《过程控制与自动化仪表》课件 第4、5章 过程参数检测与变送、过程控制装置

过程控制与自动化仪表第4章过程参数检测与变送掌握误差的计算方法。掌握变送器量程调整、零点调整和零点迁移的方法。掌握温度、压力、流量、物位参数测量仪表的类型、选用及安装。3了解过程参数检测仪表的信号制与传输方式。124过程控制与自动化仪表24.1过程参数检测仪表概述过程参数检测与变送作为过程控制技术的一个重要组成部分，是实现过程控制的基础。过程控制系统一般都是负反馈控制系统。至少包括四个基本组成部分：被控制对象（或称被控过程）、检测装置（包括传感器和变送器）、控制器（或称调节器）和执行机构。过程控制与自动化仪表3１.传感器能感受规定的被测量，并按照一定规律将其转换为可用电量的器件或装置就是传感器。4.1.1传感器与变送器敏感元件是直接感受被测物理量，并以确定关系输出另一物理量的元件。传感元件的作用是将敏感元件输出的非电量转换为电参量。测量转换电路的作用是将传感元件输出的电参量转换为便于传输和处理的电量。过程控制与自动化仪表42.变送器变送器是把传感器的输出信号转变为可被控制器识别的信号的一种转换器。4.1.1传感器与变送器过程控制与自动化仪表54.1.2检测仪表的信号制与传输方式1.信号制信号制是指在成套仪表系列中，各个仪表的输入／输出之间采用何种统一的标准信号进行联络和传输的问题。过程控制仪表使用联络信号标准电动信号标准气动信号20～100kPa的模拟气压信号DC4～20mA或DC0～20mA为什么采用直流电流信号作为标准信号呢？过程控制与自动化仪表62.检测仪表的传输方式检测仪表的信号传输方式一般有两种：串联型和并联型。串联型并联型电流信号传输时仪表之间的连接电压信号传输时仪表之间的连接4.1.2检测仪表的信号制与传输方式过程控制与自动化仪表7电流传输电压接收时仪表之间的连接4.1.2检测仪表的信号制与传输方式过程控制与自动化仪表83.变送器的信号传送与供电方式变送器信号传送和供电的方式有三种，即四线制、两线制和三线制。四线制传输两线制传输4.1.2检测仪表的信号制与传输方式过程控制与自动化仪表9三线制传输4.1.2检测仪表的信号制与传输方式过程控制与自动化仪表104.1.3误差的概念及表述１.绝对误差绝对误差是指仪表的实测示值x与真值xａ的差值，表示为Δx，即2.相对误差相对误差是绝对误差Δx与真值xａ的比值，表示为γａ，即过程控制与自动化仪表114.1.3误差的概念及表述3.引用误差引用误差是绝对误差Δx与检测仪表量程BX比值的百分数，即4.准确度准确度又称为精度，主要用于反映仪表的准确程度。过程控制与自动化仪表124.1.3误差的概念及表述某台测温仪表的测温范围为200～700℃，校验该表时得到的最大绝对误差为+4℃，试确定该仪表的准确度等级。【解】

该仪表的最大引用误差为

确定这台测温仪表的准确度等级为1.0级。举例过程控制与自动化仪表134.1.3误差的概念及表述某台测温仪表的测温范围为0～1000℃。根据工艺要求，温度指示值的误差不允许超过±7℃，试问：应如何选择仪表的准确度等级才能满足以上要求？【解】根据工艺要求，仪表允许的最大相对误差为选择0.5级仪表才能满足工艺要求。举例过程控制与自动化仪表144.1.4变送器的量程调整、零点调整和零点迁移变送器的构成原理及变送器输出输入关系变送器的构成原理图变送器输出/输入关系图过程控制与自动化仪表15变送器的量程调整量程调整的目的是使变送器输出信号的上限值ymax与测量范围的上限值xmax相对应。变送器量程调整前后的输入／输出特性曲线4.1.4变送器的量程调整、零点调整和零点迁移过程控制与自动化仪表16变送器的零点调整零点调整目的都是使变送器输出信号的下限值ymin与测量信号的下限值xmin相对应。变送器零点调整前后的输入／输出特性4.1.4变送器的量程调整、零点调整和零点迁移过程控制与自动化仪表17零点迁移零点迁移的目的都是使变送器输出信号的下限值ymin与测量信号的下限值xmin相对应。变送器零点迁移前后的输入／输出特性曲线4.1.4变送器的量程调整、零点调整和零点迁移过程控制与自动化仪表184.1.5检测仪表的分类（1）按被测量分类可分为温度检测仪表、压力检测仪表、流量检测仪表、物位检测仪表、机械量检测仪表及过程分析仪表等。（2）按测量原理分类

可分为电容式、电磁式、压电式、光电式、超声波式及核辐射式检测仪表等。（3）按输出信号分类可分为输出模拟信号的模拟式仪表、输出数字信号的数字式仪表，以及输出开关信号的检测开关（如振动式物位开关、接近开关）等。（4）按采用换能分类

可分为一次仪表和二次仪表。过程控制与自动化仪表194.2温度检测仪表温度是表征物体冷热程度的物理量，温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量，而用来度量物体温度数值的标尺称为温标。国际上用得较多的温标有华氏温标、摄氏温标、热力学温标和国际实用温标。华氏温标、摄氏温标和热力学温标的对比过程控制与自动化仪表204.2.1概述过程控制与自动化仪表21常见测温仪表过程控制与自动化仪表224.2.2热电偶1.热电偶的工作原理热电偶是基于热电效应原理进行温度测量的。A、B—热电偶C—导线D—显示仪表t—热端温度t０—冷端温度过程控制与自动化仪表23几种常用标准型热电偶热电偶名称代号分度号热电偶材料测温范围/℃平均灵敏度特点补偿导线铂铑30-铂铑6WRRB正极铂70%，铑30%负极铂94%，铑6%0～180010μV/℃价贵、稳定、精度高，可在氧化性环境中使用。冷端在0～100℃间可不用补偿导线铂铑10-铂WRPS正极铂90%，铑10%负极铂100%0～160010μV/℃同上。热电特性的线性度比B好。铜-铜镍合金镍铬-镍硅WRNK正极镍89%，铬10%负极镍94%，硅3%0～130040μV/℃线性度好，价廉。铜-康铜镍铬-康铜WREE正极镍89%，铬10%负极铜60%，镍40%－200～90080μV/℃灵敏度高，价廉，可在氧化及弱还原环境中使用。铜-康铜WRCT正极铜100%负极铜60%，镍40%－200～40050μV/℃最便宜，但铜易氧化，用于150℃以下温度测量。过程控制与自动化仪表24由于热电偶的分度值都是以冷端温度等于0℃时为基准的，所以当冷端温度不为0℃而为t0时，温度与热电动势之间的关系可用下式进行计算E(t,0)和E(t0,0)分别为热电偶的热端温度为ｔ和ｔ0而冷端温度为0℃时产生的热电动势，其值可从附录的热电偶分度表中直接查得。4.2.2热电偶过程控制与自动化仪表25用一只镍铬-镍硅热电偶（分度号为K）测量炉温，已知热电偶工作端温度为800℃，自由端温度为20℃，求热电偶产生的热电动势E(800,20)。【解】

由附录B可以查得E(800,0)

=33.277mVE(20,0)

=0.798mV将以上数据代入得E(800,20)=E(800,0)-E(20,0)=33.277mV-0.798mV=32.479mV举例4.2.2热电偶过程控制与自动化仪表26热电偶在与显示仪表相连时，回路中必定要引入第三种导体Ｃ,只要保证该导体两端温度相同，热电偶回路中所产生的热电动势与没有接入第三种导体时所产生的热电动势就相同。引入第三种导体Ｃ热电动势分析4.2.2热电偶由于由于则过程控制与自动化仪表272.热电偶的结构热电偶一般做成棒形，由热电极、绝缘管、保护管和接线盒四个基本部分构成。4.2.2热电偶过程控制与自动化仪表283.热电偶的类型（１）普通热电偶普通热电偶主要用于测量气体、蒸汽和液体等介质的温度，根据测量范围和环境的不同，可选择合适的热电偶和保护管。常见普通热电偶4.2.2热电偶过程控制与自动化仪表29（２）铠装热电偶铠装热电偶的优点是小型化，对被测温度反应快，力学性能好，结实牢靠，耐振动和耐冲击，可以弯成各种形状。铠装热电偶截面图1—套管2—热电极3—绝缘材料铠装热电偶外形4.2.2热电偶过程控制与自动化仪表304.2.2热电偶（３）薄膜热电偶这种热电偶是用真空蒸镀（或真空溅射）、化学涂层等工艺，将热电极材料沉积在绝缘基板上形成的一层金属薄膜。薄膜热电偶1—测量接点2—铁膜3—铁丝4—镍丝5—接头夹具6—镍膜7—衬架过程控制与自动化仪表314.2.2热电偶４.热电偶冷端温度的影响及补偿（１）利用补偿导线延伸冷端补偿导线连接图过程控制与自动化仪表324.2.2热电偶（２）冷端温度的补偿常用的补偿方法有冰浴法、查表修正法、校正仪表零点法和补偿电桥法等。具有补偿电桥的热电偶测温补偿电路冰浴法就是将冷端放入冰水混合物中，保持冷端为0℃。多用于实验室。查表修正法是用计算的方法来修正冷端温度，可消除冷端温度为恒定值时对测温的影响。只适用于实验室或临时测温。校正仪表零点法将显示仪表的机械零点调至t0处，相当于在输入热电偶热电势之前就给显示仪表输入了电势E（t0,0），只能在测温要求不太高的场合下应用。补偿电桥法就是在热电偶的测量线路中附加一个电势，如右图所示。过程控制与自动化仪表334.2.3热电阻１.测温原理热电阻是利用导体和半导体在温度变化时自身电阻也随之发生变化的原理来测量温度的。热电阻温度计主要有两种类型：金属热电阻和半导体热敏电阻。金属热电阻在温度升高时，电阻将增加；但半导体热敏电阻一般随温度的升高而减小，其灵敏度比金属热电阻高。热电阻测温系统过程控制与自动化仪表344.2.3热电阻2.常用金属热电阻目前金属热电阻主要包括铂热电阻和铜热电阻两大类。常用铂热电阻有两种：分度号分别为Pt100和Pt10，其中100、10表示温度t=0℃时的电阻值，即R0分别为100Ω和10Ω。常用铜热电阻有两种：分度号分别为Cu100和Cu50，其中100、50表示温度t=0℃时的电阻值，即R0分别为100Ω和50Ω。过程控制与自动化仪表354.2.3热电阻3.金属热电阻的外形及结构（１）热电阻的外形防爆型小型普通型插座式铠装型过程控制与自动化仪表364.2.3热电阻（２）金属热电阻的结构形式铂热电阻结构1—金属保护管2—热电阻元件3—绝缘材料4—引线过程控制与自动化仪表374.2.4温度变送器温度变送器的作用是将热电偶或热电阻输出的电动势值或电阻值转换成统一的标准信号，再送给其他仪表进行指示、记录或控制。温度变送器组成的温度检测系统框图过程控制与自动化仪表38温度变送器外形SBW系列温度变送器4.2.4温度变送器过程控制与自动化仪表394.2.5温度测量仪表的选择和安装１.测温仪表的选择热电偶及热电阻等测温元件在测量温度时，必须同被测对象接触才能感受被测温度的变化，这种测量仪表称为接触式温度测量仪表。２.测温元件的安装测温元件的安装位置过程控制与自动化仪表403.测温元件的布线要求测温元件处安装扩大管图接线盒面盖向上安装4.2.5温度测量仪表的选择和安装过程控制与自动化仪表414.3压力检测仪表在工业自动化生产过程中，压力和差压的检测相当广泛，正确测量和控制压力是保证生产良好运行，达到优质高产、低功耗的重要环节，如锅炉汽包压力、炉膛压力检测，加热炉压力等。此外，还有一些不易直接测量的参数（如液位、流量等）往往需要通过压力或差压的检测来间接获取。因此，压力和差压的测量在各类工业生产中（如石油、电力、化工、环保等领域）占有重要地位。过程控制与自动化仪表424.3.1概述１.压力在工程上，压力定义为垂直而均匀地作用在单位面积上的力，其数学表达式为以完全真空（即绝对零压）作参考点的压力称为绝对压力，用符号ｐ１表示。由地球表面大气层空气重力所产生的压力称为大气压力，用符号ｐ０表示。以大气压力为参考点，大于或小于大气压力的压力称为表压力。工业上所用的压力仪表指示值多为表压力。表压力等于绝对压力与大气压力之差当被测压力低于大气压力的压力值，称为负压，也叫真空度任意两个相关压力之差称为差压（Δｐ过程控制与自动化仪表434.3.1概述2.压力检测仪表的分类液柱式压力计弹性式压力计活塞式压力计电气式压力计3.测压原理过程控制与自动化仪表444.3.1概述常见压力检测仪表过程控制与自动化仪表454.3.2压力计压力或真空度测量仪表按照信号转换原理的不同，大致分为四类：液柱式压力计、弹性式压力计、活塞式压力计及电气式压力计弹性压力计组成框图过程控制与自动化仪表464.3.2压力计机械式弹簧管压力计１—弹簧管２—拉扦３—扇形齿轮４—中心齿轮５—指针６—仪表刻度板７—游丝８—调整螺钉（或滑销）９—接头过程控制与自动化仪表474.3.3压力传感器压力传感器是压力检测系统中的重要组成部分，由各种压力敏感元件将被测压力信号转换成容易测量的电信号输出，用于显示仪表显示压力值，或供控制和报警使用。过程控制与自动化仪表484.3.3压力传感器（1）应变式压力传感器

应变片式压力传感器原理示意图过程控制与自动化仪表494.3.3压力传感器（2）霍尔式压力传感器霍尔片式弹簧管压力传感器1—弹簧管2—磁钢3—霍尔片霍尔效应过程控制与自动化仪表504.3.3压力传感器（3）压阻式压力传感器压阻式压力传感器结构1—基座2—单晶硅片3—导环4—螺母5—密封垫圈6—等效电阻过程控制与自动化仪表514.3.4压力变送器压力变送器可将液体、气体或蒸气的压力、液位、流量等被测变量转换成统一的标准信号。压力变送器的类型很多，有矢量机构式、微位移式以及利用通信器组态来进行仪表调校及参数设定的智能式压力变送器。过程控制与自动化仪表524.3.4压力变送器１.电容式压力变送器电容式压力变送器是一种开环检测仪表，具有结构简单、过载能力强、可靠性好、测量精度高等优点，其输出信号是标准的4～20mADC电流信号。

电容式压力变送器外形过程控制与自动化仪表534.3.4压力变送器电容式压力变送器结构及工作原理框图1—隔离膜片2、7—固定弧形电极3—硅油4—测量膜片5—玻璃层6—底座8—引出端过程控制与自动化仪表544.3.4压力变送器2.智能压力变送器ST30000工作原理框图过程控制与自动化仪表554.3.5压力计的选择与安装１.压力计的选择（１）仪表类型的选用（２）仪表量程的选择（３）仪表准确度等级的选择过程控制与自动化仪表564.3.5压力计的选择与安装2.压力计的安装压力计安装示意图１—压力计２—切断阀３—凝液管４—取压容器５—隔离罐过程控制与自动化仪表574.4流量检测仪表物质的存在一般可以分为三种状态，即固态、液态和气态，流动状态的物体称为流体。在工业中，凡是涉及流体介质的生产流程都有流速与流量的测量和控制问题。在生产过程中，为了有效地进行操作、控制和监督，常需要检测各种流体的流量。过程控制与自动化仪表584.4.1概述１.流量的定义流量通常是指单位时间内流经工艺管道某截面流体的数量，也就是所谓的瞬时流量；而把在某一段时间内流过工艺管道流体的总和，称为累积流量。２.流量的测量方法测量流量的方法很多，有容积法、流速法、质量法及水槽法等。过程控制与自动化仪表594.4.1概述常见流量计实物过程控制与自动化仪表604.4.2差压式流量计差压式流量计示意图差压式流量计主要由三部分组成（如图所示）：第一部分为节流装置，它将被测流量值转换成差压值；第二部分为信号的传输管线；第三部分差压变送器，用来检测差压并转换成标准电流信号，用于量值显示或控制之用。过程控制与自动化仪表614.4.2差压式流量计１.节流装置（1）节流现象和测量原理当流体在管道中流动的时候，总能量是不变的，即动、静压头和流动过程中的压力损失之和为一常数，这就是伯努利定律。孔板及压力、流速分布图流速为v，密度为，静压头为P

过程控制与自动化仪表62过程控制与自动化仪表63过程控制与自动化仪表644.4.2差压式流量计（2）标准节流装置差压式流量计常用的标准节流装置有孔板、喷嘴，文丘里管等。孔板的优点是应用广泛，结构简单，安装方便，适用于大流量的测量，但流体经过孔板后压力损失大，当工艺管道上不允许有较大的压力损失时，不宜采用。喷嘴和文丘里管则压力损失较孔板小，但结构比较复杂，不易加工。过程控制与自动化仪表654.4.2差压式流量计（3）取压方式2.差压式流量计的特点及安装使用过程控制与自动化仪表664.4.3转子流量计在工业生产中，测量小流量、低流速的流体流量时，对流量计的灵敏度、准确度都有一定的要求。对管径小于50mm和流量小到几升的流体流量的测量特别适合采用转子流量计。过程控制与自动化仪表674.4.3转子流量计１.工作原理

转子流量计主要由两个部分组成，一是由下往上逐渐扩大的透明玻璃制成的锥形管，二是放在锥形管内可自由运动的转子。转子流量计内部结构及工作原理１—锥形管２—转子过程控制与自动化仪表684.4.3转子流量计2.转子流量计的使用条件及注意事项1）量程比为10:1，尤其适合小流量的测量。2）由于压力损失小，被测介质流量变化时反应快，使用时要垂直安装、不能倾斜。被测介质应由下往上通过，不能接反。3）被测介质如果有污垢，会使转子质量、环隙流通截面积发生变化，造成误差。4）选用不同材料的同样形状转子可实现量程的改变。5）流量计在投入工作时，要缓缓开启前面的阀门。过程控制与自动化仪表694.4.4其他流量计１.涡轮流量计在化工、炼油生产中广泛地采用涡轮流量计，它是利用流体动量原理实现流量测量的。涡轮流量计外形涡轮流量计内部结构1—涡轮2—导流器3—磁电感应转换器4—外壳5—前置放大器过程控制与自动化仪表704.4.4其他流量计2.电磁流量计在流量测量中，当被测介质具有导电性时，可以用电磁感应的方法来测量。它的特点是可以测量酸、碱、盐溶液和含有固体颗粒、泥沙及纤维液体的流量。电磁流量计外形图电磁流量计原理图过程控制与自动化仪表714.4.4其他流量计3.椭圆齿轮流量计椭圆齿轮流量计是应用容积法测量流量的，这种测量方法与日常生活中用容器计量体积的方法类似，实际上是用容积积分的方法，直接测量流体的体积总量。椭圆齿轮流量计外形椭圆齿轮流量计的测量原理过程控制与自动化仪表724.4.4其他流量计４.靶式流量计靶式流量计是利用测量流体的动量来反映流量大小的。靶式流量计实物图靶式流量计示意图过程控制与自动化仪表734.4.4其他流量计5.超声波流量计由于声波传播速度与流体的流速有关，因而可以通过测量声波在流动介质中的传播速度的方法，求出流速和流量。超声波测量流量示意图超声波测速原理过程控制与自动化仪表744.4.5流量检测仪表的选择全面了解各类检测元件及流量仪表的特点和正确认识它们的性能，是合理选用检测元件及仪表的前提。各种流量检测元件及仪表可依据流量刻度或测量范围、工艺要求和流体参数变化、安装要求、价格、被测介质或对象的不同进行选择。过程控制与自动化仪表754.5物位检测仪表物位检测在现代化生产中的地位日趋重要。通过物位的测量，可以正确获知容器内所存储物质的数量；监视或控制容器中介质的物位，使其保持在工艺要求的高度，或对它的上、下限位置进行报警，以及根据物位来连续监视或控制容器中流入与流出物料的平衡。过程控制与自动化仪表764.5.1概述物位是指设备和容器中液体或固体物料的表面位置。对应不同性质的物料又有以下的定义：液位指设备和容器中液体介质表面的高低；料位指设备和容器中所储存的块状、颗粒或粉末状固体物料的堆积高度；界位指两种密度不同互不相容液体之间或液体与固体之间的分界位置。物位是液位、料位、界位的总称。对物位进行测量、指示和控制的仪表，称为物位检测仪表。过程控制与自动化仪表774.5.1概述几种常用物位检测仪表a）玻璃板液位计

b）核辐射式物位计

c）光学液位计过程控制与自动化仪表784.5.1概述液位检测方法过程控制与自动化仪表794.5.2差压式液位计由于容器的液位高度h与底部压力p成正比，于是，可将压力变送器用于液位的测量。法兰式差压变送器过程控制与自动化仪表804.5.2差压式液位计单法兰液位计用于对于对大气开口的容器中液位的测量，可以按对容器底部的压力检测来确定液位。双法兰液位计适用闭口容器液位检测，这是因为液面以上空间压力并非是大气压。过程控制与自动化仪表814.5.2差压式液位计在使用差压变送器测量液位时，一般来说，由于仪表安装不可能与容器底部于同一水平面，所以需要进行零点迁移。过程控制与自动化仪表824.5.3其他物位检测仪表１.电容式物位计电容式物位计是用于检测液位、料位和界位的测量仪表。它是把物位变化转换成电容量的变化，然后再变换成统一的标准信号来检测。电容器的组成1—内电极2—外电极两圆筒间的电容量C

过程控制与自动化仪表834.5.3其他物位检测仪表（1）液位检测电容式液位计非导电介质的液位测量1—内电极2—外电极3—绝缘套4—流通小孔过程控制与自动化仪表844.5.3其他物位检测仪表（2）料位检测电容式物位计适用于各种导电、非导电液体的液位或粘性料位的远距离连续测量和指示，也可用于导电和非导电液体之间及两种介电常数不同的非导电液体之间的界面测量。它不受真空、压力及温度等环境的影响，安装方便，结构牢固，易维修，价格较低，但选型时应根据现场实际情况，即被测介质的性质（导电性、粘性）、容器类型（规则／非规则、金属／非金属）选择合适的电容式物位计。测量料位的示意图1—金属电极棒2—容器壁过程控制与自动化仪表854.5.3其他物位检测仪表2.超声波物位计超声波物位计是通过测量从发射超声波至接收到被物位界面反射的回波的时间间隔来确定物位高低的。外形超声波测量物位的原理图过程控制与自动化仪表86过程控制与自动化仪表第5章过程控制装置熟悉DDZ-Ⅲ型调节器的基本构成及应用特点、调校方法。掌握AI系列数字式调节仪的使用方法。掌握调节阀的类型、特性及使用方法。3了解调节器的分类及主要功能。124了解电-气转换器及阀门定位器的工作原理及适用条件。熟悉安全栅的基本类型及使用方法。56过程控制与自动化仪表885.1控制器在自动控制系统中，检测仪表将被控变量转换成测量信号后，一方面送显示仪表进行显示记录，另一方面送到控制仪表，调节被控变量到预定的数值上。这些控制仪表分为变送器、调节器及执行器等几类，它的发展经历了基地式控制仪表、单元组合式控制仪表及计算机控制系统等阶段。过程控制与自动化仪表895.1.1基地式调节器和自力式调节器1.基地式调节器用磁电式指示仪表和放大电路组成的基地式调节器，只需配接适当的传感器（如热电偶）和执行器件，就能构成兼有显示功能的简单调节系统。其结构紧凑、使用方便，但是它的被调参数不能改变。过程控制与自动化仪表90XCT系列指示调节仪表主要结构示意图5.1.1基地式调节器和自力式调节器1—动圈2—指针3—标尺4—铝旗5—线圈6—高频振荡电路7—电炉8—加热丝9—测温元件10—调节螺杆11—设定针12—针挡过程控制与自动化仪表912.自力式调节器5.1.1基地式调节器和自力式调节器过程控制与自动化仪表92比例式液位调节器原理图5.1.1基地式调节器和自力式调节器过程控制与自动化仪表935.1.2电动单元式调节器单元组合式控制仪表是将整套仪表按照功能划分成若干独立的单元，各单元之间用统一的标准信号连接。单元组合式控制仪表按照连接信号的不同可分为气动单元组合式控制仪表和电动单元组合式控制仪表两类。过程控制与自动化仪表941.DDZ-Ⅲ型仪表概述DDZ-Ⅲ型仪表是模拟式控制器中较为常见的一种，它用来自变送器或转换器的1～5V直流测量信号作为输入信号，与1～5V直流设定信号相比较得到偏差信号，然后对此信号进行PID运算后，输出1～5V或4～20mA的直流控制信号，从而实现对工艺变量的控制。DDZ-Ⅲ型仪表传输示意图5.1.2电动单元式调节器过程控制与自动化仪表952.分类与型号（1）分类根据单元功能及结构特点，DDZ-Ⅲ型仪表大体有八个基型品种：①差压型二线制变送器；②温度变送器；③安全栅；④调节器；⑤指示记录仪；⑥计算单元；⑦电-气转换器；⑧电源箱。按使用场所分为危险场所和安全场所两种仪表：按安装方式可分为现场安装、盘面安装和盘后安装三种仪表。按仪表在系统中的作用和特点可分为变送单元、转换单元、显示单元、调节单元、计算单元及辅助单元等。（2）型号Ⅲ型电动仪表以电（Dian）、单（Dan）、组（Zu）三字的汉语拼音字母标志，即DDZ，整套仪表取名为DDZ-Ⅲ型电动单元组合式控制仪表。5.1.2电动单元式调节器过程控制与自动化仪表963.调节单元结构原理

DDZ-Ⅲ型调节器原理框图5.1.2电动单元式调节器过程控制与自动化仪表974.DDZ-Ⅲ型电动单元调节器的基本使用方法（1）通电准备（2）用手动操作启动（3）由手动切换到自动（4）自动控制（5）由“自动”切换到“手动”（6）“内”给定与“外”给定的切换5.1.2电动单元式调节器过程控制与自动化仪表985.1.3数字式控制器数字式控制器以其强大的控制功能、灵活方便的操作手段、清晰直观的数字显示以及安全可靠、性价比高等特点，逐渐得到推广应用。数字式控制器以微处理器为运算和控制核心，可由用户编制程序，组成各种控制规律。数字式控制器有如下主要特点：1）实现了模拟仪表与计算机一体化。2）具有丰富的运算控制功能。3）使用灵活方便，通用性强。4）具有通信功能，便于系统扩展。5）可靠性高，维护方便。过程控制与自动化仪表995.1.3数字式控制器AI系列人工智能调节仪是国内数字显示仪表中的典型代表，内部采用高性能ASIC芯片和先进的模块化结构，适合温度、压力、流量、液位及湿度等的精确控制，其通用性强，功能强大；采用AC85～264V输入范围的开关电源或DC24V电源供电，输入采用数字校正系统，内置常用热电偶及热电阻非线性校正表格，测量精确稳定；采用先进的AI人工智能调节算法，无超调，具备自整定（AT）功能。过程控制与自动化仪表1005.1.3数字式控制器1.主要技术参数（1）输入参数有多种信号输入方式。（2）测量范围（3）测量准确度（4）分辨率（5）响应时间（6）调节方式（7）输出参数（模块化）（8）报警功能（9）手动功能（10）电源（11）使用环境过程控制与自动化仪表1015.1.3数字式控制器2.仪表接线AI系列智能仪表调节仪仪表接线图过程控制与自动化仪表1025.1.3数字式控制器3.面板及显示状态说明AI系列智能仪表调节仪面板8-数据增加键9-光柱10-给定值显示窗11-测量值显示窗1-调节输出指示灯2-报警1指示灯3-报警2指示灯4-AUX辅助接口工作指示灯5-显示转换6-数据移位7-数据减少键过程控制与自动化仪表1035.1.3数字式控制器AI系列智能仪表调节仪的显示状态过程控制与自动化仪表1045.1.3数字式控制器4.基本使用操作（1）显示转换（2）修改数据（3）手动／自动切换（4）设置参数5.AI仪表主要参数设置

过程控制与自动化仪表1055.2执行器执行器在自动控制系统中接受调节器的控制号，改变操纵变量，使生产过程按预定要求正常执行。执行器由执行机构和控制机构两部分组成。执行器按其能源形式分为液动、气动和电动三大类。过程控制与自动化仪表1065.2.1气动执行器气动执行器通常称为气动调节阀、气动控制阀，是以被压缩的空气作为能源来操纵控制机构的。气动执行器外形过程控制与自动化仪表107１.气动执行器的结构与分类（1）执行机构气动执行机构主要分为薄膜式和活塞式两种。（2）控制机构控制机构即调节阀、控制阀，是一个局部阻力可以改变的节流元件。气动执行器结构示意图1—薄膜（波纹膜片）2—阀杆3—阀芯4—阀座5.2.1气动执行器过程控制与自动化仪表108控制阀的结构类型阀体内只有一个阀芯与阀座角形阀的两个接管呈直角形，一般为底进侧出阀体内有两个阀芯和阀座5.2.1气动执行器过程控制与自动化仪表109控制阀的结构类型三通阀共有三个出入口与工艺管道连接。其流通方式有合流（两种介质混合成一路）型和分流（一种介质分成两路）型两种。采用耐腐蚀衬里的阀体和隔膜又名翻板阀5.2.1气动执行器过程控制与自动化仪表110控制阀的结构类型又名套筒形调节阀，它的阀体与一般的直通单座阀相似。又名偏心旋转阀，它的阀芯呈扇形球面状，与挠曲臂及轴套一起铸成，固定在转动轴上。球阀的阀芯与阀体都呈球形，转动阀芯使之与阀体处于不同的相对位置时，就具有不同的流通面积，以达到流量控制的目的。球阀阀芯有Ｖ形和Ｏ形两种开口形式。5.2.1气动执行器过程控制与自动化仪表1112.调节阀的流量特性调节阀的流量特性是指被控介质流过阀门的相对流量与阀门的相对开度（相对位移）之间的关系，即相对流量相对开度5.2.1气动执行器过程控制与自动化仪表112（1）调节阀的理想流量特性在不考虑调节阀前后压差变化时得到的流量特性称为理想流量特性。它取决于阀芯的形状，主要有直线、等百分比（对数）、抛物线及快开等几种。不同流量特性的阀芯形状1—快开2—直线3—抛物线4—等百分比理想流量特性1—快开2—直线3—抛物线4—等百分比5.2.1气动执行器过程控制与自动化仪表113（2）调节阀的工作流量特性在实际生产中，调节阀前后压差总是变化的，这时的流量特性称为工作流量特性。１）串联管道的工作流量特性。串联管道的情况管道串联时调节阀压差变化情况系统总压差Δp管路系统（除调节阀外的全部设备和管道的各局部阻力之和）的压差Δp2调节阀的压差Δp1+=5.2.1气动执行器过程控制与自动化仪表114管道串联时调节阀的工作特性Ｓ表示调节阀全开时阀上压差与系统总压差（即系统中最大流量时压力损失总和）之比。5.2.1气动执行器过程控制与自动化仪表1152）并联管道的工作流量特性。并联管道的情况管路的总流量Ｑ+=并联管道时调节阀的工作特性旁路流量Ｑ２调节阀流量Ｑ１x代表并联管道时控制阀全开时的流量Q1max与总管最大流量Qmax之比5.2.1气动执行器过程控制与自动化仪表116综合串、并联管道的情况，可得如下结论：1）串、并联管道都会使阀的理想流量特性发生畸变，串联管道的影响尤为严重。2）串、并联管道都会使调节阀的可调范围降低，并联管道尤为严重。3）串联管道使系统总流量减少，并联管道使系统总流量增加。4）串、并联管道会使调节阀的放大倍数减小，即输入信号变化引起的流量变化值减少。串联管道时调节阀若处于大开度，则Ｓ值的降低对放大倍数影响更为严重；并联管道时调节阀若处于小开度，则ｘ值降低对放大倍数影响更为严重。5.2.1气动执行器过程控制与自动化仪表1173.调节阀的选择（1）调节阀结构与特性的选择

调节阀的结构形式主要根据工艺条件，如温度、压力及介质的物理、化学特性（如腐蚀性、粘度等）来选择。（2）气开式与气关式的选择气动执行器有气开式与气关式两种形式。气开、气关组合方式5.2.1气动执行器过程控制与自动化仪表118（3）调节阀口径的选择调节阀口径选择是否合适将直接影响到控制效果。调节阀口径的选择是由调节阀流量系数Ｃ决定的。流量系数Ｃ的定义为：在给定的行程下，当阀两端压差为100kPa，流体密度为1g/cm3时，流经调节阀的流体流量（以m3/h表示）。调节阀的流量系数C表示调节阀容量的大小，是表示调节阀流通能力的参数。Ｑ是流经阀的流量（m3/h）ρ是流体密度（g/cm3）p1-p2是阀前后的压差（kPa）5.2.1气动执行器过程控制与自动化仪表1194.气动执行器的安装和维护１）为便于维护检修，气动执行器应安装在靠近地面或楼板的地方。２）气动执行器应安装在环境温度不高于＋60℃和不低于－40℃的地方，并应远离振动较大的设备。３）阀的公称通径与管道公称通径不同时，两者之间应加一段异径管。４）气动执行器应该是正立垂直安装于水平管道上。５）通过调节阀的流体方向在阀体上有箭头标明，不能装反，正如孔板不能反装一样。６）调节阀前后一般应各装一只切断阀，以便修理时拆下调节阀。考虑到调节阀发生故障或维修时，不影响工艺生产的继续进行，一般应装旁路阀。７）调节阀安装前，应对管路进行清洗，排去污物和焊渣。８）在日常使用中，要对调节阀经常维护和定期检修。5.2.1气动执行器过程控制与自动化仪表1205.2.2电动执行器电动执行器与气动执行器一样，也是控制系统中常用的执行器。它接收来自控制器的0～10mA或4～20mA的直流电流信号，并将其转换成相应的角位移或直行程位移，去操纵阀门、挡板等控制机构，从而实现自动控制。电动执行器按执行机构的不同可分为角行程、直行程和多转式等类型。过程控制与自动化仪表1211.基本结构（1）执行机构的基本结构电动执行器的外形图智能电动执行机构5.2.2电动执行器过程控制与自动化仪表122（2）调节阀的基本结构电动执行器中的调节阀与气动执行器基本相同。最常用的是直通单座阀和直通双座阀两种。（3）控制器的结构5.2.2电动执行器过程控制与自动化仪表1232.执行机构的工作原理电动执行机构是以伺服电动机为驱动源、以直流电流为控制及反馈信号。5.2.2电动执行器过程控制与自动化仪表1243.线路连接与调试（１）线路连接只需两路线———电源线和控制线。执行机构电气连接图5.2.2电动执行器过程控制与自动化仪表125（2）调试执行机构在出厂前都进行了整定，一般使用时不需要再调试。实际使用中可能需要对调节阀的开度进行整定。１）基本原则。三位同步：调节阀位置、限位开关位置和对应信号位置。２）整定方法。5.2.2电动执行器过程控制与自动化仪表1264.智能控制器的使用（1）面板说明智能控制器操作面板图①阀门位置自动定位指示灯，简称自整定AT指示灯②执行器输出轴朝上运动指示灯③执行器输出轴朝下运动指示灯④手动控制指示灯⑤自动控制指示灯⑥报警指示灯⑦参数设置键（兼参数显示操作）⑧数据键（兼手动朝上操作）⑨数据键（兼手动朝下操作）⑩数据修改移位键（兼手动/自动切换操作）。⑾控制值显示窗/故障信息显示窗（前三位数值）⑿阀位值显示窗（后三位数值）5.2.2电动执行器过程控制与自动化仪表127（2）数码显示状态1）正常显示状态。2）故障显示状态。（3）操作说明1）基本操作。2）阀门位置自动定位操作（4）主要参数功能5.2.2电动执行器过程控制与自动化仪表1285.电动调节阀的安装和使用注意事项1）电动调节阀最好是正立垂直安装在水平管道上，特殊需要时也可任意安装（除使电动调节阀倒置外）。在阀自重较大和有振动场合倾斜安装时应加支承架。2）安装时，应使介质的流通方向和阀体标定箭头方向一致，电动调节阀一般应设置旁通管路。阀的口径与管路直径不一致时，应采用渐缩管件。电动调节阀的安装地点应留有足够的空间，以便调试与维修。3）安装电动调节阀时应避免给阀带来附加应力，当调节阀安装在管道较长的地方时，应安装支承架；安装在振动剧烈的场合时，应采取相应的避振措施。4）在安装电动调节阀前，应清洗管道，清除污物，安装后使阀全开，再对管路、阀进行清洗及检查各连接处的密封性。5.2.2电动执行器过程控制与自动化仪表1295）注意防潮，应防止灰尘加快阀杆与填料的磨损，引起填料处泄露。另外，若安装在露天场合，应加装保护罩，以防暴晒雨淋。6）打开电动执行机构外罩即可进行外部接线，在执行机构和阀开始工作之前，以及移开外壳之前，应切断执行机构的主电源。7）将AC220V电源相线连接执行机构的到“9”端，中性线连接到“10”端；接地线连接到接地端。8）为避免冷凝水进入执行机构，在环境温度变化较大或湿度较大的情况下，需要安装加热电阻。9）手轮操作：必须先断电源，再手动操作手轮。10）在安装电动调节阀时，不要直接采用电焊，以免损坏内部电子电路。5.2.2电动执行器过程控制与自动化仪表1305.3其他辅助仪表当采用电动仪表或计算机进行控制时，就要配用电-气转换器或电-气阀门定位器，将电信号转换为标准气压信号，以便和薄膜式气动调节阀或活塞式气动调节阀配套使用。电-气转换示意图过程控制与自动化仪表1315.3.1电-气转换器一种力平衡式的电-气转换器原理图。电-气转换器的原理图过程控制与自动化仪表1325.3.2阀门定位器1）用于高压差的场合.2）用于高压、高温或低温介质的场合。3）用于介质中含有固体悬浮物或黏性流体的场合。4）用于调节阀口径较大的场合。5）用于实现分程控制。6）用于改善调节阀的流量特性。阀门定位器的作用图过程控制与自动化仪表1332.电-气阀门定位器的工作原理5.3.2阀门定位器由调节器来的4～20mA信号输入线圈后，动铁磁化而产生磁场；同时，动铁又位于永久磁钢所产生的磁场之中。因此，两个磁场相互作用，使动铁产生以支点为中心的偏转电磁力矩。在动铁的一端固定有挡板，所以动铁的偏转改变了喷嘴与挡板之间的间隙，从而引起气动功率放大器背压的变化，背压的变化经气动功率放大器放大后，得到20~100kPa的气压信号，驱动气动薄膜调节阀的阀杆动作。利用调节阀推杆的位移，带动比例臂，使比例臂另一端的反馈凸轮轴转动，凸轮推动反馈杆，通过反馈弹簧给动铁以反馈力矩，使动铁达到力的平衡，从而实现输入电流与阀位的比例关系。过程控制与自动化仪表1343.电-气阀门定位器的调校阀门定位器调校连接图1—过滤器2—减压器3—电-气阀门定位器4—百分表5—百分表架6—0.5级压力表7—气动薄膜调节阀8—0.5级毫安表9—恒流给定器（0～20mA）5.3.2阀门定位器过程控制与自动化仪表1355.3.3安全火花防爆系统及安全栅1.安全火花防爆系统的概念（1）仪表防爆基本知识

安全火花防爆的实质就是限制火花的能量。在纯电阻电路中，这种能量主要取决于电压和电流的数值。当电路的电压限制在直流30V时，各种爆炸性混合物可按其最小引爆电流分为三级。级别最小引爆电流/mA爆炸性混合物种类Ⅰi

120甲烷、乙烷、汽油、甲醇、乙醇、丙酮、氨、一氧化碳等Ⅱ70

i

120乙烯、乙醚、丙烯腈等Ⅲi≤70氢、乙炔、二硫化碳、市用煤气、水煤气、焦炉煤气等过程控制与自动