第7章 成分自动检测仪表

第一位字母 被测变量
分析 电导率 密度 电压 流量 电流 时间或时间程序 物位 水分或湿度 压力或真空 数量或件数 放射性 速度或频率 温度 黏度 力 供选用 位置
后继字母 修饰词 功能
报警 控制（调节）
差 检测元件 比（分数） 指示 自动-手动操作器
积分、累积 安全
积分、累积 记录或打印 开关、联锁 传送 阀、挡板、百叶窗 套管 继动器或计算器 驱动、执行或未分类的终端执行机构
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）。
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第三节 过渡过程和品质指标
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。
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第二节 自动控制系统的方块图
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。
图7-6 自动控制系统方块图
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第二节 自动控制系统的方块图
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第三节 过渡过程和品质指标
五种重要品质指标之五
（5）震荡周期或频率
过渡过程同向两波峰（或波谷）之间的间隔时间叫振 荡周期或工作周期，其倒数称为振荡频率。在衰减比相同 的情况下，周期与过渡时间成正比，一般希望振荡周期短 一些为好。
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第三节 过渡过程和品质指标
举例
某换热器的温度控制系统在单位阶跃干扰作用下的过 渡过程曲线如下图所示。试分别求出最大偏差、余差、 衰减比、振荡周期和过渡时间（给定值为200℃）。

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§7-4 均匀控制系统
一、背景 例：多塔分离过程。 图中甲塔出料量即为乙塔进料量。甲塔需保持塔釜液位的稳定， 设计了液面控制系统；乙塔希望进料量保持不变，设计了流量控制 系统。
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当甲塔塔釜液位在干扰作用下上升时，液位控制发出信号 使阀1开大，从而使乙塔进料流量增加。于是乙塔流量控制 产生控制作用又使阀2关小，其结果会使甲塔液位升高，如 此下去，这两个控制系统始终在相互矛盾状态下工作。
第7章 复杂控制系统(续)
3 1 2 3 4 5 6 7 串级控制系统
比值控制系统
前馈控制系统 均匀控制系统
分程控制系统
选择性控制系统
多冲量控制系统
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§7-2 比值控制系统
一、概述 用来实现两个或两个以上物料之间保持一定比值关 系的控制系统，称为比值控制系统。
主流量
主流量：在保持比值关系的 两种物料中，一种物料处于 主导地位，称为主物料，又 称为主流量。 副流量：另一种物料按主物 料进行配比，称为从物料， 又称为副流量。
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§7.7 多冲量控制系统
冲量既变量的意思。多冲量控制系统，也就是多变量 控制系统。 例：锅炉给水系统控制 在锅炉的正常运行中，汽包水位是重要 的操作指标，给水控制系统的作用就是自 动控制锅炉的给水量，使其适应蒸发量的 变化，维持汽包水位在允许的范围内。 控制阀作用方式选择 保证锅炉安全（防止烧干）：选用气关阀 保证后续汽轮机安全（防止蒸汽带液）： 选用气开阀
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例：换热器前馈控制的工作原理
实线：前馈控制
TffC FT TC TT
虚线：反馈控制
进料流量波动
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换热器前馈控制原理： 当进料流量变化时，前馈控制器 根据输入信号运算后，输出控制信 号，相应改变阀门开度，使蒸汽量 变化，以补偿进料量F1对温度θ 2 的影响。 前馈控制过程： 图7-15 是进料量F1增加时，采 用前馈控制的补偿过程。 只要干扰通道和调节通道的特性 相匹配，则前馈控制完全有可能 抵消进料量的影响，使出口温度 稳定。可见，前馈控制实现了对 扰动的全补偿。

• 导致控制不及时，给系统带来严重的后 果，甚至造成事故。
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抗积分饱和的措施 （1）限幅法
通过一些专门的技术措施对积分反馈 信号加以限制，从而使控制器输出信号 被限制在工作信号范围之内。 （2）积分切除法
当控制器处于开环工作状态时，将控制 器的积分作用切除掉。
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第六节 分程控制系统
一、概述 在分程控制系统中，控制器的输出仍为
的基础上继续进行控制，因此对控制阀来说， 控制作用是连续的。
25Leabharlann 例：在大型合成氨工厂中，蒸汽锅炉采用的 是选择型控制系统
脱火现象
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连续性选择控制系统方块图
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3.混合型选择控制系统 混合型选择控制系统，既包含开关型选择 内容，又包含连续型选择内容。
脱火现象 回火现象
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三、积分饱和和防止
对于具有积分作用的控制器，当其处于开环工作台 下，由于偏差存在，控制器的输出会达到最大或者是 最小值，这时会产生积分饱和现象。
产生积分饱和的条件有三个： （1）控制器具有积分作用 （2）控制器处于开环工作状态，其输出没有送去执行 （3）控制器的输入偏差信号长期存在。
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积分饱和的危害
• 控制器处于积分饱和状态时，它的输出 将达到最大或最小的极限值，超出执行 器的有效输入信号范围；
• 当某个时刻重新被选择器选中，并不能 立即发挥作用，必须等它退出积分饱和 区；
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二、选择性控制系统的类型
1.开关型选择性控制系统 有A、B两个可供选择的变量，A变量是工
艺操作的主要指标，关系产品的质量或生 产效率；B变量工艺上对它只有一个限值要 求。
作为系统的限值保护。
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• 在乙烯分离过程中，裂解气经五段压缩后 其温度已达到88℃。为了进行低温分离， 必须将它的温度降下来，工艺要求裂解气 降到15℃左右。

（1）初期稳定特性； （2）响应复归特性； （3）灵敏度； （4）选择性； （5）时效性和互换性； （6）环境依赖性。
7.1.2 气敏传感器的工作原理
1. 半导体气敏传感器
半导体气敏传感器由塑料底座、电极引线、气 敏元件（烧结体）、防爆用的双层不锈钢网以及包 裹在烧结体中的两组铜丝组成。其中一组铜丝为工 作电极，另一组为加热电极。
都能进行温度补偿。但采用热敏电阻时，不可能在高
低温下都达到理想的补偿效果，如需要灵敏地检测到 气体，应当优先考虑低温补偿。
3．防止气敏传感器误动作的电路
图7-7 防止误动作的电路
LED 1KΩ K VT12SC1815VT2 +Ucc 2 D 1KΩV 1KΩ + ∞ 1 A －+ 2 3 30KΩR24KΩ R 1 1 R C 1MΩ 220μF 1 D V +5V
家庭用煤气报警器
7.1.1 气敏传感器的类型与特性
1.气敏传感器的类型
类型
原理
检测对象
半导体方式若气体接触到加热的金属氧化物 还原性气体、城排
（SnO2 、Fe2O3、 ZnO2））， 放气体、丙烷等 电阻值就增大或减小
接触燃烧方可燃性气体接触到氧气就会燃烧，燃烧气体
式
使得作为气敏材料的铂丝温度升
（a）输出电压获取方式
(b) 简单的气体检测电路
图7-5 气敏传感器的检测电路
图7-5(a)是与气敏传感器串联电阻RS，RS上的 电压降就是传感器的输出电压。若检测到有害气体， 传感器的气敏元件的阻值降低，这时Rs两端电压 就会升高，从而输出电压发生变化。图7-5(b)是将
传感器的输出接到比较器的同相输人端，当检测气
第7章 环境量检测传感器