1、第二章 船用自动化仪表 按功能分：测量仪表、显示仪表、调节器和执行器； 按能源分：气动仪表和电动仪表； 按结构形式分： 基地式仪表和单元组合式仪表； 单元组合式仪表是指把控制系统的各功能单元分别制成一台独立的仪表，包括测量仪表、显示仪表、调节器、执行器等，各个仪表之间用统一的标准信号相联系。 单元组合式仪表标准信号： 气动：0.02MPa0.1MPa 电动：4mA20mA DC 基地式仪表是指把测量、显示和调节等功能单元组装在一个壳体内，构成不可分离的整体。一、自动化仪表的主要品质指标一、自动化仪表的主要品质指标 1、基本误差与附加误差、基本误差与附加误差 附加误差是仪表在使用中，由于外界条件
2、的附加误差是仪表在使用中，由于外界条件的影响，如环境温度、湿度、振动等所引起的误差。影响，如环境温度、湿度、振动等所引起的误差。 2、绝对误差：、绝对误差： 绝对误差又称指示误差，绝对误差是指仪表绝对误差又称指示误差，绝对误差是指仪表 指示的被测参数值与真实值之差。指示的被测参数值与真实值之差。 若仪表指示若仪表指示 的被测参数值为的被测参数值为A，而被测参数，而被测参数 的真实值是的真实值是A0， 则绝对误差：则绝对误差：AA0 3、相对误差：、相对误差： 相对误差相对误差是指仪表的绝对误差与该仪表是指仪表的绝对误差与该仪表 指示值之比的百分数，即：指示值之比的百分数，即：第一节第一节 自动
3、化仪表的基本知识自动化仪表的基本知识 4、精度： 是指仪表的最大绝对误差（最大指示误差）与仪表的测量范围（量程）之比的百分数。 在表示上用级来代替百分号。 例如，某压力表的量程为2MPa，它的最大绝对误差是0.04MPa，该仪表的基本误差为：00.04/2100%,则该仪表的精度为级。5仪表的灵敏度 灵敏度是指仪表对输入信号开始有反映的灵敏程度。若仪表的输入量变化x，相对应的输出量变化y，则仪表的灵敏度S为： 同一类仪表，刻度确定后，仪表的测量范围越小，则灵敏度越高。 7仪表的不灵敏区、灵敏限、变差仪表的不灵敏区、灵敏限、变差 由于仪表活动部件的摩擦、间隙、弹性元件滞由于仪表活动部件的摩擦、间
4、隙、弹性元件滞后现象的存在，当输入信号有一微小变化时，仪表后现象的存在，当输入信号有一微小变化时，仪表输出仍然不变，这就是不灵敏区。输出仍然不变，这就是不灵敏区。 灵敏限是指引起仪表输出有一微小变化时，所需输入量的最小变化值，一般认为灵敏限等于1/2不灵敏区。 仪表的变差是指在外界条件不变的情况下，多次由不同方向使仪表输入为同一真值时，仪表指示值之间的最大误差。即仪表在同一测量点，其正行程和反行程指示值之差。 二、气动仪表的基本元件及组成原理一）气动仪表的基本元件 1 1、弹性元件 1 1）弹性支承元件 螺旋弹簧、片簧。 作用：支承、平衡、增强弹性敏感元件的刚度。 2 2）弹性敏感元件 波纹管
5、、金属膜片、橡胶膜片、弹簧管、金属膜盒。 作用：将压力或推力转变成位移信号。 2、节流元件（气阻） 作用：产生压力降、改变气体流量的作用。 1）恒节流孔（恒气阻） 2）变节流孔（可调气阻） 3）气阻的概念 R=P/G 图图3-1-4 恒节流孔恒节流孔 3、气体容室（气容）、气体容室（气容）作用：储存或放出气体、对气压变化起惯性作用。作用：储存或放出气体、对气压变化起惯性作用。 1）定容气室（固定气容）定容气室（固定气容） 2）弹性气室（可变气容）弹性气室（可变气容） 3）气容的概念）气容的概念 C=dm/dp图图3 -l -6 气体容室气体容室 4、喷嘴挡板机构1）组成 恒节流孔、背压室、 喷
6、嘴、挡板。2）作用 把输入挡板的微小位 移转换成相应的气压 信号输出。3）静特性 定义： 在稳定工况下， 背压与挡板开度 之间的对应关系。 特性曲线的特点：（1）挡板全关，背压接 近气源压力。（2）挡板全开，背压接 近大气压力。（3）挡板全关到全开， 背压随挡板开度增 大而下降。0.11020304050600.02D1.038mmd0.325mmPh微米ab图图3-1-9 喷嘴挡板机构的静特性喷嘴挡板机构的静特性5、耗气型气动功率放大器1）作用 对气体进行流量和压力放大，达到功率放大。2）工作原理 起步压力Pa， 调整起步压力的目的：是使喷嘴挡板机构工作 在线性段。保证仪表获得较高的灵敏度、
7、精度 和稳定性。 影响起步压力的因素：膜片和片簧的刚度、间 隙、片簧的预紧力。二）二）气动仪表的组成原理气动仪表的组成原理 气动仪表是由气动仪表是由放大环节、放大环节、反馈环节反馈环节 、比较环节、比较环节 组成。组成。图图3-14 气动仪表的构成原理气动仪表的构成原理1、放大环节 起信号的放大作用 由喷嘴挡板机构和功率 放大器构成二级气动放 大器2 2、反馈环节、反馈环节 起信号的运算作用起信号的运算作用 1 1）节流分压器）节流分压器 特性：比例环节特性：比例环节 实现比例作用规律实现比例作用规律2 2）节流盲室）节流盲室 特性：一阶惯性环节特性：一阶惯性环节 实现积分作用规律实现积分作用
8、规律3 3）比例惯性环节）比例惯性环节 实现比例微分作用规律实现比例微分作用规律3、比较环节、比较环节 起信号的综合和比较作用起信号的综合和比较作用 力平衡式：力平衡式： 将信号转换成力的形式出现在比较环节上，按力平衡原理将信号转换成力的形式出现在比较环节上，按力平衡原理进行比较，所得的不平衡力经弹性元件转换成挡板位移，进行比较，所得的不平衡力经弹性元件转换成挡板位移，作为气动放大器的输入信号。作为气动放大器的输入信号。 力矩平衡式：力矩平衡式： 将信号转换成力矩的形式，按力矩平衡原理在一根定支点将信号转换成力矩的形式，按力矩平衡原理在一根定支点转动的杠杆上进行比较，将不平衡力矩转换成挡板位移
9、。转动的杠杆上进行比较，将不平衡力矩转换成挡板位移。 位移平衡式：位移平衡式： 将信号转换成位移，按位移平衡原理在一根不定支点转动将信号转换成位移，按位移平衡原理在一根不定支点转动的杠杆上进行比较，其位移差就是挡板的位移变化量。的杠杆上进行比较，其位移差就是挡板的位移变化量。第二节 气动差压变送器 一、气动差压变送器的结构组成组成：测量部分和气动转换部分作用：测量部分是把输入的压差信号P P转换成轴向 推力。气动转换部分是把测量部分输出的轴 向推力转换成标准的气压信号作为差压变送 器的输出。单杠杆差压变送器结构原理图气源输出 喷嘴 膜盒 锁紧螺母 主杠杆 迁移弹簧 档板 紧固螺母 正压室 负压
10、室 支架 静压误差 调节螺母 放大器 锁紧锁紧螺钉 反馈波纹管 量程调节指点 底版 密封簧片 顶针架 顶针 迁移螺钉 二、工作原理二、工作原理及特性分析及特性分析P2 P1V气源p出 l1l3l2F反 根据力矩平衡原理工作根据力矩平衡原理工作变送器的零点：当输出0.02MPa时,所对应的输入点。变送器的量程（测量范围）： 在K单中，F膜、F波和L1都是固定不变的，唯一可调的是L2，所以调整反馈波纹管位置可改变量程。 上移反馈波纹管L2 K单 量程 下移反馈波纹管L2 K单 量程 pKplFlFp单波膜出21三、差压变送器的调整 1、零点和量程的调整 假定p的最大变化范围是01000mmH20
11、让正负压室均通大气，使p=0，观察变送 器输出压力是否为0.02MPa，若不是，拧动 迁 移（调零）弹簧，使P出=0.02MPa。 逐渐增大正压室压力，使P出=0.1MPa，观 察正压室压力是否为1000mmH20，若小于 它，说明量程小了，则松开量程支点的锁紧 螺母，上移支点，反之亦然。 反复调零调量程，直到零点和量程准确为止。 所谓迁移，是指根据实际需要将变送器量程所谓迁移，是指根据实际需要将变送器量程的起点由零迁到某一数值。迁移后，量程的起点的起点由零迁到某一数值。迁移后，量程的起点和终点都改变，但量程不变。和终点都改变，但量程不变。 迁移调整是通过改变调节弹簧的预紧力实现。迁移调整是通
12、过改变调节弹簧的预紧力实现。以测量锅炉水位为例说明其迁移原理。以测量锅炉水位为例说明其迁移原理。2、迁移量的调整用参考水位罐检测锅炉水位装置用参考水位罐检测锅炉水位装置5-差压差压变送器变送器2-参考参考水位罐水位罐4-参考参考水位管水位管6-阀箱阀箱CA BD D-泄放阀泄放阀 1-锅炉锅炉A、B-导压阀导压阀 C-平衡阀平衡阀3-测量测量管管差压变送器的负迁移特性MPa0.02mmH2O600-6000负迁移负迁移0.1正迁移正迁移第三节第三节 气动气动PIDPID调节器调节器 一、一、QTM23J型气动调节器型气动调节器 1、基本组成、基本组成 比较部分、放大部分、反馈部分比较部分、放大
13、部分、反馈部分 。 2、调节器的工作原理、调节器的工作原理 根据力矩平衡原理工作，能实现根据力矩平衡原理工作，能实现PID作用规律。作用规律。 比例作用是通过比例环节的负反馈实现，比例作用是通过比例环节的负反馈实现， 微分作用是通过比例惯性环节的负反馈实现，微分作用是通过比例惯性环节的负反馈实现， 积分作用是通过节流盲室（一阶惯性环节）的正反馈实现。积分作用是通过节流盲室（一阶惯性环节）的正反馈实现。 1：1跟踪器的作用：为节流分压器提供分压通道、跟踪器的作用：为节流分压器提供分压通道、 隔离、隔离、 防止调节器振荡。防止调节器振荡。 图图3-4-l QTM-23J气动气动PID三作用调节器的
14、结构原理图三作用调节器的结构原理图l 、6 - 平衡杠杆；2、4 - 挡板；3、5 - 喷嘴；7、9 - 恒节流孔；8 - 放大器；10 - 膜片；11 - 喷嘴；12 - 1：1跟踪器 T i的调整：的调整：通过积分阀，通过积分阀，积分阀开大，积分阀开大， T i减小，减小， 积分作用增强，稳定性降低。积分作用增强，稳定性降低。 Td的调整：的调整：通过微分阀，通过微分阀，微分阀开大，微分阀开大，Td 减小减小 微分作用减弱。微分作用减弱。3）比例带、 积分时间、微分时间的调整 PB的调整：通过比例阀，比例阀开大，比例带 减小，比例作用增强。稳定性降低。二、NAKAKITANAKAKITA气
15、动PIDPID调节器 1、结构及工作原理 根据位移平衡原理工作，能实现PID作用规律。 比例微分作用是通过比例惯性环节的负反馈实 现。 积分作用是通过节流盲室（一阶惯性环节）的 正反馈实现。 2、比例带、 积分时间、微分时间的调整 3、给定值调整、正反作用切换三、调节器参数的整定 1、调节器参数对系统动态过程的影响表表1-3-1 经验法整定参数范围经验法整定参数范围2、常用的工程整定方法、常用的工程整定方法1）经验法）经验法2）衰减曲线法控制规律PB（%）TiTdPPBsPI1.2 PBs0.5TsPID 0.8 PBs0.3Ts0.1Ts表表1-3-2 衰减曲线衰减曲线法经验公式法经验公式3
16、）临界比例带法（稳定边界法）控制规律 PB（%）TiTdP2PBkPI2.2PBk0.85TkPID 1.7PBk0.5Tk0.125Tk表表1-3-3 临界比例带法经验公式临界比例带法经验公式表表1-3-4 反应曲线法经验公式反应曲线法经验公式控制规律 PB（%） Ti TdP K/ TPI1.1K/T 3.5PID 0.85 K/T 2 0.54）反应曲线法）反应曲线法第四节 气动执行机构（气动调节阀）气开式调节阀：输入气压信号增加，调节阀开度增大。气关式调节阀：输入气压信号增加，调节阀开度减小。 1、气动薄膜调节阀 组成：气动执行机构和调节机构， 工作原理：根据力平衡原理。 特性：是比例环节 特点：结构简单、阀杆推力较小。为使调节阀动作及时，并能精确到位，常加装阀门定位器。2、带阀门定位器的气动活塞执行机构1）阀门定位器2）气动活塞执行机构 结束语当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的，所以不要放弃，坚持就是正确的。When You Do Your Best, Failure Is Great, So DonT Give Up, Stick To The End谢谢大家荣幸这一路，与你同行ItS An Honor To Walk With You All The Way演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
