操作工仪表知识培训PPT课件

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1、计控车间 尚永亮二零一二年七月仪表知识培训新能能源有限公司新能能源有限公司 目 录 仪表专业的基本概念常见仪表的工作原理现场问题的分析判断实际操作的注意事项控制系统的基础知识新能能源有限公司新能能源有限公司自动化仪表作为一类专门的仪表，最早出现于20世纪40年代初。用以满足石油、化工、电力等工业对自动化的需要。较早出现气动仪表，价格便宜，结构简单，具有本安防爆性能，曾长期处于优势地位。从60年代后，由于电动仪表的技术进步，出现了本安仪表，由于电信号传输处理方便，特别是容易和工业控制计算机配合使用，实现生产过程的全盘自动化。因此，基本替代了气动仪表。仪表专业的基本概念自动化仪表概述新能能源有限公

2、司新能能源有限公司目前我们所有仪表都采用国际统一的420mA DC标准信号，供电大都是24V DC。优点：安全防爆、减少损耗、节省能量；有利于识别仪表断电、断线等故障；为现场变送器实现两线制提供了可能。两线制：仪表的供电和信号传输共用，两根导线既用于仪表供电，又用于信号传输。本安仪表：限制仪表工作中产生的能量，即使出现故障也不会引爆爆炸性环境中的爆炸性物质。仪表专业的基本概念自动化仪表信号标准新能能源有限公司新能能源有限公司根据能源分：气动、电动、液动、核能等根据组合：基地式、单元式、综合控制根据安装：现场、盘装、架装根据是否可引入计算机：智能、非智能根据仪表信号形式：模拟仪表、数字仪表最通用

3、的分类是按仪表在测量与控制系统中的作用进行划分：检测仪表、显示仪表、调节仪表、执行器 仪表专业的基本概念自动化仪表分类新能能源有限公司新能能源有限公司按功能按被测变量按工作原理或结构形式按能源其它检测仪表压力液柱式、弹性式、电气式电、气温度电偶、电阻、辐射、流量节流、转子、靶式、涡电、气物位浮力、静压、声波、光学、辐射电、气成分PH值、色谱、氧分析、红外电、核显示模拟和数字电、气指示和记录调节仪表自力式电、气组装式可编程式电执行器执行机构薄膜工、活塞、长行程、其它电、气、液阀直通、套筒、蝶阀、偏心旋转、三通直线、对数、抛物线、快开仪表分类表 仪表专业的基本概念新能能源有限公司新能能源有限公司检

4、测环节: :是检出元件或传感器，直接感受被测变量，并将它变换成适于测量的信号形式。转换放大环节: :对信号进行转换、放大等处理，并传送给显示部分进行 指示或记录。显示部分: :就地指示型仪表、单元组合型仪表、数字式显示仪表 检测仪表组成：仪表专业的基本概念新能能源有限公司新能能源有限公司检测过程及误差检测过程：被测参数经过能量形式的转换，得到便于测量的信号形式，然后与相应的测量单位进行比较，由指针位移或数字形式显示出来。检测误差：测量值和真实值之间的差值误差产生的原因：选用的仪表精确度有限，实验手段不够完善、环境中存在各种干扰因素，以及检测技术水平的限制等原因.仪表专业的基本概念新能能源有限公

5、司新能能源有限公司根据误差的性质及产生的原因，误差分为三类根据误差的性质及产生的原因，误差分为三类仪表专业的基本概念误差分类定义特点产生原因系统误差相同条件下多次重复测量同一量时，误差的大小和符号保持不变或按一定规律变化有一定规律，可以确定规律后加以校正或补偿，便可以消除或减小检测仪表本身不完善、使用仪表的方法不正确、测量者固有的不良习惯。随机误差相同条件下多次重复测量同一量时，误差的大小、符号均为无规律变化，又称偶然误差变化难以预测，无法修正测量过程中某种尚未认识的或无法控制的各种随机因素（如空气扰动、噪声、电磁场等）所引起的综合结果疏忽误差明显地歪曲测量结果的误差，又称粗差无任何规律可循操

6、作者的粗心（如读错、算错等）、不正确操作、实验条件的突变或实验状况未达到要求而测试。新能能源有限公司新能能源有限公司检测仪表的基本技术性能指标仪表的性能指标，主要有： 精度 灵敏度与灵敏限 回差1精度 检测仪表的精度反映测量值接近真实值的准确程度，一般用一系列误差来衡量。 由于真值无法得到，一般将精度较高的标准表的示值作为真值，称为约定真值。 仪表专业的基本概念新能能源有限公司新能能源有限公司检测仪表的基本技术性能指标引用误差( (相对百分误差) ) 引用误差 仪表量程仪表专业的基本概念11.新能能源有限公司新能能源有限公司检测仪表的基本技术性能指标精度等级按仪表工业规定，去掉最大引用误差的“

7、”号和“%”号，称为仪表的精度等级，目前已系列化。 1.51.50.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5， 1.0，1.5，2.5，4.0精度等级符号仪表专业的基本概念新能能源有限公司新能能源有限公司例1 1 有两台测温仪表，它们的测温范围分别为01000100和100300100300，校验表时得到它们的最大绝对误差均为22，试确定这两台仪表的精度等级。解 这两台仪表的最大引用误差分别为一台仪表的精度等级为2.52.5级，而另一台仪表的精度等级为1 1级。仪表专业的基本概念13.新能能源有限公司新能能源有限公司例2 2 某台测温仪表的工作范围为05000500，工艺要求

8、测温时测量误差不超过44，试问如何选择仪表的精度等级才能满足要求？解 根据工艺要求，仪表的最大引用误差为 应选择0.50.5级的仪表才能满足要求仪表专业的基本概念14.新能能源有限公司新能能源有限公司灵敏度与灵敏限 灵敏度 表示仪表对被测参数变化反应的能力，是指仪表达到稳态 后输出增量与输入增量之比，即 S S仪表的灵敏度 yy仪表输出变量的增量 xx仪表输入变量的增量 数字式仪表常用分辨力来表示灵敏度。 分辨力是指数字仪表在最低量程上最末位数字改变一个字时所对应的物理量数值，它反映了数字仪表能够检测到的被测参数中最小变化的能力。灵敏限 指引起仪表指针发生可见变化的被测参数的最小变化量。 仪表

9、专业的基本概念15.新能能源有限公司新能能源有限公司回差在外界条件不变的情况下，当被测参数从小到大（正行程）和从大到小（反行程）时，同一输入的两个相应输出值常常不相等。两者绝对值之差的最大值和仪表量程之比的百分数称为回差，也称变差。反行程正行程被测参数仪表示值仪表专业的基本概念新能能源有限公司新能能源有限公司 目 录 仪表专业的基本概念常见仪表的工作原理现场问题的分析判断实际操作的注意事项控制系统的基础知识新能能源有限公司新能能源有限公司温度检测的基本知识温度：反映了物体冷热的程度，与自然界中的各种物理和化学过 程相联系。温度测量：温度不能直接测量，只能利用物质的某些特性与温度 之间的关系，实

10、现间接测量。温度测量建立在热平衡基础上。温度最本质的性质：当两个冷热程度不同的物体接触后就会产生 导热换热，换热结束后两物体处于热平衡状态，则它们具 有相同的温度。测量方法：接触式测温和非接触式测温常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司接触式测温 温度敏感元件与被测对象接触，经过换热后两者温度相等。 (1) 膨胀式温度计 (2) 热电阻温度计 (3)热电偶温度计 (4)其他原理的温度计直观、可靠，测量仪表也比较简单特点非接触测温 温度敏感元件不与被测对象接触，而是通过辐射能量进行热交换，由辐射能的大小来推算被测物体的温度。 (1) 辐射式温度计 (2) 光纤式温度计：特点不与被测物

11、体接触，不破坏原有的温度场。精度一般不高。常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司应用热膨胀原理测温 测量原理物体受热时产生膨胀 液体膨胀式温度计 固体膨胀式温度计 玻璃管温度计 双金属温度计常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司应用热电效应测温 测量原理两种不同的金属A A和B B构成闭合回路当两个接触端 T TT T0 0时，回路中会产生热电势热电势由两种材料的接触电势和单一材料的温差电势决定热电极常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司闭合回路总电势 AB 常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司 分 度 表如果能使冷端温度t t0 0 固定，则

12、总电势就只与温度t t成单值函数关系 分度表-热电势与热端温度之间 关系列成表格注：热电势与热端温度之间 关系是非线性常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司 补偿导线 问题引出 解决方法热电偶冷端暴露于空间，受环境温度影响热电极长度有限，冷端受到被测温度变化的影响把热电偶的冷端延伸到远离被测对象且温度比较稳定的地方造成浪费选用一种具有和所连接的热电偶相同的热电性能，其材料又是廉价金属导线补偿导线其一实现了冷端迁移；其二是降低了成本。 功 能常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司不同型号的热电偶所配用的补偿导线不同连接补偿导线时要注意区分正负极，使其分别与热电偶的正负极一

13、一对应补偿导线连接端的工作温度不能超出（01000100），否则会给测量带来误差。 使用补偿导线注意问题常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司 问题引出 冷端温度补偿热电偶的分度表所表征的是冷端温度为00时的热电势- -温度关系，与热电偶配套使用的显示仪表就是根据这一关系进行刻度的。 解决方法0 0恒温法 冷端温度修正法 仪表机械零点调整法 补偿电桥法 常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司 00恒温法适用于实验室中的精确测量和检定热电偶时使用常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司冷端温度修正法 设：冷端温度恒为t t0 0（t t0 000）被测温度为 t

14、 t 修正公式冷端 t t0 0的热电势测量得出的热电势 被测温度 t t 的热电势 仪表机械零点调整法 将显示仪表的机械零点调至t t0 0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(tE(t0 0, 0) , 0) 常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司由分度表查得 E (20,0 ) = 0.113 mv E (20,0 ) = 0.113 mv 则 E (t, 0) = E (t, tE (t, 0) = E (t, t0 0)+E (t)+E (t0 0, 0) , 0) = 7.32 + 0.113 = 7.32 + 0.113 = 7.434 mv =

15、7.434 mv 再查分度表得其对应的被测温度t = 808t = 808例用S S型热电偶测温，热电偶的冷端温度t t0 0=20=20，测得热电势为7.32 mv7.32 mv，求被测对象的实际温度t t 。解常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司 使用补偿电桥注意问题根据各类热电偶的型号选择配套的补偿电桥 注意补偿温度的起点 在2020平衡，须把显示仪表的机械零点预先调整到20 20 在00平衡，须把显示仪表的机械零点预先调整到00补偿是相对的，有一定误差常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司 为保证热电偶的正常工作，热电偶的两极之间以及与保护套管之间都需要良好的

16、电绝缘，而且耐高温、耐腐蚀和冲击的外保护套管也是必不可少的。1. 1. 普通型装配式结构2. 2. 柔性安装型铠装结构热电偶结构热电偶结构常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司应用热电阻原理测温 导体或半导体的电阻值随温度变化 测量原理在0630.74范围内，金属铂的电阻值与温度的关系为 T R热电阻在-50180范围内，金属铜的电阻值与温度的关系为温度0时的电阻值 温度t时的电阻值 常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司热电阻温度计 应用于-200600范围内的温度测量 热电阻电阻体（最主要部分）绝缘套管接线盒热电阻的材料要求：电阻温度系数要大；电阻率尽可能大，热容量

17、要小，在测量范围内，应具有稳定的物理和化学性能；电阻与温度的关系最好接近于线性；应有良好的可加工性，且价格便宜。常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司常用热电阻常用热电阻 铂电阻电阻率较大，电阻-温度关系呈非线性，但测温范围广，精度高，且材料易提纯，复现性好工业用铂电阻分度号为Pt100和Pt10 铜电阻电阻值与温度的关系几乎呈线性，电阻温度系数也较大，而且其材料易提纯，价格比较便宜，但缺点是在100以上易被氧化工业用铜热电阻的分度号为Cu50和Cu100 热敏电阻（负温度系数热敏电阻 NTC ）电阻温度系数约为铂电阻的49倍，且本身电阻值较高。半导体热敏电阻的电阻-温度特性呈非线

18、性，并且稳定性和互换性差。常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司热电阻结构热电阻结构常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司测温元件安装注意事项测温元件安装注意事项插入深度要求测量端应有足够的插入深度，应使保护套管的测量端超过管道中心线510mm。流体流动方向插入方向要求保证测温元件与流体充分接触，最好是迎着被测介质流向插入，正交90也可，但切勿与被测介质形成顺流。常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司压力检测方法v液柱测压法v弹性变形法v电测压力法压力检测仪表v弹簧管压力表v霍尔式压力表v差压（压力）变送器力平衡式压力变送器微位移式变送器智能差压（压力）变送

19、器主要内容常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司压力的基本概念垂直而均匀地作用在单位面积上的力 式中压力（Pa） 均匀垂直作用力（N） 受力面积（m2）1Pa = 1*10-3KPa = 1*10-6MPa单位: 牛顿/米2（N/m2），简称“帕”，用符号“Pa” 常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司压力的几种表示形式被测压力通常可表示为绝对压力、表压、负压（或真空度） 表压（正压）绝对压力的零线大气压力线绝对压力绝对压力真空度常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司压力检测方法及仪表 根据流体静力学原理，将被测压力转换成液柱高度进行测量hh12211p1p

20、2h2P0h1h211p200 常用的压力表有U形管压力表、单管压力表、斜管压力表和活塞式压力表等。 测量原理液柱测压法常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司压力检测方法及仪表 将被测压力转换成弹性元件变形的位移 测量原理P 弹簧管式弹性元件P 膜片式弹性元件弹性变形法常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司弹性元件结构和特点常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司 弹簧管压力表 压力检测方法及仪表弹簧管拉杆指针中心齿轮扇形齿轮接头游丝刻度盘调整螺钉常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司 利用转换元件（如某些机械和电气元件）直接把被测压力变换为电信号

21、来进行测量的。 测量原理1 1. 弹性元件附加一些变换装置，使弹性元件自由端的位移量转换成相应的电信号，如电阻式、电感式、电容式、霍尔片式、应变式、振弦式等； 2. 非弹性元件组成的快速测压元件，主要利用某些物体的某一物理性质与压力有关，如压电式、压阻式、压磁式等。电测压力法常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司压力检测方法及仪表v电容式测压原理 采用变电容原理，利用弹性元件受压变形来改变可变电容器的电容量，然后通过测量电容量C便可以知道被测压力的大小，从而实现压力-电容转换的。 定极板弹性元件动极板被测压力 测量原理 电容器极板间绝缘介质的介电 常数，F/m A电容器两平行板覆盖

22、的面积，m2 d两平行板之间的距离，m C电容量，F常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司压力检测方法及仪表v压电式测压原理 根据“压电效应”把被测压力变换为电信号。（a）单晶体 （b）剖面图 （c）X截割的石英片 受力面积 作用在受力面积上的压力压电常数 电荷数常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司v应变片式测压原理 压力检测方法及仪表l l543211敏感栅 2基片 3粘合剂 4引线 5覆盖片 敏感栅 直径为0.025mm左右的合金电阻丝基 底 绝缘覆盖层 保护位移、力、力矩、加速度、压力应变 弹性敏感元件 外力作用被测对象表面产生微小机械变形应变片敏感栅随同变形电

23、阻值发生相应变化 应变片组成常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司电动单元组合仪表（简称为DDZ仪表） 差压（压力）变送器 作用：将各种物理量转换成统一的标准信号差压变送器 力平衡式变送器 位移平衡式变送器气动单元组合仪表（简称为QDZ仪表） DDZ-型仪表为010mADC DDZ-型仪表为420mADC20100KPa常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司压力检测仪表 压力检测方法及仪表力平衡式压力变送器 1低压室 2高压室 3测量元件（膜盒、膜片） 4轴封膜片 5主杠杆 6过载保护片 7静压调整螺钉 8矢量机构 9零点迁移弹簧 10平衡锤 11量程调整螺钉 12检测

24、片（衔铁） 13差动变压器 14副杠杆 15放大器 16反馈动圈 17永久磁钢 18电源 19负载 20调零弹簧 测量机构杠杆机构检测放大 机构反馈 机构常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司压力检测仪表 v微位移式变送器 压力检测方法及仪表I0（1）测量部分 测量部分包括电容膜盒、高低压室及法兰组件等. 测量原理: 将被测压力的变化转换成电容量的变化。填充液（硅油）固定电极可动电极P1转换放大单元 P2电容式压力传感器隔离膜片常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司压力检测仪表 v智能差压（压力）变送器 压力检测方法及仪表 在普通压力传感器上增加微处理器 特点：具有远程

25、通讯的功能 依靠手操通信器，用户可在现场或控制室设定变送器各种参数 使用维护方便 长期稳定工作，每5 5年才需校检一次。以3051C 3051C 为例： 组成：传感膜头：被测压力- A/D- A/D转换-数字信号 电子线路板：对信号进行修正，线性化处理-D/A-D/A转换- 4- 420mA20mA信号常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司压力检测方法及仪表A/D转换器 温度传感器 电容传感器传感膜头内存 修正系数 膜头信号微处理器传感器线性化重设量程诊断工程单位通信电子板内存量程值变送器组态信息D/A转换数字通信本机量程和零点调整手操器传感膜头电子线路板 420mA3051C30

26、51C型智能变送器原理图常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司压力测量仪表的选用 压力检测方法及仪表仪表种类和型号的选择 工艺要求 现场指示、远传指示、自动记录、自动调节或信号报警 介质性质 温度、粘度、脏污程度、腐蚀性、易燃性 现场环境 温度、湿度、有无振动、有无腐蚀性 仪表量程的确定 化工自控设计技术规定 被测压力较稳定的情况，最大压力值应不超过满量程的2/3； 被测压力波动较大的情况，最大压力值应不超过满量程的1/2 被测压力的最小值也不应低于全量程的1/3 仪表精度等级的选择 常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司例题分析举例举例1.某台往复式压缩机的出口压力范

27、围为2528MPa，测量误差不得大于1MPa。工艺上要求就地观察，并能高低限报警，试正确选用一台压力表，指出型号、精度与测量范围。 解由于往复式压缩机的出口压力脉动较大，所以选择仪表的上限值为 P1=Pmax2=282=56(MPa) 根据就地观察及能进行高低限报警的要求，选用YX-150型电接点压力表，测量范围为060MPa。 常见仪表的工作原理54.新能能源有限公司新能能源有限公司例题分析 由于 ，故被测压力的最小值不低于满量程的 1/3，这是允许的。另外，根据测量误差的要求，可算得允许误差为 所以，精度等级为1.5级的仪表完全可以满足误差要求。至此，可以确定，选择的压力表为YX-150型

28、电接点压力表，测量范围为060MPa，精度等级为1.5级。 常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司例题分析2. 如果某反应器最大压力为0.6MPa，允许最大绝对误差为0.02MPa。现用一台测量范围为01.6MPa，准确度为1.5级的压力表来进行测量，问能否符合工艺上的误差要求？若采用一台测量范围为01.0MPa，准确度为1.5级的压力表，问能符合误差要求吗？试说明其理由。 解：对于测量范围为01.6MPa，准确度为1.5级的压力表，允许的最大绝对误差为 1.61.5% = 0.024(MPa)常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司例题分析 因为此数值超过了工艺上允许的

29、最大绝对误差数值,所以是不合格的。对于测量范围为01.0MPa，准确度亦为1.5级的压力表,允许的最大绝对误差为 1.01.5% = 0.015(MPa) 因为此数值小于工艺上允许的最大绝对误差,故符合对测量准确度的要求,可以采用。 该例说明了选一台量程很大的仪表来测量很小的参数值是不适宜的。 常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表v应用容积法检测流量（腰轮流量计）v应用动、静压能转换原理检测流量（差压式流量计)v应用改变流通面积的方法检测流量(转子流量计)v应用电磁感应原理检测流量(电磁流量计)v应用超声波检测流量(超声波流量计)本节主要内容常

30、见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司体积流量的测量方法 （1）容积法：在单位时间内以标准固定体积对流动介质连续不断地进行度量，以排出流体固定容积数来计算流量。椭圆齿轮流量计、旋转活塞式流量计和刮板流量计。受流体的流动状态影响小，适用于测量高粘度、低雷诺数的流体。 （2）速度法：这种方法是先测出管道内的平均流速，再乘以管道截面积求得流体的体积流量。 较宽的使用条件，可用于各种工况下的流体的流量检测，利用平均流速计算流量，管路条件的影响大，流动产生涡流以及截面上流速分布不对称等都会给测量带来误差。 常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司 质量流量的测量方法（1）直接法： 利

31、用检测元件，使输出信号直接反映质量流量。 利用孔板和定量泵组合实现的差压式检测方法； 利用同轴双涡轮组合的角动量式检测方法； 应用麦纳斯效应的检测方法 基于科里奥利力效应的检测方法。（2）间接法： 用两个检测元件分别测出两个相应参数，通过运算间接获取流体的质量流量。 qv2检测元件和检测元件的组合； qv检测元件和检测元件的组合； qv2检测元件和qv检测元件的组合。常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司应用容积法检测流量 单位时间内所排出固定容积的数目作为测量依据 测量原理设：V0计量室的容积 n转子的旋转次数则排出的流体总量 根据转子的形状分为：椭圆齿轮流量计（液体型） 腰轮流

32、量计（气体型和液体） 刮板式流量计（液体型）常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司腰轮流量计测量原理腰形轮每转动一周，就把转子与壳体之间所构成的具有一定容积的计量室流体的四倍体积，从流入口送到流出口。 计量室体积腰轮转速体积流量常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司流量检测方法及仪表 腰轮流量计 腰轮流量计是一种容积式流量测量仪表，用以测量封闭管中流体的体积流量。 就地显示累积流量，并有远传输出接口，与相应的光电式电脉冲转换器和流量积算仪配套，可进行远程测量，显示和控制。 精度高，重复性好，范围度大，对流量计前后直管段要求不高。 适用较高粘度流体，流体粘度变化对示值影响

33、较小。 适用无腐蚀性能的流体，如原油，石油制品 (柴油，润滑油等)。 腰轮流量计 常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司应用动压能和静压能转换的原理检测流量 节流元件附近流速和压力分布情况 检测原理当流体流经管道内的节流件时，流速将在节流件处形成局部收缩，因而流速增加，静压力降低，于是在节流件前后便产生了压差。流体流量愈大，产生的压差愈大，这样可依据压差来衡量流量的大小。基础：流体连续性方程（质量守恒定律）和伯努利方程（能量守恒定律）。压差影响因素：流量、节流装置形式、管道内流体的物理性质（密度、粘度）常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司差压式流量计 测量对象：流体方

34、面，单相、混相、洁净、脏污；工作状态：常压、高压、真空、常温、高温、低温；管径方面：从几毫米到几米；流动条件：亚音速流、临界流、脉动流历史悠久、技术成熟、应用最广泛。节流式特点： 结构简单、使用寿命长，适应能力强， 几乎能测量各种工况下的流量。差压式流量计 孔板引压管差压计常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司差压式流量计分类表 分类原则 分 类 类 型 按产生差压的作用原理分类1）节流式；2）动压头式；3）水力阻力式；4）离心式；5）动压增益式；6）射流式按结构形式分类1）标准孔板；2）标准喷嘴；3）经典文丘里管；4）文丘里喷嘴；5）锥形入口孔板；6）1/4圆孔板；7）圆缺孔板；

35、8）偏心孔板；9）楔形孔板；10）整体（内藏）孔板；11）线性孔板；12）环形孔板；13）道尔管；14）罗洛斯管；15）弯管；16）可换孔板节流装置；17）临界流节流装置按用途分类1）标准节流装置；2）低雷诺数节流装置；3）脏污流节流装置；4）低压损节流装置；5）小管径节流装置；6）宽范围度节流装置；7）临界流节流装置；常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司 差压式流量计组成节流装置：安装于管道中产生差压，节流件前后的差压与流量成开方关系。引压导管：取节流装置前后产生的差压，传送给差压变送器。差压变送器：产生的差压转换为标准电信号（4-20mA）。常见仪表的工作原理新能能源有限公司

36、新能能源有限公司 标准节流元件标准孔板结构简单，安装方便，适合大流量的测量标准喷嘴标准文丘里管结构复杂，压力损失比孔板小常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司 环室取压 单独钻孔取压 法兰取压 标准喷嘴取压方式 标准孔板的几种取压方式 取压方式常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司选用考虑要点 安装条件方面 流件前后有必要直管段长度 引压管线 仪表性能方面(1) 精确度、重复性、线性度、流量范围 压力损失流体特性方面 流体物性参数的确定 (2)流体的腐蚀、磨蚀、结垢、脏污等环境条件方面常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司应用改变流通面积的方法检测流量 变面

37、积式测量方法示意图 检测原理锥形管-由下往上逐渐扩大管转子-阻力件 组成当流体自下而上流经锥形管与转子之间的环形流通面积时，由于受到流体的冲击，转子便要向上运动。 常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司物位检测方法及仪表 物位-指容器中的液体介质的液位、固体的料位或颗粒 物的料位和两种不同液体介质分界面的总称 液位容器中的液体介质的高低料位容器中固体或颗粒状物质的堆积高度 物位检测的作用 确定容器中的贮料数量，以保证连续生产的需要或进行经济核算； 为了监视或控制容器的物位，使它保持在规定的范围内； 对它的上下极限位置进行报警，以保证生产安全、正常进行。 物位的基本概念常见仪表的工作

38、原理新能能源有限公司新能能源有限公司物位检测方法及仪表应用浮力原理检测物位应用静压原理检测物位 应用超声波反射检测物位 物位检测方法常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司物位检测方法及仪表应用浮力原理检测物位利用漂浮于液面上的浮标或浸没于液体中的浮筒对液位进行测量的。当液位变化时，前者产生相应的位移，而所受到的浮力维持不变，后者则发生浮力的变化。因此，只要检测出浮标的位移或浮筒所受到的浮力的变化，就可以知道液位的高低。 恒浮力法液位测量示意图 测量原理常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司密闭容器：测量容器底部压力，除与液面高度有关外，还与液面上部介 质压力有关，其关系

39、为应用静压原理检测物位压力表测量液位原理 通过液柱静压的方法对液位进行测量的。敞口容器：多用直接测量容器底部压力的方法。如图所示，测压仪表通过导压管与容器底部相连，由测压仪表的压力指示值，便可推知液位的高度 。 其关系为式中 P测压仪表指示值 H液位的高度液体的密度g重力加速度 式中 PA、PB分别是液面上部介质压力和液面以下H深度的液体压力。常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司差压变送器测量液位时的零点迁移问题（重点）特征：差压变送器的正压室取压口正好与容器的最低液位（Hmin=0）处于同一水平位置。作用于变送器正、负压室的差压P与液位高度H的关系为P=Hg。当H =0时，正负

40、压室的差压P=0，变送 器输出信号为4mA当H= Hmax时，差压Pmax=gHmax， 变送器的输出信号为20 mA，无迁移常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司物位检测方法及仪表负迁移 差压变送器的正、负压室的压力分别为 正、负压室的压差为当被测液位H=0时，P=-（h2-h1）2g0，从而使变送器在H=0时输出电流大于4 mA；H=Hmax时，输出电流大于20 mA。常见仪表的工作原理78.新能能源有限公司新能能源有限公司应用静压原理检测物位（a a）无迁移 （b b）负迁移 （c c）正迁移0500042020007000P (Pa)-20003000I0(mA)某压力变送

41、器的测量范围：05000Pa， 固定差压 =2000Pa常见仪表的工作原理79.新能能源有限公司新能能源有限公司物位检测方法及仪表应用超声波反射检测物位根据超声波从发射到接收反射回波的时间间隔大小与被测介质高度成比例关系的原理，实现液位测量的。测量时由置于容器底部的超声波探头向液面与气体的分界面发射超声波，经过时间t后，便可接收到从界面反射回来的回波信号。 测量原理根据传声介质的不同可以分为：液介式、气介式、固介式三种。 V-超声波在液体中的传播速度H -从探头至界面的距离（被测介质物位高度）T -超声波从探头发射至液面反射回来的时间常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司超声波物位

42、计 超声波物位计由超声波发射、接收器（探头）及显示仪表组成。超声波物位计原理框图 超声波物位计的原理 物位计以微处理机8031单片机为核心，进行超声波的发射、接收控制和数据处理，具有声速温度补偿功能及自动增益控制功能。常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司自动成份分析仪表按原理分类: 1. 热导式; 2. 热磁式; 3.磁压式; 4. 磁机械式; 5. 氧化锆式; 6.电化学式;7.红外线; 8.工业酸度计; 9.工业电导仪; 10.溶解氧；11.密度计; 12.有毒气体报警器; 13.色谱仪;14.质谱仪。按测量介质分类：1.气体分析；2.液体分析。常见仪表的工作原理新能能源有限

43、公司新能能源有限公司自动成份分析仪表组成 被测介质采样处理单元 组分的解析与分离单元 检测器和传感器 信号处理单元 信号显示单元 数据处理及数据库常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司自动成份分析仪表特点 在线分析仪器与实验室分析仪器相比较，有三个显著的特点： 第一，过程分析仪器必须有自动取样和试样预处理系统； 第二，过程分析仪器必须是完全自动化的，即完全实现自动检测和自动控制； 第三，过程分析仪器的精度可以低些，但是必须保证能实现长期运行的稳定性。常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司取样和预处理系统 过程分析仪器出现的同时，就出现了取样预处理系统。 取样预处理系统是

44、联系生产过程和仪器主机的桥梁。它不但要适应仪器较为苛刻的要求，而且要受生产过程恶劣条件的严格制约。 预处理系统制造难度不高，但设计难度很高。 常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司预处理系统的作用和组成n预处理系统作用是将取样气加以处理，以满足仪器对样气的要求。预处理系统包括过滤（除尘、除机械杂质）、压力调节（减压或抽引）、温度调节（降温或升温）、有害或干扰成分处理（除油雾、水分、腐蚀性介质等）、流量调节等。辅助环节包括需多点切换、旁路系统、管线吹扫、气体混合、化学反应或转化、管线伴热、排气、排液等。常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司取样点选择n洁净有代表性样气，不

45、能选择层流、涡流或空气漏人；尽可能满足仪器对样气要求（温度、湿度、含尘量、压力、流量、非腐蚀性、非干扰性、取样管尽量短）；易燃易爆剧毒介质采样时，应考虑安全取样和环境保护措施；便于保养维护；取样点流速应接近平均流速，圆形截面管道应靠近圆心1/3半径范围内，不能靠近管壁 。常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司预处理系统的设计原则和依据n保证一定的反应速度要求。（反应滞后不超过60秒）合理的保存信息。样气要有代表性，组分浓度不致发生变化。达到仪器对样气清洁度的要求。弄清粉尘含量变化规律后选择合理净化方式。样气要有一定的温度、压力、流量，特别是对堵塞使样气中断应采取措施，绝不能让分析器

46、降低要求去适应粗糙的取样预处理系统。尽可能排除各种可能发生的干扰因素。选择与该流程相适应的部件和结构材料。（是否有腐蚀性）常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司红外线气体分析仪 红外光是一种比可见光线波长长，比微波的波长短的电磁波，红外分析仪通常使用的红外线波长范围为210m(紫外线分析波长180-330nm)，红外线分析仪只能对各组分气体中的某一种成分进行分析。常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司工作原理是根据某些气体对特定波长的红外辐射有选择吸收，且吸收程度与被测气体浓度有关，用于连续测定气体的相对浓度。被测气体经一定波长红外线照射后，会吸收掉一部分红外线能量E,

47、只有通过物质的红外光线的频率与物质分子本身的特定频率相同，这种分子才能吸收红外光线的辐射能。特点：1.能测量多种气体：可分析CO、CO2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6、SO2、NH3等近三十种气体。红外线分析仪不能分析单原子（惰性气体）和双原子气体（氢、氧、氮等）。2.测量范围宽：上限可到100%下限可到几个ppm3.灵敏度高4.测量精度高5.反应快：一般在10秒内6.有良好的选着性常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司热导式气体分析仪 是出现最早，种类较多，应用较广的一类在线分析仪器，常用于分析混合气体中的H2、Ar、CO2、NH3、SO2等多种气体的百分含量。 常见仪表

48、的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司n工作原理：基于不同气体具有不同的导热系数，混合气体的导热系数随其组分的百分含量而变化这一物理特性来分析某一组分的百分含量。热导分析仪检测室常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司n采用铂丝做工作桥臂和参比桥臂的不平衡电桥检测气体热导率。参比臂、内充参比气体，被测气体流过工作臂、，电桥各臂通稳定电流加热至一定温度，当被测气体浓度与参比气体浓度一样时，各桥臂温度一样，电阻值相等，电桥平衡。当被测气体浓度变化，气体热导率改变，工作臂的温度和阻值随之改变，电桥失去平衡产生电信号输出。常见仪表的工作原

49、理新能能源有限公司新能能源有限公司 1000C部分气体的相对热导率 Air: 1 H2: 7.130 N2: 0.998 O2: 1.015 CO2: 0.614 NH3: 0.897 Ar: 0.658 CO: 0.964 SO2: 0.344 CH4: 1.318常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司氧含量分析仪在化学工业中，氧气是直接参与反应的物质，其含量必须控制在特定界限内。在很多情况下，氧含量是很难检测的，低氧量更难准确确定。工业生产中应用氧分析仪越来越广泛。各种原理的氧分析仪都有其应用的局限性。 常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司1.磁力机械式氧分析2.

50、磁性压力式氧分析仪3.热磁式氧分析仪4.氧化锆式氧分析仪5.电化学原电池式氧分析仪6.新型燃料电池传感器氧分析仪n按工作原理分类：常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司n磁力机械式氧分析仪1.磁力机械式氧分析仪又称哑铃式氧分析仪，是利用氧的顺磁性原理（法拉第原理）。2.氧分子在磁场中有很强的顺磁性，是区分氧气与样气中其他气体成分的有效手段。3.氧分析仪的传感器由一对充满氮气的石英玻璃哑铃球组成，哑铃球周围环绕有一根铂丝，形成电反馈回路，哑铃球悬垂在磁场中，正中装有一个小反射镜。常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司4.当哑铃周围有氧分子时，在磁场作用下，氧分子被磁场吸引

51、而形成一定的压力差，推动哑铃球体发生偏转。5.氧浓度越高，偏转角度越大。6.由光源、反射镜及光敏元件组成的精密光学系统测出这一偏转并转换成电信号。7.该信号由放大器放大后，经反馈电路形成电流回路，在磁场作用下，迫使哑铃回复原平衡位置。此回路中电流值与氧浓度成正比。常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司n热磁式氧分析仪1.工作原理：利用具有极高磁化率的氧气，在非均匀磁场作用下形成“热磁对流”（磁风），对敏感元件产生冷却作用而工作的。常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司2.不含氧的混合气体进入测量环室，则气体分两路经过环型气路两旁通道流出环室。处于环室气路中间的水平管道，

52、因其两端气压相同，故不形成气流。3.当有氧的混合气体进入环室时，氧被吸入水平管道的磁场内。由于水平管道上绕有被加热的铂丝电桥臂 I 、，进入的氧将受热而温度升高。4.由于氧的磁化率随温度升高而降低，这样就减弱了磁场对它们的吸引力，受热的氧分子将不断被冷的氧分子所补充而排出磁场。5.因此，在水平管道中形成了氧的对流，一般称之为“热磁对流”或称“磁风”。常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司 调节阀的组成及分类调节阀又称控制阀，它是过程控制系统中用动力操作去改变流体流量的装置。调节阀由执行机构和阀组成，执行机构起推动作用，而阀起调节流量的作用。调节阀的产品类型很多，按其能源方式不同主要

53、分为气动调节阀、电动调节阀、液动调节阀、智能调节阀四大类，我厂现在使用的基本上是气动调节阀，即以压缩空气为动力源的调节阀。在此仅介绍气动调节阀的组成与分类。按调节型式：调节型、切断型、调节切断型三种按移动型式：直行程和角行程两种按流量特性：直线、等百分比、抛物线、快开四种按上阀盖型式：普通型、散热型、长颈型、波纹管密封型四种按阀芯形状：平板形、柱塞形、窗口形、套筒形、多级形、偏旋形、蝶形、球形等常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司气动执行机构将控制信号转换成相应的动作来控制阀内截流件的位置或其它调节机构的装置。它按信号压力的大小产生相应的推力，使推杆产生相应的位移，而带动调节阀芯

54、动作，达到调节的目的。分为：气动薄膜式执行机构 气动活塞式执行机构常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司气动薄膜执行机构 它是最常用的机构，其结构简单、动作可靠、维修方便、价格低廉。气动薄膜执行机构分正作用和反作用两种型式，国产型号为ZMA（正作用）和ZMB（反作用）。信号压力一般是20100kPa，膜片使用信号压力不应大于250kPa，气源压力的最大值为500kPa。信号压力增加时推杆向下动作的叫正作用执行机构；信号压力增加时推杆向上动作的叫反作用执行机构。其均由上、下膜盖、波纹薄膜片、推杆、托盘、支架、压缩弹簧、弹簧座、调节件、标尺等组成。在正作用执行机构上加一个装有O形密封圈

55、的填块，只要更换个别零件，即可变为反作用执行机构。 常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司气动活塞式执行机构 气动活塞式执行机构主要是由气缸、活塞、气缸盖、密封圈、支架、推杆、调节件、限位螺栓、标尺等组成。它有带弹簧和不带弹簧两种结构形式。其气缸允许操作压力可达700kPa，故输出力大，适用于高压差、高静压及紧急切断等场合。按输出特性它分比例式和两位式两种。所谓比例式是指输入信号压力与推杆的行程成比例关系，这时它必须带阀门定位器。两位式是根据输入执行机构活塞两侧的操作压力差来完成的。活塞由高压侧推向低压侧，就使推杆由一个极端位置移到另一个极端位置，故其只控制阀的开关动作（二位式一般

56、为无弹簧结构）。活塞执行机构的行程一般为10100mm或090 常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司阀阀是调节阀的调节部分，它直接与介质接触，由执行机构推杆的位移，改变调节阀内的节流面积，达到调节的作用。阀是由阀体、上阀盖组件、下阀盖、阀内件等组成。上阀盖组件包括上阀盖和填料函及填料。阀内件是指与流体接触并可拆卸的，起到改变节流面积和截流件导向等作用的零件总称，例如阀芯、阀座、阀杆、导向套、套筒等。 常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司直通单、双座调节阀 它们均由上、下阀盖、阀体、阀芯、阀座、阀杆、填料和压板等零部件组成。上、下阀盖都装有衬套，为阀芯移动起导向作用；

57、由于上、下都有导向作用，故称为双导向，但对公称直径DN25mm的调节阀一般无下阀盖，阀芯为单导向。单座阀特点是泄漏量小、易于保证关闭，但介质对阀芯推力大即不平衡力大。双座阀的特点是流通能力较单座阀大约2025%，不平衡力小，允许压差大，但是泄漏量较大。常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司角形阀 角形调节阀阀体为直角形结构，它流路简单，阻力小，适用于高压差、高粘度，含悬浮物和颗粒状物质流体的调节，可以避免结焦、堵塞，也便于自净和清洗。其一般使用于底进侧出的场合，这样可使调节阀有较好的稳定性。但在高压差或颗粒多的场合下，为延长阀芯使用寿命，可采用侧进底出，但这时在开度小时容易产生振荡

58、。常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司高压调节阀 高压阀是一种适用于高静压和高压差调节的特殊阀门，为多角形单座结构，最大公称压力可达32MPa。这种阀的阀体多为锻造结构，填料函与阀体做成一体，阀座与下阀体分开，该结构简单，内件易配换。但阀芯为单导向结构，只能用正装式，因不平衡力大，一般要配用阀门定位器。常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司套筒调节阀 套筒阀也称笼式阀，它的阀体与一般直通单座阀相似，但阀内有一个圆柱形套筒，根据流通能力的大小要求，套筒开有四个、两个或一个的窗口，窗口形状由何种流量特性来取决。阀芯利用套筒导向在其中上下移，来改变窗口的节流面积，形成各种流

59、量特性并实现流量调节。由于套筒阀采用平衡型的阀芯结构，阀芯和套筒侧面导向，因此不平衡力小，稳定性好，不易振荡，允许调节压差也大，且维修方便并有降噪声的作用。常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司蝶阀 蝶阀的形式较多，除普通型外，还有高温型、切断型、偏心型、软密封型，以及采用各种不同作用的阀板构成的蝶阀。它阻力小，结构紧凑，寿命长，特别适用于低压差、大口径、大流量气体和带有悬浮物流体的场合，一般泄漏较大。但也有高性能、低泄漏量的蝶阀结构，如我厂空分系统用的软密封切断、调节蝶阀。它的流量特性在转角60前与等百分比相似，60以后转矩增大，工作不稳定，特性变差，故蝶阀常在75转角范围内使用

60、。常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司球阀 气动球阀按阀芯型式可分为O形球阀和V形球阀，从全开位置到全关位置的转角为90。O形球阀：其球体上开有一个直径与管道直径相等的通孔，球体可在密封座中旋转。一般作二位调节用，流量特性为快开。其特点是结构简单，维修方便，密封可靠，流通能力大，流体进入阀门没有方向性。V形球阀：它的球体上开有一个V形口，随着球的旋转，开口面积发生变化，但开口面形状始终保持为三角形，流量特性近似等百分比，可调比大。特点与O形球阀类似，但其V形口与阀座之间具有剪切作用，适用于纤维状、浆状的流体，关闭性能好。常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司偏心旋转调

61、节阀 偏旋阀又称凸轮挠曲阀，它动作过程是球面阀芯的中心线与转轴中心偏离，转轴带动阀芯偏心旋转，由于这种偏转运动，使阀芯向前下方进入阀座，工作时转轴运行是由气动执行机构来驱动，推杆的运动通过曲柄传给转轴。该阀特点是阀芯与阀座闭合时依靠柔臂的弹性变形，自动对中，密封性好，泄漏量小，流路简单，流体阻力小，流通能力大，不平衡力小，可耐受较高温度，允许压差大，且结构简单，体积小重量轻，价格低廉。常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司常见仪表的工

62、作原理新能能源有限公司新能能源有限公司常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司 阀门定位器 阀门定位器是调节阀的主要附件，可分为气动阀门定位器和电-气阀门定位器。动阀门定位器接受气动信号0.020.1MPa，输出0.020.1MPa。电-气阀门定位器将420mA DC的电信号，转换成0.020.1MPa的气压，并按气动阀门定位器的功能进行工作。 阀门定位器接受调节器输出的控制信号，去驱动调节阀动作，并利用阀杆的位移进行反馈，将位移信号直接与阀位比较，改善阀杆行程的线性度，克服阀杆的各种附加摩擦力，消除被调介质在阀上产生的不平衡力的影响，从而使阀位对应于调节器的控制信号，实现正确定位。

63、常见仪表的工作原理新能能源有限公司新能能源有限公司 目 录 仪表专业的基本概念常见仪表的工作原理现场问题的分析判断实际操作的注意事项控制系统的基础知识新能能源有限公司新能能源有限公司生产过程自动控制生产过程自动控制 自自动动控控制制技技术术在在工工业业、农农业业、国国防防和和科科学学技技术术现现代代化化中中起起着着十十分分重重要要的的作作用用，自自动动控控制制水水平平的的高高低低也也是是衡衡量量一一个个国国家家科科学学技技术术先先进进与与否否的的重重要要标标志志之之一一。随随着着国国民民经经济济和和国国防防建建设设的的发发展展，自自动控制技术的应用日益广泛，其重要作用也越来越显著。动控制技术的

64、应用日益广泛，其重要作用也越来越显著。生产过程自动控制（简称过程控制）是自动控制技术在石油、化工、电力、冶金、机械、轻工、纺织等生产过程的具体应用，是自动化技术的重要组成部分。控制系统的基础知识121.新能能源有限公司新能能源有限公司过程控制系统特点生产过程的连续性 在过程控制系统中，大多数被控过程都是以长期的或间歇形式运行，在密闭的设备中被控变量不断的受到各种扰动的影响。被控过程的复杂性 过程控制涉及范围广，被控对象较复杂 控制方案的多样性 过程控制系统的控制方案非常丰富控制系统的基础知识122.新能能源有限公司新能能源有限公司自动化技术的应用范畴 宇航方面： 同步卫星（随动控制系统）卫星的

65、发射与回收（神州飞船，航天飞机）自动关机、点火系统军事方面：火炮自动点火、巡航导弹其他方面：农业（病虫害防治、专家系统） 社会科学（计划生育，人口增长模型）现代管理：办公自动化工业生产：自动车床、加热炉、发酵罐控制系统的基础知识新能能源有限公司新能能源有限公司过程控制的主要内容 自动检测系统 利用各种检测仪表对工艺参数进行测量、指示或记录自动信号和联锁保护系统自动信号系统：当工艺参数超出要求范围，自动发出声光信号联锁保护系统：达到危险状态，打开安全阀或切断某些通路， 必要时紧急停车控制系统的基础知识新能能源有限公司新能能源有限公司自动操纵及自动开停车系统自动操纵系统：根据预先规定的步骤自动地对

66、生产设备进行某 种周期性操作自动开停车系统：按预先规定好的步骤将生产过程自动的投入 运行或自动停车自动控制系统： 利用自动控制装置对生产中某些关键性参数进行自动控制，使他们在受到外界扰动的影响而偏离正常状态时，能自动的回到规定范围。过程控制的主要内容 控制系统的基础知识新能能源有限公司新能能源有限公司过程控制系统的组成 过程控制系统过程控制系统检测元件（装置）控制器执行器（装置）检测被控制的物理量将设定值与测量信号进行比较，求出它们之间的偏差,然后按照预先选定的控制规律进行计算并将计算结果作为控制信号送给执行装置作用是接受控制器的控制信号，直接推动被控对象，使被控变量发生变化控制系统的基础知识

67、新能能源有限公司新能能源有限公司过程控制系统的主要类型 闭环控制系统指控制器与被控对象之间既有顺向控制又有反向联系的控制系统。 闭环控制系统的优点： 不管任何扰动引起被控变量偏离设定值，都会产生控制作用去克服被控变量与设定值的偏差。 闭环控制系统的缺点： 由于闭环控制系统的控制作用只有在偏差出现后才产生，当系统的惯性滞后和纯滞后较大时，控制作用对扰动的克服不及时，从而使其控制质量大大降低。控制系统的基础知识新能能源有限公司新能能源有限公司过程控制系统的主要类型 闭环控制系统分类根据设定值分为定值控制系统，随动控制系统和程序控制系统。定值控制系统 特点：设定值是固定不变的闭环控制系统称为定值控制

68、系统。 作用：克服扰动的影响，使被控变量保持在工艺要求的数值上控制系统的基础知识新能能源有限公司新能能源有限公司过程控制系统的主要类型随动控制系统 特点：设定值是一个未知的变化量的闭环控制系统称为随动控制系统。 放大器被测电压ut可逆电机指示记录仪滑线电阻Eup 作用：以一定的精度跟随设定值的变化而变化自动平衡电位差计的方框图 控制系统的基础知识新能能源有限公司新能能源有限公司过程控制系统的主要类型程序控制系统特点：设定值是变化的，且按一定时间程序变化的时间函数程序控制系统可以看成是随动控制系统的特殊情况，其分析研究方法与随动控制系统相同。 作用：以一定的精度跟随设定值的变化而变化控制系统的基

69、础知识新能能源有限公司新能能源有限公司过程控制系统的性能指标及要求常见典型信号 阶跃信号、斜坡信号、脉冲信号、加速度信号和正弦信号等。 阶跃信号A 0 t0 t0 数学表达式为：当A=1时称为单位阶跃信号。特 点易产生对系统输出影响大便于分析和计算控制系统的基础知识新能能源有限公司新能能源有限公司在阶跃信号作用下，被控变量随时间的变化有以下几种形式y t t y t y t y t y t 1.发散振荡过程曲线所示5.非振荡发散过程曲线所示3.等幅振荡过程曲线所示4.衰减振荡过程曲线所示2.非振荡衰减过程曲线所示过程控制系统的性能指标及要求控制系统的基础知识新能能源有限公司新能能源有限公司简单

70、控制简单控制简单控制（单回路控制） 由一个受控对象、一个测量变送器、一个控制器和一个执行机构（控制阀）所组成的闭环控制系统。TC冷流体载热体TT换热器简单温度控制系统 温度控制系统方框图 控制系统的基础知识133.新能能源有限公司新能能源有限公司串级控制基本原理及结构 在多回路控制系统中，有两个被控过程、两套测量变送装置、两台控制器和一个控制阀构成的系统称为串级控制系统。 串级控制系统方块图控制系统的基础知识134.新能能源有限公司新能能源有限公司比值控制的类型n单闭环比值控制系统F1CF2CF1F2F2执行器控制器F2C比值器对 象F1副测量变送主测量变送特点-两种物料流量之比较为精确，系统

71、结构简单，实施方便。不足-两种物料的总量（F1F1F F）不固定。 控制系统的基础知识新能能源有限公司新能能源有限公司n双闭环比值控制系统比值控制的类型F1执行器给定主流量控制器主流量对象主测量、变送副测量、变送K副流量控制器副流量对象执行器F2KF1CF2CF1F2特点-两种物料流量之比精确，其总量（F1F）基本保持不变。不足-系统结构比较复杂，使用的仪表较多，投资较大，系统调整比较复杂。使用场合-主流量干扰频繁，工艺不允许有较大波动或工艺上经常需要提升负 荷的场合。控制系统的基础知识新能能源有限公司新能能源有限公司前馈控制n前馈控制系统与反馈控制比较干扰设定测量变送反馈控制器执行器被控变量

72、对象 前馈控制比反馈控制及时有效 前馈控制属于开环控制系统，反馈控制是闭环控制系统 前馈控制使用的实施对象特性而定的专用控制器，反馈控制采用通用 PID控制器 一种前馈作用只能克服一种干扰，反馈控制只用一个控制器就可克服多 个干扰对象被控变量干扰前馈控制器测量变送执行器控制系统的基础知识新能能源有限公司新能能源有限公司均匀控制n均匀控制的基本概念均匀控制是在连续生产过程中各种设备前后紧密联系的情况下提出来的一种特殊的液位（或气压）流量控制。其目的在于使液位保持在一个允许的变化范围，而流量保持平稳。LCFC1塔1塔22控制系统的基础知识新能能源有限公司新能能源有限公司均匀控制小 结：均匀控制系统

73、，是指两个工艺参数在规定范围内能缓慢地、均匀地变化，使前后设备在物料供求上相互兼顾，均匀协调的系统。构成均匀控制系统，液位和流量两个参数的变化应满足如下要求：1. 两个参数在控制过程中都应该是变化的，且变化是缓慢的。 2. 两个参数必须在允许的范围内变化，均匀控制要求在最大干扰作用下，液位在塔釜的上下限内波动，而流量应在一定的范围内平稳渐变，避免对后段工序产生较大的干扰。控制系统的基础知识新能能源有限公司新能能源有限公司分程控制变送器控制器电气20100KPaAB60100 KPa2060 KPa20100KPa由一个控制器的输出信号分段分别去控制两个或两个以上控制阀动作的系统称为分程控制系统

74、 控制系统的基础知识新能能源有限公司新能能源有限公司选择性控制非正常工况一般采取的处理方法有两种：连锁保护紧急性停车自动切换至手动选择性控制系统-当生产操作趋向限制条件时，一个用于控制不安全工况的控制方案将取代正常情况下的控制方案，直到生产操作重新回到安全范围以内恢复原控制方案为止。 选择性控制系统设有两个控制器（或多个变送器）由选择器选择出能适应生产安全状况的控制信号，实现对生产过程的自动控制。控制系统的基础知识新能能源有限公司新能能源有限公司集散控制系统的基本概念 集散控制系统是随着现代大型工业生产自动化的不断兴起和过程制要求的日益复杂应运而生的综合控制系统，它紧密依赖于自动控制技术、计算

75、机技术、通信技术和CRT显示技术(4C)。 集散控制系统又称分散型控制系统 DCS-Distributed Control System “分散”指： 1、工艺上各种设备地理位置的分散。 2、功能分散。 “集”：集中监视、集中管理。控制系统的基础知识新能能源有限公司新能能源有限公司集散控制系统结构中央操作台网间连接器生产管理级生产管理级LANLAN局域网局域网过程管理级过程管理级管理计算机工工 程程 师师 站站 操操 作作 员员 站站监控计算机监控计算机网间连接器网间连接器高速数据公路高速数据公路过过程程控控制制级级DDCDDCDDCDDC直接数直接数字控制站字控制站数据数据采集站采集站多功能

76、多功能控制站控制站可编程逻辑可编程逻辑控制站控制站单回路调节单回路调节控制站控制站控制系统的基础知识新能能源有限公司新能能源有限公司I/O单元机笼I/O单元机笼控制系统的基础知识新能能源有限公司新能能源有限公司I/O通道 在过程控制计算机中，种类最多，数量最大的是各种I/O接口模件(卡件)。来自过程对象的被测信号通过输入卡件，进入现场控制站，然后按一定的算法进行数据处理，并通过输出卡件向执行设备送出控制或报警等信息。现场控制站现场控制站数据处理数据处理输入卡件输入卡件信号信号输出卡件输出卡件执行执行设备设备控制系统的基础知识新能能源有限公司新能能源有限公司 目 录 仪表专业的基本概念常见仪表的

77、工作原理现场问题的分析判断实际操作的注意事项控制系统的基础知识新能能源有限公司新能能源有限公司现场仪表设备使用规则阀门手轮机构的操作对于操作人员，在现场实际操作中，必须了解并严格遵守以下事项：新能能源有限公司新能能源有限公司现场仪表设备的使用规则1、仪表排污阀的操作，须经办理工作票后，由仪表人员操作。不允许工艺人员随意开关，严禁进行取样，接管使用等操作，否则易造成仪表损坏，工艺波动甚至跳车等事故；2、现场气源阀，工艺人员只有在确认阀门故障的情况下，告知仪表人员后，方可关闭，并且及时恢复，否则易造成工艺波动甚至跳车；3、现场仪表管线，电缆，仪表本体，支架等，不允许踩踏，攀爬，否则极易造成仪表损坏

78、，管线泄漏，电缆断裂等事故，而且会引起工艺事故。新能能源有限公司新能能源有限公司仪表调节阀手轮操作规程及操作要点计控车间尚永亮2012年7月149.新能能源有限公司新能能源有限公司主要内容一、Fisher侧装式手轮机构的操作方法及注意要点二、带切换手柄的侧装式手轮机构的操作方法与注意事项三、顶装式手轮机构操作注意事项四、萨姆森液氧泵回流阀门手轮操作注意事项五、B套氧气放空阀门手轮操作方法及注意事项六、液氧泵出口阀的手轮操作及注意事项七、无锡工装气动薄膜阀门手轮操作原理及注意事项八、无锡工装气缸式阀门手轮操作注意事项九、无锡工装角行程气缸式单、双作用阀门手轮操作注意事项新能能源有限公司新能能源有

79、限公司一、Fisher侧装式手轮机构的操作方法及注意要点说明：1、操作手轮前，首先应明确阀门的气开气关型式，看清行程指示牌，明确阀门的开关方向；2、图示为气关阀，操作手轮前，应观察定位器输出压力表，确保输出压力最小，否则应联系中控调整输出，或者关闭气源阀，此时阀门即可进行手动操作；3、按手轮箭头所示方向旋转手轮，进行开关操作；4、恢复自动时，应先摇动手轮至开位，当丝杠上升至最高位时，手轮蜗杆与丝杠脱离，能感觉手轮不吃力时，即为自动位置。新能能源有限公司新能能源有限公司图示阀处于全开位置。连接块下的圆盘指示阀门开度。连接块上的圆柱体就是丝杠，当处于最高位置时，就对应阀的自动位置。手动关阀就是靠丝

80、杠往下克服弹簧力而达到的，开阀时则是丝杠往上退，在弹簧力作用下开阀。严禁在气源压力存在时操作手轮！否则会造成手轮轮系损坏，甚至阀门卡死，酿成事故！152.新能能源有限公司新能能源有限公司二、带切换手柄的侧装式手轮操作方法与注意事项警示：不正常使用或退出，可能会导致系统故障！153.新能能源有限公司新能能源有限公司说明：1、该手轮带有手动、自动切换手柄。图中手柄所处位置为自动位置，此时旋转手轮不起作用。2、自动切换至手动，首先须将手轮固定销向外拉伸，同时将切换手柄向顺时针方向旋转搭到右边销钉上，此时松开固定销，阀即处于手动位置，这时就可根据手轮上的开关标记方向操作手轮至所需位置。3、手动切换至自

81、动，也要将手轮固定销向外拉伸，同时将切换手柄逆时针旋转搭到左边销钉上，再松开手轮固定销，阀即处于自动位置，此时旋转手轮阀不会动作。154.新能能源有限公司新能能源有限公司三、顶装式手轮机构操作注意事项新能能源有限公司新能能源有限公司说明：1、该阀门的手轮机构在膜头顶部，阀门作用型式为故障开，即气关阀；2、在手动操作前，应检查定位器上输出压力表，确认压力最小，或者关闭气源，方可进行手动操作；3、手动关阀时，首先将手轮丝杠上的固定螺母松开并且外旋至所需行程，这时按手轮上箭头所示旋转手轮，直至达到所需开度；4、手动切换至自动时，则先将手轮向开的方向旋转至阀门全开后，将锁紧螺母拧紧，检查气源，恢复气压

82、信号，阀门即为自动状态。注意：不可带气压操作手轮！在自动状态下关闭阀门后，严禁再操作手轮！156.新能能源有限公司新能能源有限公司四、萨姆森液氧泵回流阀手轮操作注意事项157.新能能源有限公司新能能源有限公司1、自动位置：手轮与阀杆连接处有一红色的环状槽，固定架上有一红色的指针，指针正对红色槽的位置，就是阀门的自动位置；2、手动操作前，同样需要注意气压信号是否在最小，否则联系中控或者关闭气源阀；3、按手轮所示方向操作阀门至所需开度；4、切换至自动前，应操作手轮至红色槽与指针对齐，然后拧紧丝杠上的背母，然后恢复气源，阀门即为自动。注意：手动操作完毕后，一定要及时恢复到自动状态，如果红色槽在指针上

83、方位置，会限制阀门的关闭（不能全关）；如果红色槽在指针的下方，则会限制阀门的打开（不能全开）。新能能源有限公司新能能源有限公司五、氧气放空阀门手轮操作方法及注意事项新能能源有限公司新能能源有限公司说明：1、自动切换至手动，首先检查气源及气压信号，确保气压为零方可操作手轮；2、切换时，应向外拉侧面黑色锁住拉手，并旋转使拉手上的锁定柱与锁定槽错开，然后就可以按照手轮盘上指示操作；3、在手轮动作过程中，与膜头连接杆处会有一带槽销子随阀门关闭而伸出，开阀时，销子会往回缩；4、手动切自动时，往开阀方向旋转手轮，直到销子缩到不能缩时，手轮也处于自由位置，此时，将锁住拉手复位，即锁定柱伸到锁定槽内，阀门即为

84、自动位置，检查恢复气源即可。新能能源有限公司新能能源有限公司六、液氧泵出口阀的手轮操作及注意事项161.新能能源有限公司新能能源有限公司说明：1、该阀门为故障关阀门（气开阀）气缸内是弹簧复位结构，但是采用的气路是双作用定位器（即两路进气，弹簧复位的同时，上面一路气也在施加压力；2、在操作手轮时，首先应把气路中的平衡阀打开，然后按手轮方向旋转至所需开度。如若不打开平衡阀，管路里面会有憋气现象，导致手轮不能动作；3、手动切换自动时，则按关闭方向旋转手轮，直至全关后，手轮会处于自由位置状态，然后关闭平衡阀就可以进行自动操作了。162.新能能源有限公司新能能源有限公司七、无锡工装气动薄膜阀门手轮操作原

85、理及注意事项图1新能能源有限公司新能能源有限公司说明：1、该类阀门手轮机构是通过蜗轮旋转来带动蜗杆使“两爪”接触连接块并施加力量来使阀门开关的；2、自动切手动的注意事项和前述阀门相同；3、手动切换自动时，根据阀门的气开气关型式而有所不同。对气开阀，应往关的方向操作手轮，使“两爪”离开连接块并处于最低位置；对于气关阀，则应向开的方向操作手轮，使“两爪”离开连接块并处于最高位置。164.新能能源有限公司新能能源有限公司图2165.新能能源有限公司新能能源有限公司说明：1、该类阀门手轮同样也是通过蜗轮蜗杆来实现动作的。它的作用力在膜头的托盘上。手轮动作，使蜗杆推动（气关）或拉动（气开）托盘动作，从而

86、带动了阀杆动作；2、自动切手动，注意事项和前述相同；3、手动切自动，操作方向也是根据气开气关型式而有所区别。对于气关阀，应向开的方向操作手轮至全开位置，手轮处于不吃力的自由状态；对于气开阀，则向关的位置操作手轮至全关后，手轮也将处于不吃力的自由位置。最后检查和恢复气源，阀门即为自动状态。新能能源有限公司新能能源有限公司八、无锡工装气缸式阀门手轮操作注意事项167.新能能源有限公司新能能源有限公司说明：1、这类阀门为直行程双作用气缸式阀门，手轮通过涡轮和作用于丝杠，使丝杠上下动作，并通过丝杠和阀杆的连接销子带动阀门开关动作；2、进行手动操作时，首先应打开气缸侧面的平衡阀，然后旋转手轮，这时外露丝

87、杠部分会动作，让丝杠上的圆孔与阀杆上的圆孔对准，并用所带销子穿入，这时再摇手轮，阀杆也会跟其动作，从而实现手动操作；3、切换为自动操作只需将阀门销子抽出即可，并且让丝杠所露部分尽量缩短，以防与连接块接触而影响阀门行程。与之相同的手轮操作还有蒸汽放空阀PV-8301,它是单作用式气缸（弹簧复位）168.新能能源有限公司新能能源有限公司九、无锡工装角行程气缸式单、双作用阀门手轮操作注意事项图1：单作用 图2：双作用169.新能能源有限公司新能能源有限公司说明图1：该阀门是单作用气动活塞式阀门，故障状态下是经过弹簧反弹力将阀门全开或者全关。手轮结构原理是通过齿轮啮合来实现的。注意事项就是应该按名牌上

88、所述顺序进行手轮操作。170.新能能源有限公司新能能源有限公司说明图2：该阀门为双作用气动活塞式结构（没有弹簧），阀门的开关动作全靠气源开实现。进行手轮操作前，首先应打开平衡阀，然后将手动、自动切换手柄切换为手动位置，使齿轮进行啮合，这时旋转手轮就可以使阀门动作了。手动切换为自动则只需将切换手柄打到自动位置，关闭平衡阀，这时就可以进行自动操作了。操作步骤，阀门执行机构本体铭牌上有详细说明。171.新能能源有限公司新能能源有限公司 目 录 仪表专业的基本概念常见仪表的工作原理现场问题的分析判断实际操作的注意事项控制系统的基础知识新能能源有限公司新能能源有限公司过程特性过程特性定义：指被控过程输入

89、量发生变化时，过程输出量的变化规律。 被控过程常见种类：换热器、锅炉、精馏塔、化学反应器、贮液槽罐、加热炉等 被控变量（输出量） 扰动变量（输入量） 操纵变量（输入量） 通道被控过程的输入量与输出量之间的信号联系被控过程的输入量与输出量之间的信号联系 控制通道-操纵变量至被控变量的信号联系扰动通道-扰动变量至被控变量的信号联系173.新能能源有限公司新能能源有限公司过程特性的类型1. 自衡的非振荡过程2. 无自衡的非振荡过程3. 有自衡的振荡过程4. 具有反向特性的过程多数工业过程的特性可分为下列四种类型：（过程特性通常在阶跃信号的作用下的表现） 174.新能能源有限公司新能能源有限公司1.自

90、衡的非振荡过程在阶跃信号的作用下，被控变量C (t)不经振荡，逐渐向新的稳态值C()靠拢。过程特性的类型C(t) t C()自衡的非振荡过程新能能源有限公司新能能源有限公司过程特性的类型如图所示的通过阀门阻力排液的液位系统例如h Q Q1 1 Q Q2 2 t t h Q Q1 1 液位系统 液位变化曲线新能能源有限公司新能能源有限公司过程特性的类型2. 无自衡的非振荡过程 在阶跃信号的作用下，被控变量C (t)会一直上升或下降，直到极限值。C(t) t 无自衡的非振荡过程 177.新能能源有限公司新能能源有限公司过程特性的类型3. 有自衡的振荡过程 在阶跃信号的作用下，被控变量C(t)会上下

91、振荡，且振荡的幅值逐渐减小，最终能趋近新的稳态值。有自衡的振荡过程的响应曲线如图所示。在控制过程中，这类过程不多见，它们的控制也比第一类过程困难一些。C(t) t 有自衡的振荡过程 178.新能能源有限公司新能能源有限公司过程特性的类型 4. 4. 具有反向特性的过程 在阶跃信号的作用下，被控变量C (t)先升后降或先降后升，即阶跃响应在初始情况与最终情况方向相反。C(t) t 具有反向特性的过程 汽包 给水 蒸汽 加热室 新能能源有限公司新能能源有限公司描述过程特性的参数1.1.放大系数K K：冷物料热物料蒸汽QQWWtt数学表达式 a 蒸汽加热器系统 b 温度响应曲线静态特性参数新能能源有

92、限公司新能能源有限公司描述过程特性的参数 放大系数K对系统的影响放大系数越大，操纵变量的变化对被控变量的影响就越大，控制作用对扰动的补偿能力强，有利于克服扰动的影响，余差就越小；反之，放大系数小，控制作用的影响不显著，被控变量变化缓慢。但放大系数过大，会使控制作用对被控变量的影响过强，使系统稳定性下降。控制通道 当扰动频繁出现且幅度较大时，放大系数大，被控变量的波动就会很大，使得最大偏差增大；而放大系数小，即使扰动较大，对被控变量仍然不会产生多大影响。扰动通道新能能源有限公司新能能源有限公司描述过程特性的参数2. 时间常数T以图直接蒸汽加热器为例，假设蒸汽流量作阶跃变化，阶跃幅值为Q，热物料出

93、口温度W(t)随蒸汽流量变化的曲线可用方程式表示 时间常数是动态参数，用来表征被控变量的快慢程度。TW0.632W()W()t0式中：T为时间常数。新能能源有限公司新能能源有限公司时间常数定义：在阶跃输入作用下，被控变量达到新的稳态值的63.2%时 所需要的时间。 描述过程特性的参数令t=Tt=T，则上式变为：TW0.632W()W()t0新能能源有限公司新能能源有限公司描述过程特性的参数将上式对时间求导，可得： 由上式可以看出，被控变量的变化速度随时间的增长而逐渐变慢。在t=0t=0时有：时间常数：当过程受到阶跃输入作用后，被控变量保持初始速度变化，达到新的稳态值所需要的时间。 温度变化的初

94、始速度TW0.632W()W()t0新能能源有限公司新能能源有限公司理论上讲，只有当时间t时，被控变量才能达到稳态值。然而，由于被控变量变化的速度越来越慢，达到稳态值需要比T长得多。但是，当t=3T时，上式变为： 在加入输入作用后，经过3T时间，温度已经变化了全部变化范围的95%。这时，可以近似的认为动态过程已基本结束。所以，时间常数T是表示在输入作用下，被控变量完成其变化过程所需要时间的一个重要参数。描述过程特性的参数考察新能能源有限公司新能能源有限公司描述过程特性的参数 时间常数T对系统的影响控制通道，对于扰动通道，时间常数大，扰动作用比较平缓，被控变量的变化比较平稳，过程较易控制。控制通

95、道在相同的控制作用下，时间常数大，被控变量的变化比较缓慢，此时过程比较平稳，容易进行控制，但过渡过程时间较长；若时间常数小，则被控变量的变化速度快，控制过程比较灵敏，不易控制。时间常数太大或太小，对控制上都不利。扰动通道新能能源有限公司新能能源有限公司描述过程特性的参数比较下面曲线时间常数Wt0Wt0Wt0abc新能能源有限公司新能能源有限公司描述过程特性的参数 3. 滞后时间 又称为传递滞后。纯滞后的产生一般是由于介质的输送、能量传递和信号传输需要一段时间而引起的。 纯滞后0：皮带输送装置例浓度监测点溶解槽vL纯滞后0和容量滞后n。XYtt溶解槽过程的响应曲线 0输送机将固体溶质由加料斗送至

96、溶解槽所经过的时间，称为纯滞后时间。新能能源有限公司新能能源有限公司描述过程特性的参数检测元件安装位置不合理，也是产生纯滞后的重要因素。如检测点设得较远，信号传递将会引起较大的传递滞后，造成控制系统控制不及时。LF1F2预处理分析仪表X例导管输送环节、带有预处理的成分测量仪表新能能源有限公司新能能源有限公司描述过程特性的参数 容量滞后n容量滞后的产生一般是物料或能量传递需要通过一定的阻力而引起的。它是多容过程所固有的特性。 nAh1 Q1 Q12 h2 Q2 A1A2oXYtt串联水槽及其响应曲线 如图所示的两个串联水槽的液位（双容）过程来说明容量滞后现象。新能能源有限公司新能能源有限公司描述

97、过程特性的参数从理论上讲，纯滞后与容量滞后有着本质的区别，但在实际生产过程中两者同时存在，有时很难区别。通常用滞后时间来表示纯滞后与容量滞后之和。即=0+n。下图为滞后时间示意图。 滞后时间示意图oXYtt0n新能能源有限公司新能能源有限公司 滞后时间对系统的影响由于存在滞后，使控制作用落后于被控变量的变化，从而使被控变量的偏差增大，控制质量下降。滞后时间越大，控制质量越差。控制通道对于扰动通道，如果存在纯滞后，相当于扰动延迟了一段时间才进入系统，而扰动在什么时间出现，本来就是无从预知的，因此，并不影响控制系统的品质。扰动通道中存在容量滞后，可使阶跃扰动的影响趋于缓和，对控制系统是有利的。扰动

98、通道描述过程特性的参数新能能源有限公司新能能源有限公司过程数学模型的建立 过程的（动态）数学模型定义： 是指表示过程的输出变量与输入变量间动态关系的数学描述。 过程的输入是控制作用u（t）或扰动作用f（t） 输出是被控变量（t）过程数学模型是研究系统行为的基础。对一些比较简单的控制系统，掌握过程的K、T、数据就可以了。但对于较复杂过程，若需要进行的定性分析、定量计算或应用现代控制理论的场合，就需要建立精确可靠的数学模型。 新能能源有限公司新能能源有限公司 用数学方程式来表示，如微分方程（差分方程）、传递函数、状态空间表达式等。本节所涉及的模型均为用微分方程描述的线性定常动态模型。过程数学模型的

99、建立 数学模型类型非参数模型用曲性或数据表格来表示，如阶跃响应曲线、脉冲响应曲线和频率特性曲线特点：形象、清晰，易看出定性特性，但缺乏数学方程的解析性质，一般由试验直接获取。参数模型新能能源有限公司新能能源有限公司过程数学模型的建立建立数学模型的基本方法机理分析法 通过对过程内部运动机理的分析，根据其物理或化学变化规律，在忽略一些次要因素或做出一些近似处理后得到过程特性方程，其表现形式往往是微分方程或代数方程。这种方法完全依赖于足够的先验知识，所得到的模型称为机理模型。 由过程的输入输出数据确定模型的结构和参数。这种方法不需要过程的先验知识，把过程看作一个黑箱。但该方法必须在已经建立了过程后才能进行，而且得到的结果无法类推至设备尺寸和型号不同的情况。 实验测试法新能能源有限公司新能能源有限公司新能能源有限公司新能能源有限公司