第6次检测与执行

第3章简单控制系统3.1控制系统的性能指标3.2系统设计步骤3.3选择变量3.4确定控制方案3.5选择设备3.6PID控制器设计3.7PID整定方法与作用方式单回路控制系统控制器执行器被控对象检测变送被控变量操作变量测量值偏差干扰-+设定值3.5选择设备3.5.2检测设备温度、压力、流量、物位、成份等仪表3.5选择设备3.5.2检测设备温度检测方式类型原理范围(℃)特点接触式膨胀式液、固受热膨胀-100~600简单、价廉压力表式受热体积、压力变化-100~500近距离、滞后、不准热电阻电阻值随温度变化-260~850远距离、低中温热电偶金属的热电效应-200~1800范围广、中高温非接触辐射式辐射能随温度变化0~3500受环境影响3.5选择设备3.5.2检测设备温度检测1、液体膨胀式温度计液体受热会膨胀-100-600℃简单、价格低3.5选择设备3.5.2检测设备温度检测2、固体膨胀式温度计双金属片调节螺钉绝缘柱

用于温度报警或控制继电器3.5选择设备3.5.2检测设备温度检测3、压力式温度计气体受热体积膨胀，压力增大-100-500℃近距离，滞后3.5选择设备3.5.2检测设备温度检测4、热电阻温度计阻值随温度变化-260-850℃远距离，低中温3.5选择设备3.5.2检测设备温度检测5、热电偶温度计普通热电偶金属的热电效应-200-1800℃范围广，中高温3.5选择设备3.5.2检测设备温度检测6、非接触式温度计红外线测温仪被测物的辐射能随温度变化0-3500℃受环境影响3.5选择设备3.5.2检测设备温度、压力、流量、物位、成份等仪表3.5选择设备3.5.2检测设备压力检测类别液柱式弹性式活塞式电气式原理转换为液柱高度转换为位移转换为活塞上所加平衡法码的重量转换成电势、电容、电阻的变化特点简单、范围窄、水银易污染简单、范围宽、弹性滞后复杂、精度高、需修正范围宽、输出信号多样(电阻、电流等)场合低压、真空度，用作标准计量仪器易结晶与腐蚀性介质用作校准计量仪器广泛用于生产过程自动化3.5选择设备3.5.2检测设备压力检测1、液柱式压力计被测绝对压力P大于大气压B时液柱产生高度差使用较少，一般用于校验仪器0-16KPaP0h1h2BHρρ1ρ23.5选择设备3.5.2检测设备压力检测2、弹性式压力计将被测压力转换成弹性元件的变形位移测压范围较宽，可高达1000MPa3.5选择设备3.5.2检测设备压力检测3、活塞式压力计将被测压力与活塞上所加的砝码质量进行平衡来测量用作校准计量仪器3.5选择设备3.5.2检测设备压力检测4、电气式压力计将被测压力转换为电量广泛使用电容差压变送器

3.5选择设备3.5.2检测设备温度、压力、流量、物位、成份等仪表3.5选择设备3.5.2检测设备流量检测方式原理特点转子式一定计量空间中转子转动次数高黏度液体差压式依差压信号推算流量10:1，2%；最成熟、最常用速度式涡轮叶轮旋转速度与流速成比例量程比10:1，0.5%；轻质成品油、低黏度，中小口径涡街流体振动频率与流速的关系20:1，±(0.5-1%)；液、气、蒸汽，不适于低雷诺数电磁体积流量与感应电势的关系10:1,0.5%,0~200℃；导电液体超声超声波穿过流体并载带流速信息20:1；大管径流量，非接触3.5选择设备3.5.2检测设备流量检测1、差压式(节流式)流量计节流装置导压管差压计依差压信号推算流量常用，约占1/2流束将在节流处形成局部收缩，从而使流速增加，静压力降低，于是在节流件前后产生了静压力差3.5选择设备3.5.2检测设备流量检测2、转子式流量计一定计量空间中转子转动次数中小管径，高黏度液体3.5选择设备3.5.2检测设备流量检测3、涡轮流量计叶轮旋转速度与流速成比例轻质成品油、低黏度，中小口径3.5选择设备3.5.2检测设备流量检测4、涡街流量计流体振动频率与流速的关系大口径管道，液、气、蒸汽，避免振动3.5选择设备3.5.2检测设备流量检测5、电磁流量计体积流量与感应电势的关系导电液体，约占15%3.5选择设备3.5.2检测设备流量检测6、超声波流量计超声波穿过流体时传播速度发生改变大管径流量，非接触3.5选择设备3.5.2检测设备温度、压力、流量、物位、成份等仪表3.5选择设备3.5.2检测设备物位检测方式原理与特点浮力式漂浮于液面上的浮子升降位移反映液位的变化静压式测量液柱高度产生的静压电容式电容的变化量反映液位高度的变化，液位、料位，介电常数要稳超声波式超声波在不同介质分界面上产生反射、折射等现象雷达式天线发出雷达波到液面后反射回去，腐蚀、高黏度、有毒液体核辐射式放射源产生的γ射线穿过介质时，强度按指数规律衰减，非接触式，高温、高压、剧毒3.5选择设备3.5.2检测设备物位检测1、浮力式液位变送器漂浮于液面上的浮子升降位移反映液位的变化常用(但不适用于危险性大的介质)3.5选择设备3.5.2检测设备物位检测2、静压式液位变送器测量液柱高度产生的静压常用(但不适用于危险性大的介质)3.5选择设备3.5.2检测设备物位检测3、电容式物位变送器电容的变化量反映液位高度的变化适用于介电常数稳定的介质3.5选择设备3.5.2检测设备物位检测4、超声波式物位变送器超声波在不同介质分界面上产生反射的现象腐蚀、高黏度、有毒液体，探头对温度敏感3.5选择设备3.5.2检测设备物位检测5、雷达式物位变送器天线发出雷达波到液面后反射回去范围广，比超声波式优越3.5选择设备3.5.2检测设备温度、压力、流量、物位、成份等仪表3.5选择设备3.5.2检测设备成分检测1、红外线气体分析仪不同的组分对不同波长的红外线具有选择性吸收的特征广泛应用，注意防尘、防潮、防振3.5选择设备3.5.2检测设备成分检测2、氧化锆氧量计氧化锆对高温时的氧离子具有良好传导特性燃烧过程、氧化反应3.5选择设备3.5.2检测设备成分检测3、气相色谱分析仪先分离各组分，后取样分析石油、化工、电力、医药、食品3.5选择设备3.5.2检测设备成分检测方式原理与特点热导式气体成分混合气体中待测组分热导率不同，测H2，CO2，SO2红外式气体成分不同的组分对不同波长的红外线具有选择性吸收的特征氧化锆氧量成分氧化锆对高温时的氧离子具有良好传导特性，工业炉气相色谱成分先分离各组分，后取样分析工业电导仪测量溶液的电导而间接求得溶液的浓度工业酸度计pH计，测量溶液的酸碱度(氢离子浓度)，引起电极电位改变浊度检测液体浊度表示了反应、变化过程进行的程度单回路控制系统控制器执行器被控对象检测变送被控变量操作变量测量值偏差干扰-+设定值3.5选择设备3.5.3执行器(1)调节阀(2)变频器

……3.5选择设备3.5.3执行器-调节阀一、组成：执行机构调节机构(阀体)3.5选择设备3.5.3执行器-调节阀

二、分类：气动调节阀电动调节阀液动调节阀(少见)气动和电动执行机构的对比内容气动电动输入信号20~100KPa4~20mA(DC)结构简单复杂体积中小信号管线配置较复杂简单推力中小动作滞后大小维修简单复杂适用场合防火防爆选用防爆型价格便宜贵3.5选择设备3.5.3执行器-调节阀三、作用

接受控制器的指令(4-20mA，20-100KPa)

执行机构转化为位移操纵调节机构流量控制器调节阀四、结构形式(阀体)类型特点适用场合直通单座阀一个阀芯一个阀座、泄漏量小小口径、低压差直通双座阀二个阀芯二个阀座阀两端压差较大角形阀流路简单、阻力小管道直角连接三通阀三个出入口配比控制或旁路控制隔膜阀流阻小、流通能力大，耐腐蚀性强腐蚀性大蝶阀流阻极小、泄漏量大、重量轻大口径、大流量球阀阀芯与阀体呈球形液体黏度高、污秽凸轮挠曲阀密闭性好、重量轻、体积小黏度高、含悬浮颗粒笼式阀范围宽、噪声小、振动小、结构简单压差大、噪声小3.5选择设备1）直通单座阀1个阀芯和阀座3.5.3执行器-调节阀四、结构形式(阀体)正装阀阀门中的柱式阀芯可以正装，也可以反装。反装阀阀芯下移时，阀芯与阀座间的流通截面积减小阀芯下移时，阀芯与阀座间的流通截面积增大3.5选择设备3.5.3执行器-调节阀四、结构形式(阀体)1）直通单座阀流体对阀芯的不平衡力大。一般用在小口径、低压差的场合。结构简单、泄漏量小。特点：2）直通双座阀流体流过时，作用在上、下两个阀芯上的推力方向相反且大小相近，可互相抵消，所以不平衡力小。但是，由于加工的限制，上下两个阀芯阀座不易保证同时密闭，因此泄漏量较大。阀体内有两个阀芯和阀座3）角形阀两个接管呈直角形，一般为底进侧出，这种阀的流路简单、对流体的阻力较小。适用于现场管道要求直角连接，介质为高粘度、高压差和含有少量悬浮物和固体颗粒状的场合。4）三通阀有三个出入口与工艺管道连接。流通方式有合流型和分流型两种。用于配比控制用于旁路控制5）隔膜阀采用耐腐蚀材料作隔膜，将阀芯与流体隔开结构简单、流阻小、流通能力比同口径的其他种类的阀要大。由于介质用隔膜与外界隔离，故无填料，介质也不会泄漏。耐腐蚀能力强，适用于强酸、强碱、强腐蚀性介质的控制，也能用于高粘度及悬浮颗粒状介质的控制。适用于大口径、大流量、低压差的场合，也可以用于含少量纤维或悬浮颗粒状介质的控制。6）蝶阀又名翻板阀。结构简单、重量轻、流阻极小，但泄漏量大。7）球阀阀芯与阀座都呈球形体，阀芯内开孔。转动阀芯使之与阀座处于不同的相对位置时，就有不同的流通面积。流量变化较快，可起控制和切断的作用，常用于双位式控制。8）凸轮挠曲阀又名偏心旋转阀。其阀芯呈扇形球面状，与挠曲臂及轴套一起铸成，固定在转动轴上。阀芯球面与阀座密封圈紧密接触，密封性好。适用于高粘度或带有悬浮物的介质流量控制。9）笼式阀阀内有一个圆柱形套筒（笼子）。套筒壁上有一个或几个不同形状的孔（窗口），利用套筒导向，阀芯在套筒内上下移动，改变阀的节流孔面积。可调比大，不平衡力小，更换开孔不同的套筒，就可得到不同的流量特性。但不适于高粘度或带有悬浮物的介质流量控制。

调节阀除了结构类型不同外，其它主要技术参数是流量特性和口径。3.5选择设备3.5.3执行器-调节阀五、气动执行机构结构形式薄膜式：最常见，一般调节阀的推动装置活塞式：大口径、高压降，如蝶阀的推动装置P阀芯推杆PP1P2膜片弹簧执行机构阀体3.5选择设备3.5.3执行器-调节阀五、气动执行机构1、组成：膜片，弹簧，推杆阀座气动薄膜执行机构3.5选择设备3.5.3执行器-调节阀五、气动执行机构正作用—控制气压增加时，推杆向下P正作用P反作用反作用—控制气压增加时，推杆向上2、作用方式3.5选择设备3.5.3执行器-调节阀电动执行机构的工作原理位置发送器4-20mA将输入的直流mA信号与位置信号比较，放大器将偏差放大，以驱动二相伺服电机旋转。

3.5选择设备3.5.3执行器-调节阀电动执行机构的工作原理之伺服放大器线圈Ⅱ、CF例a（+）b（-）时触发电路1工作SCR1导通cd间短接线圈Ⅰ

电机正转220V通路

90º

相移3.5选择设备3.5.3执行器-调节阀电动执行机构的工作原理之电动机将电功率转换为机械功率的动力装置。3.5选择设备3.5.3执行器-调节阀电动执行机构的工作原理位置发送器4-20mA3.5选择设备3.5.3执行器-调节阀电动执行机构的工作原理之减速器常用的有两种:行星齿轮和蜗轮蜗杆3.5选择设备3.5.3执行器-调节阀电动执行机构的工作原理之减速器常用的有两种:行星齿轮和蜗轮蜗杆

行星齿轮减速器的体积小，传动效率高，承载能力大，单级速比可达100倍，应用广泛。3.5选择设备3.5.3执行器-调节阀电动执行机构的工作原理位置发送器4-20mA位移信号电压信号反馈电流信号3.5选择设备3.5.3执行器-调节阀六、调节阀的流量特性

1、调节阀的特点：

是一个局部阻力可变的节流元件，通过阀芯的行程改变阻力系数P阻力系数1阻力系数2来控制流量大小3.5选择设备3.5.3执行器-调节阀六、调节阀的流量特性

2、流量方程

前后压差阻尼系数流体密度流体均速流体体积流量接管截面积p1调节阀p23.5选择设备3.5.3执行器-调节阀六、调节阀的流量特性

3、调节原理

当调节阀接管处的截面积A和差压(p1-p2)一定时，流量Q仅随阻尼系数的变化而变化。改变阀门的开度，可改变流通阻力而控制介质流量。3.5选择设备3.5.3执行器-调节阀六、调节阀的流量特性4、定义当前开度全开度全开流量指介质流过阀的相对流量与相对开度之间的函数关系3.5选择设备3.5.3执行器-调节阀六、调节阀的流量特性

5、调节阀的理想流量特性

假定阀前后差压不变。取决于阀芯的形状p1调节阀p23.5选择设备3.5.3执行器-调节阀六、调节阀的流量特性

5、调节阀的理想流量特性

a、直线流量特性：调节阀的相对流量与相对开度成直线关系

调节阀放大系数3.5选择设备3.5.3执行器-调节阀六、调节阀的流量特性

5、调节阀的理想流量特性

a、直线流量特性：调节阀的相对流量与相对开度成直线关系

可调比Qmax/Qmin3.5选择设备3.5.3执行器-调节阀六、调节阀的流量特性

5、调节阀的理想流量特性

a、直线流量特性：调节阀的相对流量与相对开度成直线关系

011Q/Qmaxl/L直线3.5选择设备3.5.3执行器-调节阀六、调节阀的流量特性

5、调节阀的理想流量特性

关于可调比R

可调比R为调节阀所能控制的最大流量与最小流量的比值。其中，Qmin不是指阀门全关时的泄漏量，而是阀门能平稳控制的最小流量，约为最大流量的2~4%一般阀门的可调比R=30。R=Qmax/Qmin01l/L1Q/Qmax直线3.5选择设备3.5.3执行器-调节阀六、调节阀的流量特性

5、调节阀的理想流量特性

b、对数流量特性：调节阀的相对流量与相对开度成对数关系

可变的调节阀放大系数可调比Qmax/Qmin3.5选择设备3.5.3执行器-调节阀六、调节阀的流量特性

5、调节阀的理想流量特性

b、对数流量特性：调节阀的相对流量与相对开度成对数关系

对数011Q/Qmaxl