化工儀表及自動化文件匯編

化工儀表及自動化緒論內(nèi)容提要化工自動化的意義及目的化工自動化的進(jìn)展概況化工儀表及自動化系統(tǒng)的分類化工自動化的意義及目的加快生產(chǎn)速度、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量。減輕勞動強(qiáng)度、改善勞動條件。能夠保證生產(chǎn)安全，防止事故發(fā)生或擴(kuò)大，達(dá)到延長設(shè)備使用壽命，提高設(shè)備利用率、保障人身安全的目的。生產(chǎn)過程自動化的實(shí)現(xiàn)，能全然改變勞動方式，提高工人文化技術(shù)水平，以適應(yīng)當(dāng)代信息技術(shù)革命和信息產(chǎn)業(yè)革命的需要?；ぷ詣踊倪M(jìn)展情況20世紀(jì)40年代往常絕大多數(shù)化工生產(chǎn)處于手工操作狀況，操作工人依照反映要緊參數(shù)的儀表指示情況，用人工來改變操作條件，生產(chǎn)過程單憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行。低效率，花費(fèi)龐大。20世紀(jì)50年代到60年代人們對化工生產(chǎn)各種單元操作進(jìn)行了大量的開發(fā)工作，使得化工生產(chǎn)過程朝著大規(guī)模、高效率、連續(xù)生產(chǎn)、綜合利用方向迅速進(jìn)展。20世紀(jì)70年代以來，化工自動化技術(shù)水平得到了專門大的提高20世紀(jì)70年代，計算機(jī)開始用于操縱生產(chǎn)過程，出現(xiàn)了計算機(jī)操縱系統(tǒng)20世紀(jì)80年代末至90年代，現(xiàn)場總線和現(xiàn)場總線操縱系統(tǒng)得到了迅速的進(jìn)展化工儀表及自動化系統(tǒng)的分類按功能不同，分四類：檢測儀表(包括各種參數(shù)的測量和變送)顯示儀表(包括模擬量顯示和數(shù)字量顯示)操縱儀表(包括氣動、電動操縱儀表及數(shù)字式操縱器)執(zhí)行器(包括氣動、電動、液動等執(zhí)行器)圖圖0-1各類儀表之間的關(guān)系1.自動檢測系統(tǒng)利用各種儀表對生產(chǎn)過程中要緊工藝參數(shù)進(jìn)行測量、指示或記錄的部分。作用：對過程信息的獵取與記錄作用。圖圖0-2熱交換器自動檢測系統(tǒng)示意圖自動檢測系統(tǒng)中要緊的自動化裝置自動檢測系統(tǒng)中要緊的自動化裝置敏感元件傳感器顯示儀表敏感元件對被測變量作出響應(yīng),把它轉(zhuǎn)換為適合測量的物理量。傳感器對檢測元件輸出的物理量信號作進(jìn)一步信號轉(zhuǎn)換顯示儀表將檢測結(jié)果以指針位移、數(shù)字、圖像等形式,準(zhǔn)確地指示、記錄或儲存。2.自動信號和聯(lián)鎖愛護(hù)系統(tǒng)對某些關(guān)鍵性參數(shù)設(shè)有自動信號聯(lián)鎖愛護(hù)裝置，是生產(chǎn)過程中的一種安全裝置。自動信號聯(lián)鎖愛護(hù)電路按要緊構(gòu)成元件不同分類：有觸點(diǎn)式、無觸點(diǎn)式兩類3.自動操縱及自動開停車系統(tǒng)自動操縱系統(tǒng)能夠依照預(yù)先規(guī)定的步驟自動地對生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行某種周期性操作。自動開停車系統(tǒng)能夠按照預(yù)先規(guī)定好的步驟,將生產(chǎn)過程自動地投入運(yùn)行或自動停車。4.自動操縱系統(tǒng)對生產(chǎn)中某些關(guān)鍵性參數(shù)進(jìn)行自動操縱,使它們在受到外界干擾的阻礙而偏離正常狀態(tài)時,能自動地調(diào)回到規(guī)定的數(shù)值范圍內(nèi)。本學(xué)科的作用通過本門課程的學(xué)習(xí),應(yīng)能了解要緊工藝參數(shù)(溫度、壓力、流量及物位)的檢測方法及其儀表的工作原理及特點(diǎn);能依照工藝要求,正確地選用和使用常見的檢測儀表及操縱儀表;能了解化工自動化的初步知識,理解差不多操縱規(guī)律,明白得操縱器參數(shù)是如何阻礙操縱質(zhì)量的;能依照工藝的需要,和自控設(shè)計人員共同討論和提出合理的自動操縱方案;能為自控設(shè)計提供正確的工藝條件和數(shù)據(jù);能在生產(chǎn)開停車過程中,初步掌握自動操縱系統(tǒng)的投運(yùn)及操縱器的參數(shù)整定;能了解檢測技術(shù)和操縱技術(shù)的進(jìn)展趨勢和最新進(jìn)展動態(tài)。第一章檢測儀表差不多知識內(nèi)容提要：測量過程與測量誤差測量儀表的品質(zhì)指標(biāo)測量系統(tǒng)中的常見信號類型檢測系統(tǒng)中信號的傳遞形式檢測儀表與測量方法的分類化工檢測的進(jìn)展趨勢一、測量過程與測量誤差測量是用實(shí)驗(yàn)的方法,求出某個量的大小。舉例舉例測一段導(dǎo)線的長度直接測量間接測量測量實(shí)質(zhì)：是將被測參數(shù)與其相應(yīng)的測量單位進(jìn)行比較的過程。測量誤差：由儀表讀得的被測值(測量值)與被測參數(shù)的真實(shí)值之間的差距。測量誤差按其產(chǎn)生緣故的不同,能夠分為三類：系統(tǒng)誤差疏忽誤差偶然誤差絕對誤差：xI：儀表指示值xt：被測量的真值由于真值無法得到xx：被校表的讀數(shù)值，x0：標(biāo)準(zhǔn)表的讀數(shù)值相對誤差：二、檢測儀表的品質(zhì)指標(biāo)1.測量儀表的準(zhǔn)確度（精確度）兩大阻礙因素絕對誤差和儀表的標(biāo)尺范圍講明：儀表的測量誤差能夠用絕對誤差Δ來表示。然而，儀表的絕對誤差在測量范圍內(nèi)的各點(diǎn)不相同。因此，常講的“絕對誤差”指的是絕對誤差中的最大值Δmax。三、檢測儀表的品質(zhì)指標(biāo)相對百分誤差相對百分誤差δ同意誤差同意誤差小結(jié)：儀表的δ允越大，表示它的精確度越低；反之，儀表的δ允越小，表示儀表的精確度越高。將儀表的同意相對百分誤差去掉“±”號及“％”號，便能夠用來確定儀表的精確度等級。目前常用的精確度等級有0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等。舉例：例1-1某臺測溫儀表的測溫范圍為200~700℃，校驗(yàn)該表時得到的最大絕對誤差為±4℃解：該儀表的相對百分誤差為假如將該儀表的δ去掉“±”號與“％”號，其數(shù)值為0.8。由于國家規(guī)定的精度等級中沒有0.8級儀表，同時，該儀表的誤差超過了0.5級儀表所同意的最大誤差，因此，這臺測溫儀表的精度等級為1.0級。儀表的準(zhǔn)確度等級是衡量儀表質(zhì)量優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一。準(zhǔn)確度等級數(shù)值越小，就表征該儀表的準(zhǔn)確度等級越高，儀表的準(zhǔn)確度越高。工業(yè)現(xiàn)場用的測量儀表，其準(zhǔn)確度大多在0.5級以下。儀表的精度等級一般可用不同的符號形式標(biāo)志在儀表面板上。舉例舉例1.51.0如：注意：在工業(yè)上應(yīng)用時,對檢測儀表準(zhǔn)確度的要求,應(yīng)依照生產(chǎn)操作的實(shí)際情況和該參數(shù)對整個工藝過程的阻礙程度所提供的誤差同意范圍來確定,如此才能保證生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性和合理性。2.檢測儀表的恒定度變差是指在外界條件不變的情況下，用同一儀表對被測量在儀表全部測量范圍內(nèi)進(jìn)行正反行程（即被測參數(shù)逐漸由小到大和逐漸由大到?。y量時，被測量值正行和反行所得到的兩條特性曲線之間的差值。圖圖1-1測量儀表的變差儀表的變差不能超出儀表的同意誤差，否則應(yīng)及時檢修。3.靈敏度與靈敏限儀表的靈敏度是指儀表指針的線位移或角位移，與引起那個位移的被測參數(shù)變化量的比值。即式中，S為儀表的靈敏度；Δα為指針的線位移或角位移；Δx為引起Δα所需的被測參數(shù)變化量。儀表的靈敏限是指能引起儀表指針發(fā)生動作的被測參數(shù)的最小變化量。通常儀表靈敏限的數(shù)值應(yīng)不大于儀表同意絕對誤差的一半。注意：上述指標(biāo)僅適用于指針式儀表。在數(shù)字式儀表中，往往用分辨率表示。4.反應(yīng)時刻反應(yīng)時刻確實(shí)是用來衡量儀表能不能盡快反映出參數(shù)變化的品質(zhì)指標(biāo)。反應(yīng)時刻長，講明儀表需要較長時刻才能給出準(zhǔn)確的指示值，那就不宜用來測量變化頻繁的參數(shù)。儀表反應(yīng)時刻的長短，實(shí)際上反映了儀表動態(tài)特性的好壞。儀表的反應(yīng)時刻有不同的表示方法儀表的反應(yīng)時刻有不同的表示方法當(dāng)輸入信號突然變化一個數(shù)值后，輸出信號將由原始值逐漸變化到新的穩(wěn)態(tài)值。儀表的輸出信號由開始變化到新穩(wěn)態(tài)值的63.2％（95％）所用的時刻，可用來表示反應(yīng)時刻。5.線性度線性度是表征線性刻度儀表的輸出量與輸入量的實(shí)際校準(zhǔn)曲線與理論直線的吻合程度。通?？偸窍Ｍ麥y量儀表的輸出與輸入之間呈線性關(guān)系。圖1-2圖1-2線性度示意圖式中，δf為線性度（又稱非線性誤差）；Δfmax為校準(zhǔn)曲線關(guān)于理論直線的最大偏差（以儀表示值的單位計算）。6.重復(fù)性重復(fù)性表示檢測儀表在被測參數(shù)按同一方向作全量程連續(xù)多次變動時所得標(biāo)定特性曲線不一致的程度。若標(biāo)定的特性曲線一致,重復(fù)性就好,重復(fù)性誤差就小。圖圖1-3重復(fù)性示意圖三、檢測系統(tǒng)中的常見信號類型作用于檢測裝置輸入端的被測信號，通常要轉(zhuǎn)換成以下幾種便于傳輸和顯示的信號類型：1.位移信號2.壓力信號3.電氣信號4.光信號四、檢測系統(tǒng)中信號的傳遞形式1.模擬信號在時刻上是連續(xù)變化的,即在任何瞬時都能夠確定其數(shù)值的信號。2.數(shù)字信號數(shù)字信號是一種以離散形式出現(xiàn)的不連續(xù)信號,通常用二進(jìn)制數(shù)“0”和“1”組合的代碼序列來表示。3.開關(guān)信號用兩種狀態(tài)或用兩個數(shù)值范圍表示的不連續(xù)信號。五、檢測儀表與測量方法的分類1.檢測儀表的分類①依據(jù)所測參數(shù)的不同,可分成壓力(包括差壓、負(fù)壓)檢測儀表、流量檢測儀表、物位(液位)檢測儀表、溫度檢測儀表、物質(zhì)成分分析儀表及物性檢測儀表等。②按表達(dá)示數(shù)的方式不同,可分成指示型、記錄型、訊號型、遠(yuǎn)傳指示型、累積型等。③按精度等級及使用場合的不同,可分為有用儀表、范型儀表和標(biāo)準(zhǔn)儀表,分不使用在現(xiàn)場、實(shí)驗(yàn)室和標(biāo)定室。2.測量方法的分類按照測量結(jié)果的獲得過程按照測量結(jié)果的獲得過程直接測量間接測量（1）直接測量利用通過標(biāo)定的儀表對被測參數(shù)進(jìn)行測量，直接從顯示結(jié)果獲得被測參數(shù)的具體數(shù)值的測量方法。依照被測參數(shù)獲得方式的不同，直接測量又有偏差法與平衡法（零位法）之分。除此之外除此之外,還有一種將平衡法與偏差法結(jié)合起來的微差法（2）間接測量當(dāng)被測量不宜直接測量時,能夠通過測量與被測量有關(guān)的幾個相關(guān)量后,再通過計算來確定被測量的大小。六、化工檢測的進(jìn)展趨勢1.檢測技術(shù)的現(xiàn)代化2.檢測儀表的集成化、數(shù)字化、智能化3.軟測量技術(shù)和虛擬儀器七、例題分析1.某臺具有線性關(guān)系的溫度變送器,其測溫范圍為0～200℃輸入信號標(biāo)準(zhǔn)溫度/℃050100150200輸出信號/mA正行程讀數(shù)x正正行程讀數(shù)x反44.0288.1012.0112.1016.0116.092020.01試依照以上校驗(yàn)數(shù)據(jù)確定該儀表的變差、準(zhǔn)確度等級與線性度。解:該題的解題步驟如下。(1)依照儀表的輸出范圍確定在各溫度測試點(diǎn)的輸出標(biāo)準(zhǔn)值x標(biāo)。任一溫度值的標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(mA)為例如,當(dāng)溫度為50℃其余類推。(2)算出各測試點(diǎn)正、反行程時的絕對誤差Δ正與Δ反,并算出正、反行程之差Δ變,分不填入下表內(nèi)(計算Δ變時可不考慮符號,取正值)。輸入信號/℃050100150200輸出信號/mA正行程讀數(shù)x正反行程讀數(shù)x反標(biāo)準(zhǔn)值44.02488.10812.0112.101216.0116.09162020.0120絕對誤差/mA正行程Δ正反行程Δ反00.0200.100.010.100.010.0900.01正反行程之差Δ變0.020.100.090.080.01(3)由上表找出最大的絕對誤差Δmax,并計算最大的相對百分誤差δmax。由上表可知去掉δmax的“±”號及“%”號后,其數(shù)值為0.625,數(shù)值在0.5～1.0之間,由于該表的δmax已超過0.5級表所同意的δ允,故該表的準(zhǔn)確度等級為1.0級。(4)計算變差由于該變差數(shù)值在1.0級表同意的誤差范圍內(nèi),故不阻礙表的準(zhǔn)確度等級。注意若變差數(shù)值Δ變max超過了絕對誤差Δmax,則應(yīng)以Δ變max來確定儀表的準(zhǔn)確度等級。(5)由計算結(jié)果可知,非線性誤差的最大值Δfmax=0.10,故線性度δf為注意：在具體校驗(yàn)儀表時,為了可靠起見,應(yīng)適當(dāng)增加測試點(diǎn)與實(shí)驗(yàn)次數(shù),本例題只是簡單列舉幾個數(shù)據(jù)講明問題罷了。2.某臺測溫儀表的測溫范圍為200～1000℃,工藝上要求測溫誤差不能大于±5解:工藝上同意的相對百分誤差為要求所選的儀表的相對百分誤差不能大于工藝上的δ允,才能保證測溫誤差不大于±5℃,因此所選儀表的準(zhǔn)確度等級應(yīng)為0.5級。因此儀表的準(zhǔn)確度等級越高,能使測溫誤差越小,但為了不增加投資費(fèi)用,不宜選過高準(zhǔn)確度的儀表。第二章壓力檢測概述：在化工生產(chǎn)中,壓力是指由氣體或液體均勻垂直地作用于單位面積上的力。在工業(yè)生產(chǎn)過程中,壓力往往是重要的操作參數(shù)之一。壓力的檢測與操縱,對保證生產(chǎn)過程正常進(jìn)行,達(dá)到高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低消耗和安全是十分重要的。第一節(jié)壓力單位及測壓儀表壓力是指均勻垂直地作用在單位面積上的力。壓力的單位為帕斯卡，簡稱帕（Pa）為了使大伙兒了解國際單位制中的壓力單位（Pa或MPa）與過去的單位之間的關(guān)系，下面給出幾種單位之間的換算關(guān)系表。表3-1各種壓力單位換算表壓力單位帕/Pa兆帕/MPa工程大氣壓/(kgf/cm2)物理大氣壓/atm汞柱/mmHg水柱/mH2O（磅/英寸2）/（1b/in2）巴/bar帕11×1061.0197×10-59.869×10-67.501×10-31.0197×10-41.450×10-41×10-5兆帕1×106110.1979.8697.501×1031.0197×1021.450×10210工程大氣壓9.807×1049.807×10-210.9678735.610.0014.220.9807物理大氣壓1.0133×1050.101331.0332176010.3314.701.0133汞柱1.3332×1021.3332×10-41.3595×10-31.3158×10-310.01361.934×10-21.3332×10-3水柱9.806×1039.806×10-30.10000.0967873.5511.4220.09806（磅/英寸2）6.895×1036.895×10-30.070310.0680551.710.703110.06895巴1×1050.11.01970.9869750.110.19714.501在壓力測量中，常有表壓、絕對壓力、負(fù)壓或真空度之分。pp表P真P絕P絕大氣壓力線零線圖2-1絕對壓力、表壓、負(fù)壓（真空度）的關(guān)系當(dāng)被測壓力低于大氣壓力時，一般用負(fù)壓或真空度來表示。測量壓力或真空度的儀表按照其轉(zhuǎn)換原理的不同，分為四類。1.液柱式壓力計它依照流體靜力學(xué)原理，將被測壓力轉(zhuǎn)換成液柱高度進(jìn)行測量。按其結(jié)構(gòu)形式的不同有U形管壓力計、單管壓力計等優(yōu)點(diǎn)這類壓力計結(jié)構(gòu)簡單、使用方便缺點(diǎn)其精度受工作液的毛細(xì)管作用、密度及視差等因素的阻礙，測量范圍較窄，一般用來測量較低壓力、真空度或壓力差。2.彈性式壓力計它是將被測壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件變形的位移進(jìn)行測量的。3.電氣式壓力計它是通過機(jī)械和電氣元件將被測壓力轉(zhuǎn)換成電量（如電壓、電流、頻率等）來進(jìn)行測量的儀表。4.活塞式壓力計它是依照水壓機(jī)液體傳送壓力的原理，將被測壓力轉(zhuǎn)換成活塞上所加平衡砝碼的質(zhì)量來進(jìn)行測量的。優(yōu)點(diǎn)：測量精度專門高，同意誤差可小到0.05%～0.02%。缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，價格較貴。第二節(jié)彈性式壓力計定義：彈性式壓力計是利用各種形式的彈性元件，在被測介質(zhì)壓力的作用下，使彈性元件受壓后產(chǎn)生彈性變形的原理而制成的測壓儀表。優(yōu)點(diǎn)：具有結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠、讀數(shù)清晰、牢固可靠、價格低廉、測量范圍寬以及有足夠的精度等優(yōu)點(diǎn)?？捎脕頊y量幾百帕到數(shù)千兆帕范圍內(nèi)的壓力。一、彈性元件彈性元件是一種簡易可靠的測壓敏感元件。當(dāng)測壓范圍不同時，所用的彈性元件也不一樣。圖2-2彈性元件示意圖彈簧管式彈性元件如圖(a)和(b)所示，波浪管式彈性元件如圖(e)所示，薄膜式彈性元件如圖(c)和(d)所示。二、彈簧管壓力表分類分類使用的測壓元件單圈彈簧管壓力表與多圈彈簧管壓力表。用途一般彈簧管壓力表，耐腐蝕的氨用壓力表、禁油的氧氣壓力表等。1—1—彈簧管；2—拉桿；3—扇形齒輪；4—中心齒輪；5—指針；6—面板；7—游絲；8—調(diào)整螺絲；9—接頭彈簧壓力表差不多測量原理單圈彈簧管是一根彎成270°圓弧的橢圓截面的空心金屬管子。管子的自由端B封閉，另一端固定在接頭９上。當(dāng)通入被測的壓力p后，由于橢圓形截面在壓力p的作用下，將趨于圓形，而彎成圓弧形的彈簧管也隨之產(chǎn)生擴(kuò)張變形。同時，使彈簧管的自由端B產(chǎn)生位移。輸入壓力p越大，產(chǎn)生的變形也越大。由于輸入壓力與彈簧管自由端B的位移成正比，因此只要測得B點(diǎn)的位移量，就能反映壓力p的大小。注意：彈簧管自由端B的位移量一般專門小，直接顯示有困難，因此必須通過放大機(jī)構(gòu)才能指示出來。警惕：在化工生產(chǎn)過程中，常需要把壓力操縱在某一范圍內(nèi)，即當(dāng)壓力低于或高于給定范圍時，就會破壞正常工藝條件，甚至可能發(fā)生危險。這時就應(yīng)采納帶有報警或操縱觸點(diǎn)的壓力表。將一般彈簧管壓力表稍加變化，便可成為電接點(diǎn)信號壓力表，它能在壓力偏離給定范圍時，及時發(fā)出信號，以提醒操作人員注意或通過中間繼電器實(shí)現(xiàn)壓力的自動操縱。圖2-4電接點(diǎn)信號壓力表1，4?a靜觸點(diǎn)；2?a動觸點(diǎn)；3?a綠燈；5?a紅燈第三節(jié)電氣式壓力計定義：電氣式壓力計是一種能將壓力轉(zhuǎn)換成電信號進(jìn)行傳輸及顯示的儀表。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)1.該儀表的測量范圍較廣，分不可測7×10-5Pa至5×102MPa的壓力，同意誤差可至0.2％；2.由于能夠遠(yuǎn)距離傳送信號，因此在工業(yè)生產(chǎn)過程中能夠?qū)崿F(xiàn)壓力自動操縱和報警，并可與工業(yè)操縱機(jī)聯(lián)用。組成圖圖2-5電氣式壓力計組成方框圖一般由壓力傳感器、測量電路和信號處理裝置所組成。常用的信號處理裝置有指示儀、記錄儀以及操縱器、微處理機(jī)等。一、應(yīng)變片壓力傳感器應(yīng)變片式壓力傳感器利用電阻應(yīng)變原理構(gòu)成。電阻應(yīng)變片有金屬和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩類，被測壓力使應(yīng)變片產(chǎn)生應(yīng)變。當(dāng)應(yīng)變片產(chǎn)生壓縮（拉伸）應(yīng)變時，其阻值減?。ㄔ黾樱?，再通過橋式電路獲得相應(yīng)的毫伏級電勢輸出，并用毫伏計或其他記錄儀表顯示出被測壓力，從而組成應(yīng)變片式壓力計。圖圖2-6應(yīng)變片壓力傳感器示意圖1—應(yīng)變筒；2—外殼；3—密封膜片二、壓阻式壓力傳感器工作原理:壓阻式壓力傳感器利用單晶硅的壓阻效應(yīng)而構(gòu)成。采納單晶硅片為彈性元件，在單晶硅膜片上利用集成電路的工藝，在單晶硅的特定方向擴(kuò)散一組等值電阻，并將電阻接成橋路，單晶硅片置于傳感器腔內(nèi)。當(dāng)壓力發(fā)生變化時，單晶硅產(chǎn)生應(yīng)變，使直接擴(kuò)散在上面的應(yīng)變電阻產(chǎn)生與被測壓力成比例的變化，再由橋式電路獲得相應(yīng)的電壓輸出信號。第三節(jié)電氣式壓力計特點(diǎn)精度高、工作可靠、頻率響應(yīng)高、遲滯小、尺寸小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單；便于實(shí)現(xiàn)顯示數(shù)字化；能夠測量壓力，稍加改變，還能夠測量差壓、高度、速度、加速度等參數(shù)。圖圖3-12壓阻式壓力傳感器1—基座；2—單晶硅片；3—導(dǎo)環(huán)；4—螺母；5—密封墊圈；6—等效電阻三、電容式壓力變送器工作原理先將壓力的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化，然后進(jìn)行測量。圖圖2-8電容式測量膜盒1?a中心感應(yīng)膜片(可動電極)；2?a固定電極；3?a測量側(cè)；4?a隔離膜片第四節(jié)智能式變送器智能型壓力或差壓變送器是在一般壓力或差壓傳感器的基礎(chǔ)上增加微處理器電路而形成的智能檢測儀表。一、智能變送器的特點(diǎn)①性能穩(wěn)定,可靠性好,測量精度高,差不多誤差僅為±0.1%。②量程范圍可達(dá)100∶1,時刻常數(shù)可在0～36s內(nèi)調(diào)整,有較寬的零點(diǎn)遷移范圍。③具有溫度、靜壓的自動補(bǔ)償功能,在檢測溫度時,可對非線性進(jìn)行自動校正。④具有數(shù)字、模擬兩種輸出方式,能夠?qū)崿F(xiàn)雙向數(shù)據(jù)通訊,能夠與現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)和上位計算機(jī)相連。⑤能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程通訊,通過現(xiàn)場通訊器,使變送器具有自修正、自補(bǔ)償、自診斷及錯誤方式告警等多種功能,簡化了調(diào)整、校準(zhǔn)與維護(hù)過程,使維護(hù)和使用都十分方便。二、智能變送器的結(jié)構(gòu)原理從整體上來看,由硬件和軟件兩大部分組成。從電路結(jié)構(gòu)上來看,包括傳感器部件和電子部件兩部分。舉例以美國費(fèi)希爾-羅斯蒙特公司的3051C型智能差壓變送器為例介紹其工作原理。圖2-93051C型智能差壓變送器（4～20mA）方框圖3051C型智能差壓變送器所用的手持通信器為275型，帶有鍵盤及液晶顯示器。能夠接在現(xiàn)場變送器的信號端子上，就地設(shè)定或檢測，也能夠在遠(yuǎn)離現(xiàn)場的操縱室中，接在某個變送器的信號線上進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)定及檢測。實(shí)現(xiàn)的功能實(shí)現(xiàn)的功能（1）組態(tài)（2）測量范圍的變更（3）變送器的校準(zhǔn)（4）自診斷圖圖2-10手持通信器的連接示意圖注意要對智能型差壓變送器每五年校驗(yàn)一次，智能型差壓變送器與手持通信器結(jié)合使用，可遠(yuǎn)離生產(chǎn)現(xiàn)場，尤其是危險或不易到達(dá)的地點(diǎn)，給變送器的運(yùn)行和維護(hù)帶來了極大的方便。第五節(jié)壓力計的選用及安裝一、壓力計的選用壓力計的選用應(yīng)依照工藝生產(chǎn)過程對壓力測量的要求，結(jié)合其他各方面的情況，加以全面的考慮和具體的分析，一般考慮以下幾個問題。1、儀表類型的選用2、儀表測量范圍的確定3、儀表精度級的選取二、壓力計的安裝1.測壓點(diǎn)的選擇應(yīng)能反映被測壓力的真實(shí)大小。①要選在被測介質(zhì)直線流淌的管段部分，不要選在管路拐彎、分叉、死角或其他易形成漩渦的地點(diǎn)。②測量流淌介質(zhì)的壓力時，應(yīng)使取壓點(diǎn)與流淌方向垂直，取壓管內(nèi)端面與生產(chǎn)設(shè)備連接處的內(nèi)壁應(yīng)保持平齊，不應(yīng)有凸出物或毛刺。③測量液（氣）體壓力時，取壓點(diǎn)應(yīng)在管道下（上）部，使導(dǎo)壓管內(nèi)不積存氣（液）體。2.導(dǎo)壓管鋪設(shè)①導(dǎo)壓管粗細(xì)要合適，一般內(nèi)徑為6～10mm，長度應(yīng)盡可能短，最長不得超過50m，以減少壓力指示的遲緩。如超過50②導(dǎo)壓管水平安裝時應(yīng)保證有1:10～1:20的傾斜度，以利于積存于其中之液體（或氣體）的排出。③當(dāng)被測介質(zhì)易冷凝或凍結(jié)時，必須加設(shè)保溫伴熱管線。④取壓口到壓力計之間應(yīng)裝有切斷閥，以備檢修壓力計時使用。切斷閥應(yīng)裝設(shè)在靠近取壓口的地點(diǎn)。3.壓力計的安裝①壓力計應(yīng)安裝在易觀看和檢修的地點(diǎn)。②安裝地點(diǎn)應(yīng)力求幸免振動和高溫阻礙。③測量蒸汽壓力時，應(yīng)加裝凝液管，以防止高溫蒸汽直接與測壓元件接觸[圖3-17（a）］；關(guān)于有腐蝕性介質(zhì)的壓力測量，應(yīng)加裝有中性介質(zhì)的隔離罐，右圖（b）表示了被測介質(zhì)密度ρ2大于和小于隔離液密度ρ1的兩種情況。圖圖2-11壓力計安裝示意圖１?a壓力計；２?a切斷閥門；３?a凝液管；４?a取壓容器④壓力計的連接處，應(yīng)依照被測壓力的高低和介質(zhì)性質(zhì)，選擇適當(dāng)?shù)牟牧?，作為密封墊片，以防泄漏。⑤當(dāng)被測壓力較小，而壓力計與取壓口又不在同一高度時，對由此高度而引起的測量誤差應(yīng)按Δp＝±Hρg進(jìn)行修正。式中H為高度差，ρ為導(dǎo)壓管中介質(zhì)的密度，g為重力加速度。⑥為安全起見，測量高壓的壓力計除選用有通氣孔的外，安裝時表殼應(yīng)向墻壁或無人通過之處，以防發(fā)生意外。例題分析1.某臺往復(fù)式壓縮機(jī)的出口壓力范圍為25～28MPa，測量誤差不得大于1MPa。工藝上要求就地觀看，并能高低限報警，試正確選用一臺壓力表，指出型號、精度與測量范圍。解由于往復(fù)式壓縮機(jī)的出口壓力脈動較大，因此選擇儀表的上限值為依照就地觀看及能進(jìn)行高低限報警的要求，由本章附錄，可查得選用YX-150型電接點(diǎn)壓力表，測量范圍為0～60MPa。由于，故被測壓力的最小值不低于滿量程的1/3，這是同意的。另外，依照測量誤差的要求，可算得同意誤差為因此，精度等級為1.5級的儀表完全能夠滿足誤差要求。至此，能夠確定，選擇的壓力表為YX-150型電接點(diǎn)壓力表，測量范圍為0～60MPa，精度等級為1.5級。2.假如某反應(yīng)器最大壓力為0.6MPa，同意最大絕對誤差為±0.02MPa?，F(xiàn)用一臺測量范圍為0～1.6MPa，準(zhǔn)確度為1.5級的壓力表來進(jìn)行測量，問能否符合工藝上的誤差要求？若采納一臺測量范圍為0～1.0MPa，準(zhǔn)確度為1.5級的壓力表，問能符合誤差要求嗎？試講明其理由。解：關(guān)于測量范圍為0～1.6MPa，準(zhǔn)確度為1.5級的壓力表，同意的最大絕對誤差為1.6×1.5%=0.024(MPa)因?yàn)榇藬?shù)值超過了工藝上同意的最大絕對誤差數(shù)值,因此是不合格的。關(guān)于測量范圍為0～1.0MPa，準(zhǔn)確度亦為1.5級的壓力表,同意的最大絕對誤差為1.0×1.5%=0.015(MPa)因?yàn)榇藬?shù)值小于工藝上同意的最大絕對誤差,故符合對測量準(zhǔn)確度的要求,能夠采納。該例講明了選一臺量程專門大的儀表來測量專門小的參數(shù)值是不適宜的。第三章流量檢測概述介質(zhì)流量是操縱生產(chǎn)過程達(dá)到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)和安全生產(chǎn)以及進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算所必需的一個重要參數(shù)。定義流量大?。簡挝粫r刻內(nèi)流過管道某一截面的流體數(shù)量的大小，即瞬時流量。總量：在某一段時刻內(nèi)流過管道的流體流量的總和，即瞬時流量在某一段時刻內(nèi)的累計值。質(zhì)量流量M體積流量Q如以t表示時刻，則流量和總量之間的關(guān)系是流量計：測量流體流量的儀表。計量表：測量流體總量的儀表。1.速度式流量計以測量流體在管道內(nèi)的流速作為測量依據(jù)來計算流量的儀表。2.容積式流量計以單位時刻內(nèi)所排出的流體的固定容積的數(shù)目作為測量依據(jù)來計算流量的儀表。3.質(zhì)量流量計以測量流體流過的質(zhì)量M為依據(jù)的流量計。質(zhì)量流量計分直接式和間接式兩種。第一節(jié)差壓式流量計差壓式（也稱節(jié)流式）流量計是基于流體流淌的節(jié)流原理，利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置時產(chǎn)生的壓力差而實(shí)現(xiàn)流量測量的。通常是由能將被測流量轉(zhuǎn)換成壓差信號的節(jié)流裝置和能將此壓差轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的流量值顯示出來的差壓計以及顯示儀表所組成。一、節(jié)流現(xiàn)象與流量差不多方程式流體在有節(jié)流裝置的管道中流淌時，在節(jié)流裝置前后的管壁處，流體的靜壓力產(chǎn)生差異的現(xiàn)象稱為節(jié)流現(xiàn)象。節(jié)流裝置確實(shí)是在管道中放置的一個局部收縮元件,應(yīng)用最廣泛的是孔板,其次是噴嘴、文丘里管。注意:要準(zhǔn)確測量出截面Ⅰ、Ⅱ處的壓力有困難，因?yàn)楫a(chǎn)生最低靜壓力p2′的截面Ⅱ的位置隨著流速的不同會改變。因此是在孔板前后的管壁上選擇兩個固定的取壓點(diǎn)，來測量流體在節(jié)流裝置前后的壓力變化。因而所測得的壓差與流量之間的關(guān)系，與測壓點(diǎn)及測壓方式的選擇是緊密相關(guān)的。圖圖3-1孔板裝置及壓力、流速分布圖2.節(jié)流差不多方程式流量差不多方程式是闡明流量與壓差之間定量關(guān)系的差不多流量公式。它是依照流體力學(xué)中的伯努利方程和流體連續(xù)性方程式推導(dǎo)而得的。能夠看出要明白流量與壓差的確切關(guān)系，關(guān)鍵在于α的取值。流量與壓力差ΔP的平方根成正比。二、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置國內(nèi)外把最常用的節(jié)流裝置、孔板、噴嘴、文丘里管等標(biāo)準(zhǔn)化，并稱為“標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置”。采納標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置進(jìn)行設(shè)計計算時都有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定、要求和計算所需要的通用化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)資料。1.節(jié)流裝置的選用①在加工制造和安裝方面,以孔板為最簡單,噴嘴次之,文丘里管最復(fù)雜。造價高低也與此相對應(yīng)。實(shí)際上,在一般場合下,以采納孔板為最多。②當(dāng)要求壓力損失較小時,可采納噴嘴、文丘里管等。③在測量某些易使節(jié)流裝置腐蝕、沾污、磨損、變形的介質(zhì)流量時,采納噴嘴較采納孔板為好。④在流量值與壓差值都相同的條件下,使用噴嘴有較高的測量精度,而且所需的直管長度也較短。⑤如被測介質(zhì)是高溫、高壓的,則可選用孔板和噴嘴。文丘里管只適用于低壓的流體介質(zhì)。2.節(jié)流裝置的安裝使用①必須保證節(jié)流裝置的開孔和管道的軸線同心,并使節(jié)流裝置端面與管道的軸線垂直。②在節(jié)流裝置前后長度為兩倍于管徑(2D)的一段管道內(nèi)壁上,不應(yīng)有凸出物和明顯的粗糙或不平現(xiàn)象。③任何局部阻力(如彎管、三通管、閘閥等)均會引起流速在截面上重新分布,引起流量系數(shù)變化。因此在節(jié)流裝置的上、下游必須配置一定長度的直管。④標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置(孔板、噴嘴),一般都用于直徑D≥50mm的管道中。⑤被測介質(zhì)應(yīng)充滿全部管道同時連續(xù)流淌。⑥管道內(nèi)的流束(流淌狀態(tài))應(yīng)該是穩(wěn)定的。⑦被測介質(zhì)在通過節(jié)流裝置時應(yīng)不發(fā)生相變。三、力矩平衡式差壓變送器變送器是單元組合式儀表中不可缺少的差不多單元之一。所謂單元組合式儀表,這是將對參數(shù)的檢測及其變送、顯示、操縱等各部分,分不做成只完成某一種功能而又能各自獨(dú)立工作的單元儀表(簡稱單元,例如變送單元、顯示單元、操縱單元等)。分類按使用的能源不同,單元組合式儀表有氣動單元組合式儀表(QDZ型)和電動單元組合式儀表(DDZ型)。差壓變送器能夠?qū)⒉顗盒盘枽轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的氣壓信號或電流信號,能夠連續(xù)地測量差壓、液位、分界面等工藝參數(shù)。當(dāng)它與節(jié)流裝置配合時,能夠用來連續(xù)測量液體、蒸汽和氣體的流量。力矩平衡式差壓變送器是一種典型的自平衡檢測儀表，它利用負(fù)反饋的工作原理克服元件材料、加工工藝等不利因素的阻礙，使儀表具有較高的測量準(zhǔn)確度(一般為0.5級)、工作穩(wěn)定、可靠、線性好、不靈敏區(qū)小、溫度誤差小等一系列優(yōu)點(diǎn)。舉例以DDZ-Ⅲ型壓力變送器為例DDZ-Ⅲ型差壓變送器將差壓信號轉(zhuǎn)換為4～20mA的直流電流信號。在差壓Δp作用下，產(chǎn)生一個測試力，即（3-5）1—測量氣室;2—測量膜片;3—支點(diǎn);4—主杠桿;5—推板;6—矢量板;7—拉桿;8—支撐簧片;9—動鐵心;10—差動變送器;11—副杠桿;12—放大器;13—永久磁鋼;14—可動線圈;15—調(diào)零彈簧圖圖3-2DDZ-Ⅲ型差壓變送器示意圖該變送器是按力矩平衡原理工作的。依照主、副杠桿的平衡條件能夠推導(dǎo)出被測壓力Δp與輸出信號I0的關(guān)系。當(dāng)主杠桿平衡時，應(yīng)有（（3-6）式中，、分不為F測、F1離支點(diǎn)O1的距離。將式（3-5）代入式（3-6），有（（3-7）式中,為一比例系數(shù)。而而（3-8）（3-9）分不為F2及電磁力離副杠桿十字支撐簧片的距離。（（3-10）將式（3-10）代入式（3-9），得（3-11）聯(lián)立式（3-8）與（3-11），得（3-20）式中，為轉(zhuǎn)換比例系數(shù)。四、差壓式流量計的測量誤差在現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用時，往往具有比較大的測量誤差，有的甚至高達(dá)10％～20％。注意不僅需要合理的選型、準(zhǔn)確的設(shè)計計算和加工制造，更要注意正確的安裝、維護(hù)和符合使用條件等，才能保證差壓式流量計有足夠的實(shí)際測量精度。誤差產(chǎn)生的緣故被測流體工作狀態(tài)的變動。節(jié)流裝置安裝不正確?？装迦肟谶吘壍哪p。導(dǎo)壓管安裝不正確，或有堵塞、滲漏現(xiàn)象差壓計安裝或使用不正確導(dǎo)壓管要正確地安裝，防止堵塞與滲漏，否則會引起較大的測量誤差。關(guān)于不同的被測介質(zhì)，導(dǎo)壓管的安裝亦有不同的要求，下面分類討論。圖3-3圖3-3測量液體流量時的取壓點(diǎn)位置圖圖3-4測量液體流量時的連接圖11?a節(jié)流裝置；2?a引壓導(dǎo)管3?a放空閥；4?a平衡閥；5?a差壓變送器；6?a貯氣罐；7?a切斷閥（1）測量液體的流量時，應(yīng)該使兩根導(dǎo)壓管內(nèi)都充滿同樣的液體而無氣泡，以使兩根導(dǎo)壓管內(nèi)的液體密度相等。①取壓點(diǎn)應(yīng)該位于節(jié)流裝置的下半部，與水平線夾角α為0°～45°。②引壓導(dǎo)管最好垂直向下，如條件不許可，導(dǎo)壓管亦應(yīng)下傾一定坡度（至少1∶20～1∶10），使氣泡易于排出。③在引壓導(dǎo)管的管路中，應(yīng)有排氣的裝置。（2）測量氣體流量時，上述的這些差不多原則仍然適用。①取壓點(diǎn)應(yīng)在節(jié)流裝置的上半部。②引壓導(dǎo)管最好垂直向上，至少亦應(yīng)向上傾斜一定的坡度，以使引壓導(dǎo)管中不滯留液體。③假如差壓計必須裝在節(jié)流裝置之下，則需加裝貯液罐和排放閥，如圖3-5所示。（3）測量蒸汽的流量時，要實(shí)現(xiàn)上述的差不多原則，必須解決蒸汽冷凝液的等液位問題，以消除冷凝液液位的高低對測量精度的阻礙。常見的接法見圖3-6所示。1?a節(jié)流裝置；21?a節(jié)流裝置；2?a凝液罐；3?a引壓導(dǎo)管；4?a排放閥；5?a差壓變送器；6?a平衡閥圖3-6測量蒸汽流量的連接圖圖3-5測量氣體流量時的連接圖1?a節(jié)流裝置；2?a引壓導(dǎo)管；3?a差壓變送器；4?a貯液罐；5?a排放閥差壓計或差壓變送器安裝或使用不正確也會引起測量誤差。由引壓導(dǎo)管接至差壓計或變送器前，必須安裝切斷閥1、2和平衡閥3，如圖3-7所示。測量腐蝕性（或因易凝固不適宜直接進(jìn)入差壓計）的介質(zhì)流量時，必須采取隔離措施。常用的兩種隔離罐形式如圖3-8所示。圖3-26隔離罐的兩種形式圖3-26隔離罐的兩種形式圖3-7差壓計閥組安裝示意圖1，2?a切斷閥；3?a平衡閥第二節(jié)轉(zhuǎn)子流量計一、工作原理轉(zhuǎn)子流量計采納的是恒壓降、變節(jié)流面積的流量測量方法。圖3-9轉(zhuǎn)子流量計的工作原理圖轉(zhuǎn)子流量計中轉(zhuǎn)子的平衡條件是轉(zhuǎn)子流量計中轉(zhuǎn)子的平衡條件是（3-13）由式（由式（3-25）可得（3-14）依照轉(zhuǎn)子浮起的高度就能夠推斷被測介質(zhì)的流量大小依照轉(zhuǎn)子浮起的高度就能夠推斷被測介質(zhì)的流量大小或二、電遠(yuǎn)傳式轉(zhuǎn)子流量計它能夠?qū)⒎从沉髁看笮〉霓D(zhuǎn)子高度h轉(zhuǎn)換為電信號，適合于遠(yuǎn)傳，進(jìn)行顯示或記錄。LZD系列電遠(yuǎn)傳式轉(zhuǎn)子流量計要緊由流量變送及電動顯示兩部分組成。流量變送部分圖圖3-10差動變壓器結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換原理轉(zhuǎn)換原理若將轉(zhuǎn)子流量計的轉(zhuǎn)子與差動變壓器的鐵芯連接起來，使轉(zhuǎn)子隨流量變化的運(yùn)動帶動鐵芯一起運(yùn)動，那么，就能夠?qū)⒘髁康拇笮∞D(zhuǎn)換成輸出感應(yīng)電勢的大小。2.電動顯示部分圖圖3-11LTD系列電遠(yuǎn)傳轉(zhuǎn)子流量計第三節(jié)漩渦流量計精度高、測量范圍寬、沒有運(yùn)動部件、無機(jī)械磨損、維護(hù)方便、壓力損失小、節(jié)能效果明顯。圖圖3-12卡門渦列(a)圓柱渦列；(b)三角柱渦列漩渦流量計是利用有規(guī)則的漩渦剝離現(xiàn)象來測量流體流量的儀表。滿足h／L＝0.281時，則所產(chǎn)生的渦街是穩(wěn)定的。由圓柱體形成的卡曼漩渦，其單側(cè)漩渦產(chǎn)生的頻率為熱學(xué)法熱學(xué)法電容法壓差法漩渦頻率的檢測方法圖3-13圓柱檢出器原理圖1?a空腔；2?a圓柱棒；3?a導(dǎo)壓孔；4?a鉑電阻絲；5?a隔墻第四節(jié)質(zhì)量流量計定義直接測量單位時刻內(nèi)所流過的介質(zhì)的質(zhì)量,即質(zhì)量流量M。優(yōu)點(diǎn)質(zhì)量流量計的最后輸出信號只與介質(zhì)的質(zhì)量流量M成比例,這就能從全然上提高流量測量的精度,省去了煩瑣的換算和修正。質(zhì)量流量的差不多方程式為一、直接式質(zhì)量流量計（（3-18）（3-19）將式(3-19)減去式(3-18),可得即即第四章物位檢測第一節(jié)物位檢測的意義及要緊類型幾個概念液位料位液位計料位計界面計測量物位的兩個目的按其工作原理分為直讀式物位儀表差壓式物位儀表浮力式物位儀表電磁式物位儀表核輻射式物位儀表聲波式物位儀表光學(xué)式物位儀表一、工作原理將差壓變送器的一端接液相，另一端接氣相因此圖圖4-1差壓式液位計原理圖結(jié)論當(dāng)用差壓式液位計來測量液位時,若被測容器是敞口的,氣相壓力為大氣壓,則差壓計的負(fù)壓室通大氣就能夠了,這時也能夠用壓力計來直接測量液位的高低。若容器是受壓的,則需將差壓計的負(fù)壓室與容器的氣相相連接。以平衡氣相壓力pA的靜壓作用。二、零點(diǎn)遷移問題實(shí)際應(yīng)用中，正、負(fù)室壓力p1、p2分不為則則圖圖4-2負(fù)遷移示意圖遷移同時改變了測量范圍的上、下限，相當(dāng)于測量范圍的平移，它不改變量程的大小。三、用法蘭式差壓變送器測量液位為了解決測量具有腐蝕性或含有結(jié)晶顆粒以及黏度大、易凝固等液體液位時引壓管線被腐蝕、被堵塞的問題，應(yīng)使用法蘭式差壓變送器，如下圖所示。圖圖4-5法蘭式差壓變送器測量液位示意圖1?a法蘭式測量頭；2?a毛細(xì)管；3?a變送器第三節(jié)其他物位計一、電容式物位計1.測量原理通過測量電容量的變化能夠用來檢測液位、料位和兩種不同液體的分界面。當(dāng)D和當(dāng)D和d一定時，電容量C的大小與極板的長度L和介質(zhì)的介電常數(shù)ε的乘積成比例。兩圓筒間的電容量C圖4-8電容器的組成1?a內(nèi)電極；2?a外電極結(jié)論電容量的變化與液位高度H成正比。該法是利用被測介質(zhì)的介電系數(shù)ε與空氣介電系數(shù)ε0不等的原理進(jìn)行工作，（ε-ε0）值越大，儀表越靈敏。電容器兩極間的距離越小，儀表越靈敏。二、核輻射物位計射線的透射強(qiáng)度隨著通過介質(zhì)層厚度的增加而減弱，具體關(guān)系見式（4-9）。（4-9（4-9）特點(diǎn)適用于高溫、高壓容器、強(qiáng)腐蝕、劇毒、有爆炸性、黏滯性、易結(jié)晶或沸騰狀態(tài)的介質(zhì)的物位測量，還能夠測量高溫融熔金屬的液位?？稍诟邷?、煙霧等環(huán)境下工作。但由于放射線對人體有害，使用范圍受到一些限制。圖圖4-10核輻射物位計示意圖1?a輻射源；2?a同意器三、雷達(dá)式液位計雷達(dá)式液位計是一種采納微波技術(shù)的液位檢測儀表。雷達(dá)波由天線發(fā)出到接收到由液面來的反射波的時刻t由下式確定由于由于圖4-12圖4-12雷達(dá)式液位計示意圖故雷達(dá)探測器對時刻的測量有微波脈沖法及連續(xù)波調(diào)頻法兩種方式。四、稱重式液罐計量儀既能將液位測得專門準(zhǔn)，又能反映出罐中真實(shí)的質(zhì)量儲量。稱重儀依照天平原理設(shè)計。圖圖4-14稱重式液罐計量儀第六章顯示儀表概述顯示儀表：凡能將生產(chǎn)過程中各種參數(shù)進(jìn)行指示、記錄或累積的儀表。分類模擬式顯示儀表數(shù)字顯示儀表屏幕顯示儀表第一節(jié)模擬式顯示儀表一、自動平衡電子電位差計電位差計是用來測量電勢或電位的,當(dāng)它與熱電偶配合時,能夠用來測量和顯示溫度。圖6-1圖6-1電子電位差計原理圖熱電偶測量橋路放大器可逆電機(jī)指示機(jī)構(gòu)記錄機(jī)構(gòu)同步電機(jī)穩(wěn)壓電源圖6-2電子電位差計原理方框圖結(jié)論電子電位差計既保持了手動電位差計測量精度高的優(yōu)點(diǎn)，而且無須用手去調(diào)節(jié)就能自動指示和記錄被測溫度值。二、電子自動平衡電橋（1）平衡電橋測溫原理利用平衡電橋來測量熱電阻變化。當(dāng)被測溫度為下限時，Rt有最小值Rt0，滑動觸點(diǎn)應(yīng)在RP的左端，現(xiàn)在電橋的平衡條件是（6-3（6-3）圖圖6-5平衡電橋結(jié)論滑動觸點(diǎn)B的位置就能夠反映電阻的變化，亦即反映了溫度的變化。同時能夠看到觸點(diǎn)的位移與熱電阻的增量呈線性關(guān)系。三、電子計數(shù)器當(dāng)用間接法進(jìn)行數(shù)碼轉(zhuǎn)換時,是先將模擬量轉(zhuǎn)換為與之對應(yīng)的時刻間隔或頻率,然后必須再將時刻間隔或頻率轉(zhuǎn)換為數(shù)字量,才能進(jìn)行計數(shù)。圖圖6-9時刻間隔測量原理框圖四、顯示器圖6-11數(shù)碼管驅(qū)動電路圖6-11數(shù)碼管驅(qū)動電路圖6-10輝光數(shù)碼管示意圖五、數(shù)字式顯示儀表的差不多組成圖圖6-12數(shù)字式溫度顯示儀表的差不多組成六、數(shù)字模擬混合記錄儀為了使數(shù)字式記錄儀與模擬式記錄儀的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來,兩者相互取長補(bǔ)短,能夠在數(shù)字式顯示儀表的基礎(chǔ)上加上模擬式顯示記錄儀表的記錄部分,構(gòu)成數(shù)字模擬混合記錄儀。第七章自動操縱系統(tǒng)概述第一節(jié)自動操縱系統(tǒng)的組成人工操作與自動操縱比較圖圖7-1圖7-1人工操作圖操縱速度和精度不能滿足大型操縱速度和精度不能滿足大型現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要圖圖7-2液位自動操縱圖表7-1被測變量和儀表功能的字母代號字母第一位字母后繼字母被測變量修飾詞功能ACDEFIKLMPQRSTVWYZ分析電導(dǎo)率密度電壓流量電流時刻或時刻程序物位水分或濕度壓力或真空數(shù)量或件數(shù)放射性速度或頻率溫度黏度力供選用位置差比（分?jǐn)?shù)）積分、累積安全報警操縱（調(diào)節(jié)）檢測元件指示自動-手動操作器積分、累積記錄或打印開關(guān)、聯(lián)鎖傳送閥、擋板、百葉窗套管繼動器或計算器驅(qū)動、執(zhí)行或未分類的終端執(zhí)行機(jī)構(gòu)在自動操縱系統(tǒng)的組成中,除必須具有前面所述的自動化裝置外,還必須具有操縱裝置所操縱的生產(chǎn)設(shè)備。在自動操縱系統(tǒng)中,將需要操縱其工藝參數(shù)的生產(chǎn)設(shè)備、機(jī)器、一段管道或設(shè)備的一部分叫做被控對象,簡稱對象。第二節(jié)自動操縱系統(tǒng)的方塊圖一、信號和變量載有變量信息的物理變量是信號。系統(tǒng)或環(huán)節(jié)系統(tǒng)或環(huán)節(jié)uy圖7-3輸入、輸出變量圖ABABuu1u2圖7-5信號分叉點(diǎn)圖7-4簡單水槽二、自動操縱系統(tǒng)方塊圖在研究自動操縱系統(tǒng)時，為了便于對系統(tǒng)分析研究，一般都用方塊圖來表示操縱系統(tǒng)的組成。下頁圖為液位自動操縱系統(tǒng)地點(diǎn)塊圖每個環(huán)節(jié)表示組成系統(tǒng)的一個部分，稱為“環(huán)節(jié)”。兩個方塊之間用一條帶有箭頭的線條表示其信號的相互關(guān)系，箭頭指向方塊表示為那個環(huán)節(jié)的輸入，箭頭離開方塊表示為那個環(huán)節(jié)的輸出。線旁的字母表示相互間的作用信號。方塊圖中，x指設(shè)定值；z指輸出信號；e指偏差信號；p指發(fā)出信號；q指出料流量信號；y指被控變量；f指擾動作用。當(dāng)x取正值，z取負(fù)值，e=x-z，負(fù)反饋；x取正值，z取正值，e=x+z，正反饋。圖圖7-6自動操縱系統(tǒng)方塊圖其他操縱系統(tǒng)用同一種形式地點(diǎn)塊圖能夠代表不同的操縱系統(tǒng)當(dāng)進(jìn)料流量或溫度變化等因素引起出口物料溫度變化時，能夠?qū)⒃摐囟茸兓瘻y量后送至溫度操縱器TC。溫度操縱器的輸出送至操縱閥，以改變加熱蒸汽量來維持出口物料的溫度不變。圖圖7-7蒸汽加熱器溫度操縱系統(tǒng)為了便于分析,有時將操縱器以外的各個環(huán)節(jié)(包括被控對象、測量元件及變送器、操縱閥)組合在一起看待,稱之為廣義對象,如此,整個系統(tǒng)可認(rèn)為是由操縱器與廣義對象兩者所構(gòu)成,其方塊圖可簡化。操縱器操縱器廣義對象被控變量測量值z給定值干擾作用f-x圖7-8簡化方塊圖三、反饋?zhàn)詣硬倏v系統(tǒng)是一個閉環(huán)系統(tǒng)，是由于反饋的存在造成的xxKβyze-圖7-9負(fù)反饋系統(tǒng)小結(jié)自動操縱系統(tǒng)是具有被控變量負(fù)反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。它與自動測量、自動操縱等開環(huán)系統(tǒng)比較,最本質(zhì)的差不,就在于操縱系統(tǒng)有無負(fù)反饋存在。自動操縱裝置自動操縱裝置對象操縱指令操縱作用工藝參數(shù)圖7-10自動操縱系統(tǒng)方塊圖四、自動操縱系統(tǒng)的分類按被控變量來分類，如溫度、壓力等操縱系統(tǒng)；按操縱器具有的操縱規(guī)律來分類，如比例、比例積分、比例微分、比例積分微分等操縱系統(tǒng)；將操縱系統(tǒng)按照工藝過程需要操縱的被控變量的給定值是否變化和如何變化來分類，如此可將自動操縱系統(tǒng)分為三類，即定值操縱系統(tǒng)、隨動操縱系統(tǒng)和程序操縱系統(tǒng)。1.定值操縱方法“定值”是恒定給定值的簡稱。工藝生產(chǎn)中，若要求操縱系統(tǒng)的作用是使被操縱的工藝參數(shù)保持在一個生產(chǎn)指標(biāo)上不變，或者講要求被控變量的給定值不變，就需要采納定值操縱系統(tǒng)。2.隨動操縱系統(tǒng)（自動跟蹤系統(tǒng)）給定值隨機(jī)變化，該系統(tǒng)的目的確實(shí)是使所操縱的工藝參數(shù)準(zhǔn)確而快速地跟隨給定值的變化而變化。3.程序操縱系統(tǒng)（順序操縱系統(tǒng)）給定值變化，但它是一個已知的時刻函數(shù)，即生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)需按一定的時刻程序變化。這類系統(tǒng)在間歇生產(chǎn)過程中應(yīng)用比較一般。第三節(jié)過渡過程和品質(zhì)指標(biāo)一、操縱系統(tǒng)的靜態(tài)與動態(tài)自動操縱目的：希望將被控變量保持在一個不變的給定值上，這只有當(dāng)進(jìn)入被控對象的物料量（或能量）和流出對象的物料量（或能量）相等時才有可能。靜態(tài)——被控變量不隨時刻而變化的平衡狀態(tài)（變化率為0，不是靜止）。當(dāng)一個自動操縱系統(tǒng)的輸入（給定和干擾）和輸出均恒定不變時，整個系統(tǒng)就處于一種相對穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，系統(tǒng)的各個組成環(huán)節(jié)如變送器、操縱器、操縱閥都不改變其原先的狀態(tài)，它們的輸出信號也都處于相對靜止?fàn)顟B(tài)，這種狀態(tài)確實(shí)是靜態(tài)。動態(tài)——被控變量隨時刻變化的不平衡狀態(tài)。從干擾作用破壞靜態(tài)平衡，通過操縱，直到系統(tǒng)重新建立平衡，在這一段時刻中，整個系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)和信號都處于變動狀態(tài)之中，這種狀態(tài)叫做動態(tài)。結(jié)論：在自動化工作中，了解系統(tǒng)的靜態(tài)是必要的，然而了解系統(tǒng)的動態(tài)更為重要。因?yàn)樵谏a(chǎn)過程中，干擾是客觀存在的，是不可幸免的，就需要通過自動化裝置不斷地施加操縱作用去對抗或抵消干擾作用的阻礙，從而使被控變量保持在工藝生產(chǎn)所要求操縱的技術(shù)指標(biāo)上。二、操縱系統(tǒng)的過渡過程系統(tǒng)由一個平衡狀態(tài)過渡到另一個平衡狀態(tài)的過程。舉例舉例圖7-11操縱系統(tǒng)方塊圖操縱器執(zhí)行器對象被控變量測量、變送給定值干擾-當(dāng)干擾作用于對象，系統(tǒng)輸出y發(fā)生變化，在系統(tǒng)負(fù)反饋?zhàn)饔孟拢ㄟ^一段時刻，系統(tǒng)重新恢復(fù)平衡。系統(tǒng)在過渡過程中，被控變量是隨時刻變化的。被控變量隨時刻的變化規(guī)律首先取決于作用于系統(tǒng)的干擾形式。在生產(chǎn)中，出現(xiàn)的干擾是沒有固定形式的，且多半屬于隨機(jī)性質(zhì)。在分析和設(shè)計操縱系統(tǒng)時，為了安全和方便，常選擇一些定型的干擾形式，其中常用的是階躍干擾。采納階躍干擾的優(yōu)點(diǎn)：這種形式的干擾比較突然、危險，且對被控變量的阻礙也最大。假如一個操縱系統(tǒng)能夠有效地克服這種類型的干擾，那么一定能專門好地克服比較緩和的干擾。這種干擾的形式簡單，容易實(shí)現(xiàn)，便于分析、實(shí)驗(yàn)和計算。圖圖7-12階躍干擾作用三、操縱系統(tǒng)的操縱指標(biāo)操縱系統(tǒng)的過渡過程是衡量品質(zhì)的依據(jù)。多數(shù)情況下，希望得到衰減振蕩過程，在此取這種過程形式討論操縱系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)。操縱指標(biāo)要緊有兩類,一類是時刻域的單項指標(biāo),另一類是時刻域的綜合指標(biāo)。五種重要品質(zhì)指標(biāo)（1）最大偏差或超調(diào)量最大偏差是指在過渡過程中，被控變量偏離給定值的最大數(shù)值。在衰減振蕩過程中，最大偏差確實(shí)是第一個波的峰值。特不是關(guān)于一些有約束條件的系統(tǒng)，如化學(xué)反應(yīng)器的化合物爆炸極限、觸媒燒結(jié)溫度極限等，都會對最大偏差的同意值有所限制。超調(diào)量也能夠用來表征被控變量偏離給定值的程度。（2）衰減比衰減比是衰減程度的指標(biāo)，它是前后相鄰兩個峰值的比。適應(yīng)表示為n:1，一般n取為4～10之間為宜。（2）余差當(dāng)過渡過程終了時，被控變量所達(dá)到的新的穩(wěn)態(tài)值與給定值之間的偏差叫做余差，或者講余差確實(shí)是過渡過程終了時的殘余偏差。有余差的操縱過程稱為有差調(diào)節(jié)，相應(yīng)的系統(tǒng)稱為有差系統(tǒng)。反之就為無差調(diào)節(jié)和無差系統(tǒng)。（4）過渡時刻從干擾作用發(fā)生的時刻起，直到系統(tǒng)重新建立新的平衡時止，過渡過程所經(jīng)歷的時刻叫過渡時刻。一般在穩(wěn)態(tài)值的上下規(guī)定一個小范圍，當(dāng)被控變量進(jìn)入該范圍并不再越出時，就認(rèn)為被控變量差不多達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值，或者講過渡過程差不多結(jié)束那個范圍一般定為穩(wěn)態(tài)值的±５％（也有的規(guī)定為±２％）（5）震蕩周期或頻率過渡過程同向兩波峰（或波谷）之間的間隔時刻叫振蕩周期或工作周期，其倒數(shù)稱為振蕩頻率。在衰減比相同的情況下，周期與過渡時刻成正比，一般希望振蕩周期短一些為好。時刻域的綜合指標(biāo)綜合性指標(biāo)往往通過偏差的某些函數(shù)對時刻的積分值來表達(dá),以兼顧最大偏差、超調(diào)量、衰減比、過渡時刻等各方面的因素。以偏差e表示過渡過程中被控變量與新穩(wěn)態(tài)值的差值,即e(t)=y(t)-y(∞)。三種綜合指標(biāo)①偏差絕對值對時刻的積分,簡記為IAE采納絕對值,可幸免正負(fù)積分面積相消的現(xiàn)象。②偏差絕對值與時刻乘積對時刻的積分,簡記為ITAE它對后期的偏差值加大權(quán)值,因此對消除偏差所需的時刻比較敏感。③偏差平方值對時刻的積分,簡記為ISE采納平方值,同樣能夠幸免正負(fù)偏差積分時的相消現(xiàn)象。與IAE相比,它對最大偏差的數(shù)值更加敏感。四、阻礙操縱指標(biāo)的要緊因素一個自動操縱系統(tǒng)能夠概括成兩大部分，即工藝過程部分（被控對象）和自動化裝置部分。前者指與該自動操縱系統(tǒng)有關(guān)的部分。后者指為實(shí)現(xiàn)自動操縱所必需的自動化儀表設(shè)備，通常包括測量與變送裝置、操縱器和執(zhí)行器等三部分。關(guān)于一個自動操縱系統(tǒng)，過渡過程品質(zhì)的好壞，在專門大程度上決定于對象的性質(zhì)。例如在前所述的溫度操縱系統(tǒng)中，屬于對象性質(zhì)的要緊因素有：換熱器的負(fù)荷大小，換熱器的結(jié)構(gòu)、尺寸、材質(zhì)等，換熱器內(nèi)的換熱情況、散熱情況及結(jié)垢程度等。不同自動化系統(tǒng)要具體分析。第八章差不多操縱規(guī)律概論操縱器的操縱規(guī)律是指操縱器的輸出信號與輸入信號之間的關(guān)系：即在研究操縱器的操縱規(guī)律時：經(jīng)常是假定操縱器的輸入信號e是一個階躍信號，然后來研究操縱器的輸出信號p隨時刻的變化規(guī)律。操縱器的差不多操縱規(guī)律位式操縱（其中以雙位操縱比較常用）、比例操縱（P）、積分操縱（I）、微分操縱（D）。第一節(jié)位式操縱一、雙位操縱理想的雙位操縱器其輸出p與輸入偏差額e之間的關(guān)系為圖9-1圖9-1理想雙位操縱特性圖9-2雙位操縱示例二、具有中間區(qū)的雙位操縱將上圖中的測量裝置及繼電器線路稍加改變，便可成為一個具有中間區(qū)的雙位操縱器，見下圖。由于設(shè)置了中間區(qū)，當(dāng)偏差在中間區(qū)內(nèi)變化時，操縱機(jī)構(gòu)可不能動作，因此能夠使操縱機(jī)構(gòu)開關(guān)的頻繁程度大為降低，延長了操縱器中運(yùn)動部件的使用壽命。圖9-3圖9-3實(shí)際的雙位操縱規(guī)律圖9-4具有中間區(qū)的雙位操縱過程結(jié)論雙位操縱過程中一般采納振幅與周期作為品質(zhì)指標(biāo)被控變量波動的上、下限在同意范圍內(nèi)，使周期長些比較有利。雙位操縱器結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、易于實(shí)現(xiàn)，因而應(yīng)用專門普遍。三、多位操縱對系統(tǒng)的操縱效果較好，但會使操縱裝置的復(fù)雜程度增加。圖圖9-5三位操縱器特性圖第二節(jié)比例操縱在雙位操縱系統(tǒng)中，被控變量不可幸免地會產(chǎn)生持續(xù)的等幅振蕩過程，為了幸免這種情況，應(yīng)該使操縱閥的開度與被控變量的偏差成比例，依照偏差的大小，操縱閥能夠處于不同的位置，如此就有可能獲得與對象負(fù)荷相適應(yīng)的操縱變量，從而使被控變量趨于穩(wěn)定，達(dá)到平衡狀態(tài)。圖圖9-6水槽液位操縱一、比例操縱規(guī)律及其特點(diǎn)（（9-4）比例操縱器比例操縱器KCeΔp圖9-7比例操縱器比例操縱器實(shí)際上是一個放大倍數(shù)可調(diào)的放大量圖圖9-8簡單比例操縱系統(tǒng)示意圖如上圖，依照相似三角形原理因此，關(guān)于具有比例操縱的操縱器（（9-5）二、比例度及其對操縱過程的阻礙1.比例度比例度是指操縱器輸入的變化相對值與相應(yīng)的輸出變化相對值之比的百分?jǐn)?shù)。（（9-7）圖圖9-9比例度與輸入輸出的關(guān)系將式（9-7）改寫后得即即（9-8）關(guān)于一只具體的比例操縱器，儀表的量程和操縱器的輸出范圍差不多上固定的,令（9-9）對一只操縱器來講，K是一個固定常數(shù)。將式(9-9)代入式(9-8)，得（9-10（9-10）而在單元組合式儀表中（9-11）（9-11）優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)快，操縱及時缺點(diǎn)：存在余差結(jié)論若對象的滯后較小、時刻常數(shù)較大以及放大倍數(shù)較小時，操縱器的比例度能夠選得小些，以提高系統(tǒng)的靈敏度，使反應(yīng)快些，從而過渡過程曲線的形狀較好。反之，比例度就要選大些以保證穩(wěn)定。第三節(jié)積分操縱一、積分操縱規(guī)律及其特點(diǎn)當(dāng)對操縱質(zhì)量有更高要求時，就需要在比例操縱的基礎(chǔ)上，再加上能消除余差的積分操縱作用。圖圖9-10積分操縱規(guī)律積分操縱作用的輸出變化量Δp與輸入偏差e的積分成正比，即（9-12（9-12）（9-13）當(dāng)輸入偏差是常數(shù)A（9-13）對式(9-12)微分,可得（9-14（9-14）結(jié)論積分操縱作用輸出信號的大小不僅取決于偏差信號的大小,而且要緊取決于偏差存在的時刻長短。積分操縱器輸出的變化速度與偏差成正比。積分操縱作用在最后達(dá)到穩(wěn)定時，偏差等于零。第九章自動操縱儀表第一節(jié)操縱儀表的作用與分類操縱儀表或稱操縱器,它將被控變量測量值與給定值相比較后產(chǎn)生的偏差,進(jìn)行一定的運(yùn)算,并將運(yùn)算結(jié)果以一定信號形式送往執(zhí)行器,以實(shí)現(xiàn)對被控變量的自動操縱。一、操縱儀表的能源形式按照儀表所用的能源按照儀表所用的能源操縱儀表直接作用式操縱器間接作用式操縱器二、操縱儀表的結(jié)構(gòu)形式按操縱儀表與自動操縱系統(tǒng)中的檢測、變送、顯示等各部分的組合方式不同,要緊能夠分為基地式操縱儀表與單元組合式操縱儀表等?；厥讲倏v儀表基地式操縱儀表是將測量、變送、顯示及操縱等功能集于一身的一種操縱儀表。結(jié)構(gòu)比較簡單,常用于單機(jī)操縱系統(tǒng)。單元組合式儀表單元組合式儀表把整套儀表按照其功能和使用要求，分成若干獨(dú)立作用的單元，各單元之間用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號聯(lián)系。使用時，針對不同的要求,將各單元以不同的形式組合，能夠組成各種各樣的自動檢測和操縱系統(tǒng)。優(yōu)點(diǎn)①能夠用有限的單元組成各種各樣的操縱系統(tǒng),具有高度的通用性和靈活性。②能夠通過轉(zhuǎn)換單元,把氣動表、電動表,甚至液動表聯(lián)系起來,混合使用。③由于各單元獨(dú)立作用,因此在布局、安裝、維護(hù)上也更合理、更方便。④儀表大都采納力平衡或力矩平衡原理,工作位移小、無機(jī)械摩擦、精度高、使用壽命長、性能較好。⑤由于零部件的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化,有利于大規(guī)模生產(chǎn),降低了成本,提高了產(chǎn)量和質(zhì)量。⑥有利于進(jìn)展新品種,采納新工藝、新技術(shù)。分類依照使用能源的不同,單元組合儀表要緊分為氣動單元組合儀表和電動單元組合儀表。單元組合儀表一般能夠分為七大類單元。變送單元(B)顯示單元(X)給定單元(G)輔助單元(F)操縱單元(T)計算單元(J)轉(zhuǎn)換單元(Z)在電動單元組合儀表中還包括執(zhí)行單元(K)。氣動單元組合儀表是以0.14MPa壓縮空氣為能源,各單元之間以統(tǒng)一的0.02～0.1MPa氣壓標(biāo)準(zhǔn)信號相聯(lián)系,整套儀表的精度為1級。電動單元組合式儀表的進(jìn)展時期：DDZ-Ⅰ型——電子管器件為要緊器件DDZ-Ⅱ型——晶體管等分立元件為要緊器件DDZ-Ⅲ型——線性集成電路作為核心器件三、操縱儀表的信號形式操縱儀表操縱儀表模擬式操縱儀表數(shù)字是操縱儀表第二節(jié)模擬式操縱儀表一、概述模擬式操縱儀表所傳送的信號形式為連續(xù)的模擬信號。差不多差不多結(jié)構(gòu)比較環(huán)節(jié)反饋環(huán)節(jié)放大器差不多功能PID運(yùn)算功能測量值、給定值與偏差顯示輸出顯示手動與自動的雙向切換內(nèi)、外給定信號的選擇正、反作用的選擇二、DDZ-Ⅲ型電動操縱器1.DDZ-Ⅲ型儀表的特點(diǎn)（1）采納國際電工委員會（IEC）推舉的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號。優(yōu)點(diǎn)電氣零點(diǎn)不是從零開始，且不與機(jī)械零點(diǎn)重合，這不但利用了晶體管的線性段，而且容易識不斷電、斷線等故障。本信號制的電流-電壓轉(zhuǎn)換電阻為250Ω。由于聯(lián)絡(luò)信號為1～5VDC，可采納并聯(lián)信號制，因此干擾少，連接方便。（2）廣泛采納現(xiàn)性集成電路，可靠性提高，維修工作量減少。優(yōu)點(diǎn)由于集成運(yùn)算放大器均為差分放大器，且輸入對稱性好，漂移小，儀表的穩(wěn)定性得到提高。由于集成運(yùn)算放大器有高增益，因而開環(huán)放大倍數(shù)專門高，這使儀表的精度得到提高。由于采納了集成電路，焊點(diǎn)少，強(qiáng)度高，大大提高了儀表的可靠性。（3）Ⅲ型儀表統(tǒng)一由電源箱供給24VDC電源，并有蓄電池作為備用電源。優(yōu)點(diǎn)各單元省掉了電源變壓器，沒有工頻電源進(jìn)入單元儀表，既解決了儀表發(fā)熱問題，又為儀表的防爆提供了有利條件。在工頻電源停電時備用電源投入，整套儀表在一定時刻內(nèi)仍可照常工作，接著進(jìn)行監(jiān)視操縱作用，有利于安全停車。（4）內(nèi)部帶有附加裝置的操縱器能和計算機(jī)聯(lián)用,在與直接數(shù)字計算機(jī)操縱系統(tǒng)配合使用時,在計算機(jī)停機(jī)時,可作后備操縱器使用。（5）自動、手動的切換是雙向無擾動的方式進(jìn)行的。（6）整套儀表可構(gòu)成安全火花防爆系統(tǒng)。第二節(jié)模擬式操縱儀表Ⅲ型操縱器有全刻度指示和偏差指示兩個基型品種。圖圖10-1DDZ-Ⅲ型操縱器結(jié)構(gòu)方框圖要緊由輸入電路、給定電路、PID運(yùn)算電路、自動與手動（包括硬手動和軟手動兩種）切換電路、輸出電路及指示電路等組成。第十章執(zhí)行器一、概述執(zhí)行器作用同意操縱器的輸出信號,直接操縱能量或物料等調(diào)節(jié)介質(zhì)的輸送量,達(dá)到操縱溫度、壓力、流量、液位等工藝參數(shù)的目的。按能源形式分類：氣動執(zhí)行器電動執(zhí)行器液動執(zhí)行器氣氣-電轉(zhuǎn)換器電-氣轉(zhuǎn)換器電-氣閥門定位器氣動執(zhí)行器電動執(zhí)行器氣動操縱儀表電動操縱儀表圖11-1轉(zhuǎn)換單元的使用簡圖第一節(jié)氣動執(zhí)行器一、氣動執(zhí)行器的組成與分類1.組成結(jié)結(jié)構(gòu)氣動執(zhí)行結(jié)構(gòu)操縱閥常用輔助設(shè)備閥門定位器手輪機(jī)構(gòu)圖11-2氣動薄膜操縱閥外形圖2.執(zhí)行機(jī)構(gòu)的分類薄模式結(jié)構(gòu)簡單、價格廉價、維修方便，應(yīng)用廣泛?；钊酵屏^大，用于大口徑、高壓降操縱閥或蝶閥的推動裝置。長行程行程長、轉(zhuǎn)矩大，適于輸出轉(zhuǎn)角（60°～90°）和力矩。氣動薄膜式執(zhí)行機(jī)構(gòu)有正作用和反作用兩種形式。依照有無彈簧可分為有彈簧的及無彈簧的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。3.操縱閥的分類依照不同的使用要求，操縱閥的結(jié)構(gòu)形式要緊有以下幾種。（1）直通單座操縱閥閥體內(nèi)只有一個閥芯與閥座。特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡單、價格廉價、全關(guān)時泄漏量少。缺點(diǎn)在壓差大的時候，流體對閥芯上下作用的推力不平衡，這種不平衡力會阻礙閥芯的移動。直通單座閥直通單座閥（2）直通雙座操縱閥閥體內(nèi)有兩個閥芯和兩個閥座。特點(diǎn)流體流過的時候，不平衡力小。直通雙座閥缺點(diǎn)容易泄漏直通雙座閥（3）角形操縱閥角形閥的兩個接管呈直角形。特點(diǎn)流路簡單、阻力較小，適于現(xiàn)場管道要求直角連接，介質(zhì)為高黏度、高壓差和含有少量懸浮物和固體顆粒狀的場合。流向一般是底進(jìn)側(cè)出。角形閥角形閥（4）高壓操縱閥高壓操縱閥的結(jié)構(gòu)形式大多為角形,閥芯頭部摻鉻或鑲以硬質(zhì)合金,以適應(yīng)高壓差下的沖刷和汽蝕。為了減少高壓差對閥的汽蝕,有時采納幾級閥芯,把高差壓分開,各級都承擔(dān)一部分以減少損失。（5）三通操縱閥共有三個出入口與工藝管道連接。按照流通方式分合流型和分流型兩種三通閥（三通閥（A）（B）（A（A）分流型（B）合流型采納耐腐蝕襯里的閥體和隔膜。特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡單、流阻小、流通能力比同口徑的其他種類的閥要大。不易泄漏。耐腐蝕性強(qiáng)，適用于強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的操縱，也能用于高黏度及懸浮顆粒狀介質(zhì)的操縱。結(jié)論①串、并聯(lián)管道都會使閥的理想流量特性發(fā)生畸變，串聯(lián)管道的阻礙尤為嚴(yán)峻。②串、并聯(lián)管道都會使操縱閥的可調(diào)范圍降低，并聯(lián)管道尤為嚴(yán)峻。③串聯(lián)管道使系統(tǒng)總流量減少，并聯(lián)管道使系統(tǒng)總流量增加。④串、并聯(lián)管道會使操縱閥的放大系數(shù)減小，串聯(lián)管道時操縱閥大開度時阻礙嚴(yán)峻，并聯(lián)管道時操縱閥小開度時阻礙嚴(yán)峻。第三節(jié)電動執(zhí)行器一、概述1.電動執(zhí)行器的特點(diǎn)①由于工頻電源取用方便,不需增添專門裝置,特不是執(zhí)行器應(yīng)用數(shù)量不太多的單位,更為適宜;②動作靈敏、精度較高、信號傳輸速度快、傳輸距離能夠?qū)ｉT長,便于集中操縱;③在電源中斷時,電動執(zhí)行器能保持原位不動,不阻礙主設(shè)備的安全;④與電動操縱儀表配合方便,安裝接線簡單;⑤體積較大、成本較貴、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維修苦惱,并只能應(yīng)用于防爆要求不太高的場合2.電動執(zhí)行器的組成兩大部分電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)依照其輸出形式不同角行程電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)直行程電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)多轉(zhuǎn)式電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。二、角行程電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)DKJ型角行程電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)以交流220V為動力,同意操縱器的直流電流輸出信號,并轉(zhuǎn)變?yōu)?°～90°的轉(zhuǎn)角位移,以一定的機(jī)械轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)速度自動操縱擋板、閥門等調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu),完成調(diào)節(jié)任務(wù)。三、直行程電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)直行程電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)(DKZ型)是以操縱儀表的指令作為輸入信號,使電動機(jī)動作,然后經(jīng)減速器減速并轉(zhuǎn)換為直線位移輸出,去操作單座、雙座、三通等各種操縱閥和其他直線式調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu),以實(shí)現(xiàn)自動調(diào)節(jié)的目的。第十一章簡單操縱系統(tǒng)第一節(jié)概述簡單操縱系統(tǒng)通常是指由一個測量元件、變送器、一個操縱器、一個操縱閥和一個對象所構(gòu)成的單閉環(huán)操縱系統(tǒng)。圖12-1液位操縱系統(tǒng)圖12-1液位操縱系統(tǒng)圖12-2溫度操縱系統(tǒng)表1-2被測變量和儀表功能的字母代號字母第一位字母后繼字母被測變量修飾詞功能ACDEFIKLMPQRSTVWYZ分析電導(dǎo)率密度電壓流量電流時刻或時刻程序物位水分或濕度壓力或真空數(shù)量或件數(shù)放射性速度或頻率溫度黏度力供選用位置差比（分?jǐn)?shù)）積分、累積安全報警操縱（調(diào)節(jié)）檢測元件指示自動-手動操作器積分、累積記錄或打印開關(guān)、聯(lián)鎖傳送閥、擋板、百葉窗套管繼動器或計算器驅(qū)動、執(zhí)行或未分類的終端執(zhí)行機(jī)構(gòu)圖圖12-3簡單操縱系統(tǒng)的方塊圖從圖中可知簡單操縱系統(tǒng)由四個差不多環(huán)節(jié)組成，即被控對象、測量變送裝置、操縱器和執(zhí)行器。第二節(jié)被控變量的選擇生產(chǎn)過程中希望借助自動操縱保持恒定值（或按一定規(guī)律變化）的變量稱為被控變量。被控變量的界定它們對產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量以及安全具有決定性的作用，而人工操作又難以滿足要求的；人工操作盡管能夠滿足要求，然而，這種操作是既緊張而又頻繁的。被控變量的分類（按照與生產(chǎn)過程的關(guān)系）直接指標(biāo)操縱；間接指標(biāo)操縱。選擇被控變量的原則①被控變量應(yīng)能代表一定的工藝操作指標(biāo)或能反映工藝操作狀態(tài)，一般是工藝過程中較重要的變量。②被控變量在工藝操作過程中經(jīng)常要受到一些干擾阻礙而變化。為維持其恒定，需要較頻繁的調(diào)節(jié)。③盡量采納直接指標(biāo)作為被控變量。當(dāng)無法獲得直接指標(biāo)信號，或其測量和變送信號滯后專門大時，可選擇與直接指標(biāo)有單值對應(yīng)關(guān)系的間接指標(biāo)作為被控變量。④被控變量應(yīng)能被測量出來，并具有足夠大的靈敏度。⑤選擇被控變量時，必須考慮工藝合理性和國內(nèi)儀表產(chǎn)品現(xiàn)狀。⑥被控變量應(yīng)是獨(dú)立可控的。第三節(jié)操縱變量的選擇在自動操縱系統(tǒng)中，把用來克服干擾對被控變量的阻礙，實(shí)現(xiàn)操縱作用的變量稱為操縱變量。最常見的操縱變量是介質(zhì)的流量。操作變量操作變量系統(tǒng)的干擾通過工藝分析確定操縱變量的選擇原則①操縱變量應(yīng)是可控的，即工藝上同意調(diào)節(jié)的變量。②操縱變量一般應(yīng)比其他干擾對被控變量的阻礙更加靈敏。③在選擇操縱變量時，除了從自動化角度考慮外，還要考慮工藝的合理性與生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性。第四節(jié)操縱器操縱規(guī)律的原則及參數(shù)整定一、操縱規(guī)律的選擇目前工業(yè)上常用的操縱器要緊有三種操縱規(guī)律:比例操縱規(guī)律P、比例積分操縱規(guī)律PI和比例積分微分操縱規(guī)律PID。二、操縱器參數(shù)的工程整定按照已定的操縱方案，求取使操縱質(zhì)量最好的操縱器參數(shù)值。即確定最合適的操縱器比例度δ、積分時刻TI和微分時刻TD。方法理論計算的方法和工程整定法。幾種常用的工程整定法1.臨界比例度法先通過試驗(yàn)得到臨界比例度δk和臨界周期Tk，然后依照經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出來的關(guān)系求出操縱器各參數(shù)值。2.衰減曲線法通過使系統(tǒng)產(chǎn)生衰減振蕩來整定操縱器的參數(shù)值。在閉環(huán)的操縱系統(tǒng)中，先將操縱器變?yōu)榧儽壤饔茫⒈壤阮A(yù)置在較大的數(shù)值上。在達(dá)到穩(wěn)定后，用改變給定值的方法加入階躍干擾，觀看被控變量記錄曲線的衰減比，然后從大到小改變比例度，直至出現(xiàn)4∶1或10∶1衰減比為止。通過比例度δs和衰減周期TS,得到操縱器的參數(shù)整定值。注意?。?）加的干擾幅值不能太大，要依照生產(chǎn)操作要求來定，一般為額定值的5％左右，也有例外的情況。（2）必須在工藝參數(shù)穩(wěn)定情況下才能施加干擾，否則得不到正確的δS、TS或δS′和T升值。（3）關(guān)于反應(yīng)快的系統(tǒng)，如流量、管道壓力和小容量的液位操縱等，要在記錄曲線上嚴(yán)格得到4∶1衰減曲線比較困難。一般以被控變量來回波動兩次達(dá)到穩(wěn)定，就能夠近似地認(rèn)為達(dá)到4∶1衰減過程了。3.經(jīng)驗(yàn)湊試法依照經(jīng)驗(yàn)先將操縱器參數(shù)放在一個數(shù)值上，直接在閉環(huán)的操縱系統(tǒng)中，通過改變給定值施加干擾，在記錄儀上觀看過渡過程曲線，運(yùn)用δ、TI、TD對過渡過程的阻礙為指導(dǎo)，按照規(guī)定順序，對比例度δ、積分時刻TI和微分時刻TD逐個整定，直到獲得中意的過渡過程為止。整定的步驟（1）先用純比例作用進(jìn)行湊試，待過渡過程已差不多穩(wěn)定并符合要求后，再加積分作用消除余差，最后加入微分作用是為了提高操縱質(zhì)量。（2）先按表7-4中給出的范圍把TI定下來，如要引入微分作用，可取TD＝(1/3～1/4)TI，然后對δ進(jìn)行湊試，湊試步驟與前一種方法相同。第十二章復(fù)雜操縱系統(tǒng)概述依照依照系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和所擔(dān)負(fù)的任務(wù)復(fù)雜操縱系統(tǒng)復(fù)雜操縱系統(tǒng)串級操縱系統(tǒng)均勻操縱系統(tǒng)比值操縱系統(tǒng)分程操縱系統(tǒng)前饋操縱系統(tǒng)選擇操縱系統(tǒng)三沖量操縱系統(tǒng)第一節(jié)串級操縱系統(tǒng)一、串級操縱系統(tǒng)概述當(dāng)對象的滯后較大，干擾比較劇烈、頻繁時，可考慮采納串級操縱系統(tǒng)。依照原油出口溫度的變化來操縱燃料閥門的開度在實(shí)際生產(chǎn)過程中，特不是當(dāng)加熱爐的燃料壓力或燃料本身的熱值有較大波動時，該簡單操縱系統(tǒng)的操縱質(zhì)量往往專門差，原料油的出口溫度波動較大，難以滿足生產(chǎn)上的要求。在上述操縱系統(tǒng)中，有兩個操縱器T1C和T2C，接收來自對象不同部位的測量信號θ1和θ2。T1C的輸出作為T2C的給定值，而后者的輸出去操縱執(zhí)行器以改變操縱變量。從系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)看，這兩個操縱器是串接工作的。幾個串級操縱系統(tǒng)中常用的名詞主變量工藝操縱指標(biāo)，在串級操縱系統(tǒng)中起主導(dǎo)作用的被控變量。副變量串級操縱系統(tǒng)中為了穩(wěn)定主變量或因某種需要而引入的輔助變量。副對象為副變量表征其特性的工藝生產(chǎn)設(shè)備。主操縱器按主變量的測量值與給定值而工作，其輸出作為副變量給定值的那個操縱器。副操縱器其給定值來自主操縱器的輸出，并按副變量的測量值與給定值的偏差而工作的那個操縱器。主回路由主變量的測量變送裝置，主、副操縱器，執(zhí)行器和主、副對象構(gòu)成的外回路。副回路由副變量的測量變送裝置，副操縱器執(zhí)行器和副對象所構(gòu)成的內(nèi)回路。圖圖13-4串級操縱系統(tǒng)典型方塊圖二、串級操縱系統(tǒng)的特點(diǎn)及應(yīng)用1.系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)串級操縱系統(tǒng)有兩個閉合回路。主回路是個定值操縱系統(tǒng),副回路是個隨動系統(tǒng)。在串級操縱系統(tǒng)中,主變量是反映產(chǎn)品質(zhì)量或生產(chǎn)過程運(yùn)行情況的要緊工藝參數(shù)。副變量的引入往往是為了提高主變量的操縱質(zhì)量,它是基于主,副變量之間具有一定的內(nèi)在關(guān)系而工作的。選擇串級操縱系統(tǒng)的副變量一般有兩類情況：一類情況是選擇與主變量有一定關(guān)系的某一中間變量作為副變量;另一類選擇的副變量確實(shí)是操縱變量本身,如此能及時克服它的波動,減小對主變量的阻礙。選擇串級操縱系統(tǒng)的副變量一般有兩類情況：一類情況是選擇與主變量有一定關(guān)