《化工仪表及自动化》第五版-厉玉鸣-复习解析课件.ppt

1、 填空和选择题：填空和选择题：控制信号控制信号(p(p):):用以改变控制作用大小的信号用以改变控制作用大小的信号 操纵变量操纵变量(q):(q):用以实现控制作用的参数，一般是执行用以实现控制作用的参数，一般是执行 器控制的物理量。器控制的物理量。被控变量被控变量(y):(y):要求实施控制的参数，一般是工艺操作要求实施控制的参数，一般是工艺操作 的物理量。的物理量。1.1.2.自动控制系统的组成：自动控制系统的组成：测量变送器测量变送器自动控制器自动控制器执行器执行器 被控对象被控对象 3 3、控制系统的品质指标、控制系统的品质指标(2).(2).余差余差C C：新的稳态值与给定值之差。新

2、的稳态值与给定值之差。(1).1).最大偏差最大偏差A A与超调量与超调量B B：最大偏差最大偏差A A：在过渡过程中，被控变量偏离给定值在过渡过程中，被控变量偏离给定值的最大数值。的最大数值。t ty yA ABC超调量超调量B B：第一个峰值第一个峰值A A与新稳定值与新稳定值C C之差，即之差，即B=A-CB=A-C。t ty yA ABBC 表示过渡过程的衰减程度。它是过渡过表示过渡过程的衰减程度。它是过渡过程同方向前后相邻两峰值的比。程同方向前后相邻两峰值的比。(3).(3).衰减比：衰减比：(4).(4).过渡时间过渡时间TsTs：又称又称控制时间控制时间。从干扰发生的时刻起至系统

3、重新建立新的平衡状态从干扰发生的时刻起至系统重新建立新的平衡状态止的时间。止的时间。4.过渡过程：过渡过程：系统由一个平衡状态过渡到另一个平衡系统由一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程。状态的过程。5.5.阶跃干扰作用下的过渡过程形式阶跃干扰作用下的过渡过程形式 当自动控制系统的当自动控制系统的(给定或干扰给定或干扰)输入是阶跃变化时，系输入是阶跃变化时，系统的过渡过程统的过渡过程:(1)(1)非周期衰减过程非周期衰减过程:(2)(2)衰减振荡过程：衰减振荡过程：被控变量在给定值的被控变量在给定值的某一侧做缓慢变化某一侧做缓慢变化，没没有来回波动有来回波动，最后稳定，最后稳定在某一数值上。在

4、某一数值上。被控变量被控变量上下波动上下波动，但，但幅度逐渐减少幅度逐渐减少，最后稳，最后稳定在某一数值上。定在某一数值上。(4)(4)发散振荡过程：发散振荡过程：(3)(3)等幅振荡过程：等幅振荡过程：发散振荡、等幅振荡过程属于发散振荡、等幅振荡过程属于不稳定过程不稳定过程；非周期衰减与衰减振荡过程属于非周期衰减与衰减振荡过程属于稳定过程稳定过程。被控变量在给定值附近被控变量在给定值附近来回波动，且来回波动，且波动幅度保波动幅度保持不变。持不变。被控变量来回波动，且被控变量来回波动，且波动幅度逐渐变大波动幅度逐渐变大，即偏，即偏离给定值越来越远离给定值越来越远。图图1-12脱乙烷塔的工艺管道

5、及控制流程图脱乙烷塔的工艺管道及控制流程图具有指示功能具有指示功能的压力控制器的压力控制器具有指示功能具有指示功能的液位控制器的液位控制器具有记录功能具有记录功能的温度控制器的温度控制器具有指示、记录具有指示、记录功能的流量仪表功能的流量仪表具有指示、报具有指示、报警功能的液位警功能的液位控制器控制器7.控制通道：控制通道：控制作用至被控变量的信号联系。控制作用至被控变量的信号联系。干扰通道：干扰通道：干扰作用至被控变量的信号联系。干扰作用至被控变量的信号联系。8.描述对象的特性参数：描述对象的特性参数：放大系数放大系数K、时间常数、时间常数T、滞后、滞后时间时间 对象的放大系数对象的放大系数

6、K越大越大，表示对象的输入量变化，表示对象的输入量变化时，对输出量的影响时，对输出量的影响越大越大。时间常数时间常数T T越大越大，表示对象受到干扰作用后，被控，表示对象受到干扰作用后，被控变量变化得越慢，到达新的稳定值所需的时间变量变化得越慢，到达新的稳定值所需的时间越长越长。9.9.检测仪表：检测仪表：用来检测工艺参数的技术工具。用来检测工艺参数的技术工具。传感器：传感器：用来将这些参数转换为一定的便于传送用来将这些参数转换为一定的便于传送 的信号的仪表。的信号的仪表。变送器：变送器：当传感器的当传感器的输出输出为单元组合仪表中规定为单元组合仪表中规定 的的标准信号标准信号时，通常称为变送

7、器。时，通常称为变送器。10、相对百分误差：相对百分误差：测量值的绝对误差与测量仪表的测量值的绝对误差与测量仪表的量程之比的百分数。量程之比的百分数。11.11.变差：变差：在相同条件下，使用同一仪表对被测量在仪在相同条件下，使用同一仪表对被测量在仪表全部测量范围内进行表全部测量范围内进行正、反行程正、反行程（即被测量逐渐由小到即被测量逐渐由小到大和逐渐由大到小）大和逐渐由大到小）测量时测量时，被测量值正、反行程所得到，被测量值正、反行程所得到的的两条特性曲线之间的最大偏差两条特性曲线之间的最大偏差。12.线性度：线性度：表征线性刻度仪表的输出量与输入量的表征线性刻度仪表的输出量与输入量的实实

8、际校准曲线与理论直线的吻合程度际校准曲线与理论直线的吻合程度。1313.压力的表示方法压力的表示方法常有常有表压、绝对压力、负压表压、绝对压力、负压或真空度之分。或真空度之分。大大气气绝绝表表PPP 绝绝大大气气真真PPP 真空度：真空度：大气压与绝对压力之差大气压与绝对压力之差绝对压力绝对压力 ：单位面积所受到的力；：单位面积所受到的力；表压表压：绝对压力与大气压之差：绝对压力与大气压之差 1414.弹簧管压力表弹簧管压力表由由测量系统、指示部分和表壳测量系统、指示部分和表壳部分等部分等组成。组成。15.霍尔片式压力传感器霍尔片式压力传感器 在非均匀磁场中，实现在非均匀磁场中，实现位移位移电

9、势电势的线性转换。的线性转换。16.压力仪表测量范围的确定压力仪表测量范围的确定测量测量稳定压力稳定压力时时,最大工作压力不应超过测量上限值的最大工作压力不应超过测量上限值的2/3；测量测量脉动压力脉动压力时时,最大工作压力不应超过测量上限值的最大工作压力不应超过测量上限值的1/2；测量测量高压高压时时,最大工作压力不应超过测量上限值的最大工作压力不应超过测量上限值的3/5；测量测量最小压力最小压力时时,被测压力应不低于仪表量程的被测压力应不低于仪表量程的1/3。单位时间内流过某一截面的流体数量的大小。可单位时间内流过某一截面的流体数量的大小。可采用体积或质量流量来表示。采用体积或质量流量来表

10、示。18.18.体积流量体积流量 单位时间内流经某一有效截面的流体体积单位时间内流经某一有效截面的流体体积19.19.质量流量质量流量 单位时间内流经某一有效截面的流体质量。单位时间内流经某一有效截面的流体质量。17.17.瞬时流量瞬时流量 2020.累积流量累积流量：某一段时间内流经某一有效截面的流：某一段时间内流经某一有效截面的流体总和。体总和。21、差压式流量计：、差压式流量计：基于流体流动的基于流体流动的节流原理节流原理,利用利用流体流经节流装置时产生的流体流经节流装置时产生的压力差压力差而实现流量测量。而实现流量测量。22.标准节流装置包括标准节流装置包括节流元件和取压装置。节流元件

11、和取压装置。23.转子流量计采用的是转子流量计采用的是恒压降、变节流面积恒压降、变节流面积的流量的流量测量方法。测量方法。24.椭圆齿轮流量计椭圆齿轮流量计工作原理工作原理：应用应用容积法容积法测流量。测流量。25、漩涡流量计、漩涡流量计(又称涡街流量计又称涡街流量计)：应用：应用流体振荡流体振荡原理原理测量流量。测量流量。26.电容式液位传感器的液位检测电容式液位传感器的液位检测HKHdDCCCix ln)(200 电容量的变化为：电容量的变化为：(0)值值越大越大，仪表灵敏度，仪表灵敏度越高越高。D与与d越接近，即两极间距离越接近，即两极间距离越小越小，仪表灵敏度，仪表灵敏度越高越高。27

12、.热电偶温度计是以热电偶温度计是以热电效应热电效应为基础的测温仪表。为基础的测温仪表。由三部分组成：由三部分组成：热电偶、测量仪表和连接导线热电偶、测量仪表和连接导线。29.热电偶热电偶两接点温度相同两接点温度相同，则尽管导体则尽管导体A、B材料不材料不同，热电偶回路的总热电势同，热电偶回路的总热电势为零为零。28.组成热电偶回路的组成热电偶回路的两种材料相同两种材料相同，则无论接点温，则无论接点温度如何，热电偶回路的总热电势度如何，热电偶回路的总热电势为零为零。30、热电阻温度计、热电阻温度计注意：连接导线采用的是注意：连接导线采用的是三线制连接三线制连接。31：比例控制规律的：比例控制规律

13、的输出变化量输出变化量与与输入偏差输入偏差e成正比。成正比。32.热电偶温度变送器的构成：热电偶温度变送器的构成：输入桥路、放大电路、输入桥路、放大电路、反馈电路反馈电路 33.数显仪表的分类：按输入信号的形式来分，有数显仪表的分类：按输入信号的形式来分，有电电压型压型和和频率型频率型两类。两类。34.比例度比例度就是指控制器就是指控制器输入的相对变化值输入的相对变化值与与相应的输相应的输出相对变化值出相对变化值之比的百分数。之比的百分数。35.正作用控制器：当控制器的输入信号增大正作用控制器：当控制器的输入信号增大(或减小或减小)时，其输出信号时，其输出信号随之增大随之增大(或减小或减小)；

14、36.反作用控制器：当控制器的输入信号增大反作用控制器：当控制器的输入信号增大(或减小或减小)时，其输出信号时，其输出信号随之减小随之减小(或增大或增大)。37.执行器按能源分类：执行器按能源分类：气动、电动、液动气动、电动、液动三大类。三大类。38.气动执行器的组成：气动执行器的组成：执行机构和控制机构执行机构和控制机构（阀）（阀）39.气关阀：气关阀：当有信号压力时阀当有信号压力时阀关关，无信号压力时阀，无信号压力时阀全开全开。气开阀：气开阀：当有信号压力时阀当有信号压力时阀开开，无信号压力时阀，无信号压力时阀全关全关。简答题：简答题：2 2.测压仪表按照其转换原理的不同大致可分为：测压仪

15、表按照其转换原理的不同大致可分为：1 1）液柱式压力计）液柱式压力计2 2）弹性式压力计）弹性式压力计3 3）电气式压力计）电气式压力计4 4）活塞式压力计）活塞式压力计 1 1）.定值控制系统定值控制系统 2 2）.随动控制系统随动控制系统3 3）.程序控制系统程序控制系统1.按被控变量的给定值变化规律分类：按被控变量的给定值变化规律分类：利用各种形式的弹性元件受压后所产生的弹性利用各种形式的弹性元件受压后所产生的弹性变形变形(位移位移)测量压力。测量压力。3、弹性式压力计的工作原理、弹性式压力计的工作原理4 4、霍尔片式压力传感器、霍尔片式压力传感器工作原理：工作原理：利用霍尔元件将由利用

16、霍尔元件将由压力所引起的弹性元件的位移转换成霍尔电势，从而压力所引起的弹性元件的位移转换成霍尔电势，从而实现压力的测量。实现压力的测量。5.5.差压式流量计的组成差压式流量计的组成:1).1).节流装置节流装置2).2).引压管路引压管路3).差压计差压计(差压变送器差压变送器)6、热电阻冷端温度的补偿方法：、热电阻冷端温度的补偿方法：(1)(1)冷端温度保持为冷端温度保持为0的方法的方法(2)(2)冷端温度修正法冷端温度修正法（3 3）校正仪表零点法）校正仪表零点法（4 4）补偿电桥法）补偿电桥法（5 5）补偿热电偶法）补偿热电偶法7.控制阀的理想流量特性：控制阀的理想流量特性：1）直线流量

17、特性）直线流量特性2）等百分比流量特性等百分比流量特性3）抛物线流量特性抛物线流量特性4）快开流量特性快开流量特性8.8.控制器参数的工程整定法有哪些。控制器参数的工程整定法有哪些。1）、临界比例度法）、临界比例度法2）、衰减曲线法）、衰减曲线法 3）、经验凑试法）、经验凑试法9.9.比值控制系统：比值控制系统：实现两个或两个以上参数符合一实现两个或两个以上参数符合一定比例关系的控制系统。定比例关系的控制系统。10.试写出积分控制规律的数学表达式。为什么积分控制试写出积分控制规律的数学表达式。为什么积分控制能消除余差？（能消除余差？（P139 :7）答：积分控制规律是指控制器的输出变量答：积分

18、控制规律是指控制器的输出变量p与输人偏差与输人偏差e的积分成正比，即的积分成正比，即 式中，式中，KI为积分比例系数。因为为积分比例系数。因为积分控制作用的输出与输入偏差的积分成正比，只要有积分控制作用的输出与输入偏差的积分成正比，只要有偏差存在，积分控制作用将随时间不断变化，直至偏差偏差存在，积分控制作用将随时间不断变化，直至偏差完全消除，系统才能稳定下来，所以完全消除，系统才能稳定下来，所以积分控制能消除余差。积分控制能消除余差。edtKpI )(2.154)26.7(210420mAIo 1：一台电：一台电型压力变送器型压力变送器,测量范围测量范围210MPa,从从 控制室测得信号为控制

19、室测得信号为12mA时时,所测压力是多少所测压力是多少?当当 所测压力为所测压力为7.6MPa时时,输出为多少输出为多少mA?)(62)412(420210)(xminmin0minmaxminmaxMPaLIIIILL minminminmaxminmax0)(ILxLLIII 计算题：计算题：2、用差压式流量计测量流量，原设计范围为、用差压式流量计测量流量，原设计范围为0-320m3/h，电动电动型差压变器的量程为型差压变器的量程为0100KPa，问：，问：(1)当变送器输出当变送器输出13mA时，对应流量是多少时，对应流量是多少?(2)若采用量程为若采用量程为0125KPa的变送器，此时

20、变送器的输的变送器，此时变送器的输出应为多少出应为多少?解解:(1)4134201000320 pQhmQ/2403(2)p 100240320KPap25.56 442025.561250 ImAI2.110 minminmaxminmaxminmaxIIIIpppQQQ 3:实验测得标准信号为实验测得标准信号为420mA电动调节器的阶跃响电动调节器的阶跃响应曲线，如图所示。应曲线，如图所示。50112512.epKP 问：问：该控制器的控制规律？该控制器的控制规律？控制器的比例度、积分时间、微分时间？控制器的比例度、积分时间、微分时间？解：解：该控制器为该控制器为PIPI控制规律控制规律

21、答：控制器的比例度为答：控制器的比例度为200%、积分时间为、积分时间为2分、微分、微 分时间为分时间为0%2001001%KP 601115.01214dtTI2 IT解：解：又又 测量值减少时，控制器输出减少，测量值减少时，控制器输出减少，是正作用方向。是正作用方向。答答:控制器的实际比例度为控制器的实际比例度为100%，控制器是正作用方向。，控制器是正作用方向。4、当、当DDZ型电动控制器的测量指针由型电动控制器的测量指针由50变化到变化到 25，若控制器的纯比例输出信号由，若控制器的纯比例输出信号由12mA下降到下降到 8mA，则控制器的实际比例度为多少？并指出控制，则控制器的实际比例

22、度为多少？并指出控制 器的作用方向。器的作用方向。mAe4)420(%)25%50(mAp4812%100%10044%100%1001 peKp P16 21.某化学反应器工艺规定操作温度为某化学反应器工艺规定操作温度为（90010）。考虑安全因素，控制过。考虑安全因素，控制过程中温度程中温度偏离给定值最大不得超过偏离给定值最大不得超过80。现设计的温度定值控制系统，在最大阶现设计的温度定值控制系统，在最大阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如图跃干扰作用下的过渡过程曲线如图1-19所示。石球该系统的过渡过程品质指标：所示。石球该系统的过渡过程品质指标：最大偏差、超调量、衰减比和振荡周期，最大偏差、

23、超调量、衰减比和振荡周期，并回答该控制系统能否满足题中所给的并回答该控制系统能否满足题中所给的工艺要求？工艺要求？解：有过渡过程曲线可知解：有过渡过程曲线可知最大偏差最大偏差 A=950-900=50衰减比衰减比 第一个波峰值第一个波峰值 B=950-908=42 第二个波峰值第二个波峰值 B=918-908=10衰减比衰减比 n=42:10=4.2振荡周期振荡周期 T=45-9=36min余差余差 C=908-900=8过渡时间为过渡时间为47min。由于最大偏差为由于最大偏差为50，不超过，不超过80，故满足，故满足题中关于最大偏差的工艺要求。题中关于最大偏差的工艺要求。P101P139测

24、量变送器：测量变送器：当被控变量增加时，其输出也增加。因此，测量变当被控变量增加时，其输出也增加。因此，测量变送器一般都是正作用方向，送器一般都是正作用方向，“+”被控对象：被控对象：当操纵变量当操纵变量增加增加时，被控变量时，被控变量增加增加，则对象为，则对象为“正作用正作用”。“+”当操纵变量当操纵变量增加增加时，被控变量时，被控变量降低降低，则对象为，则对象为“反作用反作用”。“-”执行器：执行器：气开阀：气开阀：信号信号增大增大时，阀时，阀开大开大,为正作用方向为正作用方向,用用“+”号表示号表示。气关阀：气关阀：信号信号增大增大时，阀时，阀关小关小,为反作用方向为反作用方向,用用“-

25、”号表示号表示。控制器：控制器：控制器的输出取决于于被控变量的测量值与给定值控制器的输出取决于于被控变量的测量值与给定值之差之差（e=z-x）。）。正作用控制器：正作用控制器：输入偏差输入偏差e增大增大时时,控制器输出控制器输出p增大增大,为正作用方为正作用方向。用向。用“+”号表示。号表示。反作用控制器：反作用控制器：输入偏差输入偏差e增大增大时，控制器输出时，控制器输出p减少减少,为反作用方为反作用方向。向。用用“-”号表示。号表示。如果如果四项相乘为四项相乘为负值负值时，时，系统系统为为负反馈负反馈。例：加热炉出口温度控制，确定控制器的正、反作用。例：加热炉出口温度控制，确定控制器的正、

26、反作用。1.对象：对象：当阀开大时当阀开大时,被控变量增大，作用方向为正被控变量增大，作用方向为正作用，作用，“+”。4.控制器控制器：选反作用的，：选反作用的，“-”。3.变送器：变送器：选正作用，选正作用，“+”。2.确定执行器的气开、气关：确定执行器的气开、气关：因炉温不允许过高。所以一但信号中断时阀应因炉温不允许过高。所以一但信号中断时阀应 关死关死（信号（信号=0）。）。所以选气开阀。所以选气开阀。“+”设计题：设计题：例：液位控制，确定控制器的正、反作用。例：液位控制，确定控制器的正、反作用。1.确定执行器的气开、气关：确定执行器的气开、气关：因塔釜液位不允许过低。所以一但信号中断时阀因塔釜液位不允许过低。所以一但信号中断时阀 应关死（信号应关死（信号=0）,所以选气开阀。为所以选气开阀。为“+”表示。表示。2.变送器：变送器：选正作用，选正作用，“+”。4.控制器：控制器：选正作用的选正作用的,“+”。3.对象：对象：当阀开大时当阀开大时,被控变量减被控变量减少少,作用方向为反作用，作用方向为反作用，“-”。P16 P168