第三章：过程控制仪表及装置wxs

第三章：过程控制仪表及装置第三章：过程控制仪表及装置P127ProcessControlInstrumentation

过程控制装置的三大硬件1.变送器transducer2.调节器(控制器)regulator(controller)

3.执行器actuator3.1变送器变送器的功能：把测量的信号转换成为一定标准的信号（如：4~20mA），再送往显示仪表或调节仪表进行显示、记录或调节。变送器的类型1.压力变送器2.差压变送器3.温度变送器4.流量变送器5.液位变送器……

按变送器的驱动能源分为：1.气动变送器：驱动能源：压缩空气2.电动变送器驱动能源：电力变送器的理想输入x和输出y特性应为线性关系见图4-1P127

例：一台压力变送器的压力输入范围为0~1.6MPa，输出为4~20mA，试确定该变送器输出和输入之间的关系。解：设变送器的输入压力为pi，输出为po，根据上式有：3.1.1差压变送器力平衡式电动差压变送器

力平衡式电动差压变送器的组成图4-2P1281.测量部分2.放大器3.反馈部分DDZ-Ⅲ型电动差压变送器的结构与工作原理图4-3P129被测量的压差信号→力→直流电流（4~20mA）。压差信号ΔPi→力Fi→F1→F2、F3

→位移→放大器输出电流I0→反馈线圈、负载→反馈力Ff→反力矩：当杠杆平衡式，输出的电流与被测差压成正比。DDZ-Ⅲ型电动差压变送器的整机方块图图4-14~图4-15P135~136DDZ-Ⅲ型电动差压变送器的主要性能指标1.输出信号：4~20mA2.供电：24VDC±10％3.负载电阻：250~350Ω4.基本误差±0.5％5.变差±0.25％6.灵敏度±0.05％7.稳定性±0.3％压差信号ΔPi→力Fi→F1→F2、F3

→位移→放大器输出电流I0→反馈线圈、负载→反馈力Ff→反力矩：当杠杆平衡式，输出的电流与被测差压成正比。1.杠杆机构P1292.矢量机构P1303.电磁反馈装置P1304.低频位移检测放大器

P1311.低频振荡器2.整流滤波电路3.功率放大器5.安全火花防爆措施P134

结构与原理1.量程调整2.零点迁移3.零点调整P134变送器的量程调整的目的：使变送器的得输出信号上限值与测量值的上限值相对应。

实质：改变输入输出特性曲线的斜率（即比例系数）。反馈部分的反馈系数↑→量程↑零点迁移的目的：使变送器的得输出信号下限值与测量值的下限值相对应。

实质：扩大使用范围但不改变量程、提高测量精度。（即把量程的起点由零→迁移到某一数值）

正迁移、负迁移、无迁移零点调整的目的：同样是使变送器的得输出信号下限值与测量值的下限值相对应。

实质：将起始值调整为零。具体的计算参见例4-2P1353.1.2防爆安全栅

P138在易燃、燃爆的场合所安装的一切仪表装置等应该具有安全火花防爆性能。安全火花：是指火花的能量不足以对其周围可燃介质构成点火源。安全火花型防爆仪表：仪表所产生的火花均为安全火花。危险场所的分类

（P139）1.形成爆炸性气体混合物的场所2.形成爆炸性混合物的场所0级区域（0区）1级区域（1区）2级区域（2区）10级区域（10区）11级区域（11区）

爆炸物

（P139）1.分类2.爆炸性气体的分级与分组见表4-1P140Ⅰ类物质：矿井甲烷Ⅱ类物质：爆炸性气体、可燃蒸汽Ⅲ类物质：爆炸性粉尘、易燃纤维3.爆炸性粉尘的分级与分组见表4-2P140防爆仪表1.隔爆型仪表：标志“d”，仪表电路和接线端子放在隔爆壳体内。2.本质安全型仪表：标志“i”，仪表及设备产生的火花能量不会引起爆炸。采用低的工作电压（＜24VDC）和电流（＜

20mA）；故障电压＜35VDC、电流＜

35mA。防爆仪表铭牌：必须标明合格证、防爆类型、等级等内容。如：ExdiaⅡCT6(P142)防爆安全栅的作用：阻隔非本质安全电路中过大的能量传入本质安全电路中。防爆安全栅电路本质安全电路非本质安全电路防爆安全栅种类1.齐纳式安全栅（电路）：限流、限压；断路保护见图4-21P1422.变压器隔离式安全栅：限流、限压。隔离器件采用变压器图4-20本质安全防爆系统结构图P1413.1.3温度变送器

P142温度变送器：把被测量温度线性地转换为：0~10mA或4~20mADC电流信号.

温度变送器图4-23P1431.直流毫伏变送器2.电阻体温度变送器3.热电偶温度变送器

温度变送器的负反馈形式1.线性反馈（线性电阻网络）Vi~Io成线性关系2.非线性反馈T~Vo成线性关系T~Io成线性关系

热电偶温度变送器组成1.热电偶输入回路2.放大回路（负反馈）热电偶温度变送器原理图4-27P1463.1.4标准仪表的信号标准以及与电源的连接方式P146①标准仪表的信号标准②模拟仪表与电源的连接1.气压信号：20~100kPa2.电信号1.电流：1~5mA；4~20mA

电压：0~5V；±10VDC等电动变送器：输出信号与电源的连接方式为两线制。图4-28P1462.模拟仪表：4~20mADC两线制变送器P1461.电流条件2.电压条件3.功率条件3.2.调节器

P147调节器作用：对参数的测量值和参数的给定值进行比较，得出偏差后，再根据一定的调节规律产生输出信号，从而推动执行器工作。

调节器（也称为控制器）1.正作用调节器：被调参数的测量值↑→调节器的输出信号↑2.反作用调节器：被调参数的测量值↑→调节器的输出信号↓调节器的分类1.直接作用调节器：调节器不需要外加能源，如自力式调节器。2.间接作用调节器：调节器需要外加能源。1.电动调节器2.气动调节器3.液动调节器3.2.1调节器调节规律的实现方法PID调节器1.积分时间Ti→∞,→PD调节器2.微分时间TD=0,→PI调节器3.积分时间Ti→∞和微分时间TD=0,→P调节器构成各种调节规律的方框图：见图4-29P147调节器传递函数W(S):K→∞利用反馈回路特性实现各种调节规律PID调节器实际上是一个运算装置运算功能的组成2.运算放大器:见表4-4P149

1.阻容（RC）电路：见表4-3P148基本的PID电路见图4-30P149PID调节器的组成：输入电路、PID运算电路和输出电路。3.2.2PID调节器的硬件结构PID调节器的组成见图4-31P1501.输入电路：偏差检测、内给定稳压电源、内外给定切换开关、正反作用开关、滤波等电路。见图4-32P1502.PID运算电路：对偏差进行运算3.输出电路：提供调节器的输出信号6.指示电路：如偏差指示、输入指示、输出指示4.手动操作电路：把人工控制的“手动电流”输出到执行器5.输出限幅电路：把输出的信号限制在一定的范围输入电路见图4-32P150

电动调节器（DDZ-Ⅲ型）1.基型调节器2.特殊调节器1.全刻度指示调节器

原理图、线路图见图4-33~34

P152~1532.偏差指示调节器全刻度指示调节器工作状态1.自动操作2.软手动操作：手动操作动作停止→输出变化就停止。3.硬手动操作：手动操作杆位置→输出变化的大小（对应关系）DDZ—Ⅲ型调节器

全刻度指示调节器原理图调节微分时间调节比例度（PB）调节积分时间基型调节器组成部分的工作原理：P152①输入回路：比较输入信号Vi与给定信号Vs→得出偏差信号→电平移位→以参考电位Vb作为基准信号。见图4-35P154(输入信号Vi与给定信号Vs)~V01的关系（Vi-Vs)=e输出信号输入信号V01②运算回路：1.PD回路功能：输出信号V02与输入信号V01大小、变化速度和极性有关

见图4-36

P1552.PI回路功能：偏差存在则输出信号就会不断变化，直至消除偏差。输出信号V03与输入信号V02的关系

见图4-39

P156输入信号V01输出信号V02输入信号V02输出信号V03（1~5V）调节微分时间调节比例度（PB）积分时间档位调节积分时间③

输出回路功能：把运算回路的输出电压信号V03（1~5VDC）→转换成为调节器的输出电流信号Io（4~20mADC）见图4-42P158输入信号V03（1~5V）输出信号Io（4~20mA）④手动操作回路：通过“手动-自动”开关切换见图4-43P159输出信号V03（1~5V）输入信号V02手动1-----软手动操作手动2-----硬手动操作硬手动时：调节位置~输出的关系调节积分时间软手动时：改变调节器输出变化速度⑤指示回路：如利用电流表、电压表等作为信号指示表见图4-44P159⑥仪表面板布置

见图4-46~47

P160~161正面侧面输入信号Vi（1~5V）输出信号Io（1~5mA）取3V时：指示表应指示50%3.3.执行器actuator

P161执行器：是自动控制系统的终端部件。它的作用是接受调节器送来的信号，自动改变操纵量（动作），对被调参数进行调节。执行器1.气动执行器Pneumaticactuator2.电动执行器Electric

actuator3.液动执行器Hydraulic

act