仪表知识培训全文案例分析电子版

仪表知识培训第一章自动控制系统基本概念第一节自动控制系统的组成自动化装置的三个部分为：（1）、测量元件与变送器其功能为被控参数的状况转化为一种特定的、统一的输出信号（2）、自动控制器其功能为接收变送器送来的信号，与设定值比较得出偏差，按某种运算规律算出结果，将此结果用特定信号发送出去；（3）执行器通常指控制阀，根据控制器送来的信号值来改变阀门的开度，达到调节的作用。第二节自动控制系统方块图方块图中的每一个地方都代表一个具体的装置。方块与方块之间的连接线，只是代表之间的信号联系，并不代表物料联系。箭头代表信号作用的方向。对于任何一个简单的自动控制系统，它的各个组成部分在信号传递关系上都形成一个闭合的环路，在自动控制系统中采用负反馈，所以自动控制系统是具有被控变量负反馈的闭环系统。第三节自动控制系统的分类自动控制系统最常用的分类方法为按照工艺过程需要控制的被控变量的给定值是否变化和如何变化来分类，分为定值控制系统、随动控制系统和程序控制系统。1．定值控制系统这类系统的特点是给定值为恒定值。如果要求控制系统的工艺参数保持在一个生产指标上不变，即被控变量的给定值不变，其采用的就是定值控制系统。2．随动控制系统这类系统的特点是给定值不断变化，且这种变化不是事先预定好的，随动控制系统的目的就是使所控制系统的工艺参数准确而快速地跟随给定值的变化而变化。例如在某些生产过程中，要求甲流体的流量与乙流体的流量保持一定的比例，则当乙流体的流量变化时，甲流体的流量也能快速地随之变化，故该控制系统就属于随动控制系统。给定值x偏差e控制器控制器输出p控制阀操纵变量q对象被控变量y测量元件变送器图1－8自动控制系统方块图干扰作用f测量值z-给定值x偏差e控制器控制器输出p控制阀操纵变量q对象被控变量y测量元件变送器图1－8自动控制系统方块图干扰作用f3．程序控制系统这类系统的给定值也是变化的，但该变化按一定的时间程序变化。第四节自动控制系统的过渡过程和品质指标一、控制系统的过渡过程系统由一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程，称为系统的过渡过程。系统在过渡过程中，被控变量是随时间变化的，其变化规律首先取决于系统的干扰形式，在分析和设计控制系统，常选择阶跃干扰，其表现形式如图：如果这种类型的干扰能被克服，则其他较为缓和的干扰也一定能克服。一般说来，自动控制在阶跃干扰下的过渡过程有一下几种基本形式：1.非周期衰减过程被控变量在给定值的某一侧缓慢变化，最后稳定在某一数值上，如图a所示。2.衰减振荡过程被控变量上下波动，但幅度逐渐减少，最后稳定在某一数值上，如图b所示。3.等幅振荡过程被控变量在给定值附近来回波动，且波动幅度保持不变，如图c所示。4.发散振荡过程被控变量来回波动，且波动幅度逐渐变大，即偏离给定越来跃远，如图d所示。输入量0t0时间tab在以上四种过程中，d过程为发散的，称为不稳定的过渡过程，被控变量在控制过程中逐渐远离给定值，导致被控变量超出工艺允许范围，是生产所不允许的，应避免；过程a和b都是衰减的，称为稳定过程。但对于a过程来说，由于过渡过程变化较慢，不能很快达到平衡状态，所以一般不采用，而b过程能够较快地使系统达到稳定状态，所以在控制过程中一般都希望达到b过程。c过程一般也被认为是不稳定过程，只有在对控制质量要求不高的场合，该控制过程可以被采用。二、控制系统的品质指标1、最大偏差或超调量最大偏差是指在过渡过程中，被控变量偏离给定值的最大数值。即如图A表示。最大偏差表示系统瞬间偏离给定值的最大程度。若偏离越大，偏离时间越长，即表明系统离开规定的工艺参数指标越远，这对正常生产是不利的。在决定最大偏差的允许值时，要根据工艺情况慎重选择。有时也可用超调量来表征被控变量偏离给定值的程度，即图B表示。超调量是第一个峰值A与新稳定值C之差，即B=A-C。如果新稳定值等于给定值，那么A=B。2、衰减比衰减比是表示衰减程度的指标。它是前后相邻两个峰值的比。在图中衰减比为B:B’，习惯上用n：1表示，对于正常的操作过程，n取值在4～10。3、余差当过渡过程终了时，被控变量达到的新的稳态值与给定值之间的偏差叫做余差。在图中用C表示对余差大小的要求，应结合具体系统作具体分析，不能一概而论。有余差的控制过程称为有差调节，相应的系统为有差系统。反之为无差调节和无差系统。4、过渡时间从干扰作用发生的时刻起，直到系统重新建立新的平衡时止，过渡过程所经历的时间在过渡时间。一般规定过渡时间就是从干扰作用开始到被控变量进入新cd的稳态值±5％的范围内且不在越出为止所经历的时间。过渡时间越短，表明过渡过程进行得比较迅速，系统控制质量越高。5、振荡周期或频率过渡过程相邻波峰（波谷）之间的间隔时间叫振荡周期或工作周期，其倒数称为振荡频率。在衰减比相同的情况下，周期与过渡时间成正比，一般振荡周期越短越好。三、影响控制系统过渡过程品质的主要因素一个自动控制系统可以大致分成两部分：工艺过程部分和自动化装置部分。工艺过程部分指的是与被控变量有关的工艺参数和设备结构、材质等因素，即被控对象。自动化装置部分指的是为实现自动控制所必须的自动化仪表设备，通常包括测量与变送装置、控制器和执行器等三部分。对于一个自动控制系统，过渡过程的好坏，很大程度取决于对象的性质。自动化装置应按对象性质加以选择和调整，很好的配合。自动化装置的选择和调整不当，也会直接影响到控制质量。第二章检测仪表与传感器第一节概述一、测量过程与测量误差测量过程的实质就是将被测参数与其相应的测量单位进行比较的过程，而测量仪表就是实现这种比较的工具，各种测量仪表不论采用那一种远离，它们都是要将被测参数经过一次或多次的信号能量的转换，最后获得一种便于测量的信号能量形式，并由指针位移或数字形式显示出来。在测量过程中，由于测量工具或测量者的因素，使得测量结果不够准确，由仪表读的被测值与真值之间存在一定的差距，这一差距就是测量误差。测量误差分为绝对误差和相对误差。绝对误差△指仪表指示值xi和被测量的真值xt之间的差值，即△＝xi－xt所谓真值是指被测物理量的真实数值，一般无法得到，实际中绝对误差一般是用被校表（精确度较低）和标准表（精确度较高）同时对同一被测量进行测量所得到的两个读数之差，即△＝x－x0测量误差还可用相对误差y来表示，其等于某一点的绝对误差△与标准表在这一点的指示值x0，即0△xy二、仪表的性能指标1、精确度由于仪表的的测量误差不仅与测量点有关，而且与仪表的量程有关，因此工业上常将绝对误差折合成仪表测量范围的百分数表示，称为相对百分误差δ，即％范围下限值测量范围上限值－测量100maxmax——仪表绝对误差的最大值根据仪表的使用要求，规定一个在正常情况下的允许的最大误差，这个允许的最大误差叫允许误差，即一台仪表的允许误差是指在规定的正常情况下允许的相对百分误差的最大值，即％范围下限值测量范围上限值－测量差值仪表允许的最大绝对误允100仪表的允越大，表示它的精度越低，反之则仪表的精度越高。将仪表的允许相对百分误差去掉“±”号及“％”号，便可以用来确定仪表的精度等级。2、变差变差是指在外界条件不变的情况下，用同一仪表对被测量的仪表全部测量范围内进行正反行程测量时，被测量值正行程和反行程所得到曲线之间的最大偏差，如图所示：造成变差的原因很多，如传动机构存在的间隙等。变差用在同一被测参数值下，正反行程间仪表指示值的最大绝对差值与仪表量程之比的百分数表示，即％范围下限值测量范围上限值－测量最大绝对差值变差＝1003、灵敏度与灵敏限仪表指针的线位移或角位移，与引起这个位移的被测参数变化量△x之比值称为仪表的灵敏度S，即xS仪表的灵敏限是指能引起仪表指针发生动作的被测参数的最小变化量，通常仪表灵敏限的数值应不大于仪表允许绝对误差的一半。4、分辨力对于数字仪表，分辨力是指数字显示器的最末位数字间隔所代表的被测参数变化量，不同量程的分辨力是不同的，相应于最低量程的分辨力称为该表的最高分辨力，也叫灵敏度。5、线形度线形度是表征线形刻度仪表的输出量与输入量的实际校准曲线与理论直线的吻合程度。如图，线形度通常用实际测得的输入－输出特性曲线与理论直线之间的最大偏差与测量仪表的量程之比的百分数表示，即％仪表量程100maxff6、反应时间反应时间就是用来衡量仪表能否尽快反应出参数变化的品质指标。反应时间长，说明仪表需要较长时间才能给出准确的指示值，所以，仪表反应时间的长短，表明了仪表动态特性的好坏。三、工业仪表的分类1、按使用的能源分为电动仪表、气动仪表；2、按信息分获得、传递、反映和处理的作用不同，分为检测仪表、显示仪表、集中控制仪表、控制仪表、执行器；3、按仪表的组成分为基地式仪表、单元组合仪表。第二节压力检测仪表一、压力的单位压力是指均匀垂直作用在单位面积上的力，即SFp国际单位制中压力单位为帕斯卡，符号为Pa，1Pa＝1N/m2,实际计量中常用兆帕（MPa），其换算关系为1MPa＝1×106Pa生产中常用的一些单位间的换算：1MPa＝10公斤压力＝10巴＝10个物理大气压＝100米水柱＝1×106Pa表压、绝对压力、负压或真空度之间的关系如图可知：大气压力绝对压力表压－＝ppp绝对压力大气压力真空度－＝ppP二、测压仪表的类型测量压力或真空度的仪表很多，按照其转换原理的不同，大致分为：1、液柱式压力计：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，形式有U型管、单管和斜管压力计。2、弹性式压力计：将被测压力转换成弹性元件的位移进行测量，如弹簧管、波纹管及膜式压力计等。3、电气式压力计：通过机械和电气元件将被测压力转换成电量（电压、电流）等的变化来进行测量的仪表，如各种压力传感器和压力变速器。4、活塞式压力计它是根据水压机液体传送压力的原理，将被测压力转换成活塞上所加平衡砝码的质量来进行测量的，其测量精度高，但结构复杂，一般用作标准型压力测量仪器。三、压力计的选用及安装1.压力计的选用类型选用：需满足工艺生产的要求，如是否需要远传、自动记录或报警；被测介质的物理化学性能（诸如腐蚀性、温度、粘度、脏污、易燃易爆）是否对测量仪表提出特殊要求；现场环境条件等。普通压力表弹簧管多为铜合金，高压的也有采用碳钢的，但氨用压力计一般为为碳钢材质（氨气对铜腐蚀性极强），氧气压力计禁油，防止爆炸，需用四氯化碳多次洗涤。仪表测量范围选用：依据化工自控技术规定：被测压力的最小值不能低于仪表量程的1/3，测量稳定压力时，最大工作压力不应超过测量上限值的2/3，测量脉动压力时，不能超过上限值的1/2，测量高压压力时，所测压力不应超过测量上限值的3/5。仪表精度级的选择应合适。2.压力计的安装测压点的选择：所选择的测压点应能反映被测压力的真实大小，应注意一下几点：P绝P表P真P绝A、要选在被测介质直线流动的管段部分，不要选择在管路拐弯、分叉、死角或其他易形成漩涡的地方B、测量流动介质的压力时，应使取压点与流动方向垂直，取压管内端面与生产设备连接处的内壁应保持平齐，不应有凸出物或毛刺。C、取压点应选择在合适位置：一般气体在管道上侧，液体在管道下侧。导压管铺设：A、粗细要合适，一般内径为6～10mm，长度不得超过50m。B、导压管水平安装时应保证一定的倾斜度，以利于积存液体或气体的排出。C、易冻易凝介质应注意添加伴热D、取压口到压力计之间应装有切断阀，以利于设备检修。压力计的安装：A、压力计应安装在易观察和检修的地方。B、安装地点应力求避免振动和高温的影响。C、测量蒸汽压力时，应加装凝液管，以防止高温蒸汽直接与测压元件接触，对于有腐蚀性介质的压力测量，应加装有中性介质的隔离罐。D、连接处应选择合适的垫片作为密封材料。E、当被测压力较小时，而压力计与取压口不再同一高度，对由高度引起的测量误差应予以修正F、为安全起见，测量高压的压力计除选用有通气孔的外，安装时表壳应向墙壁或无人通过处。第三节流量检测及仪表一、概述一般所讲的流量大小是指单位时间内流过管道某一截面的流体质量或体积的大小，即瞬时流量，而在某一段时间内流过管道的