【正文】 第七章 自動(dòng)控制系統(tǒng)概述第一節(jié) 自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成人工操作與自動(dòng)控制比較圖圖71 人工操作圖控制速度和精度不能滿(mǎn)足大型現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要圖72 液位自動(dòng)控制圖表71 被測(cè)變量和儀表功能的字母代號(hào)字母第一位字母后繼字母被測(cè)變量修飾詞功能ACDEFIKLMPQRSTVWYZ分析電導(dǎo)率密度電壓流量電流時(shí)間或時(shí)間程序物位水分或濕度壓力或真空數(shù)量或件數(shù)放射性速度或頻率溫度黏度力供選用位置差比（分?jǐn)?shù)）積分、累積安全報(bào)警控制（調(diào)節(jié)）檢測(cè)元件指示自動(dòng)手動(dòng)操作器積分、累積記錄或打印開(kāi)關(guān)、聯(lián)鎖傳送閥、擋板、百葉窗套管繼動(dòng)器或計(jì)算器驅(qū)動(dòng)、執(zhí)行或未分類(lèi)的終端執(zhí)行機(jī)構(gòu)在自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成中,除必須具有前面所述的自動(dòng)化裝置外,還必須具有控制裝置所控制的生產(chǎn)設(shè)備。當(dāng)被測(cè)溫度為下限時(shí)，Rt有最小值Rt0，滑動(dòng)觸點(diǎn)應(yīng)在RP的左端，此時(shí)電橋的平衡條件是（63）圖65 平衡電橋結(jié)論滑動(dòng)觸點(diǎn)B的位置就可以反映電阻的變化，亦即反映了溫度的變化。圖414 稱(chēng)重式液罐計(jì)量?jī)x第六章 顯示儀表概述顯示儀表： 凡能將生產(chǎn)過(guò)程中各種參數(shù)進(jìn)行指示、記錄或累積的儀表。接受器三、雷達(dá)式液位計(jì)雷達(dá)式液位計(jì)是一種采用微波技術(shù)的液位檢測(cè)儀表。圖410 核輻射物位計(jì)示意圖1161。216。電容器兩極間的距離越小，儀表越靈敏。內(nèi)電極；2161。變送器第三節(jié) 其他物位計(jì)一、電容式物位計(jì)通過(guò)測(cè)量電容量的變化可以用來(lái)檢測(cè)液位、料位和兩種不同液體的分界面。法蘭式測(cè)量頭；2161。 二、零點(diǎn)遷移問(wèn)題實(shí)際應(yīng)用中，正、負(fù)室壓力pp2分別為則圖42 負(fù)遷移示意圖遷移 同時(shí)改變了測(cè)量范圍的上、下限，相當(dāng)于測(cè)量范圍的平移，它不改變量程的大小。 優(yōu)點(diǎn)質(zhì)量流量計(jì)的最后輸出信號(hào)只與介質(zhì)的質(zhì)量流量M成比例,這就能從根本上提高流量測(cè)量的精度,省去了煩瑣的換算和修正。170。170。滿(mǎn)足h／L＝，則所產(chǎn)生的渦街是穩(wěn)定的。 LZD系列電遠(yuǎn)傳式轉(zhuǎn)子流量計(jì)主要由流量變送及電動(dòng)顯示兩部分組成。切斷閥；3161。測(cè)量腐蝕性（或因易凝固不適宜直接進(jìn)入差壓計(jì)）的介質(zhì)流量時(shí)，必須采取隔離措施。貯液罐；5161。引壓導(dǎo)管；3161。平衡閥圖36 測(cè)量蒸汽流量的連接圖圖35 測(cè)量氣體流量時(shí)的連接圖1161。排放閥；5161。凝液罐；3161。1161。 ②引壓導(dǎo)管最好垂直向上，至少亦應(yīng)向上傾斜一定的坡度，以使引壓導(dǎo)管中不滯留液體。②引壓導(dǎo)管最好垂直向下，如條件不許可，導(dǎo)壓管亦應(yīng)下傾一定坡度（至少1∶20～1∶10），使氣泡易于排出。170。170。170。170?？装迦肟谶吘壍哪p。四、差壓式流量計(jì)的測(cè)量誤差在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用時(shí)，往往具有比較大的測(cè)量誤差，有的甚至高達(dá)10％～20％。 當(dāng)主杠桿平衡時(shí)，應(yīng)有 （36）式中， 、 分別為F測(cè)、F1離支點(diǎn)O1的距離。13—永久磁鋼 。 9—?jiǎng)予F心 。 5—推板 。 在差壓Δp作用下，產(chǎn)生一個(gè)測(cè)試力，即 （35）1—測(cè)量氣室 。 差壓變送器可以將差壓信號(hào)Δp轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的氣壓信號(hào)或電流信號(hào),可以連續(xù)地測(cè)量差壓、液位、分界面等工藝參數(shù)。⑦ 被測(cè)介質(zhì)在通過(guò)節(jié)流裝置時(shí)應(yīng)不發(fā)生相變。所以在節(jié)流裝置的上、下游必須配置一定長(zhǎng)度的直管。文丘里管只適用于低壓的流體介質(zhì)。②當(dāng)要求壓力損失較小時(shí),可采用噴嘴、文丘里管等。 采用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)都有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定、要求和計(jì)算所需要的通用化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)資料。它是根據(jù)流體力學(xué)中的伯努利方程和流體連續(xù)性方程式推導(dǎo)而得的。 注意: 要準(zhǔn)確測(cè)量出截面Ⅰ、Ⅱ處的壓力有困難，因?yàn)楫a(chǎn)生最低靜壓力p2′的截面Ⅱ的位置隨著流速的不同會(huì)改變。 第一節(jié) 差壓式流量計(jì)差壓式（也稱(chēng)節(jié)流式）流量計(jì)是基于流體流動(dòng)的節(jié)流原理，利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)產(chǎn)生的壓力差而實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量的。 以測(cè)量流體在管道內(nèi)的流速作為測(cè)量依據(jù)來(lái)計(jì)算流量的儀表。 定義流量大?。?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流過(guò)管道某一截面的流體數(shù)量的大小，即瞬時(shí)流量。 解：對(duì)于測(cè)量范圍為0～，允許的最大絕對(duì)誤差為 % = (MPa)因?yàn)榇藬?shù)值超過(guò)了工藝上允許的最大絕對(duì)誤差數(shù)值,所以是不合格的。另外，根據(jù)測(cè)量誤差的要求，可算得允許誤差為 所以。 例題分析～28MPa，測(cè)量誤差不得大于1MPa。⑤當(dāng)被測(cè)壓力較小，而壓力計(jì)與取壓口又不在同一高度時(shí)，對(duì)由此高度而引起的測(cè)量誤差應(yīng)按Δp＝177。170。170。3. 壓力計(jì)的安裝①壓力計(jì)應(yīng)安裝在易觀察和檢修的地方。② 導(dǎo)壓管水平安裝時(shí)應(yīng)保證有1:10～1:20的傾斜度，以利于積存于其中之液體（或氣體）的排出。② 測(cè)量流動(dòng)介質(zhì)的壓力時(shí)，應(yīng)使取壓點(diǎn)與流動(dòng)方向垂直，取壓管內(nèi)端面與生產(chǎn)設(shè)備連接處的內(nèi)壁應(yīng)保持平齊，不應(yīng)有凸出物或毛刺。 實(shí)現(xiàn)的功能（1）組態(tài)（2）測(cè)量范圍的變更（3）變送器的校準(zhǔn)（4）自診斷圖210 手持通信器的連接示意圖注意 要對(duì)智能型差壓變送器每五年校驗(yàn)一次，智能型差壓變送器與手持通信器結(jié)合使用，可遠(yuǎn)離生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，尤其是危險(xiǎn)或不易到達(dá)的地方，給變送器的運(yùn)行和維護(hù)帶來(lái)了極大的方便。 從電路結(jié)構(gòu)上來(lái)看,包括傳感器部件和電子部件兩部分。③具有溫度、靜壓的自動(dòng)補(bǔ)償功能,在檢測(cè)溫度時(shí),可對(duì)非線性進(jìn)行自動(dòng)校正。隔離膜片第四節(jié) 智能式變送器智能型壓力或差壓變送器是在普通壓力或差壓傳感器的基礎(chǔ)上增加微處理器電路而形成的智能檢測(cè)儀表。固定電極； 3161。 圖28 電容式測(cè)量膜盒1161。采用單晶硅片為彈性元件，在單晶硅膜片上利用集成電路的工藝，在單晶硅的特定方向擴(kuò)散一組等值電阻，并將電阻接成橋路，單晶硅片置于傳感器腔內(nèi)。 一、應(yīng)變片壓力傳感器 應(yīng)變片式壓力傳感器利用電阻應(yīng)變?cè)順?gòu)成。紅燈第三節(jié) 電氣式壓力計(jì)定義：電氣式壓力計(jì)是一種能將壓力轉(zhuǎn)換成電信號(hào)進(jìn)行傳輸及顯示的儀表。動(dòng)觸點(diǎn)；3 161。 　圖24 電接點(diǎn)信號(hào)壓力表1，4 161。 注意：彈簧管自由端B的位移量一般很小，直接顯示有困難，所以必須通過(guò)放大機(jī)構(gòu)才能指示出來(lái)。當(dāng)通入被測(cè)的壓力p后，由于橢圓形截面在壓力p的作用下，將趨于圓形，而彎成圓弧形的彈簧管也隨之產(chǎn)生擴(kuò)張變形。 用途 普通彈簧管壓力表，耐腐蝕的氨用壓力表、禁油的氧氣壓力表等。 一、彈性元件 彈性元件是一種簡(jiǎn)易可靠的測(cè)壓敏感元件。 缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，價(jià)格較貴。 它是將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件變形的位移進(jìn)行測(cè)量的。 p表P真P絕P絕大氣壓力線 零線圖21　絕對(duì)壓力、表壓、負(fù)壓（真空度）的關(guān)系當(dāng)被測(cè)壓力低于大氣壓力時(shí)，一般用負(fù)壓或真空度來(lái)表示。 壓力的檢測(cè)與控制,對(duì)保證生產(chǎn)過(guò)程正常進(jìn)行,達(dá)到高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低消耗和安全是十分重要的。5℃,。 (5)由計(jì)算結(jié)果可知,非線性誤差的最大值Δfmax = ,故線性度δf為 注意：在具體校驗(yàn)儀表時(shí),為了可靠起見(jiàn),應(yīng)適當(dāng)增加測(cè)試點(diǎn)與實(shí)驗(yàn)次數(shù),本例題只是簡(jiǎn)單列舉幾個(gè)數(shù)據(jù)說(shuō)明問(wèn)題罷了。由上表可知 去掉δmax的“177。 (1)根據(jù)儀表的輸出范圍確定在各溫度測(cè)試點(diǎn)的輸出標(biāo)準(zhǔn)值x標(biāo)。 除此之外,還有一種將平衡法與偏差法結(jié)合起來(lái)的微差法 （2）間接測(cè)量 當(dāng)被測(cè)量不宜直接測(cè)量時(shí),可以通過(guò)測(cè)量與被測(cè)量有關(guān)的幾個(gè)相關(guān)量后,再經(jīng)過(guò)計(jì)算來(lái)確定被測(cè)量的大小。②按表達(dá)示數(shù)的方式不同,可分成指示型、記錄型、訊號(hào)型、遠(yuǎn)傳指示型、累積型等。 圖13 重復(fù)性示意圖三、檢測(cè)系統(tǒng)中的常見(jiàn)信號(hào)類(lèi)型作用于檢測(cè)裝置輸入端的被測(cè)信號(hào)，通常要轉(zhuǎn)換成以下幾種便于傳輸和顯示的信號(hào)類(lèi)型： 四、檢測(cè)系統(tǒng)中信號(hào)的傳遞形式1. 模擬信號(hào)在時(shí)間上是連續(xù)變化的, 即在任何瞬時(shí)都可以確定其數(shù)值的信號(hào)。通?？偸窍Ｍ麥y(cè)量?jī)x表的輸出與輸入之間呈線性關(guān)系。 儀表反應(yīng)時(shí)間的長(zhǎng)短，實(shí)際上反映了儀表動(dòng)態(tài)特性的好壞。 注意：上述指標(biāo)僅適用于指針式儀表。 儀表的靈敏度是指儀表指針的線位移或角位移，與引起這個(gè)位移的被測(cè)參數(shù)變化量的比值。 儀表的精度等級(jí)一般可用不同的符號(hào)形式標(biāo)志在儀表面板上。同時(shí)，所以。舉例：例11　某臺(tái)測(cè)溫儀表的測(cè)溫范圍為200~700℃，校驗(yàn)該表時(shí)得到的最大絕對(duì)誤差為177。三、檢測(cè)儀表的品質(zhì)指標(biāo)相對(duì)百分誤差δ允許誤差小結(jié)：儀表的δ允越大，表示它的精確度越低；反之，儀表的δ允越小，表示儀表的精確度越高。 測(cè)量誤差：由儀表讀得的被測(cè)值 (測(cè)量值)與被測(cè)參數(shù)的真實(shí)值之間的差距。能在生產(chǎn)開(kāi)停車(chē)過(guò)程中,初步掌握自動(dòng)控制系統(tǒng)的投運(yùn)及控制器的參數(shù)整定。能根據(jù)工藝要求,正確地選用和使用常見(jiàn)的檢測(cè)儀表及控制儀表。 自動(dòng)信號(hào)聯(lián)鎖保護(hù)電路按主要構(gòu)成元件不同分類(lèi)：有觸點(diǎn)式、無(wú)觸點(diǎn)式兩類(lèi) 自動(dòng)操縱系統(tǒng)可以根據(jù)預(yù)先規(guī)定的步驟自動(dòng)地對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行某種周期性操作。 作用：對(duì)過(guò)程信息的獲取與記錄作用。低效率，花費(fèi)龐大。n 能夠保證生產(chǎn)安全，防止事故發(fā)生或擴(kuò)大，達(dá)到延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，提高設(shè)備利用率、保障人身安全的目的。 n 減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、改善勞動(dòng)條件。 絕大多數(shù)化工生產(chǎn)處于手工操作狀況，操作工人根據(jù)反映主要參數(shù)的儀表指示情況，用人工來(lái)改變操作條件，生產(chǎn)過(guò)程單憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行。n 20世紀(jì)70年代以來(lái)，化工自動(dòng)化技術(shù)水平得到了很大的提高n 20世紀(jì)70年代，計(jì)算機(jī)開(kāi)始用于控制生產(chǎn)過(guò)程，出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)n 20世紀(jì)80年代末至90年代，現(xiàn)場(chǎng)總線和現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)得到了迅速的發(fā)展化工儀表及自動(dòng)化系統(tǒng)的分類(lèi)按功能不同，分四類(lèi)： 檢測(cè)儀表 (包括各種參數(shù)的測(cè)量和變送) 顯示儀表 (包括模擬量顯示和數(shù)字量顯示) 控制儀表 (包括氣動(dòng)、電動(dòng)控制儀表及數(shù)字式控制器) 執(zhí)行器(包括氣動(dòng)、電動(dòng)、液動(dòng)等執(zhí)行器) 圖01 各類(lèi)儀表之間的關(guān)系利用各種儀表對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中主要工藝參數(shù)進(jìn)行測(cè)量、指示或記錄的部分。 對(duì)某些關(guān)鍵性參數(shù)設(shè)有自動(dòng)信號(hào)聯(lián)鎖保護(hù)裝置，是生產(chǎn)過(guò)程中的一種安全裝置。 本學(xué)科的作用通過(guò)本門(mén)課程的學(xué)習(xí),應(yīng)能了解主要工藝參數(shù) (溫度、壓力、流量及物位)的檢測(cè)方法及其儀表的工作原理及特點(diǎn)。能為自控設(shè)計(jì)提供正確的工藝條件和數(shù)據(jù)。 舉例測(cè)一段導(dǎo)線的長(zhǎng)度直接測(cè)量間接測(cè)量 測(cè)量實(shí)質(zhì)：是將被測(cè)參數(shù)與其相應(yīng)的測(cè)量單位進(jìn)行比較的過(guò)程。因此，常說(shuō)的“絕對(duì)誤差”指的是絕對(duì)誤差中的最大值Δmax。4℃，試確定該儀表的相對(duì)百分誤差與準(zhǔn)確度等級(jí)。 儀表的準(zhǔn)確度等級(jí)是衡量?jī)x表質(zhì)量?jī)?yōu)劣的重要指標(biāo)之一。 舉例如：注意：在工業(yè)上應(yīng)用時(shí),對(duì)檢測(cè)儀表準(zhǔn)確度的要求,應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)操作的實(shí)際情況和該參數(shù)對(duì)整個(gè)工藝過(guò)程的影響程度所提供的誤差允許范圍來(lái)確定,這樣才能保證生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性和合理性。即式中，S為儀表的靈敏度；Δα為指針的線位移或角位移；Δx為引起Δα所需的被測(cè)參數(shù)變化量。在數(shù)字式儀表中，往往用分辨率表示。 儀表的反應(yīng)時(shí)間有不同的表示方法 當(dāng)輸入信號(hào)突然變化一個(gè)數(shù)值后，輸出信號(hào)將由原始值逐漸變化到新的穩(wěn)態(tài)值。 圖12 線性度示意圖式中，δf為線性度（又稱(chēng)非線性誤差）；Δfmax為校準(zhǔn)曲線對(duì)于理論直線的最大偏差（以?xún)x表示值的單位計(jì)算）。2. 數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)是一種以離散形式出現(xiàn)的不連續(xù)信號(hào),通常用二進(jìn)制數(shù)“0”和“1”組合的代碼序列來(lái)表示。③按精度等級(jí)及使用場(chǎng)合的不同,可分為實(shí)用儀表、范型儀表和標(biāo)準(zhǔn)儀表,分別使用在現(xiàn)場(chǎng)、實(shí)驗(yàn)室和標(biāo)定室。 六、化工檢測(cè)的發(fā)展趨勢(shì)、數(shù)字化、智能化七、例題分析1. 某臺(tái)具有線性關(guān)系的溫度變送器,其測(cè)溫范圍為 0～200℃,變送器的輸出為 4～20mA。任一溫度值的標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào)(mA)為 例如,當(dāng)溫度為50℃時(shí),對(duì)應(yīng)的輸出應(yīng)為 其余類(lèi)推。”號(hào)及“%”號(hào)后, ,～,。 2. 某臺(tái)測(cè)溫儀表的測(cè)溫范圍為200～1000℃,工藝上要求測(cè)溫誤差不能大于177。當(dāng)然儀表的準(zhǔn)確度等級(jí)越高,能使測(cè)溫誤差越小,但為了不增加投資費(fèi)用,不宜選過(guò)高準(zhǔn)確度的儀表。 第一節(jié) 壓力單位及測(cè)壓儀表壓力是指均勻垂直地作用在單位面積上的力。測(cè)量壓力或真空度的儀表按照其轉(zhuǎn)換原理的不同，分為四類(lèi)。 它是通過(guò)機(jī)械和電氣元件將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成電量（如電壓、電流、頻率等）來(lái)進(jìn)行測(cè)量的儀表。 第二節(jié) 彈性式壓力計(jì)定義：彈性式壓力計(jì)是利用各種形式的彈性元件，在被測(cè)介質(zhì)壓力的作用下，使彈性元件受壓后產(chǎn)生彈性變形的原理而制成的測(cè)壓儀表。當(dāng)測(cè)壓范圍不同時(shí)，所用的彈性元件也不一樣。 1—彈簧管；2 —拉桿；3 —扇形齒輪；4 —中心齒輪；5 —指針；6 —面板；7 —游絲；8 —調(diào)整螺絲；9 —接頭彈簧壓力表基本測(cè)量原理單圈彈簧管是一根彎成270176。同時(shí)，使彈簧管的自由端B產(chǎn)生位移。 警惕：在化工生產(chǎn)過(guò)程中，常需要把壓力控制在某一范圍內(nèi)，即當(dāng)壓力低于或高于給定范圍時(shí)，就會(huì)破壞正常工藝條件，甚至可能發(fā)生危險(xiǎn)。170。170。 優(yōu)點(diǎn)1. 該儀表的測(cè)量范圍較廣，分別可測(cè)7105Pa至5102MPa的壓力，％； 2. 由于可以遠(yuǎn)距離傳送信號(hào)，所以在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中可以實(shí)現(xiàn)壓力自動(dòng)控制和報(bào)警，并可與工業(yè)控制