化工仪表自动化复习资料

1、化工自动化的主要内容包括自动检测系统，自动信号和联锁保护系统，自动操纵及

自动开停车系统和自动控制系统。2、自动控制系统的基本组成包括自动化装置和被控对象，其中自动化装置包括测量元

件与变送器，自动控制器和执行器。其中，测量元件与变送器的功能是测量液位并将

液位的高低转化为一种特定的、统一的输出信号；自动控制器的功能是接受变送器传来的信号，与工艺需要保持的液位高度相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果，

然后将此结果用特定信号发送出去；执行器的功能是能自动地根据控制器送来的信号值来改变阀门的开启度。

3、4、方块图中，x指设定值；z指输出信号；e指偏差信号；p指发出信号；q

指出料流量信号；y指被控变量；f指扰动作用。当x取正值，z取负值，e=x-z，负反馈；x取正值，z取正值，e=x+z，正反馈。

5、自动控制系统分类：定值控制系统，随动控制系统，程序控制系统。

6、方框图中每个环节表示组成系统的一个部分，称为“环节”。两个方块之间用一条带有箭头的线条表示其信号的相互关系，箭头指向方块表示为这个环节的输入，箭头

离开方块表示为这个环节的输出。线旁的字母表示相互间的作用信号。如上图。7、自动控制系统是具有被控变量负反馈的闭环系统。与自动检测、自动操纵等开环系

统比较，最本质的区别，就在于自动控制系统有负反馈，开环系统中，被控（工艺）

变量是不反馈到输入端的。8、静态——被控变量不随时间而变化的平衡状态（变化率为0，不是静止）。当一个自

动控制系统的输入（给定和干扰）和输出均恒定不变时，整个系统就处于一种相对稳定的平衡状态，系统的各个组成环节如变送器、控制器、控制阀都不改变其原先的状

态，它们的输出信号也都处于相对静止状态，这种状态就是静态。9、动态——被控变量随时间变化的不平衡状态。从干扰作用破坏静态平衡，经过控

制，直到系统重新建立平衡，在这一段时间中，整个系统的各个环节和信号都处于变

动状态之中，这种状态叫做动态；控制系统的过渡过程是指系统由一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程。

10、常用的干扰形式是阶跃干扰，那是因为这种形式的干扰比较突然、危险，且对被控变量的影响也最大。如果一个控制系统能够有效地克服这种类型的干扰，那么一定

能很好地克服比较缓和的干扰。这种干扰的形式简单，容易实现，便于分析、实验和

计算。11、自动控制系统在阶跃干扰作用下过渡过程的四种形式，即非周期衰减过程，衰减

震荡过程，等幅震荡过程，发散震荡过程。12、控制系统的品质指标：最大偏差或超调量，衰减比，余差，过渡时间，振荡周期

或频率。最大偏差是指在过渡过程中，被控变量偏离给定值的最大数值；衰减比是衰

减程度的指标，它是前后相邻两个峰值的比。习惯表示为n:1，一般n取为4～10之间为宜；当过渡过程终了时，被控变量所达到的新的稳态值与给定值之间的偏差叫做

余差。13、字母代号PIC-207，其中第一位字母P表示被测变量为压力，第二位字母I表示具

有指示功能，第三位字母C表示具有控制功能，因此，PIC的组合就表示一台具有指示功能的压力控制器；TRC-210表示一台具有记录功能的温度控制器；LICA-202代表一

台具有指示、报警功能的液位控制器。其中，F表示流量，L表液位，T表温度，P表压力。PIC-206表示工段号为2，仪表序号为06。

14、测量过程在实质上都是将被测参数与其相应的测量单位进行比较的过程。

15、测量误差指由仪表读得的被测值与被测量真值之间的差距。通常有两种表示方法，即绝对误差和相对误差。

16、允许误差17、仪表的δ允越大，表示它的精确度越低；反之仪表的精确度越高。将仪表的允许

相对百分误差去掉“±”号及“％”号，便可以用来确定仪表的精确度等级。目前常

用的精确度等级有0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等。

18、分辨力是指数字显示器的最末位数字间隔所代表的被测参数变化量，有单位。19、工业仪表按仪表使用的能源分为气动仪表、电动仪表、液动仪表；按信息的获得、

传递、反映和处理的过程分为检测仪表，显示仪表，集中控制装置，控制仪表及执行

器；按仪表的组成形式分为基地式仪表及单元组合仪表。DDZ表电动单元组合。20、压力是指均匀垂直地作用在单位面积上的力，其单位是帕。在压力测量中，常有

表压、绝对压力、负压或真空度之分。表压是绝对压力与大气压之差，负压是大气压与绝对压力之差。211mNPa=

21、弹性式压力计原理：它是将被测压力转换成弹性元件变形的位移进行测量的。其

中，弹性元件包括（1）弹簧管式弹性元件，其截面是扁圆形或椭圆形，（2）薄膜式弹性元件与波纹管式弹性元件。（3）波纹管式弹性元件

22、电气式压力计原理：它是通过机械和电气元件将被测压力转换成电量来进行测量的仪表，可以远距离传送信号。一般由压力传感器、测量电路和信号处理装置所组成。

方框图有四部分（传感器，测量线路，指示器记录仪控制器，辅助电源）

23、霍尔片式压力传感器是根据霍尔效应制成的，即利用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，从而实现压力的测量。应变片式压力传感器利用电

阻应变原理构成，电阻应变片有金属和半导体应变片两类，被测压力使应变片产生应变。当应变片产生压缩（拉伸）应变时，其阻值减小（增加），再通过桥式电路获得相

应的毫伏级电势输出，并用毫伏计或其他记录仪表显示出被测压力，从而组成应变片

式压力计。压阻式压力传感器利用单晶硅的压阻效应而构成。力矩平衡式压力变送器%100×−±=测量范围下限值测量范围上限值差值仪表允许的最大绝对误允δ利用负反馈的工作原理，其包括杠杆机构，反馈机构，测量机构及检测放大机构。电

容式压力变送器先将压力的变化转换为电容量的变化，然后进行测量。24、智能型压力变送器可进行远程通信。

25、流量是指单位时间内流过管道某一截面的流体数量的大小，分为质量流量M及体

积流量Q。26、差压式（也称节流式）流量计是基于流体流动的节流原理，利用流体流经节流装

置时产生的压力差而实现流量测量的。差压式流量计的组成包括节流装置，引压管，差压变送器及显示仪表/控制器。其中，节流装置：安装于管道中产生差压，节流件前

后的差压与流量成开方关系。引压导管：取节流装置前后产生的差压，传送给差压变

送器。差压变送器：产生的差压转换为标准电信号（4-20mA）。原理总结：流体在管道中正常流动（v、p），节流件使流体收束，流速增大，压力降低，节流件前后出现“压

差”，“压差”与流量有关，再采用差压变送器，将差压信号转换为统一的标准信号，便于显示及控制。

27、流体在有节流装置的管道中流动时，在节流装置前后的管壁处，流体的静压力产

生差异的现象称为节流现象。把流体流过阻力件使流束收缩造成压力变化的过程称节流过程，其中的阻力件称为节流件，常用节流件有标准孔板、喷嘴、文丘里管等。国

内外把最常用的节流装置、孔板、喷嘴、文丘里管等标准化，并称为“标准节流装置”。28、差压计安装时应注意由引压导管接至差压计或变送器前，必须安装切断阀1、2和

平衡阀3，构成三阀组；测量腐蚀性（或因易凝固不适宜直接进入差压计）的介质流量

时，必须采取隔离措施。29、转子流量计用于小流量的测量，转子流量计主要由锥形管和转子两个部分组成；

它采用的是恒压将，变节流面积的流量测量方法。30、转子流量计的指示值修正（计算题），转子流量计的流量标尺上的刻度值，对用于

测量液体来讲是代表20℃时水的流量值，对用于测量气体来讲则是代表20℃，

0.10133MPa压力下空气的流量值。（1）液体流量测量时的修正

（2）气体流量测定时的修正

31、椭圆齿轮流量计基于容积式测量原理。当液体流过椭圆齿轮流量计时入口侧大于出口侧压力，在此压力差的作用下产生作用力矩使椭圆齿轮连续转动，腰形轮每转动

一周，就把转子与壳体之间所构成的具有一定容积的计量室流体的四倍体积，从流入口送到流出口Q=4nV0，在椭圆齿轮流量计的半月形容积V0已知的情况下，只要测出椭

圆齿轮的转速n，便可知道被测介质的流量。

32、涡轮流量计基本工作原理流体冲击涡轮叶片，使涡轮旋转，涡轮的旋转速度随流量的变化而变化，通过涡轮外的磁电转换装置可将涡轮的旋转转换成电脉冲。

33、电磁流量计：在流量测量中，当被测介质是具有导电性的液体介质时，可以应用电磁感应的方法来测量流量。能够测量酸、碱、盐溶液以及含有固体颗粒（例如泥浆）

或纤维液体的流量。

34、漩涡流量计：漩涡流量计是利用有规则的漩涡剥离现象来测量流体流量的仪表。35、质量流量计分为直接式质量流量计和间接式质量流量计。

36、物位有液位和料位之分。37、差压式液位变送器()()fQfwftfwtQKQQ=×−−=ρρρρρρ0

ffQKρρ−=9.79.6()ffMKρρ−=9.79.6

001001101111QKKKQTTppQTP×××=×××=ρρρ

本图为负迁移图本图为正迁移图当被测液位H=0时，ΔP=-(h2-h1)ρ2g<0时为负迁移，否则为正迁移。迁移同时改变了测量范围的上、下限，相当于测量范围的平移，它不改变量程的大小。

负迁移时

正迁移时

38、例1如图.已知ρ1=1200kg/m3，ρ2=950kg/m3，h1=1m，h2=5m，液位变化范围0-2.5

米，求：变送器的量程和迁移量。Hmaxρ1g=2.5*1200*9.8=29400Pa，变送器量程可选为：40kPa，当H=0时，-ρ2g（h2-h1）=-4*950*9.8=-37.24kPa，变送器需要进行负

迁移，迁移量为－37.24kPa

39、法兰式差压变送器为了解决测量具有腐蚀性或含有结晶颗粒以及黏度大、易凝固等液体液位时引压管线被腐蚀、被堵塞的问题，应使用在导压管入口处加隔离膜盒的

法兰式差压变送器。40、电容式物位传感器通过测量电容量的变化可以用来检测液位、料位和两种不同液

体的分界面。ghgHPP211ρρ++=+气ghPP22ρ+=−气ghgHPPPρρ1+=−=∆−+

ghgHPPρρ1++=+气气PP=−ghgHPPPρρ1+=−=∆−+当D和d一定时，电容量C的大小与极板的长度L和介质的介电常数ε的乘积成

比例。

41、称重仪根据天平原理设计。温度：反映了物体冷热的程度。42、热电偶温度计是以热电效应为基础的测温仪表。热电偶温度计由三部分组成：热

电偶；测量仪表；连接热电偶和测量仪表的导线。热电偶是两种不同材料的导体或半

导体焊接或绞接而成测温元件。高温600摄氏度，其有热端或工作端与冷端或自由端。热电偶冷端和导线连接处温度要小于100摄氏度。

43、在热电偶回路中接入第三种金属导线对原热电偶所产生的热电势数值并无影响。不过必须保证引入线两端的温度相同。

结论：若热电偶两电极A、B材料相同，则无论两端温度如何，则热电偶回路的总热电

势EAB(t,t0)恒为零；如果热电偶两端温度相同（t=t0），即使两电极A、B材料不同，热电偶回路内的总热电势EAB(t,t0)恒为零；热电偶的热电势仅与两热电极A、B材料

及端点温度t、t0有关，而与热电极的长度、形状、粗细及沿电极的温度分布无关。因此，同种类型的热电偶在一定的允许误差范围内具有互换性。

44、热电偶的结构分为普通型热电偶，铠装热电偶，表面型热电偶及快速热电偶。