自动化仪表与DCS课件第二章仪表的构成与组

1、第二章第二章 仪表的构成与组件仪表的构成与组件 2.1 2.1 仪表的构成仪表的构成1、仪表的功能：、仪表的功能：仪表仪表输出信号输出信号输入信号输入信号变送器变送器调节器调节器执行器执行器t、p、f、l420 ma010ma20100kpadv（dv=pv-sv）控制信号控制信号控制信号控制信号调节阀门开度调节阀门开度或泵的转速或泵的转速2、仪表的开环结构：、仪表的开环结构：w(s)yxk开环仪表：开环仪表：问题：问题：输入转换、放大等使输入转换、放大等使误差累积并逐级放大，误差累积并逐级放大， y与与x的线性关系难以保证。的线性关系难以保证。解决途径：解决途径：采用闭环结构采用闭环结构其中

2、：其中：w(s)代表仪表的转换部分，代表仪表的转换部分，k表示表示放大部分。放大部分。 2.1 2.1 仪表的构成仪表的构成3、仪表的闭环结构：、仪表的闭环结构：fikkkkxy1 ki输入部分的转换系数；输入部分的转换系数； k放大器的放大系数；放大器的放大系数； kf反馈部分的反馈系数。反馈部分的反馈系数。2.1 2.1 仪表的构成仪表的构成由于由于k很很大，所以输出输入关系几乎不受放大器特性影响。大，所以输出输入关系几乎不受放大器特性影响。第二章第二章 构成仪表的元件构成仪表的元件 仪表的构成仪表的构成电动与气动仪表的基本元电动与气动仪表的基本元/ /组件组件构成仪表的环节与典型实现构成

3、仪表的环节与典型实现2.2 2.2 电动与气动仪表的基本元件电动与气动仪表的基本元件 电阻电阻r 气阻气阻r (a) 固定电阻固定电阻 (a)固定气阻固定气阻 (b) 可调电阻可调电阻 (b)可调气阻可调气阻 关系式关系式 r=u/i 关系式关系式 r=p/m 式中式中 u电阻两端电压；电阻两端电压； 式中式中 p气阻两端压降气阻两端压降 i 流过电阻的电流。流过电阻的电流。 m 气体的质量流量气体的质量流量 1、基本元件：气阻、基本元件：气阻2、基本元件：气容、基本元件：气容1cccccqci dtvvdvicdtdtdpcmmdtppmcccc1 2.2 2.2 电动与气动仪表的基本元件电

4、动与气动仪表的基本元件 电容c 气容c (a)固定电容 (b)可变电容 a)固定气容 (b)可变气容 关系式： 关系式： 式中：q电容中的电荷量； 式中：m气容中的气体质量 ic流过电容的电流； m气体的质量流量； uc电容两端的电压。 pc气容中的压力。 3、基本组件：节流通室、基本组件：节流通室212131 1231212rrpppk pk prrrr2.2 2.2 电动与气动仪表的基本元件电动与气动仪表的基本元件可调气阻可调气阻固定气阻固定气阻1.1.通过调整通过调整r r1 1获得分压关系；获得分压关系；2.k2.k1 1在在0 01 1间变化；间变化；3.3.可构成比例调节规律。可构

5、成比例调节规律。节流通室（分压气路） (a)结构原理图 (b)阶跃响应 关系式（稳态时）： 若p3=0（通大气） 式中 kp比例系数，0 kp 1 分压电路 (a)结构原理图 (b)阶跃响应关系式： 式中 kp比例系数，0 kp 12211pvrkvr212131212rrppprrrrpkrrrpp21212比例环节比例环节2.2 2.2 电动与气动仪表的基本元件电动与气动仪表的基本元件4、基本组件：节流盲室、基本组件：节流盲室)1(12ttepp积分时间：积分时间：trc2.2 2.2 电动与气动仪表的基本元件电动与气动仪表的基本元件122ppdtdpt节流盲室（积分气路）节流盲室（积分气

6、路） (a)结构原理图结构原理图 (b)阶跃响应阶跃响应 传递函数：传递函数： 式中式中 t时间常数时间常数 ,t=rc积分电路积分电路 (a)结构原理图结构原理图 (b)阶跃响应阶跃响应 传递函数：传递函数： 式中式中 t时间常数，时间常数，t=rc 21( )1( )( )1v sg sv sts21( )1( )( )1v sg sv sts积分环节积分环节2.2 2.2 电动与气动仪表的基本元件电动与气动仪表的基本元件微分环节微分环节2.2 2.2 电动与气动仪表的基本元件电动与气动仪表的基本元件节流盲室（微分气路）节流盲室（微分气路） (a)结构原理图结构原理图 (b)阶跃响应阶跃响

7、应微分电路微分电路 (a)结构原理图结构原理图 (b)阶跃响应阶跃响应 21( )( )( )1v stsg sv sts1( )11g sts 1tstspsr1r2p2 pd 2.2 2.2 电动与气动仪表的基本元件电动与气动仪表的基本元件5、喷嘴、喷嘴-挡板机构结构挡板机构结构1.1.放大作用：放大作用： 很大；很大；2.2.转换作用：位移转换作用：位移- -喷嘴背压；喷嘴背压；3.3.控制作用：通过控制作用：通过 h h 控制控制 p pd d 。dpkhpsr球r锥pbbsrpprr锥球锥2.2 2.2 电动与气动仪表的基本元件电动与气动仪表的基本元件6、气动功率放大器、气动功率放大

8、器a ac cb bd d功率功率= =压力压力 x x 流量流量金金属属簧簧片片金属金属膜片膜片例：喷嘴挡板机构、功率放大器例：喷嘴挡板机构、功率放大器2.2 2.2 电动与气动仪表的基本元件电动与气动仪表的基本元件第二章第二章 构成仪表的元件构成仪表的元件 仪表的构成仪表的构成电动与气动仪表的基本元件电动与气动仪表的基本元件构成仪表的环节与典型实现构成仪表的环节与典型实现p1p2a1a3a21.力平衡式：力平衡式：2.3 2.3 构成仪表的环节与典型实现构成仪表的环节与典型实现比较环节比较环节c：膜片的刚度系数膜片的刚度系数2.力矩平衡式力矩平衡式：f2f1l2l12.3 2.3 构成仪表

9、的环节与典型实现构成仪表的环节与典型实现比较环节比较环节2.力矩平衡式力矩平衡式：2.3 2.3 构成仪表的环节与典型实现构成仪表的环节与典型实现比较环节比较环节力比较是输入力和反馈力作用在比较元件上，其差值力比较是输入力和反馈力作用在比较元件上，其差值使比较元件产生使比较元件产生微小的位移微小的位移； 力矩比较是输入力矩和反馈力矩作用在作为比较元件力矩比较是输入力矩和反馈力矩作用在作为比较元件的杠杆上，其差值使杠杆产生的杠杆上，其差值使杠杆产生微小的偏转微小的偏转。气动仪表的比较环节：气动仪表的比较环节：力比较和力矩比较2.3 2.3 构成仪表的环节与典型实现构成仪表的环节与典型实现本章重点本章重点仪表的功能：仪表的功能：仪表仪表输出信号输出信号输入信号输入信号变送器变送器调节器调节器执行器执行器t、p、f、l420 ma010ma20100kpadv（dv=pv-sv）控制信号控制信号控制信号控制信号调节阀门开度调节阀门开度或泵的转速或泵的转速本章重点本章重点仪表的闭环结构：仪表的闭环结构：fikkkkxy1 ki输入部分的转换系数；输入部分的转换系数； k放大器的放大系数；放大