仪表自动化控制基础知识.共35页
仪表基础知识
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常规仪表旳分类
一、压力仪表 二、温度仪表 三、流量仪表 四、液位仪表 五、特殊仪表（振动、位移等） 六、ห้องสมุดไป่ตู้析仪表
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压力仪表
现场压力表 电接点压力表 压力变送器/差压变送器 压力开关
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压力仪表
现场压力表，从表盘直径看最常见旳有60mm,100mm,150mm 三 种规格。从接口看最常见旳有M20X1.5, 1/2NPT, 法兰连接（有 法兰尺寸和耐压等级要求）
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艾默生企业生产旳375手操器
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压力仪表—压力开关
压力开关 1、压力开关是一种简朴旳（压力控制装置），当 被测压力到达额定值时，压力开关可发出（警报或 控制）信号。 2、压力开关旳工作原理是：当被测 压力超出额定值时，弹性元件旳自由端（产生位 移），直接或经过比较后推动（开关元件），变化 （开关元件）旳通断状态，到达控制被测压力旳目 旳。 3.压力开关采用旳弹性元件有（单圈弹簧 管）、（膜片）、（膜盒）及（波纹管）等。 开
阀组类型旳仪表有一种开关投用程序。
投用三阀组：开正压阀，再关平衡阀，再开 负压阀； 关闭三阀组：关负压阀，打开平衡阀，关正 压阀。
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压力仪表—压力变送器
最具有代表性旳压力变送器： 1、EJA川仪横河（重庆川仪），通讯时叠加Brain或Hart协议旳数字信号。 2、Rosemount（中国北京远东）通讯时叠加Hart协议旳数字信号。 通讯时有专用旳手操器，能够在主控室、现场进行仪表旳组态。
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内蒙古磴口
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第一章 仪表及自动化旳基本知识
自动化讲义1-仪表基础知识
利用浮子随液位变化而上下浮动的原理来 测量物位。
超声波物位计
雷达物位计
利用超声波在气体中传播速度不同来测量 物位。
利用雷达波在气体中传播速度不同来测量 物位。
04
自动化技术在仪表中应用
传感器技术
01
02
03
传感器类型
根据测量原理和应用领域， 传感器可分为温度、压力、 流量、物位、位移、加速 度等多种类型。
信号处理算法
03
应用各种数字信号处理技术，如傅里叶变换、滤波、相关分析
等，对信号进行特征提取和降噪处理。
控制技术
控制原理
根据被控对象的特性和控制要求，选择合适的控制策略，如PID控 制、模糊控制、神经网络控制等。
控制器设计
设计控制器的结构和参数，以满足系统的稳定性、快速性和准确性 要求。
控制技术应用
可维护性
选择易于维护、校准和更换的仪表，减少后期维护成本 。
安装要求和步骤
安装位置
选择便于观察、操作和维护的位置，避 免安装在振动、潮湿、高温或腐蚀性环
境中。
连接方式
根据测量需求和管道特点，选择合适 的连接方式，如法兰连接、螺纹连接
等。
安装方式
根据仪表的特点和安装环境，选择合 适的安装方式，如壁挂式、盘装式等。
密封措施
确保仪表与管道连接处密封良好，防 止泄漏和外界干扰。
调试过程及注意事项
调试前准备
熟悉仪表的使用说明书，了解仪表的 工作原理、性能参数和调试方法。
02
外观检查
检查仪表的外观是否完好，有无损坏 或变形。
01
03
零位调整
对于需要调整的仪表，进行零位调整， 确保测量准确。
记录与报告
仪表自动化基础知识
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。
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。
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。
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。
仪表自动化基础知识
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%
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。
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）。
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。
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。
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
仪表自动化控制基础知识
脉冲量信号：
脉冲量常用于转速测量、流量测量和记数。 脉冲输入的测量分为以测量频率为目的、以测量脉冲 个数为目的和频率、脉冲个数都需要的三种应用场合。 频率测量范围：0.1Hz-25KHz,高于25KHz的信号需 要选择仪表内部的预分频单元 频率测量精度:0.100Hz~45.000Hz范围:±0.01Hz 45.00Hz~450.00Hz范围:±0.02Hz 450.0Hz~4500.0Hz范围:±0.2Hz 4500Hz~25000Hz范围:±2Hz 计数测量一般用于用于过程计数，事件计数，位移 测量等。
位式PID控制是仪表按一定的周期，通过控
制接点的通断对系统进行控制。在一个周期内，
接点的接通和断开的时间长短反映控制量的大小，
操作量为100%时，接点在整个周期内完全接通，
操作量为0%时，接点在整个周期内完全断开。
3．6程序给定 ① 模拟量输出（方式1）：输出信号的大小 及变化斜率可以通过编程设定，编程通过设置参
1/45000。
信号类型： 仪表能接收的模拟量信号有：
1、标准电流信号
2、准电压信号 3、mV信号
标准电流信号：
4mA~20mA DC、0mA~10mA DC、 0mA~20mA DC。其它直流电流信号，需要在订货 时注明，但最大不能超过5A，大于5A的信号应在仪 表外使用分流器或变送器进行处理。 多数变送器的输出信号都是4m A~20m A标准 电流信号，传送到控制室供各类仪表接收，特点时
的过程参数控制，可能需要加进出量进行修正，使控制过程尽快回到 原来的控制状态，微分时间表示微分作用强度的单位，仪表设定的 微分时间越长，则以微分作用进行的修正越强。
• 3．5位式PID控制
一般的PID控制是以连续的电流或电压输出
自动化仪表基础知识
表结构。
考虑环境因素
02
如环境温度、湿度、腐蚀性、振动等，选择适应环境条件的仪
表。
了解仪表的性能指标
03
如测量范围、精度等级、重复性、稳定性等，确保所选仪表满
足工艺要求。
安装步骤和规范要求
安装步骤 1. 熟悉图纸和资料，了解安装要求和注意事项。 2. 准备工具和材料，检查仪表及附件是否齐全、完好。
应用领域与重要性
应用领域
自动化仪表广泛应用于石油、化工、电力、冶金、制药、造 纸等工业领域，以及环保、水处理、食品加工等民用领域。
重要性
自动化仪表是实现工业自动化和生产过程自动化的重要工具 ，能够提高生产效率、降低能耗和减少环境污染，对于推动 工业转型升级和实现可持续发展具有重要意义。
02
自动化仪表工作原理
数字显示
通过数码管、液晶显示屏 等数字显示器件，将被测 量以数字量的形式显示出 来。
图形显示
通过计算机图形界面或专 用图形显示仪表，将被测 量以图形或曲线的形式显 示出来。
03
自动化仪表主要类型及特 点
温度测量仪表
热电偶温度计
利用热电效应原理测量温 度，具有测量精度高、响 应速度快等特点。
热电阻温度计
信号调理
将连续变化的模拟量（如电压、电流）转 换为数字量，以便进行数字处理和分析。
将离散的数字量转换为模拟量，以便进行 显示、记录或控制等操作。
对输入信号进行放大、滤波、隔离等处理 ，以满足后续电路的要求。
显示原理
01
02
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模拟显示
通过指针式仪表、记录仪 等模拟显示器件，将被测 量以模拟量的形式显示出 来。
自动化仪表基础知识
目录
自动化仪表基础知识
显示仪表
生产过程
检测仪表
执行器
调节仪表
如图G： 检测仪表： 测量某些工艺参数如压力、温度、电压、频率、振动等。 显示仪表：指针式、数字式记录仪、工业电视、图象显示器 集中控制装置：包括巡回调节仪、程序控制仪、可编程序调节器、可编程序控制器 调节仪表根据需要对信号进行运算如放大、积分、微分等，也包括各种气动、电动调节器及用来代替调节器的微处理机。 执行器：接受调节系统的来的信号或直接来自操作人员的指令，对生产过程进行操作和控制。包括各种电、液、气动执行机构和调节阀、开关等。
怎样选择压力表的测量上限 压力表低于1/3量程部分，精度较低，不宜使用。 选择压力表的测量上限时，一般应大于最高使用压力的1/3，目的是为了保证压力表安全可靠地工作，维护其使用寿命。 选择使用范围时，最高不得超过刻度盘满刻度的3/4。选用标尺全量程的1/3-2/3之间为宜，因为这一使用范围，准确程度较高，又适合平稳、波动两种负荷下兼可使用。
四、温度仪表安装注意事项
1、温度一次点的安装位置应选在介质温度变化灵敏且具有代表性的地方，不宜选在阀门、焊缝等阻力部件的附近和介质流束呈死角处。 就地指示温度计要安装在便于观察的地方。 热电偶安装地点应远离磁场。 温度一次部件若安装在管道的拐弯处或倾斜安装，应逆着流向。 双金属温度计在≤DN50管道或热电阻、热电偶在≤DN70的管道上安装时，要加装扩大管。扩大管要按标准图制作。 压力式温度计的温包必须全部浸入被测介质中。
常用温度计的种类
0-3500 200-2000
光学探测 热电探测
红外线
400-2000 700-3000 900-1700
辐射式 光学式 比色式
辐射式
非接触式 测温仪表
仪表自控基本知识摘录
仪表自控基本知识（仅供学习）1.1 概述(1) 自动化仪表的发展趋势工业自动化控制仪表主要包括变送器、调节器、调节阀等设备，控制仪表从基地式调节器(变送、指示、调节一体化的仪表)开始，经历了气动、电动单元组合仪表到计算机直接控制系统(DDC)，直到今日的分散控制系统DCS和现场总线控制系统FCS,经历了漫长的发展过程。
在这过程中计算机技术的发展是一大关键，最初计算机只用于生产数据的处理和巡回检测（如我部２＃芳烃FOX1系统），到２０世纪５０年代末期才用于实现闭环控制。
如今控制系统以DCS和PLC为主流，而现场总线控制系统将是发展的必然趋势。
DCS经历了初创(1975－1980年)、成熟(1980－1985年)、扩展(1985年以后)几个发展时期，在控制功能完善、信息处理能力、速度及组态软件等软件等方面取得令人瞩目的成就，以其高度的可靠性、方便的组态软件、丰富的控制算法、开放的联网能力等优点，得到迅速的发展，成为计算机控制系统的主流。
当今几乎每个发达国家都生产自己的DCS，生产厂家100多家，已销售几万台(套)。
主要生产厂家集中在美国、日本、德国等多家公司。
我国主要有浙大中控和北京的和利时两公司。
PLC以其结构紧凑、功能简单、速度快、可靠性高、价格低等优点，获得广泛应用，已成为与DCS 并驾齐驱的另一种主流工业控制系统。
现场总线技术是20世纪90年代迅速发展起来的一种用于各种现场自动化设备与其控制系统的网络通信技术，是一种用于各种现场仪表(包括变送器、执行器、记录仪、单回路调节器、可编程序控制器、流程分析器等) 与基于计算机的控制系统之间进行的数据通信系统。
现场总线的使用具有许多优点：①增加了仪表系统的功能。
现场总线可实现就地闭环控制，使控制彻底分散，从而提高了控制系统的可靠性;现场总线使用智能仪表，便于仪表在线维护、调校以及在线设备管理;提高了系统的开放性。
②提高了仪表系统的技术性能。
由于信号传输的数字化，增强了现场信号的传输及抗干扰能力，使精度从±0.5%提高到±0.1%，增加了信号传输距离及信息量。
仪表自动化基础知识(三)
输出，油缸中的活塞停留在与输入信号相对应的位置上，从而
达到电液位置自动控制的目的。
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6 执行器
仪表自动化基础知识
6.2 结构
6.2.1气动薄膜调节阀
气动调节阀的性能指标有哪些？
根据气动调节阀国家标准GB4213－92《气动调节阀通用技
术条件》，气动调节阀的性能指标有基本误差、回差、死区、
始终点偏差、额定点偏差、泄漏量、填料函密封性、气室密封
能， 使用新型技术。
5
6 执行器
仪表自动化基础知识
6.1 组成及分类
6.1.1调节阀的组成
根据国际电工委员会(IEC)对调节阀(国外叫做控制阀con
trol Valve)的定义，调节阀由执行机构和阀体组件两部分组
成。
其中，执行机构是调节阀的推动装置，它按信号压力的大
小产生相应的推力，使阀杆产生相应的位移，从而带动调节阀
际阀位信号（0～5V），经规格化处理、电压放大成0～10VDC
的反馈信号；二者在伺服放大器中比较得其差值经电压放大、
功率放大后为±5VDC的控制信号驱动电液伺服阀，控制油缸的
运动方向，通过机械联杆传动，推动阀板（杆），直到输入信
号和位移传感器输出的反馈信号之差为零，这时电液伺服阀的
控制电压也接近于零，电液伺服阀的阀芯处于中位，无液压油
性、耐压强度、外观、额定流量系数、固有流量特性、耐振动
性能、动作寿命，共计14项。其中前10为出厂检验项目。
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6 执行器
仪表自动化基础知识
6.2 结构
6.2.1气动薄膜调节阀
气动薄膜调节阀根据结构可分为：
(1)直通单座；(2)直通双座；(3)角形；(4)隔膜阀；(5)蝶阀；
仪表及自动化知识课件
仪表及自动化知识课件引言随着科技的不断发展，仪表及自动化技术在各个领域中的应用越来越广泛。
本课件旨在向大家介绍仪表及自动化知识，帮助大家了解仪表的基本原理、分类及自动化技术的应用，从而提高大家对仪表及自动化技术的认识和应用能力。
一、仪表的基本原理仪表是一种用于测量、显示和控制各种物理量的设备。
仪表的基本原理是利用各种传感器将物理量转换成电信号，然后通过信号处理电路对信号进行处理，通过显示装置将测量结果展示给用户。
二、仪表的分类根据测量对象的不同，仪表可以分为温度仪表、压力仪表、流量仪表、液位仪表等。
根据工作原理的不同，仪表可以分为机械式仪表、电子式仪表、数字式仪表等。
三、自动化技术的基本原理自动化技术是利用自动控制理论，通过计算机、PLC、DCS等设备对生产过程进行自动控制的技术。
自动化技术的基本原理是利用传感器对生产过程中的各种物理量进行检测，然后通过计算机、PLC、DCS等设备对检测到的信号进行处理，通过执行器对生产过程进行控制。
四、自动化技术的应用自动化技术在各个领域中的应用越来越广泛。
在工业生产中，自动化技术可以提高生产效率、降低生产成本、提高产品质量。
在交通运输中，自动化技术可以提高交通运输的安全性和效率。
在医疗领域，自动化技术可以提高医疗设备的精度和可靠性。
在家庭生活中，自动化技术可以提高家庭生活的便利性和舒适度。
五、发展趋势1.智能化：未来的仪表及自动化技术将更加智能化，能够实现自我诊断、自我修复等功能。
2.网络化：未来的仪表及自动化技术将更加网络化，能够实现设备之间的互联互通。
3.集成化：未来的仪表及自动化技术将更加集成化，能够实现多种功能的集成。
4.绿色化：未来的仪表及自动化技术将更加绿色化，能够实现节能环保。
结论本课件对仪表及自动化知识进行了系统的介绍，希望大家能够通过学习，提高对仪表及自动化技术的认识和应用能力。
随着科技的不断发展，仪表及自动化技术在各个领域中的应用将越来越广泛，希望大家能够紧跟科技的发展，不断学习新知识，提高自己的综合素质。
仪表及自动控制基础知识
第一节 仪表的基本概念
3. 控制系统的分类 按控制系统的基本结构分类，可以分为闭环控
制系统和开环控制系统。
（1）闭环控制系统：系统的输出信号返回到系统 的输入端（反馈），对系统起控制作用，整个系 统构成了一个闭合的反馈回路，也称为反馈控制 系统。
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第一节 仪表的基本概念
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第一节 仪表的基本概念
（2）过渡过程的质量指标包括衰减比（B/B′)、 余差(C)、最大偏差(A)、过渡过程时间和振荡周期
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第一节 仪表的基本概念△
①衰减比（n）：它是衡量系统稳定程度的指标。 有n>1;n=1和n<1三种情况。一般希望n在4-10范 围内较为理想。 ②最大偏差A：它是描述被控变量偏离设定值最大 程度的指标。 ③余差C:它是控制系统过渡过程结束时，被控变 量的新稳态值与设定值之间的偏差。 ④过渡时间：指被控变量从原有稳态值到新稳态 值的±5%或±3%所需时间。 ⑤振荡周期：过渡过程同向两波峰之间的时间间 隔。在衰减比相同时，周期与过渡时间成正比。
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第三节 执行器—气动薄膜调节阀
图1-7 调节阀气开、气关组合方式图 武汉分公司教育培训中心
第三节 执行器—气动薄膜调节阀
1.3 调节阀的气开、气关形式的选择。 气动薄膜调节阀有气开和气关两种形式。选择
气开或气关，主要是从工艺生产的安全要求出发， 其选择可以依据四条原则： （1）首先从生产安全出发。当控制信号消失， 阀位的自然位置应能够保证生产人员和工艺设备 的安全不致于发生事故。 （2）从保证产品质量出发，不发生或尽量少发 生产品质量事故。（精馏塔回流控制阀）
自动化控制仪表基本知识点
自动控制系统基本概念1.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)保证生产安全，防止事故发生或扩大，可以延长设备使用寿命，提高设备利用能力。
(4)生产过程自动化的实现，能根本改变劳动方式，提高社会整体的科技、文化技术水平。
现代自动化技术特点：控制与管理一体化高智能化2.生产过程自动化一般要包括自动检测、自动保护（非自动化系统组成部分）、自动操纵和自动控制3. 控制系统的品质指标1．最大偏差或超调量2．衰减比是B：B’，习惯上表示为n：1 3．余差4．过渡时间稳态值的±5%5．振荡周期或频率4.自动化装置的三个部分（1）测量元件与变送器（2）自动控制器（3）执行器控制阀的输出信号q，任何情况下都指向被控对象。
简单的自动控制系统是一个闭环系统。
6TRC-303 测量点在蒸汽加热器出料管线上的一台温度记录控制仪表，工段号为3，仪表序号为03，仪表安装在集中仪表盘面上。
最本质的区别，就在于自动控制系统有负反馈。
过程特性及其数学模型1.数学模型的表达形式1、参量模型数学模型是采用数学方程式来描述. 2非参量模型数学模型采用曲线或数据表格等来表示.2.建模目的（1）控制系统的方案设计（2）控制系统的调试和控制器参数的确定对象的特性（3）制定工业过程操作优化方案（4）新型控制方案及控制算法的确定（5）计算机仿真与过程培训系统（6）设计工业过程的故障检测与诊断系统提供正确的解决途径。
3.实验建模：主要特点是把被研究的对象视为一个黑匣子，完全从外部特性上来测试和描述它的动态特性，因此不需要深入了解其内部机理，在测试过程中必须注意：（1）加测试信号之前，对象的输入量和输出量应尽可能稳定一段时间，不然会影响测试结果的准确度。
（2）在反应曲线的起始点，对象输出量未开始变化，而输入量则开始作阶跃变化。
因此要在记录纸上标出开始施加输入作用的时刻，以便计算滞后时间。
演示文稿工业控制及自动化仪表基础知识
第二十四页，共46页。
与继电器控制的比较
控制逻辑（硬接线与软接线） 工作方式（硬接线全联动和顺序扫描） 控制速度
时间控制
技术控制 设计、施工和改造 可靠性和可维护性 价格
第二十五页，共46页。
与个人计算机控制的比较
本质上个人计算机和PLC是面向不同应用领域的
漩涡流量计(旋进型和涡街型，涡街为主流）
第三十四页，共46页。
液位检测仪表
浮力式（浮子式、翻板式）
静压式 电容式 超声波
雷达
第三十五页，共46页。
成分分析仪表
热导式（根据气体导热系数） 红外线（根据吸收谱） 色谱（液相色谱，气相色谱）
第三十六页，共46页。
调节器
本节内容复杂，涉及到自动化控制的比较核心的算 法部分，以后如果需要单独作为一个讲座。
R2
VD1
27~28V
F
VD2
29~30V
安 全 Vi 场 所
第四十一页，共46页。
+ 危
R1
VT1
险
VT2
VT3
场
所
−
R2
F1 VD1
VD3 F3
F2
+
VD2
安
全
场
所
VD4
−
F4
隔离型
电源隔离
DC /
DC-24V AC
整流滤波
解调放大器
信号隔离
G1
调制器
整流滤波
G2
4~20mA 接控制室 信号 电源
调节器 执行器和防爆栅
DCS简述
第三页，共46页。
常用控制电器
接触器 继电器