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1、过程装备控制技术及应用过程装备控制技术及应用 过程控制装置与被控对象构成了过程控制系统的过程控制装置与被控对象构成了过程控制系统的基本要素。过程式控制装置必须由测量变送单元、基本要素。过程式控制装置必须由测量变送单元、调节器和执行器（如调节阀）三个环节组成调节器和执行器（如调节阀）三个环节组成 。由。由于工业过程式的复杂性，在进行过程控制系统设于工业过程式的复杂性，在进行过程控制系统设计时，必须根据过程特性和工艺要求，通过合理计时，必须根据过程特性和工艺要求，通过合理选用过程检测控制装置组成自动控制系统，并通选用过程检测控制装置组成自动控制系统，并通过调节器过调节器 PID PID 参数的整定
2、，使系统运行在最佳状参数的整定，使系统运行在最佳状态，从而实现对生产过程的最优控制。态，从而实现对生产过程的最优控制。 4.1 变送器4.2 调节器4.3 执行器4一一一一. . . .变送器的作用变送器的作用变送器的作用变送器的作用二二二二. . . .变送器的理想输入输出特性变送器的理想输入输出特性变送器的理想输入输出特性变送器的理想输入输出特性三三三三. . . . 变送器的构成原理变送器的构成原理变送器的构成原理变送器的构成原理四四四四. . . .变送器的一些共性问题变送器的一些共性问题变送器的一些共性问题变送器的一些共性问题五五五五. . . .差压差压差压差压变送器变送器变送器变
3、送器六六六六 . . . .温度温度温度温度变送器变送器变送器变送器4.1 变送器变送器5 对各种工艺参数，如温度，压力、流量、液位、对各种工艺参数，如温度，压力、流量、液位、对各种工艺参数，如温度，压力、流量、液位、对各种工艺参数，如温度，压力、流量、液位、成分等物理量进行检测，并转化成统一标准信号，成分等物理量进行检测，并转化成统一标准信号，成分等物理量进行检测，并转化成统一标准信号，成分等物理量进行检测，并转化成统一标准信号，以供显示、记录或控制之用。以供显示、记录或控制之用。以供显示、记录或控制之用。以供显示、记录或控制之用。一一. .变送器的作用：变送器的作用：气动变送器气动变送器电
4、动变送器电动变送器l差压变送器差压变送器l温度变送器温度变送器6yx0变送器的理想输入输出特性变送器的理想输入输出特性二二. .变送器的理想输入输出特性：变送器的理想输入输出特性：x xmaxmax和和x xminmin： 变送器测量范围的变送器测量范围的变送器测量范围的变送器测量范围的上限值和下限值上限值和下限值上限值和下限值上限值和下限值，即被测参数的上限值和下限值。图中，即被测参数的上限值和下限值。图中，即被测参数的上限值和下限值。图中，即被测参数的上限值和下限值。图中，x x x xminminminmin =0 =0 =0 =0y ymaxmax和和y yminmin： 变送器变送器
5、变送器变送器输出信号的上限值和下限值输出信号的上限值和下限值输出信号的上限值和下限值输出信号的上限值和下限值，对于模拟式变送器，即为对于模拟式变送器，即为对于模拟式变送器，即为对于模拟式变送器，即为统一标准信号统一标准信号统一标准信号统一标准信号的上限值和下限值。的上限值和下限值。的上限值和下限值。的上限值和下限值。7 由图可得出变送器的输出一般表达式为：由图可得出变送器的输出一般表达式为：由图可得出变送器的输出一般表达式为：由图可得出变送器的输出一般表达式为：式中式中式中式中 x-x-x-x-变送器的输入信号；变送器的输入信号；变送器的输入信号；变送器的输入信号； y- y- y- y-相对
6、应于相对应于相对应于相对应于x x x x时变送器的输出。时变送器的输出。时变送器的输出。时变送器的输出。（1 1）yx0变送器的理想输入输出特性变送器的理想输入输出特性8 从构成原理来看，模拟式变送器由从构成原理来看，模拟式变送器由从构成原理来看，模拟式变送器由从构成原理来看，模拟式变送器由测量部分测量部分，放大器放大器和和和和反馈反馈部分部分三部分组成。三部分组成。三部分组成。三部分组成。 三三. . 变送器的构成原理：变送器的构成原理： 模拟式变送器模拟式变送器模拟式变送器模拟式变送器完全完全完全完全由模拟元器件构成由模拟元器件构成由模拟元器件构成由模拟元器件构成，它将输入的各种被测，它
7、将输入的各种被测，它将输入的各种被测，它将输入的各种被测参数转换成统一标准信号，其性能也完全取决于所采用的硬件。参数转换成统一标准信号，其性能也完全取决于所采用的硬件。参数转换成统一标准信号，其性能也完全取决于所采用的硬件。参数转换成统一标准信号，其性能也完全取决于所采用的硬件。如图所示：在放大器的输如图所示：在放大器的输如图所示：在放大器的输如图所示：在放大器的输入端还加有调零与零点迁入端还加有调零与零点迁入端还加有调零与零点迁入端还加有调零与零点迁移信号移信号移信号移信号Z Z0 09 放大部分放大部分放大部分放大部分：在放大器的输入端，：在放大器的输入端，：在放大器的输入端，：在放大器的
8、输入端，Zi与调零及零点迁移信号与调零及零点迁移信号与调零及零点迁移信号与调零及零点迁移信号Z0的代数和同的代数和同的代数和同的代数和同Zf进行比较，其差值进行比较，其差值进行比较，其差值进行比较，其差值由放大器进行放大，并转换由放大器进行放大，并转换由放大器进行放大，并转换由放大器进行放大，并转换成统一标准信号成统一标准信号成统一标准信号成统一标准信号y y y y输出。输出。输出。输出。测量部分测量部分：包括检测元件，：包括检测元件，：包括检测元件，：包括检测元件，其作用是检测其作用是检测其作用是检测其作用是检测x x x x，并将其转换，并将其转换，并将其转换，并将其转换成放大器可以接受
9、的信号成放大器可以接受的信号成放大器可以接受的信号成放大器可以接受的信号Z Zi i ，Z Z Z Zi i i i可是电流、电压、位移和可是电流、电压、位移和可是电流、电压、位移和可是电流、电压、位移和作用力等，由变送器的类型决作用力等，由变送器的类型决作用力等，由变送器的类型决作用力等，由变送器的类型决定。定。定。定。 反馈部分反馈部分反馈部分反馈部分：将变送器的输出：将变送器的输出：将变送器的输出：将变送器的输出y y y y转换成反馈信号转换成反馈信号转换成反馈信号转换成反馈信号Z Zf f。10四四. .变送器的一些共性问题：变送器的一些共性问题：变送器在使用之前，须进行变送器在使用
10、之前，须进行变送器在使用之前，须进行变送器在使用之前，须进行量程调整量程调整和和和和零点调整零点调整零点调整零点调整。（一）量程调整（一）量程调整 量程调整的目的量程调整的目的：是使变送器的输出信号上限值：是使变送器的输出信号上限值：是使变送器的输出信号上限值：是使变送器的输出信号上限值y y y ymaxmaxmaxmax与测量范围的与测量范围的与测量范围的与测量范围的上限值上限值上限值上限值x x x xmaxmaxmaxmax相对应。右图为变送器量程调整前后的输入输出特性。相对应。右图为变送器量程调整前后的输入输出特性。相对应。右图为变送器量程调整前后的输入输出特性。相对应。右图为变送器
11、量程调整前后的输入输出特性。 由该图可见，量程调整相当于改变变由该图可见，量程调整相当于改变变由该图可见，量程调整相当于改变变由该图可见，量程调整相当于改变变送器的输入输出特性的送器的输入输出特性的送器的输入输出特性的送器的输入输出特性的斜率斜率斜率斜率，也就是改变，也就是改变，也就是改变，也就是改变变送器输出信号变送器输出信号变送器输出信号变送器输出信号y y y y与输入信号与输入信号与输入信号与输入信号x x x x之间的之间的之间的之间的比例比例比例比例系数系数系数系数。 yx0 量程调整前后量程调整前后11（二）零点调整和零点迁移（二）零点调整和零点迁移目目的的：是是使使使使变变变变
12、送送送送器器器器的的的的输输输输出出出出信信信信号号号号下下下下限限限限值值值值y y y yminminminmin与与与与测测测测量量量量范范范范围围围围的的的的下下下下限限限限值值值值x x x xminminminmin相对应。相对应。相对应。相对应。 X Xminmin=0=0时称零点调整时称零点调整，x xminmin00时成为零点迁移时成为零点迁移。零点调整目的：零点调整目的：使变送器的测量起点为零使变送器的测量起点为零使变送器的测量起点为零使变送器的测量起点为零零零点点迁迁移移目目的的：是是是是把把把把测测测测量量量量的的的的起起起起始始始始点点点点由由由由零零零零迁迁迁迁移移
13、移移到到到到某某某某一一一一数数数数值值值值（正正正正值或负值）。值或负值）。值或负值）。值或负值）。 测量的起始点由零变为某一正值，称为测量的起始点由零变为某一正值，称为测量的起始点由零变为某一正值，称为测量的起始点由零变为某一正值，称为正迁移正迁移正迁移正迁移； 测量的起始点由零变为某一负值，称为测量的起始点由零变为某一负值，称为测量的起始点由零变为某一负值，称为测量的起始点由零变为某一负值，称为负迁移负迁移负迁移负迁移。 下图为变送器零点迁移前后的输入输出特性。下图为变送器零点迁移前后的输入输出特性。下图为变送器零点迁移前后的输入输出特性。下图为变送器零点迁移前后的输入输出特性。12x
14、x0 0(a) (a) 未迁移未迁移y yx x0 0(b) (b) 正迁移正迁移y y变送器零点迁移前后的输入输出特性变送器零点迁移前后的输入输出特性x x0 0(c) (c) 负迁负迁移移y y 由由由由上上上上图图图图可可可可以以以以看看看看出出出出，零零零零点点点点迁迁迁迁移移移移以以以以后后后后，变变变变送送送送器器器器的的的的输输输输入入入入输输输输出出出出特特特特性性性性沿沿沿沿x x x x坐坐坐坐标标标标向向向向右右右右或或或或向向向向左左左左平平平平移移移移了了了了一一一一段段段段距距距距离离离离，其其其其斜斜斜斜率率率率并并并并没没没没有有有有改改改改变变变变，即即即即变
15、变变变送器的量程不变。送器的量程不变。送器的量程不变。送器的量程不变。13 进行零点迁移，再辅以量程调整，可以提高仪表进行零点迁移，再辅以量程调整，可以提高仪表进行零点迁移，再辅以量程调整，可以提高仪表进行零点迁移，再辅以量程调整，可以提高仪表 的的的的灵敏度灵敏度。 各种变送器对其零点迁移的范围都有明确规定。各种变送器对其零点迁移的范围都有明确规定。各种变送器对其零点迁移的范围都有明确规定。各种变送器对其零点迁移的范围都有明确规定。 零点调整和零点迁移的方法，对于模拟式变送零点调整和零点迁移的方法，对于模拟式变送零点调整和零点迁移的方法，对于模拟式变送零点调整和零点迁移的方法，对于模拟式变送
16、 器，是器，是器，是器，是通过改变通过改变通过改变通过改变加在放大器输入端上的加在放大器输入端上的加在放大器输入端上的加在放大器输入端上的调零信号调零信号调零信号调零信号Z Z Z Z0 0 0 0的大的大的大的大小来实现小来实现小来实现小来实现14(2) (2) (2) (2) 先进行量程调整（先进行量程调整（先进行量程调整（先进行量程调整（0-0.6MPa0-0.6MPa0-0.6MPa0-0.6MPa）2 2，再进行零点迁移（，再进行零点迁移（，再进行零点迁移（，再进行零点迁移（1-1-1-1-1.61.61.61.6）3 3， 斜率改变，灵敏度提高！斜率改变，灵敏度提高！ 例例：某变送
17、器的量程为：某变送器的量程为：某变送器的量程为：某变送器的量程为0 0 0 01MPa1MPa1MPa1MPa，输出信号为，输出信号为，输出信号为，输出信号为4-20mA4-20mA4-20mA4-20mA。欲把该。欲把该。欲把该。欲把该变送器用于测量变送器用于测量变送器用于测量变送器用于测量1 1 1 11.6MPa1.6MPa1.6MPa1.6MPa的信号，试问：该变送器应作何调整？的信号，试问：该变送器应作何调整？的信号，试问：该变送器应作何调整？的信号，试问：该变送器应作何调整？(1)(1)(1)(1)量程够用，直接零点迁移量程够用，直接零点迁移量程够用，直接零点迁移量程够用，直接零点
18、迁移2 2，再调整量程再调整量程再调整量程再调整量程3 3x x（MPaMPa）0 0 （2 2）y y（mAmA）4 420201.01.010 0 （1 1）y y（mAmA）4 420201.01.01x x（MPaMPa）2.02.0220.60.631.61.61.61.6315总总总总 结结结结 仪表的仪表的仪表的仪表的零点调整与迁移扩大了仪表的使用范围零点调整与迁移扩大了仪表的使用范围零点调整与迁移扩大了仪表的使用范围零点调整与迁移扩大了仪表的使用范围，增加仪，增加仪，增加仪，增加仪表了通用性和灵活性。表了通用性和灵活性。表了通用性和灵活性。表了通用性和灵活性。 各种变送器根据自
19、身的构造对其各种变送器根据自身的构造对其各种变送器根据自身的构造对其各种变送器根据自身的构造对其零点迁移的范围都有明零点迁移的范围都有明零点迁移的范围都有明零点迁移的范围都有明确的规定确的规定确的规定确的规定，在使用说明书上有详细注明其调节方法，调整，在使用说明书上有详细注明其调节方法，调整，在使用说明书上有详细注明其调节方法，调整，在使用说明书上有详细注明其调节方法，调整都不是任意的，而且也是反复进行的。都不是任意的，而且也是反复进行的。都不是任意的，而且也是反复进行的。都不是任意的，而且也是反复进行的。 五五. .差压差压变送器变送器1、差压变送器、差压变送器的工作原理的工作原理l差差压压
20、变变送送器器的的基基本本原原理理：是是将将一一个个空空间间用用敏敏感感元元件件（多多用用膜膜盒盒）分分割割成成两两个个腔腔室室，分分别别向向两两个个腔腔室室引引入入压压力力时时，传传感感器器在在两两方方压压力力共共同同作作用用下下产产生生位位移移（或或位位移移的的趋趋势势），这这个个位位移移量量和和两两个个腔腔室室压压力力差差（差差压压）成成正正比比，将将这这种种位位移移转转换换成成可可以以反反映映差差压压大大小小的的标标准准信信号号输输出出。 实实际际构构造造中中，敏敏感感元元件件的的结结构构，腔腔室室的的形形式，位移转换的方式，标准信号的格式式，位移转换的方式，标准信号的格式 都有很多种。
21、都有很多种。 2、差压变送器、差压变送器适用范围适用范围l差差压压变变送送器器用用于于测测量量液液体体、气气体体和和蒸蒸汽汽的的液液位位、密密度度和和压压力力， 已已广广泛泛用用于于石石油油、化化工工、冶冶金金、电电力力、食食品品、造造纸纸、医医药药、机机械制造、科学实验和航空军工等行业。械制造、科学实验和航空军工等行业。锅炉汽包测量装置高加水位测量装置简图22（）（）气动差压变送器气动差压变送器 主要用途主要用途主要用途主要用途 测量液体、气体或蒸汽的压力、差压、流量、液位等测量液体、气体或蒸汽的压力、差压、流量、液位等测量液体、气体或蒸汽的压力、差压、流量、液位等测量液体、气体或蒸汽的压力
22、、差压、流量、液位等物理量物理量物理量物理量 气动差压变送器的工作原理气动差压变送器的工作原理气动差压变送器的工作原理气动差压变送器的工作原理 力平衡原理，力平衡原理，力平衡原理，力平衡原理，将压力信号成比例地转换成将压力信号成比例地转换成将压力信号成比例地转换成将压力信号成比例地转换成 kPakPakPakPa的统一标准气压信号的统一标准气压信号的统一标准气压信号的统一标准气压信号 杠杆系统的三种形式：单杠杆、双杠杆、和矢量机构杠杆系统的三种形式：单杠杆、双杠杆、和矢量机构杠杆系统的三种形式：单杠杆、双杠杆、和矢量机构杠杆系统的三种形式：单杠杆、双杠杆、和矢量机构 敏感元件为膜片或膜盒敏感元
23、件为膜片或膜盒敏感元件为膜片或膜盒敏感元件为膜片或膜盒 23（2 2）电动差压变送器）电动差压变送器）电动差压变送器）电动差压变送器 电动差压变送器能将压力信号电动差压变送器能将压力信号电动差压变送器能将压力信号电动差压变送器能将压力信号 成比例地转换成比例地转换成比例地转换成比例地转换成成成成010mA(DDZ010mA(DDZ型型型型) )或或或或420mA(DDZ420mA(DDZ型型型型) )直流电流直流电流直流电流直流电流统一标准信号，送往调节器或显示仪表进行指示、记统一标准信号，送往调节器或显示仪表进行指示、记统一标准信号，送往调节器或显示仪表进行指示、记统一标准信号，送往调节器或
24、显示仪表进行指示、记录和调节。录和调节。录和调节。录和调节。 3、常用、常用的几种差压变送器的几种差压变送器l DDZ(电动单元组合电动单元组合)型压力（差压）变送器型压力（差压）变送器 l 矢量式压力变送器矢量式压力变送器 l 电容式压力（差压）变送器电容式压力（差压）变送器 l 扩散硅式压力（差压）变送器扩散硅式压力（差压）变送器 l EJA智能压力（差压）变送器智能压力（差压）变送器 DDZDDZ型压力（差压）变送器有下列特点：型压力（差压）变送器有下列特点：型压力（差压）变送器有下列特点：型压力（差压）变送器有下列特点：l（1）采用国际标准信号制；）采用国际标准信号制；l（2）采用线路
25、集成电路；）采用线路集成电路；l（3）集中统一供电，并与蓄电池构成不停电供）集中统一供电，并与蓄电池构成不停电供电装置；电装置；l（4）结构合理，调整简单；）结构合理，调整简单；l（5）能与计算机配套使用；）能与计算机配套使用；l（6）整套仪表可以构成安全火花型防爆系统。）整套仪表可以构成安全火花型防爆系统。4、DDZ型压力（差压）变送器型压力（差压）变送器4、DDZ型压力（差压）型压力（差压）变送器变送器lDDZ型压力（差压）变送器型压力（差压）变送器由测量部分、放大器由测量部分、放大器、电磁反馈等几部分组成。其原理如图所示：电磁反馈等几部分组成。其原理如图所示： 4、DDZ型压力（差压）型
26、压力（差压）变送器变送器 敏感元件敏感元件将被测压力（差压）转换成相应的测量力，将被测压力（差压）转换成相应的测量力，杠杆系统把测量力与反馈力进行比较后，转换成位移杠杆系统把测量力与反馈力进行比较后，转换成位移检测片的位移量，位移检测放大器将位移检测片的位检测片的位移量，位移检测放大器将位移检测片的位移量转换放大成移量转换放大成420mA的直流电流输出。该电流通的直流电流输出。该电流通过电磁反馈结构形成电磁反馈力，并作用于副杠杆上，过电磁反馈结构形成电磁反馈力，并作用于副杠杆上，形成反馈力矩。当反馈力矩与测量力的作用力矩相等形成反馈力矩。当反馈力矩与测量力的作用力矩相等时，杠杆系统处于平衡状态
27、，此时，变送器的输出电时，杠杆系统处于平衡状态，此时，变送器的输出电流与被测压力成正比。从而，得出被测压力的流与被测压力成正比。从而，得出被测压力的大小大小4、DDZ型压力（差压）变送器型压力（差压）变送器六、六、 温度变送器温度变送器301、温度变送器的作用、温度变送器的作用 与与与与各各各各种种种种热热热热电电电电偶偶偶偶或或或或热热热热电电电电阻阻阻阻配配配配合合合合使使使使用用用用，将将将将被被被被测测测测温温温温度度度度线线线线性性性性转转转转换为换为换为换为0-10mA0-10mA或或或或4-20mA4-20mA直流电流信号，便于后续处理直流电流信号，便于后续处理直流电流信号，便于
28、后续处理直流电流信号，便于后续处理 温度变送器的三种结构温度变送器的三种结构温度变送器的三种结构温度变送器的三种结构 DDZ-IIIDDZ-III型热电偶温度变送器型热电偶温度变送器型热电偶温度变送器型热电偶温度变送器 热电偶温度变送器的工作原理热电偶温度变送器的工作原理热电偶温度变送器的工作原理热电偶温度变送器的工作原理 利利利利用用用用非非非非线线线线性性性性的的的的反反反反馈馈馈馈回回回回路路路路来来来来抵抵抵抵消消消消热热热热电电电电偶偶偶偶的的的的非非非非线线线线性性性性，以以以以得得得得到整个变送器的线性到整个变送器的线性到整个变送器的线性到整个变送器的线性六、六、 温度变送器温度
29、变送器311、温度变送器的作用、温度变送器的作用 温度变送器的三种结构温度变送器的三种结构温度变送器的三种结构温度变送器的三种结构根据测温传感器的不同类型：根据测温传感器的不同类型：根据测温传感器的不同类型：根据测温传感器的不同类型：u直流毫伏变送器直流毫伏变送器直流毫伏变送器直流毫伏变送器u电阻体温度变送器电阻体温度变送器电阻体温度变送器电阻体温度变送器u热电偶温度变送器热电偶温度变送器热电偶温度变送器热电偶温度变送器六、六、 温度变送器温度变送器量程单元量程单元放大单元放大单元3233344-23性能优点：性能优点：1、低漂移、高增益的线性集成电路、低漂移、高增益的线性集成电路2、线性化电路、线性化电路3、安全火花防爆措施，兼有安全栅的功能、安全火花防爆措施，兼有安全栅的功能性能指标：性能指标：1、测量繁文缛节、测量繁文缛节 3mV-60mV;零点迁移量零点迁移量-50-+50mV2、基本误差、基本误差 0.5%3、温度特性、温度特性 环境温度每变化环境温度每变化25C，附加误差不超过千，附加误差不超过千分之分之54、恒流特性环境温度每变化、恒流特性环境温度每变化25C，附加误差不超过千分，附加误差不超过千分之之55、防爆指标、防爆指标 2、DDZ-III型热电偶温度变送器型热电偶温度变送器4-25
