熱工儀表課件

緒論主要內(nèi)容：生產(chǎn)過程自動(dòng)化的含義實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化的意義生產(chǎn)過程自動(dòng)化的發(fā)展?fàn)顩r現(xiàn)代自動(dòng)化技術(shù)特點(diǎn)學(xué)習(xí)本課程的重要性一、生產(chǎn)過程自動(dòng)化的含義在生產(chǎn)設(shè)備上配備一些自動(dòng)化的裝置,代替操作人員的部分直接勞動(dòng),使生產(chǎn)在不同程度上自動(dòng)地進(jìn)行的過程稱生產(chǎn)過程自動(dòng)化。二、實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化的意義加快生產(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(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,延長設(shè)備使用壽命,提高設(shè)備利用率；能根本改變勞動(dòng)方式,提高工人文化水平,逐步消除腦力勞動(dòng)和體力勞動(dòng)之間的差別。三、生產(chǎn)過程自動(dòng)化的發(fā)展?fàn)顩r20世紀(jì)40年代以前,主要是人工調(diào)節(jié),憑經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)生產(chǎn),生產(chǎn)效率低。20世紀(jì)50~60年代,應(yīng)用簡單自動(dòng)化技術(shù),如基地式儀表。20世紀(jì)70年代開始,控制理論和控制技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用推動(dòng)了生產(chǎn)過程自動(dòng)化,出現(xiàn)了各種新型控制系統(tǒng),如集散控制系統(tǒng)、二級優(yōu)化控制等。近年來,現(xiàn)代自動(dòng)化技術(shù)已不只局限于對生產(chǎn)過程中重要參數(shù)的自動(dòng)控制,已發(fā)展為綜合自動(dòng)化。四、現(xiàn)代自動(dòng)化技術(shù)特點(diǎn)已發(fā)展為綜合自動(dòng)化,其應(yīng)用的領(lǐng)域和規(guī)模越來越大,控制與管理一體化的系統(tǒng)已提到日程,因此,其社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益也越來越大。顯示了知識密集化、高技術(shù)集成化的特點(diǎn),它是信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、管理科學(xué)等相結(jié)合的現(xiàn)代高技術(shù)。自動(dòng)化過程中的智能化程度日益增加,各種智能儀表不斷出現(xiàn),控制的精度越來越高,控制的方式日益多樣化,它不僅減輕和代替了人們的體力勞動(dòng),而且也在很大程度上代替了人們的腦力勞動(dòng)。五、學(xué)習(xí)本課程的重要性本門課是一門綜合性的技術(shù)學(xué)科,通過學(xué)習(xí)自動(dòng)化、儀表及計(jì)算機(jī)方面的知識,對于管理與開發(fā)現(xiàn)代化生產(chǎn)過程是十分重要的。第一章自動(dòng)控制系統(tǒng)基本概念主要內(nèi)容：生產(chǎn)自動(dòng)化的主要內(nèi)容自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成工藝管道及控制流程圖自動(dòng)控制系統(tǒng)方框圖自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類自動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標(biāo)第一節(jié)生產(chǎn)自動(dòng)化的主要內(nèi)容

生產(chǎn)自動(dòng)化,一般包括自動(dòng)檢測、自動(dòng)保護(hù)、自動(dòng)操縱、自動(dòng)控制系統(tǒng)。自動(dòng)檢測系統(tǒng)

?利用各種檢測儀表對生產(chǎn)過程的主要工藝參數(shù)(如溫度、流量等)進(jìn)行測量、指示或記錄的。

自動(dòng)信號和聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)(自動(dòng)保護(hù))當(dāng)生產(chǎn)過程出現(xiàn)危險(xiǎn)時(shí),自動(dòng)信號系統(tǒng)發(fā)出聲、光等報(bào)警信號,自動(dòng)聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)立即作出反應(yīng),通過改變閥門的開啟度或切斷某些通路,或進(jìn)行緊急停車,以防止事故的發(fā)生或擴(kuò)大。它是生產(chǎn)過程中的一種安全裝置。自動(dòng)操縱及自動(dòng)開停車系統(tǒng)(自動(dòng)操縱)自動(dòng)操縱系統(tǒng):按照預(yù)先規(guī)定的步驟自動(dòng)地對生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行某種周期性的操作。可減輕工人的重復(fù)性體力勞動(dòng)。自動(dòng)開停車系統(tǒng):按照預(yù)先規(guī)定的步驟自動(dòng)地將生產(chǎn)過程投入運(yùn)行或自動(dòng)停車。自動(dòng)控制系統(tǒng):它是對生產(chǎn)中某些關(guān)鍵性的參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié),使它們在受到外界干擾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),是生產(chǎn)過程自動(dòng)化的核心部分。第二節(jié)自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成生活環(huán)境中的自動(dòng)控制系統(tǒng)空調(diào);電飯煲;電冰箱;洗衣機(jī)等。工業(yè)生產(chǎn)中的自動(dòng)控制系統(tǒng)液位控制:人工→自動(dòng);溫度控制等。眼看腦想手動(dòng)QoQi人工操作進(jìn)行工作的三個(gè)方面:(1).檢測:用眼睛看液位的高低。(2).運(yùn)算、命令:大腦根據(jù)眼睛看到液位的高低,加以思考和比較得出偏差,發(fā)出命令。(3).執(zhí)行:根據(jù)大腦發(fā)出命令,改變閥門開度,以改變出口流量Qo,保持液位的高低在規(guī)定位置。自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成1.被控對象:對其工藝參數(shù)進(jìn)行控制的機(jī)器或設(shè)備。它可以是一段管道、一臺(tái)設(shè)備或設(shè)備的某一部分,如各種反應(yīng)器、換熱器等。自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成2.自動(dòng)化裝置：測量元件及變送器:檢測參數(shù)(液位)并將檢測結(jié)果變成標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號進(jìn)行輸出,如液位的測量及變送。自動(dòng)控制器:接受變送器送來的信號,與工藝需要保持的參數(shù)值(液位)進(jìn)行比較得出偏差,并按某種運(yùn)算規(guī)律算出結(jié)果,然后將此結(jié)果以特定信號(如電壓、電流)發(fā)送出去。執(zhí)行器:通常指控制閥,它自動(dòng)地根據(jù)控制器發(fā)出的信號值改變閥門的開啟度,從而改變操縱變量,給對象施加調(diào)節(jié)作用。第三節(jié)工藝管道及控制流程圖在工藝流程確定后,工藝人員和自控設(shè)計(jì)人員應(yīng)共同研究確定控制方案。控制方案的確定包括流程中各測量點(diǎn)的選擇、控制系統(tǒng)的確定及有關(guān)自動(dòng)信號、聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等。在控制方案確定后,根據(jù)工藝設(shè)計(jì)給出的流程圖。一、工藝管道及控制流程圖根據(jù)工藝設(shè)計(jì)給出的流程圖按其流程順序標(biāo)注出相應(yīng)的測量點(diǎn)、控制點(diǎn)、控制系統(tǒng)及自動(dòng)信號與聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)等,便成了工藝管道及控制流程圖。二、控制流程圖中圖例符號的規(guī)定本書的規(guī)定按化工部設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)HGJ7-87《化工過程檢測控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)符號統(tǒng)一規(guī)定》1.圖形符號(1).測量點(diǎn)(包括檢測元件、取樣點(diǎn)):由工藝設(shè)備輪廓線或工藝管線引到儀表圓圈的連接線的起點(diǎn),一般無特定的圖形符號。(2).連接線:通用的儀表信號線均以細(xì)實(shí)線表示。連接線表示交叉、相接及信號傳遞方向,如下圖。

(3).儀表(包括檢測、顯示、控制)的圖形符號儀表的圖形符號是一個(gè)細(xì)實(shí)線圓圈,直徑約10mm。儀表安裝位置不同的符號如下圖。

2.字母代號表示儀表的小圓圈的上半圓內(nèi),一般寫有兩位或兩位以上字母,第一位字母表示被測變量,后繼字母表示儀表的功能。常用被測變量和儀表功能的字母代號見右表。字母第一字母后續(xù)字母被測變量功能A分析報(bào)警C電導(dǎo)率控制F流量I電流指示L物位P壓力或真空R放射性記錄或打印T溫度傳送3.

儀表位號儀表位號是由字母代號組合和阿拉伯?dāng)?shù)字編號兩部分組成。阿拉伯?dāng)?shù)字編號寫在圓圈的下半部,其第一位數(shù)字表示工段號,后續(xù)數(shù)字(二位或三位數(shù)字)表示儀表序號?？傊?通過控制流程圖,可看到每臺(tái)儀表的測量點(diǎn)位置、被測變量、儀表功能、工段號、儀表序號、安裝位置等。第四節(jié)自動(dòng)控制系統(tǒng)方框圖方框圖的作用:用箭頭表示自動(dòng)控制系統(tǒng)各個(gè)組成環(huán)節(jié)之間的相互影響和信號聯(lián)系。圖1-3液位自動(dòng)控制系統(tǒng)方框圖如下。圖1-8自動(dòng)控制系統(tǒng)方框圖xez-控制器控制閥對象測量元件變送器干擾作用

被控變量y測量值給定值pq偏差操縱變量f自動(dòng)控制系統(tǒng)方框圖xez-控制器控制閥對象測量元件變送器干擾作用

被控變量y測量值給定值pq偏差操縱變量f方框圖中所涉及的概念被控對象:在生產(chǎn)過程中需保持其工藝參數(shù)穩(wěn)定的設(shè)備或裝置。如冶金爐,加熱爐等,也可是一臺(tái)具體的設(shè)備或設(shè)備的某一部分,如一段管道(貯槽)。被控變量y:生產(chǎn)過程中需保持恒定的變量(液位)。干擾作用f:在生產(chǎn)過程中引起被控變量偏離給定值的外來因素,它是輸入信號(進(jìn)料流量的改變)?？刂谱饔?用來克服外界干擾,使被控變量恢復(fù)到給定值的操作。操縱變量q:具體實(shí)現(xiàn)控制作用的變量(出料流量)。操縱介質(zhì):用來實(shí)現(xiàn)控制作用的物料(流過閥門流體)。方框圖中所涉及的概念給定值:工藝過程中被控變量的期望值,可以固定也可按程序變化。偏差:給定值與測量值之間的差值。輸入:自動(dòng)控制系統(tǒng)方框圖中,指向該環(huán)節(jié)的信息稱該環(huán)節(jié)的輸入。輸出:自動(dòng)控制系統(tǒng)方框圖中,背離該環(huán)節(jié)的信息稱該環(huán)節(jié)的輸出。xez-控制器控制閥對象測量元件變送器干擾作用

被控變量y測量值給定值pq偏差操縱變量f同一方框圖可代表不同的控制系統(tǒng),如上圖的蒸汽加熱溫度控制系統(tǒng)也可用圖1-8的方框圖表示。

自動(dòng)控制系統(tǒng)方框圖與控制流程圖的區(qū)別自動(dòng)控制系統(tǒng)方框圖:方塊與方塊之間的連接線,只是代表方塊之間的信號聯(lián)系,并不代表方塊之間的物料聯(lián)系。方塊之間的連接線的箭頭也只是代表信號作用的方向?？刂屏鞒虉D:工藝流程圖上的物料線是代表物料從一個(gè)設(shè)備進(jìn)入另一個(gè)設(shè)備。方塊與方塊之間的連接線,代表方塊之間的物料聯(lián)系。自動(dòng)控制系統(tǒng)是一個(gè)具有負(fù)反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。反饋:把系統(tǒng)的輸出信號直接或經(jīng)過一些環(huán)節(jié)后送回到系統(tǒng)的輸入端,并加入到輸入信號中的作法。負(fù)反饋:反饋的信號使原來的輸入信號減弱。正反饋:反饋的信號使原來的輸入信號增強(qiáng)。負(fù)反饋系統(tǒng)以液位控制為例分析其控制過程:當(dāng)液位y由于某種干擾而上升時(shí),其測量值z升高,偏差(e=x-z)降低,這時(shí),控制器應(yīng)發(fā)出控制信號使控制閥的開度發(fā)生變化,變化的方向?yàn)樨?fù),使被控變量y下降,回到給定值,抑制了干擾的影響,達(dá)到了控制目的。自動(dòng)控制系統(tǒng)方框圖xez-控制器控制閥對象測量元件變送器干擾作用

被控變量y測量值給定值pq偏差操縱變量f正反饋系統(tǒng)當(dāng)偏差e=x+z時(shí),控制系統(tǒng)稱正反饋系統(tǒng)。當(dāng)液位y由于某種干擾而上升時(shí),其測量值z升高,偏差e=x+z增大,這時(shí),控制器應(yīng)發(fā)出控制信號使e變大,從而y進(jìn)一步上升,z進(jìn)一步增大,增強(qiáng)了受干擾后的變化趨勢,導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰或達(dá)到極限值,從而使系統(tǒng)不穩(wěn)定。例如炸彈的爆炸、電子振蕩器中振蕩過程的產(chǎn)生等都是正反饋系統(tǒng)?？梢?自動(dòng)控制系統(tǒng)是具有被控變量負(fù)反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。由于具有負(fù)反饋的閉環(huán)系統(tǒng),它可隨時(shí)了解被控對象的情況,有針對性地根據(jù)被控變量的變化情況而改變控制作用的大小和方向,從而使系統(tǒng)的工作狀態(tài)始終等于或接近所希望的狀態(tài)這是閉環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。自動(dòng)檢測、自動(dòng)操縱等開環(huán)系統(tǒng)由于沒有負(fù)反饋不能隨時(shí)了解被控對象的情況而改變自己的操作狀態(tài),這是開環(huán)系統(tǒng)的缺點(diǎn)。自動(dòng)操縱裝置對象工藝參數(shù)操縱指令操縱作用圖1-10自動(dòng)操縱系統(tǒng)方框圖第五節(jié)自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類各種分類方法按被控量分:如溫度、壓力、液位等控制系統(tǒng)。按控制器的控制規(guī)律分:比例控制、積分控制、微分控制、比例積分控制、比例微分控制、比例積分微分控制等。按系統(tǒng)功能與結(jié)構(gòu)分:單回路簡單控制系統(tǒng);串級、比值、選擇性、分程、前饋和均勻等常規(guī)復(fù)雜控制系統(tǒng)；解耦、預(yù)測、推斷等先進(jìn)控制系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)。按被控變量的給定值的變化情況分：定值控制系統(tǒng):要求被控變量的給定值不變。(如溫度、液位)。隨動(dòng)控制系統(tǒng):給定值是隨機(jī)變化的。隨機(jī)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。(如導(dǎo)航雷達(dá)系統(tǒng)、火炮系統(tǒng)、生物反應(yīng)、金屬熱處理爐)程序控制系統(tǒng):給定值是變化的,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)須按一定的時(shí)間程序變化。一些定型或非定型的程控裝置越來越多地被應(yīng)用到生產(chǎn)中。第六節(jié)自動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程

和品質(zhì)指標(biāo)一.控制系統(tǒng)的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)靜態(tài):被控變量不隨時(shí)間變化、自動(dòng)化裝置保持原狀的平衡狀態(tài)。當(dāng)一個(gè)自控系統(tǒng)的輸入(給定和干擾)和輸出均衡不變時(shí),整個(gè)系統(tǒng)就處于一種相對穩(wěn)定的平衡狀態(tài),即指系統(tǒng)中各信號的變化率為零,信號保持在某一常數(shù)不變化,而不是指物料不流動(dòng)或能量不交換。因?yàn)樽詣?dòng)控制系統(tǒng)在靜態(tài)時(shí),生產(chǎn)還在進(jìn)行,物料和能量仍有進(jìn)有出,只是平穩(wěn)進(jìn)行沒有改變。一.控制系統(tǒng)的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài):被控變量隨時(shí)間變化、自動(dòng)化裝置改變原狀的不平衡狀態(tài)。若一個(gè)系統(tǒng)原先處于相對平衡狀態(tài)即靜態(tài),由于干擾的作用而破壞了這種平衡時(shí),被控變量就會(huì)發(fā)生變化,從而使控制器、控制閥等自動(dòng)化裝置改變原來平衡時(shí)所處的狀態(tài),產(chǎn)生一定的控制作用來克服干擾的影響,并力圖使系統(tǒng)恢復(fù)平衡。從干擾發(fā)生開始,經(jīng)過控制,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)和信號都處于變動(dòng)狀態(tài)之中,所以這種狀態(tài)叫做動(dòng)態(tài)。二、控制系統(tǒng)的過渡過程過渡過程:系統(tǒng)受輸入(干擾)信號的作用從一個(gè)平衡狀態(tài)過渡到另一個(gè)平衡狀態(tài)的過程稱為過渡過程。是被控量在干擾信號或控制信號的作用下隨時(shí)間不斷變化的過程,其變化規(guī)律與干擾信號的形式有關(guān)。階躍干擾作用:在某一瞬間t0,干擾突然地階躍式地加到系統(tǒng)上并保持該幅度。它比較突然,比較危險(xiǎn),對被控量影響最大。系統(tǒng)的穩(wěn)定性:如果系統(tǒng)在受到干擾信號作用后,輸出變量最終能返回到原平衡狀態(tài)或其附近,稱系統(tǒng)為穩(wěn)定的;否則,稱系統(tǒng)不穩(wěn)定。在階躍干擾作用下自動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程形式：(a)非周期衰減過程;(b)衰減振蕩過程;(c)等幅振蕩過程;(d)發(fā)散振蕩過程;(e)非振蕩發(fā)散過程。三、階躍干擾作用下衰減振蕩過程的品質(zhì)指標(biāo)

橫坐標(biāo)t為時(shí)間,縱坐標(biāo)y為被控變量離給定值的變化量。t=0時(shí),系統(tǒng)穩(wěn)定,y(0)=0;t→∞時(shí),系統(tǒng)也達(dá)到新的穩(wěn)態(tài),y(∞)=C。最大偏差(A):在過渡過程中,被控量偏離給定值的最大量。最大偏差越小越好。超調(diào)量(B):在過渡過程中,第一個(gè)峰值A(chǔ)與新穩(wěn)態(tài)值C之差,即B=A-C。三、階躍干擾作用下衰減振蕩過程的品質(zhì)指標(biāo)

衰減比(n):前后相鄰兩個(gè)峰值的比。是反映衰減程度的指標(biāo),n=B:B’,實(shí)踐表明:n處于4~10之間較合適。余差(C):新的穩(wěn)態(tài)值與之差。余差越小越好。過渡時(shí)間(ts):從干擾開始起,直到被控變量進(jìn)入到距新穩(wěn)態(tài)值的±5%(或±2%)的范圍內(nèi)且不再越出時(shí)為止所經(jīng)歷的時(shí)間。過渡時(shí)間越短,系統(tǒng)控制質(zhì)量高。三、階躍干擾作用下衰減振蕩過程的品質(zhì)指標(biāo)振蕩周期和頻率:兩個(gè)同向波峰(或波谷)之間的時(shí)間間隔,為振蕩周期;周期越短越好。頻率為周期的倒數(shù)。這些指標(biāo)在不同的系統(tǒng)中各有其重要性,且互相間即有矛盾,又有聯(lián)系。要分清主次,首先保證對生產(chǎn)過程有決定性意義的主要品質(zhì)指標(biāo)。四、影響控制系統(tǒng)過渡過程品質(zhì)的主要因素工藝過程部分(被控對象)和自動(dòng)化裝置部分(測量與變送器、控制器、執(zhí)行器)。主要是對象的性質(zhì),但自動(dòng)化裝置應(yīng)按對象的性質(zhì)加以選擇和調(diào)整。例:某換熱器的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)在單位階躍干擾作用下的過渡過程曲線如右圖。試求最大偏差、余差、衰減比、振蕩周期和過渡時(shí)間(給定值為200℃)。解：最大偏差:A=230-200=30℃余差:C=205-200=5℃衰減比:B:B?=(230-205):(210-205)=5:1振蕩周期:T=20-5=15(min)過渡時(shí)間:不超過新穩(wěn)態(tài)值205℃的寬度為205×(±2％)=4.1℃,所對應(yīng)的時(shí)間:22min。題11:試畫出該溫度控制系統(tǒng)的方框圖,指出該系統(tǒng)中的被控對象、被控變量、操縱變量及可能影響被控變量的干擾是什么？被控對象:反應(yīng)器;被控變量:溫度;操縱變量:冷卻水的流量;干擾:進(jìn)料的流量和溫度變化、傳熱系數(shù)、冷卻水溫度變化、保溫情況等。自動(dòng)控制系統(tǒng)方框圖xez-控制器控制閥對象測量元件變送器干擾作用

被控變量y測量值給定值pq偏差操縱變量f題21:某反應(yīng)器工藝規(guī)定操縱溫度為(900±10℃)?？紤]安全,控制過程中溫度偏離給定值最大不得超過80℃,現(xiàn)設(shè)計(jì)的溫度定值控制系統(tǒng),在最大階躍干擾作用下的過渡過程曲線如圖所示。求最大偏差A(yù).超調(diào)量B.衰減比n.振蕩周期T,并回答該系統(tǒng)能否滿足題中所給的工藝要求？解:A=950-900=50℃B=A-C=950-908=42℃衰減比:B:B?=42:10=4.2振蕩周期:T=45-9=36minA<80℃,C-900<10℃,則能滿足題中所給的工藝要求。思考題：請畫出液位控制系統(tǒng)方框圖并指明被控對象、被控變量、操縱變量及可能出現(xiàn)的干擾因素。第二章被控對象的數(shù)學(xué)模型主要內(nèi)容生產(chǎn)對象的特點(diǎn)及其描述方法對象數(shù)學(xué)模型的建立—

機(jī)理模型和實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ兔枋鰧ο筇匦缘膮?shù)第一節(jié)生產(chǎn)對象特點(diǎn)及其描述方法生產(chǎn)對象的特點(diǎn):大,復(fù)雜,時(shí)間常數(shù)大.滯后大,具有非線性分布參數(shù)和時(shí)變特性,建模困難。對象特性:對象的內(nèi)在規(guī)律。研究對象特性:用數(shù)學(xué)的方法來描述對象的輸入量與輸出量之間的函數(shù)關(guān)系,即數(shù)學(xué)模型。對象的數(shù)學(xué)模型分為靜態(tài)數(shù)學(xué)模型和動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型特性。靜態(tài)數(shù)學(xué)模型是描述對象在靜態(tài)時(shí)的輸入量與輸出量之間的關(guān)系;動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型是描述對象在輸入量改變以后輸出量變化情況。輸入量:干擾和控制作用看作對象的輸入量。通道:由對象的輸入變量至輸出變量的信號聯(lián)系。(通道不同,特性不同)控制通道:控制作用至被控變量的信號聯(lián)系。

干擾通道:干擾作用至被控變量的信號聯(lián)系。

研究對象特性框圖干擾作用和控制作用都是引起被控變量變化的因素。用于控制的數(shù)學(xué)模型和用于工藝的數(shù)學(xué)模型二者的區(qū)別：相同之處:基于同樣的物理和化學(xué)規(guī)律,原始方程可能相同。區(qū)別:用于控制的數(shù)學(xué)模型是在工藝流程和設(shè)備尺寸等確定的情況下,研究對象的輸入變量如何影響輸出變量的,研究的目的是為了使所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)達(dá)到更好的控制效果。用于工藝的數(shù)學(xué)模型(一般是靜態(tài))是在產(chǎn)品規(guī)格和產(chǎn)量確定的情況下,通過模型的計(jì)算,來確定設(shè)備的結(jié)構(gòu)、尺寸、工藝流程和某些工藝條件,以達(dá)到最好的經(jīng)濟(jì)效益。數(shù)學(xué)模型的主要形式:非參數(shù)模型和參數(shù)模型非參數(shù)模型:描述對象在受到控制作用或干擾作用后被控變量的變化規(guī)律,用曲線或數(shù)據(jù)表格等來表示的。特點(diǎn)是形象、清晰,比較容易看出其定性的特征。根據(jù)輸入形式的不同,主要有:階躍反應(yīng)曲線、脈沖反應(yīng)曲線、矩形脈沖反應(yīng)曲線。參數(shù)模型:用數(shù)字方程式來表示的。描述對象輸入、輸出關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式:微分方程式、偏微分方程式、狀態(tài)方程式,對于線性的集中參數(shù)對象,可用常系數(shù)線性微分方程來描述：any(n)(t)+an-1y(n-1)(t)+…+a1y’(t)+a0y(t)=x(t)被控對象的特性對控制質(zhì)量的影響很大,是確定控制方案的主要依據(jù);只有先了解對象的特性,即內(nèi)在規(guī)律,才能根據(jù)工藝對控制質(zhì)量的要求,設(shè)計(jì)合理的控制系統(tǒng),選擇合適的被控變量和操縱變量、選擇合適的測量元件及控制器。描述對象特性的主要方法數(shù)學(xué)模型法——機(jī)理建模和實(shí)驗(yàn)建模

第二節(jié)、對象數(shù)學(xué)模型的建立一、建模目的(1).控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì):深入和全面地了解對象特性,是設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。(2).控制系統(tǒng)的調(diào)試和控制器參數(shù)的確定:為了控制系統(tǒng)安全投運(yùn)并進(jìn)行必要的調(diào)試,必須了解被控對象的特性。(3).制定工業(yè)過程操作優(yōu)化方案:操作優(yōu)化在不增加投資的情況下,獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。(4).新型控制方案及控制算法的確定:用計(jì)算機(jī)構(gòu)成新型控制系統(tǒng)時(shí),離不開被控對象的數(shù)學(xué)模型。(5).計(jì)算機(jī)仿真與過程培訓(xùn)系統(tǒng):利用仿真技術(shù),使操作人員在計(jì)算機(jī)上模仿實(shí)際的操作,安全、高效地培訓(xùn)工作人員。(6).設(shè)計(jì)工業(yè)過程的故障檢測與診斷系統(tǒng):利用開發(fā)的數(shù)學(xué)模型可及時(shí)發(fā)現(xiàn)工作過程中控制系統(tǒng)的故障及其原因,并提供正確的解決途徑。二、機(jī)理建模根據(jù)被研究對象或生產(chǎn)過程的內(nèi)部機(jī)理,寫出各種有關(guān)平衡方程,如物料平衡方程.能量平衡方程.動(dòng)量平衡方程及化學(xué)反應(yīng)規(guī)律.電路基本定律等,獲得對象的數(shù)學(xué)模型。機(jī)理建模的方法：1.一階對象:用一階微分方程式描述的對象,為一階對象。(1).水槽對象:對象的輸入量是流入水槽的流量Q1;液位高度h為對象的輸出量;Q2隨液位高度變化,是中間變量;閥門2相當(dāng)于負(fù)載,RS為出水閥的阻力系數(shù);水槽橫截面積為A;Q2=h/RS

。靜態(tài)時(shí):流入水槽的流量Q1等于流出水槽的流量Q2,系統(tǒng)處于平衡狀態(tài),即液位h保持不變。動(dòng)態(tài)時(shí):Q1變化了,不再等于Q2,則h就變化。設(shè)Q1.

Q2.h為偏離初始平衡狀態(tài)的變化值。找出h與Q1的關(guān)系。根據(jù)物料平衡的原則:Q1dt=Adh＋Q2dt又因:Q2=h/RS

代入上式中,

整理得:

令T=RSAT稱為時(shí)間常數(shù);k=Rs稱為放大系數(shù)。則有:此方程是一階常系數(shù)微分方程。(2).RC電路:ei為對象的輸入量,eo為輸出量,i為流過電阻R的電流,即中間變量。根據(jù)基爾霍夫定律有：

消去中間變量i得：令T=RC,K=1,則有：上式也是一階常系數(shù)微分方程。

2.積分對象積分對象:對象的輸出參數(shù)與輸入?yún)?shù)對時(shí)間的積分成比例關(guān)系,稱積分對象。如左圖液體貯槽,Q0為常數(shù)。有：Qidt=Adh

則有:具有積分特性。

3.二階對象當(dāng)對象的動(dòng)態(tài)特性可用二階微分方程來描述時(shí),為二階對象。(1).串聯(lián)水槽對象如圖為兩貯槽串聯(lián)。對象的輸入量Qi,輸出量h2;R1為第一貯槽出水閥的阻力系數(shù);R2第二貯槽出水閥的阻力系數(shù);Q=h1/R1,Q0=h2/R2

；根據(jù)物料平衡的原則:Qidt=Adh1+Qdt,Qdt=Adh2+Q2dt其中h1.Q.Q2為中間變量。

(1).串聯(lián)水槽對象消去中間變量,整理得：

設(shè)T1=AR1第一貯槽的時(shí)間常數(shù),

T2=AR2第二貯槽的時(shí)間常數(shù),

K=R2

整個(gè)對象的放大系數(shù)。得：3.二階對象(2).RC串聯(lián)電路根據(jù)基爾霍夫定律有：

消去中間變量i1.i2整理得微分方程為：

上式是二階常系數(shù)微分方程。三.實(shí)驗(yàn)建模實(shí)驗(yàn)建模原則上是把被研究對象看作為一個(gè)黑箱,通過施加不同的輸入信號,研究對象的輸出響應(yīng)信號與輸入激勵(lì)信號之間的關(guān)系,估計(jì)出系統(tǒng)的參數(shù)和數(shù)學(xué)模型,亦稱為系統(tǒng)辨識方法或黑箱方法。實(shí)驗(yàn)建模不需要深入了解對象的內(nèi)部機(jī)理。對復(fù)雜的對象,實(shí)驗(yàn)建模比機(jī)理建模要簡單和省力。黑箱X1Xm輸入信號…….Y1…..輸出信號Ym對象特性的實(shí)驗(yàn)測取法:在要研究的對象上,加一個(gè)輸入量后,用儀表測取并記錄表證對象特性的物理量(輸出量)隨時(shí)間變化的規(guī)律,得到一系列實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(或曲線),對這些數(shù)據(jù)或曲線再加以必要的數(shù)據(jù)處理,使之轉(zhuǎn)化為描述對象特性的數(shù)學(xué)模型。對象特性的實(shí)驗(yàn)測取法按加輸入信號的形式不同來分：1.階躍反映曲線法當(dāng)對象處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí),施加一階躍信號至輸入端,記錄輸出端的變化曲線。1.階躍反映曲線法在t=t0時(shí),改變Q1值為A時(shí),記錄h隨時(shí)間的變化規(guī)律,如右下圖。特點(diǎn):較容易實(shí)現(xiàn)測試對象的動(dòng)態(tài)特性,但精度不高。為了提高精度,要加大輸入作用的幅值,但影響正常工作,工藝上不允許。一般所加輸入作用的大小是額定值的5%-10%。2.矩形脈沖法當(dāng)對象處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí),加入一個(gè)矩形脈沖干擾,這時(shí)測得輸出量y隨時(shí)間變化規(guī)律。特點(diǎn):因加在對象上的干擾幅值可取得較大,可提高實(shí)驗(yàn)精度,且時(shí)間短對生產(chǎn)影響小。是常用的方法之一。若已知系統(tǒng)的模型結(jié)構(gòu),可通過實(shí)驗(yàn)來確定模型的某些參數(shù),該法又稱系統(tǒng)的參數(shù)估計(jì)。周期擾動(dòng)法:在對象的輸入端加入一系列頻率不同的周期性信號,如正弦波等。正弦波對工藝生產(chǎn)影響小,測試精度高,數(shù)據(jù)處理簡單直觀;但需有復(fù)雜的正弦信號發(fā)生器,測試工作量大。統(tǒng)計(jì)相關(guān)法:在生產(chǎn)正常情況下,直接利用正常運(yùn)行所記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,建立數(shù)學(xué)模型,獲取對象的特性參數(shù)。需較長時(shí)間記錄數(shù)據(jù),經(jīng)分析篩選后進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)算,由于生產(chǎn)正常進(jìn)行時(shí)數(shù)據(jù)波動(dòng)不大,統(tǒng)計(jì)分析的精度不高。以上幾種實(shí)驗(yàn)方法,都是在對象上加干擾作用(干擾量小、時(shí)間短),得到對象的動(dòng)態(tài)特性的。通過實(shí)驗(yàn)獲得對象的動(dòng)態(tài)特性的注意事項(xiàng)：(1).加測試信號前,對象的輸入量和輸出量應(yīng)盡可能穩(wěn)定一段時(shí)間,否則影響測量結(jié)果的精度。(2).在反應(yīng)曲線的起始點(diǎn),對象輸出量未開始變化,而輸入量則開始作階躍變化。用秒表測取從施加輸入作用的時(shí)刻到輸出量開始變化的時(shí)間。(3).為保證測試精度,排除干擾的影響,測試曲線應(yīng)是平滑無突變的。(4).加測試信號后,注意各干擾與被控量的變化盡可能把與測試無關(guān)的干擾排除,被控量的變化應(yīng)在工藝允許范圍內(nèi),一旦有異常,及時(shí)處理。(5).測試和記錄工作應(yīng)該持續(xù)進(jìn)行到輸出量達(dá)到新穩(wěn)態(tài)值為止。(6).在反應(yīng)曲線測試工作中，要注意工作點(diǎn)的選取?？傊?機(jī)理建模和實(shí)驗(yàn)建模各有特點(diǎn),現(xiàn)將兩者結(jié)合起來,稱為混合建模。先由機(jī)理分析的方法得到數(shù)學(xué)模型,然后對未知或不確定的參數(shù)利用實(shí)測的方法加以確定。參數(shù)估計(jì):在已知模型結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,通過實(shí)測數(shù)據(jù)來確定其中的某些參數(shù),稱為參數(shù)估計(jì)。

第三節(jié)描述對象特性的參數(shù)在一階躍輸入信號作用下,對象的特性可通過其數(shù)學(xué)模型來描述,但在實(shí)際工作中,用下面三個(gè)物理量來描述對象的特性。稱對象的特性參數(shù)。一、放大系數(shù)(K)1.定義:對象重新穩(wěn)定后,輸出變化量與輸入變化量的比值。如圖水槽對象:Q2不變,輸入量Q1有一階躍變化后,液位h也有相應(yīng)的變化,但最后會(huì)穩(wěn)定在某一數(shù)值上。在靜態(tài)(穩(wěn)定狀態(tài))時(shí),一定的輸入對應(yīng)著一定的輸出。這種特性稱為靜態(tài)特性。動(dòng)態(tài)時(shí):設(shè)Q1的變化量用ΔQ1表示,h的變化量用Δh表示。在一定的ΔQ1下,h的變化情況如右圖,在重新達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后,一定的ΔQ1值,對應(yīng)著一定的Δh值。令K等于Δh與ΔQ1值比。即2.放大系數(shù)的物理意義放大系數(shù)是不隨時(shí)間變化的,是對象的靜態(tài)特性。自動(dòng)控制系統(tǒng)中,各量與被控變量之間的放大系數(shù)有大有小。放大系數(shù)K越大,對輸出量的影響越大,被控變量對這個(gè)量的變化就越靈敏。2.放大系數(shù)的物理意義以合成氨廠的變換爐為例,說明各個(gè)量的變化對被控變量的放大系數(shù)是不同的。變換爐:一氧化碳和水蒸氣在觸媒作用下生成氫氣和二氧化碳。生產(chǎn)過程要求一氧化碳的轉(zhuǎn)化率高,蒸氣消耗量少,觸媒壽命長。生產(chǎn)上用變換爐的一段反應(yīng)溫度作為被控變量,間接地控制轉(zhuǎn)換率和其它指標(biāo)。其中主要影響溫度的因數(shù)有:冷激流量(1)、蒸汽流量(2)、和半水煤氣流量(3)。但三者對爐子反應(yīng)溫度的影響不同。2.放大系數(shù)的物理意義冷激流量的變化對被控變量溫度的影響最大.最靈敏,其次是蒸汽流量的變化,最后是半水煤氣流量的變化。如果改變冷激量.蒸汽量.半水煤氣量的百分?jǐn)?shù)是相同的,則變換爐一段反應(yīng)溫度的變化情況如圖。在自動(dòng)控制過程中,當(dāng)允許有幾種控制手段時(shí),應(yīng)選放大系數(shù)大的操縱量,因?yàn)榭刂谱饔玫姆糯笙禂?shù)大,控制作用強(qiáng)。對于干擾通道的放大系數(shù),其值越大,干擾越大,越不易控制。二、時(shí)間常數(shù)（T）1.

定義:對象受到干擾后,被控變量達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值所需要的時(shí)間,稱為時(shí)間常數(shù)(T)。2.物理意義:時(shí)間常數(shù)越大,對象受到干擾后,被控變量變化越慢,到達(dá)新的穩(wěn)態(tài)值所需的時(shí)間越長。在生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn),有的對象受到干擾后,被控變量變化很快,迅速達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值;而有的對象受到干擾后,慣性很大,被控變量經(jīng)過很長時(shí)間才達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值。如下圖。(a)(b)(c)(d)圖(a)和圖(b),當(dāng)進(jìn)口流量改變量相同時(shí),圖(a)中的液位變化慢,經(jīng)過長時(shí)間才能穩(wěn)定,而圖(b)中的液位變化快,迅速達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值。圖(c)和圖(d),當(dāng)蒸氣流量改變量相同時(shí),圖(c)中的溫度變化快,迅速達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值,圖(d)中的溫度變化慢,很長時(shí)間才能達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值。在相同的控制作用下,時(shí)間常數(shù)大,則被控量的變化比較緩慢,這種過程比較穩(wěn)定,容易控制,但控制過程緩慢。3.一階對象放大系數(shù)(K)和時(shí)間常數(shù)(T)的求法以貯槽對象特性為例,已知微分方程為：設(shè)Q1(Q1=A)為階躍作用,解微分方程得：h—t曲線為階躍反應(yīng)曲線,如下圖。由反應(yīng)曲線可知,當(dāng)t→∞時(shí),被控量達(dá)到新穩(wěn)態(tài)值h(∞),由微分方程解得:h(∞)=KA,即K=h(∞)/A。K是對象靜態(tài)特性。一階對象時(shí)間常數(shù)（T）的求法將t=T代入式中,得:則,當(dāng)對象受到階躍輸入后,被控變量達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值的63.2%所需的時(shí)間,就是時(shí)間常數(shù)T。當(dāng)t=∞時(shí),h(∞)=KA當(dāng)t=3T時(shí),理論上,t=∞時(shí),達(dá)到穩(wěn)態(tài)值,但t=3T時(shí),就近似地達(dá)到穩(wěn)態(tài)值。圖2-17中,四條曲線分別表示在相同的階躍輸入信號作用下,不同的時(shí)間常數(shù)的被控變量的反應(yīng)曲線。可見,T4>T3>T2>T1,對象的時(shí)間常數(shù)越大,對輸入的反應(yīng)越慢,慣性越大,達(dá)到穩(wěn)定時(shí)所需時(shí)間長。三、滯后時(shí)間有的對象,受到輸入作用后,迅速作出響應(yīng);而有的對象,受到輸入作用后,不能立即作出響應(yīng)。1.滯后現(xiàn)象當(dāng)對象的輸入信號發(fā)生變化后,輸出信號不會(huì)立即出現(xiàn)響應(yīng),而是過一段時(shí)間再作出響應(yīng),這種現(xiàn)象稱為滯后現(xiàn)象。根據(jù)滯后性質(zhì)的不同分為傳遞滯后和容量滯后。2.傳遞滯后傳遞滯后又叫純滯后,純滯后時(shí)間(てo)的產(chǎn)生是由于介質(zhì)的輸送需要一段時(shí)間而引起的。如下圖溶解槽,以料斗的加料量為對象的輸入,溶液濃度作為輸出時(shí),其反應(yīng)曲線如下圖左。純滯后時(shí)間(てo)與皮帶輸送機(jī)的傳送速度ν和傳送距離L的關(guān)系。如右圖,以進(jìn)入的蒸汽量q為輸入量,輸出量為離槽距離為L的測溫點(diǎn)的溶液溫度。當(dāng)q變化時(shí),實(shí)測溫度T要經(jīng)過てo后才變化。造成傳遞滯后的原因:從測量方面來說,由于測量點(diǎn)選擇不當(dāng)、測量元件安裝不合適等。在實(shí)際工作中,要避免因儀器的取樣管線太長,取樣點(diǎn)太遠(yuǎn)等原因引起的較大純滯后時(shí)間。無純滯后的對象特性方程yζ(t)=0y(t-ζ)t

>

ζt≤ζy

(t)=yζ(t+ζ)t

>

0t≤0yζ(t+ζ)=0有、無純滯后的一階階躍響應(yīng)曲線如圖。X為輸入量,y(t)為無純滯后時(shí)的輸出量,yζ(t)為有純滯后時(shí)的輸出量。有純滯后的對象特性方程3.容量滯后定義:被控對象在階躍輸入x作用下,被控變量y開始變化很慢,后來才逐漸加快,最后又變慢直至逐漸接近穩(wěn)定值,這種現(xiàn)象叫容量滯后。其反應(yīng)曲線如右圖。原因:由于物料或能量的傳遞需要通過一定的阻力而引起的。3.容量滯后以水槽串聯(lián)的二階對象為例。輸出量h2用y表示,輸入量Q1用x表示,則微分方程為:解之得：由上式可知,t=0時(shí),y(t)=0,t=∞時(shí),y(t)=KA。y(t)是穩(wěn)態(tài)值KA和兩項(xiàng)衰減指數(shù)函數(shù)的代數(shù)和。其曲線如右圖。當(dāng)在輸入階躍信號作用下,輸出量變化的速度,由零到慢慢增大到慢慢減小直到為零(t→∞)。方法:在反應(yīng)曲線的拐點(diǎn)O作一條切線,與橫軸相交。其交點(diǎn)與原點(diǎn)之間的時(shí)間間隔てh就是容量滯后時(shí)間。時(shí)間常數(shù)(T):由切線與橫軸的交點(diǎn)到切線與穩(wěn)定值KA線的交點(diǎn)之間時(shí)間間隔。T如用描述對象的三個(gè)參數(shù)K、T、て來描述。則用一階對象來近似上述二階對象。在容量滯后與純滯后同時(shí)存在時(shí),二者合稱滯后時(shí)間て,即て=て0+てh?？梢?自動(dòng)控制系統(tǒng)中,滯后的存在是不利于控制的。在設(shè)計(jì)和安裝控制系統(tǒng)時(shí)盡量把滯后時(shí)間減到最小。て0=t1-t0,T=t2–t1一般說來,時(shí)間常數(shù)小,則對象慣性小,被控量變化速度大,不易控制。因?yàn)楸豢亓孔兓?勢必要求系統(tǒng)各組成裝置反應(yīng)靈敏,控制及時(shí)迅速,這樣才能得到好的效果,但控制速度大,又使系統(tǒng)不易穩(wěn)定,這是生產(chǎn)上所不希望的。正常情況下,控制通道的時(shí)間常數(shù)越大,則控制過程將越緩慢。如果擾動(dòng)通道時(shí)間常數(shù)較小,而控制通道的時(shí)間常數(shù)較大則擾動(dòng)的效應(yīng)快,控制的效應(yīng)慢,被控量的最大偏差不易減小;如擾動(dòng)通道的時(shí)間常數(shù)大于控制通道的時(shí)間常數(shù),則被控量的變化將較為平穩(wěn)。因此在決定控制方案時(shí),應(yīng)當(dāng)分析各種擾動(dòng)(即對象的各種輸入)的響應(yīng)情況,選擇最有利的控制通道以便獲得最佳的控制效果。第三章檢測儀表及傳感器重點(diǎn)內(nèi)容:測量誤差及測量儀表的性能指標(biāo)壓力的檢測及儀表流量的檢測及儀表物位的檢測及儀表溫度的檢測及儀表檢測儀表:用來檢測生產(chǎn)過程中的各個(gè)參數(shù)的技術(shù)工具。傳感器:用來將這些參數(shù)轉(zhuǎn)換為便于傳送的信號的儀表。當(dāng)傳感器輸出為標(biāo)準(zhǔn)信號時(shí),稱為變送器。第一節(jié)概述一、測量過程與測量誤差1.測量過程將被測參數(shù)與其相應(yīng)的測量單位進(jìn)行比較的過程。測量儀表就是實(shí)現(xiàn)測量過程的工具。2.測量誤差(1).定義:由儀表讀得的被測值與被測量真值之間,總是存在一定差距,稱這差距為測量誤差。(2).產(chǎn)生原因:測量工具本身不夠準(zhǔn)確,觀測者的視差,環(huán)境因素的影響等等。(3).測量誤差分類：按性質(zhì)分---系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差和粗大誤差按表達(dá)方式分---絕對誤差和相對誤差按儀表的工作條件分---基本誤差和附加誤差按被測量是否隨時(shí)間變化分---靜態(tài)誤差和動(dòng)態(tài)誤差(4).測量誤差的表示法:絕對誤差(△)和相對誤差(y)絕對誤差(△):儀表指示值xi和被測量的真值xt之間的差值,即(4).測量誤差的表示法:絕對誤差(△)和相對誤差(y)但真值是指被測物理量客觀存在的真實(shí)數(shù)值,它是無法得到的理論值。因此,絕對誤差是指用被校表(精度較低)和標(biāo)準(zhǔn)表(精度較高)同時(shí)對同一被測量進(jìn)行測量所得到的兩個(gè)讀數(shù)之差,即x—被校表的讀數(shù)值x0—標(biāo)準(zhǔn)表的讀數(shù)值

相對誤差(y):某一點(diǎn)的絕對誤差Δ與標(biāo)準(zhǔn)表在這一點(diǎn)的指示值x0之比?？杀硎緸椋憾x表的性能指標(biāo)1.儀表的精度及精度等級使用儀表測量時(shí),必須知道該儀表的精度等級,才能保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確。儀表的精度不僅與絕對值有關(guān),還與儀表的測量范圍有關(guān)。儀表的精度用允許的相對百分誤差表示。儀表的絕對誤差在測量范圍內(nèi)的各點(diǎn)上是不相同的,其中有一個(gè)值為最大,本書中常說的“絕對誤差”指的是最大絕對誤差。量程(N):儀表的測量范圍上限值與下限值之差。

相對百分誤差(δ):絕對誤差與儀表的量程之比的百分?jǐn)?shù)表示。又稱引用誤差,即最大相對百分誤差:規(guī)定在正常使用條件下允許的最大誤差與儀表的量程之比的百分?jǐn)?shù)表示。又稱允許誤差,即δ允越大,表示儀表的精度越低;δ允越小,表示儀表的精度越高。儀表精度等級(K):指儀表在規(guī)定的工作條件下允許的最大相對百分誤差。將儀表允許的最大相對百分誤差去掉“±”與“%”號后數(shù)值,便可確定儀表的精度等級。

我國生產(chǎn)的儀表常用的精度等級:0.005,0.02,0.05,0.1,0.2,0.5,1.0,1.5,2.5,5.0。例如1.5級,一般表示符號為：

精度等級數(shù)值越小,表示儀表的精度等級越高。0.05級以上的儀表,作為標(biāo)準(zhǔn)表,0.5級以下的儀表,作為現(xiàn)場測量儀表。特別注意：在校驗(yàn)儀表時(shí),校驗(yàn)過程中各點(diǎn)的誤差(即允許誤差)不能大于儀表精度等級所允許的誤差。|δ允儀|<K%儀表在使用過程中儀表的精度等級不能大于現(xiàn)場的允許誤差。K%<|δ允現(xiàn)|根據(jù)校驗(yàn)結(jié)果確定儀表精度等級例1:某臺(tái)測溫儀的測溫范圍為200~700℃,校驗(yàn)時(shí)得到的最大誤差為±4℃,確定該儀表的精度等級。解：

該儀表的最大相對百分誤差去掉“±”與“%”,其數(shù)值為0.8。由于國家規(guī)定的精度等級中沒有0.8級的儀表,因|δ允儀|<K%,所以該儀表的精度等級為1.0級。根據(jù)工藝要求選擇儀表精度等級例2:某臺(tái)測溫儀的測溫范圍為0-1000℃。根據(jù)工藝要求,溫度指示值的誤差不允許超過±7℃。試問應(yīng)如何選擇儀表的精度等級才能滿足以上要求？

解:根據(jù)工藝要求,允許誤差為去掉“±”與“%”,其數(shù)值為0.7。此數(shù)介于0.5~1.0之間,因K%<|δ允現(xiàn)|,故應(yīng)選的0.5級儀表。2.變差定義:在外界條件不變的情況下,使用同一儀表對同一個(gè)量進(jìn)行正、負(fù)行程(即校驗(yàn)點(diǎn)數(shù)值逐漸由小到大和由大逐漸到小)測量時(shí),所得的儀表示值是不相同的,其中二者之間的最大差值與儀表量程之比的百分?jǐn)?shù)表示稱為變差。變差不能超過儀表的允許誤差K%

。變差計(jì)算方法:(設(shè)儀表的測溫范圍為100~200℃)被校表（℃）120.0180.0標(biāo)準(zhǔn)表（℃）（正行程）121.21179.83標(biāo)準(zhǔn)表（℃）（負(fù)行程）120.94179.96X正-X負(fù)0.27-0.13變差0.27%3.指針式儀表的靈敏度和靈敏限靈敏度(S):儀表指針的線位移或角位移,與引起這個(gè)位移的被測參數(shù)變化量之比值。用公式表示：

Δα---

指針的線位移或角位移

Δx---引起Δα所需的被測參數(shù)變化量靈敏限:是指引起儀表示值發(fā)生變化的被測參數(shù)的最小變化量,它應(yīng)不大于儀表允許誤差絕對值的一半。4.數(shù)字式儀表的分辨力(靈敏度)分辨力:是指引起儀表最末一位改變一個(gè)數(shù)值的被測參數(shù)的變化量。不同量程的分辨力是不同的。靈敏度:相應(yīng)于最低量程的分辨力稱為該表的最高分辨力,也稱靈敏度。通常以最高分辨力作為儀表的分辨力指標(biāo)。

如某儀表顯示值為：□□□.□℃

則

分辨力為

0.1℃5.線性度(又稱非線性誤差)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。用實(shí)際值與理論值之間的絕對誤差的最大值與儀表量程之比的百分?jǐn)?shù)表示,即：被測變量儀表示值理論直線實(shí)際線6.反應(yīng)時(shí)間反應(yīng)時(shí)間是指在被測量變化后,測量儀表能否盡快反應(yīng)出參數(shù)變化的品質(zhì)指標(biāo)。可用滯后時(shí)間與時(shí)間常數(shù)來衡量。反應(yīng)時(shí)間的表示方法

1.儀表的輸出信號由開始變化到新穩(wěn)定值的63.2%所用的時(shí)間(T)。

2.儀表的輸出信號由開始變化到新穩(wěn)定值的95%所用的時(shí)間(3T)。

儀表反應(yīng)時(shí)間的長短,反映了儀表動(dòng)態(tài)特性的好壞。三、工業(yè)儀表的分類儀表按使用的能源分按信息的獲得.傳遞.反映和處理過程分按儀表的組成形式分氣動(dòng)儀表電動(dòng)儀表檢測儀表顯示儀表集中控制裝置基地式儀表單元組合儀表DDZ.QDZ控制儀表執(zhí)行器三、工業(yè)儀表的分類1.按使用的能源分類電動(dòng)儀表:以電為能源,信號之間聯(lián)系比較方便,適宜于遠(yuǎn)距離傳送和集中控制;便于與計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)。近年,用于防火、防爆的電動(dòng)儀表,提高安全性。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜,易受溫度、濕度、電磁場、放射性等環(huán)境影響。氣動(dòng)儀表:以氣為能源,結(jié)構(gòu)簡單,價(jià)格便宜,抗干擾能力強(qiáng),能防火、防爆。但信號傳遞慢、傳輸距離短、管線安裝與檢修不便。不宜實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離大范圍的集中顯示和控制;難于聯(lián)機(jī)。三、工業(yè)儀表的分類2.按信息的獲得.傳遞.反映和處理過程分類檢測儀表:主要用于測量某些工藝參數(shù),如溫度.壓力、流量.物位等,并將被測參數(shù)的大小按比例地轉(zhuǎn)換成電信號或氣信號。顯示儀表:將檢測儀表獲得的信息顯示出來。如指示儀表.記錄儀.工業(yè)電視.圖像顯示器。集中控制裝置:包括巡回檢測儀.巡回控制儀.程序控制儀.數(shù)字處理機(jī).計(jì)算機(jī)以及儀表控制盤和操作臺(tái)等?？刂苾x表:根據(jù)需要對輸入信號進(jìn)行各種運(yùn)算。包括電動(dòng).氣動(dòng)的控制器及代替模擬控制儀表的微處理器等。執(zhí)行器:接受控制儀表的輸出信號或直接接受操作人員的指令,對生產(chǎn)過程進(jìn)行操作或控制。包括電動(dòng).氣動(dòng).液動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制閥。三、工業(yè)儀表的分類3.按儀表的組成形式分類基地式儀表:將測量.顯示.控制等各部分集中組裝在一個(gè)表殼里,形成一個(gè)整體。適于在現(xiàn)場做就地檢測和控制,但不能實(shí)現(xiàn)多種參數(shù)的集中顯示和控制。應(yīng)用有局限性。單元組合儀表:將對參數(shù)的測量及其變送.顯示.控制等各部分,分別制成獨(dú)立的單元儀表。各單元之間以統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號互相聯(lián)系。可任意組合各種控制系統(tǒng)。靈活性和適用性都好。有兩類:電動(dòng)單元組合儀表(DDZ)、氣動(dòng)單元組合儀表(QDZ)。例3:有一變化范圍為320－360kPa的壓力。若用下列A.B兩臺(tái)壓力變送器進(jìn)行測量,那么在正常情況下哪一臺(tái)的測量準(zhǔn)確度高些?壓力變送器A:1級,0-600kPa。壓力變送器B:1級,250-500kPa。解:用壓力變送器A時(shí):測量結(jié)果的最大誤差:用壓力變送器B時(shí):測量結(jié)果的最大誤差：則:用壓力變送器B測量準(zhǔn)確度高些。例4:有兩臺(tái)測溫儀表,其測量范圍分別是0-800℃和600-1100℃,已知其最大絕對誤差均為±6℃,試分別確定它們的精度等級。解：則:測量范圍0-800℃的儀表為1級,測量范圍1100-600℃的儀表為1.5級。例5:某一標(biāo)尺為0～500oC的溫度計(jì)出廠前經(jīng)過校驗(yàn)合格,校驗(yàn)結(jié)果如下表。1.求儀表的最大絕對誤差;2.確定儀表的允許誤差及精度等級;3.經(jīng)過一段時(shí)間使用后重新校驗(yàn),儀表最大絕對誤差為±8oC,問該儀表是否符合出廠時(shí)的精度等級？被校表讀數(shù)/oC0100200300400500標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)/oC

0103198303406495解:

1.-6oC;1.5級例5:某一標(biāo)尺為0～500oC的溫度計(jì)出廠前經(jīng)過校驗(yàn)合格,校驗(yàn)結(jié)果如下表。1.求儀表的最大絕對誤差;2.確定儀表的允許誤差及精度等級;3.經(jīng)過一段時(shí)間使用后重新校驗(yàn),儀表最大絕對誤差為±8oC,問該儀表是否符合出廠時(shí)的精度等級？被校表讀數(shù)/oC0100200300400500標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)/oC

0103198303406495解:3.因:K%<|δ允儀|,則不符合出廠時(shí)的精度等級。第二節(jié)壓力檢測及儀表

一、壓力單位及測壓儀表1.壓力:由氣體或液體均勻垂直地作用在單位面積上的力。公式為

p—為壓力,F—為垂直作用力

S—為受力面積單位:帕斯卡,簡稱帕(Pa),1帕為1牛頓每平方米(國際單位制SI)。

1Pa=1N/m21MPa=1X106Pa1物理大氣壓(1atm)=1.0133X105Pa=760mmHg1工程大氣壓(1kgf/cm2)=9.807X104Pa=104mmH2O2.幾種壓力表示法（按取壓的標(biāo)準(zhǔn)不同）在壓力測量中,常有表壓、絕對壓力、負(fù)壓或真空度。其關(guān)系見下圖。表壓:是絕對壓力和大氣壓力之差,P表壓

=P絕對壓力

-P大氣壓力

負(fù)壓或真空度:是當(dāng)被測壓力低于大氣壓力時(shí),大氣壓力和絕對壓力之差,P真空度

=P大氣壓力

-P絕對壓力絕對零壓線絕對壓力P絕大氣壓P0表壓P表真空度P真絕對壓力P絕3.壓力計(jì)的分類（按信號轉(zhuǎn)換原理不同）液柱式壓力計(jì):根據(jù)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。結(jié)構(gòu)簡單,使用方便,但精度低,測量范圍窄。彈性式壓力計(jì):將被測壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件變形的位移進(jìn)行測量的。彈簧管壓力計(jì)。電氣式壓力計(jì):通過機(jī)械和電氣元件將被測壓力轉(zhuǎn)換成電量來測量的儀表。壓力變送器。活塞式壓力計(jì):根據(jù)水壓機(jī)傳送壓力原理,將被測壓力轉(zhuǎn)換成活塞上所加平衡砝碼的質(zhì)量來進(jìn)行測量的。二、彈性式壓力計(jì)1.定義:利用各種形式的彈性元件,在被測介質(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壓儀表。2.特點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠、讀數(shù)清晰、牢固可靠、價(jià)格低廉、測量范圍寬、有足夠的精度、應(yīng)用廣泛。3.測量范圍:幾百帕到數(shù)千兆帕。4.彈性元件（根據(jù)測壓范圍的不同）

(1).彈簧管式彈性元件(單圈和多圈的)是截面呈橢圓或扁圓型的中空金屬管,當(dāng)通入壓力p后,它的自由端就會(huì)產(chǎn)生位移。適合測高、中、低壓。(2).薄膜式彈性元件：(膜片a或膜盒b)由具有彈性的金屬或非金屬片構(gòu)成,在壓力作用下能產(chǎn)生變形。膜盒中內(nèi)充硅油。適合測中、低壓。(3).波紋管式彈性元件:有一端封閉,外部存在波紋的彈性金屬片構(gòu)成金屬筒體,是氣動(dòng)單元組合儀表中不可缺少的部分。彈性元件易于變形,且位移很大。適合測微壓和低壓,在氣動(dòng)壓力變送器上應(yīng)用較多。5.彈簧管壓力表應(yīng)用廣范,品種繁多。可分單圈和多圈;按用途分普通壓力表、耐腐蝕的氨用壓力表、禁油的氧氣壓力表。它們外形和結(jié)構(gòu)相同,只是所用材料不同。(1).結(jié)構(gòu)

1—彈簧管;2—拉桿;3—扇形齒輪;5--指針;4—中心齒輪;6—面板;7—游絲;8—調(diào)節(jié)螺釘;9—接頭。(2).工作原理工作原理:彈簧管1是壓力表的測量元件。圖為單圈彈簧管,它是一根彎成270°圓弧的橢圓截面的空心金屬管。管子的自由端B封閉,管子的另一端固定在接頭9上。當(dāng)通入壓力P后,由于橢圓形截面在壓力的P作用下將趨于圓形,使彈簧管的自由端B產(chǎn)生位移,且與輸入壓力的大小成正比(具有線性刻度)。所以只要測得B點(diǎn)的位移量,就能反映壓力P的大小。放大過程:自由端B的位移通過拉桿2使扇形齒輪3作逆時(shí)針偏轉(zhuǎn),指針5通過同軸的中心齒輪4的帶動(dòng)作順時(shí)針偏轉(zhuǎn),在面板6的刻度標(biāo)尺上顯示出被測壓力p的數(shù)值。由于自由端的位移與被測壓力的大小成正比,則刻度標(biāo)尺是線性的。游絲7用來克服因扇形齒輪與中心齒輪間的傳動(dòng)間隙而產(chǎn)生的儀表變差。改變調(diào)節(jié)螺釘8的位置,可調(diào)整儀表的量程。(3).彈簧管材料的選擇當(dāng)P≥19.6MPa時(shí),選用合金鋼或不銹鋼的材料。當(dāng)P<19.6MPa時(shí),選用磷青銅或黃銅的材料,所測流體種類不同,所用彈簧管材料不同。(4).電接點(diǎn)信號壓力表是在普通彈簧管壓力表上帶有報(bào)警或控制觸點(diǎn)的壓力表。當(dāng)壓力偏離給定范圍時(shí),及時(shí)發(fā)出信號,提醒操作人員注意或通過中間繼電器實(shí)現(xiàn)壓力控制。三、電氣式壓力計(jì)彈簧管壓力計(jì)的不足在于不能測量脈動(dòng)、真空和超高壓力,而電氣壓力計(jì)可克服上述不足。1.定義:把壓力轉(zhuǎn)換為電信號進(jìn)行傳輸及顯示的儀表。2.組成:壓力傳感器、測量電路和信號處理裝置。3.測量范圍:7×10-5Pa---5×102MPa,測量范圍廣。4.壓力傳感器作用:把壓力信號檢測出來,并轉(zhuǎn)換成電信號進(jìn)行輸出。當(dāng)輸出的電信號轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號時(shí),壓力傳感器稱為壓力變送器。標(biāo)準(zhǔn)信號:是指物理量的形式和數(shù)值范圍都符合國際標(biāo)準(zhǔn)的信號。如直流電流4-20mA(0-10mA),空氣壓力0.02-0.1MPa都為標(biāo)準(zhǔn)信號。5.壓力傳感器分類:霍爾片式、應(yīng)變片式、壓阻式壓力傳感器和力平衡式、電容式壓力變送器。(1).霍爾片式壓力傳感器依據(jù):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)換成霍爾電勢,實(shí)現(xiàn)壓力的測量?；魻栃?yīng):霍爾片由半導(dǎo)體材料制成的薄片,如圖在Z軸方向上加恒定磁場B,在Y軸方向上加外電場(直流穩(wěn)壓電源),電子在霍爾片中運(yùn)動(dòng)(逆Y軸方向運(yùn)動(dòng))時(shí),由于受電磁力的作用,使電子運(yùn)動(dòng)軌道發(fā)生偏移,則一個(gè)端面有電子,另一個(gè)端面上正電荷過剩,在X軸方向上出現(xiàn)電位差,稱為霍爾電勢。這物理現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。Y(1).霍爾片式壓力傳感器霍爾電勢:UH=RHBIRH--霍爾常數(shù),與霍爾片材料、幾何形狀有關(guān)。導(dǎo)體也有霍爾效應(yīng),但霍爾電勢比半導(dǎo)體的霍爾電勢小得多?；魻栯妱菖c位移關(guān)系:根據(jù)UH=RHBI,若I為定值,在非均勻磁場中,霍爾元件所處位置不同,所受到的磁感應(yīng)強(qiáng)度就不同,可得到與位移成正比例的霍爾電勢,實(shí)現(xiàn)位移－電勢的線性轉(zhuǎn)換。霍爾片式壓力傳感器結(jié)構(gòu):霍爾元件與彈簧管配合,組成霍爾片式壓力傳感器。Y(1).霍爾片式壓力傳感器工作原理：在被測壓力作用下,彈簧管自由端產(chǎn)生位移,則改變霍爾片在非均勻磁場中的位置,使所產(chǎn)生的霍爾電勢與被測壓力成比例。即:壓力→彈性位移→霍爾片移動(dòng)→霍爾電勢。應(yīng)用:用于所測壓力不高、壓力波動(dòng)小、信號需要遠(yuǎn)傳的場合。(2).應(yīng)變片式壓力傳感器工作原理:利用電阻應(yīng)變原理構(gòu)成。有壓力作用時(shí),應(yīng)變片產(chǎn)生應(yīng)變,表現(xiàn)為應(yīng)變片的電阻發(fā)生變化,通過橋式電路轉(zhuǎn)換為毫伏級電勢輸出,從所測電壓的大小讀出所測的壓力。結(jié)構(gòu):1.應(yīng)變筒;2.外殼;3.密封膜片;4.輸出信號;5.恒壓直流;6.電源。康銅絲應(yīng)變片r1沿應(yīng)變筒軸向貼放,為測量片;r2沿徑向貼放,為溫度補(bǔ)償片。特點(diǎn):速度快.動(dòng)態(tài)性能好.非線性誤差小.滯后小.適合測高(25MPa)且脈動(dòng)較大的壓力。變小變大546(3).壓阻式壓力傳感器結(jié)構(gòu)：

1.基座

2.單晶硅片

3.導(dǎo)環(huán)

4.螺母

5.密封墊圈

6.等效電阻(3).壓阻式壓力傳感器工作原理:利用單晶硅的壓阻效應(yīng)而構(gòu)成。采用單晶硅片為彈性元件,在單晶硅彈性膜片上用集成電路工藝,在單晶硅的特定方向上擴(kuò)散一組等值電阻,并將電阻接成橋路,單晶硅片置于傳感器腔內(nèi)。當(dāng)壓力發(fā)生變化時(shí),單晶硅產(chǎn)生應(yīng)變,使直接擴(kuò)散在上面的應(yīng)變電阻產(chǎn)生與被測壓力成比例的變化,再由橋式電路獲得相應(yīng)的電壓輸出信號。儀表特點(diǎn):精度高、工作可靠、頻率響應(yīng)高、遲滯小、尺寸小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單。適于在惡劣環(huán)境下使用,便于實(shí)現(xiàn)顯示數(shù)字化。稍作改變后可以用來測差壓、速度、高度、加速度等參數(shù)。(5).電容式壓力變送器結(jié)構(gòu):1.隔離膜片;2,7固定電極;3.硅油;4.測量膜片5.玻璃層;6.底座;8.引線。工作原理:先將壓力變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化,然后進(jìn)行測量的。壓力作用在兩側(cè)的隔離膜片上,通過硅油將差壓傳遞到測量膜片上,使其向壓力小的一側(cè)彎曲變形,使兩電極的電容變化,電容的變化量通過引線傳至測量電路,P1P2儀表特點(diǎn):

結(jié)構(gòu)簡單.過載能力強(qiáng).精度高可達(dá)0.2級.工作可靠.體積小.重量輕.使用方便;可以用來測差壓和液位等參量。通過測量電路的檢測和放大,轉(zhuǎn)換成4~20mA的直流標(biāo)準(zhǔn)電信號進(jìn)行輸出。四.智能型的壓力變送器結(jié)構(gòu):普通的壓力或差壓傳感器上增加微處理器電路即形成智能檢測儀表。特點(diǎn):可進(jìn)行遠(yuǎn)程通信。利用手持通信器,可對1500m內(nèi)現(xiàn)場變送器進(jìn)行各種運(yùn)行參數(shù)的選擇和標(biāo)定;精度高,使用和維護(hù)方便。通過編制各種程序可實(shí)現(xiàn)自修正、自補(bǔ)償、自診斷及錯(cuò)誤方式報(bào)警功能,便于實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話。五、壓力計(jì)的選用及安裝1.壓力表的選用:根據(jù)工藝生產(chǎn)過程的要求,結(jié)合各方面的情況,加以全面考慮和具體的分析。(1).儀表類型的選用:必須滿足工藝生產(chǎn)的要求。考慮被測介質(zhì)、現(xiàn)場條件和工藝要求。(2).確定儀表測量范圍及量程：測穩(wěn)定壓力時(shí),Pmax≤2/3

P上限,即P上限≥3/2

Pmax;

測脈動(dòng)壓力時(shí),Pmax≤P上限/2

,即P上限≥2Pmax;

測高壓時(shí),Pmax≤3/5

P上限,

P上限≥5/3

Pmax;

最小值,Pmin≥N/3,N≤3Pmin

。(3).選取儀表的精度根據(jù)生產(chǎn)上允許的最大測量誤差來確定儀表的精度等級,在滿足工業(yè)要求的情況下盡可能選用精度較低、價(jià)廉耐用的壓力表。K%<|δ現(xiàn)允|例:某臺(tái)往復(fù)式壓縮機(jī)的出口壓力范圍為25～28MPa,測量誤差不得大于1MPa。工藝上要求就地觀察,并能高低報(bào)警,

試正確選用一臺(tái)壓力表,指出型號、精度與測量范圍。

解:由于是往復(fù)式壓縮機(jī),則儀表的上限值為：Pmax≤P上限/2,P上限≥2Pmax

＝2×28＝56MPa,根據(jù)就地觀察及高低報(bào)警,查表選電接點(diǎn)壓力表,測量范圍0～60MPa。下限值為:因Pmin≥N/3=60/3=20,則Pmin=25﹥20MPa,滿足要求。精度等級:因K%<|δ現(xiàn)允|,選1.5級。可知:選1.5級,0～60MPa,YX-150A型電接點(diǎn)壓力表。2.壓力計(jì)的安裝壓力計(jì)的安裝正確與否,直接影響到測量的準(zhǔn)確性和壓力計(jì)的使用壽命,應(yīng)注意測壓點(diǎn)的選擇、導(dǎo)壓管的鋪設(shè)及壓力表的安裝。(1).測壓點(diǎn)的選擇：能反映被測壓力的真實(shí)大小。(a).要選在被測介質(zhì)直線流動(dòng)的管道部分,不要選在管路拐彎、分叉、死角或其他易形成漩渦的地方。(b).測量流動(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)保持齊平,不應(yīng)有凸出物或毛刺。(c).測量液體壓力時(shí),取壓點(diǎn)應(yīng)在管道下部、使導(dǎo)壓管內(nèi)不積存氣體;測量氣體壓力時(shí),取壓點(diǎn)應(yīng)在管道上方,使管道內(nèi)不積存液體。

(2).導(dǎo)壓管的鋪設(shè)(a).導(dǎo)壓管的粗細(xì)要合適,一般內(nèi)徑為6~10mm,長度盡可能短,一般為3~50m,超過50m選用電遠(yuǎn)傳壓力表。(b).導(dǎo)壓管水平安裝時(shí),應(yīng)保證有傾斜度(1:10~1:20),以利于積存于其中的液體或氣體排出。(c).當(dāng)被測介質(zhì)易冷凝或凍結(jié)時(shí),必須加保溫裝置。(d).取壓口到壓力表之間應(yīng)有切斷閥,以備檢修壓力計(jì)。切斷閥應(yīng)裝設(shè)在靠近取壓口的地方。(3).壓力表的安裝(a).安裝在易觀察和檢修的地方。(b).避免振動(dòng)和高溫。(c).當(dāng)被測壓力較小,而壓力計(jì)與取壓口又不在同一高度時(shí),對由此高度引起的測量誤差應(yīng)按△p=±Hρg進(jìn)行修正。H為高度差,ρ為介質(zhì)密度,g為重力加速度。(3).壓力表的安裝(d).壓力表的連接處,應(yīng)選適當(dāng)?shù)牟牧?作為密封墊片,以防泄漏。(e).為了安全,測高壓的壓力表的外殼應(yīng)有通氣孔,安裝時(shí)外殼應(yīng)向墻壁或無人處。(f).針對被測介質(zhì)的不同性質(zhì),要采取相應(yīng)的防熱、防腐、防凍、防堵等措施。如測蒸汽壓力時(shí),應(yīng)加裝凝液管,以防止高溫蒸汽直接與測壓元件接觸。如測有腐蝕性介質(zhì)壓力時(shí),應(yīng)加裝有中性介質(zhì)的隔離罐,其中ρ2為被測介質(zhì)的密度,ρ1為隔離液的密度。壓力計(jì)安裝的特殊問題(4).力矩平衡式壓力變送器工作原理:是一種典型的自平衡檢測儀表,利用力矩平衡和負(fù)反饋的工作原理。結(jié)構(gòu):測量部分、杠桿系統(tǒng)、位移檢測放大器、波紋管反饋機(jī)構(gòu)(氣動(dòng)壓力變送器)或電磁反饋機(jī)構(gòu)(電動(dòng)壓力變送器)。特點(diǎn):測量精度高、工作穩(wěn)定可靠、線性好、不靈敏區(qū)小等。DDZ-Ⅲ型電動(dòng)力矩平衡壓力變送器直流電源24V,輸出4-20mA(DC),兩線制,安全防暴。1.測量膜片;2.軸封膜片;3.主杠桿;4.矢量機(jī)構(gòu);5.量程調(diào)整螺釘;6.連桿;7.副杠桿;8.檢測片;9.差動(dòng)變壓器;10.反饋線圈11.放大器;12.調(diào)零彈簧;13.永久磁鋼;被測壓力p作用在測量膜片1上,則Fi=fp式中f為膜片的有效面積當(dāng)主杠桿3平衡時(shí),則Fil1=F1l2F1=Fi×l1/l2式中l(wèi)1.l2分別為Fi.F1離支點(diǎn)O1的距離。則F1=f

p×

l1/l2=K1p,K1=fl1/l2為比例系數(shù)。矢量機(jī)構(gòu)將F1分解為F2與F3,則F2=F1tgθ=K1ptgθ電磁反饋力矩Ff應(yīng)與F2對副杠桿的驅(qū)動(dòng)力矩相平衡,則F2l3=Ffl4,F2=Ffl4/l3,

l3.l4分別為F2.Ff離支點(diǎn)O2距離。Ff的大小與通過10的電流成正比,Ff=K2I0,K2為比例系數(shù)。F2=Ffl4/l3=K2I0l4/l3=K3I0

,K3=K2l4/l3I0=K1ptgθ/K3=Kptgθ，K=K1/K3為轉(zhuǎn)換比例系數(shù)。當(dāng)變送器的結(jié)構(gòu)和電磁特性確定后,K為常數(shù)。tgθ確定后,I0與p

成對應(yīng)關(guān)系。2.要測往復(fù)泵出口的壓力,其壓力變化范圍為1.0~2.0MPa,工藝要求其測量誤差不超過±0.05MPa,就地指示。請選擇壓力計(jì)的類型、測壓范圍、精度等級。解：測脈動(dòng)壓力時(shí),Pmax≤P上限/2,即P上限≥2Pmax＝2×2＝4MPa,第三節(jié)流量檢測及儀表一、概述1.流量、總流量的定義流量:是單位時(shí)間內(nèi)通過管道某一截面的流體數(shù)量的大小.總量:在某一段時(shí)間內(nèi)流過管道流量的總和。流量和總量可用質(zhì)量表示,還可用體積表示。質(zhì)量流量(M)和體積流量(Q)之間的關(guān)系是:M=Qρρ--流體的密度，M單位為kg/h；Q單位為m3/h,流量和總量之間的關(guān)系是:測量流體流量的儀表叫流量計(jì),測量流體總量的儀表叫計(jì)量表。