测试技术与自动化仪表总复习.pptx

第一篇第一篇 过程测量仪表过程测量仪表n压力测量及变送压力测量及变送n物位测量及变送物位测量及变送n流量测量及变送流量测量及变送n温度测量及变送温度测量及变送 返回返回压力（差压）测量及变送压力（差压）测量及变送1 1.压力的定义、单位压力的定义、单位2.2.表示方法及相互表示方法及相互关系关系绝压绝压:以绝对真空作为它的基准以绝对真空作为它的基准 表压表压:以大气压作为它的基准，高于大气压的压力，以大气压作为它的基准，高于大气压的压力，工程上最常用。工程上最常用。真空度真空度:以大气压作为它的基准，以大气压作为它的基准，低于大气压的压力低于大气压的压力 图2-1 不同压力表示方法的关系3 3 分类分类就地指示：就地指示：弹簧管压力表弹簧管压力表工作原理工作原理选择选择类型类型:信号类型、测量介质信号类型、测量介质测量范围（测量范围（3 3种情况）种情况）精度精度校验校验标准表的选择标准表的选择报警：报警：电接点压力表电接点压力表远传：远传：压力（差压）变送器压力（差压）变送器输入输出关系（要求会计算），输入输出关系（要求会计算），接线方式（电接线方式（电）电容式差压变送器工作原理电容式差压变送器工作原理P(P)C,差动电容差动电容 InP(P)x三三 变送器变送器 1 1、变送器的作用、变送器的作用 将将被被测测参参数数（P、L、T、F ）转转换换成成标标准准统统一一信信号号（420mA、20100kPa、010mA等等）远远传传，供供显显示示、记录、控制、运算、报警等。记录、控制、运算、报警等。差压差压温度温度液位液位流量流量电流电流含水率含水率.压力压力变变 送送 器器显示显示记录记录控制控制现 场控制室返回返回2 2、变送器的输入输出关系、变送器的输入输出关系 输入：输入：XminXmax变送器测量范围变送器测量范围 L=XmaxXmin 变送器量程变送器量程 输出：输出：YminYmax 输出信号范围输出信号范围 不同类型的变送器，其能源及不同类型的变送器，其能源及输出的标准信号范围不同。输出的标准信号范围不同。输出信号输出信号 能源能源气动变送器：气动变送器：20100kPa 140kPa 70年代年代-80年代中年代中电动变送器电动变送器:电电型型 010mA；220VAC 80年代中年代中-90年代初年代初 电电型型 420mA 24VDC 90年代初年代初-其他类型其他类型没有特殊说明，变送器的没有特殊说明，变送器的输入输入X和输出和输出Y一般为线性关系。一般为线性关系。返回返回例例2-1：一一电电型型压压力力变变送送器器，测测量量范范围围210MPa，在在控控制制室室测测得得信信号号为为12mA时时，所所测测压压力力是是多多少少MPa?当当所所测测压压力力为为7.6MPa时时，输输出出为为多多少少mA?变送器输出与测量值的换算：变送器输出与测量值的换算：测量值与变送器输出的换算：测量值与变送器输出的换算：各种输出与被测参数满足线性关系的变送器均可适用。各种输出与被测参数满足线性关系的变送器均可适用。返回返回只要知道测量范围，就可对输入、输出进行换算。只要知道测量范围，就可对输入、输出进行换算。3 3、变送器的连线方式、变送器的连线方式 （3）四线制四线制（1）二线制：电二线制：电型型现现 场场控制室控制室二线制变送器二线制变送器返回返回（2）三线制）三线制现场现场控制室控制室四线制变送器四线制变送器三线制变送器三线制变送器物位测量及变送物位测量及变送总结：总结：原理（少于原理（少于1010字）、特点（优点、缺点）、测量范字）、特点（优点、缺点）、测量范围大小（定性）、精度高低（定性）、远传围大小（定性）、精度高低（定性）、远传/就地、适用场就地、适用场合。合。浮力式浮力式变浮力：浮筒变浮力：浮筒恒浮力：磁翻板、自动跟踪、浮球、钢带恒浮力：磁翻板、自动跟踪、浮球、钢带静压式仪表：静压式仪表：应用液柱高度产生的静压。应用液柱高度产生的静压。其它物位计其它物位计电容（射频导纳）电容（射频导纳）超声波超声波雷达雷达核辐射核辐射一、浮力式液位计一、浮力式液位计恒浮力式：恒浮力式：翻转式翻转式:就地指示、防爆、无电源、价格便宜就地指示、防爆、无电源、价格便宜 变浮力式：变浮力式：返回返回浮筒浮筒(了解）了解）浮球式液位计：浮球式液位计：远传、高粘度、量程小、精度低远传、高粘度、量程小、精度低钢带式液位计钢带式液位计:就地就地/远传指示、防爆、量程大、精度高远传指示、防爆、量程大、精度高自动跟踪式液位计自动跟踪式液位计:就地就地/远传指示、量程大、精度高远传指示、量程大、精度高二、差压式液位计二、差压式液位计静压原理：静压原理：应用液柱高度产生的静压。应用液柱高度产生的静压。确定差压变送器的：确定差压变送器的：正负压力表示、正负迁移判断、迁移正负压力表示、正负迁移判断、迁移量、测量范围、量程。量、测量范围、量程。还可用于界位测量。还可用于界位测量。返回返回(1)分别计算正负压室两侧静压分别计算正负压室两侧静压P1、P2 ,求求P=P1-P2(2)令被测液位令被测液位H=Hmin时时:即即:Pmin=迁移量迁移量D，其代数和为正则，其代数和为正则正迁移正迁移；为零则为零则无迁移无迁移；为负则为负则负迁移负迁移。(3)差压变送器量程差压变送器量程:L=Hmaxg(4)迁移后迁移后差压变送器差压变送器的测量范围：的测量范围：DL+D 由于差压变送器出厂时的测量范围下限通常为由于差压变送器出厂时的测量范围下限通常为0。返回返回迁移量为迁移量为:差压变送器的量程差压变送器的量程：测量范围测量范围：负迁移负迁移 正迁移正迁移 零点迁移仅改变测量范围上、下限，量程大小不变。零点迁移仅改变测量范围上、下限，量程大小不变。即：即：H=Hmin,I=4mA;H=Hmax,I=20mA。会计算会计算H、I、三者之间的关系。三者之间的关系。三、其它物位计三、其它物位计1.电容式物位计电容式物位计圆筒电容器圆筒电容器：固定固定R和和r，改变，改变或或L。测量非导电介质液位测量非导电介质液位测量导电介质液位测量导电介质液位 用高频无线电波测量系统导纳用高频无线电波测量系统导纳，将单纯测量电极电容变将单纯测量电极电容变化变为化变为测量复数阻抗变化测量复数阻抗变化，排除挂料影响。，排除挂料影响。导电挂料足够长导电挂料足够长2.射频导纳物位计射频导纳物位计 返回返回HC共同特点：共同特点：精度低、量程小，用于小液位测量精度低、量程小，用于小液位测量不同介质吸收射线的能力不同。不同介质吸收射线的能力不同。3.核辐射物位计核辐射物位计三、其它物位计三、其它物位计计算超高频电磁波往返液面的时间，计算超高频电磁波往返液面的时间，确定空高确定空高h。5.雷达液位计雷达液位计3.核辐射物位计核辐射物位计返回返回4.超声液位计：气介、（液介）超声液位计：气介、（液介）共同特点：共同特点：非接触测量非接触测量第四章第四章 流量测量及变送流量测量及变送1 1 流量的定义、单位流量的定义、单位瞬时流量瞬时流量累计流量累计流量体积流量体积流量质量流量质量流量第四章第四章 流量测量及变送流量测量及变送速速度度式式差压式差压式电磁电磁涡轮式涡轮式漩涡：涡街、旋进漩涡漩涡：涡街、旋进漩涡容容积积式式椭圆齿轮椭圆齿轮腰轮腰轮刮板刮板质质量量式式直接式：直接式：科里奥利间接式：间接式：温度压力补偿式质量流量计对比：对比：工作原理、流量方程、精度高低工作原理、流量方程、精度高低(定性定性)、量程比高低、量程比高低(定性定性)、压力损失大小、压力损失大小(定性定性)、直管段要求、适用介质。、直管段要求、适用介质。共同特点：共同特点：精度低、需要直管段精度低、需要直管段共同特点：共同特点：精度高、不需要直管段精度高、不需要直管段 体积流量：温度、压力影响体积流量：温度、压力影响特点：精度高，不受温度、压力、特点：精度高，不受温度、压力、粘度等变化的影响。粘度等变化的影响。一、差压式流量计一、差压式流量计1.1.节流原理：动压能与静压能转换，节流原理：动压能与静压能转换，恒截面、变压差。恒截面、变压差。返回返回节流装置引压管路非标准标准节流元件（3种）取压方式（3种）组成三阀组和差压计：三阀组的作用及操作顺序二、容积式流量计二、容积式流量计容积分界法：容积分界法：以固定容积对流体进行连续计量并累积。以固定容积对流体进行连续计量并累积。返回返回三、三、电磁流量计电磁流量计vEx电磁感应电磁感应四、涡轮式流量计四、涡轮式流量计v f动量矩守恒动量矩守恒直接式直接式 科氏力质量流量计科氏力质量流量计六、质量流量计六、质量流量计vfc 或或t n可同时测量密度：可同时测量密度：五、五、旋涡流量计旋涡流量计涡街流量计涡街流量计 流体自然振动流体自然振动旋进旋涡流量计旋进旋涡流量计 流体强迫振动流体强迫振动v 旋涡频率旋涡频率f流体振动流体振动1 1 温度的定义温度的定义摄氏温标摄氏温标2 2 温标的定义及相互关系温标的定义及相互关系华氏温标华氏温标热力学温标热力学温标宏观宏观微观微观第五章第五章 温度测量及变送温度测量及变送玻璃管式玻璃管式就地指示：就地指示：膨胀式膨胀式热电偶热电偶双金属式双金属式压力式压力式远传远传分类，分度号，分度表分类，分度号，分度表热电阻热电阻金属导体金属导体半导体半导体PtCu分度号，分度表分度号，分度表对比：对比：原理、就地原理、就地/远传、精度高低、测量范围大小、线性度、优远传、精度高低、测量范围大小、线性度、优缺点、适用场合缺点、适用场合n中低温中低温高温高温一、膨胀式温度计一、膨胀式温度计物体受热体积膨胀。物体受热体积膨胀。分为气体、液体、固体膨胀式。分为气体、液体、固体膨胀式。返回返回玻璃管式玻璃管式：气、液体膨胀气、液体膨胀就地指示：就地指示：膨胀式膨胀式双金属式：固体膨胀双金属式：固体膨胀压力式：压力式：气、液体膨胀气、液体膨胀共同特点：就地指示、防爆、精度低共同特点：就地指示、防爆、精度低二、热电偶温度计二、热电偶温度计热电效应：热电效应：包括包括温差电势温差电势和和接触电势接触电势。2.冷端温度补偿的作用和补偿方法冷端温度补偿的作用和补偿方法 返回返回1.补偿导线的作用，补偿导线的作用，与相应的热电偶的连接方式（型号匹配与相应的热电偶的连接方式（型号匹配与正负极性连接正确）。与正负极性连接正确）。E(t,0)E(t,t0)+E(t0,0)n分度表的使用条件。查表计算分度表的使用条件。查表计算nE(t,0)返回返回n分度表的使用条件。查表计算分度表的使用条件。查表计算nE(t,0)3.计算的常用公式：计算的常用公式：EAA(t,t0)=0；EAB(t,t)=0；理解参考电势方向的概念理解参考电势方向的概念 第第三三种种导导体体定定律律：接接入入第第三三种种导导体体，只只要要与与第第三三种种导导体相接的体相接的两接点温度相同，两接点温度相同，则则对回路中电势无影响。对回路中电势无影响。三、热电组温度计三、热电组温度计返回返回物质自身电阻随温度发生变化。物质自身电阻随温度发生变化。热电阻热电阻金属导体金属导体半导体半导体PtCu分度号，分度表分度号，分度表测量范围、精度、线性度等测量范围、精度、线性度等常用热电阻分度号、连接导线要求（三线制）。常用热电阻分度号、连接导线要求（三线制）。n 控制规律与控制器控制规律与控制器n 执行器执行器第二篇第二篇 过程控制仪表过程控制仪表返回返回一、控制器的作用一、控制器的作用二、控制规律二、控制规律三、控制器三、控制器 当当PvSv时时，控控制制器器按按照照选选定定的的控控制制规规律律，使使输输出出变变化化量量Mv对执行器产生控制作用，消除或克服偏差。对执行器产生控制作用，消除或克服偏差。控制规律研究的是控制规律研究的是Mv与与Dv之间随时间变化的关系。之间随时间变化的关系。基本控制规律基本控制规律:P、PI、PD、PID，统称统称PID控制规律控制规律。掌握各控制规律的特点，适用对象范围。掌握各控制规律的特点，适用对象范围。了解控制器的基本功能。了解控制器的基本功能。掌握正、反作用的定义。掌握正、反作用的定义。返回返回n第八、九章第八、九章 控制规律与控制器控制规律与控制器 二二 控制规律控制规律P PPIPIPDPDPIDPID公式，特点、适用场合公式，特点、适用场合控制规律的实现：控制规律的实现：通过改变控制参数（通过改变控制参数（PB、TI、TD）到极限值到极限值，来获得不同的控制规律，来获得不同的控制规律返回返回1.1.根据被控对象的特性、各控制规律的特点选择根据被控对象的特性、各控制规律的特点选择控制规律控制规律适用：适用：滞后较小、负荷变化不大，滞后较小、负荷变化不大，无余差要求无余差要求的被控对象，如中的被控对象，如中间储罐的液位、精馏塔塔釜液位、不重要的蒸汽压力控制系统。间储罐的液位、精馏塔塔釜液位、不重要的蒸汽压力控制系统。特点：特点：输出与偏差成比例，输出与偏差成比例，KP （PB ）控制作用控制作用。调节调节作用快作用快，克服干扰能力强。，克服干扰能力强。但但存在余差存在余差，且，且KP（PB PB ）余差余差。P 控制质量控制质量主要取决于控制器的主要取决于控制器的控制规律控制规律（P、PI、PD、PID）选择和控制参数选择和控制参数(KP或或PB、TD、TI)设置。设置。TD0，TI，P返回返回适用：适用：滞后小、负荷变化不大，滞后小、负荷变化不大，不允许有余差不允许有余差的被控对象，如的被控对象，如大多数压力、流量控制系统，不允许有余差的液位控制等大多数压力、流量控制系统，不允许有余差的液位控制等 。PI:特点：特点：输出与偏差的积分成比例，输出与偏差的积分成比例，可消除余差可消除余差。但但TI 控制作用控制作用，滞后大滞后大，会降低系统稳定性，可适当加大，会降低系统稳定性，可适当加大PB（KP）保持稳定性，）保持稳定性，但但A相应增大，相应增大，Ts加长加长。TD0，PI返回返回 PD:PD:特点：特点：根据根据Dv变化趋势，进行超前控制，具有预测作用。变化趋势，进行超前控制，具有预测作用。TD 控制作用控制作用。适用：适用：温度、成分等容量温度、成分等容量滞后的对象滞后的对象，且工艺，且工艺无余差要求无余差要求的被的被控对象。控对象。不适用于：纯滞后对象。不适用于：纯滞后对象。适用：适用：温度、成分等温度、成分等容量滞后容量滞后且且不允许有余差不允许有余差的被控对象。的被控对象。PID:特点：特点：微分输出与偏差变化速度成正比，积分可消除余差。微分输出与偏差变化速度成正比，积分可消除余差。适当调整适当调整PB、TI I和和TD ，可获得较高控制质量。，可获得较高控制质量。nTI，PD返回返回 2 2 控制参数控制参数(K KP P或或P PB B、T TD D、T TI I)的确定的确定被控对象被控对象PBPB（%）TITI（分）（分）TDTD（分）（分）液位液位2080流量流量401000.11压力压力30700.43温度温度20603100.53根据控制参数对过渡过程品质根据控制参数对过渡过程品质(稳、快、准）的影响稳、快、准）的影响 二二 控制器控制器1 1 控制运算（控制规律的实现）控制运算（控制规律的实现）了解控制器的基本功能。了解控制器的基本功能。控制规律的实现：控制规律的实现：通过改变控制参数（通过改变控制参数（PB、TI、TD）到极限值到极限值，来获得不同的控制规律，来获得不同的控制规律 3 3 正反作用：正反作用：构成负反馈构成负反馈正作用：反作用：5.内、外给定选择与提供内给定信号内、外给定选择与提供内给定信号：内给定：内给定：由控制器内部设置，用于由控制器内部设置，用于定值控制系统定值控制系统；外给定：外给定：来自外部输入，用于来自外部输入，用于随动控制系统随动控制系统。4.手手/自切换与手动操作自切换与手动操作 自动：自动：控制器输出控制器输出Mv根据控制规律随根据控制规律随Dv变化而变；变化而变；手动：手动：控制器输出控制器输出Mv与与Dv无关，此时控制规律无效。无关，此时控制规律无效。直接由手动操纵直接由手动操纵Mv，类似直接手调阀门开度。，类似直接手调阀门开度。在自动控制系统刚投入运行时在自动控制系统刚投入运行时，先进行手动操作来改变，先进行手动操作来改变控制器输出信号，等到系统基本稳定后再切换为自动运行。控制器输出信号，等到系统基本稳定后再切换为自动运行。第十章 执行器 一一 执行器的作用执行器的作用二二 按能源分类按能源分类 气动执行器 电动执行器 液动执行器作用：作用：接受控制信号，改变操纵变量，使测量值保持在接受控制信号，改变操纵变量，使测量值保持在 给定值或一定范围内。给定值或一定范围内。二二 气动执行器气动执行器执行机构薄膜执行机构活塞式执行机构长行程执行机构原理：输入输出关系作用正反作用正反作用不平衡力，阀门定位器调节机构分类直行程：角行程：性能指标性能指标节流原理流量系数:决定阀的口径Dg、dg可调比:理想、实际流量特性:理想（四种），实际正装、反装正装、反装特点特点n物理意义物理意义三、性能指标三、性能指标1.流量系数流量系数C表示调节阀的最大流通能力的参数。表示调节阀的最大流通能力的参数。返回返回流量系数流量系数C的大小取决于阀门公称通径的大小取决于阀门公称通径Dg和全开时阻力系数和全开时阻力系数（dgdg)。阀过大阀过大,工作在小开度工作在小开度,调节质量不好调节质量不好;阀过小阀过小,即使全开也不能适应最大流量即使全开也不能适应最大流量,造成工艺不能正常工作造成工艺不能正常工作 调节阀的调节阀的固有特性固有特性2 可调比可调比R 定义：定义：指调节阀所能控制的最大流量指调节阀所能控制的最大流量Q Q100100(开度开度100%)100%)与最小流量与最小流量Q Q0 0(开度开度0%)0%)之比值之比值 调节阀的调节阀的可调节能力可调节能力理想可调比：理想可调比：阀前后压差不变阀前后压差不变时的可调比称理想可调比。时的可调比称理想可调比。一般国内调节阀一般国内调节阀R=30，国外调节阀，国外调节阀R=3050。调节阀的固有特性调节阀的固有特性快开快开直线直线抛物线抛物线等百分比等百分比（对数）（对数）返回返回理想特性是调节阀的理想特性是调节阀的固有特性固有特性，是由，是由阀芯的形状阀芯的形状决定的。决定的。调节阀相对行程与流过的相对流量之间的关系调节阀相对行程与流过的相对流量之间的关系:理想流量特性：理想流量特性：3.流量特性流量特性 四 执行器选择（一）（一）结构形式的选择结构形式的选择选执行机构：从能源，工艺介质要求、安全、调节精度，经济效 益及现场情况等多种因素，综合考虑选用气、电、液哪一种执行机构。选调节机构工艺条件：应考虑温度、压差、流量、泄漏量的要求介质物性：应考虑粘度、密度、结晶、结焦的情况n执行机构的分类、特点执行机构的分类、特点n调节机构的分类、特点调节机构的分类、特点（二）气开、气关气开、气关(风开风关)的选择1 定义定义气开（风开）：气开（风开）：有气则开，无气则关，有气则开，无气则关，信号信号，开度，开度。气关（风关）：气关（风关）：有气则关，无气则开，有气则关，无气则开，信号信号，开度，开度。即：即：正正或反反组合为正正或反反组合为气关式气关式；正反组合为；正反组合为气开式气开式。正作用正作用执行机构与执行机构与正装正装调节机构组成调节机构组成气关式气关式调节阀；调节阀；正作用正作用执行机构与执行机构与反装反装调节机构组成调节机构组成气开式气开式调节阀；调节阀；反作用反作用执行机构与执行机构与正装正装调节机构组成调节机构组成气开式气开式调节阀；调节阀；反作用反作用执行机构与执行机构与反装反装调节机构组成调节机构组成气关式气关式调节阀。调节阀。返回返回2 2 组合方式组合方式 执行机构：执行机构：正作用、反作用正作用、反作用调节机构：调节机构：正装、反装正装、反装4种不同组合方式：种不同组合方式：3 选择的原则选择的原则 保保证证生生产产的的安安全全性性，在在故故障障的的情情况况下下（气气源源故故障障或或控控制制器器失失灵灵使使执执行行器输入信号为零器输入信号为零），应保证设备及操作人员的），应保证设备及操作人员的安全性安全性。液位控制 加热炉出口温度控制 对安全影响不大时，对安全影响不大时，从产品质量、节约能源及物料性质等方面考虑从产品质量、节约能源及物料性质等方面考虑。电动执行器，因内部具有掉电自锁功能，故断电时能保持原开度不电动执行器，因内部具有掉电自锁功能，故断电时能保持原开度不变。一般不涉及变。一般不涉及电开电开/电关电关的选择问题。的选择问题。（三）（三）流量特性的选择：流量特性的选择：直接影响自动调节系统的调节质量和稳定性。直接影响自动调节系统的调节质量和稳定性。1 根据被控对象特性选择被控对象特性选择 为为使使自自动动调调节节系系统统在在负负荷荷变变化化时时，保保证证一一定定的的调调节节质质量量，要要求求调调节节系系统统总总特特性性为为线线性性微微分分方方程程，在在整整个个操操作作范范围围内内保保持持不不变变，适适当当选选择择调调节节阀阀的的流流量特性，以阀的特性的变化来补偿其它环节的特性。量特性，以阀的特性的变化来补偿其它环节的特性。调节阀特性补偿示意图n得到得到实际流量特性实际流量特性1、电、电/气转换器气转换器返回返回(五五)、根据工艺过程要求，选择合适的辅助装置。根据工艺过程要求，选择合适的辅助装置。2、电气阀门定位器、电气阀门定位器考试题型考试题型1 1 填空填空 （3030分）分）2 2 说明（说明（2020分分 2 2题题 ）4 4 计算题（计算题（2626分分 1 1大题大题2 2问问 ）3 3 分析题（分析题（2424分分 2 2题）题）