化工仪表及自动化复习

控制课绪论生物工程自动化：在生物工程设备上，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生物工程生产过程的办法，称为生物工程自动化。

第一章自动控制系统基本概念（P3-18）1.自动控制系统的基本组成：被控对象，自动化装置（测量元件与变送器，自动控制器，执行器）2.自动控制系统的表达形式：P53.控制系统的品质指标：多数情况下，希望得到衰减振荡过程，在此取这种过程形式讨论控制系统的品质指标。

最大偏差或超调量，衰减比，余差，过渡时间，振荡周期或频率。

4.控制系统的分析：课后习题第二章过程特性及其数学模型（P18-34）1.所谓研究对象的特性，就是用数学的方法来描述出对象输出量和输入量之间的关系。

这种对象特性的数学描述就称为对象的数学模型。

2.非参量模型：当数学模型是采用曲线或数据表格等来表示时，称为非参量模型。

参量模型：当数学模型是采用数学方程式来描述时，称为参量模型。

3.三种建模方式及概念：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，如物料平衡方程、能量平衡方程、动量平衡方程、相平衡方程以及某些物性方程、设备的特性方程、化学反应定律、电路基本定律等，从而获取对象（或过程）的数学模型，这类模型通常称为机理模型。

实验建模：通过这种应用对象的输入输出的实测数据来决定其模型的结构和参数。

对象特性的实验测取法，就是在所要研究的对象上，加上一个人为的输入作用（输入量），然后，用仪表测取并记录表征对象特性的物理量（输出量）随时间变化的规律，得到一系列实验数据（或曲线）。

这些数据或曲线就可以用来表示对象的特性。

混合建模：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。

5.放大系数K：K在数值上等于对象重新稳定后的输出变化量与输入变化量之比。

时间常数T：时间常数T就是用来表征被控过程动态特性的参数。

T表示对象受扰动作用后，被控变量变化达到新稳定值的速度的快慢。

时间常数T 的物理可理解为：对象在阶跃输入作用下，被控变量一直保持初始的变化速度，达到新的稳定态值所需要的时间。

滞后时间：对象在受到输入作用后，被控变量却不能立即而迅速地变化，这种现象称为滞后现象。

第三章 检测仪表与传感器(P34-112)1. 测量过程与测量误差：测量过程在实质上都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。

测量误差指由仪表读得的被测值与被测量真值之间的差距。

通常有两种表示方法，即绝对误差和相对误差。

2. 仪表的性能指标：精确度（简称精度）计算题相对百分误差10max ⨯-∆=测量范围下限值测量范围上限值δ允许误差⨯-±=测量范围下限值测量范围上限值差值仪表允许的最大绝对误允δ仪表的δ允越大，表示它的精确度越低；反之，仪表的δ允越小，表示仪表的精确度越高。

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确度等级。

目前常用的精确度等级有0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等。

（PPT 例一，二）100⨯-=测量范围下限值测量范围上限值最大绝对差值变差 3. 工业仪表的分类按仪表使用的能源分类：气动仪表，电动仪表，液动仪表 按信息的获得，传递，反映和处理的过程分类：检测仪表，显示仪表，集中控制装置，控制仪表，执行器。

按仪表的组成形式分类：基地式仪表和单元组合仪表化工生产中的单元组合仪表有电动单元组合仪表和气动单元组合仪表两种。

国产的电动单元组合仪表简称DDZ 仪表；气动单元组合仪表简称QDZ仪表。

4．第二到第四节（检测剂的品种及量程选择）：压力检测仪表：液柱式压力计，弹性式压力计，电气式压力计，活塞式压力计。

仪表量程范围的选择：在测量稳定压力时，最大工作压力不应超过测量上限值的2/3；测量波动大的脉动压力时，最大工作压力不应超过测量上限值的1/2；测量高压压力时，最大工作压力不应超过测量上限值的3/5；为了保证测量值的准确度，一般被测压力的最小值不低于仪表量程的1/3为宜。

（计算题）流量检测仪表：速度式流量计，容积式流量计，质量流量计差压式（节流）流量计：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，而且流体应当清洁，充满全部管道，不发生相变。

转子流量计：适宜于测量管径50mm以下管道流量，测量的流量可小到每小时几升。

椭圆齿轮流量计：对被测流体的黏度变化不敏感，特别适合测量高黏度的流体。

物位检测仪表（量程选择）：一般要求正常液位为最大刻度的50%左右，最高液位或上限报警为最大刻度的90%左右，最低液位或下限报警为最大刻度的10%左右。

5.温度检测仪表（必考pH和T）主要：第三导线，冷端温度，热电偶，复合pH电极表达式，维护pH电极。

热电偶温度计：（插入第三种导线的问题）在热电偶回路中接入第三种金属导线对原热电偶所产生的热电势数值并无影响。

不过必须保证引入线两端的温度相同。

引入第三种导线的两种可能性。

工业上对热电极材料应满足以下要求：温度每增加1度时所能产生的热电势要大，物理稳定性要高，化学稳定性要高。

冷端温度：（冷端温度的补偿，计算）在应用热电偶测温时，只有将冷端温度保持为０℃，或者是进行一定的修正才能得出准确的测量结果。

这样做，就称为热电偶的冷端温度补偿。

PPT中例题校正仪表零点法，补偿电桥法。

热电偶温度变送器：与热电偶配套使用，将温度转换成4-5mA和1-5V的统一标准信号。

结构主要有：输入电桥，放大电路及反馈电路。

测温仪表的选用与安装：精度等级（一般工业用温度计选1.5级或1级，精密测量用温度计0.5级或0.25级），测量范围（最高测量值不大于仪表测量范围上限值90%，正常测量值在仪表测量范围上限值的1/2，压力式温度计测量值应在仪表测量范围上限值的1/2-3/4之间）。

测量元件的安装（大概看下）复合pH电极表达式：维护pH 电极：1.斜率太小，玻璃膜或隔膜污染：用胃蛋白酶/HCl 再生浸泡、冲洗，再用硫脲/HCl 再生液浸泡、吹干。

插头污染：用丙酮擦拭、吹干。

玻璃膜老化：用稀HF 溶液活化1min ，然后清洗。

内部短路：无法修复2.响应迟缓，玻璃膜或隔膜污染：用胃蛋白酶/HCl 再生浸泡、冲洗，再用硫脲/HCl 再生液浸泡、吹干。

玻璃膜老化：用稀HF 溶液活化1min ，然后清洗3.零点飘移。

参比电极电解液被污染：换电解液。

隔膜污染：用胃蛋白酶/HCl再生浸泡、冲洗，再用硫脲/HCl再生液浸泡、吹干。

导出系统AgCl脱落：无法再生第四章显示仪表（P97-100）数字显示仪表的组成：第五章自动控制仪表（P112-140）主要：比例积分，微分的公式参数，画图及特性，模拟式控制器的组成，数字式控制器的组成，PLC的概念及分类。

烈时，控制不能及时，控制时间较长。

故此种控制适合于控制对象负荷变化不大，过程较缓慢，惯性不大，容量滞后小和工艺要求不允许的余差的场所。

比例积分控制器特性比例微分控制器特性在PID控制过程中，比例作用自始至终与偏差相对应起调节作用；微分作用在开始输出变化量大，具有超前控制，抑制振荡作用，后逐渐消失；积分作用在开始变化弱，到后来输出逐渐增大而占主导地位，具有滞后控制，直至消除余差为止。

模拟式控制器的组成：数字式控制器的组成：主机电路，过程输入通道，过程输出通道，人/机联系部件，通信接口电路。

PLC的概念及分类：可编程序控制器初期主要用于顺序控制，称为可编程逻辑控制器，简称PLC。

按容量分小型PLC，中型PLC，大型PLC。

按硬件结构分整体式PLC，模块式PLC，叠装式PLC。

第六章执行器（P140-153）主要：气动执行器的结构与控制，气开，气关，流量特性，流量系数，电动执行器的组成，电气阀门的概念。

气动执行器的结构与控制：执行器由执行机构和控制（调节）机构两个部分构成。

执行机构（薄膜式，活塞式，长行程）。

控制机构（主要构成：阀体、阀座、阀心、和阀杆或转轴）。

控制阀的结构形式：直通单座控制阀，直通双座控制阀，角形控制阀，三通控制阀，隔膜控制阀，蝶阀，球阀，凸轮挠曲阀，笼式阀。

气开，气关：正作用：当输入信号增大时，执行器的开度增大，即流过执行器的流量增大。

气动调节阀通常称为气开阀。

反作用：当输入信号增大时，流过执行器的流量减小。

气动调节阀通常称为气关阀。

信号压力中断时，应保证设备和操作人员的安全。

如果阀处于打开位置时危害性小，则应选用气关式，以使气源系统发生故障，气源中断时，阀门能自动打开，保证安全。

反之阀处于关闭时危害性小，则应选用气开阀。

流量特性，流量系数：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。

在实际生产中，控制阀前后压差总是变化，这时的流量特性称为工作流量特性。

控制阀的口径选择是由控制阀流量系数KV值决定的。

流量系数KV的定义为：当阀两端压差为100kPa，流体密度为1g/cm3，阀全开时，流经控制阀的流体流量。

电动执行器的组成：角行程电动执行机构（主要由伺服放大器、伺服电动机、减速器、位置发送器和操纵器组成。

）电气阀门的概念：电-气转换器可以把电动变送器来的电信号变为气信号，送到气动控制器或气动显示仪表；也可把电动控制器的输出信号变为气信号去驱动气动控制阀，此时常用电 气阀门定位器，它具有电-气转换器和气动阀门定位器两种作用。

第七章简单控制系统（P153-170）主要：控制器规律选择，必考正反方向，临界比例度法的概念和过程，经验凑试法的规律会用。

控制器规律选择：比例控制器（控制通道滞后较小、负荷变化不大、工艺上没有提出无差要求的系统）。

比例积分控制器（控制通道滞后较小、负荷变化不大、工艺参数不允许有余差的系统）。

比例积分微分控制器（容量滞后较大、负荷变化大、控制质量要求较高的系统，应用最普遍的是温度、成分控制系统）。

正反方向：作用的方向：输入变化后，输出的变化方向。

正作用方向：当某个环节的输入增加时，其输出也增加，则称该环节为正作用方向。

反作用方向：当环节的输入增加时，输出减少的称反作用方向。

测量元件及变送器：作用方向一般是正的。

执行器：作用方向取决于是气开阀还是气关阀。

被控对象：作用方向随具体对象的不同而各不同。

控制器：当给定值不变，被控变量测量值增加时，控制器的输出也增加，称为“正作用”方向，或者当测量值不变，给定值减小时，控制器的输出增加的称为“正作用”方向。

反之，如果测量值增加时，控制器的输出减小的称为“反作用”方向。

PPT 例题。

临界比例度法的概念和过程：先通过试验得到临界比例度δk 和临界周期Tk ，然后根据经验总结出来的关系求出控制器各参数值。