【正文】 現(xiàn)控制的設(shè)備、機(jī)械或生產(chǎn)過程稱為被控對(duì)象，簡(jiǎn)稱對(duì)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(cè)量值而非實(shí)際值，因此，在控制系統(tǒng)中通常把設(shè)定值與測(cè)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(fù)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(fù)反饋。閉環(huán)控制系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的必要條件是負(fù)反饋正作用與反作用(如何保證系統(tǒng)是負(fù)反饋的？） 輸出信號(hào)隨輸入信號(hào)的增加而增加的環(huán)節(jié)稱為正作用環(huán)節(jié)輸出信號(hào)隨輸入信號(hào)的增加而減小的環(huán)節(jié)稱為反作用環(huán)節(jié)例如：對(duì)于調(diào)節(jié)器來說，測(cè)量值增大，輸出增大，稱為正作用調(diào)節(jié)器能否構(gòu)成負(fù)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(chǔ)槽+－SP執(zhí)行器液位變送器由于被控對(duì)象和執(zhí)行器的特性是由實(shí)際的工藝現(xiàn)場(chǎng)條件決定的，所以應(yīng)當(dāng)通過控制器的正、反作用特性來滿足系統(tǒng)負(fù)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(dòng)控制系統(tǒng)――設(shè)定值隨時(shí)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(shí)間，控制系統(tǒng)中各參數(shù)必然會(huì)到達(dá)一個(gè)“相對(duì)”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(biāo)是不充分的。 如果系統(tǒng)原來處于相對(duì)平衡狀態(tài)（靜態(tài)），當(dāng)出現(xiàn)干擾使被控變量發(fā)生變化，此時(shí)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(gè)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(dòng)態(tài)”過程。在分析和設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，往往選定階躍信號(hào)作為輸入。 階躍干擾比較突然、比較危險(xiǎn)、對(duì)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(biāo) 通常要評(píng)價(jià)和討論一個(gè)控制系統(tǒng)性能優(yōu)劣，其標(biāo)準(zhǔn)有二大類：主要包括： 最大偏差（超調(diào)量）、 衰減比 余差 過渡時(shí)間 振蕩周期（振蕩頻率）……主要包括： 平方誤差積分指標(biāo) 時(shí)間乘平方誤差積分指標(biāo) 絕對(duì)誤差積分指標(biāo) 時(shí)間乘絕對(duì)誤差積分指標(biāo)當(dāng)這些值達(dá)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(biāo)絕對(duì)誤差積分指標(biāo)通常n=1，稱該對(duì)象為一階對(duì)象模型；n=2，稱二階對(duì)象模型。特點(diǎn)：形象、清晰，缺乏數(shù)學(xué)方程的解析性質(zhì)（必要時(shí)須進(jìn)行數(shù)學(xué)處理獲得參量模型）。由于工業(yè)對(duì)象往往都非常復(fù)雜，物理、化學(xué)過程的機(jī)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(shí)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(shí)驗(yàn)建?！谒芯康膶?duì)象上，人為的施加一個(gè)輸入作用，然后用儀表記錄表征對(duì)象特性的物理量隨時(shí)間變化的規(guī)律，得到一系列實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或曲線。這種應(yīng)用對(duì)象輸入輸出的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來決定其模型的方法，通常稱為系統(tǒng)辨識(shí)。有時(shí)，為進(jìn)一步分析對(duì)象特性，可對(duì)這些數(shù)據(jù)或曲線進(jìn)行處理，使其轉(zhuǎn)化為描述對(duì)象特性的解析表達(dá)式?；旌辖Ｊ且环N比較實(shí)用的方法，它先由機(jī)理分析的方法提出數(shù)學(xué)模型的結(jié)構(gòu)形式，把被研究的對(duì)象視為一個(gè)灰箱子，然后對(duì)其中某些未知的或不確定的參數(shù)利用實(shí)驗(yàn)的方法給予確定。 當(dāng)發(fā)生變化時(shí)(qi＞qo)，此時(shí)水箱的水位開始升高根據(jù)流體力學(xué)原理，水箱出口流量與H是存在一定的對(duì)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(dāng)發(fā)生變化時(shí)，qo不發(fā)生變化。絕大多數(shù)對(duì)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(duì)象 問題：求右圖所示的對(duì)象模型（輸入輸出模型）解： 該對(duì)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(duì)象的輸入量為qi 被控變量為液位h 單位時(shí)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(duì)完全量的輸入輸出模型，(ii)式是針對(duì)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(duì)象輸出達(dá)到新的穩(wěn)定值時(shí)，輸出變化量與輸入變化量之比，也稱靜態(tài)增益。T――時(shí)間常數(shù)，在階躍輸入作用下，％所需要的時(shí)間，時(shí)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(duì)象 問題：求右圖所示的對(duì)象模型（輸入輸出模型）。 Du廣義對(duì)象DfDy K173。 控制變量Du對(duì)被控變量Dy的影響越靈敏 222。 干擾Df對(duì)被控變量Dy的影響越靈敏。 T 對(duì)過渡過程的影響 時(shí)間常數(shù)：在階躍輸入作用下，％所需要的時(shí)間。（其它參數(shù)不變）時(shí)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(shí)、過渡時(shí)間tp短、超調(diào)量s小控制通道TO太小 222。干擾通道的時(shí)間常數(shù)對(duì)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(shí)際對(duì)象由于多容的存在也會(huì)使響應(yīng)速度變慢，尤其是初始響應(yīng)被大大延遲，在動(dòng)態(tài)特性上也可近似作為純滯后看待?？刂仆ǖ兰儨髏對(duì)控制肯定不利，純滯后增大222。在工藝設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量減少或避免純滯后時(shí)間。[教學(xué)目的要求]：了解霍爾片式力矩平衡式壓力計(jì)的工作原理掌握彈簧官壓力計(jì)的工作原理、差壓式流量計(jì)的工作原理、壓力表的選擇和安裝[教學(xué)重點(diǎn)]：霍爾片式力矩平衡式壓力計(jì)的工作原理[教學(xué)難點(diǎn)]：彈簧官壓力計(jì)的工作原理、差壓式流量計(jì)的工作原理、壓力表的選擇和安裝[教學(xué)時(shí)數(shù)]：6[教學(xué)內(nèi)容]：第4章 檢測(cè)儀表及傳感器 概述 檢測(cè)過程與測(cè)量誤差 （1）檢測(cè)過程與測(cè)量誤差檢測(cè)過程 參數(shù)檢測(cè)就是用專門的技術(shù)工具，依靠能量的變換、實(shí)驗(yàn)和計(jì)算找到被測(cè)量的值。由于傳感器的輸出信號(hào)種類很多，而且信號(hào)往往很微弱，一般都需要經(jīng)過變送環(huán)節(jié)的進(jìn)一步處理，把傳感器的輸出轉(zhuǎn)換成如0～10mA、4～20mA等標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的模擬量信號(hào)或者滿足特定標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字量信號(hào)，這種檢測(cè)儀表稱為變送器。 測(cè)量誤差測(cè)量誤差——儀表測(cè)得的測(cè)量值與被測(cè)真值 之差由于真值在理論上是無法真正被獲取的，因此，測(cè)量誤差就是指檢測(cè)儀表（精度較低）和標(biāo)準(zhǔn)表（精度較高）在同一時(shí)刻對(duì)同一被測(cè)變量進(jìn)行測(cè)量所得到的2個(gè)讀數(shù)之差。在自動(dòng)化儀表中，通常是以最大相對(duì)百分誤差來衡量?jī)x表的精確度，定義儀表的精度等級(jí)。 檢測(cè)儀表的主要性能指標(biāo)儀表的精確度等級(jí) 儀表的精度等級(jí)（精確度等級(jí)）是指儀表在規(guī)定的工作條件下允許的最大相對(duì)百分誤差?！碧?hào)和“％”號(hào)，便可以用來確定儀表的精度等級(jí)。，表示該儀表允許的最大相對(duì)百分誤差為177。精度等級(jí)一般用一定的符號(hào)形式表示在儀表面板上： 儀表的精度等級(jí)是衡量?jī)x表質(zhì)量?jī)?yōu)劣的重要指標(biāo)之一。測(cè)量?jī)x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(shí)際對(duì)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(cè)值下正反特性間儀表輸出的最大絕對(duì)誤差和測(cè)量?jī)x表量程之比的百分?jǐn)?shù)來表示 ：被測(cè)變量?jī)x表輸出下行程上行程靈敏度和分辨力靈敏度是表征檢測(cè)儀表對(duì)被測(cè)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(dòng)態(tài)誤差是指檢測(cè)系統(tǒng)受外擾動(dòng)作用后，被測(cè)變量處于變動(dòng)狀態(tài)下儀表示值與參數(shù)實(shí)際值之間的差異。衡量各種運(yùn)動(dòng)慣性的大小，以及能量傳遞的快慢常采用時(shí)間常數(shù)T和傳遞滯后時(shí)間（純滯后時(shí)間）τ兩個(gè)參數(shù)表示（這兩個(gè)參數(shù)的含義與上一章中對(duì)象數(shù)學(xué)模型中的時(shí)間常數(shù)T和純滯后時(shí)間τ的數(shù)學(xué)含義是一致的）它們的存在會(huì)降低檢測(cè)過程的動(dòng)態(tài)性能，其中純滯后時(shí)間τ的不利影響會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過時(shí)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(diǎn)是靈敏高（特別是在低壓區(qū)），常用于檢測(cè)較低的壓力（～106Pa），但波紋管遲滯誤差較大，；彈簧管 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、價(jià)格低廉，它使用范圍廣，測(cè)量范圍寬，可以測(cè)量負(fù)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(cè)壓力介質(zhì)從開口端進(jìn)入并充滿彈簧管的整個(gè)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(shì)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(shí)改變其中心角。 單圈彈簧管壓力表是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用最普遍的就地指示式壓力檢測(cè)儀表（也有電接點(diǎn)輸出的彈簧管壓力表） 彈簧管壓力表結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、價(jià)格低廉、測(cè)量范圍寬，可以測(cè)量負(fù)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(duì)滑動(dòng)。 圖中應(yīng)變片rr2的靜態(tài)性能完全相同。實(shí)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(bǔ)償。不受壓時(shí) 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(cè)量電橋由此可見，由壓力作用時(shí)，r1和r2一減一增，使電橋由較大的輸出；當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，rr2同時(shí)增減，不影響電橋的平衡。 結(jié)論：應(yīng)變片式壓檢測(cè)儀表具有較大的測(cè)量范圍，被測(cè)壓力可達(dá)幾百M(fèi)Pa，并具有良好的動(dòng)態(tài)性能，適用于快速變化的壓力測(cè)量。 ——壓阻式（擴(kuò)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(jī)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(kuò)散硅壓阻傳感器作為檢測(cè)元件的壓力檢測(cè)儀表得到了廣泛的使用。擴(kuò)散電阻的靈敏系數(shù)是金屬應(yīng)變片的幾十倍，能直接測(cè)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(cè)儀表的選用和安裝 ——壓力檢測(cè)儀表的選用 三個(gè)方面——選用時(shí)應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)工藝對(duì)壓力檢測(cè)的要求、被測(cè)介質(zhì)的特性、現(xiàn)場(chǎng)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(cè)量穩(wěn)定壓力：最大工作壓力Pimax不超過上限值Pmax的3/4 測(cè)量脈動(dòng)壓力：最大工作壓力Pimax不超過上限值Pmax的2/3 測(cè)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(jí)：。 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(shí)際被測(cè)壓力允許的最大絕對(duì)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(duì)腐蝕性較強(qiáng)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?yàn)榘睔鈱?duì)銅的腐蝕性極強(qiáng)； 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?yàn)橛瓦M(jìn)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(cè)儀表的選型——壓力檢測(cè)儀表的安裝 分三種情況介紹 一般壓力檢測(cè)儀表的安裝特殊壓力檢測(cè)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(cè)量?jī)x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(diǎn)：1. 壓力儀表必須經(jīng)檢驗(yàn)合格后才能安裝2. 壓力儀表的連接處，應(yīng)根據(jù)被測(cè)壓力的高低和被測(cè)介質(zhì)性質(zhì)，選擇適當(dāng)?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(duì)濕度小于80％，振動(dòng)小，灰塵少，沒有腐蝕性物質(zhì)的地方，對(duì)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(cè)量高壓流體介質(zhì)的壓力時(shí)，安裝時(shí)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(cè)介質(zhì)為氣體時(shí)，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(cè)介質(zhì)