示,±0.2%;曲線及棒圖顯示,±0.5%。⑤具有與上位機(jī)通訊的標(biāo)準(zhǔn),可靠性高,價(jià)格與一般記錄儀相仿。9/12/202364李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)無(wú)筆、無(wú)紙記錄儀的特點(diǎn)：①液晶全動(dòng)態(tài)顯示,并有背光功能虛擬顯示儀表利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的功能來(lái)完成顯示儀表所有的工作。

采樣開(kāi)關(guān)模數(shù)轉(zhuǎn)換個(gè)人計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)計(jì)算處理多媒體顯示顯示模式輸入通道輸入通道插卡圖7-11虛擬顯示儀表原理框圖9/12/202365李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)虛擬顯示儀表利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的功能來(lái)完成顯示儀表所有的工作。§8自動(dòng)控制系統(tǒng)概述8.1自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成在自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成中,除必須具有前面所述的自動(dòng)化裝置外,還必須具有控制裝置所控制的生產(chǎn)設(shè)備。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中,將需要控制其工藝參數(shù)的生產(chǎn)設(shè)備、機(jī)器、一段管道或設(shè)備的一部分叫做被控對(duì)象,簡(jiǎn)稱對(duì)象。圖8-1液位自動(dòng)控制9/12/202366李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)§8自動(dòng)控制系統(tǒng)概述8.1自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成圖8-1人工操作圖圖8-2液位自動(dòng)控制圖控制速度和精度不能滿足大型現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要人工操作與自動(dòng)控制比較圖9/12/202367李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)圖8-1人工操作圖圖8-2液位自動(dòng)控制圖控制速度和精度不8.2自動(dòng)控制系統(tǒng)的方塊圖8.2.1信號(hào)和變量載有變量信息的物理變量是信號(hào)。

系統(tǒng)或環(huán)節(jié)uy圖8-3輸入、輸出變量圖輸入變量輸出變量多輸入多數(shù)出系統(tǒng)圖8-4簡(jiǎn)單水槽ABuu1u2圖8-5信號(hào)分叉點(diǎn)9/12/202368李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)8.2自動(dòng)控制系統(tǒng)的方塊圖8.2.1信號(hào)和變量載有變?cè)谘芯孔詣?dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，為了便于對(duì)系統(tǒng)分析研究，一般都用方塊圖來(lái)表示控制系統(tǒng)的組成。下頁(yè)圖為液位自動(dòng)控制系統(tǒng)地方塊圖每個(gè)環(huán)節(jié)表示組成系統(tǒng)的一個(gè)部分，稱為“環(huán)節(jié)”。兩個(gè)方塊之間用一條帶有箭頭的線條表示其信號(hào)的相互關(guān)系，箭頭指向方塊表示為這個(gè)環(huán)節(jié)的輸入，箭頭離開(kāi)方塊表示為這個(gè)環(huán)節(jié)的輸出。線旁的字母表示相互間的作用信號(hào)。8.2.2自動(dòng)控制系統(tǒng)方塊圖9/12/202369李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)在研究自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，為了便于對(duì)系統(tǒng)分析研究，方塊圖中，x指設(shè)定值；z

指輸出信號(hào)；e指偏差信號(hào)；p

指發(fā)出信號(hào)；q指出料流量信號(hào)；y

指被控變量；f指擾動(dòng)作用。當(dāng)x取正值，z取負(fù)值，e=x-z，負(fù)反饋；x

取正值，z取正值，e=x+z，正反饋。圖8-6自動(dòng)控制系統(tǒng)方塊圖9/12/202370李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)方塊圖中，x指設(shè)定值；z指輸出信號(hào)；e指偏差信號(hào)；p為了便于分析,有時(shí)將控制器以外的各個(gè)環(huán)節(jié)(包括被控對(duì)象、測(cè)量元件及變送器、控制閥)組合在一起看待,稱之為廣義對(duì)象,這樣,整個(gè)系統(tǒng)可認(rèn)為是由控制器與廣義對(duì)象兩者所構(gòu)成,其方塊圖可簡(jiǎn)化?？刂破鲝V義對(duì)象被控變量測(cè)量值z(mì)給定值干擾作用f-x圖8-8簡(jiǎn)化方塊圖9/12/202371李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)為了便于分析,有時(shí)將控制器以外的各個(gè)環(huán)節(jié)(包括被控8.2.3反饋?zhàn)詣?dòng)控制系統(tǒng)是一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，是由于反饋的存在造成的。xKβyze-圖8-9負(fù)反饋系統(tǒng)9/12/202372李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)8.2.3反饋?zhàn)詣?dòng)控制系統(tǒng)是一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，是兩式聯(lián)立,消去e,則有（7-1）單位反饋系統(tǒng)如果K很大,K》1,則（7-2）9/12/202373李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)兩式聯(lián)立,消去e,則有（7-1）單位反饋系統(tǒng)如果K很大,K8.2.4自控系統(tǒng)的分類按被控變量來(lái)分類，如溫度、壓力等控制系統(tǒng)；按控制器具有的控制規(guī)律來(lái)分類，如比例、比例積分、比例微分、比例積分微分等控制系統(tǒng)；將控制系統(tǒng)按照工藝過(guò)程需要控制的被控變量的給定值是否變化和如何變化來(lái)分類，這樣可將自動(dòng)控制系統(tǒng)分為三類，即定值控制系統(tǒng)、隨動(dòng)控制系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)。其中第三種分類方法最普遍9/12/202374李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)8.2.4自控系統(tǒng)的分類按被控變量來(lái)分類，如溫度、壓力等控

“定值”是恒定給定值的簡(jiǎn)稱。工藝生產(chǎn)中，若要求控制系統(tǒng)的作用是使被控制的工藝參數(shù)保持在一個(gè)生產(chǎn)指標(biāo)上不變，或者說(shuō)要求被控變量的給定值不變，就需要采用定值控制系統(tǒng)。A定值控制方法B隨動(dòng)控制系統(tǒng)（自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)）給定值隨機(jī)變化，該系統(tǒng)的目的就是使所控制的工藝參數(shù)準(zhǔn)確而快速地跟隨給定值的變化而變化。C程序控制系統(tǒng)（順序控制系統(tǒng)）給定值變化，但它是一個(gè)已知的時(shí)間函數(shù)，即生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)需按一定的時(shí)間程序變化。這類系統(tǒng)在間歇生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用比較普通。9/12/202375李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)“定值”是恒定給定值的簡(jiǎn)稱。工藝生產(chǎn)中，若要求8.3過(guò)渡過(guò)程和品質(zhì)指標(biāo)8.3.1控制系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)自動(dòng)控制目的：希望將被控變量保持在一個(gè)不變的給定值上，這只有當(dāng)進(jìn)入被控對(duì)象的物料量（或能量）和流出對(duì)象的物料量（或能量）相等時(shí)才有可能。

靜態(tài)——被控變量不隨時(shí)間而變化的平衡狀態(tài)（變化率為0，不是靜止）。當(dāng)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的輸入（給定和干擾）和輸出均恒定不變時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)就處于一種相對(duì)穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，系統(tǒng)的各個(gè)組成環(huán)節(jié)如變送器、控制器、控制閥都不改變其原先的狀態(tài)，它們的輸出信號(hào)也都處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，這種狀態(tài)就是靜態(tài)。9/12/202376李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)8.3過(guò)渡過(guò)程和品質(zhì)指標(biāo)8.3.1控制系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)動(dòng)態(tài)——被控變量隨時(shí)間變化的不平衡狀態(tài)。從干擾作用破壞靜態(tài)平衡，經(jīng)過(guò)控制，直到系統(tǒng)重新建立平衡，在這一段時(shí)間中，整個(gè)系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)和信號(hào)都處于變動(dòng)狀態(tài)之中，這種狀態(tài)叫做動(dòng)態(tài)。結(jié)論：在自動(dòng)化工作中，了解系統(tǒng)的靜態(tài)是必要的，但是了解系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)更為重要。因?yàn)樵谏a(chǎn)過(guò)程中，干擾是客觀存在的，是不可避免的，就需要通過(guò)自動(dòng)化裝置不斷地施加控制作用去對(duì)抗或抵消干擾作用的影響，從而使被控變量保持在工藝生產(chǎn)所要求控制的技術(shù)指標(biāo)上。9/12/202377李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)動(dòng)態(tài)——被控變量隨時(shí)間變化的不平衡狀態(tài)。從8.3.2控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程系統(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。當(dāng)干擾作用于對(duì)象，系統(tǒng)輸出y發(fā)生變化，在系統(tǒng)負(fù)反饋?zhàn)饔孟?，?jīng)過(guò)一段時(shí)間，系統(tǒng)重新恢復(fù)平衡。舉例圖8-11控制系統(tǒng)方塊圖控制器執(zhí)行器對(duì)象被控變量測(cè)量、變送給定值干擾-系統(tǒng)在過(guò)渡過(guò)程中，被控變量是隨時(shí)間變化的。被控變量隨時(shí)間的變化規(guī)律首先取決于作用于系統(tǒng)的干擾形式。9/12/202378李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)8.3.2控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程系統(tǒng)由一個(gè)平衡狀態(tài)過(guò)渡到另一個(gè)在生產(chǎn)中，出現(xiàn)的干擾是沒(méi)有固定形式的，且多半屬于隨機(jī)性質(zhì)。在分析和設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，為了安全和方便，常選擇一些定型的干擾形式，其中常用的是階躍干擾。采用階躍干擾的優(yōu)點(diǎn)：這種形式的干擾比較突然、危險(xiǎn)，且對(duì)被控變量的影響也最大。如果一個(gè)控制系統(tǒng)能夠有效地克服這種類型的干擾，那么一定能很好地克服比較緩和的干擾。這種干擾的形式簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，便于分析、實(shí)驗(yàn)和計(jì)算。圖8-12階躍干擾作用9/12/202379李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)在生產(chǎn)中，出現(xiàn)的干擾是沒(méi)有固定形式的，且多半屬于隨機(jī)性質(zhì)。在自動(dòng)控制系統(tǒng)在階躍干擾作用下過(guò)渡過(guò)程的四種形式非周期衰減過(guò)程√衰減震蕩過(guò)程√等幅震蕩過(guò)程

？對(duì)于控制質(zhì)量要求不高的場(chǎng)合，如果被控變量允許在工藝許可的范圍內(nèi)振蕩（主要指在位式控制時(shí)），才可采用。

發(fā)散震蕩過(guò)程X9/12/202380李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)自動(dòng)控制系統(tǒng)在階躍干擾作用下過(guò)渡過(guò)程的四種形式非周期衰減過(guò)程8.3.3控制系統(tǒng)的控制指標(biāo)

多數(shù)情況下，希望得到衰減振蕩過(guò)程，在此取這種過(guò)程形式討論控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)。控制指標(biāo)主要有兩類,一類是時(shí)間域的單項(xiàng)指標(biāo),另一類是時(shí)間域的綜合指標(biāo)。控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程是衡量品質(zhì)的依據(jù)。A時(shí)間域的各種單項(xiàng)指標(biāo)假定自動(dòng)控制系統(tǒng)在階躍輸入作用下，被控變量的變化曲線如下圖所示，這是屬于衰減振蕩的過(guò)渡過(guò)程。圖8-14過(guò)渡過(guò)程品質(zhì)指標(biāo)示意圖9/12/202381李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)8.3.3控制系統(tǒng)的控制指標(biāo)多數(shù)情況下，希五種重要品質(zhì)指標(biāo)之一——最大偏差或超調(diào)量最大偏差是指在過(guò)渡過(guò)程中，被控變量偏離給定值的最大數(shù)值。在衰減振蕩過(guò)程中，最大偏差就是第一個(gè)波的峰值。特別是對(duì)于一些有約束條件的系統(tǒng)，如化學(xué)反應(yīng)器的化合物爆炸極限、觸媒燒結(jié)溫度極限等，都會(huì)對(duì)最大偏差的允許值有所限制。超調(diào)量也可以用來(lái)表征被控變量偏離給定值的程度。五種重要品質(zhì)指標(biāo)之二——衰減比衰減比是衰減程度的指標(biāo)，它是前后相鄰兩個(gè)峰值的比。習(xí)慣表示為n:1，一般n取為4～10之間為宜。9/12/202382李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)五種重要品質(zhì)指標(biāo)之一——最大偏差或超調(diào)量最大偏差是指在過(guò)渡過(guò)五種重要品質(zhì)指標(biāo)之三——余差當(dāng)過(guò)渡過(guò)程終了時(shí)，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，或者說(shuō)余差就是過(guò)渡過(guò)程終了時(shí)的殘余偏差。有余差的控制過(guò)程稱為有差調(diào)節(jié)，相應(yīng)的系統(tǒng)稱為有差系統(tǒng)。反之就為無(wú)差調(diào)節(jié)和無(wú)差系統(tǒng)。五種重要品質(zhì)指標(biāo)之四——過(guò)渡時(shí)間從干擾作用發(fā)生的時(shí)刻起，直到系統(tǒng)重新建立新的平衡時(shí)止，過(guò)渡過(guò)程所經(jīng)歷的時(shí)間叫過(guò)渡時(shí)間。一般在穩(wěn)態(tài)值的上下規(guī)定一個(gè)小范圍，當(dāng)被控變量進(jìn)入該范圍并不再越出時(shí)，就認(rèn)為被控變量已經(jīng)達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值，或者說(shuō)過(guò)渡過(guò)程已經(jīng)結(jié)束這個(gè)范圍一般定為穩(wěn)態(tài)值的±５％（也有的規(guī)定為±２％）。9/12/202383李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)五種重要品質(zhì)指標(biāo)之三——余差當(dāng)過(guò)渡過(guò)程終了時(shí)，被控變量所達(dá)五種重要品質(zhì)指標(biāo)之五——震蕩周期或頻率過(guò)渡過(guò)程同向兩波峰（或波谷）之間的間隔時(shí)間叫振蕩周期或工作周期，其倒數(shù)稱為振蕩頻率。在衰減比相同的情況下，周期與過(guò)渡時(shí)間成正比，一般希望振蕩周期短一些為好。B時(shí)間域的綜合指標(biāo)綜合性指標(biāo)往往通過(guò)偏差的某些函數(shù)對(duì)時(shí)間的積分值來(lái)表達(dá),以兼顧最大偏差、超調(diào)量、衰減比、過(guò)渡時(shí)間等各方面的因素。以偏差e表示過(guò)渡過(guò)程中被控變量與新穩(wěn)態(tài)值的差值,即e(t)=y(t)-y(∞)。

9/12/202384李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)五種重要品質(zhì)指標(biāo)之五——震蕩周期或頻率過(guò)渡過(guò)程同向兩波峰（或三種綜合指標(biāo)①偏差絕對(duì)值對(duì)時(shí)間的積分,簡(jiǎn)記為IAE

采用絕對(duì)值,可避免正負(fù)積分面積相消的現(xiàn)象。②偏差絕對(duì)值與時(shí)間乘積對(duì)時(shí)間的積分,簡(jiǎn)記為ITAE

它對(duì)后期的偏差值加大權(quán)值,因此對(duì)消除偏差所需的時(shí)間比較敏感。9/12/202385李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)三種綜合指標(biāo)①偏差絕對(duì)值對(duì)時(shí)間的積分,簡(jiǎn)記為IAE采用絕③偏差平方值對(duì)時(shí)間的積分,簡(jiǎn)記為ISE

采用平方值,同樣可以避免正負(fù)偏差積分時(shí)的相消現(xiàn)象。與IAE相比,它對(duì)最大偏差的數(shù)值更加敏感。9/12/202386李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)③偏差平方值對(duì)時(shí)間的積分,簡(jiǎn)記為ISE采用平方值,同樣可對(duì)于一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，過(guò)渡過(guò)程品質(zhì)的好壞，在很大程度上決定于對(duì)象的性質(zhì)。例如在前所述的溫度控制系統(tǒng)中，屬于對(duì)象性質(zhì)的主要因素有：換熱器的負(fù)荷大小，換熱器的結(jié)構(gòu)、尺寸、材質(zhì)等，換熱器內(nèi)的換熱情況、散熱情況及結(jié)垢程度等。不同自動(dòng)化系統(tǒng)要具體分析。8.3.4影響控制指標(biāo)的主要因素

一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)可以概括成兩大部分，即工藝過(guò)程部分（被控對(duì)象）和自動(dòng)化裝置部分。前者指與該自動(dòng)控制系統(tǒng)有關(guān)的部分。后者指為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制所必需的自動(dòng)化儀表設(shè)備，通常包括測(cè)量與變送裝置、控制器和執(zhí)行器等三部分。9/12/202387李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)對(duì)于一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，過(guò)渡過(guò)程品質(zhì)的好壞，在很大程度§9對(duì)象特性與建模研究對(duì)象的特性，就是用數(shù)學(xué)的方法來(lái)描述出對(duì)象輸入量與輸出量之間的關(guān)系。這種對(duì)象特性的數(shù)學(xué)描述就稱為對(duì)象的數(shù)學(xué)模型。干擾作用和控制作用都是引起被控變量變化的因素。分類從機(jī)理出發(fā),即從對(duì)象內(nèi)在的物理和化學(xué)規(guī)律出發(fā),建立描述對(duì)象輸入輸出特性的數(shù)學(xué)模型。機(jī)理建?；旌夏Ｐ蛯?shí)測(cè)建模對(duì)于已經(jīng)投產(chǎn)的生產(chǎn)過(guò)程,我們可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試或依據(jù)積累的操作數(shù)據(jù),對(duì)系統(tǒng)的輸入輸出數(shù)據(jù),通過(guò)數(shù)學(xué)回歸方法進(jìn)行處理。通過(guò)機(jī)理分析,得出模型的結(jié)構(gòu)或函數(shù)形式，而對(duì)其中的部分參數(shù)通過(guò)實(shí)測(cè)得到。9/12/202388李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)§9對(duì)象特性與建模研究對(duì)象的特性，就是用數(shù)學(xué)的§10基本控制規(guī)律位式控制雙位控制具有中間區(qū)的雙位控制多位控制比例控制比例控制規(guī)律及其特點(diǎn)比例度及其對(duì)控制過(guò)程的影響積分控制積分控制規(guī)律及其特點(diǎn)比例積分控制規(guī)律與積分時(shí)間積分時(shí)間對(duì)系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的影響微分控制微分控制規(guī)律及其特點(diǎn)實(shí)際的微分控制規(guī)律及微分時(shí)間比例微分控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程比例積分微分控制9/12/202389李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)§10基本控制規(guī)律位式控制8/3/202389李昶紅-化§11自動(dòng)控制儀表11.1控制儀表的作用于分類

控制儀表或稱控制器,它將被控變量測(cè)量值與給定值相比較后產(chǎn)生的偏差,進(jìn)行一定的運(yùn)算,并將運(yùn)算結(jié)果以一定信號(hào)形式送往執(zhí)行器,以實(shí)現(xiàn)對(duì)被控變量的自動(dòng)控制。控制儀表的能源形式按照儀表所用的能源控制儀表直接作用式控制器間接作用式控制器9/12/202390李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)§11自動(dòng)控制儀表11.1控制儀表的作用于分類控制儀表的結(jié)構(gòu)形式按控制儀表與自動(dòng)控制系統(tǒng)中的檢測(cè)、變送、顯示等各部分的組合方式不同,主要可以分為基地式控制儀表與單元組合式控制儀表等?；厥娇刂苾x表基地式控制儀表是將測(cè)量、變送、顯示及控制等功能集于一身的一種控制儀表。結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,常用于單機(jī)控制系統(tǒng)。9/12/202391李昶紅-化工儀表與控制技術(shù)控制儀表的結(jié)構(gòu)形式按控制儀表與自動(dòng)控制系統(tǒng)中的檢測(cè)、單元組合式儀表單元組合式儀表把整套儀表按照其功能和使用要求，分成若干獨(dú)立作用的單元，各單元之間用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)聯(lián)系。使用時(shí)，針對(duì)不同的要求,將各單元以不同的形式組合，可以組成各種各樣的自動(dòng)檢測(cè)和控制系統(tǒng)。①可以用有限的單元組成各種各樣的控制系統(tǒng),具有高度的通用性和靈活性。②可以通過(guò)轉(zhuǎn)換單元,把氣動(dòng)表、電動(dòng)表,甚至液動(dòng)表聯(lián)系起來(lái),混合使用。③由于各單元獨(dú)立作用,所以在布局、安裝、維護(hù)上也更合理、更方便。④儀表大都采用力平衡或