过程控制与自动化仪表(压力和流量检测仪表)

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。

第一章1.自动化仪表：负责对被控过程的工艺参数进行自动测量、自动监视和自动控制2.结构不同的控制系统：反馈/前馈控制系统、前馈-反馈复合控制系统3.设定值作阶跃变化时的过渡过程特性衰减比：超调量：4.综合性能指标：只适用于衰减、无静差系统5.自动化仪表分类：（1）安装场地分：现场类/控制室类仪表；（2）能源形式分：液动、气动和电动，一般用电动和气动；（3）信号类型分：模拟式和数字式；（4）结构形式分：基地式/单元组合式仪表6.模拟仪表的信号制：气动仪表/电动仪表的模拟信号；气动仪表的输入/输出使用0.02-0.1MPa的模拟气压信号；电动仪表采用直流电流和直流电压作为统一标准信号，模拟直流信号为4-20mA DC，负载电阻为250Ω，模拟直流电压信号为1-5V DC7.电动仪表采用直流集中供电的优点是：(1)每块仪表省去了各自的电源变压器、整流及稳压部分，缩小了仪表体积，减轻了重量，降低了温升；（2）便于采用备用电源，增强了防停电能力；（3）仪表内部不存在220V交流电，为仪表的安全防爆创造了必要条件8.气动/液动仪表具有本质安全防爆性能；传统安全防爆仪表是把可能产生危险火花的电路从结构上与爆炸气体隔离开来，属于结构型防爆，安全火花型防爆则具有本质安全防爆性能9.安全火花型防爆等级：电压限制在30V DC；DDZ-Ⅲ型压力变送器等级标志为H Ⅲe，表示30V DC，内部电流限制在70mA DC以下，表面温度低于100℃第二章10.检测仪表是过程控制系统的重要组成部分，系统的控制精度首先取决于检测仪表的检测精度，检测仪表的基本特性和各项性能指标又是权衡检测精度的基本要素11.变送器是将输出信号变成标准信号的传感器12.检测误差：检测仪表的测量值与被测物理量的真值之间的差值13.检测仪表的基本特性：固有/工作特性，固有特性是确定其性能指标的依据14.仪表的精准度一般不宜用绝对误差和相对误差来表示，由最大引用误差来度量，根据引用误差的定义，仪表的精准度不仅与它的绝对误差有关，而且还与它的测量范围有关；按照这种度量方法，当仪表的测量范围一定，最大绝对误差最小，则最大引用误差也越小，仪表的精准度越高15.科学实验用的仪表精度等级数小于0.05，DDZ-Ⅲ型仪表精度等级为0.516.具有零点迁移、量程调整功能的仪表使它的使用范围得到了扩大，并增加了它的适用性和灵活性17.电动模拟式变送器一般采用四线制或二线制方式传输电源和输出信号；数字式变送器则采用双向全数字二线制传输方式，目前广泛采用HART协议通信方式18.HART协议：在4-20mA DC基础上叠加幅度为±0.5mA的不同频率的正弦调制波作为数字信号，1200Hz频率代表逻辑“1”，2200Hz频率代表逻辑“0”，传输速率为1200bit/s19.温度检测方法：（1）接触式测温：热电阻<500℃，铜/铂电阻，热电偶500℃-2000℃；非接触式测温>2000℃20.热敏电阻按温度系数分为：负温度系数（NTC）型，正温度系数（PTC）型和临界温度系数（CTB）型21.热电偶测温原理：（1）将两种材质不同的导体或半导体A、B链接成闭合回路就构成热电偶；（2）热电偶基于热电效应，热电偶两端温度不同；（3）则在热电偶闭合回路中产生热电动势22.热电偶：（1）若组成热电偶的电极材料相同，总热电动势总为零；（2）若冷热两端的温度相同，则总热电动势总为零；（3）热电偶的热电动势与冷热两端的温度和电极材料有关23.热电偶的第三导体定律：热电偶回路中接入第三种导体时，只要第三导体的两个接点温度相同，回路中热电动势值不变24.冷端延伸与等值替换原理：制作热电偶的热电材料价格昂贵，不可能将热电偶的电极做得很长，结果导致冷端温度受被测温度的影响较大而不断变化，工程上常用专用的“补偿导线”与热电偶的冷端相连，补偿导线是由两根不同性质的廉价金属线制成的25.冷端温度校正常用查表校正法和电桥补偿法26.热电偶具有测温精度高、在小范围线性度与稳定性好、测温范围宽（500-2000℃）、响应时间快等优点，因此在工业生产过程中应用非常广泛27.压力的概念：压差Δp，绝对压力Pabs，表压Pg，负压Pv；一般压力仪表所指示的压力即为表压或真空度28.流量：在工程上，常把单位时间内流过工艺管道某截面的流量数量成为瞬间流量，而把某一段时间内流过工艺管道某截面的流量总量称为累积流量29.流量的检测方法：（1）体积流量检测法，（2）质量流量检测法=4nV，n为齿轮转速，V为月牙腔体30.典型流量检测仪表：（1）容积式流量计qv积。

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。

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。

第2章 思考题与习题1．基本练习题（1）简述过程参数检测在过程控制中的重要意义以及传感器的基本构成。

答：1）过程控制通常是对生产过程中的温度、压力、流量、成分等工艺参数进行控制，使其保持为定值或按一定规律变化，以确保产品质量的生产安全，并使生产过程按最优化目标进行。

要想对过程参数实行有效的控制，首先要对他们进行有效的检测，而如何实现有效的检测，则是有检测仪表来完成。

检测仪表是过程控制系统的重要组成部分，系统的控制精度首先取决与检测仪表的精度。

检测仪表的基本特性和各项性能指标又是衡量检测精度的基本要素。

2）传感器的基本构成：通常是由敏感元件、转换元件、电源及信号调理/转换电路组成。

（2）真值是如何定义的？误差有哪些表现形式？各自的意义是什么？仪表的精度与哪种误差直接有关？答：1）真值指被测物理量的真实（或客观）取值。

2）误差的各表现形式和意义为：最大绝对误差：绝对误差是指仪表的实测示值x 与真值a x 的差值，记为Δ，如式（2‐1）所示：a Δx x =- （2-1）相对误差：相对误差一般用百分数给出，记为δ，如式（2‐2）所示：aΔδ100%x =⨯（2-2） 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，如式（2‐3）所示：max minΔγ100%x x =⨯- （2-3）式中，max x 仪表测量范围的上限值；min x 仪表测量范围的下限值。

基本误差：基本误差是指仪表在国家规定的标准条件下使用时所出现的误差。

附加误差 附加误差是指仪表的使用条件偏离了规定的标准条件所出现的误差。

3) 仪表的精度与最大引用误差直接有关。

（3）某台测温仪表测量的上下限为500℃~1000℃，它的最大绝对误差为±2℃，试确定该仪表的精度等级；答：根据题意可知：最大绝对误差为±2℃则精度等级%4.0%1005002±=⨯±=δ所以仪表精度等级为0.4级（4）某台测温仪表测量的上下限为100℃~1000℃，工艺要求该仪表指示值的误差不得超过±2℃，应选精度等级为多少的仪表才能满足工艺要求？答：由题可得：仪表精度等级至少为0.001级。

过程控制与自动化仪表培训课件
1. 介绍
过程控制与自动化仪表是现代工业中的重要组成部分。

它涉及到测量、控制和监控工艺过程中的各种参数和变量。

本课程旨在向学习者介绍过程控制与自动化仪表的基本概念、原理和应用。

2. 仪表分类
2.1 按测量对象分类
•压力仪表
•温度仪表
•流量仪表
•液位仪表2.2 按信号形式分类
•模拟仪表
•数字仪表2.3 按用途分类
•测量仪表
•控制仪表
•监控仪表
3. 仪表基本原理3.1 传感器原理
•电阻传感器
•压阻传感器
•热敏传感器
•光电传感器3.2 信号处理原理
•放大器
•滤波器
•数字转换器
4. 过程控制基础知识4.1 反馈控制系统
•控制回路结构
•比例控制器
•积分控制器
•微分控制器
•PID控制器4.2 前馈控制系统
•开环控制
•前馈补偿
4.3 多变量控制系统
•多变量控制策略
•协调控制
5. 仪表校准与维护5.1 校准方法
•在场校准
•标准器校准
5.2 维护与保养
•仪表保养
•故障排除
6. 实际应用案例
6.1 汽车制造业
•车身焊接过程控制
•质量检测仪表
6.2 化工行业
•反应过程控制
•温度、压力、流量仪表
6.3 电力行业
•发电机控制系统
•输电线路监控仪表
7. 总结
过程控制与自动化仪表是现代工业中不可或缺的一部分。

通过本课程的学习，希望学习者能够掌握仪表的基本原理和应用，并能在实际工作中灵活运用。

欢迎大家提问和讨论，共同进步！。

1, 测量温度的方法：接触式，非接触式。

2, 热电偶：当两种不同导体货半导体连接成闭合回路时，若两个节点温度不同，回路中就会出现热电动势并产生电流。

3, 第三导体定律：除热电偶A, B两种导体外，又插入第三种导体C组合成闭合回路，只要插入的第三种导体的两个接点温度相等，它的接入对回路毫无影响。

4, 测量某一点压力及大气压力之差，当这点的压力高于大气压力时，此差值称为表压。

5, 利用弹性元件受压产生变形可以测量压力。

常用的弹性测压元件有：弹簧管（常用）, 水纹管及膜片三类。

6, 流量检测仪表：节流式流量计(在管道中放入肯定的节流元件，依据节流元件的推力或在节流元件前后形成的压差测量)分为：压差, 靶式, 转子流量计。

7, 热导式气体分析仪是一种物理式的气体分析仪。

依据不同气体具有不同的热传导实力这一特性，通过测定混合气体的导热系数，推算出其中某些成分含量。

（0度时H2为7.150，He为7.150）8, 调整器的作用：把测量值和给定值进行比较，依据偏差大小，按肯定的调整规律产生输出信号，推动执行器，对生产过程进行自动调整。

9, 调整规律：他的输出量及输入量（偏差信号）之间具有什么样的函数关系。

10, 比例调整特点：对干扰有及时而有力的抑制作用，但存在静态误差，是一种静差调整。

11, 积分调整特点：能够消退静差，即当有偏差存在时积分输出将随时间变化，当偏差消逝时输出能保持在某一值上不变。

但动作过于缓慢，过渡过程时间长，易造成系统不稳定。

12, 微分调整器：能在偏差信号出现或变化瞬间，马上依据变化趋势，产生调整作用，是偏差尽快的消退于萌芽状态之中。

但对静态片差毫无抑制实力，不能单独运用。

13, 在PID三作用调整器中，微分作用主要爱用来加快系统动作速度，削减超调，克服震荡。

积分作用主要用来消退静态误差。

将比例, 积分, 微分三种调整规律结合在一起，即可达到快速灵敏，又可达到平稳精确，只要协作得当便可得到满足的调整效果。

《过程控制与自动化仪表》习题答案篇一：2012过程控制及其自动化仪表A卷参考答案：号学：名姓：级班业专装：院学安徽农业大学2011~2012学年第二学期试卷 (A卷)考试形式:闭卷笔试，2小时，满分100分适用专业:09电气一、单项选择题(共10小题，每小题2分，共20分)(注意：第一大题答案请写入下面的答题卡中)1、控制系统的反馈信号使得原来信号增强的叫做( B ) A、负反馈 B、正反馈 C、前馈2、某测温仪表范围为200~1000℃，根据工艺要求，温度指示值不允许超过±6℃，则应选仪表的精度等级为( A )A、级B、级C、级 3、常见的自动控制系统是一个( C )系统。

A、开环控制B、前馈控制C、反馈控制 4、积分作用可用来( A )A、消除余差B、克服纯滞后C、克服容量滞后 5、下列表达式中，表示比例积分调节规律的是( A ) A、?MV?K1p(DV?TDVdt)B、?MV?Kp(DV?TdDVD)C、?MV?KpDV I?dt6、压力表的测量使用范围一般为其量程的( A )处。

A、1/3~2/3B、1/37、常见的调节阀按其工作方式分有气动、电动和液动，其中加工、安装和维护工作量大，但动力强劲，常用于航空航天、矿山机械的是 ( C ) A、电动调节阀 B、气动调节阀 C、液动调节阀8、如图所示直通双座阀，下列表述正确的是( A )A、适于大压差场合B、不适于大管径场合C、泄漏量较小9、对象受到阶跃输入后，输出达到新的稳态值的％所需的时间，就是( B ) A、放大倍数 B、时间常数 C、纯滞后时间10、有些工艺对象不允许长时间施加较大幅度的扰动，在实验法建立其数学模型时应采用( B )A、阶跃响应曲线法B、方波响应曲线法C、最小二乘法二、判断题(共5小题，每小题2分，共10分)( ×)1、工业过程控制系统大部分是随动系统。

( ×)2、被调参数为温度的对象，时间常数和滞后都比较小。

《过程控制与自动化仪表》习题答案篇一：自动化仪表与过程控制课后答案自动化仪表与过程控制课后答案0-1自动化仪表是指哪一类仪表？什么叫单元组合式仪表？自动化仪表:是由若干自动化元件构成的，具有较完善功能的自动化技术工具单元组合式调节仪表: 由具有不同功能的若干单元仪表按调节系统具体要求组合而成的自动调节仪表0-2DDZ-II型与DDZ-III型仪表的电压,电流信号输出标准是什么？在现场与控制室之间采用直流电流传输信号有什么好处？ P5 第二段0-3什么叫两线制变送器？它与传统的四线制变送器相比有什么优点？试举例画出两线制变送器的基本结构,说明其必要的组成部分？ P5~60-4什么是仪表的精确度？试问一台量程为-100~100C,精确度为级的测量仪表,在量程范围内的最大误差为多少？一般选用相对误差评定，看相对百分比，相对误差越小精度越高 x/(100+100)=% x=1摄氏度1-1试述热电偶的测温原理,工业上常用的测温热电偶有哪几种？什么叫热电偶的分度号？在什么情况下要使用补偿导线？答：a、当两种不同的导体或半导体连接成闭合回路时，若两个接点温度不同，回路中就会出现热电动势，并产生电流。

b、铂极其合金，镍铬-镍硅，镍铬-康铜，铜-康铜。

c、分度号是用来反应温度传感器在测量温度范围内温度变化为传感器电压或电阻值变化的标准数列。

d、在电路中引入一个随冷端温度变化的附加电动势时，自动补偿冷端温度变化，以保证测量精度，为了节约，作为热偶丝在低温区的替代品。

1-2 热电阻测温有什么特点？为什么热电阻要用三线接法？答：a、在-200到+500摄氏度范围内精度高，性能稳定可靠，不需要冷端温度补偿,测温范围比热电偶低，存在非线性。

b、连接导线为铜线，环境温度变化，则阻值变，若采用平衡电桥三线连接，连线R使桥路电阻变化相同，则桥路的输出不变，即确保检流计的输出为被测温度的输出。

1-3说明热电偶温度变送器的基本结构，工作原理以及实现冷端温度补偿的方法。