合工大化工仪表及自动化期末考试重点

1.1化工自动化的内容

自动检测系统：检测仪表对工艺参数进行测量、指示、记录

自动信号和连锁保护系统：工艺参数超过范围，信号系统发出信号，连锁系统自动采取措施

自动操纵及停开机系统：按预先设置步骤自动地对生产设备进行周期性操作

自动控制系统：自动规定回到某种范围

1.2自动控制系统组成及表示形式

1基本组成

1)测量元件与变送器

2)自动控制器

3)执行器

2表示形式

1)方框图*

2)管道仪表流程图

控制流程图符号意义

控制流程图字母意义

1.3自动控制系统的分类

定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统

1.4自动控制系统过渡过程和控制指标

1．静态、动态

2过渡过程

1)非周期性衰减

2)衰减振荡过程

3)等幅振荡过程

4)发散振荡过程

3品质指标

1)最大偏差、超调量

2)衰减比

经验表明，衰减比n:1在4 :1至10:1之间比较适宜。

3)余差

4)过渡时间

2过程特性及其数学模型

1放大系数k:

k操纵变量的变化对被控变量的影响就越大

2时间常数T

时间常数定义：在阶跃输入作用下，被控变量达到新的稳态值的63.2%时

              所需要的时间。

3滞后时间τ

3检测仪表与传感器

3.1概述

1误差

1)绝对误差， 

2)相对误差

2性能指标

1)精确度由仪表得精确度与工艺选精确度不同

2)变差

3)灵敏度与灵敏限，引起仪表指针发生动作的被测参量最小变化值

4)分辨力（数显表）末位数字间隔所代表的被测参数变化量，相应最低量程分辨率称最高分辨力，也叫灵敏度

5)线性度

3常见的干扰

阶跃干扰：在某一瞬间t0, 干扰（即输入量）突然地阶跃式的加到系统上，并继续保持在这个幅度。

3.2压力检测及仪表

压力表的选用及安装

1仪表的测量范围的确定:最大工作压力不超过检测上线的2/3;脉动压力时不超过1/2；高压时3/5。还要检验（下线）/(量程)大于1/3

2安装

1)测压点的选择:直线流动段，垂直，液下，气上

2)管的铺设

3)压力表的安装

3.3流量检测及仪表

流量检测仪表：速度式流量计、容积式流量计、质量流量计

差压式流量计:  

原理;节流装置前后压差与流量有关

测量误差原因：流体工作状态发生变化、节流装置安装不正确、倒压管安装不正确（液体：下部，与水平气体：上半部）

转子流量计*：

原理：利用节流面积变化量

公式：

修正：液体

       气体： 

3.4物位检测仪表

1差压式液位变送器

  2零点迁移问题*

        原理：安装位置条件不同存在着仪表零点迁移问题

无迁移

 零点迁移：A，正迁移;B，负迁移

3电容式物位计

当极板之间一部分介质被介电常数为ε2的另一种介质填充时，可推导出电容变化量

4应用浮力原理检测物位：利用漂浮于液面上的浮标或浸没于液体中的浮筒对液位进行测量的。

3.5温度检测及仪表

1温度检测的基本知识

接触式测温：  

(1) 膨胀式温度计

(2) 热电阻温度计

(3)热电偶温度计

(4)其他原理的温度计

2热电偶

组成：两种不同导体或半导体的组合称为热电偶每根单独的导体或半导体称为热电极 t 端称为工作端(假定该端置于热源中)，又称测量端或热端。t0端称为自由瑞，又称参考端或冷端.

原理：

A.接触电势的大小和方向主要取决于两种材料的性质（电子密度）和接触面温度的高低。

B.温度越高，接触电势越大；两种导体电子密度比值越大，接触电势也越大。

C.热电势由两种材料的接触电势和单一材料的温差电势决定

补偿导线

原理：热电偶冷端暴露于空间，受到被测温度变化的影响。

1)解决方法：把热电偶的冷端延伸到远离被测对象且温度比较稳定的地方（造成浪费）

2)选用一种具有和所连接的热电偶相同的热电性能，其材料又是廉价金属导线（补偿导线）

A.补偿导线应该注意的问题

B.冷端温度修正

3.6显示仪表

显示仪表概述

1模拟式显示仪表

原理： 

方式：标尺、指针、曲线

组成：信号变换、放大环节偏转及指示记录

2数显表

功能：用数字形式记录大印被测量值

组成：模/数 转换器

3不平衡电桥*

4自动电子电位差计

4自动控制仪表

4.1概述

控制仪表的三个发展阶段：基地式控制仪表、单元组合式仪表中的控制单元、以微处理器为基元的控制装置

4.2基本控制规律及其对过渡过程的影响

控制规律的定义：是指控制器的输出信号与输入信号之间的关系。p＝f(e)

几种常见的控制规律的微分方程的表达方式：

1双位控制： 

双位控制过程中一般采用振幅与周期作为品质指标

被控变量波动的上、下限在允许范围内，使周期长些比较有利。

双位控制器结构简单、成本较低、易于实现，因而应用很普遍。

2比例控制：

-放大倍数（比例增益），比例作用越强

比例度δ 

定义：控制器输入的变化相对值与相应的输出变化相对值之比的百分数，表达式为

比例控制的特点：反应快，控制及时，控制结果有余差

3积分控制规律：积分控制作用的输出信号p与偏差信号e的积分成正比。

 表示积分速度

积分控制最大的优点是消除余差、最大的缺点是动作缓慢、产生相位滞后、稳定性降低。

4微分控制：

按偏差变化速度进行控制，理想的微分控制规律，其输出信号p正比于输入信号e对时间的导数：

 ---微分时间

微分作用的目的：克服对象滞后大的影响，改善过渡过程品质。

微分作用的原理：根据偏差信号变化速度来确定调节器的输出，改变操作变量（超前控制）。

5比例微分控制：

6比例积分微分控制：

4.3模拟式控制器

4.4数字控制器

5执行器

5.1分类

气动执行器：用压缩空气为能源，结构简单、动作可靠、平稳、输出推动力大、维修方便、防火防爆、价格较低、广泛应用于化工、炼油生产。标准气压信号：0.02-0.1MPa

电动执行器：作用是将输入的直流电流信号线性地转换为位移量。信号传递迅速，安全防爆性能较差，在行程受阻或阀杆被轧住时电机易受损。

5.2气动执行器

1组成：执行器（薄膜式、活塞式）、控制器

2

3控制机构：控制阀的种类

4控制阀的流量特性：

1)不考虑阀前后压差变化的理想流量特性：开度小时控制作用太强，开度大时控制作用太弱

2)等百分比的流量特性:流量小时，控制平稳缓和，流量大时，控制灵敏有效

3)抛物线流量特性：

4)快开特性：小开度时有较大流量，随开度增加，很快就达到最大流量

5控制阀的选择*：

1)控制阀的结构与特性的选择

2)气开气关式选择

3)控制阀口径的选择

   流量系数

2电动执行器

6简单控制系统

6.1组成

被控对象、测量变送器、控制器、执行器

6.2简单控制系统的设计

一．简单控制系统的设计

1被控变量的选择

2操纵变量的的选择

3测量元件特性的影响

4控制器控制规律的选择

5简单控制系统设计实例

1直接参数法

 间接参数法

2 以工艺合理性考虑，常选温度做被控变

3简单控制系统的设计原则

1)反映操作状态

2)足够大的灵敏度

3)工艺的合理性，及仪表生产状况

4)被控变量、可控  

4 

操纵变量—实现控制作用的变量

通道—输入与输出的联系

控制通道—控制变量至被控变量的通道

干扰变量——偏离给定值

操纵变量——校正作用

5对象参数

6测量变送问题——纯滞后

7控制器的正反作用

确定原则：保证系统为负反馈闭环系统

被控对象：操作表变量被控变量正作用

测量元件及变送器：一般为正作用

执行器：信号流量正

控制器：正

加热锅炉：气开阀

液位控制阀：气开-防止物料走光