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1、第一章 绪论一 气动仪表的定义以压缩空气为能源的仪表，称为气动仪表。气动单元组合仪表以0。020。10Mpa气压作为统一信号。二 自动调节系统的几个组成部分1 被调对象也叫调节对象，就是被调节的生产设备或生产过程的某个环节。2 变送器将被调参数转换成与其成比例的测量信号。3 给定器给出被调参数的控制值或给出被调参数的变化规律。4 调节器把变送器送来的测量信号与给定器送来的给定信号进行比较得出偏差信号，再将偏差信号按某种调节规律运算放大，而输出一个控制信号，再将信号按某种调节规律运算放大，而输出一个控制信号去指挥执行器。5 执行器包括执行机构和调节阀，执行机构将调节器的输出信号转换成推办。用以推
2、动调节 阍，而调节阀则改变被调介质的流入量或流出量，使被调参数保持在生产需要的数值上。三 QZD仪表品种分类和型号命名：QZD仪表及单元的型号由两部分组成，两部分之间用短横隔开，前一部分由三个汉语拼音大写字母组成。第一个均为Q，它表示气动仪表的意思；第二个字母表示测量参数或仪表的品种而后一部分是阿拉伯数字，是制造厂用以表示产品系列，规格，结构特征等的编号。QDZ仪表由下列七大类组成：1 变送单元（B）2 调节单元（T）3 显示单元（X）4 计算单元（J）5 给定单元（G）6 辅助单元（F）7 转换单元 第二章 气动仪表的基本元件与组件一弹性元件在气动仪表中，弹性元件作为检测元件或转换元件，将压
3、力或差压信号转换成位移或压力信号。通常采用的弹性元件有：非金属膜片，金属膜片，波纹管及弹簧等。弹性元件的基本特性：弹性元件的变形位移（线性位移或角位移）和作用力之间的关系称为弹性特性。弹性元件在其轴向受到外力作用时，就会产生拉伸或压缩变形位移，在弹性限度内。作用，力与弹性元件的变形位移间的关系为： F=C*SF轴向外力 S弹性元件的变形位移 C弹性元件的刚度。二气动阻容元件1 在气动仪表的气动管路中，起产生压力降和改变空气流量作用的元件，称为气阻，也叫节流元件或节流孔。气阻按其特性可分为线性气阻主非线性气阻。气阴按其结构特点可分为恒气阻，可调气阻和变气阻。2 气容在气动管路中，能贮存或放出气体
4、的容器都来可称为气容。3 阻容元件用导管将气阻和气容联接起来，就构成了气动阻容元件，常见的阻容元件有节流盲室和节流通室内，在气动仪表中阻容元件一般作为仪表的反馈环节，以获得比例，积分，微分等调节规律。四 气动控制元件在气动仪表中。最基本的控制元件就是不同形式的喷嘴挡板机构，就本质而言，喷嘴挡板机构就是由一个恒气阻一个流通气室内和一个变气阻串联而构成的节流通室。唬 嘴挡板机构的作用，是把微小的位移转换成相应的压力信号。1 普通喷嘴挡板机构及放大作用上图的普通挡板机构。压力恒定的气源P0经恒气阻1进入节流通室（也啊背压室）再由距嘴与挡板之间的间隙排出，喷嘴与挡板之间的间隙排出。喷嘴与挡板组成一个变
5、气阻，当喷嘴挡板间隙h变化时，使空气流通截面积发生变化。因而改变了变气阻的阻值，当喷嘴挡板间隙h一定时，变气阻有对应关系，则通室压力P1与变气阻有一一对应关系，我们将喷嘴挡板机构的节流通室压力称为背压。如果使挡板盖住喷嘴（即h=0）则背压P1等于气源压力P0，如果使挡板完全离开喷嘴，背压接近于大气压（P1=P2=0） 第三章 气动变送单元气动变送器在化工测量和自动调节系统中的作用，是将被测参数（如温度，压力，液位，流量等）转换面标准的气压信号，送入有关单元，以使集中检测，自动调节或信号连锁保护等。气动差压变送器：气动差压变送器由测部分和气动转换部分组成，测量部分的作用是感受差压的变化，并将差压
6、转换成相应的测量力。这个力作为气动转换部分的输入，气动转换部分接受测量力，并把它转换成相应的标准气压信号作为变送器的输出。1 测量部分主要由出轴密封装盒，检测元件（膜盒 ）基体等组成。膜盒与基体分别组成正，负压室。2 气动转换部分。主要由气动放大器，杠杆机构和反馈波纹管组成。气动放大器由喷嘴挡板机构和节流式功率放大器组成，杠杆机构将测量力的变化转换成位移的变化。然后再由喷嘴挡板机构将位移变铺张浪费转换成喷嘴背压的变化。功率放大器则将与差压成比例的喷嘴背压进行压力和流量放大，放大后的压力信号即为变送器的输出。杠杆机构主要起力矩传递作用。测量力和反馈力在杠杆系统上形成测量力矩和反馈力矩，二者进行比
7、较后由杠杆系统输出一个微小位移给挡板。第五章节 气动显示单元凡是能将生产过程中各种参数进行显示，记录或积算的仪表，统称为显示仪表。第一节 三针记录调节仪三针记录调节仪应用广泛，它有三套测量机构，分别推动一个记录笔和两个指示针，用以记录被调量并同时指示给定值和阀位，并能准确地进行给定，方便地进行PID参数整定及手动 自动无扰动切换。三针记录调节仪有机芯，调节器，箱壳（包括管路板，切换开关和定值器）三部分。一 机芯（以QXJ313型三针记录调节仪为例介绍）机芯由测量机构，卷纸机构。指针，笔架和笔尖组成。测量机构由波纹管组件和四个连杆组成，波纹管组件的作用是将被测验压力信号转换成相应的位移信号。连杆
8、机构的作用是将位移信号按一定的比例关系进行放大，并在刻度板上显示出来。二 阀位指示。阀位指示仪简称小表，主要功能是指示三针记录调节仪的输出压力值。三 切换开关与管路板管路板的作用是固定部件和沟通各之间的气路的连通状况气动调节单元在自动调节系统中，调节器的任务在于使被调参数保持在工艺生产指定的数值上或按工艺生产工艺生产给定的规律变化，调节对象的被调参数通过变送器转换成0.2-1kg/c的气压信号，然后送到调节器，此气压信号称为调节器的测量值，有给定单元送到调节器上表征工艺参数指示值。大小的气压信号为调节器的给定值。调节器的测量值与给定值相比较而得出差值，称为偏差信号。调节器根据偏差信号的大小和方
9、向以某种调节规律向执行器发出信号。通过调节阀改变被调介质的数量。使被调参数恢复到给定值上。调节器的输出信号与输入信号之间随时间变化的规律称为调节规律或调节作用。被调参数的测量值大于给定值时的偏差信号称为正偏差，测量值小于给定值时的偏差信号称为负偏差。调节器在正偏差和负偏差时，都应发出调节作用，以克服调节系统的扰动，使被调参数保持在给定值上。在正偏差作用下，调节器的输出信号增大，称为正作用调节器，而在正偏差作用下调节器的输出信号减小时，称它为反作用调节器一， 调节器的调节规律 调节器的基本调节规律有比例，积分，微分及其组合。（一）比例调节规律（P）比例调节规律的特点就是输出信号与输入信号成比例关
10、系，也就是测量值与给定值的偏差乘上一个比例系数，即为调节器的输出变化值 用数学式表示为：P出=KpP入 式中P出调节器输出信号的变化量 P入调节器输入的偏差信号 Kp 比例系数或称为比例增益比例系数Kp就是调节器的放大信数，比例系数可以大于1，也可以小于1。 比例调节器的伏点是反应似的快，调节作用立即见效，即当有偏差信号时，调节器的输出立刻与偏差成比例变化，偏差信号越大，输出的调节作用也越强，但因比例调节器的输出信号与输入偏差信号间存在一一对应的关系，所以当自动调节系统的负荷变化时比例调节器不能把被调参数调回到给定值上，而产生了所谓的残余偏差（简称余差）这是比例调节器的缺点。 比例范围（也称比
11、例度）是比例调节器最基本的概念，所谓比例范围，就是使调节器的输出信号变化全范围时，相应的输入信号变化其全范围的百分数，即Pb=P入/P出100%又因为P入/P出=1/Kp所以 Pb=1/Kp100% 调节器的比例范围（比例度）等于放大倍数的倒数的百分数 （二），积分调节规律（1） 调节器输出信号变化量 P出 与偏差信号 P入 的积分成正比时，我们称这种调节规律为积分调节规律，用公式表示为： P出=1/TlP入dt Tl为积分时间具有积分调节规律的调节器称为积分调节器，可见，积分调节器输出信号的变化量与偏差信号的大小及其存在的时间正比，与积分时间成反比，当有偏差信号时，积分调节器的输出将随时间不
12、段变化（增大或减小），只有在输入偏差等于零时，积分作用才停止，输出信号才不再变化而稳定某一数值上，所以当偏差大小及存在的时间长短不同时，积分调节器在偏差消失后有不同稳定输出值。也就是说，积分调节器在稳定状态时的输出压力可以为任意值。因此，用积分调节器组成的调节系统当系统稳定时总是无差的。积分时间的倒数1/Tl表示积分速度的大小，积分时间越长，积分速度越小，即积分作用越弱，积分时间越小，积分速度越大，即积分作用越强。 （三），微分调节规律比例，积分调节器的输出仅与偏差信号的方向，大小及其存在的时间有关，与偏差信号的变化速度无关，对于滞后较大的调节对象，为了提高调节质量，必须考虑偏差信号变化速度的
13、问题，因此产生了微分器 理想的微分调节器，输出与输入信号的变化速度成正比例，其特征方程为： P出=TDdP入/dtTD微分时间 dP入/dt输入信号变化速度，可见，偏差变化速度越大，微分时间越长，则微分作用的输出变化越大。如果偏差稳定不变，即dP入/d=0，则不论偏差信号的绝对值多大，微分器的输出都为零理想的微分器是不能实际应用的因为一个很微弱但变化速度很大的信号，就可以使输出压力产生很大的变化，所以微分环节抗干扰能力很差，因此实际事业的微分器常常是比加微分特性 （四）三作用调节规律（P，I，D）常用的调节器之一是比例加积分加微分调节器，其特性方程为： P出=Kp(P入+1/TiP入dt+TD
14、dP入/dt)理想的三作用调节器在阶跃信号作用下，微分作用使输出压力产生一个跃变脉冲，比例作用使调节器输出随时与微分器的输出成正比，积分作用使用调节器的输出压力随时间的增长作等速度变化，其变化速度取决于P入和积分时间的大小。三作用调节输出如图：P比.积.微调节器的构成原理调节器的构成原理入图 P绘 比较环节 控制元件 功率放大中P测 偏差 P出 反馈机构调节器由比较环节控制文件，功率放大器及反馈机构四个部分组成，现分别加以介绍：（一） 比较环节它的作用是把测量信号，给定信号及反馈信号比较，然后输出一个很小的位移，即喷嘴档板间的位移。（二） 控制元件气动调节器的控制元件是各种形式的喷嘴档板机构。控制元件的作用是把比较元件送来的微小位移量转换成相应的气压信号，所以，控制元件也叫放大环节，即将微小位移量放大为具有定功率的气压信号。（三） 功率放大器气动调节器一般都有一个功率放大器，其作用是把控制元件输出的微小的气压信号进行功率放大，以便远距离传递或推动执行器。（四） 反馈机构反馈机构的作用是为了实现各种调节规律，以适应各种被调对象的要求，气动调节器的反馈机构通常由各种形式的恒气阻，可调气阻，容或杠杆组成。QTL-
