检测技术及仪表-复习资料

第一章1，控制装置与仪表的分类按能源分：电动、气动、液动和混合式按功能实现原理：模拟控制装置与仪表和数字装置与仪表。模拟的按结构形式分为：基地式，单元组合式，组件组装式。2，控制的三要素：传感器，控制器，执行器3，电信号种类很多有：模拟信号，数字信号，频率信号，脉宽信号用最多的是电模拟信号。电模拟信号有：直流电流信号，直流电压信号，交流电流信号，交流电压信号。4，应用直流电流信号时，所有这些仪表必须串联连接。直流电流信号适于远距离传输，用此作为传输信号时，由于串联会有缺点，那么需采用输入输出端有直流隔离的电路。5，会计算15页下：能接多少个仪表。因此连线的特点是：电流传输，电压接受，并联接受电压信号的方式。6，活零点的优点意义：便于检验信号传输线有无断线及仪表是否断电；使半导体器件工作在较好的工作段；使制作具有本质平安防爆性能和节约传输线的两线制变送器成为可能。〔可简易答为：有利于识别断电，断线等故障，且为实现两线制提供了可能性〕。7，国标统一信号：过程控制系统的模拟直流电流信号是DC4到20mA，模拟直流电压信号为DC1到5V，8，二线制和四线制的区别：两线制电流和四线制电流都只有两根信号线，它们之间的主要区别在于：两线制电流的两根信号线既要给传感器或者变送器供电，又要提供电流信号；而四线制电流的两根信号线只提供电流信号。因此，通常提供两线制电流信号的传感器或者变送器是无源的；而提供四线制电流信号的传感器或者变送器是有源的。9，实现二线制的条件：采用有活零点的电流信号；必须是单电源供电。第二章1，传感器与变送器区别：传感器：是信号发生源；将非电量转换为电信号。变送器：具有信号变换功能，具有放大作用，并可转换成标准信号。变送器通用的标准输出信号是4到20ma直流电流信号或者20到100kpa气压信号或现场总线数字通信信号。2，一个完整的过程调节系统具备的根本元素：测量变松环节，控制器，执行机构变送器：对被控参数进行测量和信号变换控制器：将给定值与被控参数进行比拟，运算执行机构：将控制器的运算输出转换为开关阀门或者挡板位移或转角一个控制系统控制品质的好坏，除取决于控制系统的设计是否合理外，还取决于控制对象和控制仪表的工作特性。3，量程调整概念：量程调整包括下限调整〔通常称为零点迁移〕和上限调整，只有当下限为零或确定不变时才可以把上限调整看作量程调整。零点迁移：在实际测量中，为了正确选择变送器的量程大小，提高测量准确度，常需要将测量的起点迁移到某一个数值〔正或负〕，这就是零点迁移。【测量起点由0到正为正迁移，由0到负为负迁移】零点调整或零点迁移的目的：两者的目的都是使变送器输出信号的下限值与测量信号的下限值相对应。【测量信号的下限值等于0时为零点调整，不等于0为零点迁移调整】4，控制装置与仪表的性能：准确性〔通常用准确度来表示〕〔准确度常用满刻度读数表示〕可靠性〔MTBF〕电磁兼容性〔实质是抗干扰问题〕耐环境影响性5，干扰的来源：漏电电阻、公共阻抗、电场耦合、磁场耦合干扰的形式：串模干扰〔与被测信号相串联〕共模干扰〔在仪表段子的两端〕6，硬件抗干扰措施：隔离〔变压器隔离、光电隔离、隔离放大器〕，中和变压器，浮空，屏蔽，信号导线的抗干扰，滤波隔离期间，飞渡电容技术软件抗干扰技术：数字滤波技术，设置软件陷阱，看门狗技术7，标度变换〔工程量变换〕：通常采用一定的数据处理技术将这些数字量转换成具有不同量纲的相应物理量，这一技术称为标度变换。8，计算：线性参数标度变换〔P47〕第三章1，差压/压力变送器是如何将压力信号转换成电信号的？由敏感部件将外界压力信号转换成差压电容量变化，通过调节器，高频振荡器，振荡控制放大器，电流检测器，电压调整器，电流控制放大器，电流控制器和电流限制器等组成〔P56上〕2，为什么要进行液面迁移？出于对设备安装位置和便于维护等方面的考虑，测量仪表不一定都与取压点在同一水平面上。被测介质是强腐蚀性或重粘度液体，不能直接把介质引入仪表，必须安装隔离液灌。3，迁移分为：无迁移〔不需要迁移〕、正迁移、负迁移。4，为了防止密闭容器内的液体或气体进入差压变送器的取压室，造成引压管的堵塞或腐蚀，在差压变送器的正负压室之间装有隔离液灌，充以隔离液。5，【重点】会判断正负迁移〔P66,P67〕6，热电偶相关知识〔测温测温原理、补偿电路、精度、线性化原理等〕热电偶测温原理：由两种导体组合而成，将温度转化为热电动势的传感器叫做热电偶。测温原理：热电偶的测温原理基于热点效应。热电效应：将两种不同材料的导体A和B串接成一个闭合回路，当两个接点1和2的温度不同时，如果T>T0，在回路中就会产生热电动势，在回路中产生一定大小的电流，此种现象称为热电效应。两种不同成份的均质导体为热电极，温度较高的一端为工作端，温度较低的一端为自由端，自由端通常处于某个恒定的温度下热电偶测温电势可用如下关系式表示:EAB(T,0)=EAB(T,T0)+EAB(T0,0)热电偶输出热电势EAB(T,T0)反映的是相对于冷端温度的热端温度,而我们测量温度的目的是要知道以0℃为基准的热端温度T,即要通过EAB(T,0)或EAB(T,T0)和T0来求出T,这样,就必须知道EAB(T0,0)或冷端温度T0,这种通过获取EAB(T0,0)或T0进而得到热端温度T的过程即为热电偶的冷端温度补偿。由此可知热电偶冷端温度补偿之原因所在及其重要性。1、电桥补偿法：电桥补偿法是现场最常用的冷端补偿法之一,它是利用不平衡电桥产生的电压来补偿热电偶冷端温度T0的变化对输出电势的影响,其原理如图2所示,在补偿导线末端放置一个电阻温度传感器Rt,通过选择适宜的补偿电桥参数,使电桥输出电压的大小正好补偿因冷端温度T0而引起的热电势EAB(T0,0),这样就得到EAB(T,0),从而消除了冷端温度对测量结果的影响,实现了冷端补偿。这种方法结构简单、使用方便、硬件投资少,但因热电偶是非线性的,而补偿电桥那么是线性的,因而难以实现完全补偿,常出现欠补偿或过补偿现象,另外,还存在与分度号匹配问题,补偿电桥与热电偶的分度号必须是一一对应的,通用性差。冷端恒温法：这是一种最直接的冷端温度处理方法，把热电偶冷端，也就是补偿导线接二次仪表的一端放入恒温装置中，保持冷端温度为0度，所以称之为：冰浴法“这种方法多用于实验室中。3、计算修正法：当用补偿导线把热电偶的冷端延伸到t0处，只要t0值，并测得热电偶回路的热电势，就可以通过查表的方法来计算出被测温度t，这种方法主要用于临时测温。4，二极管补偿法由PN结理论可知,在室温附近,当流经PN结的电流恒定时,PN结温度每升高1℃,其正向电压将减小2~2·5mV(具体数值由PN结参数确定),据此特性,可设计相应热电偶冷端温度补偿电路。这种方法结构简单、使用方便,补偿精度可达0·01℃,补偿范围为-25℃~80℃。线性化问题：线性线性线性线性化和标度变换在使用热电偶测温时，热电偶产生的热电势与所测的温度是非线性函数关系，因此必须对热电偶的热电势进行线性化处理，使得热电偶的热电势与被测温度之间成线性关系。因为热电势与温度的量纲不同，热电偶把现场采集来得温度信号经过放大、A/D转换器转换成数字量，单片机读入这个数据后必须转换成量纲为℃的温度值，才能送到显示器进行显示。因为热电偶测出的数据与实际的参数不是线性关系，而且很难用一个简单的公式表达，因此，通常采用线性差插值法进行线性化及标度变化。环境温度T经过热电偶测量、冷端温度补偿后输出一个热电势信号Et(mv)，热电势信号经过放大器后输出0~5的电压信号u，再经A/D转换输出数字信号N。第四章1，仪表防爆的根本原理控制易爆气体〔营造无易爆气体空间，代表是Exp〕控制引爆源〔消除火花，代表本安型防爆Exi，利用平安栅技术〕控制爆炸范围〔有限范围内爆炸，代表是Exd〕2，防爆仪表分类：隔爆型〔标志d〕本安型〔标志i〕3，本安防爆技术：本钱低，体积低，质量小，允许在线测量和带电维护，也能用于0区危险场所。平安栅分类：齐纳平安栅变压器隔离式平安栅平安栅作用：当本安防爆系统的本安仪表发生故障时，平安栅能将串入到故障仪表的能量限制在平安值以内，从而确保了现场人员，设备和生产的平安。4，防爆平安栅的根本限能原理根本电路〔P97〕图4-3-4平安栅的根本电路构成〔掌握〕根本电路：R限流电阻，FU熔丝，VS齐纳二极管限能原理：齐纳二极管用于限制电压，当电路电压接近平安限压值时，齐纳二极管导通放电，使齐纳二极管两端的电压始终保持在平安限压值下。各局部作用：快速熔断器：防止因齐纳二极管被长时间流过的大电流烧断而导致电路限压失败。限压电路：当电路电压接近平安限压值时，齐纳管导通放电，使齐纳管两端的电压始终保持在平安限压值一下。限流电路：由电阻和晶体管组成。当电压被限制后，适中选择限流电阻，即可将电路电流限制在平安值以下。第五章1，调节器的组成:硬件、软件2，调节器中模拟量是如何转化成数字量的？从输入接口中读出A/D转换后的各种传感器的输入信号，并将这些信号以数字的形式存放于数据存储器中，输入接口将这些信号都转化为数字信号，随时供CPU读出。具体过程在课本P115页，图5-1-1。3，模拟量输入通道其任务是：把被控对象的过程参数等模拟量信号转换成计算机可接收的数字量信号。通道构成：信号调理电路》多路模拟开关》前置放大器》采样保持器》A/D转换器》接口逻辑电路4，数字调节中的PID控制算式是将PID的模拟表达式进行离散化而得到的。5，PID调节器输出增量的表达式〔P122，自己写空白处〕6，为了改善控制质量，针对不同对象，引入不同PID算法形式。不完全微分形式：为了防止抗干扰性能恶化，又使微分作用有效，可采用非理想微分的PID控制算式。微分先行PID控制模式：是PD和PI的串联结构，只对测量值进行微分，而不是对偏差进行微分。适用于给定值R经常变化的情况。积分别离PID控制：为了克服短时间内产生的严重积分饱和现象，可采用积分别离算法，即在偏差大于一定值时，取消积分作用，当偏差小于这一值时，才将积分引入。带有死区的PID控制：适用于控制准确度要求不太高，但要求控制作用尽可能少变化的场合。7，死区：又叫死区宽度，在控制系统中，某些执行机构如果动作频繁，会导致小幅震荡，造成严重的机械磨损，从控制要求来说，很多系统又允许被控量在一定范围内存在误差，我们允许被控量的误差大小，称为PID的死区宽度。8，PID控制程序是PID数字调节器的主要应用程序。正作用：调节器的输出随着正偏差的增加而增加。假设是负偏差，情况相反。反作用：调节器的输出随着正偏差的增加而减小，假设是负偏差，情况相反。不同作用的不同运算表达式：〔P125，空白处自己添加〕正反作用的意义/目的：为使闭环控制系统在整个回路中实现负反应。9，什么是积分饱和：假设执行机构已到极限位置，仍不能消除静差，由于积分作用，尽管PID差分方程式所得的运算结构继续增加或减小，但执行机构已无相应的动作。输出限幅和抗积分饱和：积分调节的一个特点是：只要有偏差存在，输出就不断向两个极端之一变化，以至超过极限值。假设采用单纯的输出限幅措施，会产生积分饱和，当输入一旦变号，输出需从深饱和区逐渐退出，造成调节滞后，使调节品质恶化，数字PID也有同样问题。但在数字PID中很容易实现抗积分饱和，使得输出到达限幅值时，中断积分动作，调节器输出维持在饱和线上，保持原有的状态数据。这样就可在偏差反向时，输出立即呈现出反向积分作用。〔自己可简短总结〕10，PID控制参数整定方法：理论计算整定法工程整定法11，PID调试的一般原那么：在输出不振荡时，增大比例增益Kp在输出不振荡时，减小积分时间常数Ti在输出不振荡时，增大微分时间常数TdPID调试的一般步骤：确定比例增益Kp确定积分时间常数Ti确定微分时间常数Td系统投入自动，再对PID参数进行微调，直至满足要求。第六章1，执行机构定义：一种能提供直线或旋转运动的驱动装置，利用某种驱动能源并在某种控制信号作用下工工作。〔根本的执行机构用于把阀门驱动至全开或者全关位置〕驱动能源：电源〔大阀门用三相、小用单相〕流体源〔压缩空气、氮气、天然气、液压流体〕2，执行结构工作过程：执行机构接受调节器〔控制装置〕的控制信号，自动改变操作变量，将其转换成角位移或直线位移，改变调节机构流通面积，从而调节流入或流出被控过程的物料或能量，实行对被控参数的自动控制，到达进行调节的目的。3，执行机构按工作能源分：气动执行机构、电动〔0到10ma或4到20ma〕、液动。4，气动执行器上部为执行结构，下部为调节机构，气动薄膜执行机构是最常用的气动执行机构〔常用的有薄膜式和活塞式〕可分为气开式〔FO〕、气关式〔FC〕。5，阻力系数主要与流通面积〔阀的开度〕有关，也与流体的性质和流动状态有关。阀开越大，阻力系数越小，通过的流量越大。6，电气转换器的工作原理〔基于力矩平衡原理〕：电流升》吸力升》杠杆偏转》挡板与喷嘴间隙变小》背压升》放大器输入升》输出压力升》杠杆的反应力升》杠杆平衡7，阀门定位器是调节阀的主要附件，定位器与调节阀组成闭环回路。8，阀门定位器工作原理：将阀杆位移信号作为输入的反应测量信号，以控制器输出信号作为设定信号，进行比拟，当有偏差时，改变输出信号，使执行机构动作，建立了阀门位移与控制器输出信号之间的对应关系。〔阀门定位器组成以阀杆位移为测量信号，以控制器输出为设定信号的反应控制系统〕平衡过程：电流升》杠杆上端右移》挡板靠近喷嘴》压