材料成型过程检测及控制ppt 336p

材料成型过程检测及控制材料科学与工程学院课程简介课程名称：材料成型过程检测及控制课程性质：必修课程学时：24课程学分：1.5考勤方式：签到考核办法：平时成绩30分+试卷成绩70分授课方式：多媒体+板书+课堂问答授课内容及学习目的了解材料成型及检测控制问题（4学时）了解常用的自动控制系统（4学时）了解并掌握温度的测量与控制（2学时）了解并掌握压力的测量与控制（2学时）了解并掌握流量的测量与控制（2学时）了解并掌握液位的测量与控制（2学时）了解传感器、控制器、执行器的分类、基本原理及适用对象（4学时）能够设计简单的自动控制系统（4学时）使用教材及参考书目《过程控制系统及仪表》周小林著，大连理工大学出版社《热加工测控技术》，石德全，高桂丽主编，北京大学出版社《过程控制系统》，陈夕松，汪木兰主编，科学出版社怎样学好这门课程?思考理解实践

×死记照搬空想学而不思则罔，

思而不学则殆。

孔子

《论语·为政》第一讲材料成型（回顾）材料成型基本概念金属材料成型方法无机非金属材料成型方法高分子材料成型方法1.材料成型基本概念材料是人类文明进步的物质基础，材料的更新与进步促进了人类社会的发展。人类的文明史也是一部材料发展史。材料的分类天然材料金属材料无机非金属材料高分子材料复合材料半导体电子材料……Question:

材料制备?三大材料制备技术之一：熔融凝固制备技术原材料熔融精炼凝固坯料

常用于金属、无机非金属化合物、半导体材料坯锭和玻璃制品的制备。三大材料制备技术之二：粉末冶金制备技术原料粉末压制烧结混合

这是陶瓷材料、水泥以及硬质合金以及高熔点合金等材料的主要成材途径。

三大材料制备技术之三：单体聚合制备技术

这是高分子材料的典型的制备技术天然气聚合聚合物单体煤炭石油根据所需材料的性能、结构要求，进行材料的提纯净化、原料(成分)配制和合成或合金化的过程．是材料成型的首要环节。材料制备的定义

Question:

材料成型？

通过上述三种材料制备技术得到的材料，大多数不是材料的最终产品，需要进一步后续加工成具有一定形状与功能的零件与制品，称之为材料成型。材料的常规成型方法主要有铸造、压力加工、焊接、烧结、注塑成形等。

远古时代燧石（材料）打磨（成型）石刀（制品）西夏壁画《打铁图》西夏政府开办有大型的冶铁作坊，宋朝使者在元昊的宫中，曾听到附近传来千百万人锻铁的声音。这幅西夏壁画《打铁图》描绘的就是锻铁的场面。两个铁匠挥舞着大锤在铁砧上锤炼，一人推拉着双木扇风箱。这幅《打铁图》是我国现存最早的锻铁图之一。古代简单铁轮毂（材料成型工艺有所进步）现代复杂制品（材料成型工艺长足进步）人类与猴子的区别在于人类掌握了材料的制备与成型技术^-^小结1.金属材料成型方法铸造压力加工（塑性加工）焊接粉末冶金切削加工（冷加工）

铸造的基本过程：液态金属充型铸件凝固收缩

铸造是指将熔融态的金属（或合金）浇注于特定型腔的铸型中凝固成形的金属材料成形方法。铸造分类特种铸造砂型铸造特种铸造金属型铸造熔模铸造消失模铸造连续铸造离心铸造低压铸造压力铸造七种常见的特种铸造方法砂型铸造概略图

低压铸造火车车轮示意图

连续铸造薄板坯生产线大型压铸机及压铸模熔模铸造工艺流程图消失模铸造示意图压力加工是指在不破坏金属自身完整性的条件下，利用外力作用使金属产生塑性变形，从而获得具有一定形状、尺寸和机械性能的毛坯或零件的加工方法，也称作塑性加工。压力加工（塑性加工）锻造冲压轧制拉拔挤压……自由锻造过程示意图模锻过程示意图轧制过程示意图挤压过程示意图拉拔过程示意图冲压过程示意图冲压设备多辊复合轧制焊接是一种永久性连接金属材料的工艺方法。焊接过程的实质是用加热或加压等手段，借助于金属原子的结合与扩散作用，使分离的金属材料牢固地连接起来。

熔化焊

在高温热源的作用下，填充金属（如焊条）和基体金属发生局部熔化。迅速冷却结晶。随着热源不断移动，从而形成连续的致密层状组织焊缝。

焊缝形成过程示意图

激光焊基本原理：利用激光器受激产生激光束，通过聚焦系统将其聚集成半径微小的光斑，当调焦到被焊工件的接缝时，光能转换为热能，从而使金属熔化形成焊接接头。

利用工件之间的相互摩擦产生的热量同时加压使工件连接到一起的焊接方法。

摩擦焊

摩擦焊示意图

电阻焊利用电流通过被焊工件以及接触部分产生电阻热，使接触部位达到塑性或局部熔化状态，加压焊合而使工件焊接在一起的焊接方法。

2.无机非金属-陶瓷的成形方法

模压成形模压成形是将混合料加入到模具中，在压力机上压成一定形状的坯体的方法。

利用液态、气体或橡胶等作为传压介质，在三维方向对坯体进行压制的工艺。冷等静压可分为干式和湿式两种形式。

冷等静压成形湿式冷等静压（液体为传压介质）干式冷等静压（气体或弹性体为传压介质）冷等静压以水为溶剂、粘土为粘结剂和陶瓷粉体混合，配制成的具有较好流动性的料浆，再将料浆注入到具有产品形状的石膏模中成形的方法。

注浆法成形

这种成形方法借鉴了金属压铸成形的工艺思路，利用石蜡的高温流变特性，对陶瓷石蜡流体进行压力下的铸造成形。

热压铸成形

1）料浆的制备：将经过陶瓷粉体与6～12％石蜡和0.1～

1％硬脂酸或油酸表面活性剂加热到60～80℃再与熔化的石蜡混合即可。

2）压铸：在压缩空气作用下充型，保压冷却，脱模。

借鉴金属的挤压成形和轧制成形工艺。

塑性成形

将具有可塑性的泥料，通过挤机嘴成形。

挤制成形

借鉴金属的挤压成形和轧制成形工艺。

塑性成形

将具有可塑性的泥料，通过挤机嘴成形。

挤制成形

将陶瓷粉体和粘结剂、溶剂等置于轧辊上混炼，使之混合均匀，伴随吹风，溶剂逐步挥发，形成一层厚膜；调整轧辊间距，反复轧制，可制得薄片瓷坯。

轧膜成形3.高分子材料的加工注射成形模压成形浇注成形吹塑成形压延成形拉丝成形

成形方法塑料橡胶合成纤维胶粘剂……

高分子材料

由千百个原子彼此以共价键结合形成相对分子质量特别大、具有重复结构单元的材料

塑料制品的成形工艺

将塑料原料放入成型模加热熔化，加压，使塑料充满整个型腔，同时发生交联反应而固化。模压成型主要用于热固性塑料，适用于形状复杂或带有复杂嵌件的制品，但生产率低、模具成本较高。

模压成形：模压成形示意动画

将塑料原料在注射机料筒内加热熔化，通过推杆或螺杆向前推压至喷嘴，迅速注入封闭模具内，冷却后即得塑料制品。

注射成型：

挤出成型：

将原料在料筒中加热至流动状态，同时通过螺杆向前推压至机头，通过不同形状和结构的口模连续挤出，获得不同形状的型材，如管、棒、带、丝、板等。

吹塑成形：

熔融态的塑料坯通过挤出机或注射机挤出后，置于模具内，用压缩空气将此坯料吹胀，使其紧贴模内壁成型而获得中空制品。本讲小结掌握材料成型的基本概念感性认识材料成型的各种方法及其特点与适用对象下一讲：过程控制基础知识Thankyouforyouattention!

第二讲

过程控制基础材料科学与工程学院Outline过程控制自动化发展概述过程控制系统的组成与分类过程控制系统的性能指标被控对象的特性本讲小结1.过程控制自动化发展概述工业生产要求安全性、稳定性、经济性人工操作受到生理上的限制通常以温度、压力、流量、液位和成分等工艺参数作为被控变量的自动控制系统称为过程控制系统过程控制自动化应运而生！

过程控制自动化发展历程手工操作状态（20世纪40年代前后）标志：规模小、设备简单、凭经验仪表化阶段（50～60年代）标志：现代控制理论大发展+单元组合仪表综合自动化阶段（70年以后）

标志：大规模集成电路+微处理器 局部控制全局控制智能控制阶段（90年以来）

标志：管理与控制+互联网+无线通信的集成

智能化、远程化2.过程控制系统的组成与分类眼看脑想手动QoutQin人工控制示意图储槽液位控制原理图QoutQin控制器变送器执行器自动化装置给定值过程控制系统中常用术语被控对象-储液槽被控变量–

储液槽液位操纵变量–

液体流出量干扰（扰动）–

液体流入量给定值（设定值）–

工艺要求量偏差–

被控变量给定值与测量值之差过程控制系统的组成变送器–

检测被控变量变化，变标准信号后

送控制器

控制器–

根据偏差大小、方向以及变化情况，按照某种预定的控制规律计算后，发出控制信号执行器–

将控制信号转换成位移，并驱动阀的动作，使操纵变量发生相应的变化控制器变送器执行器给定值过程控制系统的任务当被控对象受到干扰使被控变量（温度、压力、流量、液位等）产生偏差时，能够及时检测，并通过合理地调节操纵变量使被控变量回到给定值过程控制系统的分类反馈控制系统串级控制系统前馈控制系统比值控制系统功能分类温度控制系统压力控制系统流量控制系统液位控制系统按被控变量开环控制系统闭环控制系统结构分类简单控制系统复杂控制系统难易程度定值控制系统随动控制系统顺序控制系统按给定值模拟控制系统数字控制系统控制信号3.过程控制系统的性能指标基本概念：稳态-动态-过渡过程-动态特性-受干扰或给定调节作用后，控制系统的响应特性性能要求：系统必须是稳定的-平稳系统应能提供尽可能好的稳态调节-准确系统应能提供尽可能好的过渡过程-迅速过渡过程（动态响应）输入量时间t0t0阶跃信号：响应过程：动态性能指标最大偏差：A衰减比：(A-C)/(B-C)，通常为4:1~10:1余差：C过渡时间：tsytsABC±5%ty(0)其他动态性能指标偏差绝对值积分（IntegralofAbsoluteError:IAE）偏差平方的积分（IntegralofSquaredError:ISE

）时间乘偏差平方积分（ITSE）时间乘偏差绝对值积分（ITSE）性能指标之间的关系有些是相互矛盾的对于不同的控制系统，这些性能指标各有其重要性。应根据工艺生产的具体要求，分清主次，统筹兼顾，保证优先满足主要的品质指标要求。

4.被控对象的特性过程控制系统的控制品质，是由组成系统的各环节的特性所决定的，特别是被控对象的特性对整个控制系统的运行的好坏有着重大影响。外因与内因？被控对象物质或能量流入物质或能量流出

被控对象的阶跃响应特性有自衡能力：当被控对象受到阶跃干扰作用使平衡状态遭到破坏后，在不需要任何外力作用（即不进行控制）下，依靠对象自身的能力，对象的输出（被控变量）便可自发地恢复到新的平衡状态(见动画示意)。2.无自衡能力：当被控对象受到阶跃干扰作用使平衡状态遭到破坏后，在没有其他外力作用下，依靠对象自身的能力无法再达到新的平衡状态。(见动画示意)示例一：一阶微分对象（有自衡能力）由体积守恒可得：

(Q1-Q2)dt=Adh其中：Q2h/R

R——阀的阻力系数由此可得：

RQ1=h+AR(dh/dt)或:

KQ1=h+T(dh/dt)hQ1Q2A

放大倍数K

在系统稳定条件下，输入量与输出量之间的对应关系——系统的静态特性。如：h=KQ+C或h=KQK值越大，系统灵敏度越高。在实际工艺系统中，通常采用比较K值的方法来选择主要控制参数。当然，由于工艺条件和生产成本的制约，实际上并不一定都选择K值最大的因素作为主控参数。时间常数T在一定的输入作用下，被调参数完成其变化所需时间的参数。当对象受到阶跃输入作用后，被调参数如果保持初始速度变化，达到新的稳定值所须的时间。由于调节量越大，被调参数的变化越大。随着调节作用的进行，相对调节量变小，被调参数的变化减小。所以，在阶跃输入后，被调参数的实际变化速度是越来越小的。因此，被调参数变化到新的稳定值(与新输入量相对应的输出量)所需的时间实际上应该是无限长。示例二：积分对象（无自衡能力）由体积守恒可得：(Q1-Q2)dt=Adh其中：Q2=CC-常数由此可得：Q1=Q2+A(dh/dt)或:h=(1/A)(Q1-C)dthQ1Q2

连续铸造薄板坯生产线材料成型过程控制实例本讲小结过程控制中的一些基本概念控制系统与被控对象的性能指标下一讲：常用的自动控制系统Thankyouforyouattention!

第三讲

简单过程控制系统材料科学与工程学院主要内容单回路控制系统结构及特点控制系统字母含义及表示方法被控变量选择及操纵变量选择过程静态特性和动态特性对控制品质的影响本讲小结

简单控制系统简单控制系统又称为单回路反馈控制系统，是指由一个测量变送器、一个控制器、一个执行器和一个被控对象组成的单回路闭环负反馈控制系统简单控制系统方块图执行器控制器被控对象干扰测量变送器给定偏差被控变量-+控制流程图字母意义-1字母第一位字母后继字母字母第一位字母后继字母被测变量修饰词功能被测变量修饰词功能A分析报警P压力C电导率控制Q数量积分累积D密度差R放射性记录E电压S速度安全开关F流量比T温度传送I电流指示V粘度阀K时间W力L物位YM水分Z位置执行机构控制流程图字母意义-2控制器C执行器V变送器T温度TTCTVTT液位LLCLVLT压力PPCPVPT流量FFCFVFT自动控制系统的表示方法（复习）流程图方块图+给定值x测量值-z变送器ep调节作用执行器q被控变量y干扰作用f被控对象控制器控制器输出单回路控制系统特点结构简单、投资少、便于操作和维护；最为成熟，应用广泛，占控制系统的85%以上；适用于被控过程的纯滞后与惯性不大、负荷与干扰变化比较平稳或者工艺要求不太高的场合。被控变量选择选择起决定性作用、并且可以测量的直接参数；可以选用间接参数作为被控参数，但它必须与直接参数有单值一一对应关系；对控制作用的反应具有足够的灵敏度；应考虑到工艺生产的合理性，被控变量应该是独立可调的。操纵变量选择工艺上可控；应是对被控变量影响的诸因素中比较灵敏的变量，即：控制通道的放大系数要大一些；时间常数要小一些；纯滞后时间要尽量小等。应考虑工艺的合理性和生产的经济性。不宜选择生产负荷作为操纵变量执行器的选择分为电动、气动和液动，气动应用最广泛；气动分为气开式和气关式选择气开还是气关的原则：（1）安全第一（2）提高质量（3）节约能源控制规律的特点（1）比例控制规律（P）控制器输出信号与偏差成比例（2）比例积分控制规律（PI）控制器输出信号不仅与偏差成比例，而且与偏差存在的时间成比例（3）比例积分微分规律（PID）

控制器输出信号与偏差成比例，与偏差存在的时间成比例，并且与偏差变化速度成比例几种控制规律的比较控制参数的整定控制器参数：比例度、积分时间、微分时间整定目的：控制器特性匹配被控对象特性整定方法：临界比例度法衰减曲线法经验凑试法*按着PID顺序将控制器参数逐一调整到整定值上。控制器正反作用的确定原则（控制器±）（执行器±

）（被控对象±）（变送器±

）=（-）变送器：变送器的输出随被控变量的的增加而增加为+被控对象：被控变量随操纵变量的增加而增加为+执行器：气开式为+,气关式为-控制器：工作于正作用方式为+，工作于负作用方式为-负反馈系统判断原则：举例:++-+控制器正反作用的确定（示例）本讲小结被控对象的性能指标简单控制系统及各组成的选择下一讲：复杂控制系统Thankyouforyouattention!

第四讲

复杂过程控制系统材料科学与工程学院1.复杂控制系统复合控制系统是由两个及两个以上简单控制系统组合起来的控制一个或同时控制多个参数的控制系统。常见复合控制系统主要有以下几种：串级控制系统均匀控制系统比值控制系统选择性控制系统分程控制系统多冲量控制系统1.1串级控制系统串级控制系统：有两个闭环反馈回路，每个回路都有自己的控制器、测量变送器，但只有一个执行器。两个控制器采用串联控制方式，主控制器的输出作为副控制器的给定值，而由副控制器的输出来控制执行器的动作。所以，主回路是一个定值控制系统，副回路则是一个随动控制系统。例：管式加热炉的控制主参数（目标参数）：出口温度操纵变量：燃料量副变量：炉温出口温度炉温燃料量原料原料量变化炉温变化出口温度变化通过燃料量调节炉温通过出口温度调节炉温设定值管式加热炉流程图和方块图串级控制的特点两个回路：主回路、副回路两个变量：主变量、副变量两个控制器一个执行器改善动态特性：有效克服了滞后自适应能力：可应用于负荷和操作条件变化较大的场合。串级控制的通用方块图串级控制系统中副回路的确定主、副回路应有一定的内在联系副回路应尽可能多地包含干扰因素主要干扰应包含在副回路中；在可能条件下，使副回路包含较多的次要干扰。注意主、副回路的时间匹配，防止“共振”尽量使副回路包含较少的滞后时间。控制规律与正反作用控制规律主回路：无余差——PI、PID控制副回路：快速反应——纯P控制。正反作用主回路：根据主、副变量的关系确定正反作用；副回路：根据系统安全性确定正反作用。1.2均匀控制系统当系统中具有两个相互关联的参数，其中任意一个参数的稳定必然导致另一个参数的大幅度变化，而工艺上需要两者兼顾时，可采用均匀控制。均匀控制的目标：两个参数都是变化的，且变化缓慢；两个参数的变化范围都要尽可能小。1.3比值控制系统比值控制系统：实现两个或两个以上参数符合一定比例关系的控制系统。比值控制方案开环比值控制系统：以一个参数的测定值控制另一个参数；单闭环比值控制系统：以一个参数的测定值计算出另一个参数闭环控制的设定值；双闭环比值控制系统：以一个单闭环参数的测定值计算另一个参数闭环控制的设定值；变比值控制系统：以第三个参数的大小决定上述控制系统的比值。1.4选择性控制系统两种系统保护措施硬保护：极限情况下，声光报警，转入人工控制或停车；软保护：极限情况下，转入另一种控制模式，进行自动处理——选择性控制系统。选择性控制系统分类开关型选择性控制系统：由限位信号切断控制器输出；连续型选择性控制系统：由限位信号切换为另一个控制器输出给执行器；混合型选择性控制系统：采用两个限制信号，同时进行上述两种控制。1.5分程控制系统分程控制系统：由一个控制器同时控制两个执行机构并使之次第执行的控制系统。使用范围：扩大调节范围，提高调节精度；可用于两种不同的介质，以满足工艺要求；用作生产安全的防护措施。分程控制系统示例LTLV1LCLV21.6多冲量控制系统多冲量控制系统：以多个变量经过一定的运算后，共同控制同一个执行器，以实现较高质量的控制系统。多冲量控制系统示例——锅炉液位控制系统LVLCLTLVLCLTFTLVLCLTFTFT单冲量双冲量三冲量2.计算机程序控制系统

工业控制计算机的特点：可靠性强，抗干扰能力强；与用户设备联结方便；可以使用单一的计算机语言，或通用语言。计算机控制基本原理：计算机中，所有数据均以高低电平表示—有电、无电；所有数据存在位置都以地址表示；计算机通过指定地址（包括接口位置）对数据读、写。计算机内部结构原理图

2.1直接计算机控制系统直接数字控制系统DirectDigitalControl——DDC用一台工业计算机配以适当的输入输出设备，从生产过程中经输入通道获取信息，按照预先规定的控制算法计算出控制量，并通过输出通道，直接作用到执行机构上，实现对生产过程的闭环控制。DDC控制系统实质上是以计算机为控制器过程控制系统。DDC控制系统的特点：高可靠性，友好的人机对话界面，方便的显示打印功能，灵活的控制规律。2.2计算机控制网络系统一个独立的计算机工作站就如同一台独立的家用计算机，可以通过网线和服务器构成计算机网络。如同其它计算机局域网一样，通过计算机控制网络同样可以进行数据的传输和远程操作。各工作站的历史数据也可以通过网络按需要进行储存和显示打印。2.3计算机集散式控制系统集散控制系统DistributedControlSystem（DCS）基于计算机网络，按实际功能进行梯阶控制和管理的复杂控制系统。DCS系统组成现场控制站：局部控制、数据采集与传送；人机接口：系统编程（组态）、状态监视、操作；通讯接口：信息传送；通用计算机接口与通用计算机：系统管理、数据输出、打印等。集散式控制系统的特点采用分级梯阶结构过程控制、优化控制、自适应控制、工厂管理；采用微机智能技术采用网络通讯技术丰富的功能软件包强有力的人机接口功能采用高可靠技术提高硬件可靠性，采用冗余配置。本讲小结控制规律的选择复杂控制系统的分类、特点、应用场合计算机控制系统介绍下一讲:温度测量方法及控制Thankyouforyouattention!

第五讲

温度测量与控制

材料科学与工程学院传感器基础测量的基本概念温度测量与控制

3.1温度传感器的分类与特点

3.2常用的温度传感器-热电偶3.3热电偶的常用材料与结构3.4冷端处理及补偿3.5常用的温度传感器-热敏电阻3.6热敏电阻的特点与分类3.7热敏电阻的温度-电阻特性3.8温度测量仪表的选择、安装原则

3.9温度检测与控制举例4.本讲小结本讲内容1.传感器基础温度压力流量液位成分其他传感器（电五官）信息获取化学变化电PH计、微生物传感器舌味觉气体吸附电阻电气味传感器鼻嗅觉压（力）电阻电应变计、压敏元件皮肤触觉声压电微音器(麦克风)耳听觉光电位置、速度电CCD编码器眼视觉传感器举例感官人体感觉

人体五感与传感器物理量的变换传感器（Sensor）能够感受到被测量的变化，并按一定规律和精度转换成可用输出信号的器件或装置。＊可用输出信号通常是指电量，因为电量最便于传输、转换、处理及显示。

人与机器的机能对应关系图外界对象感官传感器人脑微机肢体执行器人：哎，太热了温度计：390C2.测量基础测量是人类对自然界中客观事物取得数量概念的一种认识过程传感器是整个测量系统的最前哨，也是最关键的部件传感器信号传送数据显示测量系统的组成

传感器&测量被测量测量范围？量程？上下限？

测量中的几个基本概念“测量范围”对连续作用的传感器或变送器来说，能够按规定的精确度进行传感或变送的被测变量的范围。其最低值和最高值分别称为“量程上限”和“量程下限”。而量程上限与量程下限的代数差就称为“量程”。35下例体温计测量范围：350C~420C；量程下限：350C

量程上限：420C

量程：70C

绝对误差？相对误差？引用误差？“绝对误差”是指实测值与被测量真值之间的差值。“相对误差”是指绝对误差与被测量真值之比。“引用误差”是指绝对误差与量程之比。

测量仪表品质指标-仪表精度我国仪表精度等级分为：0.005，0.002，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0例题：某台测温仪表的测温范围为1000C~6000C，校验该表时得到的最大绝对误差为±60C，试确定该仪表的精度等级。解：这台仪表的最大引用误差为去掉“±”号和“%”号，其数值为1.2，经对应，该仪表的等级精度为1.5级。仪表盘上常用下面符号表示

1.51.51.5

温度传感器是实现温度检测和控制的重要器件。在种类繁多的传感器中，温度传感器是应用最广泛、发展最快的传感器之一。温度是与人类生活息息相关的物理量。人类社会中，工业、农业、商业、科研、国防、医学及环保等部门都与温度有着密切的关系。工业生产自动化流程，温度测量点要占全部测量点的一半左右。3.温度测量与控制温度是反映物体冷热状态的物理参数。

温度检测系统的组成

测温系统的组成应考虑如下几个方面：

（1）温度范围;（2）使用场合（3）温度响应;（4）传输方式温度检测系统的组成如图4-2所示。温度被测对象温度传感器温度显示仪表k温度被测对象温度传感器温度变送器ka)简单系统b)较完善的系统mA温度显示记录仪k3.1温度传感器的分类与特点

接触式温度传感器特点：简单、可靠、测量精度高，但测量滞后，不宜测量腐蚀性介质，受高温限制。例如：热电阻、热电偶、热敏电阻温度计等

非接触式温度传感器不破坏被测对象温度场，测温速度快，但容易受环境影响，测量误差大，结构复杂，成本高例如：辐射式、光学、比色高温计等3.2常用的温度传感器-热电偶温差热电偶（简称热电偶）是目前温度测量中使用最普遍的传感元件之一。特点：热电动势与温度在小范围内基本上呈单值、线性关系；稳定性较好；响应时间较快；测温范围宽；测温精度高；使用范围广。两种不同的导体或半导体A和B组合成闭合回路，若导体A和B的连接处温度不同（设T＞T0），则在此闭合回路中就有电流产生，也就是说回路中有电动势存在，这种现象叫做热电效应。这种现象早在1821年首先由西拜克（See－back）发现,所以又称西拜克效应。

工作原理回路中所产生的电动势，叫热电势。热电势由两部分组成，即温差电势和接触电势。热电偶原理图TT0AB热端冷端导体材料确定后，热电势的大小只与热电偶两端的温度有关。如果一端温度固定，则回路热电势就只与另一端温度T有关，而且是T的单值函数，这就是利用热电偶测温的原理。只有当热电偶两端温度不同,热电偶的两导体材料不同时才能有热电势产生。热电偶回路热电势只与组成热电偶的材料及两端温度有关；与热电偶的长度、粗细无关。只有用不同性质的导体(或半导体)才能组合成热电偶；相同材料不会产生热电势。

几点结论ET0T0TET0T1T1T电位计接入热电偶回路根据上述原理，可以在热电偶回路中接入电位计E，只要保证电位计与连接热电偶处的接点温度相等，就不会影响回路中原来的热电势，接入的方式见下图所示。3.3热电偶材料和常用热电偶

1.热电偶材料

常用的热电偶材料有铜、铁、铂铑合金和镍铬合金等。2.常用的热电偶（1）铂铑10-铂热电偶（S型）,是一种贵金属热电偶。长期：1300℃、短期：1600℃。（2）镍铬-镍硅（镍铝）热电偶（K型）,是一种廉价热电偶。长期1000℃，短期1300℃。（3）铂铑30-铂铑6热电偶（B型）,亦称作双铂铑热电偶。长期可到1600℃，短期可达1800℃。（4）镍铬-考铜热电偶（E型）长期600℃，短期800℃。。（5）铜-康铜热电偶（T型）。

铠装热电偶

将热电极、绝缘材料和金属保护套管加工成一个坚实的整体，经复合拉伸后形成的热电偶；细：一般直径为1～8mm；长：长度一般为1～20m；具有体积小、精度高、动态响应快、可靠性高、通常不用补偿导线等特点，特别适合于温度控制系统。方法冰点槽法补偿导线法计算修正法补正系数法零点迁移法冷端补偿器法3.4冷端处理及补偿原因热电偶热电势的大小是热端温度和冷端的函数差，为保证输出热电势是被测温度的单值函数，必须使冷端温度保持恒定；热电偶分度表给出的热电势是以冷端温度0℃为依据，否则会产生误差。

冰点槽法把热电偶的参比端置于冰水混合物容器里，使T0=0℃。这种办法仅限于科学实验中使用。为了避免冰水导电引起两个连接点短路，必须把连接点分别置于两个玻璃试管里，浸入同一冰点槽，使相互绝缘。mVABA’B’TCC’仪表铜导线试管补偿导线热电偶冰点槽冰水溶液T0

计算修正法用普通室温计算出参比端实际温度TH，利用公式计算例用铜-康铜热电偶测某一温度T，参比端在室温环境TH中，测得热电动势EAB(T，TH)=1.979mV，又用室温计测出TH=21℃,查此种热电偶的分度表可知，EAB(21,0)=0.84mV，故得EAB(T，0)=EAB(T，21)+EAB(21，T0)=1.979+0.84=2.819(mV)再次查分度表，与2.819mV对应的热端温度T=69℃。注意:既不能只按1.979mV查表，认为T=49℃，也不能把49℃加上21℃，认为T=70℃。EAB(T,T0)=EAB(T,TH)+EAB(TH,T0)

补正系数法把参比端实际温度TH乘上系数k，加到由EAB(T，TH)查分度表所得的温度上，成为被测温度T。用公式表达即

式中：T——为未知的被测温度；T′——为参比端在室温下热电偶电势与分度表上对应的某个温度；TH——室温；k——为补正系数，其它参数见下表。T＝

T′＋

kTH

冷端补偿器法利用不平衡电桥产生热电势补偿热电偶因冷端温度变化而引起热电势的变化值。

零点迁移法应用领域：如果冷端不是0℃，但十分稳定（如恒温车间或有空调的场所）。实质：在测量结果中人为地加一个恒定值，因为冷端温度稳定不变，电动势EAB(TH,0)是常数，利用指示仪表上调整零点的办法，加大某个适当的值而实现补偿。

热电阻温度传感器是基于导体或者半导体的电阻值随温度而变化的特性来测量温度的，其中利用半导体材料的电阻率随温度变化而呈严重非线性变化的热电阻传感器又称热敏电阻。在温度传感器中应用最多的有热电偶、热电阻（如铂、铜电阻温度计等）和热敏电阻。热敏电阻发展最为迅速，由于其性能得到不断改进，稳定性已大为提高，在许多场合下（-40～＋350℃）热敏电阻已逐渐取代传统的温度传感器。

3.5热电阻/热敏电阻温度传感器NTC二极管封装环氧封装、小型化高精度；响应时间快；稳定性好根据不同用途有多种封装结构；使用温区宽高稳定性、高可靠性根据不同用途有多种封装结构；使用温区宽；高稳定性、高可靠性；为客户提供多种便捷服务家用冰箱、空调器；电热水器、整体浴室；冰柜、豆浆机环氧封装、小型化、精度高；可靠性高、响应时间快；引线采用聚脂漆包线、耐热、绝缘性好热敏电阻的特点1．电阻-温度对应关系严重非线性2.电阻温度系数大，可正可负3．响应时间短4．构造简单，易制成体积小形状各异的产品5．不能测高温，推荐1500C以下使用3.6热敏电阻的特点与分类

常用热电阻材料目前世界上用作热电阻的材料主要有铂、铜及镍；我国镍储量较少，故只采用铂、铜两种金属热电阻。

1．正温度系数热敏电阻器（PTC）PositiveTemperatureCoefficient电阻值随温度升高而增大的电阻器，简称PTC热敏阻器。它的主要材料是掺杂的BaTiO3半导体陶瓷。2．负温度系数热敏电阻器（NTC）NegativeTemperatureCoefficient电阻值随温度升高而下降的热敏电阻器简称NTC热敏电阻器。它的材料主要是一些过渡金属氧化物半导体陶瓷。3．突变型负温度系数热敏电阻器（CTR）该类电阻器的电阻值在某特定温度范围内随温度升高而降低3～4个数量级，即具有很大负温度系数。其主要材料是VO2并添加一些金属氧化物。

热敏电阻的分类

热敏电阻器的电阻——温度特性（RT—T）

1234铂丝40601201600100101102103104105106RT/Ω温度T/ºC热敏电阻的电阻--温度特性曲线1-NTC；2-CTR；

3-4PTC

热电阻

Vi热电偶在中、低温区，热电偶输出的热电动势很小；而在中、低温区，用热电阻比用热电偶做为测温元件时的测量精确度更高；热电阻特点：性能稳定、测量精度高，一般可在-270～900℃范围内使用（推荐在150℃以下时选用）。

测温元件的选型原则

-1仪表的精度等级应根据生产工艺对参数允许偏差的大小确定。

仪表选型应力求操作方便、运行可靠、经济、合理等。在同一工程中，应尽量减小仪表的品种和规格。

一般取实测最高温度为仪表上限值的90%，而30%以下的刻度原则上最好不用。

测温元件的选型原则-2热电偶测温反应速度快、适于远距离传送、便于与计算机联用、价廉，故只在测量范围低于150℃时才选用热电阻。热电偶、补偿导线及显示仪表的分度号要一致。

保护套管的耐压等级应不低于所在管线或设备的耐压等级。材料应根据最高使用温度及被测介质的特性来选择。

接触测温元件的安装原则

-1测量流动介质（管道内）温度时，应保证传感器与介质充分接触，与被测介质成逆流状态（至少呈正交式）安装。

感温点应处于管道中流速最大的地方。

尽可能增大传感器的插入深度，温度计应斜插或在管道弯头处插入。

当测温管道过细（直径小于80㎜）时，安装测温元件需加装扩充管。

接触测温元件的安装原则-2热电偶及热电阻在安装时，应使其接线盒的面盖向下，以免雨水或其他污物渗漏。

安装在负压管道上的温度计，必须要保证良好的密封性，以防外界冷空气进入。

用热电偶测量炉膛温度时，应避免与火焰直接接触；避免把热电偶安装在炉门旁或与热物体距离过近之处。接线盒不应碰到被测介质的器壁，以免热电偶冷端温度过高。

通风口通风口通风口中央监控器应用实例１：粮仓温度、湿度检测与控制测量探头（传感器）应用实例２：热轧带钢表面温度的测量用辐射温度计测量热轧带钢表面温度的方法巳被广泛采用。从加热炉出来的钢坯最后到卷取机之前的整个轧制线上，如加热炉出口、粗轧机的入口和出口、精轧机的入口和出口以及在卷取机之前都设有辐射温度计，用以测量各阶段带钢的表面温度。并用此温度信号来控制轧制速度、轧辊压下力和冷却水流量等。Alittleboyaskedhisfather:Daddy,howmuchdoesitcosttogetmarried?

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下一讲:

压力测量方法及控制Thankyouforyouattention!

第六讲

压力与流量的测量方法材料科学与工程学院压力基本概念常用压力测量仪表压力测量仪表的选择与使用流量基本概念常用流量测量仪表流量测量仪表的安装与使用本讲小结本讲内容1.压力基本概念工程技术中所称的“压力”，实质上就是物理学中的“压强”。压力指垂直均匀地作用在单位面积上的力。国际标准SI单位为帕斯卡，简称为帕，符号为Pa,表示1牛顿力垂直均匀地作用在1平方米面积上形成的压力，1帕=1N/m2。

1bar=1.0e5Pa；1标准大气压=1.01325e5Pa；1mmHg=1.33322e2Pa压力的表示方式有三种，即：绝对压力、表压力、负压或真空度。2.常用压力测量仪表液柱式压力计活塞式压力计弹性式压力计电气式压力计按敏感元件的类型进行分类

液柱式压力计测量原理?

活塞式压力计测量原理?

P=G/S

精确度高常用作标准仪表，检验其它压力计特点?

弹性式压力计工作原理：利用弹性元件在被测压力作用下产生弹性变形的原理来度量被测压力。根据敏感元件形式分类：弹簧管式压力计薄膜式压力计波纹管式压力计

电气式压力计电气式压力计，实际上是将弹性元件、液柱式压力计等所产生的微小位移或活塞式压力计所产生的力转换为电信号输出的一类压力计。常见压力变换器有：应变式压力变换器；压电电阻式压力变换器；电感式压力变换器；电容式压力变换器；霍尔片式压力变换器。电阻应变式压力计电线的电阻为：R=L/S当电线受到拉（应）力作用时，L变大，S变小，R变大。当粘一组串联平行细导线（电阻应变片）的金属（弹性元件）因压力变化而发生微小变形（应变）时，细导线的电阻随之发生变化。从而，将压力参数转化为电阻参数。压力变化弹性变形电阻变化电感式压力计磁路的磁阻与铁芯的间隙相关。所以，当衔铁或铁芯的位置发生变化时，其电感也随之发生变化。从而，可以将位移量转化为电感量。电容式压力计电容器的电容量：C=S/d当S或d发生变化时，电容量发生变化。常见压力传感器外形

工业压力变送器数字压力变送器通用压力变送器隔离压力变送器高温压力变送器隔离压差变送器隔离液位变送器微压变送器电容压力变送器隔膜压力变送器绝压变送器双膜压差变送器微型探针压力计暖风空调压力计湿式压力变送器本安压力变送器OEM血压计OEM压力芯片3.压力测量仪表的选择与使用量程：测量稳定压力时最大压力值应不超过满量程的3/4；测量波动压力时应不超过2/3，最低测量压力值应不低于满量程的1/3。精度：一般工业用压力表1.5级或2.5级已足够，科研或精密测量选用0.05级或0.02级精密压力表或标准压力表。环境：根据测量环境如高温、腐蚀、潮湿、振动等以及被测介质性能（腐蚀性、易燃、易爆等）来确定压力表的种类与型号例：若选用弹簧管压力表来测量某设备内的压力，已知被测压力为（0.7-1）Mpa，要求测量的绝对误差不得超过0.02Mpa，试确定该压力表的测量范围及精度等级？可供选择的测量范围有（0-0.6）MPa，（0-1）MPa，（0-1.6）MPa,（0-2.5）MPa选择原则使用原则取压位置：尽量避免涡流影响；避免局部阻力；远离热源和振动；避免导压管产生压差或者测量滞后（<50m）。隔离措施：温度隔离：采用凝汽管；腐蚀性隔离：采用隔离液或者隔离器；脏污隔离：采用空气包。4.流量基本概念单位时间内通过管道某一截面的流体数量，称为“瞬时流量”，按表示方式不同分为

体积流量:

m3/s

质量流量:

Kg/s5.常用流量测量仪表速度式流量计容积式流量计质量流量计按测量途径进行分类

速度式流量计根据测速方法可以分为以下几类：压差流量计转子流量计电磁流量计超声波流量计涡轮流量计堰式流量计压差流量计由流体力学知识可知，流体通过孔板节流装置后，会产生一定的压降。根据流速和压降的关系可以推导出下列方程：通过测量孔板前 后压差即可计算 出流速和流量。p1p2浮子式流量计垂直流道中的金属转子在压差力和重力的共同作用下平衡。压差与流速有关；流速取决于转子的位置。由转子高度可直接读取通过的流量；测量转子位置可进一步获得相应的电气信号。电磁流量计当流道两侧有磁场作用时，导电流体在流动过程中切割磁力线，产生感应电动势：测量管道内无运动部件，具有如下特点：使用可靠；维护方便；寿命长；压力损失小；没有测量滞后现象。超声波流量计多普勒效应：当一束波射向移动的物质并产生散射时，其散射波的频率会产生变化（频移），且频率变化量与物质的运动速度成正比。超声波流量计的特点：非接触式测量；流体中需要有散射粒子：微泡或颗粒。涡轮流量计利用置于流体中的叶轮旋转角速度与流体流速成比例的关系，通过测量叶轮的转速来反映通过管道的体积流量大小（动画示意）。特点：精度高，可以远距离传送，便于显示。

容积式流量计容积式流量计主要包括两类：齿轮式流量计一对紧密啮合的齿轮与壳体之间形成固定的间隙空间，齿轮每旋转一周，有固定流体通过间隙输送通过。流体通过量与齿轮转数成正比。活塞式流量计利用活塞的每一次往复运动输送定量的流体。计量泵：用外力推动容积式流量计即可定量输送流体容积式流量计的最大特点是对被测流体的粘度不敏感，常用于测量重油等粘稠流体。

质量流量计间接式质量流量计分别测量体积流量和密度再用乘法计算出质量流量。直接式质量流量计利用科氏力的作用使弯曲的弹性管道两侧产生震动相位差质量流量计结构比较复杂，只用于压力变化较大的可压缩流体。6.流量测量仪表的安装与使用节流件需安装于流动稳定状态段，安装位置前后应有足够的直管段节流件的开孔与管道的轴线应同心，节流件的端面与管道的轴线垂直

节流件所在管道内流体必须充满管道且为单向流动在测量具有腐蚀性或含有结晶粒以及粘度大、易凝固等液体流量时,需加隔离装置测量气体流量时，必须使管内气体中不能夹带液体。在用电磁流量计时，应避免受到来自环境电磁场的影响Alittleboyaskedhisfather:Daddy,howmuchdoesitcosttogetmarried?

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第七讲

物位的测量方法材料科学与工程学院物位基本概念常用物位测量仪表液位限位控制举例显示仪表的种类及用途本讲小结本讲内容1.物位基本概念液位：容器中液体表面的高低；料位：容器中固体的堆积高度；界位：两相物质的交界面。物位液位料位界位2.常用物位测量仪表直读式物位计浮力式物位计压差式物位计电磁式物位计核辐射式物位计超声波物位计光电式物位计

直读式物位计用带有刻度的透明物质（如玻璃、有机玻璃）作为容器壁的一部分或连通管，可以直接显示容器内液位的高低。

浮力式物位计利用浮子高度随液面或液体界面变化而变化的原理工作。

电容式物位计非导电流体导电容器非导电流体非导电容器导电流体导电容器H电容量变化与物位变化成正比，既适合液位的测量也适合料位的测量

核辐射式物位计放射线通过介质时，其强度衰减与物质的吸收系数和介质层厚度有关：目前，工业上使用的放射线物位计有连续式和间断式两种。H

电极式物位计利用物料的导电性能测量高低液位。可以据此设定最高限位、正常物位以及最高限位最高限位正常物位最低限位

超声波物位计利用声波在空气中传播速度不变的原理，通过检测声波发射和反射全过程的时间间隔可以计算出物料界面到探头的距离，从而得到物位的高低。注意事项：确保反射波能回到探头；防止物料对声波的吸收（如表面泡沫漂浮）。2.液位限位控制举例控制规律AB断开，低位，开启阀门；AC导通，高位，关闭阀门。控制器控制结果：将液位限制在BC之间。ABC执行器

限位控制的过渡曲线ptytyHyL4.显示仪表

用于参数的指示、记录、累积的仪表显示仪表的分类：60年代我国广泛采用I型电动单元组合仪表DDZ-I70年代中期,II型电动单元组合仪表DDZ-II成为过程检测和控制的主流产品：80年代初开始采用III型电动单元组合仪表DDZ-III总的趋势是电动电子仪表逐步取代气动仪表，由集成电路构成的DDZ-III型仪表逐步取代由分离元件制成的I,II型仪表DDZ-电动单元组合

模拟式&数字式仪表模拟式显示仪表是以指针或记录笔的偏转角或位移量来显示被测参数的连续性变化。这类仪表结构简单，价格低廉，能反映测量值的变化趋势。但由于其结构包括信号放大，机械传动以及指示记录机构，因此测量准确度和速度等受到限制。数字式显示仪表是以数字的形式显示被测参数。由于避免了模拟仪表的机械结构，因而测量速度快，分辨力强，准确度高，读数直观，工作可靠，便于与数字计算机连用，更适合生产中的集中检测与控制。

动圈式模拟显示仪表动圈式显示仪表的实质就是指针式电流/电压表。其核心部件是一个磁电式毫安计。动圈式显示仪表通过一定的内置电路可以直接用来作为热电偶、热电阻，以及电流或电压的显示。部分显示表还附带有模拟量输出，以实现简单的控制功能。

动圈显示基本原理磁场中，一个用弹性张丝悬挂的线圈，当线圈有电流通过时，线圈在电磁力的作用下发生偏转；在电磁力矩与张丝的弹性力矩平衡时，线圈达到最大偏转角并稳定下来。指针与线圈相连，指示电流大小。部分动圈仪表采用螺旋弹簧（游丝）代替张丝作为弹性体。NS

动圈式显示仪表使用注意事项型号意义XCZ：显示、磁电、指示XCT：显示、磁电、控制注意配套使用适当调整外接电阻运输时，短路保护（尤其测温时）DDZⅢ光柱显示报警器信号：直流电压：1~5V电流：4~20mA电源：直流：24V交流：220V上限下限上限设定下限设定DDZ光柱显示报警器工作原理A/D转换与数字显示仪模拟量信号：以连续变化的物理量的大小模拟实际参数的大小。数字量信号：以脉冲数表达的实际参数的大小。数字显示仪的主要功能：将模拟量信号转换为数字量信号，并用数字符号显示出来。数字显示仪有单独的标准化（DDZⅢ系列）仪表。有些测试仪表的二次仪表也附带内置的数字显示仪。

数字式显示仪表的分类数字显示仪表电压型频率型单点式多点式单点式多点式显示仪显示报警仪显示输出仪显示记录仪显示报警输出记录仪

数字式显示仪表结构原理检测变送模拟信号A/D转换数字信号电子计数器

寄存器电子译码器显示器A/D转换功能：将电压信号转换为数字脉冲信号；输入与输出电位隔离。构成：低精度时直接用集成芯片转换；单芯片精度取决于输出位数。高精度时分段采用集成芯片转换。对以电流方式输入的信号，先转换成电压信号。电子计数器功能：将A/D转换输出或测试仪表的数字输出按10进制进行分段；构造与工作原理：一般由多个双稳态触发器串联组成；通过依次触发，实现进位。

寄存器功能：暂时储存电子计数器输出结果；隔断计数器非信号输出；根据后续请求定时输出数字信号。结构：一般直接采用RAM芯片构成。

译码器功能：将数字信号翻译为十个数字状态；将每个数字翻译为对应管脚信号。构造：通常由与显示器配套的专用芯片实现。

显示器功能：显示数字分类辉光数码管发光二极管液晶显示器231231231温度：560ºC压力：3.1MPaADollarPerPoint

Aprofessorwasgivingabigtestonedaytohisstudents.Hehandedoutallofthetestsandwentbacktohisdesktowait.Oncethetestwasover,thestudentsallhandedthetestsbackin.Theprofessornoticedthatoneofthestudentshadattacheda$100billtohistestwithanotesaying,"Adollarperpoint."Thenextclasstheprofessorhandedthetestsbackout.Thisstudentgotbackhistestand$64change.

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第八讲

控制器基础材料科学与工程学院控制器的地位及作用

1.1常用控制规律

1.2先进控制策略2.模拟量控制器

2.1模拟量控制器分类

2.2DDZ-III型控制器

2.3举例3.数字量控制器

3.1组成

3.2分类

3.3原理

3.4PLC可编程控制器本讲内容1.控制器的地位及作用控制器执行器被控对象变送器单回路控制系统方框图控制系统心脏控制器在自动化控制系统中起控制作用。它将来自变送器的测量信号与给定值相减以得到偏差信号，然后对偏差信号按一定的控制规律进行运算，运算结果为控制信号，输出至执行器。习惯上，单元组合仪表和单个仪表形式的控制器常称调节器，分为模拟量控制器(电气式)与数字量控制器（电子式）。1.1常用P、I、D控制规律（回顾）比例控制规律（P）：能较快地克服扰动的影响，使系统稳定下来，但有余差；比例积分控制规律（PI）：应用最广泛；比例积分控制规律（PI）：调节通道滞后较小，余差要求苛刻，但系统稳定性降低；比例微分控制规律（PD）：对改善系统的动态性能指标，有显著的效果。不适用于纯滞后较大，测量信号有噪声或周期性扰动的系统；比例积分微分控制规律（PID）：是一种理想的控制规律，但参数整定困难。1.2先进过程控制策略目前配置在过程控制计算机中的先进控制策略及相应软件主要有：多变量预测控制自适应控制（包括自适应PID控制）模糊控制及故障诊断神经元网络等。采用先进控制可以克服由于系统本身的时变性、非线性和外扰的随机性等带来的问题。2.模拟量控制器2.1基本构成比较环节将测量值与设定值进行比较（电流、电压、气压相减），产生偏差信号。放大器将偏差信号、反馈信号、载波信号叠加后进行放大。反馈环节将输出信号通过一定的运算关系反馈到放大器的输入端，以实现比例、积分、微分等控制规律。给定信号比较环节测量信号偏差放大器输出信号反馈环节-2.2DDZ—Ⅲ电动控制

2.2.1仪表的特点采用国际电工委员会（IEC）推荐的统一标准信号：4~20mADC

或1~5VDC，信号电流与电压的转换电阻为250。高度集成化，可靠性高，维修量少。全系统统一采用24VDC电源供电，单元仪表无须单独设置电源。功能齐全，结构合理。具有本安（本质安全）性能。2.2.2基本功能控制功能自动控制：针对偏差，按PID规律自动调整输出。手动控制：由人工直接设定输出值——遥控执行器。软手动：输出随时间按一定的速度增加或减小。硬手动：瞬间直接改变输出值。显示功能输入显示、设定值显示、手动给定显示、输出显示、（输出）限位报警。调整功能给定输入调整：控制参数整定：2.2.3结构原理输入电路PD电路PI电路输出电路软手动电路硬手动电路显示电路内给定电路给定显示外给定值测量信号输出信号2.2.4.外形结构仪表整体为长方体，伸入控制箱（盘）内部PID参数设定位于仪表内部，拉开整个仪表，可用螺丝刀调整变阻器。炉温控制2.3举例例1例2例3例4例5

3.数字式控制器

数字式控制器具有丰富的运算控制功能和数字通讯功能、灵活而方便的操作手段、形象而直观的数字或图形显示、高度的安全可靠性，实现了仪表和计算机的一体化，比模拟控制器能更方便有效地控制和管理生产过程，因而在工业生产过程自动控制系统中得到了越来越广泛的应用。3.1数字量控制器的分类单回路数字控制器为适应DDZ系列单元模式（功能、外形）而设计的简易计算机控制系统。PLC控制器具有大量I/O接口的专用计算机系统，通常使用专门的编程语言。商用计算机基于高性能商用CPU的计算机系统，可使用多种高级语言，具有普通家用计算机的全部功能。3.2数字式控制器构成原理模拟控制器只是由硬件（模拟元器件）构成，它的功能也完全是由硬件构成形式所决定，因此控制功能比较单一；而数字控制器由以处理器（CPU）为核心构成的硬件电路和由系统程序、用户程序构成的软件两大部分组成，其主要是由软件所决定，因此可以实现各种不同的控制功能。

数字式控制器的硬件电路由主机电路、过程输入通道、过程输出通道、人机接口电路以及通信接口电路等部分组成，其构成框图如下页图所示。3.3

数字式控制器的特点

（1）运算控制功能强；（2）通过软件实现所需功能；

（3）带有自诊断功能；（4）带有数字通讯功能；

（5）具有和模拟控制器相同的外特性；

（6）保持常规模拟式控制器的操作方式。数字式控制器的硬件电路3.4可编程逻辑控制器（PLC）可编程逻辑控制器（programmablelogiccontroller：PLC）是一种数字式的电子装置，早期专用于顺序逻辑和程序控制。使用可编程序的存储器来存储指令，实现逻辑运算、顺序控制、计数、计时和算术运算等功能，用来对各种机械或生产过程进行控制。3.4.1PLC特点高可靠性和较强的适应恶劣环境的能力；结构紧凑；速度快；功能强；灵活通用；编程容易；维护方便。3.4.2SLPC可编程调节器

SLPC可编程调节器是一种代表性、功能较为完全的小型可编程调节器，它具有基本PID、串级、选择、非线性、采样PI、批量PID等控制功能，并具有自整定功能，可使PID参数实现最佳整定。用户只需使用简单的编程语言，即可编制各种控制与运算程序，使调节器具有规定的控制运算功能。

3.4.3SLPC可编程调节器的硬件电路SLPC可编程调节器的硬件电路原理图如下页图所示，包括以下部分

（1）主机电路；

（2）过程输入通道；（3）过程输出通道；

（4）开关量输入输出通道；

（5）人/机联系部件；（6）通讯接口电路。

SLPC可编程调节器的硬件电路原理图3.4.4SLPC可编程调节器的软件部分

SLPC可编程调节器的软件由系统程序和功能模块两部分构成，系统程序用于保证整个调节器正常运行，这部分用户是不能调用的。SLPC可编程调节器的功能模块是以指令形式提供的。

SLPC可编程调节器指令有以下4种类型：信号读取指令LD、信号存储指令ST、程序结束指令END和各种功能指令。

SLPC可编程调节器用户程序的编制步骤和方法

（5）列工作清单（worksheet）；

（1）确定调节器应承担的任务；

（2）确定控制功能和控制算法；（3）确定温压补偿运算的数学模型；

（4）数学模型的规格化；

（6）填写数据清单（datasheet）；

（7）程序清单。

“Tellmeagain”,askedthekeeper(看门人),“whyyouparkedthere?”Thedriveransweredrespectfully(尊敬地),“Because,it（指示牌）said'FineforParking”FineforParking

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第九讲

执行器基础材料科学与工程学院执行器的地位及作用执行器的分类3.气动执行器3.1种类3.2流量特性3.3调节阀的选择与安装4.电动执行器5电-液动执行器本讲内容1.执行器的地位及作用控制器执行器被控对象变送器单回路控制系统方框图控制系统的“手脚”执行器是自动化控制系统的终端执行部件，其作用是接受控制器送来的控制信号，并根据信号的大小直接改变操纵量，从而达到对被控变量进行控制的目的。使用最多的执行器就是各种调节阀，它是由执行机构和调节机构两部分组成2执行器的分类

根据使用能源的不同，分为以下三类：气动执行器：以气压为动力，推动机构动作。电动执行器：以电动机为动力源，推动机构动作。液动执行器：以液压为动力源，推动机构动作

目前国内外使用液动的很少，不做重点讲解气动执行机构电动执行机构输入信号0.02-0.1MPa4-20mA(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使用场合适用防火防爆特殊型号防爆价格便宜贵2.1电、气动执行机构特点对比3气动执行器

执行机构执行