第1章 化工仪表及自动化PPT课件
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化工仪表及自动化.ppt
人工控制
自动控制
以蒸汽加热器示意图为例说明
人工控制过程：
眼睛观察→大脑思考 液位如何变化→支配手 改变调节阀开度→液 位回到设定值
人工控制过程
自动控制过程：
流体温度变化→自动检 测仪表检测→
（代替眼睛）
自动调节器→ 执行器
(代替大脑) (代替人手和阀门)
自动控制过程
液位人工与自动控制
显示 记录仪 记录 显示器 要求 变换 检测 仪表
自动检测系统
利用各种检测仪器对主要工艺差数进行测量、 指示或记录的，称为自动检测系统
自动信号与报警系统
自动操纵与启停系统
自动控制系统
第二节 自动控制系统的组成及方块图
自动控制系统
起控制作用全套自动化装置
自动化装置下的被控过程
检测元件及变送器
调节器
执行器
化工生产过程的控制
生产过程的控制
本课程主要内容
基本概念 控制系统 控制对象 仪器仪表 测量 显示 调节 执行
调节系统（简单系统）
第一章 自动控制系统基本概念
第一节 化工自动化的主要内容 第二节 自动控制系统的组成 第三节 自动控制系统的分类 第四节 自动控制的过度过程和系统品质指标
第一节 化工自动化的主要内容
蒸汽
LT
LC
汽包
省煤器
给水
锅炉汽包自动控制系统示意图
蒸汽
术语 被控过程（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。 被控变量：被控过 程内要求保持设定 值的工艺参数
LT
LC
汽包
省煤器
给水 锅炉汽包自动控制系统示意图
化工仪表自动化全PPT课件
29
第29页/共76页
1.2 自控系统的基本组成及方块图
人脑
控制器
眼睛
机械化
检测装置
四肢
执行器
人工控制向自动控制转变
30
第30页/共76页
1.2 自控系统的基本组成及方块图
二． 自动控制
•
以液体贮槽的液位控制为例，来说明工业过程控制系统的基本构成。
31
第31页/共76页
1.2 自控系统的基本组成及方块图
• 该系统是由两部分构成的： • 控制装置：起到控制作用的全套仪表、自动装置。通常包括测量元件、变送器、控制器和执行器等。 • 被控对象：控制装置所要控制的生产设备。
• 该系统的任务： • 当被控对象受到干扰使被控参数产生偏差时，能够及时检测并反馈到控制器，通过控制器产生控制信 号，调节阀门开度使被控参数回到给定值。
32
第32页/共76页
1.2 自控系统的基本组成及方块图
• 变送器—检测并变换成统一标准信号送到 控制器（相当于人的眼睛） • 控制器—接收变送器信号与液位期望值进行比较，根据偏差按某种规律运算， 结果送给执行器（相当于人
的大脑） • 执行器—将控制器指令信号转换成相应的位移信号，驱动阀门动作，改变液体流出量，实现液位的自动控
5
第5页/共76页
绪论
31 化工自动化的定义 2 目的 3 发展历程 4 学习目的
6
第6页/共76页
化工自动化的定义
• 在化工等连续性生产设备上，配备一些自动化装置，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，称为化工自动化。
7
第7页/共76页
实现化工自动化的目的
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，为逐步地消灭体力劳动和脑力
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1.2 自控系统的基本组成及方块图
人脑
控制器
眼睛
机械化
检测装置
四肢
执行器
人工控制向自动控制转变
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1.2 自控系统的基本组成及方块图
二． 自动控制
•
以液体贮槽的液位控制为例，来说明工业过程控制系统的基本构成。
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1.2 自控系统的基本组成及方块图
• 该系统是由两部分构成的： • 控制装置：起到控制作用的全套仪表、自动装置。通常包括测量元件、变送器、控制器和执行器等。 • 被控对象：控制装置所要控制的生产设备。
• 该系统的任务： • 当被控对象受到干扰使被控参数产生偏差时，能够及时检测并反馈到控制器，通过控制器产生控制信 号，调节阀门开度使被控参数回到给定值。
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1.2 自控系统的基本组成及方块图
• 变送器—检测并变换成统一标准信号送到 控制器（相当于人的眼睛） • 控制器—接收变送器信号与液位期望值进行比较，根据偏差按某种规律运算， 结果送给执行器（相当于人
的大脑） • 执行器—将控制器指令信号转换成相应的位移信号，驱动阀门动作，改变液体流出量，实现液位的自动控
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绪论
31 化工自动化的定义 2 目的 3 发展历程 4 学习目的
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化工自动化的定义
• 在化工等连续性生产设备上，配备一些自动化装置，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，称为化工自动化。
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实现化工自动化的目的
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，为逐步地消灭体力劳动和脑力
最新化工仪表及自动化第1章自动控制系统概述ppt课件
设定值：工艺参数所要求 保持的数值
偏 差：被控变量的设定 值与实际值之差
负反馈：将被控变量送回 输入端并与输入变量相减
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
加热炉的温度控制系统
TT
TC
被加热原料
T 出口温度
燃料油
被控对象：加热炉 被控变量：物料出口温度 操纵变量：燃料油流量 扰动： 原料温度、燃料油热值等
修饰词
差 比（分数）
低 中间 积分、累积
R=R+I
安全
高
后继字母 功能
报警 Alarm 控制（调节）Control
检测元件
指示 Indicate 自动-手动操作器
灯 Lamp
积分、累积 记录或打印 Record 开关、联锁 传送 Transfer 阀、挡板、百叶窗 套管 继动器或计算器 驱动、执行或未分类的终端执行机构
人工操作与自动控制比较图
图1-2 人工操作图
控制速度和精度不能满足大型 现代化生产的需要
图1-3 液位自动控制系统图
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
自动控制系统的组成
测被量元控件对与象变送器
自动化装置 组 成 控制器
被控对象
自动控制器 执行器执行检器测变送
自动化装置
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
表1-2 被测变量和仪表功能的字母代号
第一位字母
被测变量
分析 Analyze
电导率Conductivity 密度 电压 流量 Flow 电流 Current Intensity 时间或时间程序 物位 Level 水分或湿度 压力或真空 Press 数量或件数 放射性 Radioactivity 速度或频率 温度 Temperature 黏度 力 供选用 位置
偏 差：被控变量的设定 值与实际值之差
负反馈：将被控变量送回 输入端并与输入变量相减
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
加热炉的温度控制系统
TT
TC
被加热原料
T 出口温度
燃料油
被控对象：加热炉 被控变量：物料出口温度 操纵变量：燃料油流量 扰动： 原料温度、燃料油热值等
修饰词
差 比（分数）
低 中间 积分、累积
R=R+I
安全
高
后继字母 功能
报警 Alarm 控制（调节）Control
检测元件
指示 Indicate 自动-手动操作器
灯 Lamp
积分、累积 记录或打印 Record 开关、联锁 传送 Transfer 阀、挡板、百叶窗 套管 继动器或计算器 驱动、执行或未分类的终端执行机构
人工操作与自动控制比较图
图1-2 人工操作图
控制速度和精度不能满足大型 现代化生产的需要
图1-3 液位自动控制系统图
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
自动控制系统的组成
测被量元控件对与象变送器
自动化装置 组 成 控制器
被控对象
自动控制器 执行器执行检器测变送
自动化装置
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
表1-2 被测变量和仪表功能的字母代号
第一位字母
被测变量
分析 Analyze
电导率Conductivity 密度 电压 流量 Flow 电流 Current Intensity 时间或时间程序 物位 Level 水分或湿度 压力或真空 Press 数量或件数 放射性 Radioactivity 速度或频率 温度 Temperature 黏度 力 供选用 位置
化工仪表及其自动化PPT第一章PPT
02
化工仪表的基本原理
化工仪表的测量原理
总结词
测量原理是化工仪表的核心，它决定了仪表的准确性和可靠 性。
详细描述
化工仪表的测量原理基于物理或化学原理，通过传感器将待 测参数（如温度、压力、流量、液位等）转换成电信号或气 信号，以便后续处理和显示。常见的测量原理包括热电效应 、压电效应、光电效应等。
03
化工仪表的自动化技术
化工仪表的自动化概述
化工仪表自动化是现代工业生产中的重要技术，通过自动化技术实现化工仪表的数 据采集、处理、控制等功能，提高生产效率和产品质量。
化工仪表自动化技术涉及多个领域，包括控制理论、电子技术、计算机技术等，需 要综合运用多种技术手段来实现。
化工仪表自动化技术的应用范围广泛，涵盖了化工、石油、制药等多个行业，对工 业生产的发展具有重要意义。
化工仪表及其自动化ppt 第一章
• 化工仪表概述 • 化工仪表的基本原理 • 化工仪表的自动化技术 • 化工仪表的选型与使用
01
化工仪表概述
化工仪表的定义与分类
总结词
化工仪表是用于化工生产过程中各种参数检测、显示和控制的工具，根据用途可分为温度仪表、压力仪表、流量 仪表等。
详细描述
化工仪表是化工生产过程中不可或缺的设备之一，主要用于检测、显示和控制温度、压力、流量、液位等参数。 根据不同的用途和功能，化工仪表可以分为多种类型，如温度仪表、压力仪表、流量仪表、液位仪表等。这些仪 表在化工生产中发挥着重要的作用，能够确保生产过程的稳定性和安全性。
化工仪表的信号传输原理
总结词
信号传输是化工仪表实现远程监控和自动控制的关键环节。
详细描述
化工仪表的信号传输原理通常采用模拟信号或数字信号，通过电缆、光纤等传输 介质将传感器采集的信号传输到控制器、显示器或执行器等设备。信号传输过程 中需要进行抗干扰处理，的发展历程
化工仪表及自动化 PPT
控制系统的动态特性
– 被控参数向给定值变化过程的特性。
控制系统的静态特性
– 经过调节作用后，被控参数处于稳定范围时的特性。
飞升曲线：
– 在单位阶跃输入（因扰动或设定值变化，使 被控参数和设定值之间出现阶跃性变化）下， 过度参数的变化曲线。
输 入 量
0 t0
时间t
y
0
t0
t
1. 非周期衰减过程
化学工业出版社
第一节 化工自动化的主要内容 第二节 自动调节系统的组成 第三节 自动调节系统的表示方法 第四节 自动调节系统的分类 第五节 自动调节的过度过程和系统品质指
标☆
自动检测 自动保护与报警 自动操纵与启停 自动调节
大家学习辛苦了，还是要坚持
继续保持安静
四部分：测量仪表、显示记录仪表、调节器、执行机构
要求
观察
思考 调节
显示 记录仪 记录 显示器
变换 检测 仪表
给定值
执行 调节 机构 调节器
方块图表示方式
控制器 e
控制器 输出
p
调节器
调节 作用
q
干扰作用
f 被调参数
调节对象 y
给定值
测量值
变送器
x+ -
z
流程图表示方式
蒸汽
TC
TT
进料
凝液
出料
按被调参数分类：
流量调节、温度调节、压力调节、物位调节等；
y
0
t0
t
3. 等幅振荡过程
y
0
t0
t
2. 衰减振荡过程
y
0
t0
t
4. 发散振荡过程
1. 最大偏差A；
2. 衰减比(A-C)/(B-C)；4:1~10:1 A
– 被控参数向给定值变化过程的特性。
控制系统的静态特性
– 经过调节作用后，被控参数处于稳定范围时的特性。
飞升曲线：
– 在单位阶跃输入（因扰动或设定值变化，使 被控参数和设定值之间出现阶跃性变化）下， 过度参数的变化曲线。
输 入 量
0 t0
时间t
y
0
t0
t
1. 非周期衰减过程
化学工业出版社
第一节 化工自动化的主要内容 第二节 自动调节系统的组成 第三节 自动调节系统的表示方法 第四节 自动调节系统的分类 第五节 自动调节的过度过程和系统品质指
标☆
自动检测 自动保护与报警 自动操纵与启停 自动调节
大家学习辛苦了，还是要坚持
继续保持安静
四部分：测量仪表、显示记录仪表、调节器、执行机构
要求
观察
思考 调节
显示 记录仪 记录 显示器
变换 检测 仪表
给定值
执行 调节 机构 调节器
方块图表示方式
控制器 e
控制器 输出
p
调节器
调节 作用
q
干扰作用
f 被调参数
调节对象 y
给定值
测量值
变送器
x+ -
z
流程图表示方式
蒸汽
TC
TT
进料
凝液
出料
按被调参数分类：
流量调节、温度调节、压力调节、物位调节等；
y
0
t0
t
3. 等幅振荡过程
y
0
t0
t
2. 衰减振荡过程
y
0
t0
t
4. 发散振荡过程
1. 最大偏差A；
2. 衰减比(A-C)/(B-C)；4:1~10:1 A
化工仪表及自动化第一章课件
• 四．测量系统中信号的传递形式 • 1．模拟信号；2. 数字信号；3.开关信号
• 五．测量仪表与测量方法分类
• 1．测量仪表的分类 • （1）依据所测参数的不同：压力测量仪表、流量测量仪
表、物位测量仪表、温度测量仪表、物质成分分析仪表及 物性检测仪表等。
• （2）表达示数的方式不同：指示型、记录型、讯号型、 远传指示型、累计型等。
max 标尺上限值 标尺下限值
100%
允许的相对误差的最大值 仪表允许的最大绝对误差值
允 标尺上限值 标尺下限值 100%
例: 某台测温仪表的测温范围为200~700℃，仪表的最大
绝对误差为 4℃，试确定该仪表的相对百分误差与准确度等级
解:仪表的相对百分误差为
4 100% 0.8%
化工检测仪表
第一章 检测仪表基本知识
一、测量过程与测量误差
Q=qV Q—被测值； q—测量值，即被测量与所选测量单位的比值； V—测量单位。 上述为直接测量法，此外还有间接测量法
➢ 测量误差： • 在测量过程中，由于所使用的测量工具本身不够准确、测观者的主观
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。由仪表 读得的被测值与被测参数的真实值之间，总存在一定的误差。 测量误差按其产生原因的不同可以分为三类： • 系统误差（规律误差） • 疏忽误差 • 偶然误差 测量误差的表示方法： • （1）绝对表示法； • （2）相对表示法
100%
f —线性度（又称非线性误差）；
fmax —标准曲线对于理论拟合直线的最大偏差（以仪表示值的单位计算）。
6．重复性
z
zmax 仪表量程
100%
z —重复性ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ差
zmax —同方向多次重复测量时仪表示值的最大偏差值。
• 五．测量仪表与测量方法分类
• 1．测量仪表的分类 • （1）依据所测参数的不同：压力测量仪表、流量测量仪
表、物位测量仪表、温度测量仪表、物质成分分析仪表及 物性检测仪表等。
• （2）表达示数的方式不同：指示型、记录型、讯号型、 远传指示型、累计型等。
max 标尺上限值 标尺下限值
100%
允许的相对误差的最大值 仪表允许的最大绝对误差值
允 标尺上限值 标尺下限值 100%
例: 某台测温仪表的测温范围为200~700℃，仪表的最大
绝对误差为 4℃，试确定该仪表的相对百分误差与准确度等级
解:仪表的相对百分误差为
4 100% 0.8%
化工检测仪表
第一章 检测仪表基本知识
一、测量过程与测量误差
Q=qV Q—被测值； q—测量值，即被测量与所选测量单位的比值； V—测量单位。 上述为直接测量法，此外还有间接测量法
➢ 测量误差： • 在测量过程中，由于所使用的测量工具本身不够准确、测观者的主观
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。由仪表 读得的被测值与被测参数的真实值之间，总存在一定的误差。 测量误差按其产生原因的不同可以分为三类： • 系统误差（规律误差） • 疏忽误差 • 偶然误差 测量误差的表示方法： • （1）绝对表示法； • （2）相对表示法
100%
f —线性度（又称非线性误差）；
fmax —标准曲线对于理论拟合直线的最大偏差（以仪表示值的单位计算）。
6．重复性
z
zmax 仪表量程
100%
z —重复性ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ差
zmax —同方向多次重复测量时仪表示值的最大偏差值。
化工仪表及自动化课件(2024)
29
技术创新点
新型传感器技术
新型传感器技术的发展将进一步提高化工仪表的测量精度 和响应速度，同时增强其抗干扰能力和适应性。
先进控制算法
先进控制算法的应用将提高化工仪表的控制精度和稳定性 ，实现更加精准的生产过程控制。
云计算和大数据技 术
云计算和大数据技术的应用将实现化工仪表数据的集中管 理和分析，为生产过程的优化和决策提供有力支持。
6
02
化工仪表的基本原理
Chapter
2024/1/30
7
测量原理
化工仪表的测量原理基于物理、化学定律和物质的物理 、化学性质。
常见的测量原理包括压力、温度、流量、液位等参数的 测量。
测量原理的实现需要选择合适的传感器和测量电路，确 保测量的准确性和稳定性。
2024/1/30
8
传输原理
化工仪表的传输原理是指将测量信号从测量点传输到控制室或显示仪表的过程。
定义
化工仪表是用于测量、显示、记录和控制化工生产 过程中各种工艺参数（如温度、压力、流量、液位 等）的仪器设备的总称。
分类
根据测量原理和使用场合的不同，化工仪表可分为 温度仪表、压力仪表、流量仪表、液位仪表、分析 仪表等。
2024/1/30
4
化工仪表的发展历程
早期阶段
以机械式仪表为主，如弹簧管压 力表、玻璃管液位计等。
电气连接
按照仪表接线图进行正确接线 ，确保电源、信号等电气连接
可靠。
2024/1/30
18
调试与验收
调试准备
熟悉仪表性能和使用说明书， 准备好调试所需的工具和设备
。
2024/1/30
调试步骤
按照调试流程逐步进行，包括 通电检查、零点调整、量程调 整、报警功能测试等。
技术创新点
新型传感器技术
新型传感器技术的发展将进一步提高化工仪表的测量精度 和响应速度，同时增强其抗干扰能力和适应性。
先进控制算法
先进控制算法的应用将提高化工仪表的控制精度和稳定性 ，实现更加精准的生产过程控制。
云计算和大数据技 术
云计算和大数据技术的应用将实现化工仪表数据的集中管 理和分析，为生产过程的优化和决策提供有力支持。
6
02
化工仪表的基本原理
Chapter
2024/1/30
7
测量原理
化工仪表的测量原理基于物理、化学定律和物质的物理 、化学性质。
常见的测量原理包括压力、温度、流量、液位等参数的 测量。
测量原理的实现需要选择合适的传感器和测量电路，确 保测量的准确性和稳定性。
2024/1/30
8
传输原理
化工仪表的传输原理是指将测量信号从测量点传输到控制室或显示仪表的过程。
定义
化工仪表是用于测量、显示、记录和控制化工生产 过程中各种工艺参数（如温度、压力、流量、液位 等）的仪器设备的总称。
分类
根据测量原理和使用场合的不同，化工仪表可分为 温度仪表、压力仪表、流量仪表、液位仪表、分析 仪表等。
2024/1/30
4
化工仪表的发展历程
早期阶段
以机械式仪表为主，如弹簧管压 力表、玻璃管液位计等。
电气连接
按照仪表接线图进行正确接线 ，确保电源、信号等电气连接
可靠。
2024/1/30
18
调试与验收
调试准备
熟悉仪表性能和使用说明书， 准备好调试所需的工具和设备
。
2024/1/30
调试步骤
按照调试流程逐步进行，包括 通电检查、零点调整、量程调 整、报警功能测试等。
化工仪表及自动化课件1
最大偏差（超调量） 衰减比 余差 过渡时间 振荡周期（振荡频率）……·
以阶跃响应曲线的形式表示的品质指标（和初值有关 ，这里只分析变化量）
y(t)
B
B
稳定误差范围： 2％ 或者 5％的新稳态值
C
0 t1 e() t2
t3
t
阶跃干扰作用下的过渡过程
y(t)
B
B
稳定误差范围： 2％ 或者 5％的新稳态值
C
0
t1 e()
t2
t3
t
过渡时间：从干扰作用发生的时刻起，到系统建立 新的平衡时止，过度过程所经历的时间
规定一个范围：±5%（±2%）稳态值
当被控变量进入这个范围且不再越出时认为过渡过程 结束
短好，过程迅速，对干扰频繁也能克服，控制质量 高
y(t)
B
B
稳定误差范围： 2％ 或者 5％的新稳态值
上节课内容
自动控制系统的方块图 自动控制系统的分类 控制系统的静态（稳态）与动态
工艺设计主要围绕系统“静态”特性开展工作，自动 控制是在“静态”特性基础上研究其“动态”特性―― 当系统失去平衡以后，如何使系统重新回到平衡状态
要研究静态，更要研究动态
如何来评价自控系统的质量？
必须分析“系统失稳以后能否重新回到平衡状态 ”、“从系统失稳到重新回到平衡状态”这个过程的 各种指标
第五节 工艺管道及控制流程图（P&ID）
在工艺流程 图上标出控 制方案
控制方案：测量点选择、控制系统确定、自 动信号连锁保护系统设计
标志内容：测量点、控制点、控制系统、自 动信号连锁保护系统
如何标注？
HGJ7－87《化工过程检测、控制系统设计统 一规定》——化工部标准
以阶跃响应曲线的形式表示的品质指标（和初值有关 ，这里只分析变化量）
y(t)
B
B
稳定误差范围： 2％ 或者 5％的新稳态值
C
0 t1 e() t2
t3
t
阶跃干扰作用下的过渡过程
y(t)
B
B
稳定误差范围： 2％ 或者 5％的新稳态值
C
0
t1 e()
t2
t3
t
过渡时间：从干扰作用发生的时刻起，到系统建立 新的平衡时止，过度过程所经历的时间
规定一个范围：±5%（±2%）稳态值
当被控变量进入这个范围且不再越出时认为过渡过程 结束
短好，过程迅速，对干扰频繁也能克服，控制质量 高
y(t)
B
B
稳定误差范围： 2％ 或者 5％的新稳态值
上节课内容
自动控制系统的方块图 自动控制系统的分类 控制系统的静态（稳态）与动态
工艺设计主要围绕系统“静态”特性开展工作，自动 控制是在“静态”特性基础上研究其“动态”特性―― 当系统失去平衡以后，如何使系统重新回到平衡状态
要研究静态，更要研究动态
如何来评价自控系统的质量？
必须分析“系统失稳以后能否重新回到平衡状态 ”、“从系统失稳到重新回到平衡状态”这个过程的 各种指标
第五节 工艺管道及控制流程图（P&ID）
在工艺流程 图上标出控 制方案
控制方案：测量点选择、控制系统确定、自 动信号连锁保护系统设计
标志内容：测量点、控制点、控制系统、自 动信号连锁保护系统
如何标注？
HGJ7－87《化工过程检测、控制系统设计统 一规定》——化工部标准
化工仪表及其自动化讲义控制课件第一章自动控制系统基本概念
3. 化工过程控制工程（第二版）
王骥程 祝和云 主编，化学工业出版社
4. 化工过程控制基础
化学工业出版社
第一章 自动控制 系统基本概念
化工自动化的主要内容 自动调节系统的组成及方块图 自动调节系统的分类 自动调节的过度过程和系统品 质指标 工艺管道及控制流程图
第一节 化工自动化的主要内容
❖ 自动检测系统 利用各种检测仪表对主要工艺参数进行测量、指示和记录的。
简称对象。 ❖ （2）被控变量 对象内要求保持一定数值（或按某一规律变化）的物
理量称为被控变量。 ❖ （3）控制变量（操纵变量） 受执行器控制，用以使被控变量保持一定
数值的物料或能量称为控制变量或操纵变量。 ❖ （4）干扰（扰动） 除控制变量（操纵变量）以外，作用于对象并引起
被控变量变化的一切因素称为干扰。 ❖ （5）设（给）定值 工艺规定被控变量所要保持的数值。 ❖ （6）偏差 偏差本应是设定值与被控变量的实际值之差。但能获取的信
❖ 自动信号和连锁保护系统 生产过程中的一种安全装置
❖ 自动操纵与自动开停车系统 可以根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行某种周期性操作 可以按照预先规定好的步骤，将生产过程自动投入运行或自动特车
❖ 自动控制系统 使得某些关键性的控制参数在受到外界干扰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。
被控对象
测量变送装置
开环——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，此时 系统的输出与设定值与测量值之间的偏差无关。
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。
第三节 自动控制系统的分类
（一）按设定值的特点区分 （即将控制系统按照工艺过程需要控制的被控变量数值是否变化和
化工仪表及自动化资料ppt课件
化工仪表及自动化资料ppt课件目录CATALOGUE•化工仪表概述•化工仪表的基本原理•化工仪表的选型与安装•化工自动化概述•化工仪表与自动化的关系•化工仪表及自动化的应用案例01CATALOGUE化工仪表概述用于测量、显示、记录和控制工业生产过程中各种工艺参数的装置或系统。
仪表的定义温度仪表、压力仪表、流量仪表、物位仪表等。
按测量对象分类机械式仪表、电子式仪表、智能式仪表等。
按工作原理分类实验室仪表、工业用仪表、过程控制仪表等。
按使用场合分类仪表的定义与分类高精度测量化工生产对工艺参数的精度要求较高，因此化工仪表需要具备高精度测量的能力。
宽测量范围化工生产过程中工艺参数的变化范围较大，要求化工仪表具有较宽的测量范围。
•高可靠性：化工生产环境恶劣，要求化工仪表能够在高温、高压、腐蚀等环境下稳定工作。
测量工艺参数实时测量并显示生产过程中的温度、压力、流量、物位等工艺参数。
控制生产过程根据工艺要求，通过控制阀等执行机构对生产过程进行自动控制。
保障生产安全及时发现并处理生产过程中的异常情况，保障生产安全。
化工仪表的发展历程早期阶段以机械式仪表为主，如弹簧管压力表、浮子流量计等。
这些仪表结构简单，但精度较低，功能单一。
电子化阶段随着电子技术的发展，电子式仪表逐渐取代机械式仪表。
电子式仪表具有更高的精度和更多的功能，如数字显示、远程传输等。
智能化阶段近年来，随着计算机技术和人工智能技术的发展，智能式仪表开始得到广泛应用。
智能式仪表具有自学习、自适应、自诊断等功能，能够进一步提高生产过程的自动化水平和生产效率。
02CATALOGUE化工仪表的基本原理利用弹性元件受压变形的原理，将压力转换为位移或应变进行测量。
压力测量温度测量流量测量物位测量基于热电偶、热电阻等测温元件，将温度转换为电信号进行测量。
通过测量流体流过管道截面的面积和流速，计算得到流量值。
利用浮力、静压等原理，检测容器内液体或固体的位置高度。
测量原理传输原理模拟信号传输将测量信号转换为标准模拟信号（如4-20mA），通过电缆进行传输。
化工仪表及自动化资料PPT课件
平衡，这种不平衡力会影响阀芯的移动。
图6-2 直通 单座阀
7
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阀座。
特点 流体流过的时候，不平衡力小。
缺点 容易泄漏
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。
8
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， 一般为底进侧出。
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。
6
第一节 气动执行器
2.控制机构
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、泄漏量小，易保证关闭，甚至完全切断。 缺点 在压差大的时候，流体对阀芯上下作用的推力不
种类的阀要大。不易泄漏。耐腐蚀性强，适用 于强酸、强碱、强腐蚀性介质的控制，也能用 于高黏度及悬浮颗粒状介质的控制。 注意执行机构须有足够的推力
图6-6 隔膜阀
11
第一节 气动执行器
（6）蝶阀
特点 结构简单、重量轻、价格便宜、流阻极小。 缺点 泄漏量大。
图6-7 蝶阀
12
第一节 气动执行器
（7）球阀
图6-20 控制阀在管道中的安装 1—调节阀；2—切断阀；3—旁路阀
36
第二节 电动执行器
定义
电动执行器接收来自控制器的0～10mA或4～20mA 的直流电流信号，并将其转换成相应的角位移或直行程位 移，去操纵阀门、挡板等控制机构，以实现自动控制。
分类
➢ 角行程 ➢ 直行程 ➢ 多转式
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第二节 电动执行器
图6-2 直通 单座阀
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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阀座。
特点 流体流过的时候，不平衡力小。
缺点 容易泄漏
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。
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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， 一般为底进侧出。
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。
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第一节 气动执行器
2.控制机构
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、泄漏量小，易保证关闭，甚至完全切断。 缺点 在压差大的时候，流体对阀芯上下作用的推力不
种类的阀要大。不易泄漏。耐腐蚀性强，适用 于强酸、强碱、强腐蚀性介质的控制，也能用 于高黏度及悬浮颗粒状介质的控制。 注意执行机构须有足够的推力
图6-6 隔膜阀
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第一节 气动执行器
（6）蝶阀
特点 结构简单、重量轻、价格便宜、流阻极小。 缺点 泄漏量大。
图6-7 蝶阀
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第一节 气动执行器
（7）球阀
图6-20 控制阀在管道中的安装 1—调节阀；2—切断阀；3—旁路阀
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第二节 电动执行器
定义
电动执行器接收来自控制器的0～10mA或4～20mA 的直流电流信号，并将其转换成相应的角位移或直行程位 移，去操纵阀门、挡板等控制机构，以实现自动控制。
分类
➢ 角行程 ➢ 直行程 ➢ 多转式
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第二节 电动执行器
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举例
测一段导线的长度
Q qV
间接测量
直接测量
测量实质：是将被测参数与其相应的测量单位进行比 较的过程。
2
测量过程与测量误差
化学工业出版社
测量误差：由仪表读得的被测值 (测量值)与被测参数 的真实值之间的差距。
测量误差按其产生原因的不同,可以分为三类：
系统误差 疏忽误差 偶然误差
3
测量过程与测量误差
10
检测仪表的品质指标
化学工业出版社
2.检测仪表的恒定度
变差是指在外界条件不变的情况下，用同一仪表对被测 量在仪表全部测量范围内进行正反行程（即被测参数逐渐由 小到大和逐渐由大到小）测量时，被测量值正行和反行所得 到的两条特性曲线之间的差值。
变差 标尺 最上 大 标 限 绝尺 值 对下 差 1限 值 0% 0值
仪表的变差不能超出仪表的允 许误差，否则应及时检修。
11
图1-1 测量仪表的变差
检测仪表的品质指标
化学工业出版社
3.灵敏度与灵敏限
仪表的灵敏度是指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的比值。即 S
x
式中，S为仪表的灵敏度；Δα为指针的线位移或角位移； Δx为引起Δα所需的被测参数变化量。
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。
7
检测仪表的品质指标
化学工业出版社
举例
例1-1 某台测温仪表的测温范围为200~700℃，校验该表 时得到的最大绝对误差为±4℃，试确定该仪表的相对百分 误差与准确度等级。
化学工业出版社
化工仪表及自动化
第一章 检测仪表基本知识
内容提要
测量过程与测量误差 测量仪表的品质指标 测量系统中的常见信号类型 检测系统中信号的传递形式 检测仪表与测量方法的分类 化工检测的发展趋势
1
化学工业出版社
测量过程与测量误差
化学工业出版社
测量是用实验的方法,求出某个量的大小。
仪表反应时间的长短，实际上反映了仪表动态特性的好坏。
仪表的 反应时 间有不 同的表 示方法
当输入信号突然变化一个数值后，输出 信号将由原始值逐渐变化到新的稳态值。
仪表的输出信号由开始变化到新稳态值 的63.2％（95％）所用的时间，可用来表示 反应时间。
13
检测仪表的品质指标
化学工业出版社
5.线性度
检测仪表的品质指标
化学工业出版社
6.重复性
重复性表示检测仪表在被测参数按同一方向作全量程 连续多次变动时所得标定特性曲线不一致的程度。若标 定的特性曲线一致,重复性就好,重复性误差就小。
Z 仪Z表 max量 1程 0% 0
图1-3 重复性示意图
15
检测系统中的常见信号类型
化学工业出版社
作用于检测装置输入端的被测信号，通常要转换成以下几 种便于传输和显示的信号类型
化学工业出版社
绝对误差
xI xt
xI：仪表指示值, xt：被测量的真值
由于真值无法得到 xx0
x：被校表的读数值，x0 ：标准表的读数值
相对误差
xx0或xI xt
x0 x0
xt
4
检测仪表的品质指标
1.测量仪表的准确度（精确度）
两大影响因素 绝对误差和仪表的标尺范围
化学工业出版社
说明：仪表的测量误差可以用绝对误差Δ来表示。但是， 仪表的绝对误差在测量范围内的各点不相同。因此，常说 的“绝对误差”指的是绝对误差中的最大值Δmax。
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检测仪表与测量方法的分类
化学工业出版社
1.检测仪表的分类
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。
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。
注意：上述指标仅适用于指针式仪表。在数字式仪表中， 往往用分辨率表示。
12
检测仪表的品质指标
化学工业出版社
4.反应时间
反应时间就是用来衡量仪表能不能尽快反映出参数变化 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，那就不宜用来测量变化频繁的参数。
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
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。
解 该仪表的相对百分误差为
4 10 % 00.8%
702 000
如果将该仪表的δ去掉“±”号与“％”号，其数值为0.8。由 于国家规定的精度等级中没有0.8级仪表，同时，该仪表的误差超 过了0.5级仪表所允许的最大误差，所以，这台测温仪表的精度等 级为1.0级。
8
检测仪表的品质指标
化学工业出版社
1.位移信号 2.压力信号 3.电气信号 4.光信号
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检测系统中信号的传递形式
化学工业出版社
1. 模拟信号
在时间上是连续变化的, 即在任何瞬时都可以确定其 数值的信号。
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。
线性度是表征线性刻度仪表的输出 量与输入量的实际校准曲线与理论直 线的吻合程度。通常总是希望测量仪 表的输出与输入之间呈线性关系。
f 仪f表 max量 1程 0% 0
图1-2 线性度示意图
式中，δf为线性度（又称非线性误差）；Δfmax为校准曲线 对于理论直线的最大偏差（以仪表示值的单位计算）。
14
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检测仪表的品质指标
化学工业出版社
相对百分误差δ
标尺上 m标 a限 x 尺 值下 1限 0% 0值
允许误差
仪表允许的最大差 绝值 对误
允 标尺上限标 值尺下限值 100%
6
检测仪表的品质指标
化学工业出版社
小结
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