仪表自动化复习资料概要

第一章控制系统的4个基本环节：被控对象、检测仪表（测量变送环节）、控制器、执行器自动控制系统的（最）基本要求是系统运行必须是稳定的若反馈的结果是使系统的输出减小，则称为负反馈若反馈的结果是使系统的输出增加，则称为正反馈工业控制系统一般情况下都应为负反馈。

闭环——系统的输出被反馈到输入端并与设定值进行比较的系统称为闭环系统。

开环一一系统的输出没有被反馈回输入端，执行器仅只根据输入信号进行控制的系统称为开环系统。

要实现自动控制，系统必须闭环。

闭环控制系统稳定运行的必要条件是负反馈。

输出信号随输入信号的增加而增加的环节称为正作用环节输出信号随输入信号的增加而减小的环节称为反作用环节控制系统的分类按被控变量对操作变量的影响分：闭环控制系统（反馈）开环控制系统（前馈）按补偿干扰的方法分：反馈,前馈,前馈+反馈按设定值的特点区分：定值控制系统，通常要求被控变量尽量与设定值保持一致。

随动控制系统，通常要求被控变量尽可能地与设定值一起变化静态（稳态）一一被控变量不随时间变化的平衡状态（变化率为0,不是静止）。

“静态”是物料、能量、传热、传质、化学反应速度等平衡关系的最终体现。

很明显，单纯用“静态”的概念来衡量控制系统的品质指标是不充分的。

动态——被控变量随时间变化的不平衡状态。

过渡过程：受到干扰作用后系统失稳，在控制系统的作用下，被控变量回复到新的平衡状态的过程。

阶跃干扰：在某一瞬间to干扰突然阶跃式地加入系统，并保持在这个幅值。

评价和讨论一个控制系统性能优劣标准：以系统受到阶跃输入作用后的响应曲线的形式给出，最大偏差（超调量）、衰减比，余差，过渡时间，振荡周期（振荡频率）以误差性能指标的形式给出自动控制系统希望的结果：最大偏差（超调量）？越小越好衰减比一般取为4：1至10：1，不振荡：不便于操作人员掌握，余差，越小越好过渡时间？越小越好。

振荡周期？短好影响过渡过程的主要因素？固定因素：对象特性，测量仪表特性，执行器特性补偿因素：控制器特性第2章过程特性过程特性的类型：自衡的非振荡过程，无自衡的非振荡过程，自衡的振荡过程，具有反向特性的过程建模的方法：机理建模、实验建模、混合建模自衡非振荡过程的对象模型由三个基本参数决定：K、T、TK,静态增益，KO使之大些，抗干扰能力强，太大会引起系统振荡T,时间常数，一般情况希望TO小些，但不能太小，Tf大些。

T,纯滞后时间，在工艺设计时，应尽量减少或避免纯滞后时间工业上（最）常用的控制规律：双位控制，位式控制的特点：简单、过渡过程是振荡的位式控制的适用范围：时间常数大，纯滞后小，负荷变化不大也不激烈，控制要求不高。

纯比例控制P，纯比例调节系统的特点：控制及时，控制结果有余差纯比例控制适用场合：干扰幅度较小，纯滞后较小，负荷变化不大，控制要求不太高比例积分控制PI，比例控制最大的优点是反应快，控制作用及时，最大的缺点是控制结果存在余差。

积分作用的特点：消除余差，会降低系统稳定性积分控制最大的优点是消除余差，最大的缺点是动作缓慢、产生相位滞后、稳定性降低比例微分控制PD,对于有过渡滞后的对象，采用PD控制能明显改善过渡过程的品质；PD控制有超前作用。

Td为：衰减比增大；过渡过程最大偏差减少emax tp :Td太大，微分作用太强，导致反应速度过快，引起系统振荡引入微分作用以后，不能消除余差，但余差会有所减少微分作用对纯滞后的对象不起作用。

比例积分微分控制PID 液位一一滞后不大，一般控制要求不高，常用P或PI调节器；流量一一滞后很小，响应快，测量信号有脉动信号，常用PI调节器（一般不能加D）;压力一一液体介质：滞后小，气体介质：滞后适中，常用P或PI调节器，有时可用位式控制；温度一一滞后较大，响应较慢，常用PID调节器。

第三章仪表精度等级有：0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等检测仪表的主要性能指标：精确度，线性度，变差，灵敏度，分辨力，动态误差压力检测：液柱式压力检测：误差来源，温度误差，安装误差弹性式压力检测：膜片（膜盒式差压变送器：工作原理：力矩平衡，检测元件一—膜盒或膜片），波纹管，弹簧管（范围广，精度高0.15级），电气式压力检测智能式压力变送器压力检测仪表的选用，考虑仪表的量程、精度、类型（材质）量程：测量稳定压力：最大工作压力Pimax不超过上限值Pmax的3/4测量脉动压力：最大工作压力Pimax不超过上限值Pmax的2/3 测量高压压力：最大工作压力Pimax不超过上限值Pmax的3/5 最小工作压力Pimin不低于上限值Pmax的1/3仪表的量程等级：1、1.6、2.5、4.0、6.0kPa以及它们10n倍仪表精度：例：有一压力容器在正常工作时压力范围为0.4〜0.6MPa,要求使用弹簧管压力表进行检测，并使测量误差不大于被测压力的土4%,试确定该表的量程和精度等级。

由题意可知，被测对象的压力比较稳定，设仪表量程为0〜AMPa，则根据工作压力的要求：A 0.6“34 =0.8MPa A ：04 1^1.2MPa根据仪表的量程系列，可选用量程范围为0〜I.OMpa的弹簧管压力表。

由题意，被测压力的允许最大绝对误差为：△ max=± 0.4*4%= ± 0.016 MPa 这就要求所选仪表的相对百分误差为：0.016/ (1-0) *100%=1.6%按照仪表的精度等级，可选择1.5级的压力表。

只需观察压力变化的，可选如弹簧管压力表、液柱式压力计那样的直接指示型的仪表；如需将压力信号远传到控制室或其他电动仪表，则可选用电气式压力检测仪表或其他具有电信号输出的仪表；如果要检测快速变化的压力信号，则可选用电气式压力检测仪表，如压阻式压力传感器；如果控制系统要求能进行数字量通信，则可选用智能式压力检测仪表。

压力检测仪表的安装：一般压力检测仪表的安装，特殊压力检测仪表的安装(高温、高压、腐蚀等) ，压力变送器的安装变送器的一些共性问题：量程调整，零点调整和零点迁移使变送器的输出信号下限值ymia与测量范围的下限值xmin相对应，在xmin=0 时，称为零点调整，在xmin^0时，称为零点迁移。

•零点调整使变送器的测量起始点为零•零点迁移是把测量的起始点由零迁移到某一数值：当测量的起始点由零变为某一正值，称为正迁移；当测量的起始点由零变为某一负值，称为负迁移热电效应：E AB (t ,t°) = e AB (t) —e AB (t°) (i)1.如果组成热电偶的两种电极材料相同，则尢论热电偶冷、热两端的温度如何, 闭合回路中的总热电势为零；2.如果热电偶冷、热两端的温度相同，则无论两电极材料如何，闭合回路中的总热电势也为零3.热电偶产生的热电势除了冷、热两端的温度有关之外，还与电极材料有关，也就是说由不同电极材料制成的热电偶在相同的温度下产生的热电势是不同的。

中间导体不会对热电偶回路产生影响热电偶分为普通型热电偶和铠装型热电偶材料的选择因工作条件而定：绝缘管用于防止两根电极短路，保护套管用于保护热电极不受化学腐蚀和机械损伤普通型热电偶主要有法兰式和螺纹式两种安装方式热电阻：金属热电阻和半导体热敏电阻热电阻的金属材料一般要求：尽可能大而且稳定的温度系数、电阻率要大、在使用的温度范围内具有稳定的化学和物理性能、材料的复制性好、电阻值随温度变化要有单值函数关系(最好呈线性关系)。

温度变送器：DDZ-III型温度变送器，一体化温度变送器，智能式温度变送器其他常用温度计：双金属温度计，压力式温度计温度检测仪表的选用：就地指示：双金属温度计，精度不高在线检测：热电偶，适用于测量500〜1800 r范围的中高温度热电阻，适用于测量500C以下的中低温度辐射式温度计，一般用于2000r以上的高温测量温度检测仪表的安装：检测元件的安装应确保测量的准确性，选择有代表性的安装位置。

检测元件的安装应确保安全、可靠。

检测元件的安装应综合考虑仪表维修、校验的方便。

流量检测：速度式流量计：节流式流量计，转子流量计，电磁流量计，涡轮流量计，漩涡流量计差压式流量计：由于标准孔板制作最简单，使用最广泛节流式流量计的使用特点和要求：标准孔板具有结构简单、安装方便的特点，适用于大流量的测量。

在一般场合下，孔板应用最多。

孔板的压力损失大，工艺不允许有较大的管道压损时，不宜采用。

标准喷嘴和标准文丘里管的压力损失比孔板小，但结构比较复杂，不易加工。

节流式流量计的应用非常广泛，但是使用不当会出现很大的测量误差，可达10〜20%。

在安装使用过程中需要充分注意，并予以适当的解决。

标准节流装置仅适用于测量管道直径大于50mm雷诺数在104〜105以上的流体；流体应当清洁，充满全部管道，不发生相变。

为保证流体在节流装置前后为稳定的流动状态，节流装置的上、下游必须配置一定长度的直管段（与管径、节流件的开孔面积以及管路上的弯头数都有关系）。

节流装置经过长时间的使用，会因物理磨损或化学腐蚀，造成几何形状和尺寸的变化，引起测量误差，需要及时检查和维修，必要时更换新的节流装置。

靶式流量计：可测高粘度流体的流量；测量精度可达1%量程比为3: 1,管径为15—200mm不需要安装引压管线（相对差压流量计），维护方便。

为保证测量精度，需要安装一定的直管段。

转子流量计的特点：①转子流量计主要适合于检测中小管径、低流速（较低雷诺数）、小流量的流体流量测量的中小流量；②流量计结构简单，使用方便，工作可靠，仪表前直管段长度要求不高；③流量计的基本误差约为仪表量程的土2%,量程比可达10：1④流量计的测量精度易受被测介质密度、粘度、温度、压力、纯净度、安装质量等的影响。

涡轮流量计：流量与涡轮转速之间呈线性关系，量程比一般为1O 1;涡轮流量计的测量精度较高，可达到0.5级以上；反应迅速，可测脉动流量；主要用于中小口径的流量检测；仅适用洁净的被测介质，通常在涡轮前要安装过滤装置；流量计水平安装，前后需一定长度的直管段，一般上游侧和下游侧的直管段长度要求在10D和5D以上；常温下用水标定，当介质的密度和粘度发生变化时需重新标定或进行补偿电磁流量计：适用场合：检测具有一定电导率的酸、碱、盐溶液等腐蚀性液体，以及含有固体颗粒的液体流量测量；不能检测气体、蒸汽和非导电液体的流量。

特点：测量导管内无可动或突出于管道内部的部件，压力损失极小；被测流体可以含有颗粒、悬浮物等，也可以是酸、碱、盐等腐蚀性物质；流量计输出电流与体积流量成线性关系，不受液体的温度、压力、密度、粘度等参数的影响；电磁流量计的量程比一般为10:1，精度较高的量程比可达100:1 ;测量口径范围大，可以从lmm到2m以上，特别适用于lm以上口径的水流量测量；测量精度一般优于0.5级；电磁流量计反应迅速，可以测量脉动流量；漩涡流量计（涡街流量计）：特点和要求：涡街流量计输出信号（频率）不受被测流体物性和组分变化的影响，在一定的雷诺数范围内，几乎不受流体的温度、压力、密度、粘度等变化的影响，故用水或空气标定的漩涡流量计可用于其他液体和气体的流量测量而不需标定；涡街流量计内无可动部件，使用寿命长，压力损失小；测量精度高（约为士0.5 %〜1%）,量程比20:1 ;涡街流量计适用于大口径管道的流量测量。