2009年控制仪表及装置实验指导书

1控制仪表与装置实验指导书（过控装备与控制工程教研室）南昌大学环境与化学工程学院二00七年三月2前言本实验指导书系根据《控制仪表及装置》课程及实验室已有设备而设置的实验内容编写的。通过实验操作，使学生增强感性认识，加深对书本理论知识的理解，提高动手能力，熟悉和掌握控制仪表及装置实验工作的一般方法，为将来的实验工作和科学研究打下基础。3实验要求在实验过程中，务必做到以下几点：1、实验前必须预习有关实验内容；2、进入实验室后，应首先认真听取实验介绍，以提高操作效率；3、熟悉并检查实验装置的组成部分及连线；4、按实验要求连接实验装置后，需经老师检查方可进行操作；实验过程中，应遵守实验室的规章制度，爱护设备。在实验过程中未按操作步骤进行而造成仪器、设备、工具等损坏以及发生事故，待查明原因后，按学校有关规定予以赔偿；5、实验后，各小组须整理清点实验工具，并交老师核查；6、按实验具体要求，认真完成实验报告。在做实验报告时应注意以下几点：1、明确实验目的；2、了解实验内容；3、熟悉实验装置；4、掌握实验方法；5、制定实验步骤；6、处理实验数据（数据准确、表格合理、图形清晰）；7、得出实验结果；8、提出分析建议（注意现象，分析误差等原因）。目录一、实验一智能型差压变送器的认识和校验………………5二、实验二III型温度变送器的认识和校验………………8三、实验三III型调节器的认识和校验……………………11四、实验四III型开方器的认识和校验……………………16五、实验五安全栅的认识和校验……………………………194实验一智能型差压变送器的认识和校验一、实验目的1、熟悉智能型差压变送器的整体结构及各部分的作用，进一步理解差压变送器的工作原理及整机特性；2、掌握智能型差压变送器的调校方法、零点迁移方法及精度测试方法；3、了解智能差压变送器的使用方法。二、实验装置（一）实验所需仪器、设备1、智能型差压变送器，1台，0.2级，1151DP2、标准电阻箱，1台；3、标准电流表，1只；4、直流稳压电源，1只；5、智能手操器，1只。5（二）实验装置连接图------用手操器进行校表三、实验指导（一）预备知识1、`WT1151DP型差压变送器的主要技术指标（详见设备铭牌与说明书）主要内容：型号、基本误差、测量范围、输出电流、负载电阻、工作电源、线性误差、变差、阴尼时间常数等。2、实验注意事项（1）接线时，要注意电源极性。在完成接线后，应检查接线是否正确，气路有无泄漏，并请指导老师确认无误后，方能通电。（2）没通电，不加压；先卸压，再断电。（3）一般仪表应通电预热15分钟后再进行校验。3、实验须知（1）对差压变送器进行调校前，应先把阻尼关闭。（2）在对变送器进行零点、量程调校前，应将迁移取消，然后再进行零点、时程调整。（3）对变送器进行迁移时注意迁移后的被测压力不得超过该仪表允许测量范围上限值的绝对值，也不能将量程压缩到该表所允许的最小量程。（4）不要把电源信号线接到测试端子，否则会烧坏内部二极管。（二）实验原理电容式差压变送器是一种没有杠杆系统和整机负反馈环节的开环仪表，它采用差动电容作为检测元件，整体结构无机械传动、调整装置，各项调整都是由电气元件调整来实现的。实质上仍然是一种将输入差压信号线性地转换成标准的4-20MA直流电流信号输出的转换器。结构上主要有三个部件：敏感部件（测量部件）、放大板和调校板。变送器在投运前必须对各项性能及指标进行全部校验。可以通过外给标准的差压值看其输出值的方法检查其精度或通过手操器改变量程来判定其精确度。（三）实验内容与步聚1、按图正确接线。2、一般检查。观察仪表的结构，熟悉零点、量程、阴尼调节、正负迁移等的调整位置。3、通过手操器对零点和量程进行调整。4、仪表精度的校验。加标准值记录其输出值。一般测量其范围的0%、25%、50%、75%、100%等5个点。（四）仪表校验记录单实验用主要仪器、设备技术参数一览表电流表电阻箱稳压电源差压变送器手操器+++---6项目被校仪表标准仪器名称型号规格精度数量制造厂出厂日期变送器实验数据记录表输入输入信号刻度分值0%25%50%75%100%输入信号输出输出信号标准值实测值正行程反行程误差实测值正行程反行程正、反行程电流差值实测基本误差实测变差实测精度等级（五）数据处理1、数据处理时应注意的问题（1）实验前拟好实验记录表格。（2）实验时一定要等现象稳定后再读数、记录，否则因滞后现象会给实验结果带来较大的误差。2、运用正确的公式进行误差运算。3、整理实验数据并将结果填入表格。4、分析变送器的静态特性，画出变送器输入-输出静态特性曲线（包括正、反行程），求出最大非线性误差。四、思考与问答1、1151差压变送器主要由哪些部件构成？2、你所调校的差压变送器是智能式的吗?请说出智能型差压变送器比普通型差压变送器具有哪些优点?7实验二Ⅲ型温度变送器的认识和校验一、实验目的1、熟悉Ⅲ型温度变送器的具体结构，III型温度变送器的使用方法，从而进一步理解其工作原理。2、学会热电偶温度变送器、热电阻温度变送器的零点调整、量程调整、零点迁移及精度校验方法。3、掌握四线制温度变送器的应用特性。二、实验装置（一）实验所需仪器、设备1、Ⅲ热电偶温度变送器，1台；2、Ⅲ热电阻温度变送器，1台；3、毫伏信号发生器，1台；4、标准手动电位差计，1台；85、精密电阻箱，2台；6、标准电流表，1只；7、标准数字电压表，1只；8、直流稳压电源，1只。（二）实验装置连接图（各端子作用详见产品说明书）三、实验指导（一）预备知识1、`温度变送器的主要技术指标（详见设备铭牌与说明书）主要内容：型号、测量范围、分度号、零点迁移、输出信号、工作电源、基本误差、变差、负载电阻等。2、实验注意事项（1）接线时，要注意极性。并且在通电15分钟后再开始实验。（2）实验中以缓慢的速度输入信号，以保证不产生过冲现象。（3）在调整电位器时不要用力过猛，防止拧坏。（4）实验前，要准备好校验记录单，并查热电偶在各校验点的温度/毫伏对照表或热电阻温度/电阻对照表，将需要的数据查出并填入已准备好的数据记录表中。（二）实验原理Ⅲ型温度变送器有三个品种：一种是将直流信号V线性地转换成4-20MA直流电流或电压表稳压电源手动电位差计热电偶温度变送器+++++-----（输出）（输入）电压表稳压电源电阻箱热电阻温度变送器--++ABC（输出）（输入）91-5V直流电压输出的直流毫伏变送器，另外两种是分别与热电偶和热电阻相配合的，将温度信号线性地转换成统一的4-20MA直流电流信号和1-5V直流电压信号输出的热电偶温度变送器和热电阻温度变送器。Ⅲ型温度变送器的校验原理是：利用毫伏信号发生器模拟热电偶产生对应于不同温度值的毫伏信号作为变送器的输入信号；利用精密的电阻箱产生对应于不同温度值的电阻信号作为变送器的输入信号。通过调整相应的电位器，从而实现变送器的零点、量程的调整和精度的校验。注意在校验热电偶温度变送器时是否存在冷端温度的补偿问题。（三）实验内容与步聚1、根据实验原理与产品说明书正确接线。2、一般检查。观察仪表的结构，熟悉零点、量程等的调整位置。3、零点和量程的调整（详见说明书）。热电偶偶温度变送器：根据测量范围，先调整手动电位差计的测量刻度盘为下限所对应的热电势（考虑冷端温度的影响），再调整毫伏信号发生器，使手动电位计差达平衡，即给温度变送器加入温度下限值所对应的电势，观察输出电流表（或电压表），调整零点电位器，使变送器输出为4MA（或1V）。再用上述方法调手动电位差计和信号发生器，给温度变送器加入上限温度值对应的热电势，调整量程电位器，使变送器的输出信号为20MA（或5V）。同理，应反复多次调整，直到零点和量程都满足要求为止。热电阻温度变送器：根据测量范围，调整代替热电阻的精密电阻箱，加入温度下限值对应的电阻值，观察输出电流表（或电压表）的读数，调整零点电位器，使变送器输出信号为4MA（或1V）。再调节精密电阻箱，加入上限温度值对应的电阻值，调整量程电位器，使变送器的输出信号为20MA（或5V）。同理，应反复多次调整，直到零点和量程都满足要求为止。4、仪表精度的校验。将温度测量范围平均分成五点（量程的0%、25%、50%、75%、100%等5个点）进行精度测试，在这五个点上其相应的输出信号应分别是4、8、12、16、20MA。（四）仪表校验记录单实验用主要仪器、设备技术参数一览表项目被校仪表标准仪器名称型号规格精度数量制造厂出厂日期热电偶温度变送器实验数据记录表输入温度分值0%25%50%75%100%毫伏信号输出输出信号标准值10实测值正行程反行程误差实测值正行程反行程正、反行程电流差值实测基本误差实测变差实测精度等级热电阻温度变送器实验数据记录表输入温度分值0%25%50%75%100%电阻信号输出输出信号标准值实测值正行程反行程误差实测值正行程反行程正、反行程电流差值实测基本误差实测变差实测精度等级（五）数据处理1、数据处理时应注意的问题（1）实验前拟好实验记录表格。（2）实验时一定要等现象稳定后再读数、记录，否则因滞后现象会给实验结果带来较大的误差。2、运用正确的公式进行误差运算。注意若下限不是数据零的话，温度的分值在每个点上要加上测量温度的下限值。3、整理实验数据并将结果填入表格。4、分析变送器的静态特性，画出变送器输入-输出静态特性曲线（包括正、反行程），求出最大非线性误差。5、根据实际的温度变送器的端子图，画出实验时的接线图（与端子对应）。四、思考与问答1、温度变送器是由哪些单元组成的？2、在实验中，若是代替热电偶的信号发生器与变送器的连接线断开或代替热电阻的标准电阻箱与变送器的连接线断开，变送器输出信号会如何变化？为什么？113、在选用Ⅲ温度变送器（订购仪表）时，要注意哪些问题？实验三Ⅲ型调节器的认识和校验一、实验目的1、熟悉Ⅲ型调节的外型结构，掌握III型调节器的操作方法，从而进一步理解调节器的工作原理及整机特性。2、熟悉Ⅲ型调节器的功能，了解Ⅲ型调节器各可调部件的位置及作用。3、掌握Ⅲ型调节器的主要性能的调校、测试方法。二、实验装置（一）实验所需仪器、设备1、Ⅲ型调节器，1台；2、直流信号发生器，3台；3、标准电流表，3台；（可不用）4、数字电压表，4台；5、直流稳压电源，1只；6、标准电阻箱，2只；12（二）实验装置连接图（各端子作用详见产品说明书）三、实验指导（一）预备知识1、Ⅲ型调节器的主要技术指标（详见设备铭牌与说明书）主要内容：型号、输入信号、外给定信号、输出信号、负载电阻、比例度、积分时间、微分时间、微分增益、电源等。2、实验注意事项（1）接线时，要注意电源的种类、极性，严防接错电源。（2）首次通电前（包括更改接线后）应请指导老师确认无误后方可通电。（3）动手调校前应弄清调节器各调整部件的作用。凡实验中未涉及的可调元件一律不得擅自调整。（4）调节器在调校前应预热15分钟。（5）实验前，先准备好实验数据记录表，并预习数据处理部分的各项误差计算公式。（二）实验原理Ⅲ型调节器的主要功能是接受变送器来的测量信号，并将它与给定信号进行比较得出偏差，对偏差进行PID连续运算。通过改变P、I、D参数，可改变调节器控制作用的强弱。除此之外，还具有测量信号、给定信号及输出信号的指示功能；手动/自动双向切换功能；软、硬手操等功能。因此，在对调节器进行校验时，首先必须对调节器面板上的三个指示表头（测量、给定指示表及输出指示表）的刻度进行校验，其次还要对调节器的P、I、D刻度进行校验，另外对调节器的手操特性、自动/手动切换特性也要进行校验。实验连接图中，其中S3是提供4—20MA的电流外给定信号对给定指示刻度进行校验；电源VVVVS2S3S1调节器V—标准电压表，S1、S2、S3—信号发生器13S1是提供1-5V的测量信号对测量指示刻度进行校验；输出电流指示表的校验是利用软手操扳键产生校验信号，通过观察输出回路的标准电流表的读数，从而实现其刻度校验的。P、I、D的校验，通过调节测量输入信号发生器S2使输入发生变化，从而产生调节器的偏差