【正文】 儀表自動化理論 制作人 : 楊 陽 目 錄 一、概述 二、儀表分類、結構、原理 和常見儀表故障、分析、判斷、處理 三、儀表工位號、字母含義 四、儀表控制系統(tǒng) 單回控制 五、復雜控制系統(tǒng) 串級控制 六、 DCS集散控制系統(tǒng) 返回目錄 第一章 概 述 自動化儀表作為一類專門的儀表，最早出現(xiàn)于本世紀 40年代初，當時由于石油、化工、電力等工業(yè)對自動化的需要，出現(xiàn)了將測量、記錄、調節(jié)儀表。 自動化儀表根據(jù)能源的種類，還可以分為電動、氣動等儀表。其中氣動儀表的出現(xiàn)比電動儀表早，而且價格便宜，結構簡單，特別對石油化工等易燃易爆的生產(chǎn)現(xiàn)場，具有本質性的安全防爆性能，因而在相當長的一段時間里，一直處于優(yōu)勢地位。但從 60年代起，由于電動儀表的晶體管化和集成電路化，控制功能日益完備，在使用低電壓、小電流時，可在電路上及結構上采取嚴密措施，限制進入易燃易爆場所的能量，從而保證在生產(chǎn)現(xiàn)場不會發(fā)生足以引起燃燒或爆炸的“危險火花”。這樣，限制電動儀表使用的一個主要障礙被掃除，電信號比氣壓信號在傳送和處理上的優(yōu)越性就能得到充分的發(fā)揮。大家知道，氣壓信號傳遞速度慢，傳輸距離短，管線安裝不便。相比之下，電信號傳輸、放大、變換、測量都比氣壓信號方便得多，特別是電動儀表容易和電子巡回檢測裝置和工業(yè)控制計算機配合使用，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的全盤自動化。因此，近年來電動儀表取得了顯著的優(yōu)勢。 目前我國電動儀表中并存著兩種標準信號制度，在 DDZⅠ 和 DDZⅡ 型儀表中采用 0~10毫安直流電流作為標準信號，而在 DDZⅢ 型儀表中，采用目前國際上統(tǒng)一的 4~20毫安直流電流作為標準信號。從安全防爆、減少損耗、節(jié)省能量考慮，信號電流的滿度值都希望選小一些。但太小也有困難，起點電流太小將會給兩線制儀表帶來困難，因為它將要求降低整個儀表在零信號時消耗的總電流。而在目前的元器件水平下，起點電流比 4mA再小有時將發(fā)生困難。因此，目前國際上采用 4～20mA作為標準信號。有利于識別儀表斷電、斷線等故障，且為現(xiàn)場變送器實現(xiàn)兩線制提供了可能。 返回目錄 第二章 儀表分類、結構、原理 和 常見儀表故障、分析、判斷、處理 檢測與過程控制儀表（通常稱自動化儀表）分類方法很多很多： ? 根據(jù)能源分：氣動、電動、液動、核能等 ? 根據(jù)組合：基地式、單元式、綜合控制 ? 根據(jù)安裝：現(xiàn)場、盤裝、架裝 ? 根據(jù)是否可引入計算機：智能、非智能 ? 根據(jù)儀表信號形式：模擬儀表、數(shù)字儀表 最通用的分類是按儀表在測量與控制系統(tǒng)中的作用進行劃分： 檢測儀表、顯示儀表、調節(jié)儀表、執(zhí)行器 見表１ 返回目錄 按功能 按被測變量 按工作原理或結構形式 按能源 其它 檢測儀表 壓力 液柱式、彈性式、電氣式 電、氣 溫度 電偶、電阻、輻射、 流量 節(jié)流、轉子、靶式、渦 電、氣 物位 浮力、靜壓、聲波、光學、輻射 電、氣 成分 PH值、色譜、氧分析、紅外 電、核 顯示 模擬和數(shù)字 電、氣 指示和記錄 調節(jié)儀表 自力式 電、氣 組裝式 可編程式 電 執(zhí)行器 執(zhí)行機構 薄膜工、活塞、長行程、其它 電、氣、液 閥 直通、套筒、蝶閥、偏心旋轉、三通 直線、對數(shù)、拋物線、快開 表 1儀表分類表 返回目錄 第二章 儀表分類、結構、原理 和 常見儀表故障、分析、判斷、處理 返回目錄 第一節(jié) 溫度儀表分類 溫度參數(shù)是不能直接測量的，一般只能根據(jù)物質的某些特性值與溫度之間的函數(shù)關系，實現(xiàn)間接測量，溫度測量的基本原理是與這些特性值的選擇密切相關的。 工業(yè)上測溫的基本原理有： ?應用熱膨脹原理測溫 ?應用壓力隨溫度變化的原理測溫 ?應用熱阻效應測溫 ?應用熱電效應測溫 ?應用熱輻射原理測溫 按工作原理分： 有膨脹式、 熱電阻、熱電偶以及輻射等。 按測量方式分： 有接觸式和非接觸式兩類。 第二章 儀表分類、結構、原理 和 常見儀表故障、分析、判斷、處理 返回目錄 原理 熱電偶溫度計是基于熱電效應這一原理測量溫度的； 它的測溫范圍很廣，可測量 200~160O℃ 范圍內在在特殊情況下，可測至 2800 ℃ 的高溫。 第二節(jié) 熱電偶 將兩種不同的導體或半導體連接成如圖所示的閉合回路，如果兩個接點的溫度不同（ TT0),則在回路內會產(chǎn)生熱電動勢，這種現(xiàn)象稱為賽貝克熱電效應。圖中閉合回路稱之為熱電偶。導體 A和 B稱之為熱電偶的熱電絲或熱偶絲。熱電偶兩個接點中，置于溫度為 t的被測對象中的接點稱為測量端，又稱工作端，溫度為參考溫度 t0的另一端稱之為參考端，又稱自由端或冷端。 特點 測量精度高，測量范圍廣，構造簡單，使用方便，不受大小和形狀的限制，外有保護套管，用起來方便。 第二章 儀表分類、結構、原理 和 常見儀表故障、分析、判斷、處理 返回目錄 熱電偶的類形 8種標準化熱電偶： S ：鉑銠 10鉑 –20～ 1300℃ B ：鉑銠 90鉑銠 6 300～ 1600 ℃ K ：鎳鉻 鎳硅 50～ 1000 ℃ J ：鐵 康銅 40～ 750 ℃ R ：鉑銠 13鉑 0～ 1600 ℃ E ：鎳鉻 康銅 40 ～ 1000 ℃ T ：銅 康銅 40 ～ 350 ℃ 各種熱電偶的分度表均是在參考端即溫度 t0為 0 ℃ 的條件下得到的熱電勢與溫度之間的關系，因此，熱電偶測溫時，冷端溫度必須為 0 ℃ ，否則將產(chǎn)生測量誤差。而在工業(yè)上使用時，要使冷端溫度保持在 0 ℃ 是比較困難的，所以，必須根據(jù)不同的使用條件和要求的測量精度，對熱電偶冷端溫度采用一些不同的處理辦法，常用的方法有如下幾種： ? 補償導線延伸法 ? 冰點法 ? 計算修正法 ? 儀表零點校正法 ? 補償電橋法 第二章 儀表分類、結構、原理 和 常見儀表故障、分析、判斷、處理 補償導線延伸法 熱電偶做得很長，使冷端延長到溫度比較穩(wěn)定的地方。由于熱電偶本身不便于敷設，對于貴金屬熱電偶也很不經(jīng)濟，因此，采用一種專用導線將熱電偶的冷端延伸出來，而這種導線也是由兩種不同金屬材料制成，在一定溫度范圍內（ 100 ℃ 以下）與所連接的熱電偶具有相同或十分相近的熱電特性，其材料也是廉價金屬，將這種導線稱為補償導線。 注意：無論是補償型還是延伸型，補償導線本身并不能補償熱電偶冷端溫度的變化，只是起到熱電偶冷端延伸作用，改變冷位置。在規(guī)定的范圍內，由于補償導線熱電特性不可能與熱電偶完全相同，因而仍存在一定的誤差。 返回目錄 計算修正法 當熱電偶冷溫度不是 0 ℃ 而是 t0時，測得的熱電偶回路中的熱電勢為 E(t, t0)?？刹捎谜竭M行修正： E(t, 0)= E(t, t0)+ E(t0, 0) 只適用于實驗室或臨時性測溫的情況，而對于現(xiàn)場的連續(xù)測量顯然是不實用的 第二章 儀表分類、結構、原理 和 常見儀表故障、分析、判斷、處理 第二章 儀表分類、結構、原理 和 常見儀表故障、分析