Network Optimization Expert Team仪表与自动化仪表与自动化戴 焰 明 主 讲Network Optimization Expert Team（1）通过习题掌握常用仪表及自动化的组成、原理与特点，理解被控变量、操纵变量对系统性能的影响，掌握被控变量与操纵变量的合理确定方法。 （2）掌握常用过程检测仪表的结构与测量原理与使用特点；理解各种PID控制规律对系统的作用，掌握其使用方法。 1.知识目标Network Optimization Expert Team（1）能够分析常用的温度、压力、流量和物位检测仪表。（3）能熟悉PID控制规律。（4）能熟悉简单控制系统。2.能力目标Network Optimization Expert Team（1）认识仪表及自动化的学习基本方法，培养一定的逻辑思维能力。 （2）养成独立思考的学习习惯，能对所学内容进行较为全面的分析和比较，总结和概括，学会举一反三，通过例题，灵活应用，培养仪表及自动化的综合应用能力。3.态度目标Network Optimization Expert Team人工控制：进水量增加时，导致水位增加，人眼睛观察玻璃 液面计中的水位变化，并通过神经系统传给大脑，经与大脑 中的设定值（50%）比较后，确定水位偏高（或偏低），故 发出信息，让手开大（或关小）阀门，调节出水量，使液位 变化。这样反复进行，直到液位重新稳定到设定值上，从而 实现了液位的人工控制。 自动控制：现场的液位变送器LT检测出水槽液位，转换成统 一的标准信号传送给控制室内的控制器LC，与控制器LC中预 先输入的设定信号进行比较后形成偏差，继而将偏差信号按 预先确定的某种控制规律（比例、积分、微分的某种组合） 进行运算后，产生输出信号给控制阀，使控制阀改变开启度 ，控制出水量。这样反复进行，直到水槽液位恢复到设定值 为止，从而实现水槽液位的自动控制，实现了生产过程自动 化。Network Optimization Expert Team二、过程控制系统的 分类过程控制系统一般分为：生产过程自动检测系统、自动控 制系统、自动报警联锁系统和自动操纵系统等四大类。 （一）过程自动检测系统 利用各种检测仪表自动连续地对相应的工艺变量进行检测 ，并能自动指示或记录的系统，称为过程自动检测系统。 自动检测系统由两部分组成：检测对象和检测装置。如图0 -3所示：Network Optimization Expert Team习题与思考题1过程控制的意义是什么？ 1保证人生、设备安全2提高产品质量2生产过程中的五大工艺变量是什么？分别用什么符号 表示？控制工程上统称为什么？用什么符号表示?答：生产过程中的五大工艺变量是压力、流量、液位、温 度、成分。分别用P、F、L、T、A表示。控制工程上统称为被控变量。用Y表示?Network Optimization Expert Team习题与思考题3什么是自动化？过程控制系统分哪几类？答：在生产设备上配备一些自动控制装置，代替操作人员的部分直接劳动，使生产在不同程度上自动地进行，即用自动控制装置来管理生产过程的办法，称生产过程的自动控制，简称过程自动化。过程控制系统分自动检测系统、自动控制系统、自动报警与联 保护系统、自动操纵系统四大类。 4过程控制仪表如何进行分类？答：过程控制仪表分为定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统三大类。Network Optimization Expert Team习题与思考题5DDZ-仪表的能源、统一标准信号各是什么？答： DDZ-仪表的能源为电能。统一标准信号为电源24V DC、信号420mA或15V DC、转换电阻250Network Optimization Expert Team1）测压点的选择 测压点一般选择与被测介质呈直线流动的管段部分，且使取 压点与流动方向垂直；测液体压力时，取压点应在管道下部 ；测气体压力时，取压点应在管道上方。 2）导压管的铺设 导压管粗细要合适，在铺设时应便于压力表的保养和信号传 递。在取压口到仪表之间 应加装切断阀。当遇到被测介质易冷凝或冻结时，必须加保 温板热管线。压力表的安装Network Optimization Expert Team3）压力表安装时，应便于观察和维修，尽量避免振动和高温 影响。应根据具体情况，采取相应的防护措施，如图24所 示。压力表在连接处应根据实际情况加装密封垫片。 2-4 压力表安装示意图压力表的安装Network Optimization Expert Team（2）差压式液位计 差压式液位计是根据流体静力学原理 工作的，即容器内液位的高度L与液 柱上下两端面的静压差成比例。在图 210中，根据流体静力学原理，A点 和B点的压力差P为： 一般被测介质的密度是已知的，重 力加速度g是常量，所以差压P正比 于液位L，即液位L的测量问题转换成 了差压P的测量。因此，所有压力 、压差检测仪表只要量程合适，都可 用来测量物位。 图2-10 差压变送器 测液位示意图（差压式液位计Network Optimization Expert Team1）零点无迁移 如图210所示，在使用电动差压变送器时，差压变送器的 安装高度与最低液位正好在同一水平线上，此时 PPB-PA= gL 当L0时，P0 IOIOmin4mADC 当LLmax时 PPmaxIOIOmin20mADC 当液位在0L之间变化时，P在0Pmax之间变化，它们 之间形成一一对应的关系，这就是所谓“无迁移”情况。零 点 迁 移Network Optimization Expert Team2）零点正迁移 若差压变送器与容器的液相取压点不 在同一水平面上，如图211所示。 变送器此时 正压室受到的压力 PP0 gL +gl 负压室受到的压力 PP0 差压 PPPgL +gl 显然，当L0时，P 0（显示仪表 的指示大于零），此时差压变送器需 要零点“正迁移”，迁移量gl 。 图2-11 差压液位计示图 Network Optimization Expert Team2）零点正迁移 若差压变送器与容器的液相取压点不 在同一水平面上，如图211所示。 变送器此时 正压室受到的压力 PP0 gL +gl 负压室受到的压力 PP0 差压 PPPgL +gl 显然，当L0时，P 0（显示仪表 的指示大于零），此时差压变送器需 要零点“正迁移”，迁移量gl 。 图2-11 差压液位计示图 Network Optimization Expert Team测 温 仪 表（2）工业用一次测温仪表 1）热电偶 热电偶温度计的测温原理是基于热 电偶的热电效应。测温系统包括热 电偶、显示仪表和导线三部分，如 图213所示。 热电偶是由两种不同材料的导体A和 B焊接或绞接而成，连在一起的一端 称作热电偶的工作端（热端、测量 端），另一端与导线连接，叫做自 由端（冷端、参比端）。导体A、B 称为热电极，合称热电偶。 Network Optimization Expert Team热电偶一般由热电极、绝缘子、保护套管 和接线盒等部分组成。绝缘子（绝缘瓷圈 或绝缘瓷套管）分别套在两根热电极上， 以防短路。再将热电极以及绝缘子装入不 锈钢或其它材质的保护套管内，以保护热 电极免受化学和机械损伤。参比端为接线 盒内的接线端。如图214所示。 热电偶的结构形式很多，除了普通热电偶 外，还有薄膜式热电偶和套管式（或称铠 装）热电偶。 热电偶的结构Network Optimization Expert Team热电偶冷端温度的影响 及补偿热电偶分度表是在参比端温度为0的条件下得到的。要使配热电偶的显示仪表的温度标尺或温度变送器的输出信号与分度表吻合，就必须保持热电偶参比端温度恒为0，或者对指示值进行一定修正，或自动补偿，以使被测温度能真实地反映在显示仪表上。Network Optimization Expert Team热电偶冷端温度的影响 及补偿a.利用补偿导线将冷端延伸 为对热电偶进行冷端温度补偿，首先需要将参比端延伸到温度恒定的地方。由于热电偶的 价格和安装等因素，使热电偶的长度非常有限，冷端温度易 受工作温度、周围设备、管道和环境温度的影响，且这些影 响很不规则，使冷端温度难以保持恒定。要将冷端温度放到 温度恒定的地方，就要使用补偿导线。 补偿导线通常使用廉价的金属材料做成，不同分度号的热电 偶所配的补偿导线也不同。使用补偿导线将热电偶延长，把 冷端延伸到离热源较远，温度又较低的地方。 Network Optimization Expert Team热电偶冷端温度的影响 及补偿b.冷端温度补偿 虽可采用补偿导线将冷端延伸出来，但 不能保证参比端温度恒定为0。为解决此问题，常采用下 列参比端温度补偿方法。 冰浴法 ： 将补偿导线延伸到冰水混合物中。这种方法只 适合实验室使用，工业生产中使用很不方便。查表法： 当参比端温度不为0时，被测介质的真实温 度应根据所用仪表的指示温度数值t，在分度表中查出对 应的热电势E，再查出与冷端温度t0相应的热电势E0 ，两者相加得到真实的热电势E，再在表中查出与E对应的 温度值，即为工作端的真实温度。 即： E= E+ E0=E(t,0)+E（t0 ,0） Network Optimization Expert Team3）无纸记录仪表（图像显示） 无纸、无笔记录仪是一种以CPU为核心，采用液晶显示、无 纸、无笔、无机械传动的记录仪。直接将记录信号转化为 数字信号，然后送到随机存储器进行保存，并在大屏幕液 晶显示屏上显示出来。记录信号由工业专用微处理器（CPU ）进行转化、保存和显示，所以可以随意放大、缩小地显 示在显示屏上，观察、记录信号状态非常方便。必要时还 可以将记录曲线或数据送往打印机打印或送往微型计算机 保存和进一步处理 无 纸 记 录 仪 表Network Optimization Expert Team习 题 讲 解1. 测量误差的分类有几种？ 答：测量误差的分类有按误差的表示方法分、按误差出现的规律分、 按误差的工作条件分等3种、 2. 工业检测仪表如何进行分类的？ 答：根据敏感元件与被测介质是否接触分：接触式与非接触式检 测仪表。按精度等级分：标准仪表和工业用表。按被测变量 分：P、F、L、T、A仪表。按仪表的安装与功能分： 一次 仪表现场测量与变送仪表、二次仪表控制室显示、记 录仪表。Network Optimization Expert Team习 题 讲 解3. 检测仪表的品质指标有哪些？分别表示什么意义？ 答：检测仪表的品质指标有精确度（准确度）、变差（回差）、灵敏 度与灵敏线。 4. 压力检测仪表分为几类？ 答：压力检测仪表分普通介质、特殊介质二大类Network Optimization Expert Team习 题 讲 解5. 某氨冷器工作压力为1.5MPa，要求测量误差不超过 0.05 MPa，现用一只2.5级，05 MPa的压力表进行 测量，问（1）是否满足对测量误差的要求？（2）应选 用几级的压力表？ 解：根据上述问题工艺要求， 用一只2.5级表不能满足对测量误差的要求 故 选被测压力（工作压力）1.5 MPa2/3 0M MPa 经查有关手册：压力表的量程0M应选02.5 MPa Network Optimization Expert Team习 题 讲 解根据 ，选择压力表的允许误差小于或等于2，所以选择精度级为1.5级的压力表。经查有关手册：选Y100型，测量范围02.5