气动仪表
气动仪表
第一章绪论一．气动仪表的定义以压缩空气为能源的仪表，称为气动仪表。
气动单元组合仪表以0。
02~0。
10Mpa气压作为统一信号。
二．自动调节系统的几个组成部分1．被调对象——也叫调节对象，就是被调节的生产设备或生产过程的某个环节。
2．变送器——将被调参数转换成与其成比例的测量信号。
3．给定器——给出被调参数的控制值或给出被调参数的变化规律。
4．调节器——把变送器送来的测量信号与给定器送来的给定信号进行比较得出偏差信号，再将偏差信号按某种调节规律运算放大，而输出一个控制信号，再将信号按某种调节规律运算放大，而输出一个控制信号去指挥执行器。
5．执行器——包括执行机构和调节阀，执行机构将调节器的输出信号转换成推办。
用以推动调节阍，而调节阀则改变被调介质的流入量或流出量，使被调参数保持在生产需要的数值上。
三．QZD仪表品种分类和型号命名：QZD仪表及单元的型号由两部分组成，两部分之间用短横隔开，前一部分由三个汉语拼音大写字母组成。
第一个均为Q，它表示气动仪表的意思；第二个字母表示测量参数或仪表的品种而后一部分是阿拉伯数字，是制造厂用以表示产品系列，规格，结构特征等的编号。
QDZ仪表由下列七大类组成：1．变送单元（B）2．调节单元（T）3．显示单元（X）4．计算单元（J）5．给定单元（G）6．辅助单元（F）7．转换单元第二章气动仪表的基本元件与组件一．弹性元件在气动仪表中，弹性元件作为检测元件或转换元件，将压力或差压信号转换成位移或压力信号。
通常采用的弹性元件有：非金属膜片，金属膜片，波纹管及弹簧等。
弹性元件的基本特性：弹性元件的变形位移（线性位移或角位移）和作用力之间的关系称为弹性特性。
弹性元件在其轴向受到外力作用时，就会产生拉伸或压缩变形位移，在弹性限度内。
作用，力与弹性元件的变形位移间的关系为：F=C*SF——轴向外力S——弹性元件的变形位移C——弹性元件的刚度。
二．气动阻容元件1．在气动仪表的气动管路中，起产生压力降和改变空气流量作用的元件，称为气阻，也叫节流元件或节流孔。
3-1 气动仪表基本知识
代替A0。Δ不能反映仪表的精度。
3、相对误差δ——绝对误差Δ占指示误差的百分数。
δ=Δ/A×100% δ反映仪表的精度。
4、仪表的精度——测量中的最大指示误差与量程（最大 测量范围）的比值。
变节流阀全开，RF=0，P1=P0
变节流阀全关，RF=∞，P1=0 改变RF，可使K=0～1。
应用：节流分压器与1：1跟踪器配合使用，可用来调整
比例带
R
pi
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
p0
（2）节流盲室 节流盲室是在节流元件（可调气阻或恒气阻）之后串
联一个定容气室（盲室）构成。如图所示。 Pi是节流盲室的输入量 PO是输出量 R表示节流元件气阻
一条是Psr经过可调气阻R对盲室充放气； 另一条是波纹管E伸缩造成挤排作用对弹性气室形成的通道。
Psr
Psc
E/
特性曲线 Psr→ 首先挤压气室E，使Psc突增→比例作用 Psr经R不断向Psc充气，Psc↑，而E逐渐收缩，直
到Psc=Psr为止→惯性充气环节
气动调节器中，常用比例惯性环节作负反馈，实 现实际比例微分作用。
常用的等级有：0.1、0.2、0.35、0.5、1.0、1.5、
2.0、2.5级等
0
max A/
例：求量程为5.9KPa（600mmH2O）的一级精度气动 差压变送器的最大指示误差。
max 0 A/ 1% 600 6mmH 2O
5．仪表的灵敏度：仪表达到稳定工作状态时，输出变 化量Δy与引起变化的输入变化量Δx之比
喷咀档板机构中，恒节流孔径很小（d1 =0.15— 0.3mm），工作时输出气量少，不能直接推动执行机构 （也很难远距离传送），所以在喷咀档板机构后要加一功 率放大器（进行流量或流量压力放大），两者一起又称二 级功率放大。
气动仪表的原理
气动仪表的原理
气动仪表的原理是通过控制气体的压力和流量，使执行机构产生相应的动作，从而改变调节阀的开度，实现对管道中介质参数的调节。
具体来说，当控制系统或工业设备发送一个信号给阀门定位器时，阀门定位器根据该信号调整输出的气压信号，驱动执行机构运动。
执行机构通过曲臂或活塞等传动部件带动阀芯在阀体内进行位移，改变调节阀的开度，从而改变管道中介质的流量、压力或温度等参数。
同时，通过反馈机制将阀门位置信号反馈给控制系统或工业设备，形成闭环控制。
气动仪表的一般介绍+
气动仪表的一般介绍在我们目前仪表自动化日益提高的今天，尽管由DCS集散型控制系统已经广泛应用在石油、化工的各个方面，但它依然不能完全代替气动仪表的各种功能，气动仪表在我们现在的仪表控制的系统中，仍然是一种不可缺少的仪表，他的特点和优势有时是电动仪表所不能代替的，所以我们在学习仪表控制系统的同时一定要学好气动仪表的原理、性能、使用方法和故障的排除。
下面我就此对气动仪表的一般使用和维护给大家作一般介绍。
一．气动仪表的特点：1.优点：工作可靠、防火防爆、便于维修、价格较低、抗干扰能力强（磁场、温度等）。
2.缺点：传递速度慢、传递距离短、气源装置复杂、与工业控制机联系不方便等。
二．气动仪表工作的压力范围现在是：20Kpa — 100Kpa，（原来使用国标是0.2Kg/C㎡--1.0Kg/C㎡、还有英制单位3—15 Psi等）。
三．气动仪表的组成：1.气动放大器、喷嘴、挡板、恒节流孔、测量元件、气源和连接管线等。
四．仪表元件介绍：①波纹管：当压力差作用时产生轴向位移，使波纹管伸长，从而使压力信号转换成位移量，有单层的、双层的、还有波纹管加同心弹簧的，他是气动仪表中使用较多的弹性元件，如测量波纹管、反馈波纹管、测量风箱、积分风箱等，如图一。
②阻容元件：有毛细管气阻（如恒节流孔），圆柱—圆锥可调气阻（如积分调整阀），圆球—圆锥可调气阻（如转子流量计）等，如图二。
③气容元件：有缓冲式（如在输出发生震荡使用）、扩张式（如断气保护储存气源），如图三。
④喷嘴：有普通喷嘴（主要用于变送器、电/气转换器、阀们定位器等一次仪表），负压喷嘴控制机构（主要用于力矩平衡式调节器以及集装式调节器）。
如图四。
五．各个部件的一般工作原理：气动放大器：1.气源（140Kpa）分两路，一路进入A室，一路经恒节流孔进入C室和喷嘴，当喷嘴与挡板之间的距离减小时C室的压力增加，使得膜片向下移动通过连杆的移动使得A室的气体可以通过小钢珠而形成输出压力，同时减小排气孔的排气量，反之，当喷嘴与挡板之间的距离增加时C室的压力减小，使得膜片向上移动通过连杆的移动使得A室的气体被小钢珠所连动而形成输出压力也减小，同时输出与排气孔的排气量也增加，从而使得输出也减小。
气动仪表原理
气动仪表原理
气动仪表原理是基于流体力学和气体运动规律的原理，主要用于测量和监控流体介质（如气体或液体）的压力、流量、温度等参数。
首先，气动仪表中的压力传感器是其核心部件之一。
压力传感器利用流体施加在其表面上产生的力来测量介质压力。
当内部压力增加时，该力也相应增加，通过传感器的变化，可以将压力转化为电信号输出。
其次，流量传感器用于测量流体介质的流量，常见的方式有差压法和热敏法。
差压法通过测量流体通过管道时产生的压差来获得流量信息，而热敏法则通过测量流体通过传感器时对传感器的冷却效应或加热效应来获得流量信息。
另外，气动仪表中的温度传感器主要通过测量物体的热量来确定其温度。
常见的温度传感器有热电偶和热敏电阻。
热电偶是利用两种不同金属之间的热电效应来测量温度的，而热敏电阻则是利用材料的电阻随温度变化的特性来测量温度。
在气动仪表中，这些传感器的信号将被转换成数字信号，通过电路和控制单元进行处理和分析，最终转化为可读的数据或输出给控制系统。
总的来说，气动仪表原理是基于传感器对流体介质的力、压差、温度等参数进行测量和转换，实现对介质参数的监测和控制的技术原理。
气动逻辑元件、传感器
a
s
华中科技大学
或门 当a、b口有一个有气信号，S口就有 信号输出。若a、b两个口均有输入，则信 号强者将关闭信号弱者的阀口，S口仍然 有气信号输出。
逻辑表达式 S = a + b 逻辑符号
a b
s
非门 当a口有信号输入，S口无信号输出； 当a口无信号输入，S口有信号输出。
逻辑表达式 S= a 逻辑符号
c
s
记忆元件－－“双稳”元件 有控制信 号a，气源p 从S1口输出，撤除控制信号a， S1保持有输出，也就是记忆了控制信号a， 直到有了控制信号b，S1无输出，S2有输 出。 逻辑符号 a S
1
b
s2
华中科技大学
高压截止式逻辑元件的特点
阀芯的行程短，可通过较大的流量。 可直接作为一般程序控制用逻辑系统元件， 对气源污染情况要求低。 一般都带有显示和手动装置，便于检查其工 作情况和维修。
遮断式传感器
涡流式传感器、射流偏转式传感器、气声传感器等 华中科技大学
背压式传感器
工作原理 它利用喷嘴挡板机构 的变节流原理工作，由喷嘴挡板、 固定节流口、背压室组成。输出 压力为pc。当x=0时传感器输出 最大，pc=ps；当x增加时，输 出压力pc减小，当x=D/4 时， 传感器输出压力等于大气压。在 x≤D/4以内，特性曲线线性度 较好，灵敏度高。（一般喷嘴为 0.8~2.5mm，固定节流口约 0.4mm）
气动调节单元有比例调节 单元、积分调节单元、微 分调节单元，并可将它们 组合使用。
以比例调节单元为例。比例调节单元使输出信号变化与输入信号 （给定值与测量值之差）在一定范围内呈线性关系。
气动仪表及气调节系统
第五章气动仪表及气动调节系统气动调节与控制系统与电控系统、液控系统一样都是实际生产过程中自动控制的一种。
气动仪表是气动调节系统的核心。
从二十世纪三十年代到现在，气动仪表由基地式调节仪表发展到单元组合仪表和集装式调节仪表。
由于电子工业和电子技术的飞速发展，尤其是电子计算机的出现，为电动仪表的发展开拓了广阔的前景。
众所周知，电动仪表与计算机联用，无论在传递速度还是在传送距离方面，特别是在它能很方便地把各种非电的物理量转换成电量方面，具有气动仪表无法比拟的优点。
近年来，很多大中型企业越来越多地采用电动控制装置。
但是必须看到，气动调节仪表仍在许多方面具有独特的优点，特别是它从电动仪表的发展中吸取了不少优点，出现了反应快、结构小巧、性能稳定、功能齐全的新系列产品。
国际国内仍广泛使用气动仪表。
就我国目前情况看，“电气共存”“相互补充”的局面将长期存在，气动仪表及其控制系统仍有广阔的发展前景。
第一节气动仪表及气动调节系统的基础知识一、气动调节系统的组成及气动仪表的作用为了说明自动调节系统的概念，我们先看一个实例。
图5—1所示为一控制贮罐中液位高度的控制系统。
物料从阀1流入，从阀2流出，贮罐内的液位必须维持在某一高度。
由于工况的变化，从阀1的流入量与阀2的流出量不等，液位将发生变化。
变送器检测贮罐内的液位变化，并将这一参数（称为被控参数）送到显示仪表和调节器。
调节器将变送器送来的被控参数与预期的液位高度进行比较，得到偏差值，将这一偏差值输出给气动调节阀1。
调节阀1控制其流量作相应的改变使液位保持在预期的给定值。
自动调节系统包括以下几个部分：被调对象（贮罐）、变送器、显示仪表、调节器和执行器。
图5—2是液位控制系统的调节原理方框图。
图5—1 贮罐液位自动调节原理图图5—2 自动调节系统方框图1—气动调节阀；2—出料阀图5—2中各方框的意义如下：被调对象——简称对象，就是被调节的设备。
变送器——将被调参数转换成与其成比例的统一信号。
石油工程测控基础-隋秀香 测 控 基 础(2)-2压力
因此，作用在主杠杆4上的合力（即测量力）为：
F＝F.1＋F.2＝P1A1－P 2 A 2＋P 2 A 2＝P 1 A 1
从上式可以看出，测量力F与被测绝对压力P1成正比， 而与大气压力无关，故测得的压力为绝对压力。不论大 气压怎样变化，大气压力对两波纹管的作用，总是互相 抵消的，这样补偿了由于大气压力变化而引起的测量误 差。
波纹管式 1--测量波纹管；2—测量室 3—推杆；4—螺帽；5—主杠杆 6—出轴膜片
气动压力变送器（续） （2）弹簧管式
测量中、高压（2.5～10MPa、10～60MPa）的敏感 元件一般采用铬钒钢制成的弹簧管，其测量部分的结构 原理如图所示。当被测压力P进入弹簧管内时，弹簧管 末端便产生一径向力，这个力经过拉杆传递到气动转换 部分的主杠杆上。
P R M
式中： ΔP — 气阻前后的压降；
M — 流过气阻的质量流量； R — 气阻值。
气动仪表基本元部件（续）
2．气容
凡是气体流过时，能储存或放出气体的气室称为 气容。气容在气动仪表中起缓冲、防止振荡的作用。 气容在数值上仿效电容的定义有：使气室内压力增加（或 减少）单位数值，所需要增加（或减少）的空气量。可表 示为
A2 l 2
则（6）式可写成 P出＝K1P (8) 式中K1 称为单杠杆压力变送器的放大系数，改变K1 就可改 变变送器的测量范围。
单杠杆压力变送器（续）
当变送器结构确定后，A1、A2、l1都是固定的，要 改变K1唯一可变的是l2。当l2变大（负反馈力矩变大） 时，则K1变小，在输出范围（0.02～0.1MPa）相同 时，量程就可以变大；反之，l2减小，K1值就增加， 量程就变小。当量程支点（即反馈波纹管的支点） 移到主杠杆的最上端时，l2增至最大，K1最小，变 送器达到它的最大量程。 要使这种变送器的最大和最小量程之比越大，主 杠杆就应越长。主杠杆过长，一方面影响变送器的 精度；另一方面使仪表体积变大。所以，单杠杆压 力变送器的最大和最小量程之比不能太大（一般为 6.25），这是它的缺点。为了提高量程的可变范围， 可以采用双杠杆压力变送器。
KF系列气动基地式指示调节仪
KF系列气动基地式指示调节仪应用简介气动基地式仪表是对生产过程中介质的压力、温度、差压（流量）、液位等工艺参数进行检测和控制的仪表。
在一台仪表中具有测量、显示和调节功能，可对单个被调参数构成一个调节回路。
可在生产现进行就地调节，故称为“基地式”仪表。
气动基地式仪表具有防尘、防水、防寒、防爆、不受电磁场、射线的干扰，产品结构牢靠，维护简便，以及可直接操纵气动执行机构等优点，几十年来一直在自动控制领域中发挥重要的作用。
即使在当今电子技术、计算机技术和自动化技术高度发展的年代，在大型的生产装置中对单冲量的简单自动调节系统就采用基地式仪表实现对各种参数的就地调节，从而为大系统的安全、稳定、高效运行创造条件。
一、KF系列产品的构成及工作原理KF系列仪表的系列化、通用化程度很高，它由6部分功能组成：（1）测量部分：其作用是把被测参数成比例地变换成测量组件输出轴的转角或测量组件扭管的输出力矩。
（2）测量值指示部分：其作用是把转换成位移后的被测参数，通过四连杆机构放大成测量指针的示值。
（3）变送部分：其作用是把测量值（即上述输出轴的转角或输出力矩值）转换成标准的气压信号（20〜200KPa）（4）给定部分：其作用是设定给定指针的示值。
有两种设定方式：通过手操旋钮设定或通过信号接收单元进行气信号设定。
（5）调节部分：其作用是根据测量与给定值的偏差，按所选定的调节规律产生输出信号去控制执行机构。
（6）其它部分：包括仪表箱壳、气路板、构成仪表不同功能的附加机构等。
KF系列仪表的工作原理如下：如（图1）示，由测量单元获得的与被测量参数成比例的位移，通过行程连杆带动测量指针指示测量值。
由手操旋钮带动给定指针指示给定值。
两指针的位置在差动机构进行比较。
当示值不同而存在偏差时，它使偏差连杆在水平方向产生与偏差值成比例的位移。
通过反馈杆的拨销推动安装在可绕中心转动的比例度盘上的挡板，使喷嘴板间的间隙变化，引起喷嘴背压的改变。
经过放大器放大而成为调节器的输出压力。
与DCS有关的仪表说明知识讲解
c）保护管的选择，保护管的选择是很 重要的一环，它分为保护管的直径、保 护管的材质及保护管的插入深度。保护 管的直径基本上是由测温元件的类型和 安装方式决定的，主要有Φ8mm、Φ12mm、 Φ16mm、Φ20mm等几种；保护管的材质 分为碳钢20#、不锈钢1Cr18Ni9Ti、黄铜、 Cr25Ti高铝管、刚玉管、氧化铝管、瓷 管等，选定材质主要是根据测量介质是 否有腐蚀性、测温范围是多少等；
电动执行器在锅炉、热电等行业中应 用得比较普遍，而气动执行器因其安全 防爆的特点，在化工行业中是首选的。
气动调节阀
电动调节阀
一次仪表中的变送单元类仪表可分 为温度、压力、差压、流量、液位、浓 度等六大类。
一、温度 1、应用热敏电阻原理测温：热电阻
2、应用热电效应测温：热电偶
热电阻是根据金属导体的电阻值随目 标温度变化而变化的原理，热电阻测温 主要应用于非高温场合。一般：
◎气动计算单元和其它单元（气动加减器、 气动乘除器、气动比值器、电－气转换 器等）
◎气动执行器（气动阀、气动调节阀、阀 门定位器）
至今，气动仪表除了气动执行器（气 动阀、气动调节阀、阀门定位器）仍在 使用外，其余已基本不选用。
电动仪表
电动仪表经历了DDZ-I型、DDZ-Ⅱ 型、DDZ-Ⅲ型的发展。
信号制： DDZ-II型仪表以0～10mA的 直流电流作为统一的标准信号，DDZ-Ⅲ 型采用了国际标准的4～20mA直流电流信 号制。
供电： DDZ-II型仪表以220VAC供电， DDZ-Ⅲ型采用24VDC供电。
线制：我们常称II型仪表为四线制仪 表，称Ⅲ型仪表为二线制仪表（目前Ⅲ 型仪表也有重， 体积大，使用的时间不长，但为其后的 Ⅱ型仪表的设计提供了借鉴，积累了使 用电动仪表的经验。
与DCS有关的仪表说明
一次仪表在控制回路中始终处于首 要地位，没有了一次仪表，其余的任何 二次仪表都会失去意义。
一次仪表中的执行单元类，包括了电 动角行程执行器、电动直行程执行器、 电气转换器、气动阀、气动调节阀和阀 门定位器。
电动执行器在锅炉、热电等行业中应 用得比较普遍，而气动执行器因其安全 防爆的特点，在化工行业中是首选的。
DDZ-II型仪表以晶体管作为主要放大 元件，不但扩充了品种，而且改善了仪 表性能、缩小了仪表体积、减轻了仪表 重量，开发了隔爆技术。
精品课件
DDZ-Ⅲ型仪表不仅采用了最新的集成 电路作为线路中的核心组件，而且采取 了安全火花型防爆措施。
信号制： DDZ-II型仪表以0～10mA的 直流电流作为统一的标准信号，DDZ-Ⅲ 型采用了国际标准的4～20mA直流电流信 号制。
精品课件
⑷测温范围在：0～1600 ℃时选择铂铑 30—铂铑6热电偶（WRB），分度号为B。
选定了测温元件的分度号后，还 必须确定：
a)安装方式，主要有无固定装置、固定 螺纹、活动法兰、固定法兰、锥形固定 螺纹等几种。如安装在锅炉炉墙上测炉 膛温度的热电偶常采用无固定装置的方 式，
精品课件
安装在管道上的测温元件常采用固定螺 纹的方式，安装在开口容器顶上的测温 元件常采用活动法兰的方式，安装在设 备和容器上的测温元件采用固定法兰的 方式 ，安装在蒸汽管道上的测温元件常 采用锥形固定螺纹的方式（防止因振动 而导致松动，产生测温不准）。
精品课件
电动调节阀
气动调节阀
一次仪表中的变送单元类仪表可分 为温度、压力、差压、流量、液位、浓 度等六大类。
精品课件
一、温度 1、应用热敏电阻原理测温：热电阻
精品课件
2、应用热电效应测温：热电偶
气动仪表
第一章绪论一．气动仪表的定义以压缩空气为能源的仪表，称为气动仪表。
气动单元组合仪表以0。
02~0。
10Mpa气压作为统一信号。
二．自动调节系统的几个组成部分1．被调对象——也叫调节对象，就是被调节的生产设备或生产过程的某个环节。
2．变送器——将被调参数转换成与其成比例的测量信号。
3．给定器——给出被调参数的控制值或给出被调参数的变化规律。
4．调节器——把变送器送来的测量信号与给定器送来的给定信号进行比较得出偏差信号，再将偏差信号按某种调节规律运算放大，而输出一个控制信号，再将信号按某种调节规律运算放大，而输出一个控制信号去指挥执行器。
5．执行器——包括执行机构和调节阀，执行机构将调节器的输出信号转换成推办。
用以推动调节阍，而调节阀则改变被调介质的流入量或流出量，使被调参数保持在生产需要的数值上。
三．QZD仪表品种分类和型号命名：QZD仪表及单元的型号由两部分组成，两部分之间用短横隔开，前一部分由三个汉语拼音大写字母组成。
第一个均为Q，它表示气动仪表的意思；第二个字母表示测量参数或仪表的品种而后一部分是阿拉伯数字，是制造厂用以表示产品系列，规格，结构特征等的编号。
QDZ仪表由下列七大类组成：1．变送单元（B）2．调节单元（T）3．显示单元（X）4．计算单元（J）5．给定单元（G）6．辅助单元（F）7．转换单元第二章气动仪表的基本元件与组件一．弹性元件在气动仪表中，弹性元件作为检测元件或转换元件，将压力或差压信号转换成位移或压力信号。
通常采用的弹性元件有：非金属膜片，金属膜片，波纹管及弹簧等。
弹性元件的基本特性：弹性元件的变形位移（线性位移或角位移）和作用力之间的关系称为弹性特性。
弹性元件在其轴向受到外力作用时，就会产生拉伸或压缩变形位移，在弹性限度内。
作用，力与弹性元件的变形位移间的关系为：F=C*SF——轴向外力S——弹性元件的变形位移C——弹性元件的刚度。
二．气动阻容元件1．在气动仪表的气动管路中，起产生压力降和改变空气流量作用的元件，称为气阻，也叫节流元件或节流孔。
工业仪表的分类
特点：管理方便，适应大系统控制。
特点：不能实现多种参数的集中显示与控制。
（2）单元组合式仪表 将控制系统中各组成部分的功能和现场使用要求分 成若干个独立的工作单元（如变送单元、显示单元、 控制单元、计算单元等)。各单元之间采用标准信号 联系。
特点：按要求不同将各单元任意组合，适用性和灵活 性好。
（3）分散型综合控制装置
（3）分散型综合控制装置
工业仪表的分类
1.按仪表的能源分类： (1)气动仪表
以干燥、洁净的压缩空气为能源。 气源为0.14MPa标准信号为0.02-0.1M于易燃 易爆场合。但气动信号传递速度慢,不便远距离传 输,不便与计算机联用。 (2)电动仪表
以电为能源。分为两种： 电源为24V DC，标准信号为4-20mA 电动Ⅲ型仪表。 电源为220VAC，标准信号为0-10mA 电动Ⅱ型仪表。
（3）集中控制装置 如巡回检测仪、巡回控制仪、程序控制仪、计算机等。
（4）控制仪表 对输入信号进行各种运算的仪表，如常用的控制器。
（5）执行器 对生产过程进行操作或控制，如控制阀。
3.按组成结构分类 （1）基地式仪表 将测量变送、显示、控制器等各部分组装在一个壳 体内的仪表。适于在现场就地检测和控制。
特点:适于远距离传送和集中显示控制便于与计算机联用。
(3)液压仪表
(3)液压仪表 以液体压力为工作能源的仪表,一般在执行器中应用。 特点:功率大,但结构复杂,在特殊场合使用。
2.按信息获得、传递、反映和处理的过程分类 （1）检测仪表 主要用来测量工艺参数,如温度、压力、流量、物位、 成分等。将参数大小成比例地转换成电信号。 （2）显示仪表 将检测仪表获得的信息显示出来，有各种模拟量、数 字量的指示仪、记录仪、图像显示和工业电视等。
第三章 船用气动仪表 第二节 气动变送器155
考点1 差压变送器不仅可直接测量压差信号，还可以间接测量液位、流量、黏度等参数。
差压变送器结构类型很多，这里仅介绍QBC 型单杠杆差压变送器结构和工作原理。
QBC 单杠杆差压变送器的结构原理如图3-2-1所示，任何气动变送器都是由测量部分和气动转换部分组成。
1．测量部分测量部分的作用是把输入的压差信号ΔP 的变化，转变成轴向推力的变化。
测量力矩M 测为M 测=q 测·l 1=F 膜·l 1·△P图3-2-1 QBC 单杠差压变送器结构原理图l - 放大器；2- 锁紧螺钉；3- 迁移螺钉；4-顶针；5- 顶针架； 6- 喷嘴；7- 挡板；8- 迁移弹簧；9- 主杠杆；10- 反馈波纹管； 11- 锁紧螺母；12- 静压误差调节螺母；13- 密封簧片；14- 支架；15- 正压室；16- 膜盒；17-负压室；18-锁紧螺；19-底板；20- 量程调节支点；21- 硬芯；22- 基座2．气动转换部分气动转换部分的作用是把测量部分输出的轴向推力q 测及由q 测所产生的测量力矩M 测转换成0.02～0.1 MPa 的气压信号，作为差压变送器的输出。
单杠杆差压变送器受力分析简图如图3-2-2所示，其反馈力矩M 反 ＝ F波 · l 2 · P 出。
当变送器处于平衡状态时，测量力矩必为反馈力矩所平衡，即M 测 ＝ M 反，则有F 波 · l 2 ·P 出 ＝ F 膜 · l 1 · ΔP ； PP ∆⋅⋅=21l F l F 波膜出；P 出 ＝ K 单 · ΔP式中，K 单 ＝ F 膜 · l 1／F 波 · ；l 2，称为单杠杆差压变送器的放大系数。
可见，差压变送器的输出P出与测量信号ΔP是成比例的。
图3-2-2 单杠杆差压变送器受力分析图考点2变送器在投入工作前，要根据测量信号的最大变化范围调好零点和量程。
热控自动装置检修技能鉴定----高级工
热工仪表高级工试题第一套1(Lb4C2034)、什么叫气动仪表的耗气量?答：每个气动仪表单位时间内所消耗的工作气体的量，叫做该气动仪表的耗气量，常用的单位为L每小时。
2(Lb3C2046)什么是调节阀门的理想流量特性?1224：调节阀门的静态特性，即理想流量特性，是指当调节阀前后差压一定时，介质的相对流量(实际流量和额定流量之比)和阀门相对开度之间的关系。
3(Lb3C2047)什么叫变压运行方式?1226：变压运行方式，是指由控制系统给出的主汽压给定值随负荷而变，即高负荷时，汽压给定值高；低负荷时，汽压给定值低，运行中控制系统保持住汽压等于其给定值，即也是随负荷而变化的。
4.(1000问第688题)和单级给水调节相比，串级三冲量给水调节系统有何特点？答：（1）串级三冲量给水调节系统有两个调节器，这两个调节器的任务不同，副调节器的作用是当给水扰动时迅速动作使给水量保持不变，当蒸汽流量扰动时，副调节器迅速动作改变给水量，保持给水和蒸汽保持平衡。
主调节器的作用是校正水位。
这比单级调节系统更为合理。
（2）在负荷变化时，水位静态值是靠主调节器来维持的，并不要求进入副调节器的蒸汽流量信号的作用强度按所谓的“静态对比”来进行整定。
正好相反，在这里可以根据对象在外扰下虚假水位的严重程度来适当加强蒸汽流量信号的作用强度，以便在负荷变化时，使蒸汽流量信号能更好地补偿虚假水位的影响，从而改变蒸汽负荷扰动下的水位控制质量。
（3）当给水流量或蒸汽流量信号两个有一个故障时，主调节器由于积分的作用可补偿失去的平衡电流，使系统暂时维持工作，而单级无法控制水位在额定值，因此串级系统安全性较好。
（5）串级三冲量给水调节系统还可以接入其它信号（如燃烧等信号）形成多参数调节系统。
（5）串级三冲量给水调节系统的缺点是在汽轮机甩负荷时，它的过渡过程和响应速度不如单级系统快。
5. (1000问第688题)汽包水位调节的主要任务是什么？答：汽包水位调节系统的主要任务是维持汽包水位在一定范围内，通常在±50―±100之间。
5-2 气动仪表基本知识解析
假设功率放大器的压力放大系数为 10 ，则喷咀档板机 械的输出压力的最大变化范围为0.08/10=0.008 ，它只占 喷咀档板机构的静特性曲线很小的一段ab
放大环节 • 喷嘴挡板机构＋功率放大器
Pb——起步压力。 如起步压力 Pb 调整适当，放大器工作特性曲线最徒，最
接近于直线的部分 ab，使仪表具有较高的灵敏度、精度和
最大指示误差与量程（最大测量范围）的比
值
0
max A/
×100%
附加误差：仪表规定的使用条件（环境
温湿度、振动等）发生变化引起的误差。
4、仪表的精度——测量中的最大指示误差与量
程（最大测量范围）的比值。
常用的等级有： 0.1、0.2、0.35、0.5、 1.0、1.5、2.0、2.5级等 例：求量程为 5.9KPa（600mmH2O）的一级 精度气动差压变送器的最大指示误差。
气动调节器中，常用比例惯性环节作负反馈，实现实际比例微 分作用。
3、气动仪表的比较环节 按线性叠加原理工作。比较环节的输出等于各输入信号 的代数和，各信号的变化调整互不影响 按平衡原理有三种形式： （1）位移平衡式 反馈信号产生的档板位移与输入信号产生的档板位移 相平衡（先大后小，有一微小变化，可不计） （2）力平衡式 反馈信号产生的力与输入信号产生的力相平衡。（比 较环节几乎无位移）误差小 （3）力矩平衡式 反馈信号产生的力矩与输入信号产生的力矩相平衡，精 度高
波纹管E的伸缩造成挤排作用对弹性气室形成通道
比例惯性环节
弹性气容，二通道作用于盲室
p1 p2 惯性环节输出部分
比例环节输出部分
t
特性曲线 Psr→ 首先挤压气室E，使Psc突增→比例作用 Psr 经 R 不 断 向 Psc 充 气 ， Psc↑， 而 E 逐 渐 收 缩 ， 直 到 Psc=Psr为止→惯性充气环节
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第一章绪论一．气动仪表的定义以压缩空气为能源的仪表，称为气动仪表。
气动单元组合仪表以0。
02~0。
10Mpa气压作为统一信号。
二．自动调节系统的几个组成部分1．被调对象——也叫调节对象，就是被调节的生产设备或生产过程的某个环节。
2．变送器——将被调参数转换成与其成比例的测量信号。
3．给定器——给出被调参数的控制值或给出被调参数的变化规律。
4．调节器——把变送器送来的测量信号与给定器送来的给定信号进行比较得出偏差信号，再将偏差信号按某种调节规律运算放大，而输出一个控制信号，再将信号按某种调节规律运算放大，而输出一个控制信号去指挥执行器。
5．执行器——包括执行机构和调节阀，执行机构将调节器的输出信号转换成推办。
用以推动调节阍，而调节阀则改变被调介质的流入量或流出量，使被调参数保持在生产需要的数值上。
三．QZD仪表品种分类和型号命名：QZD仪表及单元的型号由两部分组成，两部分之间用短横隔开，前一部分由三个汉语拼音大写字母组成。
第一个均为Q，它表示气动仪表的意思；第二个字母表示测量参数或仪表的品种而后一部分是阿拉伯数字，是制造厂用以表示产品系列，规格，结构特征等的编号。
QDZ仪表由下列七大类组成：1．变送单元（B）2．调节单元（T）3．显示单元（X）4．计算单元（J）5．给定单元（G）6．辅助单元（F）7．转换单元第二章气动仪表的基本元件与组件一．弹性元件在气动仪表中，弹性元件作为检测元件或转换元件，将压力或差压信号转换成位移或压力信号。
通常采用的弹性元件有：非金属膜片，金属膜片，波纹管及弹簧等。
弹性元件的基本特性：弹性元件的变形位移（线性位移或角位移）和作用力之间的关系称为弹性特性。
弹性元件在其轴向受到外力作用时，就会产生拉伸或压缩变形位移，在弹性限度内。
作用，力与弹性元件的变形位移间的关系为：F=C*SF——轴向外力S——弹性元件的变形位移C——弹性元件的刚度。
二．气动阻容元件1．在气动仪表的气动管路中，起产生压力降和改变空气流量作用的元件，称为气阻，也叫节流元件或节流孔。
气阻按其特性可分为线性气阻主非线性气阻。
气阴按其结构特点可分为恒气阻，可调气阻和变气阻。
2．气容在气动管路中，能贮存或放出气体的容器都来可称为气容。
3．阻容元件用导管将气阻和气容联接起来，就构成了气动阻容元件，常见的阻容元件有节流盲室和节流通室内，在气动仪表中阻容元件一般作为仪表的反馈环节，以获得比例，积分，微分等调节规律。
四．气动控制元件在气动仪表中。
最基本的控制元件就是不同形式的喷嘴挡板机构，就本质而言，喷嘴挡板机构就是由一个恒气阻一个流通气室内和一个变气阻串联而构成的节流通室。
唬嘴挡板机构的作用，是把微小的位移转换成相应的压力信号。
1．普通喷嘴挡板机构及放大作用上图的普通挡板机构。
压力恒定的气源P0经恒气阻1进入节流通室（也啊背压室）再由距嘴与挡板之间的间隙排出，喷嘴与挡板之间的间隙排出。
喷嘴与挡板组成一个变气阻，当喷嘴挡板间隙h变化时，使空气流通截面积发生变化。
因而改变了变气阻的阻值，当喷嘴挡板间隙h一定时，变气阻有对应关系，则通室压力P1与变气阻有一一对应关系，我们将喷嘴挡板机构的节流通室压力称为背压。
如果使挡板盖住喷嘴（即h=0）则背压P1等于气源压力P0，如果使挡板完全离开喷嘴，背压接近于大气压（P1=P2=0）第三章气动变送单元气动变送器在化工测量和自动调节系统中的作用，是将被测参数（如温度，压力，液位，流量等）转换面标准的气压信号，送入有关单元，以使集中检测，自动调节或信号连锁保护等。
气动差压变送器：气动差压变送器由测部分和气动转换部分组成，测量部分的作用是感受差压的变化，并将差压转换成相应的测量力。
这个力作为气动转换部分的输入，气动转换部分接受测量力，并把它转换成相应的标准气压信号作为变送器的输出。
1．测量部分主要由出轴密封装盒，检测元件（膜盒）基体等组成。
膜盒与基体分别组成正，负压室。
2．气动转换部分。
主要由气动放大器，杠杆机构和反馈波纹管组成。
气动放大器由喷嘴挡板机构和节流式功率放大器组成，杠杆机构将测量力的变化转换成位移的变化。
然后再由喷嘴挡板机构将位移变铺张浪费转换成喷嘴背压的变化。
功率放大器则将与差压成比例的喷嘴背压进行压力和流量放大，放大后的压力信号即为变送器的输出。
杠杆机构主要起力矩传递作用。
测量力和反馈力在杠杆系统上形成测量力矩和反馈力矩，二者进行比较后由杠杆系统输出一个微小位移给挡板。
第五章节气动显示单元凡是能将生产过程中各种参数进行显示，记录或积算的仪表，统称为显示仪表。
第一节三针记录调节仪三针记录调节仪应用广泛，它有三套测量机构，分别推动一个记录笔和两个指示针，用以记录被调量并同时指示给定值和阀位，并能准确地进行给定，方便地进行PID参数整定及手动自动无扰动切换。
三针记录调节仪有机芯，调节器，箱壳（包括管路板，切换开关和定值器）三部分。
一．机芯（以QXJ—313型三针记录调节仪为例介绍）机芯由测量机构，卷纸机构。
指针，笔架和笔尖组成。
测量机构由波纹管组件和四个连杆组成，波纹管组件的作用是将被测验压力信号转换成相应的位移信号。
连杆机构的作用是将位移信号按一定的比例关系进行放大，并在刻度板上显示出来。
二．阀位指示。
阀位指示仪简称小表，主要功能是指示三针记录调节仪的输出压力值。
三．切换开关与管路板管路板的作用是固定部件和沟通各之间的气路的连通状况气动调节单元在自动调节系统中，调节器的任务在于使被调参数保持在工艺生产指定的数值上或按工艺生产工艺生产给定的规律变化，调节对象的被调参数通过变送器转换成0.2-1kg/c㎡的气压信号，然后送到调节器，此气压信号称为调节器的测量值，有给定单元送到调节器上表征工艺参数指示值。
大小的气压信号为调节器的给定值。
调节器的测量值与给定值相比较而得出差值，称为偏差信号。
调节器根据偏差信号的大小和方向以某种调节规律向执行器发出信号。
通过调节阀改变被调介质的数量。
使被调参数恢复到给定值上。
调节器的输出信号与输入信号之间随时间变化的规律称为调节规律或调节作用。
被调参数的测量值大于给定值时的偏差信号称为正偏差，测量值小于给定值时的偏差信号称为负偏差。
调节器在正偏差和负偏差时，都应发出调节作用，以克服调节系统的扰动，使被调参数保持在给定值上。
在正偏差作用下，调节器的输出信号增大，称为正作用调节器，而在正偏差作用下调节器的输出信号减小时，称它为反作用调节器一，调节器的调节规律调节器的基本调节规律有比例，积分，微分及其组合。
（一）比例调节规律（P）比例调节规律的特点就是输出信号与输入信号成比例关系，也就是测量值与给定值的偏差乘上一个比例系数，即为调节器的输出变化值用数学式表示为：△P出=Kp×P入式中△P出——调节器输出信号的变化量P入——调节器输入的偏差信号Kp ——比例系数或称为比例增益比例系数Kp就是调节器的放大信数，比例系数可以大于1，也可以小于1。
比例调节器的伏点是反应似的快，调节作用立即见效，即当有偏差信号时，调节器的输出立刻与偏差成比例变化，偏差信号越大，输出的调节作用也越强，但因比例调节器的输出信号与输入偏差信号间存在一一对应的关系，所以当自动调节系统的负荷变化时比例调节器不能把被调参数调回到给定值上，而产生了所谓的残余偏差（简称余差）这是比例调节器的缺点。
比例范围（也称比例度）是比例调节器最基本的概念，所谓比例范围，就是使调节器的输出信号变化全范围时，相应的输入信号变化其全范围的百分数，即Pb=P入/P出×100%又因为P入/P出=1/Kp所以Pb=1/Kp×100%调节器的比例范围（比例度）等于放大倍数的倒数的百分数（二），积分调节规律（1）调节器输出信号变化量△P出与偏差信号P入的积分成正比时，我们称这种调节规律为积分调节规律，用公式表示为：△P出=1/Tl∫P入dt Tl为积分时间具有积分调节规律的调节器称为积分调节器，可见，积分调节器输出信号的变化量与偏差信号的大小及其存在的时间正比，与积分时间成反比，当有偏差信号时，积分调节器的输出将随时间不段变化（增大或减小），只有在输入偏差等于零时，积分作用才停止，输出信号才不再变化而稳定某一数值上，所以当偏差大小及存在的时间长短不同时，积分调节器在偏差消失后有不同稳定输出值。
也就是说，积分调节器在稳定状态时的输出压力可以为任意值。
因此，用积分调节器组成的调节系统当系统稳定时总是无差的。
积分时间的倒数1/Tl表示积分速度的大小，积分时间越长，积分速度越小，即积分作用越弱，积分时间越小，积分速度越大，即积分作用越强。
（三），微分调节规律比例，积分调节器的输出仅与偏差信号的方向，大小及其存在的时间有关，与偏差信号的变化速度无关，对于滞后较大的调节对象，为了提高调节质量，必须考虑偏差信号变化速度的问题，因此产生了微分器理想的微分调节器，输出与输入信号的变化速度成正比例，其特征方程为：△P出=TD×dP入/dtTD——微分时间dP入/dt——输入信号变化速度，可见，偏差变化速度越大，微分时间越长，则微分作用的输出变化越大。
如果偏差稳定不变，即dP入/d=0，则不论偏差信号的绝对值多大，微分器的输出都为零理想的微分器是不能实际应用的因为一个很微弱但变化速度很大的信号，就可以使输出压力产生很大的变化，所以微分环节抗干扰能力很差，因此实际事业的微分器常常是比加微分特性（四）三作用调节规律（P，I，D）常用的调节器之一是比例加积分加微分调节器，其特性方程为：△P出=Kp(P入+1/Ti∫P入dt+TD×dP入/dt)理想的三作用调节器在阶跃信号作用下，微分作用使输出压力产生一个跃变脉冲，比例作用使调节器输出随时与微分器的输出成正比，积分作用使用调节器的输出压力随时间的增长作等速度变化，其变化速度取决于P入和积分时间的大小。
三作用调节输出如图：△P比.积.微调节器的构成原理调节器的构成原理入图调节器由比较环节控制文件，功率放大器及反馈机构四个部分组成，现分别加以介绍：（一）比较环节它的作用是把测量信号，给定信号及反馈信号比较，然后输出一个很小的位移，即喷嘴档板间的位移。
（二）控制元件气动调节器的控制元件是各种形式的喷嘴档板机构。
控制元件的作用是把比较元件送来的微小位移量转换成相应的气压信号，所以，控制元件也叫放大环节，即将微小位移量放大为具有定功率的气压信号。
（三）功率放大器气动调节器一般都有一个功率放大器，其作用是把控制元件输出的微小的气压信号进行功率放大，以便远距离传递或推动执行器。
（四）反馈机构反馈机构的作用是为了实现各种调节规律，以适应各种被调对象的要求，气动调节器的反馈机构通常由各种形式的恒气阻，可调气阻，容或杠杆组成。