1、1 1書名書名:過程控制系統(tǒng)及儀表過程控制系統(tǒng)及儀表(第第3版版)出版社出版社: 大連理工大學(xué)出版社大連理工大學(xué)出版社; 第第3版版 (2010年年7月月1日日) 編著者：李亞芬；主審：邵誠編著者：李亞芬；主審：邵誠, 叢書名叢書名: 高等學(xué)校理工科化學(xué)工類規(guī)劃教材高等學(xué)校理工科化學(xué)工類規(guī)劃教材 平裝平裝: 259頁頁; 語種語種: 簡體中文簡體中文 開本開本: 16 ISBN: 9787561115015, ISBN：7-5611-1501-6 條形碼條形碼: 9787561115015 尺寸尺寸: 25.6 x 18.2 x 1.2 cm 重量重量: 522 g 原價(jià)原價(jià):25.00元元2

2、 第第 2 篇篇 過程自動(dòng)化裝置過程自動(dòng)化裝置o第3章 過程測量儀表o第4章 過程控制儀表o第5章 過程執(zhí)行儀表3第 2 篇 概述p過程自動(dòng)化裝置：過程自動(dòng)化裝置：是用于對生產(chǎn)過程中的溫度、壓力、流量、液位是用于對生產(chǎn)過程中的溫度、壓力、流量、液位及成份等工藝參數(shù)及成份等工藝參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)測量、控制和執(zhí)行的進(jìn)行自動(dòng)測量、控制和執(zhí)行的裝置裝置，也是企業(yè)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化必不可少的，也是企業(yè)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化必不可少的技術(shù)工具。技術(shù)工具。o過程自動(dòng)化裝置分類：過程自動(dòng)化裝置分類：按功能分類：測量儀表、控制儀表、執(zhí)行儀表按功能分類：測量儀表、控制儀表、執(zhí)行儀表按信號類型分：模擬儀表、數(shù)字儀表按信號類型

3、分：模擬儀表、數(shù)字儀表按使用能源分類：有氣動(dòng)儀表和電動(dòng)儀表按使用能源分類：有氣動(dòng)儀表和電動(dòng)儀表4p氣動(dòng)單元組合儀表：簡稱 QDZ 儀表 能源：0.14MPa 0.14MPa 壓縮空氣。壓縮空氣。信號： 各單元之間以統(tǒng)一的各單元之間以統(tǒng)一的 0.02MPa 0.1MPa 0.02MPa 0.1MPa 氣壓標(biāo)準(zhǔn)信氣壓標(biāo)準(zhǔn)信號聯(lián)系。號聯(lián)系。特點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：QDZQDZ儀表具有結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格便宜、性能穩(wěn)定和儀表具有結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格便宜、性能穩(wěn)定和本質(zhì)安全等優(yōu)點(diǎn)。本質(zhì)安全等優(yōu)點(diǎn)。 缺點(diǎn)：由于該類儀表體積龐大，信號傳輸慢，不利于由于該類儀表體積龐大，信號傳輸慢，不利于遠(yuǎn)傳。遠(yuǎn)傳。 p 按使用能源分類：按使用能

4、源分類：有氣動(dòng)儀表氣動(dòng)儀表和電動(dòng)儀表電動(dòng)儀表。第 2 篇 概述5p電動(dòng)單元組合儀表：簡稱電動(dòng)單元組合儀表：簡稱 DDZ 儀表儀表能源能源： 型表采用 220V AC 交流電源； 型表以型表以 24V DC 直流電源。直流電源。 信號信號： 型各單元間以0-10mA DC 為統(tǒng)一聯(lián)絡(luò)信號，采用電流傳輸、電流接收，四線制接法，現(xiàn)場儀表具有隔爆性能。 型表以型表以 4-20mA DC 為現(xiàn)場傳輸信號，以為現(xiàn)場傳輸信號，以 1-5V DC為控制室聯(lián)絡(luò)信號，采用電流傳輸、電壓接收，兩線制接法。為控制室聯(lián)絡(luò)信號，采用電流傳輸、電壓接收，兩線制接法。特點(diǎn)：特點(diǎn)：DDZ 型儀表具有傳輸距離長，速度快的特點(diǎn)，集

5、成化程度高、易于斷電識(shí)別、與計(jì)算機(jī)的互聯(lián)性好、無擾切換方便和現(xiàn)場儀表具有防爆性能可以構(gòu)成本質(zhì)安全系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)，在生產(chǎn)過程中大量采用。第 2 篇 概述63-1 測量儀表中的基本概念一、測量過程及測量儀表一、測量過程及測量儀表 測量就是人們借助于專門工具，通過試驗(yàn)和對試測量就是人們借助于專門工具，通過試驗(yàn)和對試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析、計(jì)算求得被測量的值的過程。驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析、計(jì)算求得被測量的值的過程。 或者說：或者說：測量就是為了取得任一未知參數(shù)值而進(jìn)行的全部工作。 測量過程中常用的測量設(shè)備有測量過程中常用的測量設(shè)備有: 檢測元件、傳感器和變送器。 第3章 過程測量儀表7o檢測元件檢測元件：能夠靈敏地感受被測變

6、量并作出響應(yīng)：能夠靈敏地感受被測變量并作出響應(yīng)的元件。的元件。o傳感器傳感器：不但對被測變量敏感，而且具有把對被測不但對被測變量敏感，而且具有把對被測變量的響應(yīng)傳送出去的能力。變量的響應(yīng)傳送出去的能力。傳感器不只是一般的傳感器不只是一般的敏感元件，它的輸出響應(yīng)還必須是易于傳送的物理敏感元件，它的輸出響應(yīng)還必須是易于傳送的物理量，如電壓、電流等。量，如電壓、電流等。o變送器變送器：凡是能輸出凡是能輸出標(biāo)準(zhǔn)信號標(biāo)準(zhǔn)信號的傳感器就稱為變送的傳感器就稱為變送器。器。標(biāo)準(zhǔn)信號是指在物理量的形式和數(shù)值范圍等方面都符合國際標(biāo)準(zhǔn)的信號。 例如：例如：4mA-20mA ，1-5 V的直流電；的直流電； 20kP

7、a - 100kPa 的空氣壓力。的空氣壓力。3-1 測量儀表中的基本概念8檢測系統(tǒng)構(gòu)成檢測系統(tǒng)構(gòu)成信息獲取信息獲取轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換顯示和處理顯示和處理（信號檢出部分）（信號檢出部分）（信號變換部分）（信號變換部分）（信號信號分析處理部分）分析處理部分）9智能電子警察監(jiān)測系統(tǒng)智能電子警察監(jiān)測系統(tǒng)檢測系統(tǒng)舉例檢測系統(tǒng)舉例10號檢測系統(tǒng)舉例檢測系統(tǒng)舉例11（1）測量范圍）測量范圍(量程量程)儀表的量程儀表的量程:指檢測裝置能正常工作的被測量范指檢測裝置能正常工作的被測量范圍。圍。此范圍的最小值和最大值分別稱為測量下限和此范圍的最小值和最大值分別稱為測量下限和測量上限。測量上限。例如，某溫度計(jì)刻度表顯示其測

8、量下限和測量例如，某溫度計(jì)刻度表顯示其測量下限和測量上限分別為上限分別為-15和和80 ，則量程為，則量程為-1580 。3-1 測量儀表中的基本概念二、二、 檢測系統(tǒng)的性能指標(biāo)檢測系統(tǒng)的性能指標(biāo)12（2）靈敏度）靈敏度S靈敏度S表征了檢測儀表對被測量變化的靈敏程度。常用儀表的輸出變化量與輸入變化量之比來表示。靈敏度高的儀表在相同輸入信號時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的輸出。靈敏度實(shí)質(zhì)上是一個(gè)放大倍數(shù)，它具有可傳遞性；對于多個(gè)儀表串聯(lián)構(gòu)成的檢測系統(tǒng)，其總的靈敏度是各個(gè)儀表靈敏度之積。 ySx3-1 測量儀表中的基本概念13p靈敏限（分辨率）指引起儀表輸出發(fā)生可見變化的最小輸入量，指引起儀表輸出發(fā)生可見變化的最小

9、輸入量，相當(dāng)于一個(gè)分度值。相當(dāng)于一個(gè)分度值。例如：例如：A質(zhì)量儀表最低能顯示質(zhì)量儀表最低能顯示1克，克，B質(zhì)量儀質(zhì)量儀表最低能顯示表最低能顯示0.1克，克，B儀表的分辨率高。儀表的分辨率高。是反映檢測儀表靈敏程度的另一指標(biāo)。是反映檢測儀表靈敏程度的另一指標(biāo)。說明了檢測儀表響應(yīng)與分辨輸入量微小變化說明了檢測儀表響應(yīng)與分辨輸入量微小變化的能力。的能力。3-1 測量儀表中的基本概念14（3）變差（回差）變差（回差） 在外界條件不變的情況下，檢測儀表在全量程范圍內(nèi)，對應(yīng)同一被測量的正行程和反行程輸出值間的最大差值稱為變差。 數(shù)值可用同一被測量對應(yīng)的輸出值間的最大差值與檢數(shù)值可用同一被測量對應(yīng)的輸出值間

10、的最大差值與檢測儀表的滿度值之比的百分?jǐn)?shù)表示。測儀表的滿度值之比的百分?jǐn)?shù)表示。 maxF.S=100%Y變差 變差的產(chǎn)生原因主要是由于運(yùn)動(dòng)部件的摩擦、彈性變差的產(chǎn)生原因主要是由于運(yùn)動(dòng)部件的摩擦、彈性元件的彈性滯后、制造工藝上的缺陷所帶來的間隙、元元件的彈性滯后、制造工藝上的缺陷所帶來的間隙、元件松動(dòng)等。件松動(dòng)等。3-1 測量儀表中的基本概念15（4）線性度）線性度(非線性誤差非線性誤差)線性度就是衡量檢測儀表輸出與輸入之間偏離線性程度的一種指標(biāo)。實(shí)際值與理論值之間的絕對誤差的最大值與系統(tǒng)滿度實(shí)際值與理論值之間的絕對誤差的最大值與系統(tǒng)滿度值之比。值之比。 maxF.S=100%Y非線性誤差為了便

11、于信號間的轉(zhuǎn)換與現(xiàn)實(shí)，有利于提高系統(tǒng)準(zhǔn)確度，希望系統(tǒng)具有良好的線性特性。 3-1 測量儀表中的基本概念16（5）準(zhǔn)確度）準(zhǔn)確度 準(zhǔn)確度也稱為精度精度，儀表的準(zhǔn)確度通常用誤差的大小來表示。 絕對誤差：絕對誤差：為檢測儀表的輸出值x與被測參數(shù)的真值x0之間的代數(shù)差值，即oxxx 由于真值不能得到，實(shí)際上是用約定真值來代替，通常由于真值不能得到，實(shí)際上是用約定真值來代替，通常為標(biāo)準(zhǔn)儀表為標(biāo)準(zhǔn)儀表(準(zhǔn)確度等級更高的儀表準(zhǔn)確度等級更高的儀表)的測量結(jié)果作為約的測量結(jié)果作為約定真值。定真值。3-1 測量儀表中的基本概念17 示值相對誤差示值相對誤差 (相對誤差相對誤差) 儀表的絕對誤差與約定真值比的百分?jǐn)?shù)

12、，即 0 x100%x 相對誤差只能說明不同測量結(jié)果的準(zhǔn)確程度，不能用來衡量檢測儀表本身的質(zhì)量。當(dāng)測量誤差很小時(shí)，示值相對誤差近似示值相對誤差近似 ：x100%x3-1 測量儀表中的基本概念18 引用誤差引用誤差 儀表的絕對誤差與儀表的量程L比的百分?jǐn)?shù)。即： 100%xqL 最大引用誤差（滿量程相對誤差）最大引用誤差（滿量程相對誤差） 儀表的絕對誤差的最大值與儀表的量程L比的百分?jǐn)?shù)。即： maxmax100%xqL3-1 測量儀表中的基本概念19 儀表基本誤差 標(biāo)準(zhǔn)條件下，儀表在全量程范標(biāo)準(zhǔn)條件下，儀表在全量程范圍內(nèi)輸出值誤差中絕對值最大者，稱為儀表的基圍內(nèi)輸出值誤差中絕對值最大者，稱為儀表的

13、基本誤差。本誤差。maxqx3-1 測量儀表中的基本概念儀表基本誤差是表征儀表準(zhǔn)確度的一個(gè)重要指標(biāo)，儀表基本誤差是表征儀表準(zhǔn)確度的一個(gè)重要指標(biāo)，并且儀表的其他誤差定義也以此為基礎(chǔ)。并且儀表的其他誤差定義也以此為基礎(chǔ)。最大引用誤差是儀表基本誤差的主要形式。最大引用誤差是儀表基本誤差的主要形式。20允許誤差允許誤差：儀表制造廠為保證儀表不超過基本誤差儀表制造廠為保證儀表不超過基本誤差而設(shè)的限值。把這個(gè)限值與儀表的量程而設(shè)的限值。把這個(gè)限值與儀表的量程L L比的百分?jǐn)?shù)稱比的百分?jǐn)?shù)稱為儀表的允許誤差。為儀表的允許誤差。100%xqL 允允根據(jù)儀表的允許誤差，去掉根據(jù)儀表的允許誤差，去掉“ ”號及號及“

14、%”%”后的后的數(shù)值就是儀表的準(zhǔn)確度等級。按照國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，儀數(shù)值就是儀表的準(zhǔn)確度等級。按照國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，儀表的準(zhǔn)確度可劃分為若干等級，稱準(zhǔn)確度等級表的準(zhǔn)確度可劃分為若干等級，稱準(zhǔn)確度等級G G。國家統(tǒng)一規(guī)定所劃分的等級有0.05，0.1，0.25，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等。顯然，準(zhǔn)確度等級的數(shù)字越小。儀表的準(zhǔn)確度就越高，或者說儀表的測量誤差越小。3-1 測量儀表中的基本概念21 例例 某臺(tái)測溫儀表，其測量范圍為100600，經(jīng)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)儀表的基本誤差為6，試確定該儀表的精度等級？ 如果將該儀表的最大引用誤差去掉“”和“%”號后，其數(shù)值為1.2，由于國家規(guī)定的精度等級中沒有1.2

15、級的儀表，該儀表的最大引用誤差大于該儀表的最大引用誤差大于1.01.0級儀表的允許級儀表的允許誤差，所以該儀表的精確度等級為誤差，所以該儀表的精確度等級為1.51.5級。級。 max6100%1.2%600 100q 解：該儀表的最大引用誤差為:3-1 測量儀表中的基本概念22練習(xí)題練習(xí)題o一臺(tái)精度等級為一臺(tái)精度等級為0.5級，量程范圍為級，量程范圍為5001200 的電位差計(jì)，它的基本誤差是多少？的電位差計(jì)，它的基本誤差是多少？ 100%xqL允允解：解：100%0.5%1200 5003.5xqx允允允它的基本誤差是：它的基本誤差是： 3.5 3-1 測量儀表中的基本概念23 3-3 壓力

16、測量儀表壓力檢測方法2壓力儀表的選用3 3概述3 1243.3.1 概述概述 o工程技術(shù)中所稱的工程技術(shù)中所稱的“壓力壓力”，實(shí)質(zhì)上就是物，實(shí)質(zhì)上就是物理學(xué)中的理學(xué)中的“壓強(qiáng)壓強(qiáng)”，是指介質(zhì)垂直均勻作用，是指介質(zhì)垂直均勻作用于單位面積上的力。壓力常用字母于單位面積上的力。壓力常用字母 p 表示，表示，其表達(dá)式為：其表達(dá)式為： p = F / Sn式中式中 F , S 分別為作用力分別為作用力(N)和作用面積和作用面積(m2)。o單位：單位：n壓力的國際單位為壓力的國際單位為“帕斯卡帕斯卡”，簡稱，簡稱“帕帕”（Pa）。）。n工程界長期使用許多不同的壓力計(jì)量單位。如工程界長期使用許多不同的壓力計(jì)

17、量單位。如“工程大氣壓工程大氣壓”、“標(biāo)準(zhǔn)大氣壓標(biāo)準(zhǔn)大氣壓”、“毫米汞柱毫米汞柱”等。等。25壓力單位轉(zhuǎn)換對照表26p工業(yè)生產(chǎn)過程中壓力測量的三種情況：工業(yè)生產(chǎn)過程中壓力測量的三種情況： 1.絕對壓力絕對壓力pab是指物體實(shí)際所承受的全部壓力。是指物體實(shí)際所承受的全部壓力。 2.表壓力表壓力pe表壓力是一個(gè)相對壓力，它以環(huán)境大氣壓力為參照點(diǎn)。表壓力是一個(gè)相對壓力，它以環(huán)境大氣壓力為參照點(diǎn)。實(shí)質(zhì)上是絕對壓力與環(huán)境大氣壓力的差壓。實(shí)質(zhì)上是絕對壓力與環(huán)境大氣壓力的差壓。 p表壓表壓 = p絕對絕對- p大氣大氣在工程實(shí)際中，所說的壓力通常是指表壓，即壓力表在工程實(shí)際中，所說的壓力通常是指表壓，即壓力

18、表上的讀數(shù)上的讀數(shù). 3.負(fù)壓（或真空度）負(fù)壓（或真空度） pv在工程中，我們習(xí)慣于把絕對壓力低于環(huán)境大氣壓力在工程中，我們習(xí)慣于把絕對壓力低于環(huán)境大氣壓力的差壓稱為負(fù)壓力。的差壓稱為負(fù)壓力。是指真空表上的讀數(shù)。是指真空表上的讀數(shù)。 p真空真空 = p大氣大氣 - p絕對絕對3.3.1 概述概述 27表壓表壓負(fù)壓負(fù)壓Patm28p測量壓力的儀表種類很多，按轉(zhuǎn)換原理可大致分為測量壓力的儀表種類很多，按轉(zhuǎn)換原理可大致分為以下四種：以下四種：1 1液柱式壓力表液柱式壓力表原理：原理：液柱式壓力表是根據(jù)靜力學(xué)原理，將被測壓液柱式壓力表是根據(jù)靜力學(xué)原理，將被測壓力轉(zhuǎn)換成液柱高度來測量壓力的。力轉(zhuǎn)換成液柱

19、高度來測量壓力的。這類儀表包括這類儀表包括 U U 型管壓力計(jì)、單管壓力計(jì)、斜管型管壓力計(jì)、單管壓力計(jì)、斜管壓力計(jì)等。壓力計(jì)等。3.3.1 概述概述 292彈性式壓力表彈性式壓力表原理：原理：彈性式壓力表是根據(jù)彈性元件受力變彈性式壓力表是根據(jù)彈性元件受力變形的原理，將被測壓力轉(zhuǎn)換成元件的位移來形的原理，將被測壓力轉(zhuǎn)換成元件的位移來測量壓力的。測量壓力的。常見的有彈簧管壓力表、波紋管壓力表、膜常見的有彈簧管壓力表、波紋管壓力表、膜片（或膜盒）式壓力表。片（或膜盒）式壓力表。3.3.1 概述概述 303.3.活塞式壓力計(jì)活塞式壓力計(jì)原理：原理：活塞式壓力計(jì)是利用流體靜力學(xué)中的液壓傳活塞式壓力計(jì)是利

20、用流體靜力學(xué)中的液壓傳遞原理，將被測壓力轉(zhuǎn)換成活塞上所加砝碼的重量進(jìn)遞原理，將被測壓力轉(zhuǎn)換成活塞上所加砝碼的重量進(jìn)行壓力測量的。行壓力測量的。這類測壓儀表的測量精度很高，允許誤差可小到這類測壓儀表的測量精度很高，允許誤差可小到 0.05 0.05 - 0.02% - 0.02% ，所以普遍用作標(biāo)準(zhǔn)壓力儀器對其，所以普遍用作標(biāo)準(zhǔn)壓力儀器對其他壓力表或壓力傳感器進(jìn)行校驗(yàn)和標(biāo)定。他壓力表或壓力傳感器進(jìn)行校驗(yàn)和標(biāo)定。3.3.1 概述概述 314 壓力傳感器和壓力變送器壓力傳感器和壓力變送器原理：原理：壓力傳感器和壓力變送器是利用物體某些壓力傳感器和壓力變送器是利用物體某些物理特性，通過不同的轉(zhuǎn)換元件將

21、被測壓力轉(zhuǎn)換成物理特性，通過不同的轉(zhuǎn)換元件將被測壓力轉(zhuǎn)換成各種電量信號，并根據(jù)這些信號的變化來間接測量各種電量信號，并根據(jù)這些信號的變化來間接測量壓力。壓力。根據(jù)轉(zhuǎn)換元件的不同，壓力傳感器和壓力變送器根據(jù)轉(zhuǎn)換元件的不同，壓力傳感器和壓力變送器可分為電阻式、電容式、應(yīng)變式、電感式、壓電式、可分為電阻式、電容式、應(yīng)變式、電感式、壓電式、霍爾片式等多種形式。霍爾片式等多種形式。3.3.1 概述概述 32一、彈性式壓力表一、彈性式壓力表測壓原理：測壓原理：是利用彈性元件在被測壓力作用下產(chǎn)是利用彈性元件在被測壓力作用下產(chǎn)生彈性變形的原理來度量被測壓力的。當(dāng)彈性元件生彈性變形的原理來度量被測壓力的。當(dāng)彈性

22、元件受壓力作用時(shí)會(huì)產(chǎn)生變形，于是輸出位移或力；再受壓力作用時(shí)會(huì)產(chǎn)生變形，于是輸出位移或力；再把位移或力通過一定的元件轉(zhuǎn)換成電量信號。把位移或力通過一定的元件轉(zhuǎn)換成電量信號。彈性元件的特點(diǎn)：構(gòu)造簡單，價(jià)格便宜，測壓范彈性元件的特點(diǎn)：構(gòu)造簡單，價(jià)格便宜，測壓范圍寬，被測壓力低至幾帕，高達(dá)數(shù)百兆帕都可使用，圍寬，被測壓力低至幾帕，高達(dá)數(shù)百兆帕都可使用，測量精度也較高，在目前的測壓儀表中占有統(tǒng)治地測量精度也較高，在目前的測壓儀表中占有統(tǒng)治地位。位。3.3.2 壓力檢測方法壓力檢測方法33一、彈性式壓力表一、彈性式壓力表3.3.2 壓力檢測方法壓力檢測方法34p單圈彈簧管單圈彈簧管原理：原理：其截面一般

23、為扁圓形或橢圓形，管子自由端封閉，作其截面一般為扁圓形或橢圓形，管子自由端封閉，作為位移輸出端，彈簧管的另一端固定，作為被測壓力的輸入為位移輸出端，彈簧管的另一端固定，作為被測壓力的輸入端，當(dāng)被測壓力從輸入端通入后，由于橢圓形截面在壓力端，當(dāng)被測壓力從輸入端通入后，由于橢圓形截面在壓力 p 的作用下將趨于圓形，因而彎成弧形的彈簧管隨之產(chǎn)生向外的作用下將趨于圓形，因而彎成弧形的彈簧管隨之產(chǎn)生向外挺直的擴(kuò)張變形。其自由端就從挺直的擴(kuò)張變形。其自由端就從 B 移到移到 B。從而將壓力變。從而將壓力變化轉(zhuǎn)換成位移量，壓力越大，位移量越大。化轉(zhuǎn)換成位移量，壓力越大，位移量越大。3536o波紋管波紋管o原

24、理：原理：在波紋管中在波紋管中引入壓力時(shí)，其自引入壓力時(shí)，其自由端產(chǎn)生伸縮變形，由端產(chǎn)生伸縮變形，可以得到較大的線可以得到較大的線位移，但壓力位移，但壓力位位移特性的線性不如移特性的線性不如彈簧管。彈簧管。x3.3.2 壓力檢測方法壓力檢測方法37o膜片：單膜片測壓元件主要用于低壓的測量，一般使用金屬膜片，也有橡膠膜片。o膜片式壓力計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是：可測微壓和粘滯性介質(zhì)壓力。膜片3.3.2 壓力檢測方法壓力檢測方法38二、電容式壓力變送器二、電容式壓力變送器1、差動(dòng)平板電容器的工作原理、差動(dòng)平板電容器的工作原理差動(dòng)平板電容器共有三個(gè)極板，差動(dòng)平板電容器共有三個(gè)極板，其中中間一個(gè)電極板為活動(dòng)電極其中中

25、間一個(gè)電極板為活動(dòng)電極板，兩端為固定電極板。電容器板，兩端為固定電極板。電容器在初始狀態(tài)下，活動(dòng)極板正好位在初始狀態(tài)下，活動(dòng)極板正好位于兩固定電極板的中間。于兩固定電極板的中間。3.3.2 壓力檢測方法壓力檢測方法 每個(gè)電容的容量為每個(gè)電容的容量為:39 當(dāng)受到外界作用，當(dāng)受到外界作用，使中間的活動(dòng)電極板使中間的活動(dòng)電極板產(chǎn)生一個(gè)微小的位移產(chǎn)生一個(gè)微小的位移后：后：3.3.2 壓力檢測方法壓力檢測方法 其兩個(gè)電容的差值為其兩個(gè)電容的差值為d0原理：原理：電容變化量和活動(dòng)極板的位移成正比。電容變化量和活動(dòng)極板的位移成正比。402、電容式差壓變送器：由電容差壓傳感器和轉(zhuǎn)換、電容式差壓變送器：由電容

26、差壓傳感器和轉(zhuǎn)換單元兩大部分組成單元兩大部分組成2、3- 不銹鋼基座不銹鋼基座1、4- 紋波隔離膜片紋波隔離膜片5、 - 玻璃層玻璃層6、 - 金屬薄膜（固金屬薄膜（固定定 ）7、 - 測量膜片（活測量膜片（活動(dòng)）動(dòng)）3.3.2 壓力檢測方法壓力檢測方法41三、擴(kuò)散硅壓力變送器三、擴(kuò)散硅壓力變送器 擴(kuò)散硅壓力變送器屬應(yīng)變式壓力變送器。電阻應(yīng)變原理電阻應(yīng)變原理：當(dāng)電阻體在外力作用下，產(chǎn)生機(jī)械當(dāng)電阻體在外力作用下，產(chǎn)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值也將隨之發(fā)生變化。這種現(xiàn)象稱之變形時(shí)，其電阻值也將隨之發(fā)生變化。這種現(xiàn)象稱之為電阻應(yīng)變效應(yīng)。為電阻應(yīng)變效應(yīng)。通過對電阻變化量的檢測，即可得知其受力情況。通過對電阻

27、變化量的檢測，即可得知其受力情況。 擴(kuò)散硅壓力變送器檢測部件的原理結(jié)構(gòu)如圖所示。3.3.2 壓力檢測方法壓力檢測方法42硅杯膜片上按特定方向排列硅杯膜片上按特定方向排列4個(gè)等值電阻。電阻布置如個(gè)等值電阻。電阻布置如圖（圖（b）所示。硅杯內(nèi)腔承受被測壓力）所示。硅杯內(nèi)腔承受被測壓力 p ，硅杯的外，硅杯的外側(cè)為大氣壓力。側(cè)為大氣壓力。3.3.2 壓力檢測方法壓力檢測方法43硅杯設(shè)計(jì)時(shí)，取硅杯設(shè)計(jì)時(shí)，取R1=R2=R3=R4=R ，當(dāng)壓，當(dāng)壓力為零時(shí)，橋路輸出為：力為零時(shí)，橋路輸出為：當(dāng)外界有壓力時(shí)，由于四個(gè)電阻的位置經(jīng)過精確選擇，使得電當(dāng)外界有壓力時(shí)，由于四個(gè)電阻的位置經(jīng)過精確選擇，使得電阻變化

28、量相等，即阻變化量相等，即 R1=R2= R3= R4=R，這時(shí)橋路，這時(shí)橋路失去平衡輸出電壓信號為：失去平衡輸出電壓信號為： 所以此時(shí)橋路平衡，所以此時(shí)橋路平衡，U=0。原理：橋路的輸出電壓與應(yīng)變電阻的變化量成正比。原理：橋路的輸出電壓與應(yīng)變電阻的變化量成正比。44四、智能壓力變送器四、智能壓力變送器3.3.2 壓力檢測方法壓力檢測方法45智能壓力變送器智能壓力變送器463.3.3、壓力測量儀表的選擇和使用、壓力測量儀表的選擇和使用1 壓力表的選擇壓力表的選擇 符合工藝過程的技術(shù)要求，同時(shí)做到符合工藝過程的技術(shù)要求，同時(shí)做到“厲行節(jié)約，厲行節(jié)約，降低投資降低投資”的原則。主要考慮：的原則。主

29、要考慮： （1）介質(zhì)物理化學(xué)性質(zhì)，如溫度高低、粘度大小、）介質(zhì)物理化學(xué)性質(zhì)，如溫度高低、粘度大小、臟污程度、腐蝕性，是否易燃易爆、易結(jié)晶等。臟污程度、腐蝕性，是否易燃易爆、易結(jié)晶等。（2）對壓力測量的要求，如）對壓力測量的要求，如被測壓力范圍被測壓力范圍、精度精度以及以及是否需要遠(yuǎn)傳、記錄或上下限報(bào)警等。是否需要遠(yuǎn)傳、記錄或上下限報(bào)警等。（3）現(xiàn)場環(huán)境條件，如高溫、腐蝕、潮溫、振動(dòng)、電）現(xiàn)場環(huán)境條件，如高溫、腐蝕、潮溫、振動(dòng)、電磁場等。磁場等。47彈性式壓力表選量程原則：彈性式壓力表選量程原則： 被測壓力波動(dòng)被測壓力波動(dòng): 最大壓力值不超過儀表滿量程的最大壓力值不超過儀表滿量程的2/3。 壓力

30、最小值應(yīng)不低于全量程的壓力最小值應(yīng)不低于全量程的1/3。3.3.3、壓力測量儀表的選擇和使用、壓力測量儀表的選擇和使用48例題例題p若選用彈簧管壓力表來測量某設(shè)備內(nèi)的壓力，若選用彈簧管壓力表來測量某設(shè)備內(nèi)的壓力，已知被測壓力為（已知被測壓力為（0.71）x106Pa，要求，要求測量的絕對誤差不得超過測量的絕對誤差不得超過0.02X106Pa，試，試確定該壓力表的測量范圍及精度等級。確定該壓力表的測量范圍及精度等級。o可供選用的測量范圍有可供選用的測量范圍有: 00.6x106Pa, 01x106Pa, 01.6x106Pa, 02.5x106Pa 3.3.3、壓力測量儀表的選擇和使用、壓力測量

31、儀表的選擇和使用49o選擇量程為選擇量程為01.6x106Pa的儀表，當(dāng)壓力的儀表，當(dāng)壓力變化時(shí)，正處于量程的變化時(shí)，正處于量程的1/32/3。解：由題意知解：由題意知3.3.3、壓力測量儀表的選擇和使用、壓力測量儀表的選擇和使用要求儀表的允許誤差為要求儀表的允許誤差為 p所以應(yīng)選所以應(yīng)選 1. 0級精度的壓力表級精度的壓力表50練習(xí)題1. 采用彈簧管壓力表測量某容器的壓力，工藝采用彈簧管壓力表測量某容器的壓力，工藝要求其壓力為要求其壓力為1.20.05Mpa，試選擇合，試選擇合適的壓力表。適的壓力表。可供選用的測量范圍有可供選用的測量范圍有: 00.6x106Pa, 01x106Pa, 01

32、.6x106Pa, 02.5x106Pa 選擇量程為選擇量程為02.5x106Pa的儀表，當(dāng)壓力的儀表，當(dāng)壓力變化時(shí)，正處于量程的變化時(shí)，正處于量程的1/32/3。解：由壓力量程選擇原則可知：壓力上限壓力上限=（1.25*3/2)Mpa=1.875Mpa513.3.3、壓力測量儀表的選擇和使用、壓力測量儀表的選擇和使用 2壓力表的使用壓力表的使用52課程小結(jié)課程小結(jié)p壓力測量：了解各類壓力測量的基本工作原理，變送器的構(gòu)成和傳送方式；重點(diǎn)掌握壓力表的量程和精度的選擇使用。 p了解測量過程，掌握儀表的性能指標(biāo)。了解測量過程，掌握儀表的性能指標(biāo)。53電信學(xué)院自動(dòng)化系先進(jìn)控制技術(shù)研究所5454內(nèi)容簡介

33、內(nèi)容簡介過程控制系統(tǒng)及儀表過程控制系統(tǒng)及儀表(第第3版版)內(nèi)容簡介：內(nèi)容簡介：過程控制系統(tǒng)的理論分析和設(shè)計(jì)需要較過程控制系統(tǒng)的理論分析和設(shè)計(jì)需要較多的數(shù)學(xué)知識(shí)，自動(dòng)化儀表在設(shè)計(jì)制造多的數(shù)學(xué)知識(shí)，自動(dòng)化儀表在設(shè)計(jì)制造方面也有許多技術(shù)問題值得探討。但是，方面也有許多技術(shù)問題值得探討。但是，對于工藝技術(shù)人員來說，主要關(guān)心的問對于工藝技術(shù)人員來說，主要關(guān)心的問題是控制系統(tǒng)和儀表的基本原理及其應(yīng)題是控制系統(tǒng)和儀表的基本原理及其應(yīng)用特性。因此，用特性。因此，過程控制系統(tǒng)及儀表過程控制系統(tǒng)及儀表(第第3版版)盡量避免繁雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，盡量避免繁雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，力求用簡明扼要的文字和插圖使讀者對力求用簡明扼要的文

34、字和插圖使讀者對所學(xué)知識(shí)有更多的定性了解，通俗易懂，所學(xué)知識(shí)有更多的定性了解，通俗易懂，這是這是過程控制系統(tǒng)及儀表過程控制系統(tǒng)及儀表(第第3版版)的另一個(gè)特色。的另一個(gè)特色。過程控制系統(tǒng)和儀表涉及的領(lǐng)域十分廣過程控制系統(tǒng)和儀表涉及的領(lǐng)域十分廣闊，研究內(nèi)容也極其豐富。本著理論聯(lián)闊，研究內(nèi)容也極其豐富。本著理論聯(lián)系實(shí)際、學(xué)以致用的原則，系實(shí)際、學(xué)以致用的原則，過程控制過程控制系統(tǒng)及儀表系統(tǒng)及儀表(第第3版版)在取材方面，不在取材方面，不追求包羅萬象、面面俱到，而是力爭把追求包羅萬象、面面俱到，而是力爭把最基本、最常用的內(nèi)容都包含進(jìn)來。突最基本、最常用的內(nèi)容都包含進(jìn)來。突出重點(diǎn)，注重實(shí)用是出重點(diǎn)，注

35、重實(shí)用是過程控制系統(tǒng)及過程控制系統(tǒng)及儀表儀表(第第3版版)的第三個(gè)特色。的第三個(gè)特色。 第3版2010-07第2版出版日期：2006-08-01 5555目錄目錄 第第1篇篇 過程控制基礎(chǔ)知識(shí)過程控制基礎(chǔ)知識(shí)第第1章章 緒論緒論1.1 生產(chǎn)過程自動(dòng)化概述生產(chǎn)過程自動(dòng)化概述1.1.1 生產(chǎn)過程及其特點(diǎn)生產(chǎn)過程及其特點(diǎn)1.1.2 生產(chǎn)過程對控制的要求生產(chǎn)過程對控制的要求1.1.3 生產(chǎn)過程自動(dòng)化的發(fā)展歷程生產(chǎn)過程自動(dòng)化的發(fā)展歷程1.2 過程控制系統(tǒng)的組成及分類過程控制系統(tǒng)的組成及分類1.2.1 過程控制系統(tǒng)的組成過程控制系統(tǒng)的組成1.2.2 過程控制系統(tǒng)的分類過程控制系統(tǒng)的分類1.3 過程控制系統(tǒng)

36、的方塊圖與工藝控制流程圖過程控制系統(tǒng)的方塊圖與工藝控制流程圖1.3.1 過程控制系統(tǒng)的方塊圖過程控制系統(tǒng)的方塊圖1.3.2 過程控制系統(tǒng)的工藝控制流程圖過程控制系統(tǒng)的工藝控制流程圖1.4 過程控制系統(tǒng)的過渡過程和性能指標(biāo)過程控制系統(tǒng)的過渡過程和性能指標(biāo)1.4.1 過程控制系統(tǒng)的過渡過程過程控制系統(tǒng)的過渡過程1.4.2 過程控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)過程控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)習(xí)題習(xí)題第第2章章 被控對象的特性被控對象的特性2.1 概述概述2.1.1 基本概念基本概念2.1.2 被控對象的階躍響應(yīng)特性被控對象的階躍響應(yīng)特性2.2 被控對象特性的數(shù)學(xué)描述被控對象特性的數(shù)學(xué)描述2.2.1 一階對象的機(jī)理建模及特性

37、分析一階對象的機(jī)理建模及特性分析2.2.2 二階對象的機(jī)理建模及特性分析二階對象的機(jī)理建模及特性分析2.2.3 純滯后對象的機(jī)理建模及特性分析純滯后對象的機(jī)理建模及特性分析2.3 被控對象的實(shí)驗(yàn)測試建模被控對象的實(shí)驗(yàn)測試建模2.3.1 階躍響應(yīng)曲線的獲取階躍響應(yīng)曲線的獲取2.3.2 一階純滯后對象特性參數(shù)的確定一階純滯后對象特性參數(shù)的確定2.3.3 二階對象特性參數(shù)的確定習(xí)題二階對象特性參數(shù)的確定習(xí)題 第第2篇篇 過程自動(dòng)化裝置過程自動(dòng)化裝置第第3章章 過程測量儀表過程測量儀表 3.1 測量儀表中的基本概念測量儀表中的基本概念3.1.1 測量過程及測量儀表測量過程及測量儀表3.1.2 檢測系統(tǒng)

38、的基本特性及性能指標(biāo)檢測系統(tǒng)的基本特性及性能指標(biāo) 3.2 溫度測量溫度測量3.2.1 概述概述3.2.2 熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì)3.2.3 熱電阻溫度計(jì)熱電阻溫度計(jì)3.2.4 溫度測量儀表的選用溫度測量儀表的選用3.2.5 溫度交迭器溫度交迭器3.2.6 一體化溫度變送器一體化溫度變送器3.2.7 智能溫度變送器智能溫度變送器 3.3 壓力測量壓力測量3.3.1 概述概述3.3.2 彈性式壓力表彈性式壓力表3.3.3 電容武壓力變送器電容武壓力變送器3.3.4 擴(kuò)散硅壓力變送器擴(kuò)散硅壓力變送器3.3.5 智能差壓變送器智能差壓變送器3.3.6 壓力表的選擇和使用壓力表的選擇和使用 3.4 流

39、量測量流量測量3.4.1 概述概述3.4.2 差壓式流量計(jì)差壓式流量計(jì)3.4.3 容積式流量計(jì)容積式流量計(jì)3.4.4 浮子式流量計(jì)浮子式流量計(jì)3.4.5 電磁流量計(jì)電磁流量計(jì)3.4.6 渦街流量計(jì)渦街流量計(jì)5656 3.5 物位測量物位測量3.5.1 概述概述3.5.2 靜壓式液位計(jì)靜壓式液位計(jì)3.5.3 磁浮子式液位計(jì)磁浮子式液位計(jì)3.5.4 電容武物位計(jì)電容武物位計(jì)3.5.5 其他物位測量儀表其他物位測量儀表 3.6 顯示儀表顯示儀表3.6.1 概述概述3.6.2 模擬式顯示儀表模擬式顯示儀表3.6.3 數(shù)字式顯示儀表數(shù)字式顯示儀表3.6.4 智能化、數(shù)字化記錄儀智能化、數(shù)字化記錄儀習(xí)題習(xí)

40、題 第第4章章 過程控制儀表過程控制儀表4.1 基本控制規(guī)律基本控制規(guī)律4.1.1 位式控制位式控制4.1.2 比例控制比例控制4.1.3 比例積分控制比例積分控制4.1.4 比例微分控制比例微分控制4.1.5 比例積分微分控制比例積分微分控制4.2 DDZ一一型調(diào)節(jié)器型調(diào)節(jié)器4.2.1 主要功能主要功能4.2.2 構(gòu)成原理構(gòu)成原理4.3 可編程調(diào)節(jié)器可編程調(diào)節(jié)器4.3.1 KMM可編程調(diào)節(jié)器的構(gòu)成可編程調(diào)節(jié)器的構(gòu)成4.3.2 KMM可編程調(diào)節(jié)器的主要功能可編程調(diào)節(jié)器的主要功能4.3.3 正面板和側(cè)面板正面板和側(cè)面板 4.4 可編程控制器可編程控制器4.4.1 可編程控制器的產(chǎn)生與發(fā)展可編程控

41、制器的產(chǎn)生與發(fā)展4.4.2 可編程控制器的應(yīng)用場合可編程控制器的應(yīng)用場合4.4.3 可編程控制器的構(gòu)成、分類及可編程控制器的構(gòu)成、分類及工作過程工作過程4.4.4 可編程控制器的編程語言可編程控制器的編程語言4.4.5 可編程控制器選型基本原則可編程控制器選型基本原則4.4.6 松下松下FPI可編程控制器可編程控制器習(xí)題習(xí)題第第5章章 過程執(zhí)行儀表過程執(zhí)行儀表5.1 概述概述5.2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)5.2.1 氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)5.2.2 電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)5.3 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)5.3.1 常用調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)及特點(diǎn)常用調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)及特點(diǎn)5.3.2 流量系數(shù)與可調(diào)比流量系數(shù)與可調(diào)比5.3.3

42、 流量特性流量特性5.4 電一氣轉(zhuǎn)換器和閥門定位器電一氣轉(zhuǎn)換器和閥門定位器5.4.1 電一氣轉(zhuǎn)換器電一氣轉(zhuǎn)換器5.4.2 閥門定位器的主要用途閥門定位器的主要用途5.4.3 電一氣閥門定位器電一氣閥門定位器習(xí)題習(xí)題5757 第第3篇篇 垃程控制系統(tǒng)垃程控制系統(tǒng) 第第6章章 簡單控制系統(tǒng)簡單控制系統(tǒng)6.1 概述概述6.2 被控變量的選擇被控變量的選擇6.3 操縱變量的選擇操縱變量的選擇6.3.1 對象靜態(tài)特性對控制質(zhì)量的影響對象靜態(tài)特性對控制質(zhì)量的影響6.3.2 對象動(dòng)態(tài)特性對控制質(zhì)量的影響對象動(dòng)態(tài)特性對控制質(zhì)量的影響6.3.3 選擇操縱變量的原則選擇操縱變量的原則6.4 控制系統(tǒng)中盼測量變送問

43、題控制系統(tǒng)中盼測量變送問題6.4.1 測量變送問題對控制質(zhì)量的影響測量變送問題對控制質(zhì)量的影響6.4.2 克服測量變送問題的措施克服測量變送問題的措施6.5 執(zhí)行器的選擇執(zhí)行器的選擇6.5.1 閥流量特性的選擇閥流量特性的選擇6.5.2 執(zhí)行器開閉形式的選擇執(zhí)行器開閉形式的選擇6.6 控制器的選擇控制器的選擇6.6.1 控制規(guī)律的選擇控制規(guī)律的選擇6.6.2 控制器正反作用的確定控制器正反作用的確定6.7 控制系統(tǒng)的投運(yùn)及控制器參數(shù)的整定控制系統(tǒng)的投運(yùn)及控制器參數(shù)的整定6.7.1 控制系統(tǒng)的投運(yùn)控制系統(tǒng)的投運(yùn)6.7.2 控制器參數(shù)的整定控制器參數(shù)的整定習(xí)題習(xí)題第第7章章 復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系

44、統(tǒng)7.1 串級控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)7.1.1 串級控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)串級控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)7.1.2 串級控制系統(tǒng)的工作過程串級控制系統(tǒng)的工作過程7.1.3 串級控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及應(yīng)用場合串級控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及應(yīng)用場合7.1.4 串級控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問題串級控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問題7.1.5 串級控制系統(tǒng)的整定串級控制系統(tǒng)的整定 7.2 比值控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng)7.2.1 概述概述7.2.2 比值控制系統(tǒng)的類型比值控制系統(tǒng)的類型7.3 前饋控制系統(tǒng)前饋控制系統(tǒng)7.3.1 概述概述7.3.2 前饋控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式前饋控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式7.3.3 前饋控制系統(tǒng)的應(yīng)用前饋控制系統(tǒng)的應(yīng)用7.4 均勻控制系統(tǒng)均勻控制系統(tǒng)7.4.1 均勻控制問題的提出均勻控制問題的提出7.4.2 均勻控制的特點(diǎn)均勻控制的特點(diǎn)7.4.3 均勻控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式均勻控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式7.5 分程控制系統(tǒng)分程控制系統(tǒng)7.5.1 基本概念基本概念7.5.2 分程控制系統(tǒng)的應(yīng)用場合分