化工仪表第5章执行器.
化工仪表及自动化 ppt课件
反应较快，测量范围较广、精度可达0.2％， 便于远距离传送。所以在生产过程中可以实现压 力自动检测、自动控制和报警，适用于测量压力 变化快、脉动压力、高真空和超高压的场合。
第四节：智能型压力变送器
高可靠性的微控制器及高精度温度补偿； 将被测介质的压力信号转换成4~20mADC标准
第二节：弹性式压力计
测压原理： 各种弹性元件在被测介质压力作用下会产生弹
性变形。 特点及适用场合：
结构简单，价格便宜、测压范围宽，测量精 度也比较高，在生产过程中获得了最广泛的应用。
压力表图片
普通压力表
耐震压力表
电接点压力表
双刻度压力表
隔膜压力表
第三节：电气式压力计
测压原理：
把压力转换为电阻、电容、电感或电势等电 量，从而实现压力的间接测量。
1975年出现了以微处理器为基础的过程控制仪表：集中分 散型控制系统,把自动化技术推到了一个更高的水平。电子 技术、计算机技术的发展,也促进了常规仪表的发展,新型的 数字仪表,自动化仪表,程序控制器,自动化仪表的分类
化工自动化仪表的分类方法很多,根据不同原 则可以进行相应的分类。
综合控制装置:
按仪表安装形式:可以分为现场仪表、盘装仪表和架装仪表(架装仪表是针对 常规仪表的盘装表而言，不需要操作的仪表就装成架装仪表，需要操作的安
装成盘装仪表)。
根据仪表信号的形式：可分为模拟仪表和数字（开关量）仪表等等。
第三节：化工自动化控制仪表优势功能
化工自动化控制仪表，主要特点是采用先进的微 电脑芯片及技术,减小了体积,并提高了可靠性及抗干 扰性能。实现劳动强度逐渐降低、生产效率逐步提 高、人为干预越来越少、产品产出率越来越高。
化工仪表及自动化总复习题目及答案
10131313钟晓帆化工仪表及自动化总复习习题及答案第一章自动控制系统基本概念一、基本要求1. 掌握自动控制系统的组成，了解各组成部分的作用以及相互影响和联系；2. 掌握自动控制系统中常用术语，了解方块图的意义及画法；3. 掌握管道及控制流程图上常用符号的意义；4. 了解控制系统的分类形式，掌握系统的动态特性和静态特性的意义；5. 掌握闭环控制系统在阶跃干扰作用下，过渡过程的形式和过渡过程的品质指标。
二、常用概念1.化工自动化的主要内容：化工生产过程自动化，一般包括自动检测、自动操纵、自动保护和自动控制等方面的内容。
2.自动控制系统的基本组成: 被控对象和自动化装置（测量元件与变送器、控制器、执行器）。
3.被控对象：在自动控制系统中，将需要控制其工艺参数的生产设备或机器叫做被控对象，简称对象。
4.被控变量：过程内要求保持设定数值的物理量。
5.操纵变量：受控制器操纵的，用以克服干扰的影响，使被控变量保持设定值的物料量或能量。
6.干扰作用：指除操纵变量以外的各种因素引起被控变量偏离给定值的作用。
7.设定值：被控变量的设定值。
8.偏差：个别测定值与测定的平均值之差。
9.闭环系统：指控制器与被控对象之间既有顺向控制又有反向联系的自动控制。
10.开环系统：指控制器与被控对象之间只有顺向控制而没有反向联系的自动控制。
11.控制系统的过渡过程：一个控制系统在处界干扰或给定干扰作用下，从原有的稳定状态过渡到新的稳定状态的过程称为过渡过程。
12.反馈：把系统(或环节)的输出信号直接或经过一些环节重新引回到输人端的做法叫做反馈。
13.负反馈：反馈信号的作用方向与设定信号相反，即偏差信号为两者之差，这种反馈叫做负反馈。
14.正反馈：反馈信号的作用方向与设定信号相同，反馈信号使原来的信号增强，这种反馈叫做正反馈。
三、问答题1. 控制系统按被调参数的变化规律可分为哪几类？简述每种形式的基本含义。
答：开环自动控制系统：操纵变量可以改变被控变量，但被控变量对操纵变量没有影响。
自动化重点
化工仪表及自动化（2013-12-28）第一章自动控制系统基本概念◆化工自动化的内容：自动检测系统、自动信号和联锁保护、自动操纵及自动开停车系统、自动控制系统。
◆自动控制系统的目的：对生产中某些关键性参数进行自动控制，使它们在受到外界干扰(扰动)的影响而偏离正常状态时，能自动地控制而回到规定的数值范围内。
◆自动控制系统的主要组成：起控制作用的全套自动化装置、受自动化装置控制的被控对象。
其中自动化装置还包括测量元件与变送器、自动控制器、执行器等。
各部分的作用：1、测量元件与变送器：用来感受被控变量的变化并将它转换成一种特定的、统一的输出信号。
2、自动控制器：它接受变送器送来的信号，与工艺需要保持的设定值相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果，然后将此结果用特定信号发送出去。
3、执行器：通常指控制阀，能自动地根据控制器送来的信号值相应地改变阀门的开启度，克服扰动的影响，最终实现控制要求。
◆方块图是由传递方块、信号线（带有箭头的线段）、综合点、分支点构成的表示控制系统组成和作用的图形。
【方块图中要具体化的东西：给定值、操纵变量、被控对象、被控变量】每一个方块代表系统中的一个组成部分，称为“环节”。
方块内填入表示其自身特征的数学表达式。
方块间用带有箭头的线条表示其信号的相互关系及信号的流向。
【不代表物料联系】线旁的字母表示相互间的作用信号。
◆与工艺管道及控制流程图的区别：【流程图比方块图具体，且图中各项箭头指向含义不同】1、采用方块图可直观地显示系统中各组成部分以及他们之间的相互影响和信号的联系，以便对系统特性进行分析和研究。
2、而工艺管道及控制流程图则是在控制方案确定以后，根据工艺设计给出的流程图，按其流程顺序标注有相应的测量点、控制点、控制系统及自动信号、联锁保护系统的图。
在工艺管道及控制流程图上设备间的连线是工艺管线，表示物料的流动方向，与方块图中线段的含义截然不同。
被控对象：自动控制系统中，工艺参数需要控制的生产过程、设备或机器等。
化工仪表及自动化知识要点
化工仪表及自动化知识要点第一章1化工自动化一般包括 自动检测系统、自动信号和联锁保护系统、自动操纵及自动开停车系统、自动控制系统。
2自动控制系统的基本组成1）被控对象 2）自动化装置：测量元件与变送器、自动控制器、执行器3自动控制系统方框图4自动控制系统的方框图与控制流程图的区别：方框图中的每一个方框都代表一个具体的装置。
方框与方框之间的连接线，只是代表方框之间的信号联系，并不代表方框之间的物料联系。
方框之间连接线的箭头也只是代表信号作用的方向，与工艺流程图上的物料线是不同的。
工艺流程图上的物料线是代表物料从一个设备进入另一个设备，而方框图上的线条及箭头方向有时并不与流体流向相一致。
5在自动控制系统将需要控制其工艺参数的生产设备或机器叫做被控对象，简称对象。
6生产过程中所要保持恒定的变量，称为被控变量。
7工艺上希望保持的被控变量数值，即给定值。
8具体实现控制作用的变量叫做操纵变量。
9自动控制系统是具有被控变量负反馈的闭环系统。
10与自动检测、自动操纵等开环系统比较，最本质的区别，就在于自动控制系统有负反馈，开环系统中，被控（工艺）变量是不反馈到输入端的。
11仪表位号是由字母代号组合和阿拉伯数字编号两部分组成。
第一位字母表示被测变量，后继字母表示仪表的功能阿拉伯数字编号写在圆圈的下半部，其第一位数字表示工段号，后续数字（二位或三位数字）表示仪表序号。
12将控制系统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，这样可将自动控制系统分为三类，即定值控制系统、随动控制系统和程序控制系统。
13静态——被控变量不随时间而变化的平衡状态；动态——被控变量随时间变化的不平衡状态 。
14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。
15采用阶跃干扰的优点：（1） 这种形式的干扰比较突然、危险，且对被控变量的影响也最大。
如果一个控制系统能够有效地克服这种类型的干扰，那么一定能很好地克服比较缓和的干扰。
化工仪表及自动化作业参考答案
第一章自动控制系统基本概念1.自动控制系统主要由哪些环节构成？各组成环节起什么作用？答:自动控制系统主要有俩大部分组成。
一部分是起控制作用的全套自动化装置，包括测量元件及变送器、控制器、执行器。
另一部分是受自动化装置控制的被控对象。
测量元件及变送器作用是用来感受被控变量的变化并将它转化为一种特定的、统一的输出信号（如气压信号或电流、电压信号等）。
控制器将检测元件及变送器送来的测量信号与工艺上需要保持的设定值信号进行比较得出偏差，根据偏差的大小及变化趋势，按预先设计好的控制规律进行运算后，将运算结果用特定的信号发送给执行器,执行器作用是接收控制器送来的控制信号，改变被控介质的流量，从而将被控变量维持在所要求的数值上或一定的范围内。
2.闭环控制系统与开环控制系统有什么不同？答：闭环自动控制是指控制器与被控对象之间既有顺向控制又有反向联系的自动控制。
开环控制系统是指控制器与被控对象之间只有顺向控制而没有反向联系的自动控制系统。
即操纵变量通过被控对象去影响被控变量，但被控变量并不通过自动控制装置去影响操纵变量。
从信号传递关系上看，未构成闭合回路。
开环控制系统不能自动地觉察被控变量的变化情况，也不能判断操纵变量的校正作用是否适合实际需要。
而闭环控制系统可以随时了解被控对象的情况，有针对性的根据被控变量的变化情况而改变控制作用的大小和方向。
3.什么是负反馈？负反馈在控制系统中有什么重要意义？答:反馈信号的作用方向与设定信号相反，即偏差信号为两者之差，这种反馈叫做负反馈；意义：当被空变量受到干扰的影响而升高时，只有负反馈才能是反馈信号升高，经过比较到控制器的偏差信号将降低，此时控制器将发出信号而使控制阀的开度发生变化，变化的方向为负，从而使被空变量下降到给定值，这样就达到了控制的目的。
4.什么是控制系统的静态与动态？为什么说研究系统的动态比研究静态更为重要？答:在自动化领域内，把被控变量不随时间而变化的平衡状态称为控制系统的静态。
厉玉鸣第五版化工仪表及其自动化重点集结
习题（第四章）Ex1.~指控制器的输出信号p与输入信号e之间的关系，即p=f(e)。
基本控制规律有位式控制、比例控制、积分控制和微分控制。
Ex2.双位控制的输出只有两个特定的数值，对应的执行机构只有两个特定的位置（关或开）。
优点：结构简单、价格便宜、易于实现，应用较普遍；缺点：控制作用不是连续变化的，双位控制系统中被控变量的变化将是一个等幅振荡过程，不能稳定在某一个数值上。
Ex3.比例控制是按偏差大小进行控制的，控制器的输出信号p与其输入信号e成正比。
当比例控制系统的控制过程结束之后，其被控变量新的稳定值与给定值之间仍存在一定的偏差，即比例控制的余差。
余差的产生是由比例控制本身的特性所决定的。
因为比例控制作用是与偏差成比例的，只有偏差存在，才能产生控制作用。
当系统受到一定的扰动后，为了克服扰动，必定要有一定的控制作用，才能使系统达到新的平衡，所以必定存在与该控制作用相对应的偏差，即余差。
Ex4.比例度是控制器输入的变化相对值与相应的输出变化相对值之比的百分数。
相应的输出变化量；输入的最大变化量，即仪表的量程；输出的最大变化量，即控制器输出的工作范。
Ex6. 比例度对控制过程的影响：比例度越大，比例控制越弱，过渡过程曲线越平稳，但余差也越大；比例度越小，比例控制越强，过渡过程曲线越振荡，系统的稳定性和动态性能变差，但余差也越小，提高了系统的静态准确度；比例度过小，可能会出现发散振荡。
�选择比例度要注意：若对象的滞后较小，时间常数较大以及放大系数较小，可选择小比例度来提高系统的灵敏度，使过渡过程曲线形状较好；反之，为保证系统的稳定性，应选择大的比例度。
Ex7. 积分控制能消除余差的原因：因为积分控制作用的输出与输入偏差的积分成正比，只要有偏差存在，积分控制作用将随时间不断变化，直至偏差完全消除，系统才能稳定下来，所以……Ex8. TI就用来表示积分控制强弱的一个参数。
TI越小，积分控制作用越强；TI越大，积分控制作用越弱。
执行器结合PID讲解
目前使用较多的单元组合式控制器属电动Ⅲ型，而在一些老装置上 电动Ⅱ型控制器还在使用，气动单元控制器由于控制滞后太大已经很 少使用。
控制器的分类
组装式控制仪表:
是在单元组合仪表的基础上发展起来的一种功能分离、 结构组件化的成套仪表装置。
集散控制系统:
随着计算机技术发展，出现了各种以微处理器为基础的 控制器，在结构、功能、可靠性等各个方面都使控制器 进入一个新阶段。近二十多年来出现了许多基于集散控 制系统或者现场总线的控制器，它们除了控制功能外， 还具有网络通信等功能，适应信息社会大规模生产需要。
15
第二节 基本控制规律及其对系统过渡过程的影响
三、积分控制 当对控制质量有更高要求时，就需要在比例控制的基
础上，再加上能消除余差的积分控制作用。
积分控制作用的输出变化量p与输入偏差e
的积分成正比，即 p KI edt
图5-9 积分控制器特性
当输入偏差是常数A时p KI Adt KI At
在t=t0时，系统外加一个干 扰作用
液位开始下降
作用在控制阀上的信号
进水量增加
偏差的变化曲线
图5-7 比例控制系统过渡过程
图5-8 比例度对过渡过程的影响
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第二节 基本控制规律及其对系统过渡过程的影响
二、比例控制
优点：反应快，控制及时 缺点：存在余差
化工仪表基本知识
-200℃ 0℃
500℃
1000℃ 1400℃
* 工厂中PT测温电阻(RTD)主要用于 Bearing (轴承)温度的测量, 此外的温度测量大部分采用热电偶(Thermocouple).
Good to Safety!
2. 热电偶(Thermocouple)
◆ 当叶轮(Wheel)以与流速成正比的速度旋转时,用拾波器 (Pick-up Coil) 来检测转速脉冲(Pulse) ◆ 测量流量时可以达到高精度( 0.2%) ◆ 在上游要加装过滤器( Strainer) ◆ 安装于输出线上,价格昂贵
Good to Safety!
4. 超声波流量计
◆ 用于不允许出现压力损失的大流量测量. ◆ 原理:测量超声波发生器发射的超声波被检测端 检测出的时间或频率的变化. ◆ 在工厂主要用于放火炬气线(Flare Gas Line).
◆ 利用导压管将容器底部液体与变送器的 高压侧连接,容器上部与变送器低压侧连接.
Good to Safety!
<Displacement Type> 位移型
< Differential Pressure Type> 差压型
Good to Safety!
3.超声波/雷达液位计
原理:通过测量发射出去的超声波被 液面反射再返回接收装置的时间
Good to Safety!
3. 阀门(Valve)的流量特性
阀芯(Plug)形态
◆ Control-Valve调节阀的开度 ( Opening)与流量之间的关系 ◆调节阀前后压差保持一定时,阀门 的流量特性称为阀门的固有流量 特性
选取原则
◆ 常用流量 为Cv值的 1.5倍
化工仪表第5章执行器
第一节 气动执行器
将（5-2）积分可得
Q Kl C Qmax L
（5-3）
边界条件：l=0时，Q=Qmin; l=L时Q=Qmax
把边界条件代入式（5-3），可分别得
C Q m in1, K 1 Q m in 1 1 （5-4）
Q maR x
Q maxR
R为控制阀的可调范围或可调比。
第一节 气动执行器
调节机构就是阀门，是一个局部阻力可以改变 的节流元件。根据不同的使用要求，阀门的构造型 式很多。 3.控制阀的分类
3.控制阀的分类
〔1〕直通单座控制阀
阀体内只有一个阀芯与阀座。 特点 结构简单、价格便宜、全关时泄漏量少。 缺点 在压差大的时候，流体对阀芯上下作用的推
力不平衡，这种不平衡力会影响阀芯的移动。 适用于小口径、低压差的场合。
泄漏量大。
图6-7 蝶阀
〔7〕球阀
球阀的阀芯与阀体都呈球形体，转动阀芯使之与阀体处于不同的相对位置时，就 具有不同的流通面积，以到达流量控制的目的。
流量变化较快，可起控制和切断的作用，常用于双位式控制。
图6-8 球阀
图6-9 球阀阀芯的形状
〔8〕凸轮挠曲阀
阀芯呈扇形球面状，与挠曲臂及轴套一起铸成，固 定在转动轴上。
执行机构 F → l M→θ
流通截面积
调节机构 操纵变量的流量
控制机构：根据推力产生位移或转角，改变开度。 是执行器的控制局部，直接与被控介质接触，控制 流体的流量。所以它是将阀杆的位移转换为流过阀 的流量的装置。
正装阀芯：推杆下移时阀门关小。
反装阀芯：推杆下移时阀门开大。
第一节 气动执行器
执行器
作用 承受控制器的输出信号,直接控制能量或物料等调
化工仪表及自动化教案第1-6章
《化工仪表及自动化》绪论内容提要:1.化工自动化的含义2.化工生产过程自动化的目的3.化工自动化的发展情况4.化工仪表及自动化系统的分类5.本学科的作用★2学时★1.化工自动化的含义✧是化工、炼油、食品、轻工等化工类型生产过程自动化的简称。
✧在化工设备上，配备上一些自动化装置，代替操作人员的部分直接劳动，使生产在不同程度上自动地进行，这种用自动化装置来管理化工生产过程的办法，称为化工自动化。
2.化工生产过程自动化的目的✧加快生产速度，降低生产成本，提高产品产量和质量。
✧减轻劳动强度，改善劳动条件。
✧能够保证生产安全，防止事故发生或扩大，达到延长设备使用寿命，提高设备利用能力的目的。
✧生产过程自动化的实现，能根本改变劳动方式，提高工人文化技术水平，为逐步地消灭体力劳动和脑力劳动之间的差别创造条件。
3.化工自动化的发展情况✧20世纪40年代以前绝大多数化工生产处于手工操作状况，操作工人根据反映主要参数的仪表指示情况，用人工来改变操作条件，生产过程单凭经验进行。
低效率，花费庞大，见图。
✧20世纪50年代到60年代人们对化工生产各种单元操作进行了大量的开发工作，使得化工生产过程朝着大规模、高效率、连续生产、综合利用方向迅速发展。
✧20世纪70年代以来，化工自动化技术又有了新的发展已发展为综合自动化，应用的领域和规模越来越大；显示了知识密集化、高技术集成化的特点；智能化程度日益增加。
✧20世纪末，计算机、信息技术的飞速发展，引发了自动化系统结构的变革。
4. 化工仪表及自动化系统的分类✧需要测量和控制的参数是多种多样的，主要有热工量（压力、流量、液位、温度）和成分（或物性）量。
✧化工自动化仪表按其功能分为：检测、显示、控制仪表和执行器。
✧由上述各类仪表，可以构成自动检测、自动操纵、自动保护和自动控制四种自动化系统。
5.本学科的作用化工生产过程自动化是一门综合性的技术学科。
它应用自动控制学科、仪器仪表学科及计算机学科的理论与技术服务于化学工程学科。
化工仪表及自动化第5章
可编程序控制器
概论 可编程序控制器的基本组成 可编程序控制器的编程语言 OMRON C 系列 PLC 应用实例
第一节 概论
液位自动控制系统方块图
自动控制仪表的主要作用： 将被控变量的测量值与给定值相比较，产生一定的偏差，控 制仪表根据该偏差进行一定的数学运算，并将运算结果以一 定的信号形式送往执行器，以实现对被控变量的自动控制。
第二节 基本控制规律及其对系统过渡过程的影响
把比例与积分组合起来，这样控制 既及时，又能消除余差。 比例积分控制规律可用下式表示
p K P e K I edt
或
1 p K P e edt T I
若偏差是幅值为A的阶跃干扰
(TI =1/KI为积分时间)
结论
双位控制过程中一般采用振幅与周期作为品质指标 被控变量波动的上、下限在允许范围内，使周期长些比较 有利。 双位控制器结构简单、成本较低、易于实现，因而 应用很普遍。
缺点：被控变量会产生持续的等幅振荡过程。
为了避免这种情况，应该使控制阀的开度与被控变量的偏差成 比例，根据偏差的大小，控制阀可以处于不同的位臵，这样就 有可能获得与对象负荷相适应的操纵变量，从而使被控变量趋 于稳定，达到平衡状态。
第一节 概论
自动控制仪表还要具有以下功能： 偏差显示：大小和正负 输出显示： 输出显示表也称为阀位表 提供内给定信号和内、外给定的选择： 当控制器用于单回路 定值控制系统时，给定信号由控制器内部提供，称为内给定 信号；在随动控制系统中，给定信号来自控制器的外部，称 为外给定信号。 正、反作用的选择： 控制器的输入信号增大，输出增大，称 为正作用；控制器的输入信号增大，输出减小，称为反作用。 通过正、反作用开关来选择。 手动操作与手动/自动双向切换： 通过控制器的手动/自动切 换开关来切换。
化工仪表及自动化总复习及答案(吉珠专用)
化工仪表及自动化总复习第一章自动控制系统基本概念一、基本要求1. 掌握自动控制系统的组成，了解各组成部分的作用以及相互影响和联系；2. 掌握自动控制系统中常用术语，了解方块图的意义及画法；3. 掌握管道及控制流程图上常用符号的意义；4. 了解控制系统的分类形式，掌握系统的动态特性和静态特性的意义；5. 掌握闭环控制系统在阶跃干扰作用下，过渡过程的形式和过渡过程的品质指标。
二、常用概念1. 化工自动化的主要内容:自动检测，自动保护，自动操纵，自动控制系统2. 自动控制系统的基本组成: 被控对象和自动化装置（测量元件与变送器、控制器、执行器）。
3. 被控对象：对其工艺参数进行控制的机器或设备4. 被控变量：生产过程需保持恒定的变量5. 操纵变量：具体实现控制作用的变量6. 干扰作用：在生产过程中引起被控变量偏离给定值的外来因素7. 设定值：被控变量的期望值，可固定也可以按程序变化8. 偏差：给定值与测量值之间的差值9. 闭环系统：系统的输出被反馈到输入端并与设定值进行比较的系统10.开环系统：系统的输出被反馈到输入端，执行器只根据输入信号进行控制的系统11. 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12. 反馈:把系统的输出直接或经过一些环节后送到输入端，并加入到输入信号中的方法13. 负反馈：反馈信号的作用方向与给定信号相反，即偏差信号为两者之差（e=x—z）14. 正反馈：反馈信号的作用方向与原来的信号相同，使信号增强（e=x+z）三、问答题1. 控制系统按被调参数的变化规律可分为哪几类？简述每种形式的基本含义。
答：定值控制系统：给定值为常数随动控制系统：给定值随机变化程序控制系统：给定值按一定时间程序变化2.在阶跃扰动作用下，控制系统的过渡过程有哪几种形式? 其中哪些形式能基本满足控制要求？答：1.非周期衰减过程2.衰减振荡过程3.等幅振荡过程4.分散振荡过程1,2能基本满足控制要求，但1进程缓慢，只用于系统不允许震振荡时3. 试述控制系统衰减振荡过程的品质指标及其含义。
化工仪表及自动化课后习题答案第四
第一章，自动控制系统1、化工自动化主要包括哪些内容。
自动检测，自动保护，自动操纵和自动控制等。
2、闭环控制系统与开环控制系统的区别。
闭环控制系统有负反馈，开环系统中被控变量是不反馈到输入端的。
3、自动控制系统主要有哪些环节组成。
自动化装置及被控对象。
4、什么是负反馈，负反馈在自动控制系统中的意义。
这种把系统的输出信号直接或经过一些环节重新返回到输入端的做法叫做反馈，当反馈信号取负值时叫负反馈。
5、自动控制系统分类。
定值控制系统，随动控制系统，程序控制系统6、自动控制系统衰减振荡过渡过程的品质指标有及影响因素。
最大偏差，衰减比，余差，过渡时间，振荡周期对象的性质，主要包括换热器的负荷大小，换热器的结构、尺寸、材质等，换热器内的换热情况、散热情况及结垢程度等。
7、什么是静态和动态。
当进入被控对象的量和流出对象的量相等时处于静态。
从干扰发生开始，经过控制，直到系统重新建立平衡，在这一段时间中，整个系统的各个环节和信号都处于变动状态之中，所以这种状态叫做动态。
第二章，过程特性及其数学模型1、什么是对象特征，为什么要研究它。
1/9对象输入量与输出量之间的关系系统的控制质量与组成系统的每一个环节的特性都有密切的关系。
特别是被控对象的特性对控制质量的影响很大。
2、建立对象的数学模型有哪两类机理建模：根据对象或生产过程的内部机理，列写出各种有关的平衡方程，从而获取对象的数学模型。
实验建模：用实验的方法来研究对象的特性，对实验得到的数据或曲线再加以必要的数据处理，使之转化为描述对象特性的数学模型。
混合建模：将机理建模和实验建模结合起来的，先由机理分析的方法提供数学模型的结构形式，然后对其中某些未知的或不确定的参数利用实测的方法给予确定。
3、反映对象特性的参数有哪些。
各有什么物理意义。
它们对自动控制系统有什么影响。
放大系数K：对象重新稳定后的输出变化量与输入变化量之比。
对象的放大系数K越大，就表示对象的输入量有一定变化时对输出量的影响越大。
化工仪表及自动化复习重点
自动控制系统的基本概念系统组成：被控对象+自动控制装置（测量变送+控制器+执行器）测量变送：将现场各种非电量信号转化为电信号输出控制器：它接受变送器送来的信号，与工艺需要进行比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果，然后将此结果用特定信号发送出去。
执行器：根据控制器送来的信号值来改变阀门的开启度。
系统表示形式：1,方框图(简单控制系统）2，管道及仪表流程图基本符号：A报警 C 控制I 指示Q 累计R 记录打印T 传送系统分类：开环，闭环1.定值控制系统：所谓定值就是恒定给定值的简称。
工艺生产中，如果要求控制系统的作用是使被控制的工艺参数保持在一个生产指标上不变,或者说要求被控变量的给定值不变，那么就需要采用定值控制系统2.随动控制系统（自动跟踪系统）:这类操作系统的特点是给定值不断的变化，而且这种变化不是预先规定好了的,也就是说给定值是随机变化的.3.程序控制系统（顺序控制系统)：这类系统的给定值是变化的，但他是一个已知的时间函数，即生产技术指标需按一定的时间程序变化。
系统品质指标：过渡过程总体要求（稳、快、准）评价一个过程控制系统的性能和质量，主要考虑系统的稳定性、快速性、准确性和相应的品质指标单项指标(最大偏差、过渡时间、衰减比、余差）最大偏差: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。
过渡时间：从干扰作用发生的时刻起,直到系统建立新的平衡时止,过渡过程所经历的时间叫过渡时间.衰减比：表示衰减程度的指标是衰减比，他是前后相邻两个峰值的比.余差:当过渡过程终了时,被控变量所达到的新的稳态值与给定值之间的偏差叫做余差。
绘制控制系统的管道及仪表流程图自动控制系统的基本概念测量变送部分测量基本概念：仪表性能指标：绝对误差精度等级变差绝对误差：被校仪表值减去标准仪表值.精度等级：精度等级数值越小就表征该仪表的精确度等级越高,也说明了该仪表的精度越高。
常用精度等级有0.005 0。
02 0.05 0。
【2024版】《化工仪表及自动化》课程教学大纲
可编辑修改精选全文完整版《化工仪表及自动化》课程教学大纲一、课程基本信息1．课程编号：2．课程名称：化工仪表及自动化3．英文名称：Chemical Engineering Instruments and Automation4. 课程简介：本课程是化学工程与工艺专业本科生开设的一门专业必修课程。
化工仪表及自动化是一门综合性的技术学科，它应用自动控制学科、仪表仪器学科及计算机学科的理论与技术服务于化学工程学科。
化工安全生产技术课程的主要内容有自动控制系统的基本概念，过程特性及其数学模型，检测仪表及传感器，自动控制仪表，执行器，简单控制系统，复杂控制系统，新型控制系统计算机控制系统及典型化工单元的控制方案等。
二、课程说明1．教学目的和要求：通过本课程基本原理的学习，使学生通过本课程学习后，应使学生了解化工自动化的基本知识，理解自动控制系统的组成、基本原理及各环节的作用，能根据工艺的要求，与自控设计人员共同讨论和提出合理的自动控制方案等。
2．与相关课程衔接：该课程是分析化学、化工原理之后的一门必修课程。
3．学时：总学时32、周学时24．开课学期：第7学期5．教学方法：多媒体讲授，并与学生互动教学。
6．考核方式：考查；成绩组成：平时成绩40%和考试成绩60%7．教材：厉玉鸣主编，化工仪表及自动化（第五版），化学工业出版社，2011年.8．教学参考资料：1）厉玉鸣主编.化工仪表及自动化（第四版）.北京：化学工业出版社，2006.2）杨丽明，张光新.化工仪表及自动化.北京：化学工业出版社，2004.3）俞金寿.过程自动化及仪表.第二版.北京：化学工业出版社.三、课程内容与教学要求绪论：教学目标：了解和掌握化工自动化的定义，实现化工自动化的目的，了解和掌握化工自动化的发展历程及和其他学科的联系。
教学重点：化工自动化的定义，实现化工自动化的目的。
教学难点：实现化工自动化的目的。
授课时数：2学时第一章自动控制系统基本概念教学目标：理解化工自动化的主要内容，自动控制系统的基本组成及表示形式，掌握自动控制系统的过渡过程和品质指标。
化工仪表及自动化课后习题答案
1. 化工自动化是化工、炼油、食品、轻工等化工类型生产过程自动化的简称。
在化工设备上，配备上一些自动化装置，代替操作人员的部分直接劳动，使生产在不同程度上自动地进行，这种用自动化装置来管理化工生产过程的办法，称为化工自动化。
实现化工生产过程自动化的意义：（1）加快生产速度，降低生产成本，提高产品产量和质量。
（2）减轻劳动强度，改善劳动条件。
（3）能够保证生产安全，防止事故发生或扩大，达到延长设备使用寿命，提高设备利用能力的目的。
（4）能改变劳动方式，提高工人文化技术水平，为逐步地消灭体力劳动和脑力劳动之间的差别创造条件。
2、一般要包括自动检测、自动保护、自动操纵和自动控制等方面的内容。
3、闭环控制有反馈环节，通过反馈系统是系统的精确度提高,响应时间缩短,适合于对系统的响应时间,稳定性要求高的系统. 开环控制没有反馈环节，系统的稳定性不高,响应时间相对来说很长,精确度不高,使用于对系统稳定性精确度要求不高的简单的系统。
4、自动控制系统主要由哪些环节组成？自动控制系统主要由测量元件与变送器、自动控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。
5、p76、PI-307表示就地安装的压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07；TRC-303表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的温度控制仪表；工段号为3，仪表序号为03；FRC-305表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的流量控制仪表；工段号为3，仪表序号为05。
7、方块图是用来表示控制系统中各环节之间作用关系的一种图形，由于各个环节在图中都用一个方块表示，故称之为方块图。
8、测量变送装置的功能是测量被控变量的大小并转化为一种特定的、统一的输出信号（如气压信号或电压、电流信号等）送往控制器；控制器接受测量变送器送来的信号，与工艺上需要保持的被控变量的设定值相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果，然后将此结果用特定信号（气压或电流）发送出去。
执行器即控制阀，它能自动地根据控制器送来的信号值来改变阀门的开启度，从而改变操纵变量的大小。
化工仪表及自动化答案--05
•Eg.数字电流表，测量范围0~20.0mA，若读数为5.00mA， 则分辨力为0.01mA。
4.分辨力与分辨率（数字式）
（2）最高分辨力：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。
2.变送器的输入输出特性
变送器输入输出特性的一般表达式：
y
=
ymax xmax
− ymin − xmin
( x − xmin ) +
ymin
x max , x min : 变送器测量范围的上、下限值；
ymax , ymin : 变送器输出信号的上、下限值。
Eg.有一台DDZⅢ型两线制差压变送器，已知其测量范 围为20~100KPa，当输入信号为40KPa时，变送器 的输出信号是多少？
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。
• Eg.炉温测量
热电偶
毫伏测量仪
被测温度
直流毫伏信号
指针位移
热电效应
2.测量误差
【引】测量过程中，由于所使用的测量工具本身不够准确， 观测者的主观性和周围环境的影响等等，使得测量的结果 不可能绝对准确。
（1）测量误差：由仪表读得的被测值与被测量真值之间，总 是存在一定的差距，这一差距称为~。
1.精确度（精度）
Eg2.某台测温仪表的测温范围为0~500℃，要求测量时误差 不大于6℃，试选择仪表的精度等级。
解：δ允工艺
=
±
∆ max 允工艺 A
×100%
=
±
6 500
×100%
=
± 1.2%
化工仪表及自动化答案精选全文
可编辑修改精选全文完整版化工仪表及自动化答案第一章自动控制系统基本概念4.自动控制系统主要由哪些环节组成答：主要由测量与变送器、自动控制器、执行器、被控对象组成。
9.试分别说明什么是被控对象、被控变量、给定值、操纵变量答：在自动控制系统中，将需要控制其工艺参数的生产设备或机器叫被控对象。
生产过程中所要保持恒定的变量，在自动控制系统中称为被控变量。
工艺上希望保持的被控变量即给定值。
具体实现控制作用的变量叫做操纵变量。
12.什么是负反馈负反馈在自动控制系统中有什么重要意义答：系统的输出变量是被控变量，但是它经过测量元件和变送器后，又返回到系统的输入端，能够使原来的信号减弱的做法叫做负反馈。
负反馈在自动控制系统中的重要意义是当被控变量，y受到干扰的影响而升高时，只有负反馈才能使反馈信号升高，经过比较到控制器去的偏差信号将降低，此时控制器将发出信号而使控制阀的开度发生变化，变化的方向为负，从而使被控变量下降回到给定值，这样就达到了控制的目的。
11.图1-18所示试画方框图，并指出该系统的被控对象、被控变量、操纵变量及可能影响被被控对象：反应器被控变量：反应温度操纵变量：冷却水流量：干扰变量A、B的流量、温度。
13.结合11题，说明该温度控制系统是一个具有负反馈的闭环系统。
当被控变量反应温度上升后，反馈信号升高，经过比较使控制器的偏差信号e降低。
此时，控制器将发出信号而使控制阀的开度变大，加大冷却水流量，从而使被控变量下降到。
所以该温度控制系统是一个具有反馈的闭环系统。
14.图1-18所示的温度控制系统中，如果由于进料温度升高使反应器内的温度超过给定值，试说明此时该控制系统的工作情况，此时系统是如何通过控制作用来克服干扰作用对被控制变量影响的当反应器的温度超过给定值时，温度控制器将比较的偏差经过控制运算后，输出控制信号使冷却水阀门开度增大，从而增大冷却水流量，使反应器内的温度降下来。
这样便可以通过控制作用克服干扰作用对被控变量的影响。
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适用于要求控制和密封的场合。
凸轮挠曲阀
第一节 气动执行器
（9）笼式阀
特点 缺点
可调比大、振动小、不平衡力小、结构简 单、套筒互换性好，更换不同的套筒可得到不 同的流量特性，阀内部件所受的汽蚀小、噪声 小，是一种性能优良的阀，特别适用于要求低 噪声及压差较大的场合。
2.执行机构的分类
结 薄膜式 结构简单、价格便宜、维修方便，应用广泛。
构
活塞式
推力较大，用于大口径、高压降控制阀或 蝶阀的推动装置。
长行程 行程长、转矩大，适于输出转角（60°～90°） 和力矩。
气动薄膜式执行机构有正作用和反作用两种形式。 根据有无弹簧可分为有弹簧的及无弹簧的执行机构。
采用电/气转换器或电/气阀门定位器，使传送信号 为电信号，现场操作为气动信号。
气信号
电信号
电动调节阀
电动调节阀采用电动执行机构
优点：动作较快、能源获取方便，特别适于远 距离的信号传送， 缺点：输出力较小、价格贵，且一般只适用于 防爆要求不高的场合。
概述
气动控制仪表
气-电转换器
气动执行器
电-气转换器
不适用高温、高黏度及含有固体颗粒的流体。
笼式阀
气动薄膜 气动薄膜 直通单座阀 直通双座阀
气动蝶阀
气动球阀
气动切断阀
气动薄膜 角形阀
电动 直通单座阀
电动 隔膜阀
电动 三通阀
电磁阀
手动截止阀
第一节 气动执行器
二、控制阀的流量特性
控制阀的流量特性是指被控介质流过阀门的相对 流量与阀门的相对开度（相对位移）间的关系，即
Qmax R
Qm a x
R
R为控制阀的可调范围或可调比。
第一节 气动执行器
注意！ Qmin不等于控制阀全关时的泄漏量，一般是Qmax的2％～4％。
将式（5-4）代入式（5-3），可得
Q 1 1 1 l Qmax R R L
（5-5）
注意：当可调比R不同时，特性曲线在纵坐标上的起 点是不同的。
举例 当R=30,l/L=0时，Q/Qmax=0.33
在10％时，流量变化的相对值为 在50％时，流量变化的相对值为 在80％时，流量变化的相对值为
20 10 100% 100% 10
60 50 100% 20% 50
90 80 100% 12.5% 80
在流量小时，流量变化的相对值大； 在流量大时，流量变化的相对值小。
化工仪表及自动化
第五章 执行器 储运1202 谷文力
概述
执行器
作用 接受控制器的输出信号,直接控制能量或物料等调
节介质的输送量,达到控制温度、压力、流量、液 位等工艺参数的目的。
按能源形式分类
气动执行器 电动执行器 液动执行器
从结构来说 执行机构 调节(控制)机构
执行器的分类
5.1.1 气动执行器的结构与分类
气动执行器由执行机构和 控制机构（阀门）两部分组成。 执行机构是推动装置，它 是将信号压力的大小转换为相应 的推力，进而改变阀杆位移的装 置。 控制机构是阀门，它将阀 杆的位移转换为流通面积的大小。
1.执行机构
薄膜式 结构简单、价格便宜、维修方便，应用广泛。 活塞式 推力较大，用于大口径、高压降控制阀或
角形阀
第一节 气动执行器
（4）三通控制阀
（A）分流型 （B）合流型
共有三个出入口与工艺 管道连接。
按照流通方式分
（A）
特点
合流型和分流型两种
（B）
三通阀
可以用来代替两个直通阀，适用于配 比控制与旁路控制。能够节省资源， 可以省掉一个二通阀和一个三通接管。
电动 三通阀
第一节 气动执行器
（5）隔膜控制阀 采用耐腐蚀衬里的阀体和隔膜。
图5-13 控制阀的理想流 量特性
1—直线；2—等百分 比(对数) ；3—快开 ； 4—抛物线
第一节 气动执行器
将（5-2）积分可得
Q K l C
Qm a x
L
（5-3）
边界条件：l=0时，Q=Qmin; l=L时Q=Qmax
把边界条件代入式（5-3），可分别得
C Qmin 1 , K 1 Qmin 1 1 （5-4）
图6-7 蝶阀
（7）球阀 球阀的阀芯与阀体都呈球形体，转动阀芯使之与阀
体处于不同的相对位置时，就具有不同的流通面积，以 达到流量控制的目的。
流量变化较快，可起控制和切断的作用，常用于双 位式控制。
图6-8 球阀
图6-9 球阀阀芯的形状
（8）凸轮挠曲阀
阀芯呈扇形球面状，与挠曲臂及轴套一起铸成， 固定在转动轴上。
缺点 不适用高温、高黏度及含有固体颗粒的流体。 套筒
图6-11 笼式阀
5.1.2 调节阀的流量特性
调节阀的阀芯位移与流量之间的关系，对控制 系统的调节品质有很大影响。
流量特性的定义：
被控介质流过阀门的相对流量与阀门的相对开 度（相对位移）间的关系称为调节阀的流量特性。
Q
l
= f( )
Qmax
L
相对流量Q/Qmax 是控制阀某一开度流量Q与全开
第一节 气动执行器
（2）直通双座控制阀 阀体内有两个阀芯和两个阀座。
特点 流体流过的时候，不平衡力小。 缺点 密闭不同时时，容易泄漏。
直通双座阀
第一节 气动执行器
（3）角形控制阀 角形阀的两个接管呈直角形。 流向一般是底进侧出。
特点
流路简单、阻力较小。 适于现场管道要求直角连接，介 质为高黏度、高压差和含有少量悬浮 物和固体颗粒状的场合。
流通截面积
调节机构 操纵变量的流量
执行机构：根据控制信号产生推力(薄膜、活塞、马达…)。 执行器的推动装置，根据控制信号的大小，产生相应的 推力，推动控制机构动作。有正作用和反作用执行机构 之分。
正作用：来自控制器信号压力增大时，阀杆向下动作。 反作用：来自控制器信号压力增大是，阀杆向上动作。
缺点
由于加工的限制，上下两个阀 芯阀座不易保证同时密闭，因 此泄漏量较大。
图6-3 直通双座阀
根据阀芯与阀座的相对位置
可分为正作用式与反作用式两种形式。
（6）蝶阀
特点 缺点
结构简单、重量轻、价格便宜、流阻极小。适 用于大口径、大流量、低压差的场合，也可以 用于含少量纤维或悬浮颗粒状介质的控制。
泄漏量大。
时流量Qmax之比；相对开度l/L 是控制阀某一开度行
程l与全开行程L之比。
调节阀的流量特性不仅与阀门 的结构和开度有关，还与阀前后的 压差有关，必须分开讨论。
L
固有流量特性：对应阀前后压差固定。
工作流量特性：对应实际工作情况（实 际工作时的流量特性）。
Q
1、固有（理想）流量特性 在将控制阀前后压差固定时得到的流量特性 称为固有流量特性。它取决于阀芯的形状。
蝶阀的推动装置。 长行程 行程长、转矩大，适于输出转角（0°～90°）
和力矩。
执行机构按调节器输出的控制信 号，驱动调节机构动作。气动执 行机构的输出方式有角行程输出 和直行程输出两种。
PO
执行机构 F → l M→θ
流通截面积
调节机构 操纵变量的流量
直行程输出的气动执行机构有两类。
薄膜式执行机构
－－按使用的能源形式：
气动执行器
电动执行器
气动阀
电动阀
液动执行器
在过程控制领域应用很少
－－按阀门的输出：
连续式(0～100％) 开关式(ON/OFF) 调节阀
常用辅助设备
阀门定位器：利用反 馈原理来改善执行器 的性能，使执行器能 按控制器的控制信号， 实现准确的定位。
手轮机构
阀位指示标牌 阀杆
气动薄膜室 推杆 阀门
特点 阀芯球面与阀座密封圈紧密接触，密封性好。 重量轻、体积小、安装方便，适用于高黏度或 带有悬浮物的介质流量控制。
阀芯
挠曲臂 图6-10 凸轮挠曲阀
（9）笼式阀 特点 可调比大、振动小、不平衡力小、结构简单、套
筒互换性好，更换不同的可得到不同的流量特性，阀 内部件所受的汽蚀小、噪声小，是一种性能优良的阀， 特别适用于要求低噪声及压差较大的场合。
第一节 气动执行器
3.控制阀的分类
根据不同的使用要求，控制阀的结构形式主要有以下几种。 （1）直通单座控制阀 阀体内只有一个阀芯与阀座。 特点 结构简单、价格便宜、全关时泄漏量少。
缺点 在压差大的时候，流体对阀芯上下作用的推 力不平衡，这种不平衡力会影响阀芯的移动。 适用于小口径、低压差的场合。
直通单座阀
可见： （1）在小开度工作时，相对流量变化太大，控制作用太
强，容易引起超调，产生振荡； （2）大开度时，相对流量变化小，控制作用太弱，造成
控制作用不及时。
第一节 气动执行器
（2）等百分比（对数）流量特性
等百分比流量特性是指单位相对行程变化所引起的相 对流量变化与此点的相对流量成正比关系。
将（5-6）积分
PO
执行机构 F → l M→θ
流通截面积
调节机构 操纵变量的流量
控制机构：根据推力产生位移或转角，改变开度。
是执行器的控制部分，直接与被控介质接触，控制 流体的流量。所以它是将阀杆的位移转换为流过阀 的流量的装置。
正装阀芯：推杆下移时阀门关小。 反装阀芯：推杆下移时阀门开大。
第一节 气动执行器
3.控制阀的分类
（1）直通单座控制阀
阀体内只有一个阀芯与阀座。 特点 结构简单、价格便宜、全关时泄漏量少。 缺点 在压差大的时候，流体对阀芯上下作用的推
力不平衡，这种不平衡力会影响阀芯的移动。 适用于小口径、低压差的场合。