工业过程控制工程课件第四章_测量变送环节和执行器

转换成统一信号
风 压: 0.02~0.1MPa
电信号: 0~10mA （DDZ-Ⅱ型表）
4~20mA （DDZ- Ⅲ型表）
表示：线性化处理后，可表示为一阶惯性加纯滞
后特性
Gm（s）=
Km e ms
TmS 1
（4.1-1）
第四章 测量变送环节和执行器
4.1系统设计时对测量变送环节的考虑
测量变送环节表示： 1）存在纯滞后，希望τm越小越好； 减小τm的好处：频率提高，稳定裕度增 加，过渡过程面积减小 2 ）测量变送环节处于反馈通道中，减小Tm （通道时间常数），可提高控制质量（频 率提高，过渡过程面积减小）； 3）减小Tm可减小动态误差，Tm大，会使指 示记录曲线与真实参数产生很大的动态误 差
第四章 测量变送环节和执行器
4.1.2 测量信号的处理
低通滤波示例：RC阻尼器 或RC滤波电路
传递函数：
G(S) 1/(TS 1)
作用： 通低频，阻高频 低频时动态增益近似为1，随着频 率的增高，其动态增益大大下降
第四章 测量变送环节和执行器
4.1.2 测量信号的处理
实现方法： （见P40图4.1-3） 在气体压力传送管线上增加 气阻Ｒ 气容Ｃ 采用电动变送器时，将ＲＣ滤波电路串 接在变送器之后。
对指示和记录的观察带来不便。
第四章 测量变送环节和执行器
4.1.2 测量信号的处理
３）线性化处理 例：节流装置输出差压与流量的平方成正比
Q K P P T
Ｑ－流量
Ｋ－系数
Ｐ－绝对压力 △Ｐ－差压 Ｔ－绝对温度
措施：进行线性化处理（对例子，采用开方
器进行校正）或用软件校正。
第四章 测量变送环节和执行器
要求：快速、准确地反映被测量值
第四章 测量变送环节和执行器
4.1系统设计时对测量变送环节的考虑
本节的主要内容:
4.1.1 测量误差的来源
P39
4.1.2 测量信号的处理
P40
第四章 测量变送环节和执行器
4.1.1 测量误差的来源
１）仪表本身误差
P39
仪表的精度等级表明了稳态下仪表的 最大百分误差。它是按全量程的最大百分 误差来定义的，量程越宽绝对误差越大。
３）测量的动态误差
测量变送环节的滞后，包括Ｔm和τm
都会引起测量动态误差。 在化工生产中，最容易引入纯滞后的是
温度和物性参数的测量。
第四章 测量变送环节和执行器
4.1.1 测量误差的来源
３）测量的动态误差 例１：测温元件 - 存在测量滞后 例如：温包、热电阻、热电偶 滞后原因：热容 热阻（与元件的结构、外围 介质的流态、性质及 停滞厚度有关） 见P40图4.1-1测量元件的响应速度
第四章 测量变送环节和执行器
4.1.2 测量信号的处理
实现方法：
（见P40 图4.1-3）
第四章 测量变送环节和执行器
4.1.2 测量信号的处理
２）对测量噪声需进行滤波
P41
例：
容器液位剧烈跳动 变送器输出波动不息
压力、流量信号呈高频振荡
措施：低通滤波
３）线性化处理
检测变送器：有时输入－输出呈非线性
4.2 控制阀环节在控制系统设计中的考虑
本节的主要内容:
4.2.1 4.2.2 4.2.3 4.2.4
控制阀概述
P41
控制阀设计中的几个内容P41
流量特性和阀门增益 P42
流量特性的选择
P44
第四章 测量变送环节和执行器
4.2.1 控制阀概述
控制阀：又称末级控制元件,调节阀 最终执行控制任务
作用：接收控制器来的控制信号，通过改 变阀的开度来控制流量（改变调节 量），实现生产过程自动化。
第四章 测量变送环节和执行器
第四章 测量变送环节和执行器
本章的主要内容: 4.1 系统设计时对测量变送环节的考虑 4.2 控制阀环节在控制系统设计中的 考虑 4.3 其它执行器
第四章 测量变送环节和执行器
4.1系统设计时对测量变送环节的考虑
测量变送环节任务和要求
P39
任务：对被控变量或其它参数进行正确测量，并
第四章 测量变送环节和执行器
4.1.1 测量误差的来源
３）测量的动态误差 例１：测温元件 - 存在测量滞后 见P40图4.1-1测量元件的响应速度
减小误差措施： 不要任意加厚保护 套管 避免把测温元件安 放在死角或引起大 热阻处
第四章 测量变送环节和执行器
4.1.1 测量误差的来源
３）测量的动态误差 例２：ＰＨ值控制系统
选择仪表量程时应尽量选窄一些。
从控制原理角度看：
缩小检测变送器的量程，就是使
该环节静态增益Ｋm增加。
第四章 测量变送环节和执行器
4.1.1 测量误差的来源
１）仪表本身误差
P39
仪表的精度等级：表明了稳态下仪表的最大
百分误差。
精度等级G分为八个等级：
0.1, 0.2, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 5.0
例：
活塞式压缩机的出口压力
以往复泵输送液体时的流量
呈现脉动现象
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4.1.2 测量信号的处理
周期性波动，给系统运行带来的麻烦： 控制过程徒劳无益，有可能使系统产 生共振，加剧受控变量的波动。 使控制阀阀杆加速磨损，影响寿命。
措施： 增加阻尼（实质上是一种低通滤波作 用） 削平脉冲波形 提高系统平 稳性
示意图：P40 图4.1-2
电极不能放置在流速 不稳的主管道上
两项纯滞后：
τ1 与τ2
第四章 测量变送环节和执行器
4.1.1 测量误差的来源
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３）测量的动态误差
例２：ＰＨ值控制系统
示意图：P40 图4.1-2
电极不能放置在流速不稳的主管道上
两项纯滞后：
1
l1 v1
2
l2 v2
m 1 2
第四章 测量变送环节和执行器
4.1.1 测量误差的来源
３）测量的动态误差 式中： l1,l2 管道长度 v1, v2 流体流速
减小滞后的措施：合理选择测量元件的
安装位置，以减小τm
第四章 测量变送环节和执行器
4.1.2 测量信号的处理
在以下情况下，对测量信号需进行处理后再
送往控制器。
P40
１）对呈周期性的脉动信号需进行低通滤波
精度等级的数字越小，精度越高
第四章 测量变送环节和执行器
4.1.1 测量误差的来源
２）安装不当引入误差 测量变送的一次元件安装在工艺设备上。
安装必须符合规范，否则会引入很大误差。 例：流量测量中 孔板反向安装 直管段不足 差压计液体引压管线存在气泡 引入误差
第四章 测量变送环节和执行器
4.1.1 测量误差的来源
第四章 测量变送环节和执行器