仪表与控制复习重点级

1、第 21 页 共 22 页第一章1.11、自动控制定义、系统作用、系统构成 P2、P6 定义：在人不直接参与的情况下，利用外加的设备或装置(称自动控制装置)使整个生产过程或工作机械（称作对 象）自动地按预定规律运行，或使其某个参数（被控量）按预定的要求变化 系统作用：使得在没有人直接参与的情况下通过该系统照样可以实现同样的控制目的。 系统构成： 整定文件（给出了被控量应取的值） 测量元件 (监测被控量的大小） 比较元件（用来得到给定与被控量之间的差误） 放大元件（用来将误差信号放大，用以驱动执行机构） 执行元件 （执行控制命令，推动被控对象） 校正元件 （改善系统控制的动静态性能） 能源元件

2、（提供控制系统所需能量）2、自动控制系统基本概念 由被控对象和自动控制装置按一定方式连接起来的、完成一定自动控制任务的有效组合体。3、开、闭环控制系统的区别，应用范围 P7 区别：闭环控制系统用负反馈并利用偏差进行控制，开环控制信号只能由给定值单向传递到被控量，信号只有倾 向，无反向联系；前者与后者相比，抗干扰能力强，控制精度高。 应用范围：总体上闭环的应用范围比开环的更广泛点。闭环控制适用于控制精度要求高，抗干扰能力强，元件多， 线路复杂，系统分析和设计比较麻烦的系统；开环控制适用于控制精度低，抗干扰能力差的系统，成本低。1. 闭环控制：也称反馈控制原理是：需要控制的是受控对象的被控量，而测

3、量的则是被控量和给定值，并计算两者的 偏差，该偏差信号经放大后送到执行元件，去操纵受控对象，使被控量按预定的规律变化，力图消除偏 差。也称为偏差调节。  反馈：把取出的输出量回送到输入端，并与指令信号比较产生偏差的过程称为反馈 反馈控制就是采用负反馈并利用偏差进行控制的过程，是自动控制系统中最基本的控制方式。  闭环控制的三大特点：信号按箭头方向传递是封闭的（闭环）、负反馈和按偏差控制。 优点：控制精度高，抗干扰能力强 缺点：使用的元件多，线路复杂，系统的分析和设计都比较麻烦。  2. 开环控制：分为按给

4、定值控制、按干扰补偿（也称顺馈控制）。与闭环控制的基本区别在于有无负反馈作用。  这种控制方式简单，但精度较低抗干扰能力差。但结构简单、成本低、在精度要求不高时有一定的使用价值。4、传感器性能对控制系统性能的影响 P6 传感器是决定系统重要的性能重要部件，它的每项指标都直接影响测量结果的好坏和整个控制系统过程的准确性； 以精确的传感器做基础，可以组成各种不同用途的自动控制系统，提高控制系统的适用范围。 5、自动控制系统的分类。按数学模型分：线性、非线性；连续、离散。按给定值分，按系统的机构特点分。掌握每一种类型的特点。 P7-11注：括号里的内容是为了出于选择题填空的考虑，简答题时可

5、不写。 按按数学模型分 线性：具有叠加性和齐次性，可用线性微分方程描述 （课件版） 非线性：不适用叠加原理，用非线性方程描述 （课件版） 连续：数控系统能够对两个或两个以上的坐标轴同事进行严格连续控制，控制准确。 （百度版） 离散：控制功能分散，管理集中。（百度版） 按给定值分 （课件版） 定值控制系统：输入量是恒定的常值，其主要任务是使输出量在各种扰动作用下都能保持在恒定希望值附近， （如恒温、水位、恒压控制系统） 随动系统：也叫伺候系统，跟踪系统，其输入量是事先不知道的任意时间函数，主要任务是使输出量迅速而准 确地跟随输入量的变化而变化；（如飞机和舰船分操舵系统，雷达自动跟踪系统） 程序控

6、制系统：其输入量按照给定的程序变化，主要任务是使输出量按预先给定的程序指令而动作（典型的为 数控车床，机器人控制系统，水处理工艺中滤池的反冲洗过程控制） 按系统结构分 （课件版） 负反馈系统：系统的输出控制输入，调整过度行为 前馈控制系统：前馈通路由对输入信号或扰动作用的补偿装置组成，不能单独使用。 复合控制系统：系统由两个及两个以上的简单控制系统组合起来可控制一个或同时控制多个参数，能显著减小 扰动对系统的影响，有利于提高控制精度（如前馈-反馈控制系统）。6、自动控制系统基本组成。 P6 即第1点的系统构成1.21、传递函数的定义、数学基础、在经典控制理论中的重要地位 P13 1）定义：一个

7、环节或一个自动控制系统，输出拉氏变换与输入拉氏变换之比。2）数学基础：拉氏变换，即将微分积分函数转化为代数幂函数形式，将微分方程转化代数方程，包括线性定 理、移位定理、延迟定理、终值定理、初值定理、微分定理和积分定理；反拉式变换3）在经典控制理论中的重要地位：经典控制理论的研究对象是单输入、单输出的自动控制系统，特别是线性定 常系统，所以传递函数是经典控制理论的基础。2、系统结构未知时，如何用实验方法获取系统传递函数 P13当系统或环节的物理过程不清，不知其传递函数时，可以输入一特定信号X（s），通过对输出的观察记录得到Y(s)，再通过G(s)= Y(s)/ X（s），就可求出该环节或系统的传

8、递函数。这就是利用实验方法求取系统或环节传递函数的过程。3、为何要了解典型环节特性？各典型环节的特性、实例 P14-21 1）原因：因为一个实际的系统模型可以用若干个典型环节组合而成，了解典型环节的特性， 将有助于复杂系统的分析和设计。 2）各典型系统环节的特性及实例比例环节（也称放大环节）：传递函数为G（s）=K (K为增益，比例系数，放大系数) ，其特点是：输入、 输出量成比例，无失真和时间延迟；主要实例有电子放大器、齿轮、电阻（电位器）、感应式变送器一阶环节（也称一阶惯性环节、非周期环节）：传递函数为G（s）=,其特点是当输入信号做阶跃变化 后，输出信号立刻以最大速度开始比变化，曲线斜率

9、最大，而后变化速度放慢，经过长时间后趋于平直，最后 达到一个新的稳定状态；主要实例有阻容电路、各种电、液、气、机、热元件（虽然物理过程各异，但他们的 时间常数都是由阻力和容量所决定）积分环节：传递函数为G（s）=,其特点为输出量与输入量的积分成正比例。当输入消失，输出具有记忆 功能；主要实例有电动机转角速度与角度间的传递函数，模拟计算机中的积分器。微分环节（也称超前环节）：传递函数，理想微分（G(s)=）；特点是输出变化与微分时间和输入信号的变 化速度成比例，而与输入信号大小无关，能预示输入信号的变化趋势；纯滞后环节：传递函数为G(s)=，其特点为输出信号要经过一段纯滞后时间后才等量地复现输入

10、信号的变 化；主要实例为管道压力、流量等物理量的控制、履带输送装置。1.31、典型输入信号 P21典型输入信号包括：1）阶跃函数（指令的突然转换，电源的突然接通，负荷的突变）；2）速度函数（斜坡函数）； 3）加速度函数（抛物线函数）； 4）脉冲函数 引入原因：在分析和设计系统时，为了比较系统性能的优劣，对于外作用信号和初始状态做典型化处理。规定了 一些具有特殊形式的试验信号作为系统的输入信号，这些典型的输入信号反映系统的大部分实际情况， 尽可能简单，便于分析处理，并且是对系统工作最不利的信号。 2、过渡过程的定义，对过渡过程的要求，过渡过程的性能指标。 P24-261）定义：自动控制系统在动态

11、过程中被控量随时间不断变化的，使系统由一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程（或者说是自动控制系统的控制作用不断克服干扰影响的全过程。）2）过渡过程要求：总的来说是希望实际调节过程尽可能接近与理想的调节过程工程上有快、准、稳三方面的要求： A快速性：系统在稳定的前提下，响应的快速性是指系统消除实际输出量与稳态输出量之间误差的快慢程度。 B准确性：指在系统达到稳定状态后，系统实际输出量与给定的希望输出量之间的误差大小，它又称为稳态精度。C稳定性：对恒值系统要求当系统受到扰动后经过一定时间的调整能够回到原来的期望值；对随动系统，被控量 始终跟踪参据量的变化。3） 过渡过程的性能指标 指标：超调量、

12、过渡时间、稳态误差（余差）、衰减比、最大偏差、振荡周期等。 指标间的相互关系：对一个调节系统总是希望能够做到余差小，最大偏差小，调节时间短，回复快。但上述几个指标往往是互相矛盾的。一般讲，抑制最大偏差，就要产生较强的波动；要求余差小，相应的调节过程就要长些。因此，这些指标在不同的系统中其重要性也不相同，应根据具体情况，分清主次，保证重要的指标。1 41、 常用控制器的特点 （答案结合课本与百度） P28-38控制器控制方式优点缺点双位控制双位控制有最大最小两个输出值，周期长些比较有利；结构简单、成本较低、易于实现、应用普遍动作频繁，部件容易损坏多位控制控制效果比双位好，位数增加，控制效果提高位

13、数高同时使控制器复杂程度增大比例控制输出与输入成比例，反应快，控制及时，没有时间延迟，参数整定方便产生余差比例积分控制无差控制，以比例控制为主，积分控制为辅，比例积分作用的参数相配合积分控制缓慢，会使系统的稳定性变慢比例积分微分控制控制质量高、无余差参数整定麻烦2、 控制方式的选择 P42原则如下当广义对象控制通道时间常数较小，负荷变化不大，工艺要求不高时，选用比例控制方式；当广义对象控制通道时间常数较小，负荷变化较大，工艺要求无余差时，选用比例积分控制方式。当广义对象控制通道时间常数较大或容量滞后大时，采用微分作用当广义通道时间常数较小，负荷变化很大时，选用微分作用和积分作用都容易引起振荡。

14、如果时间常数很小时，采用反微分作用来降低系统的反应速度提高控制质量当广义对象滞后很小或噪声严重时，应避免引入微分作用，否则会导致系统不稳定当广义对象控制通道时间常数很大（或存在较大的纯滞后），负荷变化很大时，单回路控制系统往往已不能满足要求，应设计其他控制方案，根据具体情况选用前馈、串级、采样等复杂控制系统。当对象数学模型可用G0(s)=Ke-s/(Ts+1)近似时，则可根据纯滞后时间与时间常数T的比值 /T来选择控制方式，即 当/T<0.2时， 选用比例或比例积分控制方式；当0.2</T<1时选用比例积分或比例积分微分方式规律 当/T>1时采用单回路控制系统，往往不能

15、满足要求，应选用其他控制方案。3、调节作用的实现方法:模拟式、数字式调节器 模拟式 ：如气动调节器、电动调节器都属于模拟调节器，其气压、电流、电压信号随时间连续变化； 数字式调节器：DCS，单回路（半数字）；FCS（全数字）1.61、计算机控制系统的常用形式，各自的特点。 1）操作指示控制系统： （优）结构简单、控制灵活、安全可靠 （缺）要由人工操作，速度受到人为限制，不能同时多个回路。 该系统常用在计算机控制系统设计与调试阶段，进行数据检测，处理及试验新的数学模型，调试新的控制程序等。 2）直接数字控制系统DDC： （优）计算能力强，可有效实现复杂控制，改善控制质量，提高效益；控制回路较多时

16、，采用DDC系统常规控 制器控制系统更经济合算。 3）监督控制系统-SCC （优）不仅可以进行给定值控制，还可以进行顺序控制、最优控制以及自适应控制等，比DDC系统更接 4）集散控制系统-DCS (优)可靠性高，速度快，结构灵活，易扩展，设计开发简单，维护简便。 5）现场总线控制系统-FCS 采用双绞线、光缆或无线电方式传输数字信号，减少大量导线，调高可靠性和抗干扰能力； 采用统一的国际标准，不同厂家产品相互兼容，整个系统具有开放性、便于操作，维护和扩展； 控制功能下放在现场仪表中，控制室内装置主要完成数据处理、监督控制、优化控制、协调控制和管理自动 化等功能 硬件相对简化，初期系统投资相对较

17、低，同时，现场总线可提供来自现场仪表的设备管理数据作为维护的参 考，将非正常停工损失降为最低； 采用功能块方式组态，现场总线已有大量可满足过程控制的功能模块，如输入、输出、PID调节等 采用完全分散的数据库概念，只使用一个数据库，任何间现场总线接口的人机界面都课室显示有关仪表与控 制回路的信息。2、 计算机控制系统的基本组成 P61计算机控制系统以中央处理器（CPU）为核心构成，包括参数采集、控制运算、信号输出、显示、记录、储存、打印等部分2 . 11、 常见过程控制系统的基本组成部分。检测装置的重要性。 （1）检测仪表功能及组成： 检测：利用适当的物理转换手段和信号形式的转换并以数量方式达成

18、对被测物理量的确切认识。 检测仪表功能：确定被测参数的量值。 检测仪表的组成：传感器、变换器、显示器以及连接它们的传输通道 （2）检测装置的重要性：检测装置是控制系统的重要组成部分。如果系统中的控制器是理想的，无静差的，则系 统的静态误差唯一地取决于检测装置的精度等级。2、 检测装置的单元形式为变送单元仪表，其两个基本组成部分。（传感器、变送器）组成：a传感器（含敏感元件）：检测仪表中的首要部件，它直接与被测对象发生联系（但不一定直接接触），感受被测参数的变化并发出与之相适应的信号（压力变化、电阻变化等）。b、变送器：能输出标准信号的传感器3、 敏感元件定义、独立性。仪表基本概念：敏感元件（又

19、称“一次仪表”）：“独立”于被测系统之外，直接与工艺介质相接触，并以参数方式对被测物理量做出“敏感”响应的物理实体。这里“独立”是指被测物理量不应因敏感元件的设置而受到影响。4、 传感器定义，其输出信号的形式。传感器：是将敏感元件参数响应变量转换成便于应用和传递的信号装置。因此其是由敏感元件和相应线路所组成的物理系统。输出信号的形式：（1）模拟式：传感器输出为模拟电压量 （2）数字式：传感器输出为数字量5、 变送器定义变送器：是输出信号符合标准化要求的传感器。6、 转换器定义转换器：（又称转换单元）是将不同物理形式的传感器输出信号进行相互转换的单元。7、 仪表信号传输标准：电压制、电流制各自适

20、用范围；两线制；活零点 仪表信号传输标准1（电压制适用范围）电压制信号传输标准：电压传输：信号源内内阻小（零），负载电阻大，因而对外界扰动敏感，且受传输导线电阻的影响大。故不适合于信号的远距离传输。信号传输标准2（电流制适用范围）电流制信号传输标准：电流传输：信号源内阻大（无限大），负载纪念碑上，因而对外界扰动不敏感，且不受传输导线电阻的影响。故非常适合于信号的远距离传输。信号传输标准3国际电工委员会（IEC）于1973年4月通过信号传输的国际标准：现场传输信号：直流420mA；控制室内仪表间的联络信号：直流15V。适用范围：DDZ-III型（80年代，受用集成电路），数字仪表，DCS系统等。

21、信号传输标准4型（60年代，放大元件为电子管、磁放大器）、DDZ-II型（70，采用晶体管放大元件）仪表采用的信号传输标准为：010mADC，或05V DC。两种标准的比较：这种以20mA表示信号的满度值，而以此满度值的20%即4mA表示零信号的安排，称为“活零点”。信号传输标准5“活零点”的优点：有利于识别断电，断线等故障，且为实现两线制提供了可能性。所谓“两线制”变送器就是将供电的电源线与信号的输出线合并起来，一共只用两根导线，使用两线制变送器不仅节省电缆，布线方便，且大大有利于安全防爆，因为减少一根通往危险现场的导线，就减少了一个窜进危险火花的门户。信号传输标准7另外，采用直流信号传输的

22、优点：传输过程中易于和交流感应干扰相区别，且不存在相移问题，可不受传输线中电感，电容和负载性质的限制。其它信号传输标准：RS485数字信号传输，Smart传输技术、现场总线技术等等。8、 仪表的性能指标 （1） 静态基本参数 1）零位（点） 当输入量为零即x=0时，传感器系统输出量y不为零的数值。 如：变送器是输出标准信号的传感器，输出直流电流值4ma为零位值。零位值应从测量结果中设法消除。 2）量程 又称满度值，表征测量系统能够承受最大输入量的能力，其数值是测量系统示值范围上下限之差的模。当输 入量在量程范围以内时，系统正常工作并保证预定的性能。 如：对于输出标准化的变送器，它有如下的严格的

23、规范值： 零位值=4ma 上限值=20 ma 量程=20ma-4ma=16ma 3）灵敏度 灵敏度表示测量仪表对被测参数变化的敏感程度，常以仪表输出。例如指示装置的直线位移或角位移与引起 此位移的被测参数变化量之比表示，即： 灵敏度=a/x 4）分辨率 它表征测量系统有效辨别输入量最小变化量的能力。最小分度值的1/21/5。具有数字显示器的测量系统， 其分辨率是当最小有效数字增加一个字时相应示值的变化量，也即一个分度值。（2） 仪表静态性能指标 1）精确度 相对（于满量程的）百分比误差：定义为测量范围中最大的绝对误差与该仪表的测量范围之比，单位为%。 =（max/Xmax-Xmin）×

24、;100% 去掉上式中相对百分误差的%，称为仪表的精确度，他被划分成若干等级，如0.1级（0.1R）、0.2级、0.5 级、1.0级、1.5级、2.5级等。 2）迟滞 传感器在相同的工作条件下，输入量由小到大（正行程）及输入量由大到小（反行程）变化期间其输入输出 特性曲线不重合的现象成为迟滞。 迟滞误差：传感器在全量程范围内最大迟滞差值 Hmax与满量程输出值Yfs之比成为迟滞误差,用H表示, 即H=Hmax/Yfs*100% Hmax：对于同一大小的输入信号，传感器的正反行程输出信号大小不相等，这个差值称为迟滞差值。 Yfs:满程量输出量 迟滞主要是由于传感器敏感元件材料的物理性质和机械零部

25、件的缺陷所造成的，例如弹性敏感元件弹性滞 后，运动部件摩擦，传动机构的间隙，紧固件松动等 它表征系统在全量程范围范围内，输入量由小到大（正行程）或由大到小（反行程）两个静态特征不一致的程度。 迟滞误差又称为会差或变差 3）变差（重复性）： 在外界条件不变的情况下，使用同一仪表对被测参数进行反复测量（正行程和反行程）时，所产生的最大差值 与量程范围之比称为变差，表示系统输入量按同一方向作全量程、连续多次变动时，静态特征不一致的程度。 4）线性度（非线性误差） 线性度：测试系统的输出与输入系统能否像理想系统那样保持正常值比例关系（线性关系）的一种度量。 线性度决定了传感器输出信号与输入信号在测量范

26、围内成正比的程度。（3） 动态性能指标 再输入量随时间变化时，由于仪表内部的惯性和滞后，还存在动态误差。 常用指标包括：稳定时间（相对于调节时间）、极限频率（最大允许输入信号的频率）等。 检测仪表的带宽要足够大（相对被控对象或过程），否则会对闭环调节性能造成不良影响。 需要指出：每一个仪表都规定有其正常的使用条件。 在正常使用条件下产生的最大百分误差属于基本误差；而仪表不在规定的正常使用条件下工作，例如因周围 温度、电源电压等偏高或偏低而引起的额外误差，称为附加误差，而前面讲述的指标都是指在规定的工作条 件下取得的。网络：在工程式上仪表性能指标通常用精确度（又称精度）、变差、灵敏度来描述。仪表

27、工校验仪表通常也是调校精确度，变差和灵敏度三项。变差是指仪表被测变量（可理解为输入信号）多次从不同方向达到同一数值时，仪表指示值之间的最大差值，或者说是仪表在外界条件不变的情况下，被测参数由小到大变化（正向特性）和被测参数由大到小变化（反向特性）不一致的程度，两者之差即为仪表变差。仪表精度固然是一个重要指标，但在实际使用中，往往更强调仪表的稳定性和可靠性，因为化工企业检测与过程控制仪表用于计量的为数不多，而大量的是用于检测。另外，使用在过程控制系统中的检测仪表其稳定性、可靠性比精度更为重要。稳定性在规定工作条件内，仪表某些性能随时间保持不变的能力称为稳定性（度）。仪表稳定性是化工企业仪表工十分

28、关心的一个性能指标。可靠性：仪表可靠性是化工企业仪表工所追求的另一重要性能指标。综合来说常用性能指标有5项；精确度、变差、灵敏度、稳定性、可靠性。课本： P71-77仪表的性能指标很多，概括起来不外乎技术、经济及使用方面的指标。技术方面：基本误差、精度等级、变差、灵敏度、量程、响应时间、漂移等。经济方面：功耗、价格、使用寿命等。使用方面：操作维修是否方便、能否可靠安全运行以及抗干扰与防护能力的强弱、重量体积的大小、自动化程度的高低等。重要性能指标：检测范围与量程、基本误差、精度等级、灵敏度与分辨率、 变差、飘移、可靠性、响应时间2.41、流量的三个基本定义。（体积、质量、总量流量）流量的基本概

29、念：单位时间内流过管道横截面的流体数量，称为瞬时流量。当流体的数量以体积表示时，称“体积流量”记作qv 当流体的数量以质量表示时，称“质量流量”记作qm 在某一段时间内流过管道横截面流体总和称为总（流）量或累计流量，记为通常指用来测量瞬时流量的仪表叫流量计，而用来记总量的仪表称为总（计）量表。网络：体积流量：（Volume Flowrate）是单位时间里通过过流断面的流体体积，简称流量，以Q表示。或以Qv表示，其单位为M立方s。质量流量：单位时间里，流体通过封闭管道或敞开槽有效截面的流体质量。单位：kg/h,kg/s。体积流量质量流量/物料在该状态下的密度2、 流量仪表的分类（按测量方法和结构

30、分） 1）差压式流量计（节流流量计） 差压式流量计是根据安装于管道中流量检测产生的差压、已知的流体条件和检测件与管道的几何尺寸来推算流 量的仪表。 差压式流量计的使用量居流量仪表的首位，近年来，由于各种新型流量计的问世，它的使用量百分数逐渐下降， 但目前仍是最重要的一类流量计。 2）浮子流量计（面积流量计） 浮子流量计，又称转子流量计，是变面积式流量计的一种。在一根由下向上扩大的垂直锥管中，圆形横截面的 浮子的重力是由液体动力承受的，从而使浮子可以在锥管内自由地上升和下降。浮子的位置指示着流量的大小。 浮子流量计按锥管材料分为玻璃管和金属管两大类，按远传型式分为电远传和气远传两种。浮子流量计是

31、仅次 于差压式流量计应用范围最宽广的一类流量计。分别在小、微流量方向有举足轻重的作用。 浮子流量计优缺点 a.使用于小管径和低流速。常用仪表口径40-50mm以下，最小口径做到1.5-4mm。 b.大部分浮子流量计没有上游直管段要求，或者说对上游直管段要求不高。 c.有较宽的流量范围度，一般为10：1，最低为5：1，最高为25：1。流量检测元件的输出接近于线性。压力 损失较低。 d.玻璃管浮子流量计结构简单，价格低廉。只要在现场指示流量者使用方便，缺点是有玻璃管易碎的风险，尤 其是无导向结构浮子用于气体。 e.金属管浮子流量计无锥管破裂的风险。与玻璃管浮子流量计相比，使用温度和压力范围宽。 f

32、.大部分结构浮子流量计只能用于自下向上垂直流的管道安装。 g.应用局限于中小管径，普通全流型浮子流量计不能用于大管径，玻璃管浮子流量计最大口径100mm，金属 管浮子流量计为150mm。 h.使用流体和出厂标定流体不同时，要作流量示值修正。液体用浮子流量计通常以水标定，气体用空气标定。 3）容积式流量计 容积式流量计，又称定排量流量计，简称PD流量计，在流量仪表中是精度最高的一类。它利用机械测量元件 把流体连续不断地分割成单个已知的体积部分，根据测量室逐次重复地充满和排放该体积部分流体的次数来测 量流体体积总量，是一种总量表。 PD流量计一般不具有时间基准，为得到瞬时流量值需要另外附加测量时间

33、的装置。 容积式流量计按其测量元件分类,可分为椭圆齿轮流量计、刮板流量计、螺杆式（双转子）流量计、旋转活塞 流量计、往复活塞流量计、圆盘流量计、液封转筒式流量计、湿式气量计及膜式气量计（家用燃气表）等。 容积式流量计与差压式流量计、浮子流量计并列为三类使用量最大的流量计,常应用于昂贵介质(油品、天然气 等)的总量测量。 差压式流量计、浮子流量计、容积式流量计、涡轮流量计、电磁流量计、涡街流量计、超声流量计、热式流量计 课本： 节流流量计 容积流量计 面积流量计 叶轮流量计 电磁流量计 超声波流量计 量热式流量计 毕托管 层流流量计 动压流量计 11、用堰、槽测量流量 12、质量流量计 13、流

34、体振动流量计 14、激光多普勒流速计 15、标记法测流量3、差压式流量计的基本工作原理、主要特点、选用原则。差压式流量计（DPF）：是应用最广泛的流量计, 近年来,由于各种新型流量计的问世,它的使用量百分数逐渐下降,但目前仍是最重要的一类流量计。 基本原理:差压式流量计是根据安装于管道中流量检测件产生的差压,已知的流体条件和检测件与管道的几何尺寸来计算流量的仪表。 充满管道的流体，当它流经管道内的节流件时，如图9.1.3所示，流束将在节流件处形成局部收缩，因而流速增加，静压力降低，于是在节流件前后便产生了压差。流体流量愈大，产生的压差愈大，这样可依据压差来衡量流量的大小。课本：是以伯努利方程和

35、连续性方程为理论根据，通过测量流体流动过程中产生的差压来测量流量的。 差压流量计主要由节流装置（如孔板）和压差计等2部分组成，流体通过节流装置（孔板）时， 在上、下游之间产生压差，从而由压差计测出差压，流量越大，差压越大，流量和差压之间存 在一定关系，这就是差压流量计的工作原理u 组成由一次装置(检测件)和二次装置(差压转换和流量显示仪表)组成。按检测件型式对DPF分类为:孔板流量计，文丘里管流量计及均速管流量计等。 二次装置为各种机械、电子、机电一体式差压计,差压变送器及流量显示仪表。它已发展为三化(系列化、通用化及标准化)程度很高的、种类规格庞杂的一大类仪表,既可测量流量,也可测量其它参数

36、(如压力、物位、密度等)。 DPF按检测件作用原理可分为:节流装置、水力阻力式、离心式、动压头式、动压头增益式及射流式几大类。其中以节流式和动压头增益式应用最为广泛。 节流装置按其标准化程度分为标准型和非标准型二大类。所谓标准节流装置是指只要按照标准文件设计、制造、安装和使用，无须经实流校准即可确定其流量值并估算其测量误差。非标准节流装置是成熟程度较差，尚未列入标准文件的检测件。节流式DPF的优点：应用最普遍的节流件标准孔板结构易于复制，简单，牢固，性能稳定可靠，使用期限长，价格低廉。节流式差压式流量计应用范围极广泛，至今尚无任何一类流量计可与之相比。全部单相流体，包括液、气、蒸汽皆可测量，部

37、分混相流，如气固、气液、液固等亦可应用，一般生产过程的管径、工作状态(压力，温度)皆有产品。检测件与差压显示仪表可分开不同生产厂生产，便于专业化形成规模经济生产，它们的结合非常灵活方便。 检测件，特别是标准型的，是全世界通用的，并得到国际标准组织的认可。标准型节流式DPF无需实流校准，即可投用，在流量计中亦是惟一的目前在各种类型中以节流式和动压头式应用最多。节流式DPF主要存在以下缺点： 1)测量的重复性、精确度在流量计中属于中等水平，由于众多因素的影响错综复杂，精确度难以提高。 2)范围度窄，由于仪表信号(差压)与流量为平方关系，一般范围度仅3:1-4:1。3)现场安装条件要求较高，如需较长

38、的直管段(指孔板，喷嘴)，一般难以满足。4)检测件与差压显示仪表之间引压管线为薄弱环节，易产生泄漏、堵塞、冻结及信号失真等故障。5)压损大(指孔板，喷嘴)。 差压流量计的选用原则： 选用考虑因素的五个方面为仪表性能、流体特性、安装条件、环境条件和经济因素1仪表性能方面 (1) 精确度、重复性、线性度、流量范围和范围度 压力损失2流体特性方面 流体物性参数的确定，流体物性参数包括密度、粘度、等熵指数、湿度等， (2)流体的腐蚀、磨蚀、结垢、脏污等3安装条件4环境条件5经济因素4、电磁流量计的基本工作原理、主要特点、选用原则。（1） 工作原理：电磁流量计根据法拉第电磁感应原理，在与测量管轴线和磁力

39、线相垂直的管壁上安装了一 对检测电极，当导电液体沿测量管轴线运动时，导电液体切割磁力线产生感应电势，此感 应电势由两个检测电极检出，数值大小与流量成比例，其值为： 式中： E=KBVD E-感应电势； K-与磁场分布及轴向长度有关的系数。 B-磁感应强度； V-导电液体平均流速； D-电极间距；（测量管内直径）（2）电磁流量计（EMF）优点: (a)测量通道是段光滑直管,不会阻塞,适用于测量含固体颗粒的液固二相流体,如纸浆、泥浆、污水等; (b) 电磁流量计不产生因检测流量所形成的压力损失，仪表的阻力仅是同一长度管道的沿程阻力，节能效果显著，对于要求低阻力损失的大管径供水管道最为适合。(c)所

40、测得体积流量实际上不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化的明显影响; (d) 与其他大部分流量仪表相比，前置直管段要求较低（e）电磁流量计测量范围度大，通常为20：150：1，可选流量范围宽。满度值液体流速可在0.510m/s内选定。有些型号仪表可在现场根据需要扩大和缩小流量不必取下作离线实流标定。（f）电磁流量计的口径范围比其他品种流量仪表宽，从几毫米到3m。(g) 可测正反双向流量，也可测脉动流量，只要脉动频率低于激磁频率很多。（h）仪表输出本质上是线性的。（j）易于选择与流体接触件的材料品种，可应用于腐蚀性流体。(3)电磁流量计（EMF）缺点：a电磁流量计不能测量电导率很低的液体，如

41、石油制品和有机溶剂等。b不能测量气体、蒸汽和含有较多较大气泡的液体。 c通用型电磁流量计由于衬里材料和电气绝缘材料限制，不能用于较高温度的液体；有些型号仪表用于过低于室温的液体，因测量管外凝露而破坏绝缘。(4)电磁流量计的选用原则：大口径电磁流量计较多使用于给排水工程，中小口径常使用于固液双相等难测流体或高请求场所，而 小口径和巨大口径常使用于医药工业、食品工业、生物工程等有卫生请求的场所。 EMF选用应考虑以下几点： 1精度等级和功效 2流速、满度流量、领域度和口径 3液体电导率 4液体中含有混入物 5附着和沉淀 6与流体接触零部件资料的选择(5) 电磁流量计安装注意事项：转换器安装与连接电

42、缆 一体型 EMF 无单独安装转换器；分离型转换器安装在传感器附近或仪表室 转换器和传感器间距离受制于被测介质电导率和信号电缆型号，即电缆的分布电容、导线截面和屏蔽层数等。要 用制造厂随仪表所附（或规定型号）的信号电缆。电导率较低液体和传 输距离较长时，也有规定用三层屏蔽电缆 为了避免干扰信号，信号电缆必须单独穿在接地保护钢管内，不能把信号电缆和电源线安装在同一钢管内。 5、超声流量计的基本工作原理、主要特点、选用原则。(1)超声波流量计（简称USF）是通过检测流体流动对超声束(或超声脉冲)的作用，以测量体积流量的仪表。 这里主要讨论用于测量封闭管道液体流量的USF封闭管道用USF按测量原理分

43、类有：传播时间法、多普勒效应法、波束偏移法、相关法、噪声法等。(2)工作原理：声波在流体中传播，顺流方向声波传播速度会增大，逆流方向则减小，同一传播距离就有不同的传播时间。利用传播速度之差与被测流体流速之关系求取流速，称之传播时间法。按测量具体参数不同，分为时差法、相位差法和频差法。(3)优点1、USF可作非接触测量，可作移动性（即非定点固定安装）测量，适用于管网流动状况评估测定2、USF为无流动阻挠测量，无额外压力损失。3、流量计的仪表系数是可从实际测量管道及声道等几何尺寸计算求得的，既可采用4、干法标定，除带测量管段式外一般不需作实流校验。5、USF适用于大型圆形管道和矩形管道，且原理上不

44、受管径限制，其造价基本上与管径无关。6、多普勒USF可测量固相含量较多或含有气泡的液体。7、USF可测量非导电性液体，在无阻挠流量测量方面是对电磁流量计的一种补充。8、因易于实行与测试方法（如流速计的速度-面积法，示踪法等）相结合，可解决一些特殊测量问题，如 速度分布严重畸变测量，非圆截面管道测量等。9、某些传播时间法USF附有测量声波传播时间的功能，即可测量液体声速以判断所测液体类别。（4）缺点传播时间法USF只能用于清洁液体和气体，不能测量悬浮颗粒和气泡超过某一范围的液体；反之多普勒法USF只能用于测量含有一定异相的液体。外夹装换能器的USF不能用于衬里或结垢太厚的管道，以及不能用于衬里（

45、或锈层）与内管壁剥离（若夹层夹有气体会严重衰减超声信号）或锈蚀严重（改变超声传播路径）的管道。多普勒法USF多数情况下测量精度不高。国内生产现有品种不能用于管径小于DN25mm的管道。251、调节器的基本类型 A、按所用能源形式分 （1）气动仪器信号传输速度为音速，不怕电磁干扰，防爆 （2）液动仪表（很少见）体积大，动作慢，功率大 （3）电动仪表信号传输速度为光速，怕电磁干扰。 （4）混合仪表 B、按结构分 （1）基地式仪表 在被控制对象附近，多种功能部件（传感器，执行器都装在一起，结构紧凑）设计成一个整体。例如B 系列，KF系列。 （2）单元组合式仪表 积木式，各单元仪表为一个“积木”，这种

46、仪表通用的DDZ-H、DDZ-S，被调参数性质（种类）取决于所 配的配送器 （3）组装式仪表 柜装仪表 TF-900、MZ-III （4）分散控制系统（DCS） 分散控制，管理集中 INF1-90、HIACS-3000、MAX-1000 （5）现场总线控制系统（FCS） 现场仪表挂接在现场总线上，通过现场总线，通过现场总线与控制室（上位机）相联系 C、其他分类方式 按仪表安装形式，可以分为现场仪表、盘装仪表和架装仪表 根据仪表有否引入微处理机（器），可分为智能仪表与非智能仪表2.61、执行设备的组成、分类 通常由执行机构、调节机构和附件3部分组成。 附件包括放大器、阀门定位器、位置发信器和速度

47、发信器等，可根据不同要求选用。 执行器有时不用附件，仅由调节机构和附件2部分组成。如气动薄膜调节阀就不带阀门定位器。 分类：各种水泵（离心泵、往复式计量泵）、各种阀门（调节阀、电磁阀）,按工作能源不同分为电动、气动、液 动、电器复合和电液复合式；按控制功能不同分为位置控制式、速度控制式和电动控制式；按输入信号不 同分为模拟式和数字式。2、离心泵的调节方式 离心泵在水利、化工等行业应用十分广泛，对其工况点的选择和能耗的分析也日益受到重视。所谓工况点，是指水泵装置在某瞬时的实际出水量、扬程、轴功率、效率以及吸上真空高度等，它表示了水泵的工作能力。通常，离心泵的流量、压头可能会与管路系统不一致，或由

48、于生产任务、工艺要求发生变化，需要对泵的流量进行调节，其实质是改变离心泵的工况点。除了工程设计阶段离心泵选型的正确与否以外，离心泵实际使用中工况点的选择也将直接影响到用户的能耗和成本费用。因此，如何合理地改变离心泵的工况点就显得尤为重要。离心泵的工作原理是把电动机高速旋转的机械能转化为被提升液体的动能和势能，是一个能量传递和转化的过程。根据这一特点可知，离心泵的工况点是建立在水泵和管道系统能量供求关系的平衡上的，只要两者之一的情况发生变化，其工况点就会转移。 工况点的改变由两方面引起：1 管道系统特性曲线改变，如阀门节流； 二水泵本身的特性曲线改变，如变频调速、切削叶轮、水泵串联或并联。下面就

49、这几种方式进行分析和比较： 阀门节流改变离心泵流量最简单的方法就是调节泵出口阀门的开度，而水泵转速保持不变(一般为额定转速)， 其实质是改变管路特性曲线的位置来改变泵的工况点。如图1所示，水泵特性曲线QH与管路特性曲线 Qh的交点A为阀门全开时水泵的极限工况点。关小阀门时，管道局部阻力增加，水泵工况点向左移至 B点，相应流量减少。阀门全关时，相当于阻力无限大，流量为零，此时管路特性曲线与纵坐标重合。 以关小阀门来控制流量时，水泵本身的供水能力不变，扬程特性不变，管阻特性将随阀门开度的改变而改变。 这种方法操作简便、流量连续，可以在某一最大流量与零之间随意调节，且无需额外投资，适用场合很广。 但

50、节流调节是以消耗离心泵的多余能量来维持一定的供给量，离心泵的效率也将随之下降，经济上不太合理。 变频调速 工况点偏离高效区是水泵需要调速的基本条件。当水泵的转速改变时，阀门开度保持不变(通常为最大开度)， 管路系统特性不变，而供水能力和扬程特性随之改变。如图2所示，A为水泵平衡工况点(也称工作点)，对 应效率a。欲减小流量，可将转速降低，此时工况点为B，对应效率b，水泵仍处于高效区内。如果采用阀 门节流的方法来调节，则工况点为C，对应效率为c，泵的效率下降。由此可见，在所需流量小于额定流量 的情况下，变频调速时的扬程比阀门节流小，所以变频调速所需的供水功率也比阀门节流小，图2中的阴影 部分表示的就是变频调速所节约的供水功率很显然，与阀门节流相比，变频调速的节能效果很突出，离心泵 的工作效率更高。另外，采用变频调速后，不仅有利于降低离心泵发生汽蚀的可能性，而且还可以通过对