仪表自动化复习资料

1、第一章控制系统的 4 个基本环节： 被控对象、检测仪表(测量变送环节)、控制器、执行器自动控制系统的（最）基本要求是系统运行必须是稳定的若反馈的结果是使系统的输出减小，则称为负反馈若反馈的结果是使系统的输出增加，则称为正反馈工业控制系统一般情况下都应为负反馈。闭环系统的输出被反馈到输入端并与设定值进行比较的系统称为闭环系统。开环系统的输出没有被反馈回输入端，执行器仅只根据输入信号进行控制的系统称为开环系统。要实现自动控制，系统必须闭环。闭环控制系统稳定运行的必要条件是负反馈。输出信号随输入信号的增加而增加的环节称为正作用环节输出信号随输入信号的增加而减小的环节称为反作用环节控制系统的分类 按被

2、控变量对操作变量的影响分:闭环控制系统(反馈) 开环控制系统(前馈) 按补偿干扰的方法分:反馈,前馈,前馈+反馈按设定值的特点区分：定值控制系统，通常要求被控变量尽量与设定值保持一致。 随动控制系统，通常要求被控变量尽可能地与设定值一起变化静态（稳态）被控变量不随时间变化的平衡状态（变化率为0，不是静止）。“静态”是物料、能量、传热、传质、化学反应速度等平衡关系的最终体现。很明显，单纯用“静态”的概念来衡量控制系统的品质指标是不充分的。动态被控变量随时间变化的不平衡状态。过渡过程：受到干扰作用后系统失稳，在控制系统的作用下，被控变量回复到新的平衡状态的过程。阶跃干扰：在某一瞬间t0干扰突然阶跃

3、式地加入系统，并保持在这个幅值。评价和讨论一个控制系统性能优劣标准：以系统受到阶跃输入作用后的响应曲线的形式给出，最大偏差（超调量）、衰减比，余差，过渡时间，振荡周期（振荡频率）以误差性能指标的形式给出自动控制系统希望的结果：最大偏差（超调量）？越小越好衰减比一般取为4：1至10：1，不振荡：不便于操作人员掌握，余差，越小越好过渡时间？越小越好。振荡周期？短好影响过渡过程的主要因素?固定因素：对象特性，测量仪表特性，执行器特性 补偿因素：控制器特性第2章 过程特性 过程特性的类型:自衡的非振荡过程，无自衡的非振荡过程，自衡的振荡过程，具有反向特性的过程建模的方法：机理建模、实验建模、混合建模自

4、衡非振荡过程的对象模型由三个基本参数决定：K、T、K，静态增益，KO使之大些，抗干扰能力强，太大会引起系统振荡T，时间常数，一般情况希望TO小些，但不能太小，Tf大些。，纯滞后时间，在工艺设计时，应尽量减少或避免纯滞后时间工业上（最）常用的控制规律：双位控制，位式控制的特点：简单、过渡过程是振荡的位式控制的适用范围：时间常数大，纯滞后小，负荷变化不大也不激烈，控制要求不高。 纯比例控制 P，纯比例调节系统的特点：控制及时，控制结果有余差纯比例控制适用场合：干扰幅度较小，纯滞后较小，负荷变化不大，控制要求不太高 比例积分控制 PI，比例控制最大的优点是反应快，控制作用及时，最大的缺点是控制结果存

5、在余差。积分作用的特点：消除余差，会降低系统稳定性积分控制最大的优点是消除余差，最大的缺点是动作缓慢、产生相位滞后、稳定性降低比例微分控制 PD，对于有过渡滞后的对象，采用PD控制能明显改善过渡过程的品质；PD控制有超前作用。Td­增加，微分作用加强，系统稳定性提高，表现为：衰减比增大；过渡过程最大偏差减少emax¯；过渡时间tp¯；Td太大，微分作用太强，导致反应速度过快，引起系统振荡引入微分作用以后，不能消除余差，但余差会有所减少微分作用对纯滞后的对象不起作用。比例积分微分控制PID液位滞后不大，一般控制要求不高，常用P或PI调节器；流量滞后很小，响应快，测量

6、信号有脉动信号，常用PI调节器（一般不能加D）；压力液体介质：滞后小，气体介质：滞后适中，常用P或PI调节器，有时可用位式控制；温度滞后较大，响应较慢，常用PID调节器。 第三章仪表精度等级有：0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等检测仪表的主要性能指标：精确度，线性度，变差，灵敏度，分辨力，动态误差 压力检测：液柱式压力检测 ：误差来源，温度误差，安装误差弹性式压力检测：膜片（膜盒式差压变送器：工作原理：力矩平衡，检测元件膜盒或膜片），波纹管，弹簧管（范围广，精度高0.15级），电气式压力检测智能式压力变送器压力检测仪表的选用，考虑仪

7、表的量程、精度、类型（材质）量程：测量稳定压力：最大工作压力Pimax不超过上限值Pmax的3/4 测量脉动压力：最大工作压力Pimax不超过上限值Pmax的2/3 测量高压压力：最大工作压力Pimax不超过上限值Pmax的3/5 最小工作压力Pimin不低于上限值Pmax的1/3 仪表的量程等级：1、1.6、2.5、4.0、6.0kPa以及它们10n倍仪表精度：例：有一压力容器在正常工作时压力范围为0.40.6MPa，要求使用弹簧管压力表进行检测，并使测量误差不大于被测压力的±4，试确定该表的量程和精度等级。由题意可知，被测对象的压力比较稳定，设仪表量程为 0AMPa ，则根据工作

8、压力的要求： 根据仪表的量程系列，可选用量程范围为01.0MPa的弹簧管压力表。 由题意，被测压力的允许最大绝对误差为：max=±0.4*4%=±0.016 MPa这就要求所选仪表的相对百分误差为： 0.016/（1-0）*100%=1.6%按照仪表的精度等级，可选择 1.5级 的压力表。 只需观察压力变化的，可选如弹簧管压力表、液柱式压力计那样的直接指示型的仪表； 如需将压力信号远传到控制室或其他电动仪表，则可选用电气式压力检测仪表或其他具有电信号输出的仪表； 如果要检测快速变化的压力信号，则可选用电气式压力检测仪表，如压阻式压力传感器； 如果控制系统要求能进行数字量通信

9、，则可选用智能式压力检测仪表。 压力检测仪表的安装 ：一般压力检测仪表的安装，特殊压力检测仪表的安装（高温、高压、腐蚀等），压力变送器的安装 变送器的一些共性问题：量程调整，零点调整和零点迁移 使变送器的输出信号下限值ymia与测量范围的下限值xmin相对应，在xmin=0时，称为零点调整，在xmin0时，称为零点迁移。 ·零点调整使变送器的测量起始点为零·零点迁移是把测量的起始点由零迁移到某一数值:当测量的起始点由零变为某一正值，称为正迁移；当测量的起始点由零变为某一负值，称为负迁移热电效应：1.如果组成热电偶的两种电极材料相同，则无论热电偶冷、热两端的温度如何，闭合回路

10、中的总热电势为零； 2.如果热电偶冷、热两端的温度相同，则无论两电极材料如何，闭合回路中的总热电势也为零3. 热电偶产生的热电势除了冷、热两端的温度有关之外，还与电极材料有关，也就是说由不同电极材料制成的热电偶在相同的温度下产生的热电势是不同的。中间导体不会对热电偶回路产生影响热电偶分为普通型热电偶和铠装型热电偶材料的选择因工作条件而定：绝缘管用于防止两根电极短路，保护套管用于保护热电极不受化学腐蚀和机械损伤普通型热电偶主要有法兰式和螺纹式两种安装方式热电阻：金属热电阻和半导体热敏电阻热电阻的金属材料一般要求：尽可能大而且稳定的温度系数、电阻率要大、在使用的温度范围内具有稳定的化学和物理性能、

11、材料的复制性好、电阻值随温度变化要有单值函数关系（最好呈线性关系）。 温度变送器：DDZ-III型温度变送器 ，一体化温度变送器，智能式温度变送器 其他常用温度计：双金属温度计，压力式温度计温度检测仪表的选用：就地指示：双金属温度计，精度不高在线检测：热电偶，适用于测量5001800范围的中高温度 热电阻，适用于测量500以下的中低温度 辐射式温度计，一般用于2000以上的高温测量温度检测仪表的安装：检测元件的安装应确保测量的准确性，选择有代表性的安装位置。检测元件的安装应确保安全、可靠。检测元件的安装应综合考虑仪表维修、校验的方便。流量检测：速度式流量计：节流式流量计 ，转子流量计，电磁流量

12、计，涡轮流量计，漩涡流量计差压式流量计 ：由于标准孔板制作最简单，使用最广泛节流式流量计的使用特点和要求：标准孔板具有结构简单、安装方便的特点，适用于大流量的测量。在一般场合下，孔板应用最多。孔板的压力损失大，工艺不允许有较大的管道压损时，不宜采用。标准喷嘴和标准文丘里管的压力损失比孔板小，但结构比较复杂，不易加工。节流式流量计的应用非常广泛，但是使用不当会出现很大的测量误差，可达1020。在安装使用过程中需要充分注意，并予以适当的解决。标准节流装置仅适用于测量管道直径大于50mm，雷诺数在104105以上的流体；流体应当清洁，充满全部管道，不发生相变。为保证流体在节流装置前后为稳定的流动状态

13、，节流装置的上、下游必须配置一定长度的直管段（与管径、节流件的开孔面积以及管路上的弯头数都有关系）。节流装置经过长时间的使用，会因物理磨损或化学腐蚀，造成几何形状和尺寸的变化，引起测量误差，需要及时检查和维修，必要时更换新的节流装置。 靶式流量计：可测高粘度流体的流量；测量精度可达1%，量程比为3：1，管径为15200mm；不需要安装引压管线（相对差压流量计），维护方便。为保证测量精度，需要安装一定的直管段。转子流量计的特点： 转子流量计主要适合于检测中小管径、低流速（较低雷诺数）、小流量的流体流量测量的中小流量； 流量计结构简单，使用方便，工作可靠，仪表前直管段长度要求不高； 流量计的基本误

14、差约为仪表量程的土2，量程比可达10：1 流量计的测量精度易受被测介质密度、粘度、温度、压力、纯净度、安装质量等的影响。涡轮流量计：流量与涡轮转速之间呈线性关系，量程比一般为1O：1；涡轮流量计的测量精度较高，可达到0.5级以上；反应迅速，可测脉动流量；主要用于中小口径的流量检测；仅适用洁净的被测介质，通常在涡轮前要安装过滤装置；流量计水平安装，前后需一定长度的直管段，一般上游侧和下游侧的直管段长度要求在10D和5D以上；常温下用水标定，当介质的密度和粘度发生变化时需重新标定或进行补偿电磁流量计：适用场合：检测具有一定电导率的酸、碱、盐溶液等腐蚀性液体，以及含有固体颗粒的液体流量测量；不能检测

15、气体、蒸汽和非导电液体的流量。 特点：测量导管内无可动或突出于管道内部的部件，压力损失极小；被测流体可以含有颗粒、悬浮物等，也可以是酸、碱、盐等腐蚀性物质；流量计输出电流与体积流量成线性关系，不受液体的温度、压力、密度、粘度等参数的影响；电磁流量计的量程比一般为10:1，精度较高的量程比可达100:1；测量口径范围大，可以从lmm到2m以上，特别适用于lm以上口径的水流量测量；测量精度一般优于0.5级；电磁流量计反应迅速，可以测量脉动流量； 漩涡流量计（涡街流量计）：特点和要求 ：涡街流量计输出信号（频率）不受被测流体物性和组分变化的影响，在一定的雷诺数范围内，几乎不受流体的温度、压力、密度、

16、粘度等变化的影响，故用水或空气标定的漩涡流量计可用于其他液体和气体的流量测量而不需标定；涡街流量计内无可动部件，使用寿命长，压力损失小；测量精度高（约为士0.51），量程比20:1；涡街流量计适用于大口径管道的流量测量。安装时要求有足够的直管段长度，上、下游直管段分别不少于2OD和5D，漩涡发生体的轴线应与管路轴线垂直。 物位检测：差压式液位计：为了解决测量具有腐蚀性或含有结晶颗粒以及粘度大、易凝固等液体液位时，引压管线易被腐蚀、被堵塞等问题，应在导压管人口处加隔离膜盒或隔离液罐。浮筒式液位计：特点和要求：浮筒式液位计通常有内置式和侧装外置式两种安装方式，测量原理完全相同，但外置式安装更适用于

17、温度较高的场合。 电容式物位计：特点和要求：电容式物位计可以用于液位的测量，也可以用于料位的测量，但要求介质的介电常数保持稳定。在实际使用过程中，当现场温度、被测液体的浓度、固体介质的湿度或成分等发生变化时，介质的介电常数也会发生变化，应及时对仪表进行调整才能达到预想的测量精度。 超声波物位计：优点（1）检测元件可以不与被测介质接触，进行非接触测量；（2）测量范围广，只要界面声阻抗率不同，液体、粉末、块体的物位均可测量；（3）可测量低温介质液位；（4）仪表本身没有可动部件，使用寿命长。缺点：探头不能承受高温；声速受介质温度、压力影响；对某些吸收声波强的介质不能使用；电路复杂，造价高。核辐射式物

18、位计：特点和要求：核辐射式物位计属于非接触式物位测量仪表适用于高温、高压、强腐蚀、剧毒等条件苛刻的场合；核射线还能够直接穿透钢板等介质，可用于高温熔融金属的液位测量；使用时几乎不受温度、压力、电磁场的影响。但由于射线对人体有害，因此射线的剂量应严加控制，且须切实加强安全防护措施 (工业现场一般不优先考虑使用核辐射式物位计)磁翻转式物位计：特点：直观醒目、结构简单、测量范围大、不受容器高度限制，即可测量有压容器液位、也可测量敞口容器液位；指示机构不与被测介质接触，适合于高温、高压、高粘度、有毒、有害、强腐蚀性介质，安全防爆；可配备报警开关和信号远传装置，实现远距离液位报警和监控；第四章凡能将生产

19、过程中各种参数进行指示、记录或累积的仪表统称为显示仪表（或称为二次仪表）。显示仪表的分类：模拟式显示仪表，数字式显示仪表，图像显示第六章执行器的选择：调节阀的结构形式；调节阀的流量特性；调节阀的口径执行器流量特性的选择：（1）考虑系统的控制品质（2）考虑工艺管道情况（3）考虑负荷变化情况（4）判断不清时，优先选等百分比阀调节阀的口径选择 依据流量系数选择调节阀口径的步骤：（1）确定计算流量（2）确定计算压差（3）计算流量系数Kmax（4）选取流量系数KV（5）验算调节阀开度（6）验算调节阀实际可调比（7）确定调节阀口径第7章 简单控制系统K大一些，T小一些，最好为0整定控制（PID）参数：临界

20、比例度法（ 先将控制器放在纯比例作用，在干扰作用下，从大到小地逐渐改变控制器的比例度，直至系统产生等幅振荡，这时的比例度称为临界比例度K，周期称为临界振荡周期Tk。当不存在临界比例度、临界比例度过小、不允许等幅振荡时，该方法不适用。）衰减曲线法：将控制器放在纯比例作用，在干扰作用下，从大到小地逐渐改变控制器的比例度，直至系统出现4：1衰减比为止，这时的比例度称为衰减比例度S ，周期称为衰减周期Ts。经验凑试法：看曲线，调参数简单控制系统的组成：测量变送环节，控制器，执行器，被控对象被控变量控制器执行器被控对象测量变送环节干扰偏差差设定值简单控制系统两种控制类型：直接指标控制和间接指标控制被控变

21、量选择的一般原则 ：要有代表性，应该独立可控。滞后要小。灵敏度要高。 成本要低。控制变量的选择原则：控制变量应是可控的，即工艺上允许调节的变量。 控制变量一般应比其他干扰对被控变量的影响更加灵敏。气开气关型式选择考虑的原则是： 信号压力中断时，应保证设备和操作人员的安全，如阀门处于打开位置时危害性小，则应选用气关式；反之，则用气开式。 气开式调节阀:有信号压力输入时阀打开，无信号压力时阀全关气关式调节阀:有信号压力时阀关闭，无信号压力时阀全开克服测量滞后的几种方法：选择快速测量元件。正确选择测量元件的安装位置。正确使用微分器。第8章 复杂控制系统串级控制系统：副回路具有先调、粗调、快调的特点；主回路具有后调、细调、慢调的特点，并对于副回路没有完全克服掉的干扰影响能彻底加以克服。主回路是定值控制系统，而副回路是随动控制系统变量是反映产品质量或生产过程运行情况的主要工艺变量。串级控制系统的目的是为了高精度地稳定主变量。主控制器通常都选用比例积分控制规律，副控制器一般采用比例控制规律。均匀控制系统：均匀控制指的是