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第一章绪论本章提要1.过程控制系统的基本概念2.过程控制的发展概况3.过程控制系统的组成4.过程控制的特点及分类5.衡量过程控制系统的质量指标授课内容第一节过程控制的发展概况1.基本概念过程控制系统-----指自动控制系统的被控量是温度、压力、流量、液位成分、粘度、湿度以及PH值(氢离子浓度)等这样一些过程变量时的系统。
(P3) 过程控制-----指工业部门生产过程的自动化。
(P3)2.过程控制的重要性z进入90年代以来自动化技术发展很快，是重要的高科技技术。
过程控制是自动化技术的重要组成部分。
在现代工业生产过程自动化电过程控制技术正在为实现各种最优的技术经济指标、提高经济效益和劳动生产率、节约能源、改善劳动条件、保护环境卫生等方面起着越来越大的作用。
3.过程控制的发展概况z19世纪40年代前后(手工阶段)：手工操作状态，凭经验人工控制生产过程，劳动生产率很低。
z19世纪50年代前后(仪表化与局部自动化阶段)：过程控制发展的第一个阶段，一些工厂企业实现了仪表化和局部自动化。
主要特点：检测和控制仪表-----采用基地式仪表和部分单元组合仪表(多数是气动仪表)；过程控制系统结构------单输入、单输出系统；被控参数------温度、压力、流量和液位参数；控制目的------保持这些参数的稳定，消除或者减少对生产过程的主要扰动；理论-----频率法和根轨迹法的经典控制理论，解决单输入单输出的定值控制系统的分析和综合问题。
z19世纪60年代(综合自动化阶段)：过程控制发展的第二个阶段，工厂企业实现车间或大型装置的集中控制。
主要特点：检测和控制仪表-----采用单元组合仪表(气动、电动)和组装仪表，计算机控制系统的应用，实现直接数字控制(DDC)和设定值控制(SPC)；过程控制系统结构------多变量系统，各种复杂控制系统，如串级、比值、均匀控制、前馈、选择性控制系统；控制目的------提高控制质量或实现特殊要求；理论-----除经典控制理论，现代控制理论开始应用。
过程控制与自动化仪表课程设计前言过程控制与自动化仪表课程是工程领域中非常重要的基础课程之一，它涉及到工程研发、生产运营以及企业管理等多个方面。
本文将介绍一种基于实践的课程设计方法，旨在让学生深入掌握过程控制与自动化仪表的基础知识。
设计目标•确定学生对过程控制与自动化仪表的基本概念和技术掌握程度。
•培养学生的设计和实验能力，让他们能够运用所学知识分别设计并完成过程控制实验和自动化仪表实验。
•提高学生的团队合作和沟通能力，通过设计项目的过程，激发学生的创新潜力。
设计内容过程控制实验设计实验一：温度控制系统设计在该实验中，学生需要设计一个基于PID控制算法的温度控制系统。
通过调整控制器的参数，让温度快速稳定在设定值附近，并且能够在温度变化时快速响应和自适应调整。
实验二：流量控制系统设计在该实验中，学生需要设计一个基于比例控制算法的流量控制系统。
通过调整控制器的参数，让流量在设定值附近稳定，并且能够在流量变化时快速响应和自适应调整。
自动化仪表实验设计实验三：温度传感器的实现在该实验中，学生需要实现一个基于热电偶的温度传感器。
通过校准测试，让学生了解测量误差来源和校准方法。
实验四：流量计的实现在该实验中，学生需要实现一个流量计，通过实验测试让学生了解其特性和测量误差来源。
设计方法阶段一：学习基础概念和技术在本阶段，学生需要学习过程控制和自动化仪表的基础概念和技术，包括控制系统、PID控制器、量程、精度等方面的知识。
阶段二：组建设计小组在本阶段，每个小组需要选择一个相对复杂的课程设计内容，进行深入的研究和讨论，拟定初步设计方案。
阶段三：设计与实现在本阶段，学生需要分成小组，负责具体的实验设计与实现。
在设计的过程中，需要充分考虑过程控制和自动化仪表的基本原理和设计要求。
在实现的过程中，需要用到软件工具和实验平台。
阶段四：实验测试与评价在本阶段，学生需要对实验设计进行测试，并记录数据处理结果。
测试过程中需要考虑实验中的各种随机与不确定因素。
1.过程控制系统由被控过程和自动化仪表两部分组成。
2.自动化仪表按能源形式分为：液动、气动和电动。
按信号类型分为：模拟式和数字式。
3.模拟仪表的信号可分为气动仪表的模拟信号与电动仪表的模拟信号。
4.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。
5.按照国际电工委员会规定，过程控制系统的模拟直流电流信号为4~20mA DC ，负载电阻为250Ω；模拟直流电压信号为1~5V DC 。
DDZ-Ⅲ型电动单元组合仪表就是这种信号标准。
6.气动仪表与电动仪表的能量供给分别来自于气源和电源。
1.过程参数检测仪表通常由传感器和变送器组成。
2.引用误差计算公式：%100x x minmax ⨯-∆=γ（其中△为最大绝对误差，等于实测值x 减真值a x 的最大差值，即a1x x -=∆，min max x x 与为测量表的上下限值）3.精确度及其等级：最大引用误差去掉“±”与“%”。
例：±5%的精度等级为0.5。
4.热电阻在500℃以下的中、低温度适合作测温元件（理解公式()()[]00t t 1t -+=αR R ，其中R(t)为被测温度t 时的电阻值；R 0为参考温度t 0时的电阻值，通常t 0=0℃，α为正温度系数）；金属热电阻适用于-200℃~500℃；热敏电阻为-50~300℃。
5.热电阻接线有二线制、三线制、四线制三种接法，其中三线制可利用电桥平衡原理消去导线电阻。
6.热敏电阻由于互换性较差，非线性严重，且测温范围在-50~300℃左右，所以通常较多用于家电和汽车的温度检测和控制。
7.由于热电偶具有测温精度高、在小范围内线性度与稳定性好、测温范围宽、响应时间快等优点，因此在工业生产过程中应用广泛。
当温度高于2000℃时热电偶不能长期工作，需采用非接触式测温方法。
8.当被测为运动物体时，采用非接触式测温方法。
体积流量表示瞬时流量与累积流量：瞬时：A A A υυ==⎰d q v 累积：⎰=t 0v v dt q Q 质量流量表示瞬时流量与累积流量：瞬时：v m q q ρ= 累积：v m Q Q ρ=（ρ为流量密度）标准状态下的体积流量：n v n m vn /q /q q ρρρ==（n ρ为标准状态下气体密度）9.典型流量检测仪表有容积式流量计、速度式流量计、直接式质量流量计。
第1章（P15）1、基本练习题（1）简述过程控制的特点。
Q：1）系统由被控过程与系列化生产的自动化仪表组成；2）被控过程复杂多样，通用控制系统难以设计；3）控制方案丰富多彩，控制要求越来越高；4）控制过程大多属于慢变过程与参量控制；5）定值控制是过程控制的主要形式。
（2）什么是过程控制系统？试用框图表示其一般组成。
Q：1）过程控制是生产过程自动化的简称。
它泛指石油、化工、电力、冶金、轻工、建材、核能等工业生产中连续的或按一定周期程序进行的生产过程自动控制，是自动化技术的重要组成部分。
过程控制通常是对生产过程中的温度、压力、流量、液位、成分和物性等工艺参数进行控制，使其保持为定值或按一定规律变化，以确保产品质量和生产安全，并使生产过程按最优化目标自动进行。
2）组成框图：（3）)单元组合式仪表的统一信号是如何规定的？Q：各个单元模块之间用统一的标准信号进行联络。
1）模拟仪表的信号：气动0.02~0.1MPa、电动Ⅲ型：4~20mADC或1~5V DC。
2）数字式仪表的信号：无统一标准。
（4）试将图1-2加热炉控制系统流程图用框图表示。
Q：是串级控制系统。
方块图：（5）过程控制系统的单项性能指标有哪些？各自是如何定义的？Q：1）最大偏差、超调量、衰减比、余差、调节时间、峰值时间、振荡周期和频率。
2）略（8）通常过程控制系统可分为哪几种类型？试举例说明。
Q：1）按结构不同，分为反馈控制系统、前馈控制系统、前馈-反馈复合控制系统；按设定值不同，分为定值控制系统、随动控制系统、顺序控制系统。
2）略（10）只要是防爆仪表就可以用于有爆炸危险的场所吗？为什么？Q：1）不是这样。
2）比如对安全火花型防爆仪表，还有安全等级方面的考虑等。
（11）构成安全火花型防爆系统的仪表都是安全火花型的吗？为什么？Q：1）是。
2）这是构成安全火花型防爆系统的一个条件。
2、综合练习题（1）简述图1-11所示系统的工作原理，画出控制系统的框图并写明每一框图的输入/输出变量名称和所用仪表的名称。
前言+第一章1、自动化仪表：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，自动化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。
2、过程控制仪表包括：检测仪表、调节仪表（也叫控制器）、执行器，以及可编程调节器等各种新型控制仪表及装置。
3、过程控制系统的主要任务是：对生产过程中的重要参数（温度、压力、流量、物位、成分、湿度等）进行控制，使其保持恒定或按一定规律变化。
4、标准信号制度：国际电工委员会规定：过程控制系统的模拟标准信号为直流电流4-20mA，直流电压1-5V。
我国DDZ型仪表采用的标准信号：DDZ-Ⅰ型和DDZ-Ⅱ型仪表：0-10mA。
DDZ-Ⅲ型仪表：4-20mA。
5、我国的DDZ型仪表采用的是直流电流信号作为标准信号。
6、采用电流信号的优点：电流不受传输线及负载电阻变化的影响，适于远距离传输。
动单元组合仪表很多是采用力平衡原理构成，使用电流信号可直接与磁场作用产生正比于信号的机械力。
对于要求电压输入的受信仪表和元件，只要在回路中串联电阻便可得到电压信号。
7、采用直流信号的优点：a.直流信号传输过程中易于和交流感应干扰相区别，且不存在移相问题；b.直流信号不受传输线中电感、电容和负载性质的限制。
8、热电偶是以热电效应为原理的测温元件，能将温度信号转换成电势信号（mV）。
特点：结构简单、测温准确可靠、信号便于远传。
一般用于测量500～1600℃之间的温度。
9、热电偶的测温原理：将两种不同的导体或半导体连接成闭合回路，若两个连接点温度不同，回路中会产生电势。
此电势称为热电势，并产生电流。
10、对于确定的热电偶，热电势只与热端和冷端温度有关。
11、热电偶的基本定律:均质导体定律、中间导体定律、中间温度定律。
12、热电阻：对于500℃以下的中、低温，热电偶输出的热电势很小，容易受到干扰而测不准。
过程控制与自动化仪表教学设计背景介绍过程控制与自动化仪表主要用于工业领域中的自动化生产控制过程中，通过仪表测量和控制来实现生产自动化管理。
因此该领域的人才非常稀缺，且在目前的技术变革中，亟需培养更多实践操作的专业人才。
据此，我们开始进行过程控制与自动化仪表课程设计。
教学目标•理解过程控制的基本概念和原理；•掌握自动化仪表的结构和原理；•学习使用自动化仪表的技术方法和步骤；•培养学生自我学习和实践操作的能力。
课程内容•过程控制基础知识介绍：包括过程控制定义、分类、控制对象、控制系统、反馈控制等基础知识；•仪表基础知识介绍：包括仪表的分类、特点、结构、使用说明以及校验方法等基础知识；•传感器与执行机构：包括传感器原理、类型、特点以及执行机构原理、构造和使用等；•仪表信号处理技术：涵盖传感器输出信号处理、信号调理与放大、数字化技术原理以及信号调制和变换等；•自动化控制：详细介绍闭环控制、开环控制、PID控制、自适应控制等方法和工业控制的核心技术。
教学方式本课程采取“理论学习+实验操作”相结合的教学方式，前期讲授理论知识，后期进行实验操作。
特别是在实验操作中，通过让学生使用仪器设备进行实际工作，提高学生的实践操作能力、分析问题的能力和创新思维。
课程评估方式•实验报告，记录实验操作过程中发现的问题和解决方案；•课堂小测验，测试学生对理论知识的掌握程度；•过程考核，考核学生对自动化仪表的掌握程度；•期末成绩，由理论考试和实验操作综合评估得出。
总结过程控制与自动化仪表已经成为现代工业生产的重要组成部分，通过本课程培养出高素质、应用型人才至关重要。
因此我们将不断完善课程内容和教学方法，全面提升学生成为实践操作的掌握者和优秀的自动化生产专业人才。
自动化仪表与过程控制课程设计引言自动化是现代科学技术的重要分支之一，是制造业和生产过程中提高企业自动化水平的重要手段。
而在自动化过程中，仪表的作用愈发重要，是自动化控制的重要组成部分。
因此，在工科专业中，自动化仪表与过程控制课程的设计至关重要。
本文将介绍一份适用于大学本科工科专业的自动化仪表与过程控制课程设计，主要针对课程设置、课程内容及教学方法进行说明。
课程设置本课程适用于大学自动化、机电、电子等工科专业及相关专业的本科生。
设置为必修课程。
课时数：64学时，分为48学时的理论课和16学时的实验课。
课程内容第一章仪表基础知识1.1 仪表的定义及分类1.2 量的概念1.3 误差及其类型1.4 仪表的精度1.5 温度补偿技术1.6 信号变换与传输第二章传感器2.1 传感器的概述2.2 压力传感器2.3 温度传感器2.4 液位传感器2.5 光电传感器2.6 传感器的选择和应用第三章过程控制基础3.1 进程控制的基本概念3.2 线性控制系统3.3 非线性控制系统3.4 离散控制系统3.5 工艺数学模型3.6 控制系统的组成要素第四章模拟控制技术4.1 信号的超前/滞后、反向作用及校正4.2 模拟控制系统的组成4.3 PID控制器4.4 模拟控制器的调节4.5 工业过程控制的典型应用第五章数字控制技术5.1 数字控制系统的组成5.2 采样定理及信号处理5.3 数字控制器5.4 数字化控制系统的参数调节5.5 数字化控制器的应用第六章实验6.1 传感器基本实验及性能测试6.2 测量实验6.3 PID控制实验6.4 数字化控制实验教学方法本课程采用理论授课与实验相结合的教学方法。
理论授课重点讲解基础理论知识，注重理论与实际应用的结合，引导学生了解自动化及仪表测控原理，为后续应用理论打下基础。
实验课重点围绕课程内容，从器件的使用、检测及调整、故障分析与处理等角度进行讲解，让学生实际操作并获得实际经验。
在平时教学过程中，老师应设置互动环节，引导学生思考、发问、交流，以达到更好的教学效果。
自动化仪表与过程控制课程设计课程背景自动化仪表与过程控制是现代工业制造过程中不可或缺的技术手段之一。
通过自动化仪表和过程控制技术，可以实现工业制造过程的自动控制和优化，提高工业生产效率和产品质量。
本课程旨在通过理论讲解和实际操作，让学生了解自动化仪表和过程控制的相关概念、原理和应用，并通过课程设计的实践环节，培养学生的自主探究能力和技术应用能力。
课程设计目标本次自动化仪表与过程控制课程设计的目标是让学生了解PID控制器的基本原理和应用，通过选定的温度控制实验任务，进行自主开发和设计，了解PID控制器在工业生产过程中的重要性。
课程设计内容本次课程设计主要分为理论部分和实习部分两个环节，其中理论部分主要介绍PID控制器的基本概念、工作原理、控制参数的选取方法等，实习部分则是让学生通过选定的温度控制实验，进行自主开发和设计，加深对PID控制器的了解和应用技能。
理论部分第一部分：PID控制器概述主要介绍PID控制器的基本概念、工作原理、特点和常见应用场景。
第二部分：PID控制器的工作原理详细讲解PID控制器的控制过程和控制原理，并了解三个参数的具体含义，分析如何选择最佳控制参数。
第三部分：PID控制器参数调节方法介绍PID控制器参数调节的方法和技巧，并通过实例讲解如何选择合适的控制参数。
第四部分：PID控制器应用案例通过实际案例介绍PID控制器的应用场景和效果。
实习部分第一部分：实验背景和目的介绍本次温度控制实验的背景和目的，指导实验参与者明确实验任务和要求。
第二部分：实验方案设计通过实验方案设计，让学生了解自动控制和过程控制的实际应用场景，在实践中学习PID控制器的具体应用。
第三部分：实验过程操作指导学生进行实验操作，加深对PID控制器的理解和掌握控制技能。
第四部分：实验结果分析让学生自行进行实验结果分析，掌握数据处理和实验结果分析的方法和技巧，加深对PID控制器的理解和应用技能。
总结通过本次自动化仪表与过程控制课程设计，让学生从理论到实践，深入了解了PID控制器的基本原理和应用，加强了对自动化仪表和过程控制技术的理解和应用，为学生的未来工业生产控制探索奠定了扎实的技术基础。
第一章1、不设反馈环节的，称为开环控制系统；设有反馈环节的，称为闭环控制系统。
2、开环控制是最简单的一种控制方式。
它的特点是，仅有从输入益到输出端的前向通路，而没有从输出端到输入端的反馈通路。
3、开环控制系统的特点是：操纵情度取决于组成系统的元器件的精度，因此对元器件的要求比较高。
4、开环控制系统普通是根据经验来设计的。
5、为了实现系统的自动控制,提高控制精度，可以改变控制方法，増加反馈回路来构成闭环控制系统。
6、系统的输岀量通过测量变送元件返回到系统的输入端，并和系统的输入量作比较的过程就称反馈。
7、如果输入量和反馈量相减则称为负反馈；反之若二者相加，则成为正反馈。
8、闭环控制系统的自动控制或者自动调节作用是基于输出信号的负反馈作用而产生的，所以经典控制理论的主要研究对象是负反馈的闭环控制系统，研究目的是得到它的普通规律，从而可以设计岀符合要求的、满足实际需要的、性能指标优良的控制系统。
9、由人工来直接进行的控制称为人工控制。
10、人在控制过程中起到了祖测、比较、判断和控制的作用，而这个调基过程就是n栓测偏差、纠正偏差”的过程。
11、液位变送器代替玻璃管液位计和人眼；控制器代替人脑；调节阀代替人手。
过程控制系统普通由自动化装置及生产装置两部份组成。
生产装置包括：被控对象；自动化装置包括：变送器，控制器，执行器。
12、系统的各种作用虽:①被控变量②设定值③测量值④控制变量⑤扰动量⑥偏差13、在生产过程中,如果要求控制系统使被控变量保持在一个生产指标上不变，或者说要求工艺参数的设定值不变，则将这种控制系统称为定值控制系统。
14、该定值是一个未知变化虽的控制系统称为随动控制系统,又称为自动跟踪系统。
15、程序控制系统的设定直也是变化的，但它是时间的已知函致，即頑定直按一定的时间顺序变化。
16、过程控制系统有两种状态:①系统的稳态②系统的动态。
17、过程控制系统从一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程称为过程控制系统的过渡过程。
过程控制与自动化仪表1. 引言过程控制与自动化仪表是现代工业生产中不可缺少的一部分，它们在监测、控制和优化工业过程中起着重要的作用。
过程控制与自动化仪表技术的应用可以提高工业生产的效率、质量和安全性，减少人力资源的消耗，实现工业自动化。
本文将介绍过程控制与自动化仪表的基本概念、发展历程以及在工业生产中的应用。
同时还会讨论一些常见的过程控制与自动化仪表的类型和工作原理，以及它们在不同行业中的具体应用案例。
2. 过程控制与自动化仪表基本概念过程控制与自动化仪表是指一系列用于监测、控制和调节工业过程的设备和系统。
它们可以通过测量和分析过程变量，控制工艺参数并实现自动化控制。
通过使用合适的传感器、执行器和控制算法，可以实现对工业过程的精密控制和优化。
过程控制与自动化仪表主要由以下几个组成部分构成：•传感器：用于测量各种物理量，如温度、压力、流量等；•控制器：根据传感器测量值和设定值进行逻辑运算，生成控制信号；•执行器：接收控制信号，并执行相应的动作，如开关、阀门等；•监控系统：用于监视和记录工业过程中的各种参数和状态；•人机界面：提供工业过程的可视化显示和人机交互界面。
3. 过程控制与自动化仪表的发展历程过程控制与自动化仪表的发展可以追溯到工业革命时期。
在工业革命之前，工业生产主要依靠人工操作，效率低下且易出错。
随着机械设备和工业化的发展，工业生产越来越复杂，对自动化控制的需求也越来越迫切。
20世纪初，工程师们开始研究和开发过程控制与自动化仪表技术。
最早的控制系统是基于机械和电气设备的。
随着电子技术的发展，电子仪表逐渐取代了机械仪表，实现了对工业过程更加精确的控制。
到了20世纪中叶，随着计算机技术的进一步发展，数字化控制系统开始应用于工业生产。
数字化控制系统通过采集和处理大量数据，实现了对工业过程的智能化控制，并提高了系统的可靠性和稳定性。
近年来，随着互联网和物联网技术的快速发展，过程控制与自动化仪表也越来越趋向于网络化和智能化。
过程控制与自动化仪表第三版课程设计一、设计背景与意义随着现代工业的飞速发展，过程控制与自动化仪表的应用在工业生产中变得越来越普遍，技术的更新换代也要求掌握这方面的知识是现代化生产必不可少的一部分。
因此，针对这一需求，我们决定设计一门《过程控制与自动化仪表》的课程，以培养具备相关专业知识和技能的工程技术人才。
二、课程设计思路本课程设计以国内外先进课程为基础，紧密结合国内过程控制与自动化仪表行业的需求，和学生们的实际情况，制定一套科学系统的教学计划，通过理论讲解、案例分析和实践操作等形式，培养学生的实际操作能力和分析问题的能力，让学生们逐步了解和掌握过程控制和自动化仪表的原理和设计方法，推动他们在今后的学习和工作中不断提高。
三、课程教学内容1. 过程控制基础通过本章节的学习，学生们将了解控制系统的概念，基本组成部分和基本控制原理，学习一些过程控制的基本概念，如静态误差、动态响应等，同时引入PID控制，让学生们初步了解和掌握PID调节器。
2. 自动化仪表本章节主要介绍自动化仪表的原理和设计方法，包括温度测量、压力测量、流量测量等，让学生们通过理论学习和实验操作来了解仪表参数和调整方法，同时也重点讲解了仪表的灵敏度和稳定性等相关问题。
3. 控制器的选型通过本章节的学习，学生们将了解到不同的控制器类型和特点，如PID控制器、模糊控制器、自适应控制器等，让学生们了解如何根据实际情况选择合适的控制器。
4. 控制系统的设计在本章节中，我们将介绍控制系统的设计流程，包括控制系统的选型，系统参数的确定和控制策略的选择等，同时也通过实例讲解如何设计一个完整的控制系统，让学生们学以致用。
四、教学方法与考核本课程采用理论授课和实验实践相结合的教学方法，采用小组讨论、案例分析和实验操作等方式进行教学。
期末考核由理论考核和实验实践考核两部分组成，其中理论考核占40分，实验实践考核占60分。
五、师资队伍本课程的教学团队由多位有丰富教学经验、掌握核心技术的工程师和教授组成，他们将会为学生们提供最专业的指导，让学生们掌握更多新的知识。
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。
第一章绪论1、过程控制概述过程控制是生产过程自动化的简称。
它泛指石油、化工、电力、冶金、核能等工业生产中连续的或按一定周期程序进行的生产过程自动控制，是自动化技术的重要组成部分。
在现代工业生产过程自动化中，过程控制技术可实现各种最优的技术经济指标、提高经济效益和劳动生产率、节约能源、改善劳动条件、保护环境卫生等方面起着越来越大的作用。
过程控制通常是对生产过程中的压力、液位、流量、温度、PH值、成分和物性等工艺参数进行控制，使其保持为定值或按一定规律变化，以确保产品质量和生产安全，并使生产过程按最优化目标自动尽行。
2、过程控制的特点（1）系统由被控过程和检测控制仪表组成；（2）被控过程复杂多样，通用控制系统难以设计；（3）控制方案丰富多彩，控制要求越来越高；（4）控制过程大多属于慢变过程与参量控制；（5）定值控制是过程控制的主要形式。
3、过程控制的要求与任务要求：（1）安全性：针对易燃易爆特点设计；参数越线报警、链锁保护；故障诊断，容错控制。
（2）稳定性：抑制外界干扰，保证正常运行。
（3）经济性：降低成本提高效率。
掌握工艺流程和被控对象静态、动态特性，运用控制理论和一定的技术手段（计算机、自动化仪表）设及合理系统。
任务：指在了解、掌握工艺流程和被控过程的静态与动态特性的基础上，应用控制理论分析和设计符合上述三项要求的过程控制系统，并采用适宜的技术手段（如自动化仪表和计算机）加以实现。
4、过程控制的功能测量变送与执行功能；操作安全与环境保护功能；常规控制与高级控制功能；实时优化功能；决策管理与计划调度功能。
5、过程控制系统的组成被控参数（亦称系统输出）y(t)：被控过程内要求保持稳定的工艺参数；控制参数（亦称操作变量控制介质）q(t)：使被控参数保持期望值的物料量或能量；干扰量f(t)：作用于被控过程并引起被控参数变化的各种因数；设定值r(t)：与被控参数相对应的设定值；反馈值z(t)：被控参数经测量变送后的实际测量值；偏差e(t)：设定值与反馈值之差；控制作用u(t)：控制器的输出值。
6、过程控制系统的分类（1）按结构分类：a.反馈控制系统：是将系统的输出量反馈到输入端构成闭合回路，所以也称为闭环控制系统。
是根据系统被控量与给定位的偏差进行工作的，最后达到消除或减小偏差的目的。
b.前馈控制系统：直接根据扰动量的大小进行工作的，扰动是控制的依据。
不构成闭合回路，故也称为开环控制系统。
c.前馈-反馈复合控制系统：前馈控制的主要作用是及时地克服主要干扰对被控量的影响，反馈控制则负责检查控制的最终效果。
（2）按设定值分类：a.定值控制系统；b.随动控制系统；c.顺序控制系统。
7、过程控制系统的性能指标当设定值发生变化或受到外界干扰时，要求被控量能平稳、迅速和准确地趋近或回复到设定值。
因此，通常在稳定性、准确性和快速性三个方面提出各种单项性能指标和综合性能指标。
（1）单项性能指标：a.衰减比n ：是衡量系统振荡过程衰减程度的指标，它定义为两个相邻的，同向波峰值之比，即21n B B =，衡量衰减程度的另一指标是衰减率，它定义为一个周期后波动幅度衰减的程度，即121B B B -=ϕ。
b.最大动态偏差A 和超调量σ：最大动态偏差是指在设定值阶跃响应中，系统过渡过程的第一个峰值超出稳态值的幅度。
最大动态偏差占被控量稳态值的百分比成为超调量，即%100)()()(y ⨯∞∞-=y y t p σ 。
对于二阶振荡系统，超调量σ与衰减比n 有单值对应关系，即%100n1⨯=σ。
c.残余偏差：是指过渡过程结束后，被控量新的稳态值)(∞y 与设定值r 之间的差值，它是控制系统的稳态指标，即)()(∞-=∞y r e ，在定值控制系统中，由于r=0，从而有)()(∞-=∞y e 。
d.调节时间ts 、峰值时间tp 和振荡频率：调节时间是指系统从干扰开始到被控量进入新稳态值的±5% （或±2%）范围内所需要的时间。
峰值时间是指系统从干扰开始到被控量达到最大值时所需要的时间。
它们均是衡量控制系统快速性的重要指标。
（2）综合性能指标：a.偏差绝对值积分IAE b.偏差平方积分ISE c.偏差绝对值与时间乘积积分ITAE d.时间乘偏差平方积分ITSE8、自动化仪表的分类（1）按安装场地分：现场类仪表（一次仪表）、控制室类仪表（二次仪表）； （2）按能源形式分：气动控制仪表、电动控制仪表、液动控制仪表 （少）；（3）按信号形式分：模拟式仪表、数字式仪表；（4）结构形式分：基地式仪表、单元组合式仪表、组装式仪表、集中/分散式仪表。
9、单元组合式仪表单元组合式仪表是根据控制系统各组成环节的不同功能和使用要求制成的模块化仪表（称为单元）的总称。
各个单元模块之间用统一的标准信号进行联络。
有电动单元组合仪表(DDZ 型)和气动单元组合仪表(QDZ 型)两大类型。
单元组合仪表分为：变送单元、给定单元、控制单元、执行单元、转换单元、运算单元、显示单元和辅助单元。
其中，变送单元是将各种被测参数，如温度、压力、流量、液位、成分等物理量的大小变换成统一标准测量信号传送给指示、记录和控制装置等。
10、模拟仪表的信号制模拟仪表的信号可分为气动仪表的模拟信号和电动仪表的模拟信号。
气动仪表的输入/输出模拟信号统一使用0.02M Pa ---0.1M Pa 的气压信号。
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、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。
按IEC 规定，过程控制系统的模拟直流电流信号为4~20mA （II 型为0~10mA ）DC ，负载电阻为250Ω；模拟直流电压信号为1~5V DC 。
我国的DDZ -III 型电动单元组合仪表也采用了这一国际统一信号标准。
第二章 过程参数的检测与变送1、检测仪表过程参数检测仪表通常由传感器和变送器组成。
（1）传感器：国标《GB7665-87》规定：“能感受规定的被测量，并按照一定的规律将其转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。
（2）变送器：将输出信号变成统一标准信号的传感器。
早期的统一标准信号有0~10mA DC 的模拟电流信号、0~2V DC 的模拟电压信号和20~100kPa 的模拟气压信号等（II 型标准）。
目前统一国际标准信号即各仪表之间的通信协议：4~20mA 、1～5V 、数字信号。
2、检测误差（1）真值：即被测物理量的真实（或客观）取值。
（2）最大绝对误差：仪表的实测示值x 与“真值”xa 的最大差值，记为∆，即a x -x =∆。
（3）相对误差（或标称相对误差）：%)100%(100'⨯∆=⨯∆=x x a δδ。
（4）引用误差：引用误差是仪表中通用的一种误差表示方法，它是相对仪表满量程的一种误差，一般也用百分数表示，记为γ，即%100m in m ax ⨯-∆=x x γ。
（5）基本误差：指仪表在国家规定的标准条件下使用时所出现的误差。
使用标准：交流220V ±5％、电网频率（50±2）Hz 、环境温度（20±5）℃、湿度（65±5）％。
（6）附加误差：指仪表的使用条件偏离了规定的标准条件所出现的误差。
（温度附加、频率附加、电源电压附加）3、检测误差的规律性（1）系统误差：对同一被测参数进行多次重复测量时，按一定规律出现的误差。
克服系统误差的办法是利用负反馈结构。
（2）随机误差或统计误差。
（3）粗大误差（疏忽误差），应先判断其存在否，再将其剔除。
4、仪表的固有特性及性能指标（1）精确度及其等级：仪表的精确度（简称精度）是仪表检测误差的一种工程表示，是用来衡量仪表测量结果可靠性程度最重要的指标。
当仪表的测量范围一定，最大绝对误差越小，则最大引用误差也越小，仪表的精度就越高；同样，当仪表的最大绝对误差一定，测量范围越大，则最大引用误差就越小，仪表的精确度就越高。
因此，用仪表的最大引用误差来度量仪表的测量精度是科学的、合理的。
度量办法：去掉最大引用误差中的“±”和“％”表示：0.001级、0.005级、0.02级、0.05级、0.1级、0.2级、0.4级、0.5级、1.0级、1.5级、2.5级。
等级数越小，精度越高。
（2）非线性误差：%100min max max⨯-∆=x x f f δ，其中fmax ∆为实际测得的输入/输出特性曲线与理论直线之间的最大偏差。
（3）变差：指在外界条件不变的情况下，使用同一仪表对被测参数在测量范围内进行正、反方向（即逐渐由小到大或逐渐由大到小）测量时所产生的最大差值bm ax ∆与仪表测量范围之比的百分数，记为b δ，即%100m in m ax m ax ⨯-∆=x x b b δ。
（4）灵敏度与分辨力：灵敏度是指仪表输出量的增量y ∆与引起输出增量的输入增量x ∆的比值，即xy s ∆∆=。
分辨力又称灵敏限，是指仪表输出能响应和分辨输入的最小变化量，数字显示仪表变化一个二进制最低有效位时输入的最小变化量。
（5）漂移：时漂（随时间变化出现的漂移）与温漂（随温度变化出现的漂移）。
（6）动态误差：指被测参数在干扰作用下处于变动状态时仪表的输出值与参数实际值之间的差异。
5、检测仪表的工作特性（1）工作特性：m in m in m in m ax m in m ax )(y x x x x y y y +-⨯--=。
（2）零点调整与迁移：零点是指被测参数的下限值m ax x ，而使m ax x =0的过程称为“零点调整”；使0max ≠x 的过程称为“零点迁移”。
（3）量程调整：量程是指与检测仪表规定的输出范围相对应的输入范围，量程调整是指在零点不变时将输出上限值与输入上限值相对应。
6、变送器的构成原理由于传感器的输出信号种类多且比较微弱，所以必须由变送器将其转换成统一标准信号。
其分为模拟式变送器和数字式变送器。
7、四线制和二线制传输方式8、温度检测方法从测温元件与被测介质接触与否可分为接触式测温和非接触式测温两大类。
9、接触式测温 10、热电阻的接线方式接线方式有二线制、三线制和四线制三种。
二线制中引线电阻对测量影响大，用于测温精度不高的场合。
三线制可以减小热电阻与测量仪表之间连接导线的电阻因环境温度变化所引起的测量误差。
四线制可以完全消除引线电阻对测量的影响，用于高精度温度检测。
11、热电偶及其测温原理热电偶的测温原理是基于热电效应，即只要热电偶两端的温度不同，则在热电偶闭合回路中就产生热电动势，这种现象就成为热电效应。
热电偶回路中的热电势由接触电动势和温差电动势（很小，一般不考虑）两部分组成。
12、非接触式测温（1）常用元件及共性：高温辐射温度计、低温辐射温度计、光电温度计。
