厉玉鸣《化工仪表及自动化》课件第二章 压力检测
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化工仪表及自动化全套课件完整ppt课件完整版(2024)
绿色化
环保意识的提高将促使化工仪 表向绿色化方向发展，采用环
保材料和低能耗技术。
9
02
自动化基础知识
2024/1/29
10
自动化概念及原理
2024/1/29
自动化的定义
指机器设备、系统或过程（生产、管理过程）在没有人或较少人的直接参与下，按照人 的要求，经过自动检测、信息处理、分析判断、操纵控制，实现预期的目标的过程。
2024/1/29
39
现场总线技术实践
2024/1/29
01 02 03
现场总线概述
现场总线是一种用于连接智能现场设备和自动化系统的全 数字、双向、多站的通信系统。它将传统的4-20mA模拟 信号传输方式转变为数字信号传输方式，提高了信号传输 的准确性和可靠性。
现场总线技术实践
在化工生产中，现场总线技术被广泛应用于设备间的通信 和数据传输。通过现场总线技术，可以实现设备间的实时 数据交换和远程控制，提高生产过程的透明度和可控性。
控制器
接收变送器输出的标准信号，与
设定值进行比较，得到偏差信号 ，并根据偏差信号的大小和方向
输出控制信号。
执行器
接收控制器输出的控制信号，动 作改变被控对象的参数。
测量元件
用于测量被控对象的各种工艺参 数，如温度、压力、流量等。
被控对象
需要实现自动控制的机器设备、 系统或过程。
2024/1/29
12
易于维护
化工仪表需要定期维护和校准，因此需要具备易于维护的特 点。
8
化工仪表发展趋势
智能化
随着人工智能技术的发展，化 工仪表将越来越智能化，能够 实现自适应控制、远程监控等
功能。
2024/1/29
环保意识的提高将促使化工仪 表向绿色化方向发展，采用环
保材料和低能耗技术。
9
02
自动化基础知识
2024/1/29
10
自动化概念及原理
2024/1/29
自动化的定义
指机器设备、系统或过程（生产、管理过程）在没有人或较少人的直接参与下，按照人 的要求，经过自动检测、信息处理、分析判断、操纵控制，实现预期的目标的过程。
2024/1/29
39
现场总线技术实践
2024/1/29
01 02 03
现场总线概述
现场总线是一种用于连接智能现场设备和自动化系统的全 数字、双向、多站的通信系统。它将传统的4-20mA模拟 信号传输方式转变为数字信号传输方式，提高了信号传输 的准确性和可靠性。
现场总线技术实践
在化工生产中，现场总线技术被广泛应用于设备间的通信 和数据传输。通过现场总线技术，可以实现设备间的实时 数据交换和远程控制，提高生产过程的透明度和可控性。
控制器
接收变送器输出的标准信号，与
设定值进行比较，得到偏差信号 ，并根据偏差信号的大小和方向
输出控制信号。
执行器
接收控制器输出的控制信号，动 作改变被控对象的参数。
测量元件
用于测量被控对象的各种工艺参 数，如温度、压力、流量等。
被控对象
需要实现自动控制的机器设备、 系统或过程。
2024/1/29
12
易于维护
化工仪表需要定期维护和校准，因此需要具备易于维护的特 点。
8
化工仪表发展趋势
智能化
随着人工智能技术的发展，化 工仪表将越来越智能化，能够 实现自适应控制、远程监控等
功能。
2024/1/29
化工仪表及自动化教案ppt课件
04
03
02 自动化基础知识
自动化的概念与原理
自动化的定义
指机器设备、系统或过程（生产、管理过程）在没有人或较少人的直接参与下，按照人的要求，经过自动检测、 信息处理、分析判断、操纵控制，实现预期的目标的过程。
自动化的原理
通过采用各种检测仪表对工艺参数进行测量，变送器将测量值转换成标准信号，输入到控制器中，与设定值进行 比较，得出偏差信号，经控制器按一定规律运算后输出控制信号，控制执行器动作，使被控变量稳定在工艺要求 的范围内。
测量法
使用测量工具对自动化系统的关键参数进行 测量，分析故障原因。
替换法
将怀疑有故障的部件替换为正常部件，观察 系统是否恢复正常运行。
逐步排查法
按照故障现象和可能原因，逐步排查并修复 故障。
化工仪表及自动化的管理规范与制度
制定管理制度
建立完善的化工仪表及自动化管理制度，明 确各级人员的职责和权限。
热电偶温度计
利用热电效应原理，将温度转换为电势进行测量 ，具有测量范围广、精度高等优点。
3
热电阻温度计
利用金属或半导体材料的电阻随温度变化的特性 进行测量，如铂电阻温度计、铜电阻温度计等。
流量测量仪表
差压式流量计
利用流体流动时产生的差压与流 量之间的关系进行测量，如孔板 流量计、喷嘴流量计等。
转子流量计
智能化传感器技术
提高测量精度和稳定性，实现自适应和自校准功能。
智能化执行器技术
优化控制算法，提高执行效率和响应速度。
智能化数据处理技术
实现数据实时分析、故障预测和远程监控功能。
工业物联网技术在化工自动化中的融合与发展
设备互联与数据共享
实现化工设备与系统之间的无缝对接和数据共享，提高生产效率 和管理水平。
厉玉鸣第四版化工仪表及自动化绪论2024新版
计算机控制系统的组成及分类
计算机控制系统的组成
包括被控对象、测量变送器、控制器、执行器和人机接口等部分。
计算机控制系统的分类
根据控制策略的不同，可分为开环控制系统和闭环控制系统；根据控制器的不同，可分为数字控制器 和模拟控制器；根据系统结构的不同，可分为集中式控制系统和分布式控制系统。
计算机控制系统的硬件和软件
自适应控制
根据被控对象特性的变化，自动调整控制器 参数，保持系统性能最优。
预测控制
基于被控对象的模型预测未来输出，实现优 化控制。
智能控制
利用人工智能、神经网络等技术，实现复杂 过程的智能优化控制。
鲁棒控制
针对被控对象的不确定性和干扰，设计鲁棒 性强的控制器，确保系统稳定可靠。
05
计算机控制系统
概述
自动控制系统的过渡过程及品质指标
过渡过程的定义
系统从一个稳态过渡到另一个稳态的过程。
过渡过程的品质指标
最大偏差、超调量、调节时间等。
改善过渡过程品质的方法
选择合适的控制器参数、采用串级控制或前 馈控制等。
被控对象的特性
被控对象的定义
在自动控制系统中，需要对 其进行控制的设备或生产过 程。
被控对象的特性参数
自动化仪表及控制系统的发展趋势
智能化
网络化
随着人工智能技术的发展，自动化仪表将 具备更强的数据处理和学习能力，实现自 适应控制和优化控制。
借助工业互联网技术，实现自动化仪表与 控制系统的远程监控和故障诊断，提高生 产效率和安全性。
集成化
绿色化
将多个自动化仪表和控制系统集成到一个 平台上，实现统一管理和优化调度，提高 整体性能。
实例二
压力控制系统在气体压缩中的应用。通过自动化仪表测量压缩机出口压力，并将信号传递给控制器，控制器根据设定 值与测量值的偏差输出控制信号，调节压缩机的转速或阀门的开度，使出口压力保持稳定。
化工仪表基础-第二章压力检测
具有高灵敏度、快速响应、抗干扰能力强等优点，但需要外 部电源供电。
压阻式压力传感器
利用半导体材料的压阻效应，将压力转换为电阻值变化进 行测量。
具有测量精度高、稳定性好、温度稳定性高等优点，但需 要外部电源供电。
电容式压力传感器
利用电容原理，将压力转换为电容值变化进行测量。 具有测量范围广、精度高、稳定性好等优点，但需要外部电源供电。
压力检测仪表的选型与使用
选型原则
在选择压力检测仪表时，应考虑测量范围、精度、稳定性、 环境因素和安装条件等因素，以确保所选仪表能够满足实际 生产的需求。
使用注意事项
在使用压力检测仪表时，应注意定期校准和维护，避免超量 程使用，同时要关注仪表的安装和连接方式，确保其能够正 确、安全地工作。
02 压力检测仪表的工作原理
要意义。
航空航天中的压力检测
在航空航天领域，压力检测是保 证飞行安全的重要手段之一。
压力检测仪表用于测量飞机或航 天器内的气压和氧气压力等参数， 确保飞行过程中的安全和舒适。
航空航天中的压力检测仪表需要 具备高精度、高可靠性和抗干扰 能力，以确保在复杂的环境条件 下能够准确测量各种压力参数。
04 压力检测仪表的维护与校 准
在化工生产过程中，压力是重要的工 艺参数之一，对产品的质量和安全具 有重要影响，因此压力检测是化工生 产中必不可少的环节。
压力检测的原理与分类
压力检测原理
压力检测的原理主要是利用压力传感器的敏感元件，将压力信号转换为电信号 或气信号，再通过二次仪表或控制系统进行显示、记录和控制。
压力检测分类
根据测量原理和应用场合的不同，压力检测可以分为多种类型，如绝对压力、 表压、真空度等。
实验室中的压力检测
化工仪表及自动化厉玉鸣
化工仪表及自动化简介化工仪表及自动化是现代化工生产中必不可少的一项技术。
化工仪表的作用是通过测量和控制参数来确保化工过程的安全、稳定和高效运行，而自动化技术则通过将化工过程中繁琐的操作和控制任务交由计算机系统完成，提高生产效率和降低人为误操作的风险。
本文将介绍化工仪表及自动化的基本概念和原理，以及它们在化工行业中的应用和发展。
化工仪表的概念和原理化工仪表是用于测量和控制化工过程中各种参数的设备和仪器。
它可以测量温度、压力、流量、液位等参数，并将这些参数转化为电信号进行传输和处理。
化工仪表的工作原理通常基于物理量与电信号之间的相互转换，下面我们将介绍几种常见的化工仪表及其工作原理。
温度传感器温度传感器广泛应用于化工过程中的温度测量。
最常见的温度传感器是热电偶和热电阻，它们的工作原理都是利用不同材料之间的温度差引起的电势差或电阻值变化来测量温度。
热电偶是由两种不同材料的导线组成，当两种导线的接触点处于不同温度时，导线之间会产生一个热电势差。
根据热电势差的大小可以计算出温度值。
热电阻是利用材料的电阻与温度之间的关系来测量温度。
最常用的热电阻是铂电阻，它的电阻值与温度呈线性关系。
通过测量电阻值可以准确计算出温度。
压力传感器压力传感器用于测量化工过程中的压力变化。
常见的压力传感器有压阻式压力传感器和压电式压力传感器。
压阻式压力传感器是利用材料的电阻值与压力之间的关系来测量压力。
当被测介质施加压力时，导电材料的电阻值会发生变化，通过测量电阻值的变化可以得到压力值。
压电式压力传感器是利用压电效应来测量压力。
压电材料在受到压力作用时会产生电荷，通过测量产生的电荷量可以得到压力值。
流量计流量计用于测量化工过程中的流体流量。
常见的流量计有涡轮流量计和电磁流量计。
涡轮流量计利用涡轮转动的原理来测量流体流量。
当流体通过涡轮流量计时，涡轮会受到流体冲击而转动，根据涡轮转动的速度可以计算出流体流量。
电磁流量计则是利用电磁感应原理来测量流体流量。
化工仪表及自动化厉玉鸣
数字式显示仪表是能将被测的连续电量(模拟量)自动 地变成断续量,然后进行数字编码,并将测量结果以数字 显示的电测仪表。
模拟量
数字量
读出
A/D变换器
电子计数器 显示器
图6-8 数字式显示仪表方框图
17
第二节 数字式显示仪表
特点
准确度、灵敏度高; 读数方便、清晰直观、不会产生视差。 测量速度快，从每秒几十次到每秒上百万次; 仪表的量程和被测量的极性可自动转换,可自动检查 故障、报警以及完成指定的逻辑程序; 可以方便地实现多点测量; 可以与电子计算机配合,给出一定形式的编码输出。
6
第一节 模拟式显示仪表
(4)上支路限流电阻R4 把上支路的工作电流限定在4mA。
R4
E I1
RG
RnP
（6-1）
(5)冷端温度补偿电阻 R2 降低了测量误差。 (6)下支路限流电阻R3 它与R2配合，保证了下支路回路的 工作电流为2mA。
R3
E I2
R2
（6-2）
7
第一节 模拟式显示仪表
举例 例6-1 用镍铬-镍硅热电偶配电子电位差计测量某炉 温,温度的测量范围在400~900℃。图6-4是电位差计 测 量 桥 路 。 已 知 E=1V ； I1=4mA ； I2=2mA ； R2= 5.33Ω；RP∥RB=90Ω。试根据测温要求确定桥路中 的其他电阻值。
11
第一节 模拟式显示仪表
二、电子自动平衡电桥
（1）平衡电桥测温原理 利用平衡电桥来测量热电阻变化。
当被测温度为下限时，Rt有最小
值 Rt0 ， 滑 动 触 点 应 在 RP 的 左 端 ， 此时电桥的平衡条件是
R3 Rt0 RP R2R4
（6-3）
模拟量
数字量
读出
A/D变换器
电子计数器 显示器
图6-8 数字式显示仪表方框图
17
第二节 数字式显示仪表
特点
准确度、灵敏度高; 读数方便、清晰直观、不会产生视差。 测量速度快，从每秒几十次到每秒上百万次; 仪表的量程和被测量的极性可自动转换,可自动检查 故障、报警以及完成指定的逻辑程序; 可以方便地实现多点测量; 可以与电子计算机配合,给出一定形式的编码输出。
6
第一节 模拟式显示仪表
(4)上支路限流电阻R4 把上支路的工作电流限定在4mA。
R4
E I1
RG
RnP
（6-1）
(5)冷端温度补偿电阻 R2 降低了测量误差。 (6)下支路限流电阻R3 它与R2配合，保证了下支路回路的 工作电流为2mA。
R3
E I2
R2
（6-2）
7
第一节 模拟式显示仪表
举例 例6-1 用镍铬-镍硅热电偶配电子电位差计测量某炉 温,温度的测量范围在400~900℃。图6-4是电位差计 测 量 桥 路 。 已 知 E=1V ； I1=4mA ； I2=2mA ； R2= 5.33Ω；RP∥RB=90Ω。试根据测温要求确定桥路中 的其他电阻值。
11
第一节 模拟式显示仪表
二、电子自动平衡电桥
（1）平衡电桥测温原理 利用平衡电桥来测量热电阻变化。
当被测温度为下限时，Rt有最小
值 Rt0 ， 滑 动 触 点 应 在 RP 的 左 端 ， 此时电桥的平衡条件是
R3 Rt0 RP R2R4
（6-3）
化工仪表及自动化ppt完整版(第三版-厉玉鸣)
如： 1.5
1.0
9
检测仪表的品质指标
化学工业出版社
注意
在工业上应用时,对检测仪表准确度的要求, 应根据生产操作的实际情况和该参数对整个工艺 过程的影响程度所提供的误差允许范围来确定, 这样才能保证生产的经济性和合理性。
10
检测仪表的品质指标
2.检测仪表的恒定度
化学工业出版社
对检测元件 输出的物理量信 号作进一步信号 转换
将检测结果 以指针位移、数 字、图像等形式, 准确地指示、记 录或储存。
8
化工仪表及自动化系统的分类
2.自动信号和联锁保护系统
化学工业出版社
对某些关键性参数设有自动信号联锁保护装臵，是 生产过程中的一种安全装臵。
自动信号联锁保护电路按主要构成元件不同分类：
8
检测仪表的品质指标
化学工业出版社
仪表的准确度等级是衡量仪表质量优劣的重要指标之一。 准确度等级数值越小，就表征该仪表的准确度等级越高， 仪表的准确度越高。工业现场用的测量仪表，其准确度大多 在0.5级以下。 仪表的精度等级一般可用不同的符号形式标志在仪表面 板上。
举例
2. 数字信号
数字信号是一种以离散形式出现的不连续信号, 通常用二进制数“0”和“1”组合的代码序列来表示。
3. 开关信号
用两种状态或用两个数值范围表示的不连续信号。
17
检测仪表与测量方法的分类
1.检测仪表的分类
化学工业出版社
①依据所测参数的不同,可分成压力 (包括差压、负压)检 测仪表、流量检测仪表、物位 (液位)检测仪表、温度检 测仪表、物质成分分析仪表及物性检测仪表等。 ②按表达示数的方式不同,可分成指示型、记录型、讯号 型、远传指示型、累积型等。 ③按精度等级及使用场合的不同,可分为实用仪表、范型 仪表和标准仪表,分别使用在现场、实验室和标定室。
厉玉鸣第四版化工仪表及自动化PPT71页
厉玉鸣第四版化工仪表及自 动化
26、机遇对于有准备的头脑有特别的 亲和力 。 27、自信是人格的核心。
28、目标的坚定是性格中最必要的力 量泉源 之一， 也是成 功的利 器之一 。没有 它，天 才也会 在矛盾 无定的 迷径中 ，徒劳 无功。- -查士 德斐尔 爵士。 29、困难就是机遇。--温斯顿．丘吉 尔。 30、我奋斗，所以我快乐。--格林财富 ❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
26、机遇对于有准备的头脑有特别的 亲和力 。 27、自信是人格的核心。
28、目标的坚定是性格中最必要的力 量泉源 之一， 也是成 功的利 器之一 。没有 它，天 才也会 在矛盾 无定的 迷径中 ，徒劳 无功。- -查士 德斐尔 爵士。 29、困难就是机遇。--温斯顿．丘吉 尔。 30、我奋斗，所以我快乐。--格林财富 ❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
化工仪表及自动化厉玉鸣PPT
解：由附录三可以查得 E(800,0)=33.277(mV) E(30,0)=1.203(mV) 将上述数据代入式(5-3),即得E(800,30)=E(800,0) -
E(30,0)=32.074 ( mV)
10
第二节 热电偶温度计
例5-2 某支铂铑10-铂热电偶在工作时，自由端温度t0= 30℃,测得热电势 E(t,t0) =14.195mV，求被测介质的 实际温度。
图5-7 热电偶原理
8
图5-6 接触电势形成的过程
左图闭合回路中总的热电势
Et,t0 eAB t eAB t0 或 Et,t0 eAB t eBAt0
第二节 热电偶温度计
注意
由于热电极的材料不同,所产生的接触热电势亦不 同,因此不同热电极材料制成的热电偶在相同温度下产 生的热电势是不同的。
格低、能记录、报警与自控
容易破损、读数麻烦、一般只 能现场指示 ,不能记录与远传 精度低、不能离开测量点测量 , 量程与使用范围均有限
-100～100（150）有机液体 0 ～350（-30 ～ 650）水银
0 ～300（-50 ～ 600）
结构简单、不怕震动、具有 精度低、测量距离较远时 ,仪
防爆性、价格低廉、能记录、 表的滞后性较大、一般离开测
12
第二节 热电偶温度计
2.插入第三种导线的问题
利用热电偶测量温度时，必须要用某些仪表来测量热电势 的数值，见下图。
总的热电势
Et eAB t eBC t0 eCA t0
能电偶测温系统连接图
eAB t0 eBC t0 eCA t0 0 eAB t0 eBC t0 eCA t0 （5-5）
解:由附录一可以查得 E(30,0)=0.173(mV)
E(30,0)=32.074 ( mV)
10
第二节 热电偶温度计
例5-2 某支铂铑10-铂热电偶在工作时，自由端温度t0= 30℃,测得热电势 E(t,t0) =14.195mV，求被测介质的 实际温度。
图5-7 热电偶原理
8
图5-6 接触电势形成的过程
左图闭合回路中总的热电势
Et,t0 eAB t eAB t0 或 Et,t0 eAB t eBAt0
第二节 热电偶温度计
注意
由于热电极的材料不同,所产生的接触热电势亦不 同,因此不同热电极材料制成的热电偶在相同温度下产 生的热电势是不同的。
格低、能记录、报警与自控
容易破损、读数麻烦、一般只 能现场指示 ,不能记录与远传 精度低、不能离开测量点测量 , 量程与使用范围均有限
-100～100（150）有机液体 0 ～350（-30 ～ 650）水银
0 ～300（-50 ～ 600）
结构简单、不怕震动、具有 精度低、测量距离较远时 ,仪
防爆性、价格低廉、能记录、 表的滞后性较大、一般离开测
12
第二节 热电偶温度计
2.插入第三种导线的问题
利用热电偶测量温度时，必须要用某些仪表来测量热电势 的数值，见下图。
总的热电势
Et eAB t eBC t0 eCA t0
能电偶测温系统连接图
eAB t0 eBC t0 eCA t0 0 eAB t0 eBC t0 eCA t0 （5-5）
解:由附录一可以查得 E(30,0)=0.173(mV)
厉玉鸣第四版化工仪表及自动化第2章
31
第三节 描述对象特性的参数
将 t=T 代入式（2-33），得
hT KA 1 e1 0.632 KA
（2-35）
将式（2-34）代入式（2-35），得
hT 0.632 h
（2-36）
当对象受到阶跃输入后，被控变量达到新的稳态值的 63.2％所需的时间，就是时间常数T，实际工作中，常用这 种方法求取时间常数。显然，时间常数越大，被控变量的 变化也越慢，达到新的稳定值所需的时间也越大。
二、机理建模
优点
具有非常明确的物理意义，所得的模型具有很大 的适应性，便于对模型参数进行调整。
缺点
对于某些对象，人们还难以写出它们的数学表 达式，或者表达式中的某些系数还难以确定时， 不能适用。
11
第二节 对象数学模型的建立
举例 1.一阶对象
依据
（1）水槽对象
对象物料蓄存量的变化率 ＝单位时间流入对象的物料－单位时间流出对象的物料
dh KA h
dt t0 T
T
（2-37） （2-38）
当 t →∞时，式（2-37）可得
dh 0 dt t
（2-39）
34
第三节 描述对象特性的参数
由左下图所示，式（2-38）代表了曲线在起始点时切线的 斜率，这条切线在新的稳定值h（∞）上截得的一段时间正好 等于T。
由式（2-33），当 t =∞时，h = KA。当 t=3T时， 代入式（2-33）得
一般是在工艺 流程和设备尺 寸等都确定的 情况，研究对 象的输入变量 是如何影响输 出变量的。
（a）
研究的目 的是为了 使所设计 的控制系 统达到更 好的控制 效果。
（b）
在产品规格和产 量已确定的情况 下，通过模型计 算，确定设备的 结构、尺寸、工 艺流程和某些工 艺条件。
化工仪表及自动化第五版厉玉鸣主编
第一章实现自动化的目的：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、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，为逐步的消灭体力劳动和脑力劳动之间的差别创造条件。
化工自动化的主要内容1 、自动检测系统2、自动信号和连锁保护系统3、自动操纵及自动开停车系统4、自动控制系统自动化装置三部分1 、测量元件与变送器2、自动控制器3、执行器4、被控对象方框图控制器根据偏差信号的大小，按一定的规律运算后，发出信号p 至控制阀，使控制阀的开度发生变化，从而改变料流量以克服干扰对被控变量的影响。
，具体实现控制作用的变量叫做操纵变量。
反馈：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。
反馈信号取负值叫负反馈。
自动控制系统的分类：被控变量，温度压力流量液位，控制器控制规律，比例比例积分比例微分；被控变量的给定值是否变化分为定值控制，随动控制和程序控制。
动态和静态：被控变量不随时间变化的平衡状态成为系统的静态，二八被控变量随时间变化的不平衡状态称为系统的动态自动控制系统的过度过程和品质指标1 、非周期衰减过程衰减振荡过程等幅振荡过程发散振荡过程品质指标1 、最大偏差或超调量2、衰减比3、余差4、过渡时间5、振荡周期或频率第二章对象的输入变量至输出变量的信号联系称之为通道，控制作用至被控变量的信号联系称控制通道，干扰作用至被控变量的信号联系称干扰通道控制作用经干扰作用到被控变量非参量模型：数学模型采用曲线或数据表格表示时，参量模型：数字模型采用数学方程式描述时建模目的1 、控制系统的方案设计2、控制系统的调试和控制器参数的确定3、制定工业过程操作优化方案4、新型控制方案及控制算法的确定5、计算机仿真与过程培训系统6、设计工业过程的故障检测与诊断系统描述对象特性的参数1 、放大系数K 2、时间常数T 3、滞后时间第三章测量误差：由仪表度读得的被测值与被测量真实值之间，总是存在一定的差距，这一差距称为测量误差真值是指被测物理量客观存在的真实数值绝对误差为理论上之仪表制是指和被测量真值之间的差值相对误差等于某一点的绝对误差与标准表在这一点的指示值之比变差：同一被测参数之下，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，=最大绝对差值/测量范围上限-测量范围下限真空度=大气压力-绝对压力=负表压压力表分类：液柱式压力计、弹性式压力计、电气式压力计、活塞式压力计仪表类型的选用：满足工艺生产要求。
相关主题
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8
缺点
第一节 压力单位及测压仪表
2.弹性式压力计
化学工业出版社
它是将被测压力转换成弹性元件变形的位移进行测量的。 3.电气式压力计 它是通过机械和电气元件将被测压力转换成电量（如 电压、电流、频率等）来进行测量的仪表。
9
第一节 压力单位及测压仪表
4.活塞式压力计
化学工业出版社
当被测压力低于大气压力时，一般用负压或真空度来表示。
p真空度 p大气压力 p绝对压力
7
第一节 压力单位及测压仪表
化学工业出版社
测量压力或真空度的仪表按照其转换原理的不同，分为四类。 1.液柱式压力计 它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。 按其结构形式的不同 有U形管压力计、单管压力计等 优点 这类压力计结构简单、使用方便 其精度受工作液的毛细管作用、密度及视 差等因素的影响，测量范围较窄，一般用来测 量较低压力、真空度或压力差。
为了使大家了解国际单位制中的压力单位（Pa或 MPa）与过去的单位之间的关系，下面给出几种单位之 间的换算关系表。
5
表3-1 各种压力单位换算表
压力单 位 帕/Pa 兆帕/ MPa 工程大气压/ (kgf/cm2) 物理大气压/ atm 汞柱/ mmHg 水柱/ mH2O
霍尔效应：在半导体薄片两端通以控制电流I，并在薄 片的垂直方向施加磁感应强度为B的匀强磁场，则在垂直 于电流和磁场的方向上，将产生电势差为UH的霍尔电压 UH=RH*BI
化学工业出版社
将霍尔元件与弹簧管配合，就组成了霍尔片式弹簧管压力 传感器，当被测压力引入后，在被测压力作用下，弹簧管 自由端产生位移，因而改变了霍尔片在非均匀磁场中的位 置，使所产生的霍尔电势与被测压力成比例。利用这一电 势即可实现远距离显示和自动控制
21
第三节 电气式压力计
三、电容式压力变送器
工作原理
化学工业出版社
先将压力的变化转换为电容量的变化，然后进行测量。
1—中心感应膜片 (可动电极)； 2—固定电极； 3—测量侧； 4—隔离膜片
图2-8 电容式测量膜盒
22
化学工业出版社
四、霍尔式压力传感器
弹簧压力表 13
第二节 弹性式压力计
基本测量原理
化学工业出版社
单圈弹簧管是一根弯成270°圆弧的椭圆截面的空心金 属管子。管子的自由端B封闭，另一端固定在接头９上。当 通入被测的压力p后，由于椭圆形截面在压力p的作用下，将 趋于圆形，而弯成圆弧形的弹簧管也随之产生扩张变形。同 时，使弹簧管的自由端B产生位移。输入压力p越大，产生 的变形也越大。由于输入压力与弹簧管自由端B的位移成正 比，所以只要测得B点的位移量，就能反映压力p的大小。 注意：弹簧管自由端B的位移量一般很小，直接显示有困难， 所以必须通过放大机构才能指示出来。
图2-4 电接点信号压力表 1，4 —静触点；2 —动触 点；3 —绿灯；5 —红灯
16
第三节 电气式压力计
化学工业出版社
定义
电气式压力计是一种能将压力转换成电信号进行 传输及显示的仪表。
1. 该仪表的测量范围较广，分别可测7×10-5Pa至 5×102MPa的压力，允许误差可至0.2％； 优点 2. 由于可以远距离传送信号，所以在工业生产过 程中可以实现压力自动控制和报警，并可与工业 控制机联用。
应变片式压力传感器利用电阻应变原理构成。电阻应变片 有金属和半导体应变片两类，被测压力使应变片产生应变。当 应变片产生压缩（拉伸）应变时，其阻值减小（增加），再通 过桥式电路获得相应的毫伏级电势输出，并用毫伏计或其他记 录仪表显示出被测压力，从而组成应变片式压力计。
1—应变筒； 2— 外 壳 ； 3—密封膜片 图2-6 应变片压力传感器示意图
化学工业出版社
化工仪表及自动化
第二章 压力检测
内容提要
压力单位及测压仪表
弹性式压力计
弹性元件 弹簧管压力表
化学工业出版社
电气式压力计
应变片式压力传感器 压阻式压力传感器 电容式压力传感器
1
内容提要
智能式变送器
15
第二节 弹性式压力计
化学工业出版社
压力表指针上有动触点2，表 盘上另有两根可调节指针，上面 分别有静触点1和4。当压力超过上 限给定数值时，2和4接触，红色信 号灯5的电路被接通，红灯发亮。 若压力低到下限给定数值时，2与1 接触，接通了绿色信号灯3的电路。 1、4的位置可根据需要灵活调节。
1
1.3158×103
760
1
10.33
0.0136
14.70
1.934×10-2
1.0133
1.3332 ×10-3 0.0980 6 0.0689 5 1
水柱 （磅/ 英寸2） 巴
9.806×103 6.895×103 1×105
0.1000 0.07031 1.0197
0.09678 0.06805 0.9869
73.55 51.71 750.1
1 0.7031 10.197
1.422 1 14.50
6
化学工业出版社
第一节 压力单位及测压仪表
在压力测量中，常有表压、绝对压力、负压或真空度之分。
p表 大气压力线
p表压 p绝对压力 p大气压力
P绝
P真 P绝 零线
图2-1 绝对压力、表压、负 压（真空度）的关系
化学工业出版社
五、压电式压力传感器
当某些材料受到某一方向的压 力作用而发生变形时，内部就 产生极化现象，同时在它的两 个表面上就产生符号相反的电 荷；当压力去掉后，又重新恢 复不带电状态。这种现象称为 压电效应。具有压电效应的材 料称为压电材料。压电材料种 类较多，有石英晶体、人工制 造的压电陶瓷，还有高分子压 电变片的工作原理：当外力P作用时，弹性元件产生 ΔL/L的相对变形量，电阻值的相对变化率ΔR/R与ΔL/L存 在以下关系ΔR/R=K*ΔL/L,K为电阻应变片的灵敏系数， 由于ΔL/L 与P成正比，所以ΔR/R=K*ΔL/L,即为电阻应变 片工作原理表达式。 ΔU/U∝ ΔR/R ∝ ΔL/L ∝ P
化学工业出版社
2a 2b r
B O R A p
单圈弹簧管结构
B′
第二节 弹性式压力计
化学工业出版社
警惕！
在化工生产过程中，常需要把压力控制在某一范围内， 即当压力低于或高于给定范围时，就会破坏正常工艺条件， 甚至可能发生危险。这时就应采用带有报警或控制触点的压 力表。将普通弹簧管压力表稍加变化，便可成为电接点信号 压力表，它能在压力偏离给定范围时，及时发出信号，以提 醒操作人员注意或通过中间继电器实现压力的自动控制。
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化学工业出版社
应变片式压力传感器
化学工业出版社
应变片的结构：用直径约为0.025mm左右的具有高电阻 率的金属丝构成。电阻丝排列成删网形式，放置并粘贴在 绝缘的基片上。 应变片的规格一般是以使用面积和电阻值来表示，如 3×10mm² ,120Ω.应用应变片进行测量时，需将应变片用 粘胶剂牢固的粘贴在弹性元件的表面上。当其受力变形时， 应24变片的敏感删也随同变形，随之电阻也发生相应变化。 通过测量电路，最终将其转化为电压或电流的变化，从而 得出被测参数值来。
20
第三节 电气式压力计
特点
精度高、工作可靠、频率 响应高、迟滞小、尺寸小、 重量轻、结构简单； 便于实现显示数字化； 可以测量压力 ，稍加改 变，还可以测量差压、高度、 速度、加速度等参数。
化学工业出版社
图3-12 压阻式压力传感器 1—基座；2—单晶硅片； 3—导环；4—螺母；5—密 封垫圈；6—等效电阻
图2-2弹性元件示意图
弹簧管式弹性元件如图(a)和(b)所示，波纹管式弹性元件 如图(e)所示，薄膜式弹性元件如图(c)和(d)所示。
12
第二节 弹性式压力计
二、弹簧管压力表
分 类
化学工业出版社
使用的测压元件 圈弹簧管压力表。
单圈弹簧管压力表与多
用途 普通弹簧管压力表，耐腐蚀的氨 用压力表、禁油的氧气压力表等。 1—弹簧管；2 —拉杆；3 —扇形 齿轮；4 —中心齿轮；5 —指针； 6 —面板；7 —游丝；8 —调整螺 丝；9 —接头
优点
具有结构简单、使用可靠、读数清晰、牢 固可靠、价格低廉、测量范围宽以及有足够的 精度等优点。 可用来测量几百帕到数千兆帕范围内的压 力。
11
第二节 弹性式压力计
一、弹性元件
化学工业出版社
弹性元件是一种简易可靠的测压敏感元件。当测压范围 不同时，所用的弹性元件也不一样。
17
第三节 电气式压力计
组成
化学工业出版社
图2-5 电气式压力计组成方框图
一般由压力传感器、测量电路和信号处理装置所组成。常用 的信号处理装置有指示仪、记录仪以及控制器、微处理机等。
18
第三节 电气式压力计
一、应变片压力传感器
化学工业出版社
14
化学工业出版社
弹簧管压力表 弹簧管压力表在弹性式压力表中更是历史悠久，应用广 泛。 弹簧管压力表中压力敏感元件是弹簧管。弹簧管的 横截面呈非圆形（椭圆形或扁形），弯成圆弧形的空心管 子，如图下图所示。 管子的一端为封闭，作为位移输出 端，另一端为开口，为被测压力输入端。当开口端通入被 测压力后，非圆横截面在压力p作用下将趋向圆形，并使 弹簧管有伸直的趋势而产生力矩，其结果使弹簧管的自由 端由B移至B′而产生位移，
3
第一节 压力单位及测压仪表
压力是指均匀垂直地作用在单位面积上的力。
F S 式中，p表示压力；F表示垂直作用力； 表示受力面积。 S p
化学工业出版社
缺点
第一节 压力单位及测压仪表
2.弹性式压力计
化学工业出版社
它是将被测压力转换成弹性元件变形的位移进行测量的。 3.电气式压力计 它是通过机械和电气元件将被测压力转换成电量（如 电压、电流、频率等）来进行测量的仪表。
9
第一节 压力单位及测压仪表
4.活塞式压力计
化学工业出版社
当被测压力低于大气压力时，一般用负压或真空度来表示。
p真空度 p大气压力 p绝对压力
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第一节 压力单位及测压仪表
化学工业出版社
测量压力或真空度的仪表按照其转换原理的不同，分为四类。 1.液柱式压力计 它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。 按其结构形式的不同 有U形管压力计、单管压力计等 优点 这类压力计结构简单、使用方便 其精度受工作液的毛细管作用、密度及视 差等因素的影响，测量范围较窄，一般用来测 量较低压力、真空度或压力差。
为了使大家了解国际单位制中的压力单位（Pa或 MPa）与过去的单位之间的关系，下面给出几种单位之 间的换算关系表。
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表3-1 各种压力单位换算表
压力单 位 帕/Pa 兆帕/ MPa 工程大气压/ (kgf/cm2) 物理大气压/ atm 汞柱/ mmHg 水柱/ mH2O
霍尔效应：在半导体薄片两端通以控制电流I，并在薄 片的垂直方向施加磁感应强度为B的匀强磁场，则在垂直 于电流和磁场的方向上，将产生电势差为UH的霍尔电压 UH=RH*BI
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将霍尔元件与弹簧管配合，就组成了霍尔片式弹簧管压力 传感器，当被测压力引入后，在被测压力作用下，弹簧管 自由端产生位移，因而改变了霍尔片在非均匀磁场中的位 置，使所产生的霍尔电势与被测压力成比例。利用这一电 势即可实现远距离显示和自动控制
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第三节 电气式压力计
三、电容式压力变送器
工作原理
化学工业出版社
先将压力的变化转换为电容量的变化，然后进行测量。
1—中心感应膜片 (可动电极)； 2—固定电极； 3—测量侧； 4—隔离膜片
图2-8 电容式测量膜盒
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四、霍尔式压力传感器
弹簧压力表 13
第二节 弹性式压力计
基本测量原理
化学工业出版社
单圈弹簧管是一根弯成270°圆弧的椭圆截面的空心金 属管子。管子的自由端B封闭，另一端固定在接头９上。当 通入被测的压力p后，由于椭圆形截面在压力p的作用下，将 趋于圆形，而弯成圆弧形的弹簧管也随之产生扩张变形。同 时，使弹簧管的自由端B产生位移。输入压力p越大，产生 的变形也越大。由于输入压力与弹簧管自由端B的位移成正 比，所以只要测得B点的位移量，就能反映压力p的大小。 注意：弹簧管自由端B的位移量一般很小，直接显示有困难， 所以必须通过放大机构才能指示出来。
图2-4 电接点信号压力表 1，4 —静触点；2 —动触 点；3 —绿灯；5 —红灯
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第三节 电气式压力计
化学工业出版社
定义
电气式压力计是一种能将压力转换成电信号进行 传输及显示的仪表。
1. 该仪表的测量范围较广，分别可测7×10-5Pa至 5×102MPa的压力，允许误差可至0.2％； 优点 2. 由于可以远距离传送信号，所以在工业生产过 程中可以实现压力自动控制和报警，并可与工业 控制机联用。
应变片式压力传感器利用电阻应变原理构成。电阻应变片 有金属和半导体应变片两类，被测压力使应变片产生应变。当 应变片产生压缩（拉伸）应变时，其阻值减小（增加），再通 过桥式电路获得相应的毫伏级电势输出，并用毫伏计或其他记 录仪表显示出被测压力，从而组成应变片式压力计。
1—应变筒； 2— 外 壳 ； 3—密封膜片 图2-6 应变片压力传感器示意图
化学工业出版社
化工仪表及自动化
第二章 压力检测
内容提要
压力单位及测压仪表
弹性式压力计
弹性元件 弹簧管压力表
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电气式压力计
应变片式压力传感器 压阻式压力传感器 电容式压力传感器
1
内容提要
智能式变送器
15
第二节 弹性式压力计
化学工业出版社
压力表指针上有动触点2，表 盘上另有两根可调节指针，上面 分别有静触点1和4。当压力超过上 限给定数值时，2和4接触，红色信 号灯5的电路被接通，红灯发亮。 若压力低到下限给定数值时，2与1 接触，接通了绿色信号灯3的电路。 1、4的位置可根据需要灵活调节。
1
1.3158×103
760
1
10.33
0.0136
14.70
1.934×10-2
1.0133
1.3332 ×10-3 0.0980 6 0.0689 5 1
水柱 （磅/ 英寸2） 巴
9.806×103 6.895×103 1×105
0.1000 0.07031 1.0197
0.09678 0.06805 0.9869
73.55 51.71 750.1
1 0.7031 10.197
1.422 1 14.50
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第一节 压力单位及测压仪表
在压力测量中，常有表压、绝对压力、负压或真空度之分。
p表 大气压力线
p表压 p绝对压力 p大气压力
P绝
P真 P绝 零线
图2-1 绝对压力、表压、负 压（真空度）的关系
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五、压电式压力传感器
当某些材料受到某一方向的压 力作用而发生变形时，内部就 产生极化现象，同时在它的两 个表面上就产生符号相反的电 荷；当压力去掉后，又重新恢 复不带电状态。这种现象称为 压电效应。具有压电效应的材 料称为压电材料。压电材料种 类较多，有石英晶体、人工制 造的压电陶瓷，还有高分子压 电变片的工作原理：当外力P作用时，弹性元件产生 ΔL/L的相对变形量，电阻值的相对变化率ΔR/R与ΔL/L存 在以下关系ΔR/R=K*ΔL/L,K为电阻应变片的灵敏系数， 由于ΔL/L 与P成正比，所以ΔR/R=K*ΔL/L,即为电阻应变 片工作原理表达式。 ΔU/U∝ ΔR/R ∝ ΔL/L ∝ P
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2a 2b r
B O R A p
单圈弹簧管结构
B′
第二节 弹性式压力计
化学工业出版社
警惕！
在化工生产过程中，常需要把压力控制在某一范围内， 即当压力低于或高于给定范围时，就会破坏正常工艺条件， 甚至可能发生危险。这时就应采用带有报警或控制触点的压 力表。将普通弹簧管压力表稍加变化，便可成为电接点信号 压力表，它能在压力偏离给定范围时，及时发出信号，以提 醒操作人员注意或通过中间继电器实现压力的自动控制。
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应变片式压力传感器
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应变片的结构：用直径约为0.025mm左右的具有高电阻 率的金属丝构成。电阻丝排列成删网形式，放置并粘贴在 绝缘的基片上。 应变片的规格一般是以使用面积和电阻值来表示，如 3×10mm² ,120Ω.应用应变片进行测量时，需将应变片用 粘胶剂牢固的粘贴在弹性元件的表面上。当其受力变形时， 应24变片的敏感删也随同变形，随之电阻也发生相应变化。 通过测量电路，最终将其转化为电压或电流的变化，从而 得出被测参数值来。
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第三节 电气式压力计
特点
精度高、工作可靠、频率 响应高、迟滞小、尺寸小、 重量轻、结构简单； 便于实现显示数字化； 可以测量压力 ，稍加改 变，还可以测量差压、高度、 速度、加速度等参数。
化学工业出版社
图3-12 压阻式压力传感器 1—基座；2—单晶硅片； 3—导环；4—螺母；5—密 封垫圈；6—等效电阻
图2-2弹性元件示意图
弹簧管式弹性元件如图(a)和(b)所示，波纹管式弹性元件 如图(e)所示，薄膜式弹性元件如图(c)和(d)所示。
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第二节 弹性式压力计
二、弹簧管压力表
分 类
化学工业出版社
使用的测压元件 圈弹簧管压力表。
单圈弹簧管压力表与多
用途 普通弹簧管压力表，耐腐蚀的氨 用压力表、禁油的氧气压力表等。 1—弹簧管；2 —拉杆；3 —扇形 齿轮；4 —中心齿轮；5 —指针； 6 —面板；7 —游丝；8 —调整螺 丝；9 —接头
优点
具有结构简单、使用可靠、读数清晰、牢 固可靠、价格低廉、测量范围宽以及有足够的 精度等优点。 可用来测量几百帕到数千兆帕范围内的压 力。
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第二节 弹性式压力计
一、弹性元件
化学工业出版社
弹性元件是一种简易可靠的测压敏感元件。当测压范围 不同时，所用的弹性元件也不一样。
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第三节 电气式压力计
组成
化学工业出版社
图2-5 电气式压力计组成方框图
一般由压力传感器、测量电路和信号处理装置所组成。常用 的信号处理装置有指示仪、记录仪以及控制器、微处理机等。
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第三节 电气式压力计
一、应变片压力传感器
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弹簧管压力表 弹簧管压力表在弹性式压力表中更是历史悠久，应用广 泛。 弹簧管压力表中压力敏感元件是弹簧管。弹簧管的 横截面呈非圆形（椭圆形或扁形），弯成圆弧形的空心管 子，如图下图所示。 管子的一端为封闭，作为位移输出 端，另一端为开口，为被测压力输入端。当开口端通入被 测压力后，非圆横截面在压力p作用下将趋向圆形，并使 弹簧管有伸直的趋势而产生力矩，其结果使弹簧管的自由 端由B移至B′而产生位移，
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第一节 压力单位及测压仪表
压力是指均匀垂直地作用在单位面积上的力。
F S 式中，p表示压力；F表示垂直作用力； 表示受力面积。 S p
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