化工自动化及仪表
实验报告
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XXX大学XXX学院
实验一压力表与压力变送器校验
一、实验目的
1．了解压力表与压力变送器的结构与功能
2．掌握压力变送器的使用
3．掌握压力校验仪的使用
4．掌握压力表与压力变送器精度校验方法
二、实验仪器及设备
1．弹簧管压力表8台
2．压力变送器8台
3．XFY-2000型智能数字压力校验仪8台
三、复习教材
压力测量及仪表相关章节
四、实验内容及步骤
1、熟悉仪表
了解压力表、压力变送器测压原理、结构及功能，熟悉并掌握压力校验仪的正确使用。
2、压力校验仪准备
1）上电：按下压力校验仪后面板的电源开关，显示器倒计时3、2、1、0后自动校零，进入测量状态；
2）选择压力单位：按右向键，选择压力单位为MPa；
3）预压：为减少迟滞，先进行预压测试（将压力加到0.6MPa左右，泄压至常压，如此循环几次）；
4）调零：循环上述操作后，若压力读数偏离零点，按ZERO键即可压力调零；
5）管线接线：将导压管两头分别与内螺纹转换接头及压力校验仪压力输出接口连接。
3、压力表基本误差校验
1）将压力表压力输入口与内螺纹转换接头相连接并检查密封性；
2）正行程测量：将校验仪的手操泵产生的压力加到压力表上，改变压力表输入压力大
小，依次使压力表指针指示各满刻度，同时将压力表的各输入压力记录于表1；
3）反行程测量：将校验仪的输出压力加大至超过压力表满量程，并逐渐改变压力表输入压力的大小，依次使压力表指针指示各满刻度，同时将压力表的各输入压力记录于表1；
4）误差计算：
100%P P δ-=?指示输入最大值
（）相对百分误差压力表量程
100%P P α-=
?入正入反最大值
||变差压力表量程
4、压力变送器基本误差校验
1）将压力变送器（差压变送器）正压室接口（负压室通大气）与内螺纹转换接头相连接并检查密封性；
2）按▲键，将显示器测量选择到I ：00.000mA ，若清零按ZERO 键。将压力变送器电流信号端子正确接入压力校验仪的电流信号测量端子（红线一端接变送器信号输出的正端，另一端接校验仪24V 电源正极输出端；黑线一端接变送器信号输出的负端，另一端接校验仪直流电流测量正极输入端）；
3）正行程测量：将校验仪的手操泵产生的压力加到压力变送器上，从小到大改变压力变送器输入压力（0.0MPa 、0.1MPa 、0.2MPa 、0.3MPa 、0.4MPa 、0.5MPa 、0.6MPa ），依次测量压力变送器在各标准压力点时输出电流的大小，并将其记录于表2；
4）反行程测量：将校验仪的输出压力加大至超过压力变送器满量程，从大到小改变压力变送器输入压力（0.6MPa 、0.5MPa 、0.4MPa 、0.3MPa 、0.2MPa 、0.1MPa 、0.0MPa ），依次测量压力变送器在各标准压力点时输出电流的大小，并将其记录于表2；
5）误差计算：
100%16I I δ-=?标准最大值
实测（）相对百分误差
100%16
I I α-=
?最大值
实测正实测反||变差
5、实验完毕，切断电源，仪器设备复原
五、实验报告
1．实验原始记录表及数据处理（误差、精度、变差计算）结果。2．画出压力变送器电流测量接线图。
3．实验心得体会及建议。
表1 压力表实验数据记录表
压力表型号 SFY-2000
出厂编号 1109073
压力测量范围 0~2.5 MPa 压力表精度 0.05
实验结论：该表精度为： 0.5 变差为： 0.224%
0.424%
100%0-2.50.0106 100%
-max
=?=??=
测量范围下限值测量范围上限值δ
0.224%
100%0-2.50.0056 100%
-=?=?=
测量范围下限值测量范围上限值最大绝对差值
变差
表2 压力变送器实验数据记录表
压力变送器型号 FY1151DP
出厂编号 11090612
压力测量范围 0~0.6 MPa 压力变送器精度 0.005
实验结论：该表精度为： 1.0 变差为： 0.325%
0.544%
100%
160.087 100%
16max =?=??=δ
0.325%
100%
16
0.052 100%
16=?=?=最大绝对差值
变差
2.压力变送器电流测量接线图：
xxx MPa
xxx mA
·
3.实验心得体会及建议：
我认为该实验操作较为简单，但是仪器是否灵敏，是否存在问题很关键，其次，操作的细节，比如结点的选择等也很重要。队友之间的配合也是实验能否顺利完成的关键。
实验二热电偶温度变送器校验
一、实验目的
1．了解电动温度变送器的结构； 2．掌握热电偶的使用；
3．掌握电动温度变送器与检测元件（热电偶）的配套使用。
二、实验仪器及设备
1．SBWR 型温度变送器 8台 2．mV 信号发生器
8台 3．直流毫安表（0.5级） 8台 4．24V 直流电源
1台
三、概述
1． SBWR 系列热电偶温度变送器是DDZ-S 系列仪表中的现场安装式温度变送器单元。它采用二线制传送方式（两根导线作为电源输入，信号输出的公用传输线）。SBWR 型温度变送器的输入信号分度号为K 的热电偶信号。将热电偶信号变换成与输入信号或与温度信号成线性的4～20mA 的输出信号。 2． 主要技术参数
输入信号：热电偶即毫伏输入 2～50mV 输出信号：4～20mA D.C.
3． 基本接线
（1）（2）端子接入24V D.C ，同时需串联直流毫安表 （7）（8）端子接入热电偶（实验中用毫伏信号发生器代替） 4．量程调校与基本误差校验
（1）调满度：利用毫伏信号发生器代替热电偶作为标准信号，输给SBWR
型温度变送器一个对应于测温上限所对应的电势值，即 U = U 1+100%⊿U-),(0O E θ，(式中U 1为零点迁移量，无迁移时则U 1=0，?U 为测量范围，即上、下限所对应的电势之差，),(0O E θ为冷端温度对0℃的电势值)。毫安电流表指示
输出电流应为20mA ，否则应调整温度变送器“量程”电位器。
（2）调零点：输入U= U 1-),(0O E θ的电势计算值，毫安电流表应指示4mA ，
否则，应调整DBW 温度变送器“零点迁移”电位器
（3）由于调满度和调零点相互影响，满度和零点应反复调整几次，直至符
合要求为止。
（4）依次输入其他各档信号，分别读取SBWR 温度变送器正行程和反行程
相应各点的输出电流值，记入表中。 （5）基本误差和来回差计算
仪表误差均以输入端信号折算为输出端的电流值进行计算：
%10016?-=最大值出标出测）
（基本误差I I δ
%10016
?-=最大值出反出正）
（来回差I I α
5．实验完毕，切断电源，仪器设备复原 四、复习教材
测量仪表品质指标 热电偶
温度变送器的电路原理 五、实验报告要求
1．实验数据记录及处理
2．作出示值检查的结论，若误差较大，试分析产生的基本原因。
3．试定量分析热电偶输入时，Rcu （补偿电阻）在输入回路中为什么能起到冷端温度自动补偿作用？
4．实验心得体会及建议。
SBWR 型温度变送器仪接线端子图
10
SBWR 型温度变送器示值检查记录
被检仪表编号 SBWR-2260D
量程 0~800℃
分度号 K
R cu 所处环境温度 22 ℃ 对应的热电势),(0O E θ 0.838 mV
实验结论：该表精度为： 1.0 变差为： 0.1%
1. 0.1%
100%16
0.016 100%
4
-20=?=?=
正反行程最大绝对差值
变差
0.656%
100%
16
0.105 100%
4-20max =?=??=δ
2.作出示值检查的结论，若误差较大，试分析产生的基本原因。
实验数据中，有几组误差较大，可能的原因是： 1.热电偶输出电势不稳定 2.仪器接触不良
3.读数时未等到其完全稳定
3.试定量分析热电偶输入时，Rcu （补偿电阻）在输入回路中为什么能起到冷端温度自动补偿作用？
Rcu 与冷端处于同一温度t0下，且随冷端温度变化而改变阻值。设计使Rcu ×I 1=E （t,0）,即补偿冷端温度变化引起热电势减少的值。U=E （t,t 0）+U bc -U dc =E(t,0)-(R 4+R w )×I 2。当R 4、R w 固定时，U 和t 成单值关系，即冷端温度的影响被消除，所谓自动补偿，即通过适当选择Rcu ，使U 的输入电压在Et 的基础上自动增加了E （t 0,0）冷端电势。
4.实验心得体会及建议
此次实验让我进一步了解了温度变送器的使用以及冷端温度补偿的相关知识，但由于人为因素以及可能会有的实验器材的因素，导致实验结果差强人意，希望可以再接再厉。
实验三基本控制规律与电动温度自动控制系统
一、实验目的
1．熟悉单回路自动控制系统的组成
2．观察基本控制规律（比例，积分，微分）对过渡过程的影响。
3．学习控制器参数P、I、D的工程整定方法，通过观察比较被控变量（被调参数）过渡过程曲线，确定控制器参数，提高控制质量。
二、实验仪器及设备
1．热电偶8支
2．DBW电动温度变送器8台
3．智能数字显示PID控制器8台
4．ZK可控硅电压调整器8台
5．电加热器8台
6．24V直流电源1台
7．XW系列自动平衡记录仪8台
三、实验仪器及控制系统图如下
220V~
四、复习教材
基本控制规律、控制器参数的工程整定、简单控制系统设计
五、实验内容和步骤
1．控制系统的投运准备工作
1)按控制系统图利用接插件正确组合接线
2)放好仪表各开关位置：
DBW温度变送器、XMZ数显表、XMT智能数字控制器、ZK调压器、XWC记录仪电源开关闭合，仪表供电，ZK调压器“通－断”开关置“断”、“自动－手动”开关置“自动”；设置XMT智能数字控制器为“反作用”（为什么？如何设置，请参看说明书），按XMT智能数字控制器的手/自动（A/M）键置“手动”进入手动控制模式，按SET键，进入P菜单设置程序1（设定值设置）：
上排显示：SP1
下排显示：设定值
改变加键▲或减键▼使设定值SP1在400 C左右；再按SET键，进入设置程序2（比例度设置）：
上排显示：P
下排显示：比例度值
改变加键▲或减键▼设定比例度为1%；再按SET键，进入设置程序3（积分时间设置）：上排显示：I
下排显示：积分时间值
改变加键▲或减键▼设定积分时间值为9999S；再按SET键，进入设置程序4（微分时间设置）：
上排显示：D
下排显示：微分时间值
改变加键▲或减键▼设定微分时间值为0S；再按SET键，退出设置程序。此时，XMT 智能数字控制器仅有纯比例控制规律，且处于“手动”控制状态。
3)手动操作：
ZK调压器“通－断”开关置“通”；运用加键▲或减键▼手动改变XMT控制器的输出电流，使电加热器升温；当测量值PV等于给定值时，按A/M键置“自动”，实现无扰动切换。
2．观察PID参数对过渡过程的影响
所谓PID参数对过渡过程的影响，即是不同的控制规律、不同的控制器PID参数对控制系统克服干扰能力的影响，也就是对控制系统控制质量的影响。在实验过程中，人为施加一定的干扰，应用过渡过程的品质指标，判断控制质量的好坏，进而了解PID参数对过渡过程的影响。（施加干扰的方法：ZK调压器“通－断”开关置“断”，温度下降了设定值的10%左右，再把ZK调压器“通－断”开关置“通”。）
（1）比例度的影响：分别设置比例度值1%、30%、5%，并分别施加干扰，观察比例控制作用过强、过弱、恰当时对过渡过程的影响。
（2）积分时间的影响：保持一个适当的比例度值，分别设置积分时间值12S、480S、100~120S，并分别施加干扰，观察积分控制作用过强、过弱、恰当时对过渡过程的影响。
（3）微分时间的影响：保持一个适当的比例度值与积分时间值，分别设置微分时间值120S、5S、15~20S，并分别施加干扰，观察微分控制作用过强、过弱、恰当时对过渡过程的影响。
3．控制器参数工程整定
（1）比例控制系统
方法同上，在比例度P值中寻找最佳值，记录、观察比较其被控变量过渡过程曲线的质量，达到4:1或10:1衰减震荡。
（2）比例积分（PI）或比例积分（PD）控制系统：
比例度P最佳值不变，增加积分作用，方法同上，设定积分时间I，寻找和P作用最佳组合。或增加微分作用，设定微分时间D，寻找和P作用最佳组合。记录和观察比较PI 作用或PD作用对被控变量过渡过程的曲线的质量，达到4:1或10:1衰减震荡。
（3）同理，在上述PI或PD作用下，再增加D或I作用，分别记录和观察比较PID三作用控制过程的质量及PID最佳组合, 达到4:1或10:1衰减震荡。
六、实验报告
1．画出该单回路温度自动控制系统的方框图，并注明各环节的输入，输出物理量。
2．从不同的控制器参数过渡过程记录曲线中，试用控制质量的品质指标筛选出若干条典型曲线，分别说明P、PI或PD、PID作用时不同参数对过渡过程曲线的影响及其特征。
3．PID三作用控制的最佳参数近似值及特征。
4．实验心得体会。
附：XMT-3000系列智能数字PID控制器面板示意图
1.
第一次实验：比例控制 P=1.8 I=9999 D=0 给定阶跃值A=40 第二次实验：比例积分控制 P=1.8 I=110 D=0 给定阶跃值A=45 第三次实验：比例积分微分控制 P=1.8 I=110 D=10 给定阶跃值A=67
2. P 作用时，没有消除余差，但是控制较为及时，在比较短的时间内就趋于平稳。
它的特征是：反应快，控制及时，但是存在余差。
PI 作用时，虽然没有消除余差，但是，余差减小了，同样控制较为及时。 根书本它的特征是：控制及时，能消除余差，但是稳定性差。
PID 作用时，与图可见，余差进一步减小，且虽然阶跃值较大，但是控制依旧及时。 根据书本它的特征是：既能快速控制，又能消除余差，还具有较好的控制性能。
3.PID 最佳参数：P=1.8 I=110 D=10
特征：既能快速控制，又能消除余差，还具有较好的控制性能。
4.实验心得及体会：
本次实验，由于时间限制，直接使用特定的P 、I 、D 的数值进行实验，但是，由于上一组实验人员为将实验参数设定适当，故导致前几次实验都以失败告终。调整实验参数后，虽然实验曲线不太完美，但是成功进行了实验。我也从实验中切身体会到了PID 的不同控制作用，希望以后可以在自己尝试的情况下找到更加合适的参数值。同时也感谢学长学姐的耐心指导。
给定值x
偏差e
测量值 -z
控制器输出
p
操纵变量
q
f
干扰作用
被控变量
y
实验四DCS控制系统
一、实验目的
1．了解DCS系统的组成与结构；
2．掌握DCS温度控制系统的实现方法；
3．学习掌握DCS系统的基本操作方法。
二、实验仪器及设备
1．热电偶8支
2．DBW电动温度变送器8台
3．DCS系统1套
4．ZK可控硅电压调整器8台
5．电加热器8台
6．24V直流电源1台
7．XW系列自动平衡记录仪8台
三、实验仪器及控制系统图如下
220V~
四、复习教材
基本控制规律、控制器参数的工程整定、简单控制系统设计、计算机控制系统
五、实验内容和步骤
1．控制系统的投运准备工作
（1）按控制系统图利用接插件正确组合接线
（2）放好仪表各开关位置：
XMZ数显表、ZK调压器、XWC记录仪电源开关闭合，仪表供电，ZK调压器“通－断”开关置“通”、“自动－手动”开关置“自动”；
（3）DCS系统上电：控制站电源箱中的2个电源开关闭合；8台操作站计算机开启，选择winNT4.0操作系统，进入实时监控操作状态，选择“流程图画面”。
2．DCS温度控制系统的操作
在“流程图画面”下，通过“翻页”功能，找到所需流程图，用鼠标点击‘控制器输出数据框’，屏幕显示“控制器面板”，在此“控制器面板”上，可实现“手/自动”切换、手动时的输出电流改变；用鼠标点击“控制器面板”的位号，进入“调整画面”，可进行设定值、PID参数、正－反作用、输出限位等等参数的设置，在此实现常规控制器具有的所有功能。
DCS系统还有“历史趋势”、“报警记录”、“操作记录”、“故障诊断”、“系统总貌”等等功能画面，用鼠标点击相应按钮进入；通过组态可实现报表产生与自动打印。
（1）比例度的影响：分别设置比例度值1%、30%、5%，并分别施加干扰，观察比例控制作用过强、过弱、恰当时对过渡过程的影响。
（2）积分时间的影响：保持一个适当的比例度值，分别设置积分时间值12S、480S、100~120S，并分别施加干扰，观察积分控制作用过强、过弱、恰当时对过渡过程的影响。
（3）微分时间的影响：保持一个适当的比例度值与积分时间值，分别设置微分时间值120S、5S、15~20S，并分别施加干扰，观察微分控制作用过强、过弱、恰当时对过渡过程的影响。
3．控制质量比较与PID参数整定
（1）比例控制系统
在比例作用下，设置比例度P值为最小，施加干扰，观察比较其控制质量与常规控制器比例作用下的控制质量差异。
（2）比例积分（PI）或比例积分（PD）控制系统：
比例度P不变，增加积分作用，设置积分时间值为最小。或增加微分作用，设定微分时间D为一个较大值。观察比较PI作用或PD作用的控制质量与常规控制器PI作用或PD 作用的控制质量差异。
（3）在PI或PD作用下，再增加D或I作用，分别观察比较PID三作用控制过程的质
量，寻找PID最佳组合, 达到4:1或10:1衰减震荡。
六、实验报告
1．简单叙述DCS系统的基本组成。
2．简单叙述DCS控制系统的基本功能。
3．说明计算机控制系统中的PID算法与常规控制器PID 算法的差异。
4．实验心得体会。
P