自动化仪表的基本知识(补充

第二章-----自动化仪表的基本知识（补充）自动化仪表的作用：对运行参数进行自动控制、测量和显示。按用途分：测量仪表；显示仪表；调节器；执行机构。按使用能源分：气动仪表；电动仪表。按结构形式分：基地式仪表；单元组合式仪表。单元组合式仪表：控制系统的各种功能都分别用一台独立的仪表来实现，包括测量仪表、显示仪表、调节器等。各仪表间用统一的标准信号联系起来。气动仪表的统一信号是0.02~0.1MPa。电动仪表的统一信号是0~10mA或4~20mA基地式仪表把测量、显示仪表和调节器组装在一个壳内，成为一个整体，它们间不用统一信号联系。自动化仪表的主要品质指标我们希望仪表检测的参数值能完全反映出该参数的实际值。但实际存在误差。——仪表的品质（衡量测量值和实际值的一致程度）基本误差和附加误差：基本误差——仪表本身缺陷造成。附加误差——仪表使用中，由于外界条件的影响（温度、湿度、振动等)引起的误差。附加误差不可能彻底消除。绝对误差（指示误差）：被测参数的测量值减去真值。ΔA=A-A0相对误差δ：仪表的绝对误差所占该仪表指示值的百分数。仪表的精度：仪表盘或说明书中所写的精度等级。指测量中的最大指示误差占仪表量程的百分数。通常用去掉百分号的数字表示仪表精度的等级常见的仪表精度等级有：0.1、0.2、0.35、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5仪表的灵敏度：仪表对输入信号开始有反映的灵敏程度。灵敏度越大，越能测出微小的输入变化。仪表的不灵敏区、灵敏限、变差：不灵敏区指当输入信号有一个微小变化时，输出仍然不变。灵敏限指引起仪表输出有一微小变化时，所需输入量的最小变化值，一般认为灵敏限等于0.5倍不灵敏区。变差指外界条件不变时，多次由不同方向使仪表输入为同一真值时，仪表指示值之间的最大误差。仪表的不灵敏区和变差都是仪表结构不完善程度的标志。气动仪表的元部件及组成原理常用弹性元件气动仪表的主要元部件：弹性元件、节流元件、气体容室、喷嘴挡板机构和功率放大器等。（1）弹性元件：包括弹性敏感元件和弹性支撑元件。弹性支撑元件用于支撑、平衡或增强弹性敏感元件的刚度；调整弹性敏感元件的位置（螺旋弹簧、片簧）。弹性敏感元件用于把承受的压力或轴向推力转变成位移信号（波纹管、弹簧管、金属膜片、橡胶膜片金属膜盒）。弹性敏感元件的刚度弹性支撑元件的刚度橡胶膜片的刚度近似为零。波纹管的输入输出关系：Fe：波纹管的有效面积，有效面积大于波纹管顶部的几何面积πd2/4；E：波纹管和支撑弹簧的总刚度；S：位移对给定波纹管，Fe和E是常数，s∝p(压力信号转换成位移信号）。波纹管受压时的线性好于受拉时。常对波纹管采取预压缩处理。节流元件作用：产生压降、改变流量——放大、延时作用节流元件的种类——恒节流孔和变节流孔恒节流孔——恒气阻或固定气阻毛细管式——d=0.18∽0.3mm的不锈钢或玻璃钢管小孔式——长4mm，孔径有0.25、0.3、0.5几种规格。小孔式不易堵塞，性能优于毛细管式。气阻R：表示节流元件对气体流动阻碍作用的大小。（层流状态）恒节流孔属于恒气阻（固定气阻）。变节流孔：流通面积可以调整和改变。1、圆锥-圆锥形；2、圆柱-圆锥形；3、圆球-圆锥形。变节流孔的特点：流通面积可调，故在相同压降的情况下，其流量“G”不相等（连续性方程）由所以，通过改变流通面积，可以改变元件的气阻。——变节流孔气体容室（气容）：贮存或放出气体，对压力变化起惯性作用。目前采用两种气容：定容气容；弹性气容。定容气容（体积不变）：气容C：衡量气体容室贮存空气量的能力。其物理意义是，气体容室内，每升高单位压力所需增加的空气量。弹性气室：容室的体积随压力p的变化而变化，因此在充放气过程中，弹性容室的气容是变化的ppmm气体容室储蓄特性ppmm气体容室储蓄特性定容气室和弹性气室都是惯性元件：C大——惯性大C小——惯性小气容C是衡量气室惯性大小的参数。4、喷咀档板机构是气动仪表最基本最精密的元件，是一放大系数很大的放大环节。作用——将档板相对于喷咀的微小位移转换成相应的气压信号，相当于变气阻单元。组成——恒气阻+背压室+喷咀档板型变气阻串联而成特点：喷嘴的孔径比恒节流孔大得多；喷嘴的轴线与挡板垂直，保证全关时有良好的密封性。喷咀档板机构静特性——在稳定工况时背压室的输出压力P与档板位移h之间的关系ppmm气体容室储蓄特性ppmm气体容室储蓄特性气源压力：0.14MPa工作范围0.02~0.1MPaa、b点之间近似线性：A、b段称为工作段，工作段线性好，保证仪表精度和灵敏度。（接喷嘴挡板机构：：耗气型气动功率放大器放大气路——两变节流阀的组合。球阀：控制来自气源的进气量（较小位移时，G变化大，满足大流量的要求）。锥阀：控制排气量弹性元件——金属膜片+弹簧片，使阀杆产生位移气动仪表的基本环节放大环节反馈环节比较环节SS00P0FPaFPdFⅠⅡⅢ放大环节反馈环节输入信号反馈信号比较环节输出信号+-3、气动仪表的比较环节按线性叠加原理工作。比较环节的输出等于各输入信号的代数和，各信号的变化调整互不影响按平衡原理有三种形式：（1）位移平衡式反馈信号产生的档板位移与输入信号产生的档板位移相平衡（先大后小，有一微小变化，可不计）（2）力平衡式反馈信号产生的力与输入信号产生的力相平衡。（比较环节几乎无位移）误差小（3）力矩平衡式反馈信号产生的力矩与输入信号产生的力矩相平衡，精度高反馈环节（1）节流分压室（节流通室）设两个气阻都工作于层流，流通气室面积很小，可不计它对压力变化的惯性影响，由稳定流动连续性方程：如果P2通大气，即P2=0，则：式中：K=R/（RF+R），RF不变时，K=常数，P1与P0成正比。变节流阀全开，RF=0，P1=P0变节流阀全关，RF=∞，P1=0改变RF，可使K=0~1。2）节流盲室在实际应用中，常将节流盲室置于调节器的正反馈回路中，得到积分作用pip0（3）比例惯性环节其工作情况与节流盲室相近，不同的是：①节流盲室E’的容积是变化的，C≠常数②作用于节流盲室E’的气路有两条通道：Psτ经R向E'充放气。波纹管E的伸缩造成挤排作用对弹性气室形成通道特性曲线当PST阶跃升高时，Psr→首先挤压气室E，使Psc突增→比例作用Psr经R不断向Psc充气，Psc↑，而E逐渐收缩，直到Psc=Psr为止→惯性充气环节气动调节器中，常用比例惯性环节作负反馈，实现实际比例微分作用。