过程自动化及仪表复习

第一章 自动化控制系统概述

3 自动控制系统组成

手动控制与自动控制对比

自动控制步骤：测量→比较→执行 手动控制步骤：观察→比较→操作 自动控制系统组成

输入变量：系统设定值。 输出变量：被控制变量。

控制变量：操纵变量。由控制器改变的量或状态。

反 馈：输出变量通过检测仪表送回输入端，与输入变量进行比较。 扰 动：对系统的输出量产生不利影响的因素或信号。

)

给水阀门

汽包

给水阀门

汽包

4 自动控制系统分类

①闭环控制系统(有反馈)

②开环控制系统(无反馈)

③定值控制系统

④随动控制系统

⑤程序控制系统

5 自动控制系统的过渡过程

静态：系统输入(设定值和扰动)恒定不变时若整个系统建立了平衡，系统各环节暂不动作，它们的输出处于相对静止状态，称为静态或定态。

动态：输入变化后，系统从初始的平衡状态，经过控制到建立新的平衡，系统各环节将处于变化过程之中，这种状态称为动态。

过渡过程：输入变化后，被控制量随时间变化的过程。

6 自动控制系统的品质指标

余差e(∞)：过渡过程终了时设定值与被控量稳态值之差。

第二章过程特性

1过程特性类型

过程特性：被控过程的输入变量(操纵变量或扰动变量)发生变化时，输出变量随时间的变化规律。

输入变量作阶跃变化时被控变量的时间特性用图形表示为响应曲线(控制通道响应曲线、扰动通道响应曲线)。

过程特性类型：

1自衡的非震荡过程，2无自衡的非震荡过程，3自衡的震荡过程，4具有反向特性的过程

第三章检测变送

1 概述P22

检测元件：敏感元件、传感器。将工艺变量转化成以之对应的输出信号（一次仪表）。

二次仪表：将变送器和显示装置称为二次仪表

测量误差：被测值与真实值之间的差别

①绝对误差：仪表指示值与被测的真值之差0x

x-

=

∆

②相对误差：引用误差。绝对误差与量程之比

③允许误差：仪表最大引用误差。 仪表性能指标： ①精确度：仪表精度

精度等级(±%) 0.005 0.002 0.05 0.1 0.2 0.4 0.5 1.0 1.5 2.5 4.0 选型：上限值=被测值×4/3~3/2，波动时×3/2~2 仪表精度计算：P23例题 ①根据仪表误差判定仪表精度 ②根据工艺要求选择仪表精度 2 温度检测 热电偶 ①测温原理：P26 ③热电偶补偿导线

用价格便宜、热电性质与热电偶相同的导线将冷端延伸到恒温、低温的地方 ④热电偶参比端补偿（冷端补偿）：将冷端电势补偿到0℃时的电势 热电阻

测温原理：导体的电阻随着温度的变化而变化

电磁流量计：基于电磁感应定律。流体在磁场中做垂直方向流动切割磁力线时，会产生感应电动势 ，电动势大小与流体流速成正比。 6 pH/ORP 检测P53 结构原理

%

100-)

(0⨯-±=标尺下限

标尺上限X X δ%

100-max

0max ⨯-±=

标尺下限

标尺上限）（X X δ

K C l Pt K C l

7 DO 检测P54

结构原理

阳极 Ag+Cl -→AgCl+2e - 阴极 O 2+2H 2O+4e →4OH -

8 TOC 检测

紫外/过硫酸盐氧化法测定TOC 原理

①样品首先被酸化，水中的总无机碳变成二氧化碳，再用载气将二氧化碳吹出；

②在水样中加入过硫酸盐，用紫外光进行氧化，此时水中TOC 被完全氧化成二氧化碳；

③再用载气将二氧化碳带入红外检测器检测二氧化碳浓度，换算出TOC 浓度

9 COD 检测

重铬酸钾氧化法测定COD 原理。

1.水样加入硫酸汞(屏蔽Cl -干扰)、硫酸-硫酸银(酸催化剂)、重铬酸钾，加热至175℃消解20min ，重铬酸钾氧化有机物变成三价铬；

2. 通过测定剩余六价铬(420nm)或生成的三价铬(610nm) 的吸光度值与水样COD 值建立的关系，来测定水样COD 值。

)(303.2pH pH k F

RT

E E s s -+

=

A

+

-

o

m c L

p

KnFA i =

10 变送器P62

量程迁移：

使变送器输出信号上限ymax 与测量范围上限xmax 相对应 本质：改变x-y 特性曲线的斜率 方法：调整反馈系数F 或转换系数C 零点迁移

使变送器输出信号下限ymin 与测量范围下限xmin 相对应

本质：左右平移x-y 特性曲线 方法：输入信号中叠加一个偏移量 热电阻三线制:P66

三线制作用：抵消热电阻的连接导线电阻引起的误差

第五章 执行器

1 执行器组成及分类

执行器的作用： 接收控制器输出的控制信号，改变操纵变量，使生产过程按预定要求正常进行 执行器的组成：

执行机构--将控制器输出的控制信号转换成推力或位移 调节机构--根据执行机构的输出信号去改变能量或物料输送量 执行器的分类：

①电动执行器：以电力为驱动能源。防爆差，分立结构，

执行机构分角行程和直行程，交流电机驱动+位置伺服。

R

②气动执行器：以压缩气体为驱动能源。防爆好，整体结构，执行机构分薄膜式和活塞式，气压驱动。

③液动执行器：以压力液体为驱动能源。笨重，少用

4 气动薄膜控制阀的流量特性P90

流量特性：调节介质的相对流量与相对开度之间的数学关系即Q = f (L ) 理想流量特性：控制阀的前后压差保持不变时的流量特性 ①线性流量特性 相对流量与相对开度成直线关系 ②对数流量特性 行程等差变化，相对流量等比变化 ③快开流量特性 起始快然后慢

第六章 控制器

控制器的控制规律： 控制器的输出信号u(t)随输入信号e(t)的变化规律。 控制规律种类：①双位控制 ②比例控制P ③积分控制I ④微分控制D ②比例控制：控制器的输出与偏差成正比 比例控制增益： 比 例 度：

单元组合仪表中，输入和输出都是统一标准信号： δ=1 / Kc ×100% 例1：某比例调节器输入和输出信号均为4~20mA 。当输入信号从10mA 变为 11mA 时，输出信号从8mA 变为12mA ，求比例增益Kc 和比例度δ。

解：

例2：某比例调节器输入信号为1~5V ，输出信号为4~20mA 。当输入信号从2V 变为 2.5V 时，输出信号从8mA 变为12mA ，求比例度δ

解：

)()(t e K t u c =∆)(/)(t e t u K c ∆=min

max min max /

u u u

Z Z e -∆-=

δ

4

)1011/()812()(/)(=--=∆=t e t u K c %

25%1004/1%100/1=⨯=⨯=c K δ%

100/min

max min max ⨯-∆-=

u u u

Z Z e δ%50%10016

4

/45.0%100420812/1525.2=⨯=⨯----=

δ