【正文】 現(xiàn)控制的設(shè)備、機械或生產(chǎn)過程稱為被控對象，簡稱對象。（3）控制變量（操縱變量）：受執(zhí)行器控制，用以使被控變量保持一定數(shù)值的物料或能量稱為控制變量或操縱變量。（5）設(shè)（給）定值 工藝規(guī)定被控變量所要保持的數(shù)值。但能獲取的信息是被控變量的測量值而非實際值，因此，在控制系統(tǒng)中通常把設(shè)定值與測量值之差定義為偏差。若反饋的結(jié)果是使系統(tǒng)的輸出減小，則稱為負反饋若反饋的結(jié)果是使系統(tǒng)的輸出增加，則稱為正反饋工業(yè)控制系統(tǒng)一般情況下都應(yīng)為負反饋。閉環(huán)控制系統(tǒng)穩(wěn)定運行的必要條件是負反饋正作用與反作用(如何保證系統(tǒng)是負反饋的？） 輸出信號隨輸入信號的增加而增加的環(huán)節(jié)稱為正作用環(huán)節(jié)輸出信號隨輸入信號的增加而減小的環(huán)節(jié)稱為反作用環(huán)節(jié)例如：對于調(diào)節(jié)器來說，測量值增大，輸出增大，稱為正作用調(diào)節(jié)器能否構(gòu)成負反饋系統(tǒng)和系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的特性有關(guān) 液位調(diào)節(jié)器液體儲槽+－SP執(zhí)行器液位變送器由于被控對象和執(zhí)行器的特性是由實際的工藝現(xiàn)場條件決定的，所以應(yīng)當通過控制器的正、反作用特性來滿足系統(tǒng)負反饋的要求。被控變量174。操作變量174。變送器174。操作變量174。隨動控制系統(tǒng)――設(shè)定值隨時間不斷發(fā)生變化 通常要求被控變量盡可能地與設(shè)定值一起變化。 如果控制系統(tǒng)是穩(wěn)定的，假設(shè)設(shè)定值和干擾都保持不變，經(jīng)過足夠長的時間，控制系統(tǒng)中各參數(shù)必然會到達一個“相對”平衡狀態(tài)，這種狀態(tài)就是所謂的“靜態(tài)”，在控制領(lǐng)域中更多的稱之為“穩(wěn)態(tài)”。 很明顯，單純用“靜態(tài)”的概念來衡量控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標是不充分的。 如果系統(tǒng)原來處于相對平衡狀態(tài)（靜態(tài)），當出現(xiàn)干擾使被控變量發(fā)生變化，此時控制系統(tǒng)發(fā)生作用，調(diào)節(jié)器根據(jù)偏差及其偏差的變化情況，改變調(diào)節(jié)器輸出，再經(jīng)執(zhí)行器改變操縱變量，使被控變量重新回到設(shè)定值來，這么一個從干擾發(fā)生、系統(tǒng)控制、直到重新建立平衡的過程稱為“動態(tài)”過程。在分析和設(shè)計控制系統(tǒng)時，往往選定階躍信號作為輸入。 階躍干擾比較突然、比較危險、對控制系統(tǒng)的影響也最大、且容易產(chǎn)生階躍干擾。幾種典型的過渡過程： 非周期衰減過程 214。等幅振蕩過程：一般是不允許的除開關(guān)量控制回路發(fā)散振蕩過程 180。（3）過渡過程的品質(zhì)指標 通常要評價和討論一個控制系統(tǒng)性能優(yōu)劣，其標準有二大類：主要包括： 最大偏差（超調(diào)量）、 衰減比 余差 過渡時間 振蕩周期（振蕩頻率）……主要包括： 平方誤差積分指標 時間乘平方誤差積分指標 絕對誤差積分指標 時間乘絕對誤差積分指標當這些值達到最小值的系統(tǒng)是某種意義下的最優(yōu)系統(tǒng)。平方誤差積分指標絕對誤差積分指標通常n=1，稱該對象為一階對象模型；n=2，稱二階對象模型。特點：形象、清晰，缺乏數(shù)學方程的解析性質(zhì)（必要時須進行數(shù)學處理獲得參量模型）。由于工業(yè)對象往往都非常復(fù)雜，物理、化學過程的機理一般不能被完全了解，而且線性的并不多，再加上分布元件參數(shù)（即參數(shù)是時間與位置的函數(shù)）較多，一般很難完全掌握系統(tǒng)內(nèi)部的精確關(guān)系式。 實驗建?！谒芯康膶ο笊希藶榈氖┘右粋€輸入作用，然后用儀表記錄表征對象特性的物理量隨時間變化的規(guī)律，得到一系列實驗數(shù)據(jù)或曲線。這種應(yīng)用對象輸入輸出的實測數(shù)據(jù)來決定其模型的方法，通常稱為系統(tǒng)辨識。有時，為進一步分析對象特性，可對這些數(shù)據(jù)或曲線進行處理，使其轉(zhuǎn)化為描述對象特性的解析表達式?；旌辖Ｊ且环N比較實用的方法，它先由機理分析的方法提出數(shù)學模型的結(jié)構(gòu)形式，把被研究的對象視為一個灰箱子，然后對其中某些未知的或不確定的參數(shù)利用實驗的方法給予確定。 當發(fā)生變化時(qi＞qo)，此時水箱的水位開始升高根據(jù)流體力學原理，水箱出口流量與H是存在一定的對應(yīng)關(guān)系的： 因此，qi173。 H 173。qo173。 下圖：如果水箱出口由泵打出，其不同之處在于：qi當發(fā)生變化時，qo不發(fā)生變化。絕大多數(shù)對象都有自衡能力，一般而言有自衡能力的系統(tǒng)比無自衡能力的系統(tǒng)容易控制。一階線性對象 問題：求右圖所示的對象模型（輸入輸出模型）解： 該對象的輸入量為qi 被控變量為液位h根據(jù)物料平衡方程： 該對象的輸入量為qi 被控變量為液位h 單位時間內(nèi)水槽體積的改變＝輸入流量 — 輸出流量 由于出口流量可以近似地表示為： 所以 (i)式是針對完全量的輸入輸出模型，(ii)式是針對變化量的輸入輸出模型，二者的結(jié)構(gòu)形式完全相同。 K――放大系數(shù)，在階躍輸入作用下，對象輸出達到新的穩(wěn)定值時，輸出變化量與輸入變化量之比，也稱靜態(tài)增益。T――時間常數(shù)，在階躍輸入作用下，％所需要的時間，時間常數(shù)T是反映響應(yīng)變化快慢或響應(yīng)滯后的重要參數(shù)。 T大，反應(yīng)慢，難以控制；T小，反應(yīng)塊。二階線性對象 問題：求右圖所示的對象模型（輸入輸出模型）。 Du廣義對象DfDy K173。 控制變量Du對被控變量Dy的影響越靈敏 222。 干擾Df對被控變量Dy的影響越靈敏。 T 對過渡過程的影響 時間常數(shù)：在階躍輸入作用下，％所需要的時間。（其它參數(shù)不變）時間常數(shù)T是反映響應(yīng)變化快慢或響應(yīng)滯后的重要參數(shù)。 控制通道TO大 222。 響應(yīng)快、控制及時、過渡時間tp短、超調(diào)量s小控制通道TO太小 222。干擾通道的時間常數(shù)對被控變量輸出的影響也是相類似的。物料輸送產(chǎn)生的純滯后比較容易理解，實際對象由于多容的存在也會使響應(yīng)速度變慢，尤其是初始響應(yīng)被大大延遲，在動態(tài)特性上也可近似作為純滯后看待?？刂仆ǖ兰儨髏對控制肯定不利，純滯后增大222。在工藝設(shè)計時，應(yīng)盡量減少或避免純滯后時間。[教學目的要求]：了解霍爾片式力矩平衡式壓力計的工作原理掌握彈簧官壓力計的工作原理、差壓式流量計的工作原理、壓力表的選擇和安裝[教學重點]：霍爾片式力矩平衡式壓力計的工作原理[教學難點]：彈簧官壓力計的工作原理、差壓式流量計的工作原理、壓力表的選擇和安裝[教學時數(shù)]：6[教學內(nèi)容]：第4章 檢測儀表及傳感器 概述 檢測過程與測量誤差 （1）檢測過程與測量誤差檢測過程 參數(shù)檢測就是用專門的技術(shù)工具，依靠能量的變換、實驗和計算找到被測量的值。由于傳感器的輸出信號種類很多，而且信號往往很微弱，一般都需要經(jīng)過變送環(huán)節(jié)的進一步處理，把傳感器的輸出轉(zhuǎn)換成如0～10mA、4～20mA等標準統(tǒng)一的模擬量信號或者滿足特定標準的數(shù)字量信號，這種檢測儀表稱為變送器。 測量誤差測量誤差——儀表測得的測量值與被測真值 之差由于真值在理論上是無法真正被獲取的，因此，測量誤差就是指檢測儀表（精度較低）和標準表（精度較高）在同一時刻對同一被測變量進行測量所得到的2個讀數(shù)之差。在自動化儀表中，通常是以最大相對百分誤差來衡量儀表的精確度，定義儀表的精度等級。 檢測儀表的主要性能指標儀表的精確度等級 儀表的精度等級（精確度等級）是指儀表在規(guī)定的工作條件下允許的最大相對百分誤差?！碧柡汀埃ァ碧?，便可以用來確定儀表的精度等級。，表示該儀表允許的最大相對百分誤差為177。精度等級一般用一定的符號形式表示在儀表面板上： 儀表的精度等級是衡量儀表質(zhì)量優(yōu)劣的重要指標之一。測量儀表的非線性誤差就是用來表征儀表的輸出量和輸入量的實際對應(yīng)關(guān)系與理論直線的吻合程度。變差的大小，根據(jù)在同一被測值下正反特性間儀表輸出的最大絕對誤差和測量儀表量程之比的百分數(shù)來表示 ：被測變量儀表輸出下行程上行程靈敏度和分辨力靈敏度是表征檢測儀表對被測量變化的靈敏程度，它是指儀表輸出變化量和輸入變化量之比，即 靈敏度＝Δy/Δx 分辨力又稱為靈敏限，是儀表輸出能響應(yīng)和分辨的最小輸入變化量，它也是靈敏度的一種反映。動態(tài)誤差是指檢測系統(tǒng)受外擾動作用后，被測變量處于變動狀態(tài)下儀表示值與參數(shù)實際值之間的差異。衡量各種運動慣性的大小，以及能量傳遞的快慢常采用時間常數(shù)T和傳遞滯后時間（純滯后時間）τ兩個參數(shù)表示（這兩個參數(shù)的含義與上一章中對象數(shù)學模型中的時間常數(shù)T和純滯后時間τ的數(shù)學含義是一致的）它們的存在會降低檢測過程的動態(tài)性能，其中純滯后時間τ的不利影響會遠遠超過時間常數(shù)T的影響。但是膜片的位移較小，靈敏度低，指示精度不高。其特點是靈敏高（特別是在低壓區(qū)），常用于檢測較低的壓力（～106Pa），但波紋管遲滯誤差較大，；彈簧管 結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、價格低廉，它使用范圍廣，測量范圍寬，可以測量負壓、微壓、低壓、中壓和高壓，因此應(yīng)用十分廣泛。（1）彈簧管和彈簧管壓力表 彈簧管是橫截面呈非圓形（橢圓形或扁圓形），彎成圓弧狀（中心角常為270176。管子的一端為封閉，另一端為開口。被測壓力介質(zhì)從開口端進入并充滿彈簧管的整個內(nèi)腔，由于彈簧管的非圓橫截面，使它有變成圓形并伴有伸直的趨勢而產(chǎn)生力矩，其結(jié)果使彈簧管的自由端產(chǎn)生位移，同時改變其中心角。 單圈彈簧管壓力表是工業(yè)現(xiàn)場使用最普遍的就地指示式壓力檢測儀表（也有電接點輸出的彈簧管壓力表） 彈簧管壓力表結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、價格低廉、測量范圍寬，可以測量負壓、微壓、低壓、中壓和高壓，但根據(jù)制造的要求。這種因尺寸變化引起阻值變化稱為應(yīng)變效應(yīng)。r1r2123P(a)傳感器1－外殼 2－彈性筒 3－膜片應(yīng)變筒的上端與外殼固定在一起，下端與不銹鋼密封膜片3緊密接觸，應(yīng)變片r1和r2用膠合劑貼緊在應(yīng)變筒的外壁，與筒體之間不發(fā)生相對滑動。 圖中應(yīng)變片rr2的靜態(tài)性能完全相同。實際上，r2的變化量比r1的變化量要小，r2的主要作用是溫度補償。不受壓時 r1= r2=r0 R3=R4=r 若應(yīng)變片受壓，則：r1= r0+Δr1；r2= r0+Δr2 (Δr1≠Δr2)UiE－＋＋－r1r2R3R4AB(b)測量電橋由此可見，由壓力作用時，r1和r2一減一增，使電橋由較大的輸出；當環(huán)境溫度發(fā)生變化時，rr2同時增減，不影響電橋的平衡。 結(jié)論：應(yīng)變片式壓檢測儀表具有較大的測量范圍，被測壓力可達幾百MPa，并具有良好的動態(tài)性能，適用于快速變化的壓力測量。 ——壓阻式（擴散硅）壓力/差壓變送器 因電阻率變化引起阻值變化稱為壓阻效應(yīng)。用作壓阻式傳感器的基片材料主要為硅片和鍺片，由于單晶硅材料純、功耗小、滯后和蠕變極小、機械穩(wěn)定性好，而且傳感器的制造工藝和硅集成電路工藝有很好的兼容性，以擴散硅壓阻傳感器作為檢測元件的壓力檢測儀表得到了廣泛的使用。擴散電阻的靈敏系數(shù)是金屬應(yīng)變片的幾十倍，能直接測量出微小的壓力變化。因此，這是一種發(fā)展比較迅速，應(yīng)用十分廣泛的一類壓力傳感器。 智能型壓力變送器 壓力檢測儀表的選用和安裝 ——壓力檢測儀表的選用 三個方面——選用時應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)工藝對壓力檢測的要求、被測介質(zhì)的特性、現(xiàn)場使用的環(huán)境等條件本著節(jié)約的原則合理地考慮儀表的量程、精度、類型（材質(zhì)）等。 測量穩(wěn)定壓力：最大工作壓力Pimax不超過上限值Pmax的3/4 測量脈動壓力：最大工作壓力Pimax不超過上限值Pmax的2/3 測量高壓壓力：最大工作壓力Pimax不超過上限值Pmax的3/5 最小工作壓力Pimin不低于上限值Pmax的1/3 儀表的量程等級：。 ⑵儀表精度 ——根據(jù)生產(chǎn)允許的最大誤差來確定，即要求實際被測壓力允許的最大絕對誤差應(yīng)小于儀表的基本誤差。 ⑶儀表類型正確選用儀表類型是保證儀表正常工作及安全生產(chǎn)的前提。例如：對腐蝕性較強的介質(zhì)應(yīng)使用像不銹鋼之類的彈性元件或敏感元件； 氨用壓力表則要求儀表的材料不允許采用銅或銅合金，因為氨氣對銅的腐蝕性極強； 又如 氧用壓力表在結(jié)構(gòu)和材質(zhì)上可以與普通壓力表完全相同，但要禁油，因為油進入氧氣系統(tǒng)極易引起爆炸。 上述選型原則也適用于差壓、流量、液位等其它檢測儀表的選型——壓力檢測儀表的安裝 分三種情況介紹 一般壓力檢測儀表的安裝特殊壓力檢測儀表的安裝（高溫、高壓、腐蝕等）壓力變送器的安裝 一般壓力測量儀表的安裝 無論選用何種壓力儀表和采用何種安裝方式，在安裝過程中都應(yīng)注意以下幾點：1. 壓力儀表必須經(jīng)檢驗合格后才能安裝2. 壓力儀表的連接處，應(yīng)根據(jù)被測壓力的高低和被測介質(zhì)性質(zhì)，選擇適當?shù)牟牧献鳛槊芊鈮|圈，以防泄漏3. 壓力儀表盡可能安裝在室溫，相對濕度小于80％，振動小，灰塵少，沒有腐蝕性物質(zhì)的地方，對于電氣式壓力儀表應(yīng)盡可能避免受到電磁干擾4. 壓力儀表應(yīng)垂直安裝。2. 測量高壓流體介質(zhì)的壓力時，安裝時壓力儀表表殼應(yīng)朝向墻壁或者無人通過之處，以防發(fā)生以外。角內(nèi)，目的是保證引壓管內(nèi)沒有氣泡，兩根引壓管內(nèi)液柱產(chǎn)生的附加壓力可以相互抵消45176。(a)液體 45176。(b)氣體 45176。(c)蒸汽被測介質(zhì)為氣體時，取壓口應(yīng)位于管道上半部與管道垂直中心線成0～45176。 被測介質(zhì)