过程控制系统中的仪器仪表

第3章思考题与习题1.基本练习题（1）在过程控制中，哪些仪表是属于过程控制仪表？在过程控制系统中，大多数调节器是电动的，而执行器多数是气动的，这是为什么？气动单元组合仪表与电动单元组合仪表各单元之间的标准统一信号又是如何规定的？答：1）在过程控制中，过程控制仪表有：调节器、电/气转换器、执行器、安全栅等。

2）调节器选电动的因为电源的问题容易解决，作用距离长，一般情况下不受限制；调节精度高，还可以实现微机化。

执行器多数是气动的,因为执行器直接与控制介质接触，常常在高温、高压、深冷、高粘度、易结晶、闪蒸、汽蚀、易爆等恶劣条件下工作，选气动的执行器就没有电压电流信号，不会产生火花，这样可以保证安全生产和避免严重事故的发生。

3）气动仪表的输入输出模拟信号统一使用0.02~0.1MPa的模拟气压信号。

电动仪表的输入输出模拟信号有直流电流、直流电压、交流电流和交流电压四种。

各国都以直流电流和直流电压作为统一标准信号。

过程控制系统的模拟直流电流信号为4~20mADC,负载250 Q ；模拟直流电压信号为1~5V DCo（2）某比例积分调节器的输入、输出范围均为4-20mADC,若设5 = 100%、7； = 2min , 稳态时其输出为6mA；若在某一时刻输入阶跃增加1mA,试求经过4min后调节器的输出。

答：由比例积分公式（3-1）所示：y = l e+lfedt• Tj 丿稳态时:yb=6mA,（3）简述DDZ-III型全刻度指示调节器的基本组成、工作状态以及开关S广丄的作用。

(3-1)依题意：p = —= 100%,Kj,即Ap =1, e=l；4min 后：=9mA答：1）调节器由控制单元和指示单元组成。

控制单元包括输入电路、PD与PI电路、输出电路、软手动与硬手动操作电路;指示单元包括输入信号指示电路和给定信号指示电路。

2）工作状态：自动、软手动、硬手动三种。

3） 6~亠为自动、软手动、硬手动联动切换开关。

过程控制仪表[1]一、氧量分析仪1、氧含量分析仪是目前工业生产自动控制中应用最多的在线分析仪表，主要用来分析混合气体中的含氧量等。

2、过程氧量分析器大致可分为两大类。

一类是根据电化学法制成，如原电池法、固体电介质法和极谱法等；另一类是根据物理法制成，如热磁式、磁力机械式等。

电化学法灵敏度高，选择性好，但响应速度较慢，维护工作量大。

目前常用于微氧量分析。

物理法响应速度快，不消耗被分析气体，稳定性较好，使用维修方便。

广泛地应用于常量分析。

磁力机械式氧气分析器有不受背景气体导热率、热容的干扰。

具有良好的线性响应，精确度高等优点。

3、氧化锆分析仪利用氧化锆固体电解质在高温下具有传导氧离子的特性测量含氧浓度的。

氧化锆是固体电解质，在高温下具有传导氧离子的特性。

在氧化锆两侧涂上多孔铂电极，当两侧气体中氧浓度不同时，会发生下列反应：这样就构成了以氧化锆管为电解质的浓差电池。

如果把氧化锆元件加热到规定的温度（750度），测量气在一边流动，测量气中氧浓度和参比气中氧浓度之比的对数与电动势成正比，因而只要测得电动势就可以知道被测气体的含氧浓度。

5、磁式氧分析仪基于氧气的体积磁化率大，以及它的磁化率随温度升高而急剧降低的特性测量的。

氧的磁化率远大于其他气体磁化率这一物理现象来测量混合气中氧含量的一种物理式气体分析仪。

由于直接测量磁化率值很复杂，工业上多采用间接测量，即根据磁化率随温度升高而减小的热磁现象，通过桥式电路来进行测量。

它适用于自动连续地测定各种工业气体中的氧含量二、红外线分析器1、基于某些气体对不同波长的红外线辐射能具有选择性吸收的特征，制成的一种物理式分析仪，能连续测量，测量范围宽，精度高，灵敏度高，并且具有良好的选择性，在工业上产中得到了广泛的应用。

各种多原子气体（CO、CO2、CH4等）对红外线都有一定的吸收能力，但不是整个波段都能吸收，而只是吸收一部分波段，这些波段称之为特征吸收波段。

常见的多原子气体特征吸收波长见下表：2、由于气体不同，吸收红外线的波长也不同。

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。

过程控制与自动化仪表简介过程控制是指通过测量与调节技术来实现对工业过程的控制，以达到预定的工艺要求。

而自动化仪表则是过程控制中不可或缺的一部分，它用来测量、记录和控制各种过程变量，为过程控制提供准确的数据与反馈信息。

本文将对过程控制与自动化仪表进行详细介绍。

过程控制过程控制是指对工业过程进行监测与调节，以实现所需的工艺要求。

过程控制可以分为两种类型：开环控制和闭环控制。

开环控制开环控制是一种基本的控制方式，它仅通过设置一组固定的控制参数来实现对工业过程的控制。

开环控制没有反馈机制，因此无法对过程中的变化进行实时调节。

这种控制方式适用于对过程中变化不大的情况，例如温度或压力稳定的控制。

闭环控制闭环控制是一种更为高级的控制方式，它通过测量过程变量并与设定值进行比较，然后根据比较结果进行调整。

闭环控制能够实时监测过程中的变化，并通过反馈机制来调整控制参数，使得过程保持稳定。

这种控制方式适用于对过程变化较大的情况，例如温度、液位或流量等。

自动化仪表自动化仪表是过程控制中的核心设备，用于测量、记录和控制各种过程变量。

自动化仪表通常由传感器、执行器和控制器组成。

传感器传感器是自动化仪表中最基本的部件，用于将物理量转换为电信号。

常见的传感器包括温度传感器、压力传感器、液位传感器等。

传感器的选择需要根据需要测量的物理量和工艺要求来确定。

执行器执行器是用于控制过程变量的设备，它根据控制器的指令进行动作。

常见的执行器包括电动阀、电动调节阀、气动执行器等。

执行器的选择需要考虑控制要求、工作环境和应用场景等因素。

控制器控制器是自动化仪表的核心，用于接收传感器的信号并根据设定值进行控制。

常见的控制器有PID控制器、PLC控制器等。

控制器的选择需要根据控制要求和控制策略来确定。

过程控制与自动化仪表的应用领域过程控制与自动化仪表广泛应用于各个工业领域，包括石化、制药、电力、冶金等。

以下是一些典型的应用领域：石化工业在石化工业中，过程控制与自动化仪表用于监测与控制各个工艺单元，例如蒸馏塔、反应器、炉窑等。

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。

过程控制与自动化仪表介绍过程控制与自动化仪表的工作原理是通过传感器采集各种生产参数，如温度、压力、流量、液位等，然后将这些参数转换成电信号，并送到控制器进行处理。

控制器根据预设的控制算法，可以自动地调节各种执行器，如阀门、电机等，来达到控制生产过程的目的。

这样就能够实现对生产过程的自动化控制。

过程控制与自动化仪表的种类多种多样，根据其功能可以分为传感器、控制器、执行器等多种类型。

传感器可以根据所测量的参数种类分为温度传感器、压力传感器、流量传感器等；控制器可以分为PID控制器、PLC控制器、DCS控制器等不同类型；执行器可以分为阀门执行器、电机执行器等多种类型。

在工业生产中，过程控制与自动化仪表的应用可以帮助实现对生产过程的精确控制，提高生产效率，降低能耗成本，提高产品质量，减少人为因素对生产过程的影响，从而使得生产过程更加稳定和可靠。

同时，过程控制与自动化仪表还可以实现远程监测和操作，方便管理人员对生产过程的监控和调整。

总的来说，过程控制与自动化仪表是工业生产中不可或缺的重要设备，它能够帮助实现生产过程的自动化、稳定和高效运行，是提高工业生产质量和效率的重要手段。

过程控制与自动化仪表在工业生产中扮演了至关重要的角色。

它们不仅能够确保生产设备的稳定运行和生产质量的一致性，还可以实现高效的生产过程，节约能源并降低成本。

在本文中，我们将深入探讨过程控制与自动化仪表的工作原理、类型、应用以及未来发展趋势。

## 工作原理过程控制与自动化仪表的工作原理基于控制系统的闭环反馈原理。

首先，传感器可以通过各种不同的检测方法，如电阻、电容、光电、超声波等，来实时获取生产过程中的各种参数。

接下来，传感器将这些参数转换成电信号，并通过电缆或者wifi等传输方式传送给控制器。

控制器是过程控制与自动化仪表的核心部件，它接收传感器传来的信息，并通过预设的算法来处理这些信息。

比如，通过PID控制算法，控制器可以根据实际测量到的参数值与设定的目标值之间的差异，来调节执行器。

第四章过程控制仪表⏹本章提要1.过程控制仪表概述2.DDZ-Ⅲ型调节器3.执行器4.可编程控制器⏹授课内容第一节概述✧过程控制仪表---是实现工业生产过程自动化的重要工具，它被广泛地应用于石油、化工等各工业部门。

在自动控制系统中，过程检测仪表将被控变量转换成电信号或气压信号后，除了送至显示仪表进行指示和记录外，还需送到控制仪表进行自动控制，从而实现生产过程的自动化，使被控变量达到预期的要求。

➢过程控制仪表包括调节器（也叫控制器）、执行器、操作器，以及可编程调节器等各种新型控制仪表及装置。

➢过程控制仪表的分类：●按能源形式分类：液动控制仪表、气动控制仪表和电动控制仪表。

●按结构形式分类：基地式控制仪表、单元组合式控制仪表、组件组装式控制仪表、集散控制装置等。

[基地式控制仪表]以指示、记录仪表为主体，附加某些控制机构而组成。

基地式控制仪表特点：—般结构比较简单、价格便宜．它不仅能对某些工艺变量进行指示或记录，而已还具有控制功能，因此它比较适用于单变量的就地控制系统。

目前常使用的XCT系列动圈式控制仪表和TA系列简易式调节器即属此类仪表。

[单元组合式控制仪表]将整套仪表划分成能独立实现一定功能的若干单元，各单元之间采用统一信号进行联系。

使用时可根据控制系统的需要，对各单元进行选择和组合，从而构成多种多样的、复杂程度各异的自动检测和控制系统。

特点：使用灵活，通用性强，同时，使用、维护更作也很方便。

它适用于各种企业的自动控制。

广泛使用的单元组合式控制仪表有电动单元组合仪表(DDZ型)和气动单元组合仪表(QD2型)。

[组件组装式控制仪表]是一种功能分离、结构组件化的成套仪表(或装置)。

它以模拟器件为主，兼用模拟技术和数字技术。

整套仪表(或装置)在结构上由控制柜和操作台组成，控制柜内安装的是具有各种功能的组件板，采用高密度安装，结构紧凑。

这种控制仪表(或装置)特别适用于要求组成各种复杂控制和集中显示操作的大、中型企业的自动控制系统。