自动检测和过程控制期末复习

第七章成分分析仪表

成分分析仪表是用来对物料的成分组成以及各种物理、化学特性进行测量分析的仪表。

第一节红外线气体分析仪

红外线气体分析仪是一种吸收式光学分析仪器，是利用不同气体对红外辐射能选择性吸收原理来工作的。

一、工作原理

凡是不对称结构的双原子和多原子气体（CO、CO2、SO2、CH4等）对红外线都有一定吸收能力，但不是在红外波段的整个频谱范围内都吸收，而只是吸收其中的某些波段的红外线，即所谓的选择性吸收，被吸收的波段称为特征吸收波段。

二、基本组成

光源、同步电机与切光片：作用是产生两束能量相等而又稳定的平行红外光束；

滤波室：吸收或滤去干扰气体所对吸收峰的红外辐射能，去除干扰气体对测量的影响；

参比室与测量室：参比室内封入不吸收红外辐射的惰性气体，能量没衰减。测量室则通入流动的被测气体，红外线能量被吸收而减弱；

检测室(薄膜,定片)：检测室的作用是用来接收从参比室与测量室射出的红外线，并转化成电信号；

检测系统：将红外探测器的输出信号进行放大转成统一的直流电信号，并对信号进行分析处理，将分析结果显示出来，还可根据需要输出浓度极值和故障状态报警信号。

第二节氧量分析仪

一、热磁式氧量分析仪

当气体处于外磁场中间时，如果能被磁场所吸引，则该种气体为顺磁性气体；如果能被磁场所排斥，则该种气体为逆磁性气体。

在具有温度梯度和磁场梯度的环境中，由于气体局部温度升高，会出现顺磁性气体的磁化率下降，这种利用磁化率与温度间的关系测定气体中某种成分含量的方法称为热磁法二、氧化锆氧量分析仪

氧化锆氧量分析仪根据浓差电池原理设计而成。包括两个“半电池”：一个“半电池”是已知氧气分压的铂参比电极，另一个“半电池”是含氧量未知的测量电极。两个“半电池”电极之间用固体电介质——氧化锆连接

氧化锆氧量计正常使用条件

(1)应使氧化锆传感器的温度恒定，850℃时灵敏度最高；

(2)必须要有含量稳定不变的参比气体；

(3)被测气体和参比气体应具有相同的压力；

(4)一般不用于可燃性气体组分的氧分析。由于电极工作在高温下(800℃附近)，被测气体中如果含有H2、CO等可燃气体时，气样中将发生燃烧反应而耗氧，不仅会造成测量误差，而且还有爆炸的危险。

第八章显示仪表

一、定义

显示仪表是接收检测元件(包括敏感元件、传感器、变送器等)输出信号，通过适当的处理和转换，以易于识别的形式将被测参数表现出来的装置。

二、分类

显示仪表分为模拟式、数字式和屏幕式三大类。

第二节模拟式显示仪表

定义：模拟式显示仪表是以指针与标尺间的相对位移量或偏转角来指示被测参数连续变化的显示仪表。

结构简单、工作可靠、价格低廉、易于反映被测参数的变化趋势，然而，也具有准确度较低、线性刻度较差、信息能量传递效率低、灵敏度不高等缺点。

一、电位差计式显示仪表

电位差计是一种典型的平衡式测量仪表，能与输出信号为电势(电压)的各种检测元件配合，用于测量和显示被测参数。

采用电位差计测量未知电势有如下优点：

(1)可以得到较真实的测量结果。热电偶及连接线的电阻变化对测量结果不产生影响。

(2)电位差计具有较高的准确度，同时，它还可以作为直流电压、电流、电阻等的精密测量仪器。

二、自动平衡电桥式显示仪表

动平衡电桥式显示仪表是与热电阻配套使用，对被测温度进行指示及记录的装置。自动平衡电桥与电子电位差计比较，除测温元件及测量桥路不同外，其他部分基本相同。

自动平衡电桥与电子电位差计在外形结构上十分相似，许多基本部件完全相同。但它们终究是不同用途的两种模拟式显示仪表，主要区别如下：

(1)配用的感温元件不同；

(2)作用原理不同；

(3)感温元件与测量桥路的连接方式不同；

(4)电子电位差计的测量桥路具有对热电偶自由端温度进行自动补偿的功能，自动平衡电桥不存在这一问题。

第三节数字式显示仪表

数字式显示仪表是把与被测参数成一定函数关系的连续变化的模拟量，变换为断续的数字量显示的仪表

数字式显示仪表与模拟式显示仪表相比，具有测量准确度高、显示速度快以及没有读数误差等优点，在需要时，还可输出数字量与数字计算机等装置联用，因而在现代测量技术中得到广泛应用。

按输入信号的不同，数字式显示仪表可分为电压型(输入连续的电压或电流信号)频率型(输入连续可变的频率或脉冲序列信号)；

按使用场合不同，数字式显示仪表可分为实验用和工业用两类。

❖数字式显示仪表的主要性能指标有：

量程；

分辨率；

准确度。

❖此外还有响应时间、数据输出、绝缘电压、环境要求等指标。

(三) 数字式显示仪表的特点

(1)准确度高，可避免视差。

(2)灵敏度高，响应速度快，而且不受输送距离限制。

(3)量程和极性可以自动转换，因而量程范围宽，能直接读出测量值和累积值。

(4)体积小，重量轻，易安装，可以在恶劣环境中工作。

(5)其中的智能型数字式显示仪表，还有量程设定、报警参数设定、自动整定PID参数、仪表数据掉电保护、可编程逻辑控制等功能。

所谓模-数转换(A/D)就是要把连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号。

实现A/D的方法及器件很多，分类方法也不一致，若从其比较原理来看，可划分为三

（1）直接比较型。

（2）间接比较型。

（3）复合型。

将不同性质的信号与不同电平的信号统一起来，这就叫输入信号的规格化，或者称为参数信号的标准化

一、过程控制系统

自动控制：就是在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置(控制装置)，使机器、设备或生产过程(控制对象)的某个工作状态或参数(被控量)按照预定的规律自动地运行自动控制系统(Automatic Control Systems )：是在无人直接参与下可使生产过程或其他过程按期望规律或预定程序进行的控制系统。

过程控制系统(Process Control Systems )：以表征生产过程的参量为被控制量使之接近给定值或保持在给定范围内的自动控制系统

二、过程控制系统组成

❖检对象：被控制的装置或设备，其输出即为被控量；

❖测元件及变送器：检测元件的功能是感受并测出被控量的大小，变送器的作用则是检测元件测出的被控量变换成控制器所需要的信号形式；

❖控制器：它将检测元件或变送器送来的信号与被控变量的设定值信号进行比较得出偏差信号，根据这个偏差信号的大小按一定的运算规律计算控制信号u，然后将控制信号传送给执行器。

❖执行器：其作用是接受控制器发出的控制信号u，直接改变操纵量q(例如电流、重油、煤气等的量)，即调整能量或物料的平衡，使被控量回复至设定数值。

过程控制系统的分类

自动控制系统有多种分类方法，可以按被控量分类，例如温度控制系统、流量控制系统等；也可以按控制器的控制作用来分类，例如比例控制系统、比例积分控制系统等。

将控制系统按设定值形式的不同分为三类，即定值控制系统、程序控制系统与随动控制系统。

第二节过程控制系统过渡过程和品质指标

在自动控制中，把被控量不随时间而变化的平衡状态称为系统的静态，而把被控量随时间而变化的不平衡状态称为系统的动态

系统无时无刻都受到干扰，其结果是系统一直处于变动之中，即处于动态。当然在某个时刻可看作是稳定的，即处于静态。从一个静态到另一个静态所经历的过程称为过渡过程。(一)衰减比n=B∶B’

减比表示振荡过程的衰减程度，是衡量过渡过程稳定性的动态指标，它等于被控量产生周期性振荡前后两个峰值比

(二)最大偏差A=B+C

最大偏差又称短时偏差，是指受控变量第一个波峰值与设定值之差；它表示了偏离设定值的程度（衡量）是衡量过渡过程稳定性的一个动态指标。

(1)偏差愈大，时间越长，离生产状态愈远。