仪表自动化基础知识

控制规律
比例控制
P
比例积分控制 PI
比例微分控制 PD
比例微分积分控制 PID
……
二、自动控制系统分类
（三）按给定值变化规律分类
定值控制系统 给定值x恒定不变的系统称为定值控制系统。
给定值变化
随动控制系统（自动跟踪控制）
给定值x随机变化的系统称为随动控制系统， 又称自动跟踪控制。
程序控制系统（顺序控制系统）
⑵间接测量。通过测量与被测量有函数关系的其他量, 才能得到被测量值的测量方法。如求矩形面积S=长X宽。
测量的方法
测量是用实验的方法,求出某个量的大小。
举例
测一段导线的长度
直接测量
间接测量
Q qV
Q为气体燃料全部燃烧释放的热量；q为燃料热值；v气体 燃料的体积。
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。
由于石油化工参数种类繁多，生产条件各有不同，应用的各种测 量仪表工作原理结构也各有不同。但是，从化工测量仪表的的组成来 看，基本上是有检测环节、传送放大环节和显示环节三部分组成。各 部分之间的关系如下图：
检测环节直接感受被测量，并将它转换为适合测量的信号，经传 送放大环节对信号进行传送，最后由显示部分进行指示记录。
第二节 自动化仪表与系统
一、仪表分类
（一）按仪表使用的能源分类
气动仪表 电动仪表 液动仪表
以压缩空气为动力源 ；信号标准：0.020.1MPa；本安防爆；气动调节阀
以电为能源 ；信号标准：Ⅰ、Ⅱ型：0-10mADC； Ⅲ：4-20mADC;结构较复杂；适宜于远距离传送 和集中控制，便于与计算机连用。
一、仪表分类
一、仪表分类
（三）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 控制仪表
执行器
获取信息，并进行适当的转换；测量工艺参数 将由检测仪表获得的信息进行显示 对信号进行各种运算，并把控制信号传给执行器。 接受信号对生产过程进行操作或控制
一、仪表分类
检测仪表根据其被测变量不同
温度表
二、自动控制系统分类
给定值
蒸 汽
蒸
汽
TC
加 热
器
TT
温
度
控
制
系
统
流量控制系统
它由管路、孔板和差压变送 器、流量调节器和流量调节 阀。控制目标是保持流量恒 定。当管道其他部分阻力发 生变化或有其他扰动时，流 量将偏离设定值。利用孔板 作为检测元件，把孔板上、 下游的差压引至差压变送器， 将流量差压值转换成电流信 号；该信号送至调节器与给 定值进行比较，流量控制器 根据偏差信号进行运算后将 控制信号送至调节阀，改变 阀门开度，就改变了流量， 使流量维持在设定值上。
给定值x按照已知规律(时间函数)变化的系统 称为程序控制系统，又称顺序控制系统。
……
分析仪
流量表
压力表
物位计
一、仪表分类
DCS系统控制的部分现场设备
温度测量仪表
一、仪表分类
DCS系统控制的部分现场设备
智能一体化孔板流量计
一、仪表分类
DCS系统控制的部分现场设备
自动控制（调节）阀门（执行机构）
二、自动控制系统分类
二、自动控制系统分类
自动控制系统有多种分类方法： 一、按被控变量分类 二、按控制规律分类 三、按给定值变化规律分类
以油压为动力 ，主要用于需要大功率输出的场 合，液动仪表现在已很少用。
一、仪表分类
（二）电动仪表按仪表的防爆能力分类
一、仪表分类
普通型仪表 隔爆型仪表
未采取任何防爆措施的仪表，只能应用在非危 险场所。
采取隔离措施以防止引燃引爆事故的仪表。
安全火花型仪表
采用本质安全型防爆措施的仪表；是电动仪表 中防爆能力最好的一类。
测量误差
（二）误差的分类
1、系统误差 在同一条件下，多次测量同一被测参数时，测量结果的误差大小
与符号均保持不变或在条件变化时按某一确定规律变化的误差。 2、随机误差
在相同条件下，对某一参数进行重复测量时，测量结果的误差大 小与符号均不固定，且无一定规律的误差。 3、疏忽误差
测量结果显著偏离被测量的真实值所对应的误差。产生的原因是 由于工作人员在读取或记录测量数据时的疏忽大意造成的。
测量仪表的品质指标
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
测量仪表的品质指标
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。
允许误差
仪表允许的最大绝对误 差值
允 标尺上限值 标尺下限值 100 %
测量仪表的品质指标
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Байду номын сангаас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。
测量仪表的品质指标
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。 解 该仪表的相对百分误差为
4 100% 0.8%
700 200
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。
测量仪表的品质指标
（一）检测仪表的准确度（精确度）
两大影响因素 绝对误差和仪表的标尺范围
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。
测量仪表的品质指标
相对百分误差δ
标尺上限值ma标x 尺下限值100%
测量过程与测量误差
测量误差
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 x x0
x：被校表的读数值，x0 ：标准表的读数值
相对误差
x x0 或 xI xt
x0
x0
xt
三、测量仪表
测量仪表的品质指标
测量仪表是进行测量的基本工具之一。
图1-1 测量仪表的变差
测量仪表的品质指标
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。
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。
测量仪表的品质指标
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。
测量的方法
2、按接触方式分类 ⑴接触式测量。在测量过程中测量的敏感元件直接与
被测介质接触，得到被测量的结果的方法。 ⑵非接触式测量。在测量过程中测量仪表的任何部
分都不与被测介质接触就能得到测量结果的方法。
测量误差
二、测量误差
(一)误差的概念 所谓误差就是某一被测量的测量值与真实值之差。测
量的目的是希望得到能正确反映被测参数的真实值。但无 论怎样努力（包括测量原理、方法、精度等方面），因在 测量过程中始终存在着各种各样的影响因素，使得测量结 果不可能绝对准确，而只能尽量接近真实值。
其中第三种分类方法最普遍
二、自动控制系统分类
（一）按被控变量分类
被控变量
温度控制系统 T
压力控制系统 P
液位控制系统 L
流量控制系统 F
……
温度控制系统
它由蒸汽加热器、温 度变送器、调节器和蒸 汽流量阀组成。控制目 标是保持出口温度恒定。 当进料流量或温度等因 素的变化引起出口物料 的温度变化时，通过温 度仪表测得的变化，并 进料 将其信号送至调节器与 给定值进行比较，调节 器根据其偏差信号进行 运算后将控制命令送至 调节阀，改变蒸汽量维 持出口温度。
仪表反应时间的长短，实际上反映了仪表动态特性的好坏。
测量仪表的品质指标
5.线性度
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

f m a x 仪表量程
100%
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）。
二、仪表自动化基础知识
第一节 概 述
一、测量过程
（一）测量的概念 所谓测量，是指用实验的方法，将被测量（未知量）
与已知的标准量进行比较，以得到被测量大小的过程；是 对被测量定量认识的过程。
测量的方法
（二）测量的方法
测量方法从不同的角度出发，有不同的分类方法。 1、按测量方式分类
⑴直接测量。将被测量与标准量（测量单位）直接进 行比较或用预先按标准量定度好的仪器直接得出测量值的 方法。例如用尺子量长度，用温度计测体温等。
测量仪表的品质指标
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

最大绝对差值 标尺上限值 标尺下限值
100 %
仪表的变差不能超出仪表的允 许误差，否则应及时检修。
二、自动控制系统分类
FC
流量控制系统
液位控制系统
二、自动控制系统分类
给定值 LT LC
图中，检测变送器
检测到水位高低， 当水位高度与正常 给定水位之间出现 偏差时，调节器就 会立刻根据偏差的 大小去控制出水阀， 使水位回到给定值 上。从而实现水位 的自动控制。
（一）按控制规律分类
二、自动控制系统分类