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《自动化仪表及过程控制》课程教学大纲英文名称：Automatic Instruments and Process Control 课程编号：适用专业：自动化学时： 54 学分： 3课程类别：专业方向课课程性质：限选课一、课程的性质和目的《自动化仪表及过程控制》是自动化专业的重要专业课。
本课程在系统简明地阐述常用过程量测控仪表和计算机控制系统基本原理和基本知识的基础上，同时介绍自动调节系统设计和整定的基础知识，通过本课程的学习，使学生掌握生产过程控制的基础知识和基本应用技术。
二、课程教学内容概述主要内容：1、自动化仪表的概念及其发展；2、DDZ仪表及其控制系统；3、自动化仪表的基本性能指标。
第一章检测仪表基本内容和要求：1、了解温度测量的概念和工业上常用的测量方法；2、掌握热电偶的测温原理及其应用；3、掌握热电阻的测温原理及其应用；4、理解温度变送器的基本结构；5、了解工业生产中压力参数的概念和常用压力测量原理；6、理解压力式、力平衡式、位移式和固态测压元件及其变送器的工作原理；7、理解节流式、容积式流量测量的基本原理及其应用。
8、理解涡轮、电磁、漩涡等流量测量方法的应用；9、理解浮力式、静压式、电容式、超声式等常用液位测量原理；10、了解成分分析仪表的基本概念。
教学重点：1、常用温度仪表、压力仪表、液位仪表、流量仪表和成分仪表的工作原理及其应用。
2、分度表，分度号，热电偶的冷端延伸和冷端补偿，热电阻的三线制；3、差动电容压力变送器工作原理；4、差压流量计的流量公式；5、差压变送器的零点迁移原理。
第二章调节器基本内容和要求：1、重点掌握PID调节规律的原理及其应用；2、理解PID模拟电路的结构原理；了解二位式和连续调节仪表应用的基础知识；3、理解数字PID算法基本表达式及其原理；4、简单了解工业现场常用模拟和数字调节器的基本结构及其应用。
PID调节规律的原理及其应用；第三章集散控制系统和现场总线控制系统基本内容和要求：1、了解单回路可编程调节器的概念2、了解DCS系统的基本概念；3、理解DCS系统的结构特点及其组成；4、理解DCS控制站和操作站的功能；5、了解FCS系统的基本概念；第四章执行器和防爆栅基本要求1、熟炼掌握气动调节阀的基本结构、原理及其应用等基本概念；2、熟悉调节器流量特性的定义及其应用；3、理解和掌握气动执行器气开/气关的形式及其选择原则；4、了解电动执行器及电气转换器的基本原理；5、简单了解工业控制系统防爆的基本概念。
大学教案(首页)院(系)：电子工程教研室(系)：自动化大学教案学时：2学时：4学时：4大学教案学时：2本章思考题和习题习题：1-5思考题：哪一种形式的仪表是根据压电效应实现压力测量的思考题：电容式差压变送器测量部分如图所示，问其中哪部分是作为测量膜片的电容动极片？主要参考资料范玉久.《化工测量及仪表》.化学工业出版社吴九辅.《现代工程检测及仪表》.石油工业出版社侯志林.《过程控制及自动化仪表》.机械工业出版社天津大学化工学院主编.《注册化工工程师执业资格考试基础考试(下)复习教程与模拟试题》. 天津大学出版社.备注大学教案学时：2大学教案学时：2大学教案学时：2大学教案学时：2本章思考题和习题某流量自动控制系统，用纯比例控制器进行控制。
图示为采用不同比例度时系统的过渡过程（其中曲线b、c为比较满意的控制结果）。
试判断四条过渡过程曲线中哪一条对应的比例度最大？A 曲线aB 曲线bC 曲线cD 曲线d主要参考资料历玉鸣，《化工仪表及自动化》，化学工业出版社赵玉珠，《测量仪表与自动化》，石油大学出版社张宝芬，《自动检测技术及仪表控制系统》，化学工业出版社周泽魁，《控制仪表与计算机控制装置》，化学工业出版社康光华，《电子技术基础》，高等教育出版社备注大学教案学时：2大学教案学时：2大学教案学时：2大学教案学时：2大学教案学时：2大学教案学时：2大学教案学时：2本章思考题和习题习题：4-3，4-5思考题：图为贮罐液位控制系统，为安全起见，贮罐内液体严禁溢出。
当选择流出量Q 为操纵变量时，其控制阀和控制器分别应如何选择作用方向？（A）气关式、正作用（B）气开式、正作用（C）气关式、反作用（D）气开式、反作用主要参考资料历玉鸣.《化工仪表自动化》.第三版. 化学工业出版社吴九辅.《仪表控制系统》.石油工业出版社刘巨良.《过程控制仪表》.化学工业出版社侯志林.《过程控制及自动化仪表》.机械工业出版社天津大学化工学院主编《.注册化工工程师执业资格考试基础考试(下)复习教程与模拟试题》. 天津大学出版社.备注大学教案学时：2大学教案学时：2大学教案学时：2大学教案学时：2大学教案学时：2大学教案学时：2大学教案学时：241。
《工业自动化仪表与过程控制》课程教学大纲一、课程基本信息1、课程代码：AU3062、课程名称（中/英文）：自动化仪表及DCSAutomation Instrument and DCS3、学时/学分：36学时/2学分4、先修课程：检测技术5、面向对象：本科三年级学生6、开课院（系）、教研室：自动控制教研室7、教材、教学参考书：自动化仪表与过程控制、施仁、电子工业出版社、2003.03二、本课程的性质和任务自动化仪表与过程控制课程是电气自动化专业的一门专业技术课程，是一门与实践联系密切的课程之一。
本课程的任务是使考生明白仪表是实现生产过程自动化的重要技术工具，从而使考生获得自动化仪表与过程控制的基本知识、基本理论和分析使用方法，初步具有调节系统、复杂调节系统的结构选型以及自动调节系统的设计，分析能力。
三、本课程教学内容和基本要求第一章讲述电动单元组合仪表的分类、自动化仪表的基本技术指标，掌握各种自动化仪表工作原理。
第二章讲述调节器的结构和工作原理，PID调节器的阶跃响应和频率特性。
第三章讲述执行器的组成和功能及防爆栅的基本工作原理。
第四章讲述集散控制系统的发展及组成、内部仪表简介和缓冲罐选择控制组态。
第七章讲述各种复杂调节系统的设计。
第八章讲述自动调节系统在生产过程中的应用举例。
四、实验（上机）内容和基本要求本学期未安排实验，拟组织一次公司展示和参观讲解(ABB)。
安排一次校内实验演示。
五、对学生能力培养的要求掌握检测仪表、调节器、执行器及防爆栅的组成，工作原理、性能特点和使用方法。
掌握调节对象的动特性、测试方法和数据处理技术。
在了解对象特性基础上，根据过程控制系统设计要求，选择相应检测仪表、调节器、执行器组成一个单元组合仪表的控制系统。
掌握过程控制系统的设计方法和系统参数整定方法。
六、其它说明起草者：王林审阅者：田作华。
工业自动化仪表与过程控制您的位置：考核练习 >> 习题浏览选择题1一、单项选择题1、由于节流装置造成流束局部收缩，在流束截面积最小处的静压力（）（分数：1分）A. 最高B. 最低C. 为平均压力D. 无关正确答案：B 2、定值调节系统是一个（）调节系统（分数：1分）A. 开环B. 闭环C. 随动D. 比值正确答案：B 3、在热电阻的测量电路里，有热电阻和测量仪表，在对于接线的二线制、三线制、四线制的说法里，不正确的是( )。
（分数：1分）A. 在二线制里，导线不宜过长B. 二线制电路连接仪表与三线制无误差区别C. 在三线制里测量精度比二线制高D. 在高精度测量的场合，采用四线制方式正确答案：B 4、若设计Smith补偿控制，则Smith补偿器模型的取决于（分数：1分）A. 扰动通道的传递函数B. 被控过程的数学模型C. 控制器的模型D. A和B正确答案：D5、下面说法正确的是( )。
（分数：1分）A. 定值控制系统是按扰动量的大小进行调节的B. 采用前馈－反馈调节的优点是利用前馈调节的及时性和反馈调节的静态准确性C. 定值控制系统是开环调节，前馈调节是闭环调节D. 前馈调节是按测量与给定的偏差大小进行调节的正确答案：B 6、.用一台量程为0~1Mpa、精度为1.5级的压力表来测量锅炉的蒸汽压力，工艺要求其测量误差不超过0.011 Mpa，此仪表精度显然不符合要求，应该选为精度为( )的另一台仪表。
（分数：1分）A. 2.0B. 1.5C. 1.0D. 2.5正确答案：C 7、根据对象特性来选择控制规律时，对于控制通道滞后小，负荷变化不大，工艺参数不允许有余差的系统，应当选用( )控制。
（分数：1分）A. 比例B. 比例积分C. 比例微分D. 微分正确答案：B 8、常见的被控参数包括流量、（）、压力、温度等。
（分数：1分）A. 液位B. 转速C. 偏差D. 锅炉正确答案：A 9、在控制流程图里，T作为被检测量时，一般表示（）（分数：1分）A. 液位B. 温度C. 压力D. 流量正确答案：B正确答案：C14、下面说法不正确的是（）（分数：1分）A. 压力的检测与控制是保证工艺要求、生产设备和人身安全并使生产过程正常运行的必要条件B. 温度、流量、液位等往往可以通过压力来间接测量C. 工程上的压力就是物理学中的压强D. 弹性式压力表在工业上已经不常用了正确答案：D 15、过程控制仪表按信号类型不同可以分为（）两种。
工业自动化仪表与自动化控制技术分析摘要：近年来，随着科学技术的不断发展，我国各行业领域的技术发展水平得到了质的飞跃，无论是在工业组成结构方面，还是工业技术操作实施等方面，都正在逐渐由传统模式向自动化水平更高的模式方向发展，逐步实现自动化代替人工操作，在此发展过程中，自动化工业仪器和控制技术的完善和应用大大提升了工业生产的质量和效率，确保了工业产品的合格标准化程度。
由此可见，重视提高工业生产的自动化水平，是未来工业生产发展的新趋势，更是推动我国快速实现现代化工业生产的重要途径。
1工业自动化仪表1.1工业自动化仪表概述工业自动化仪表在工业生产过程中起到辅助作用，它能够对生产工艺中涉及到的各种参数进行准确的检测、显示、记录或控制，是一种性能较全面的工业仪表，又称过程检测仪表。
另外，它还能够实现远距离无人检测，可以在任何时间里准确了解生产过程，这大大提高了工业自动化生产的水平，从而保障了工业产品的高效性、安全性。
目前，工业自动化仪表分为很多种类，其中有对温度、压力以及流量等参数的检测仪表，并且还能够对数据检测结果进行显示，以便工作人员能够及时地分析和处理数据，进而提高生产的效率。
1.2工业自动化仪表控制系统的功能1.2.1智能化监控在工业生产过程中，工业自动化仪表能够进行精准的监控和检测，对各种数据参数进行及时的分析和处理，确保工业生产环境正常，保证各个生产环境顺利进行，例如，在实际生产过程中，工业自动化仪表可以实现对不同信息进行检测，如温度、湿度、压力等。
自动化仪表的核心技术在于传感器，它能够持续感受生产环境的变化，并将获得的变化参数信息传递到计算模块进行准确计算，从而对生产过程进行精准检测，并确保下一步生产过程顺利进行。
另外，如果在生产监控过程中出现信息传递错误等问题，自动化仪表将会实施报警，从而实现工业生产的高度智能化。
1.2.2设备保护在工业生产过程中，保护设备安全是确保工业生产能够顺利进行的重要前提，也是影响工业产品性能的关键因素。
过程控制与自动化仪表介绍1. 引言过程控制是指在工业生产中，通过监测和调整工艺参数，以实现对生产过程的控制和优化。
自动化仪表则是过程控制的重要工具，用于测量、传输和处理工艺参数，为控制系统提供准确的反馈信息。
本文将详细介绍过程控制与自动化仪表的基本概念、原理和应用。
2. 过程控制的基本概念过程控制是指通过监测和调整工艺参数，使生产过程达到预期目标的过程。
这里的工艺参数可以是温度、压力、流量、液位等物理量，也可以是其他关键的过程指标。
过程控制分为反馈控制和前馈控制两种方法。
反馈控制是根据测量到的实际过程参数值与预期目标值之间的差异，通过调整控制器输出信号来纠正偏差，使过程参数保持在合理范围内。
前馈控制则是根据已知的过程变化规律，提前调整控制器输出信号，以使过程参数能够在预期的变化中保持稳定。
3. 自动化仪表的基本原理自动化仪表是过程控制的关键设备，可以完成对工艺参数的测量、传输和处理。
常见的自动化仪表包括温度传感器、压力传感器、流量计、液位计等。
3.1 温度传感器温度传感器用于测量和监控物体或环境的温度。
常见的温度传感器有热电偶、热电阻和红外线传感器。
热电偶利用两种不同金属的电动势差来测量温度，热电阻则利用电阻与温度呈线性关系的特性来测量温度。
3.2 压力传感器压力传感器用于测量和监控气体或液体的压力。
常见的压力传感器有压阻式传感器和压电式传感器。
压阻式传感器通过测量电阻的变化来间接测量压力，而压电式传感器则是利用压电晶体的压电效应来直接测量压力。
3.3 流量计流量计用于测量和监控液体或气体的流量。
常见的流量计有浮子流量计、涡轮流量计和电磁流量计等。
浮子流量计通过测量浮子位置的变化来间接测量流量，涡轮流量计则是利用涡轮的旋转速度与流体的流速成正比关系来测量流量。
3.4 液位计液位计用于测量和监控液体的液位高度。
常见的液位计有浮子液位计、压力液位计和超声波液位计等。
浮子液位计通过测量浮子的位置变化来间接测量液体的液位，而超声波液位计利用超声波的传播时间来直接测量液位的高度。
工业自动化仪表与过程控制分析摘要：随着科技的高速发展，自动化技术逐渐运用于多个领域，尤其是工业领域。
在工业化生产中，采用自动化仪表及自动化控制技术，不仅能够提升产品的产量及质量，也有利于保障生产的安全性与稳定性。
根据当前我国工业自动化仪表与自动化控制技术的发展情况来看，该技术在使用过程中仍旧存在有多种问题，导致生产活动难以高效开展。
基于此，本文针对工业自动化仪表与过程控制进行探讨分析，以供参考。
关键词：工业自动化仪表；过程控制；简要分析引言近些年科学技术的发展带动了自动化技术的广泛运用，工业生产逐渐朝着自动化、智能化推进，不仅大大的为企业节约了人力成本，带来了巨大的经济效益，也使得工业生产效率和质量都大大提升。
要想推动工业自动化仪表的发展需要不断创新自动化控制技术，结合计算机网络技术及电子技术，改变传统落后的生产模式，使得生产更加先进化、智能化，从而降低生产成本，增加利润空间，促进工业企业的长远发展。
1工业自动化仪表和自动化技术的特点1.1工业自动化仪表特点谈到工业自动化仪表的特点，不得不讨论一下工业自动化仪表测量技术的分类。
工业自动化仪表测量技术分两种类型，一种是传统的被动式测量仪表，一种是当前普遍使用的主动式测量仪表。
被动式测量仪表的特点是：根据整个自动化控制系统的测量需求，在相应的位置安装好所需仪表，根据功能不同分为压力表、流量表、温度表等，通过对这些仪表所测量的数据进行处理与传递，以传递到整个工业自动化的自动控制系统中，从而进行数据统计分析其整个运行控制体系可能存在的问题、故障或安全隐患[1]。
主动式测量仪表的特点是：自动化控制系统可以根据整个系统的运行情况，根据预设好的系统方案，进行自动测量获取数据，并用于自动化系统的数据分析。
简单地说，就是在自动化系统安装前，要结合系统特点、电力设施特点合理安装配置，设置适用的电力系统的使用标准，让系统可以自动开展信号的调节与工作模式的选择分析等功能，使得该控制仪表可以在后续运行中始终处于高效便捷的运行状态。
目录•工业自动化仪表概述•过程控制基本原理•工业自动化仪表选型与安装调试•过程控制策略设计及优化方法•工业自动化仪表维护保养与故障排除•过程控制系统集成与智能化发展趋势工业自动化仪表概述分类根据测量原理、功能和应用领域等不同角度，工业自动化仪表可分为多种类型，如温度仪表、压力仪表、流量仪表、物位仪表、分析仪表等。
定义工业自动化仪表是指在工业生产过程中，用于对工艺参数进行检测、显示、记录或控制的仪表。
定义与分类发展历程及趋势发展历程工业自动化仪表经历了从机械化、电气化到数字化、智能化的发展历程，不断推动着工业生产的自动化和智能化水平提升。
发展趋势未来工业自动化仪表将更加注重高精度、高可靠性、低功耗、多功能集成和智能化发展，同时随着物联网、大数据等技术的融合应用，工业自动化仪表将实现更加广泛的互联互通和智能化应用。
应用领域与市场需求应用领域工业自动化仪表广泛应用于石油、化工、冶金、电力、轻工、纺织等各个工业领域，是实现工业生产自动化和智能化的重要基础。
市场需求随着工业生产的不断发展和技术进步，工业自动化仪表市场需求不断增长。
未来市场将更加注重产品品质、技术创新和服务质量等方面的竞争。
同时，随着国家对于环保和节能减排政策的不断加强，工业自动化仪表在环保监测和能源计量等领域的需求也将不断增长。
过程控制基本原理过程控制概念及目标过程控制定义过程控制是对工业生产过程中的各种工艺参数进行实时检测、调节和控制，以确保生产过程的稳定、高效和安全。
过程控制目标实现生产过程的自动化、智能化和优化，提高产品质量、降低能耗和减少环境污染。
被控对象指需要控制的工艺参数或设备，如温度、压力、流量等。
测量变送器将被控对象的参数转换为标准信号，如温度变送器、压力变送器等。
控制器接收测量变送器的信号，根据设定的控制规律进行计算，并输出控制信号。
执行器接收控制器的输出信号，对被控对象进行调节或控制，如阀门、电动机等。
过程控制系统组成要素过程控制性能指标评价方法01静态性能指标包括稳态误差、静态精度等，反映系统稳态性能的好坏。
工业自动化仪表与自动化控制技术摘要：自动化仪表与自动化控制技术在工业体系中的应用，对于生产、研发活动高质量开展奠定坚实基础。
文章以仪表控制角度出发，准确把握工业自动化仪表控制概念，完善控制举措，优化控制方法，旨在为后续工业控制体系的健全完善提供参考借鉴。
关键词：工业；自动化仪表；自动化；控制技术；应用方案前言近些年来，国内持续调整工业发展思路，强调利用自动化仪表等新技术、新手段，将工业产业地层信息进行全方位采集、利用以及共享，积极推动工业的自动化与智能化，持续提升工业竞争力。
着眼自动化仪表控制理念，工业企业要调整思路，整合管理要素、技术要素，调整体系布局，实现自动仪表自动化控制效能。
1.工业自动化仪表控制概念梳理工业自动化仪表控制基本理念与主要特点，有助于技术团队形成正确观念认知，准确把握技术定位，为后续工业自动化仪表自动化控制技术的应用奠定坚实基础，提供必要的方向引导。
1.1工业自动化仪表主要特点工业自动化仪表主要由各类自动化元件组成，作为功能完善、场景丰富的技术工具，实现了测量、显示、记录、控制、预警等多重功能。
借助自动化仪表的信息处置能力，切实满足工业现代化与信息化发展要求，全方位提升工业生产能力以及发展潜力[1]。
经过多年发展，工业自动化仪表技术体系日益成熟，温度仪表、压力仪表、物位仪表、流量仪表等设备，充分满足不同场景下的使用要求。
通过传感器、变送器、显示器等不同单元模块有效参与，实现各类信号有效检测、模拟，将获取数据信息转变为电流信号，可编程可控制器在获取电流信号后，完成电流信号转化。
在显示器辅助下，将各类测量结果直观显现，指导管理人员顺利完成系列生产与研发任务。
自动化仪表测量结果较为精准、显示结果较为清晰、操作难度较低，依托信息化技术有效参与，实现某一框架内的数据共享与交互，为各项生产任务的顺利实现提供数据支持。
1.2工业自动化仪表自动化控制应用近些年来，国内持续加大工业转型力度，将自动化仪表作为工业监测、工业管理的重要举措，雷达物位计、核子秤、电磁流量计等自动化仪表得到广泛性应用，为压缩企业成本，提高经济收益有着深远影响。
工业自动化仪表及过程控制(8) Industrial Automation Instrumentations and Process Control第4章调节对象特性及其测定•调节对象：系统中被控的设备及装置。
•对象特性：调节对象输入和输出之间的动态关系。
一阶对象特性•单容对象（Single Capacity Object）：例--水槽水位简单对象。
•对象特性的求取方法：•数学分析法•实验测取法一阶对象的标准表达式•微分方程•传递函数•K ：放大系数；T ：时间常数kxy dt dyT =+1)(+=Ts ks G一阶对象的飞升曲线)1()(T te KA t h --=典型一阶对象对象的自衡特性•对象的自衡(Self-Regulation)特性：对象的稳定状态被扰动破坏后，可以自动达到一个新的平衡状态的特性。
•非平衡特性的对象：不能自动达到新平衡状态对象。
例水泵排水水位对象。
双容对象•包括两个以上具有储能功能的容量部分的对象。
•例：串联水槽水位对象。
1)()(21221+++=s T T s T T k s G纯滞后(time delay)环节•由于对象中物料或能量的传输过程引起的滞后。
•例：蒸汽直接加热器纯滞后特性vl=τ1)(+=-Ts kes G s τ对象特性的实验测定1.时域法：利用对象的飞升曲线求取表达其动态特性的数学模型。
2.频域法：输入不同频率的正弦信号，测取对象的频率特性。
3.统计法：4.输入随机或伪随机信号，用统计学方法求解。
时域法)1)(1()(1)(21++=+=--s T s T kes G Ts ke s G s s ττ飞升曲线法flying-up curvesstep response curves)1()(Tt ek t y τ---=kx y dtdyT =+时域法)1)(1()(21++=s T s T ks G 双容对象的飞升曲线法)1()(21212211T t T t e T T T eT T T k t y --+-+-=单容对象时域法的基本步骤1)(+=-Ts kes G s τ一阶对象：K ：输入阶跃幅值与输出稳态之比。
工业自动化仪表与过程控制分析在科学技术飞速发展的今天，自动化技术已经成为人们日常生活中最常见的一种科学技术，同时随着自动化技术的不断发展，自动化仪表的发展也越来越快，并且在工业、农业、日常生活等各个领域中得到极其广泛的应用，自动化仪表是工业生产中十分重要的一种设备，只有确保自动化仪表的正常运行，才能为工业生产的稳定性提供保障，因此，加强对自动化仪表的研究有很高的现实意义。
1 工业自动化仪表及控制技术概述自动化仪表可以简单的分为检测仪表、控制仪表、显示仪表、执行器等几种情况，而自动化仪表技术主要包含信息收集、信息处理、信息应用等几个方面的内容。
为确保自动化仪表能安全稳定的运行，必须对自动化仪表系统进行有效地维护和诊断，就自动化仪表系统而言，其诊断过程可以分从生产流程诊断、生产装备诊断、自动化控制系统诊断、现场仪表诊断等几个方面进行分析，从本质上将，生产流程诊断不属于自动化仪表，但会在信息交互的过程中影响到自动化仪表；而生产装备诊断，需要根据仪表诊断系统进行；对于自动控制系统的诊断，是根据仪表自身情况及现场的情况，进行状态诊断，并开展预防性维护；对于现场仪表的诊断，需要根据仪表的损耗情况、运行状态等制定相应的维护方案，并确定维护周期。
2 自动化仪表及控制技术在实际应用中的不足在日常生活中，不管是什么产品，在应用与推广过程中，都需要花费一定的时间，对自动化仪表而言也是如此。
目前，自动化仪表在具体应用在还存在一定缺陷，首先是自动化仪表的安全性问题，只有确保自动化仪表的安全性能，才能为自动化仪表的正常运用提供保障；其次是自动化仪表的可靠性、可互操作性问题，在日常生产中，自动化仪表必须准确、可靠，只有这样才能提供准确的信息，才能为整个生产环节的安全性提供保障；最后是系统故障诊断信息的可靠性问题，必须确保系统故障诊断的信息的准确性、真实性，这样才能为自动化仪表的正常运行提供保障。
3 过程控制的特点过程控制是自动化系统的重要组成部分，具有生产过程连续性、被控过程复杂性、控制方案多样性等特点，在自动化仪表过程控制中，很多被控制过程是以长期的或间歇形式进行运行，同时被控变量会在密封的设备中受到各种扰动因素的影响；在进行过程控制时，其涉及范围十分广泛，控制方案也呈现多样性，在控制过程中，能利用各种检测仪表对生产工艺参数进行测试、记录。
工业自动化仪表及过程控制(4)Industrial Automation Instrumentations andProcess Control第1章检测仪表物位测量(Level Measuring)●物位●液位●料位●界面液位测量应用例玻璃液位计(Tubular gage glass)玻璃液位计应用实例浮力式液位计浮标标尺平衡重物浮球液位计UFB系列磁浮球液位变送器BW25浮筒液位计根据阿基米德原理进行液位测量的液位计。
可用于测量开口和压力容器内的液位，尤其适合在高温高压条件下使用浮子杠杆液位计变浮力液位计浮子钢带液位计(Float and tape)带远传信号的浮球钢带液位计静压式液位计=PρgH差压式液位变送器1.工作原理2.零点迁移问题=-∆=PρPHgP+-差压液位计差压液位计d DL C ln 2πε=（被测介质为导电介质）d D L C ln 2πε=电容式液位计原理H 反射式vt H 21超声液位计阻尼式、遮断式类似原理液位计：核辐射式、激光式、雷达式、光电式、红外式智能雷达液位仪第1章检测仪表（13）成分测量（analyzer）•气体成分分析仪•液体成分分析仪•酸碱度分析仪表•密度计•湿度计、水分仪•粘度计•尘量计、烟量计及雾量计•石油产品的成分及特性测定仪表•金属分析仪器▪不同的气体，其导热系数λ是不同的(见表）。
▪在热传导过程中，λ不同，则热传导的速度不同。
▪混合气体的总导热系数等于各组分导热系数的平均值。
∑==n i ii c 1λλ1212212211)(12c c c c c n if λλλλλλλ-+==++==2121λλλλ--=C热导式分析仪原理1I c R q →→→→→λλ热导池（测量室）热导池常见结构：双臂分流式单臂分流式单臂扩散式热导式分析仪参比室作用参比室的作用：减少环境温度对测量的影响。
测量室内臂温度T 变化，测量室电阻丝R 1、R 3电阻值变化，参比室电阻丝R 2、R 4电阻值同样变化，测量电桥输出V 0不变。
工业自动化仪表及过程控制(8) Industrial Automation Instrumentations and Process Control
第4章调节对象特性及其测定•调节对象：系统中被控的设备及装置。
•对象特性：调节对象输入和输出之间的动态关系。
一阶对象特性
•单容对象（Single Capacity Object）：例--水槽水位简单对象。
•对象特性的求取方法：
•数学分析法
•实验测取法
一阶对象的标准表达式
•微分方程
•传递函数•K ：放大系数；T ：时间常数
kx
y dt dy
T =+1
)(+=Ts k
s G
一阶对象的飞升曲线)
1()(T t
e KA t h --=
典型一阶对象
对象的自衡特性
•对象的自衡(Self-Regulation)特性：对象的稳定状态被扰动破坏后，可以自动达到一个新的平衡状态的特性。
•非平衡特性的对象：不能自动达到新平衡状态对象。
例水泵排水水位对象。
双容对象•包括两个以上具有储能功能的容量部分的对象。
•例：串联水槽水位对象。
1
)()(21221+++=s T T s T T k s G
纯滞后(time delay)环节
•由于对象中物料或能量的传输过程引起的滞后。
•例：蒸汽直接加热器
纯滞后特性
v
l
=τ1
)(+=-Ts ke
s G s τ
对象特性的实验测定
1.时域法：
利用对象的飞升曲线求取表达其动态特性的数学模型。
2.频域法：
输入不同频率的正弦信号，测取对象的频率特性。
3.统计法：
4.输入随机或伪随机信号，用统计学方法求解。
时域法
)
1)(1()(1
)(21++=
+=
--s T s T ke
s G Ts ke s G s s ττ
飞升曲线法
flying-up curves
step response curves
)
1()(T
t e
k t y τ---=kx y dt
dy
T =+
时域法
)
1)(1()(21++=
s T s T k
s G 双容对象的飞升曲线法
)
1()(2
1
2
122
11
T t T t e T T T e
T T T k t y --+-+-=
单容对象时域法的基本步骤
1
)(+=
-Ts ke
s G s τ
一阶对象：
K ：输入阶跃幅值与输出稳态之比。
k ＝y(∞)/A
T ：输出达到63.2％稳态的时间，或者达到95%稳态时间的1/3。
τ：加入输入到输出开始变化所需的时间。
实用的时域法：脉冲方波法为了减少对过程的冲击影响，工程中常使用脉冲方波法来求取对象动态特性参数
实用的时域法：脉冲方波法•X(t)=x1(t)-x2(t)
•y(t)=y1(t)-y2(t)
•y2(t)=-y1(t-Δt)
•y(t)= y1(t)-y1(t-Δt)
t t x y
t
t x1y1
t
t x2y2
Δt
Δt
Δt
实用的时域法：脉冲方波法
y(t)= y
1(t)-y
1
(t-Δt)
第1Δt段：y1＝y
第2Δt段：
y1＝y＋前Δt段
y1…
……
实用的时域法：两点法
一种工程中常用的飞升曲线法为了提高对象特性参数的计算精度的一种工程中的实用方法。
实用的时域法：两点法
求无因子飞升曲线；Y*(t)=y(t)/y(∞)
•在曲线上任取两点t 1，t 2；•代入原微分方程，联立关于t 1，t 2的两式，求解T ，τ；
•代回原方程校验。
)1()(T
t e k t y τ---=
实用的时域法：两点法
设：T
t e
t y τ---=1)(*
则有：T
t T
t e
t y e t y ττ
----
-=-=211121*
*
)()(解得：T ，τ校验，确定
实用的时域法：两点法
设飞升曲线呈s 形，则对象可能为二阶特性：有：
2
12
12211*1)(T t T t e
T T T e T T T t y τ
τ--
--+-+-=采样用两点法，同样可以得到T1，T2得)
1)(1()(21++=-s T s T ke
s G s τ
对象特性求取练习
•某燃气加热炉对象，测取燃气压力与炉温之间的动态关系：
•将输入x在t0时刻阶跃增加2MPa。
•测取输出温度y变化为一阶飞升曲线。
温度在76×10－3秒开始变化。
稳定后温度增加值为2.8°C。
温度达到95%×2.8＝2.66°所用的时间为6.2秒。
•解：
K=2.8/2=1.4
T=6.2/3=2.07
τ=0.076<<T=2.07
纯滞后时间可以忽略不计
代入标准表达式得：对象特性求取练习
x
y dt dy
4.107.2=+1
07.24
.1)(+=s s G 或：
练习：设一阶液位对象原水位稳定在1m ；
当在t 时刻输入流量ΔQ1增加到5M 3/h 后
不再变化，
求t=0,1,2…,11,…∞
时的水位h ＝？对象特性求取练习
1102)(+=-s e s G s
由T ＝10，K ＝2，τ＝1 对象特性求取练习
)
1(52)(101---⨯=∆t e t h t=0，Δh=0，h=1
t=1，Δh=0，h=1
t=2，Δh=10(1-e -1/10)=1，h=2
…
t=11，Δh=10(1-e -1)=6.32，h=7.32
…
t=∞，Δh=10，h=11
练习
在图示4个水槽水位对象中，设所有的阀门特性及开度相同。
试判断其中具有自衡特性的对象中，哪一个的时间常数最大？
练习
在下列各项中的哪一个属于带非自衡特性的对象？
a.纯滞后对象；
b.纯积分对象；
c.一阶惯性对象；
d.纯比例对象。
练习
在下列各项中的哪一个属于带非自衡特性的对象？
a.纯滞后对象；
b.纯积分对象；
c.一阶惯性对象；
d.纯比例对象。
答：b
小结
•熟练掌握单容对象动态特性的基本概念及其应用。
•了解双容对象、容量滞后、纯滞后等常用概念。
•掌握飞升曲线实验测取一阶对象特性的基本方法。
•简单了解其它高级测取方法的基本概念。
作业
1.在对象特性中什么叫做滞后？对象的滞后通常有哪两种？举例说明其中一种的产生原因。
2.设有一阶对象：原水位稳定在1米，求当输入流量时t=0,1,2,…,11,…∞时水位h 为多少？
⎭
⎬⎫
⎩⎨⎧≥<=∆0500t t Q 1
102)(+=-s e s G s。
