2022年自动控制系统的分类、渡过程和品质指标 .pdf

绪 论自动化技术在工业、农业、科技以及人们的日常生活中发挥着重要的作用。自动化技术作为国家高科技的重要组成部分， 其水平高低已成为衡量国家科技实力和各个行业现代化水平的重要标志。化工、炼油、食品、轻工等化工类型生产过程自动化简称化工自动化 。即在化工设备上，配备一些自动化装置，自动测量生产过程中的重要工艺参数，并与计算机（或自动控制装置）、执行机构相配合实现对生产过程的自动控制。这种用自动化装置来管理化工生产过程叫 化工自动化 。实现化工生产自动化目的（重要意义）1 加快生产速度，降低生产成本，提高产品产量和质量。2 减轻劳动强度，改善劳动条件，使工人从繁重的劳动中解脱出来。3 保证安全生产， 防止事故发生与扩大， 延长设备使用寿命， 提高设备利用能力。4 改变劳动方式，使工人逐步由体力劳动转向脑力劳动。组成一个完整的生产过程控制系统一般有控制器、执行器、被控过程（或被控对象）和测量变送器四个环节，其中控制器、执行器和测量变送器都属于检测控制仪表。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 38 页一般认为自动控制系统由检测控制仪表和被控过程（被控对象）两部分组成。大型化、现代化、多品种、精细化的过程生产系统生产自动化的发展过程可分为三个阶段。第一阶段 ：采用一些自动检测仪表检测主要工艺参数，第二阶段 ：采用先进的自动检测仪表和控制系统第三阶段 ：开始采用电子计算机控制，生产过程控制的发展由原来车间集中控制转向工厂综合自动化发展（平面化管理） ，这是目前自动化发展的一个重要方向。实现化工生产过程自动化，一般要包括自动检测 、自动保护 、自动操纵和自动控制等方面的内容。自动检测系统 : 利用各种检测仪表对主要工艺参数进行自动检测、指示或记录， “了解”生产进行的情况。1 自动信号和连锁保护系统：是生产中的一种安全装置。自动信号和连锁保护系统: 对某此关键性参数设有自动信号联锁装置，当工艺参数超过了允许范围，系统自动地发出声光报警信号，以提示及时采取措施。自动操纵系统 : 根据预先规定的步骤自动地对生产设备或生产过程进行某种周期性的操作。自动开停车系统 ：按照预先规定的步骤，使生产过程自动投入运行或自动停车。自动控制系统 : 对生产中某些关键性参数进行自动控制，使它们在受到干扰的影响而偏离正常状态时，能自动地调回到规定的的数值范围内。自动控制系统是自动化生产的核心部分，（液位变送器 ） （控制器 ） （执行器 ）自动控制系统是在人工控制的基础上产生和发展起来的，其主要装置包括测量元件与变送器、自动控制器、执行器，分别代替了人的眼、脑、手三个器官。1.自动控制系统的组成（1） 被控对象 : 在自动控制系统中，我们将需要控制其工艺参数的生产设备或机器。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 38 页（2） 自动控制装置 起控制作用。 测量元件与变送器检测工艺参数（或再转换成某一特定信号如电流、电压、气压信号） 自动控制器根据变送器送来的信号与工艺上要求的参数进行比较运算，并发出信号到控制阀。 执行器 ：根据控制器送来的信号对阀门的开度进行调解。2.信号和变量这个信息就是信号 （电压、电流、压力、位移等等）也叫变量。指向方框的信号U 表示施加到系统或环节上的独立变量，称为输入变量 ，离开方框的信号表示系统或环节送出的变量，称为输出变量设定值（给定值）：被控变量的目标值（预定值） ，称为 设定值进水量 Q1会引起水位变化，这种引起被控变量波动的外来因素，在自动控制系统中称为 干扰（或扰动） 引起水位变化的出水量Q2，它是执行器控制阀动作的结果，是控制系统来以补偿干扰的作用，Q2具有实现控制作用的参数叫操纵变量，即 受控制器操纵，用以使被控变量保持设定值（给定值）的物料量或能量，称为操纵变量。控制阀输出的q 的变化称为 控制作用 ，控制作用和干扰都是作用于对象的输入信号，它们对对象的作用方向是相反的。Q2的流体叫 操纵介质 ，可以是流入对象的，也可以是对象流出的。故自动控制系统是一个闭环系统。闭环系统 自动控制系统的方块图中信号沿箭头方向前进,通过若干环节后 ,最后又返回到起始点。开环系统自动控制系统的方块图中信号沿箭头方向前进,最后返回不到起始点。控制系统的输出信号 (被控变量 )不反馈到系统的输入端，因而也不对控制作用产生影响的系统，称为开环控制系统。把系统 (或环节 )的输出信号直接或经过一些环节重新引回到输人端的做法叫做反馈。反馈信号的作用方向与设定信号相反，即偏差信号为两者之差，这种精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 38 页反馈叫做负反馈；反之为正反馈。在闭环控制系统中，把输出信号（被控变量）经过测量元件和变送器后，又返回到系统的输入端，与给定值进行比较，这种系统的输出信号直接或经过一些环节返回到系统的输入端的做法叫反馈。负反馈 反馈信号能使原来的信号减弱。与原来信号方向相反。正反馈 反馈信号能使原来信号加强。自动控制系统控制方法基本上是采用负反馈的方法。自动控制系统是具有被控变量负反馈的闭环系统，1.3 自动控制系统的分类1. 按被控参数 分类：温度、流量、压力、液位等控制系统。2. 按控制系统所处理的信号方式来分：有模拟控制系统与数字控制系统。模拟信号：在时间上是连续变化的， 在任何瞬时都可以确定其数值的信号，可转换为电信号。在生产过程中任何连续变化的物理量和物理量都属于模拟信号。数字信号： 以离散形式出现的不连续的信号，数字量的增减只能一个一个单位增加或减小。模拟信号和数字信号可以互相转换。4.按控制器具有的 控制规律 分类： 位式自动控制系统、比例（ P） 、比例积分 (PI)、比例微分 (PD) 、比例积分微分 (PID)等控制系统。5. 按控制系统 的复杂程度简单控制复杂控制：均匀控制、串级控制、前馈控制（1）定值控制系统 ：被控变量的给定值恒定不变。定值控制系统的基本任务是克服扰动对被控变量的影响，（2）随动控制系统（自动跟踪系统） ：给定值是不断变化的且无规律，是随机变化的。随动控制系统控制的目的， 是使所控制的工艺参数准确而快速地跟随给定值的变化而变化。（3）程序控制系统（顺序控制系统）：工艺参数的给定值按一定的规律变化，是已知精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 38 页的时间函数。即设定值按一定的时间程序变化。9. 按信号种类 分类：气动控制系统，电动控制系统1.4 自动控制系统的过渡过程和品质指标在自动化领域内要研究两种状态：静态和动态 。这种被控变量不随时间变化的平衡状态称为系统的静态。动态:被控变量随时间变化的不平衡状态称为系统的动态。系统从一个平衡态过渡到另一个平衡状态的整个过程叫系统的过渡过程。阶跃干扰，就是在某一瞬间，输入量突然阶跃式地加到系统上，并继续保持在这个幅度上，自动控制系统的过渡过程实质上是控制作用不断克服干扰作用影响的过程。衡量系统的控制质量的依据是系统的过渡过程，在过渡过程中，被控变量是随时间变化的，不同的过渡过程，被控变量随时间的变化情况不一样1.非周期衰减过程 被控变量在给定值的某一侧做缓慢变化，没有来回波动， 最后稳定在某一数值上。 2.衰减振荡过程 被控变量上下波动，但幅度逐渐减小，最后稳定在某一数值上， 这种过渡过程形式叫衰减振荡过程。能使系统较快地稳定下来， 希望是这种过程。 （1、2 都是衰减过程，称为稳定过程。 ）3.等副振荡过程 被控变量在给定值附近来回波动，且波动幅度保持不变， 永久不会稳定下来。属于不稳定过程，在要求y 稳定的系统不采用，调节质量要求不高时用。4.发散振荡过程 被控变量来回波动， 且波动幅度越来越大， 即偏离给定值越来越远。在自动控制系统应避免，以免出现危险事故。（3、4 不稳定过程）一. 控制系统的品质指标衡量系统控制的质量就是要依据过渡过程的品质指标。自动控制系统在阶跃干扰作用下，一般都希望得到衰减振荡过程。最大偏差或超调量 ：最大偏差（动态偏差）是指在过渡过程中，被控参数偏离给定值的最大数值A(最大偏差表示系统瞬时偏离给定值的最大程度 )。偏离越大，偏离的时间越长，系统离开规定的工艺参数指标就越远，甚至会造成一波未平一波又起， 波峰叠加，使被控变量振荡加剧， 对稳定正常生产不利，精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 38 页有的甚至会超过危险极限造成事故，故要加以限制，越小越好。最大动态偏差或超调量是描述被控参数偏离给定值的最大程度。最大动态偏差是反映控制系统动态准确性的指标，也是衡量过渡过程稳定性的动态指标。衰减比 ：衰减比是相邻两个峰值的比，衰减比是表示振荡过程衰减的程度，是衡量过渡过程稳定性的动态指标。1.余差：当过渡过程终了时， 被控变量所达到的新的稳态值与给定值之间的偏差叫做余差（ C ） ，或者说余差就是过渡过程终了时的残余偏差。有正有负。余差是衡量控制系统静态稳定性的指标。被控参数越接近给定值越好， 亦即残差越小越好。2.过渡时间： 从干扰作用发生的时刻起 ,直到系统重新建立新的平衡时止,过渡过程所经历的时间叫做过渡时间或控制时间. 3.振荡周期（或 频率） T：过渡过程两个相邻的同向波峰(或波谷 )之间经历的时间叫振荡周期或工作周期. 振荡周期的倒数称为振荡频率. 频率=1/周期衰减比（反映被控变量振荡的程度） 、最大偏差、超调量 （稳定性）是表示系统的稳定性，过渡时间表示系统的快慢性能，余差表示系统静态特性的好坏，也反映了系统的精度。控制系统的品质指标是过程控制系统研究的核心标准问题。自动控制系统由两大部分组成: 工艺过程部分（被控过程）和自动化装置部分。自动装置部分 ：实现自动控制必备的自动化仪表、设备。包括测量与变送装置、控制器和执行器三部分。自动控制系统是由 被控对象 、测量元件及变送器 、控制器 和执行器 组成的，系统的控制质量与组成系统的每一个环节的特性和作用都有关系，特别是被控对象的特性对控制质量的影响，往往是确定控制方案的依据。干扰作用和控制作用都可以看成对象的输入量，可以叫输入变量 。输出量 (输出参数 ):被控变量（被控参数）。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 38 页1通道 ：由对象的输入变量至输出变量的信号联系称之为通道控制通道 :控制作用至输出变量的信号联系。是描述操纵变量与被控变量之间的关系。干扰通道 :干扰作用至输出变量的信号联系。是描述干扰与被控变量之间的关系。1 被控对象的特性 ：在给被控对象一个输入作用下，其输出变量是如何随着输入作用变化而变化，变化的快慢及最终变化的数值等。静态特性 ：给对象一个输入，当系统达到平衡状态时，输入变量与输出变量之间的关系。动态特性 ：指系统在受到输入作用时，由一个平衡态向另一个平衡态过渡的整个过程中，输出变量随输入作用的变化。静态数学模型描述的是对象在稳定时（静态）的输入与输出关系；动态数学模型描述的是在输入量改变以后输出量跟随变化的规律；动态数学模型是更精确的模型，静态数学模型是动态数学模型在对象达到平衡时的特例。研究对象的动态特性，就是要找出描述对象动态的数学模型。二. 建立对象数学模型的方法对象特性的研究一般 有两种方法（1） 机理分析法（亦称化工动态学的方法）对于简单的对象或系统各环节的特性，根据系统工艺实际过程的数质量关系，分析计算输入量与输出量之间的关系。即可以通过分析过程的机理、 物料或能量平衡关系求得数学模型，即对象动态特性的微分方程式，这种方法称为机理分析法 。 （机理模型）对象特性的 机理分析法 的最基本关系是 物料平衡和能量平衡 。在静态条件下，其关系是：单位时间流入对象的物料或能量 = 系统中流出的物料或能量在动态条件下，物料平衡和能量平衡的关系是：单位时间内进入系统的物料 单位时间内流出的物料 = 系统内物料贮存量的精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 38 页变化率（2）实验测定法（系统辨识）有些复杂系统的输入与输出之间的关系是比较难以通过计算来获得的，对象的微分方程式很难建立， 也不容易求解。所以， 另一种方法是通过实验测定，需要在实际系统或实验系统中，通过一组输入来考察输出的跟随变化规律反映输入与输出关系的经验曲线和经验函数关系。 对获得的数据进行科学处理而求得对象的微分方程式或传递函数，这种方法称为 实验测定法 。 （经验模型）把两种方法结合起来，主要通过机理分析，得出模型的结构或函数形式，再通过实验测得输入输出数据确定其中的部分参数( 参数估计 ) ，得到的模型称为混合模型。三数学模型的表示方法：非参量模型：用曲线、图表表示的系统输入与输出量之间的关系。特点：简单、形象、较易看出对象的特征。参量模型：用数学方程式表示的系统输入与输出量之间的关系。（参量指变量，即输入变量、输出变量）一. 一阶对象所谓单容过程是指只有一个储蓄容量的被控过程。当单位时间内流入对象的物料不等于流出对象的物料时，表征对象物料蓄存量的参数就要随时间而变化，而其关系则是微分方程。求出对象输出输入之间的微分方程，如果对象的动态方程是一阶微分方程。对象的特性， 即对象的输出量是如何随输入量变化而变化，在实际工作中常用三个物理量来表示K、T、 。一.放大系数 K K在数值上等于对象受干扰作用，重新稳定后的输出变化量与输入变化量之比。物理意义 ：K在数值上等于对象的输出变化量与输入变化量之比，如果有一定的输入变化量 Q1，通过对象就被放大了K倍，变为输出变化量 h。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 38 页放大系数：达到稳定状态时，对象输出变化量y 和输入变化量 x 之比。xyK（QhK)(）放大系数是描述对象静态特性的参数。对于对象控制通道 放大系数 K0,一般希望 K0适当大一些， K0越大，表示被控变量对控制作用有足够大的灵敏度，使控制作用更为有效。对于对象干扰通道 的放大系数 Kf，则应愈小愈好， Kf小表示干扰对被控变量的影响小。二. 时间常数 T 时间常数T:指当对象受到阶跃输入作用后，被控变量如果保持初始速度变化，达到新的稳态值所需的时间。或当对象受到阶跃作用后，被控变量达到新的稳态值的63.2%所需时间。时间常数是反映 被控变量变化快慢的动态参数， T越大， 表示对象受到干扰作用后，被控变量变化得越慢，达到新稳态值时时间越长，惯性越大。对于干扰通道 的时间常数 Tf越大，对 y 的影响也越迟缓，控制越容易。一滞后时间 有的对象在受到输入作用后（如一阶对象在受阶跃作用下），输出变量立即开始变化；而有的对象如二阶以上对象，在受到输入作用后，输出变量不能立即而迅速地变化，对象的输出变化落后于输入的现象，称为对象的滞后。根据滞后性质不同可分为 传递滞后 和容量滞后1传递滞后 ：传递滞后又叫纯滞后（ 0） ，对象受到输入作用时，其输出变量要经过一段时间才开始变化，这种现象叫 传递滞后 。滞后时间用 00产生的原因： 一般是由于介质的传输、 能量的传递、 信号的传送需要一段时间而引起的，例如皮带输送机。另外，检测方案不合理，也可产生纯滞后，2. 容量滞后 h精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 38 页对象受到输入作用时，输出变量开始变化很慢，后来才逐渐加快，再之后又逐渐变慢直到达到稳定值，这种现象叫容量滞后 （或过渡滞后）。h滞后时间 是纯滞后时间 0和容量滞后 h的总和 。 和 T 反映被控变量受到输入作用后的变化规律，也就是反映系统过渡过程中的变化规律 。滞后时间对对象的控制通道是不利的， 如果存在于控制参数方向， 使其不能及时地起控制作用； 如果存在于被控参数测量方向，系统受到输入作用后，由于存在滞后，被控参数不能立即反映出来， 控制器就不能及时觉察到偏差， 无论哪一种情况都使控制作用落后于被控参数的变化， 容易引起超调，不利于控制 ， 所以在设计和安装控制系统时，都应当尽量把滞后时间减小到最小。2. 阶跃反应曲线法通过调节量的一个阶跃变化寻找对象的动态特性。优点：简单易行。缺点：精度低。3. 周期脉冲法通过调节量的周期变化（矩形波或正弦变化），获取对象的动、静态特性。优点：能反应条件波动时的结果。缺点：不能用于大滞后系统。用来测量化工生产过程中的压力、流量、物位、温度等参数的仪表称为化工检测仪表。传感器：用来将这些参数转换为一定的便于传送的信号的仪表叫传感器。变送器：将所测得的工艺参数检测出并转换为统一的标准信号，送往控制器或显示仪表，则传感器就为变送器。一测量过程与测量误差1测量过程 ：将被测参数与其相对应的测量单位进行比较的过程。由仪表读得的被测值与被测量真值之间，总存在一定的差距，这一差距称为测量误差测量误差通常用绝对误差 和相对误差 两种方法表示。（1） 绝对误差 ()：理论上是指仪表指示值XI和被测量的真实值Xt之间的差值。（2）相对误差 (y)relative error ：某一点的绝对误差 与它的真实值 xt（或 x0）之比。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 38 页衡量仪表优劣的性能指标1.精度等级2.指示变差（恒定度） 3.灵敏度和灵敏限4.分辨力 5.线性度 6.反应时间2.指示变差（恒定度）测量的正行程 ：被测参数由小变大。测量的反行程 ：被测参数由大变小。指示变差 ：指在相同的外界条件下， 使用同一仪表对相同的被测参数值进行正（被测参数由小到大）反（由大到小）测量时，得到的仪表指示值是不相等的，正反行程指示值之差称为该仪表在该读数点的指示变差。3灵敏度 (S) 与灵敏限（也叫灵敏域）sensitivity 灵敏度 (S) : 灵敏度是反映仪表对被测参数变化的灵敏程度。仪表的指针线位移 (或角位移 )( a)与引起这个线（或角）位移的被测参数变化量 (X)的比值 . xSS为仪表灵敏度S在数值上等于单位被测参数变化量所引起的仪表指针移动的距离(或转角 ) S越高， X 稍微变化， a 变化较大，越灵敏，越能观察微小的参数变化。灵敏限 : 能引起仪表指针发生动作的被测参数的最小变化量。反应时间所以仪表的反应时间长短，实际上是反映了仪表动态特性的好坏，是用来衡量仪表能不能尽快反映出参数变化的品质指标. 线性度线性度用来 说明输出量与输入量的实际关系曲线偏离直线的程度。线性度 ：通常用实际测得的输入输出特性曲线（标定曲线）与理论拟合直线之间的最大偏差与测量仪表满量程输出范围之比的百分数表示。%100max仪表量程fff越大，线性度越不好 。重复性表 示测量仪表在测量被测参数时， 在被测参数按同一方向作全量程连续多次变动时所得标定特性曲线不一致的程度。若标定的特性曲线一致， 重复性就好， 重复误差小。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 38 页重复性误差：用各测量点指示值的最大偏差 Zmax与测量仪表满量程输出范围之比的百分数来表示。常见的便于传输和显示的信号类型有：1 位移信号2 压力信号3 电信号 4 光信号二测量系统中信号的传递形式从传递信号的连续性的观点来看，在检测系统中传递信号的形式可以分为模拟信号、数字信号和开关信号。五.工业仪表的分类按仪表 使用的能源 分类(1) 气动仪表 : 以压缩空气为能源，结构比较简单、直观、可靠；抗干扰能力强；价格低廉、 防火防爆；但是信号传递慢， 距离短， 不宜实现远距离大范围的集中显示与控制，与计算机联用比较困难。(2)电动仪表 : 以电能为能源，信号之间联系方便；适于远距离传送和集中控制、便于与计算机联用，可防火防爆；但结构复杂，易受温度、湿度、电磁场、放射性等环境影响。(3)液动仪表 : 2 信息的获得、传递、反映、和处理的过程分类: (1)检测仪表 ：作用是获取信息，并进行适当转换。在生产过程中，主要用来检测某些工艺参数（如为温度、压力、流量、物位等），并将被测参数的大小成比例地转换成电的信号（电压、电流、频率等）或气压信号。(2)显示仪表 ：作用是将由检测仪表获得的信息显示出来，包括各种模拟量、数字量的指示仪、记录仪和积算器，以及工业电视、图像显示器等。(3)集中控制装置 ：包括各种巡回检测仪、巡回控制仪、程序控制仪、数据处理机、电子计算机以及仪表控制盘和操作台等。(4)控制仪表 ：可以根据需要对输入信号进行各种运算（如放大、积分、微分等）。包括电动、气动控制器以及用来代替模拟控制仪表的微处理机等。(5)执行器 ：能接受控制仪表的输出信号或直接来自操作人员的指令，对生产过程精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 38 页进行操作或控制。包括各种气动、电动、液动执行机构和控制阀。按仪表的组成形式 来分类: (1) 基地式仪表 : 将测量、显示、控制等各部分集中组装在一个壳体内，形成一个整体。适于现场就地检测和控制，不适合多种参数的集中显示与控制，使使用受到限制。(2)单元组合式仪表 : 将对参数的测量及其变送、 显示、控制等各部分分别做成只能完成某一特定功能而又能各自独立工作的单元仪表， 这些单元之间通过统一的标准信号相互连联系起来。 （检测单元、变送、显示、控制） 。这些单元可方便地任意组合成各种控制系统，实用性和灵活性好。1压力 ：指均匀垂直的作用于单位面积上的力。物理学上称为压强， 工业上称为压力。压力可用公式表示为 ：SFp绝对压力： 以绝对零压力为准来表示的压力。表压:p 表压 = p绝对压力- p 大气压真空度 (被测压力低于大气压 ):p 真空度 = p大气压力 - p 绝对压力2压力表的分类测压仪表或真空度仪表种类很多，按照其转换原理 不同,可分为四大类 : 液柱式压力计 ：根据 流体静力学原理 ，将被测压力转换成液柱高度进行测量。适合测量低压、负压、或压力差。按其结构形式不同，有U 型管压力计、单管压力计、斜管压力计等。ghp。优点：结构简单，价格便宜，精度较高，在现场和实验室中使用。缺点：体积较大，读数不方便，只能目测，不能远传，而且测量结果会受毛细管作用、密度、视差影响，玻璃管易破碎，测量范围窄，测低压、负压，因而应用领域有一精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 38 页定的局限性。企业常用的是可变倾斜管微压计。主要用于实验室或工程实验上适用。（1）弹性式压力计 ： 将被测压力转换成弹性元件变形的位移进行测量， 有弹簧管压力计、波纹管压力计、膜片式压力计等。在工业上应用相当广泛。结构简单，价格便宜，测量范围广，现场使用，维修方便，工业上应用广泛。（2） 电气式压力计：通过 机械和电气元件将被测压力转换成电量（电气信号，如电压、电流、频率等）进行测量，有电容式、电阻式、电感式、应变片式、霍尔片式。还有力平衡式压力变送器、电容式压力变送器等。多用于远传和集中控制，适用范围广，是一种有发展前景的压力表。（3） 活塞式压力计 ：根据液体传送压力 的原理，将被测压力转换成活塞上所加平衡砝码的重量进行测量。测量范围大，精度高，允许误差可小到0.05%0.02% ，但必须人工增减砝码，不能自动测量。结构复杂，价格较贵，常用检验工业压力表的标准仪表，不适于现场适用。工业生产中最常用的是弹性式压力计和电气式压力计。二.弹性式压力计原理 ：是利用各种形式的弹性元件。在被测压力的作用下,弹性元件受压后产生弹性形变的原理而制成的压力仪表. 根据虎克定律，在弹性限度内，弹簧伸长或缩短的长度与受到的拉力或压力成正比。特点: 结构简单、使用可靠、价格低廉、测量范围广、有足够的精度，精度等级最高可达 0.1 级，测量几百 Pa几千 MPa，现场广泛使用，维修方便，若附加其他装置，如记录机构、电气转换装置、控制元件等，可实现压力的记录、远传、信号报警、自动控制等。在工业上是应用最广泛的一种测压仪表。1.弹性元件：是弹性式压力计的测压敏感元件，根据测量范围及被测介质不同，所用的弹性元件的材料及形状也不一样。三电气式压力计电气式压力计是泛指各种能把压力 转换为电信号 输出，然后测量电信号的压力表。特点 ：可以远距离传送信号，和计算机连用，精度高，结构复杂。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 38 页这类仪表品种很多，各有特点。由于可以远距离传送信号，可实现压力自动控制和报警，所以广泛用于控制系统中。一般有 压力传感器 、测量电路 和信号处理装置 组成。压力传感器 把压力信号检测出来，并转换成电信号输出，若再进一步转换为标准信号时，则又称为压力变送器。 （信号处理装置 包括指示器、记录器、微处理机等。(应变片式压力传感器、压阻式压力传感器、电容式压力传感器 ) 二. 压力计的选用及安装1 压力计的选用（1）仪表类型的选用 ：考虑： 1）满足工艺生产要求，例如是就地还是远传、自动记录、报警、压力测量精度、被测压力高低。2）被测介质的物化性质，如粘度、腐蚀性、爆炸性等。3）现场环境条件（如高温高压、电磁场等）。(1)确定仪表的测量范围 （被测量可按规定精度进行测量的范围）(2)精度等级 ：根据生产上所允许的最大测量误差来选1 定义流量：是指单位时间内流过管道某一截面的流体数量，即瞬时流量。总流量 :某一段时间内流过管道流量的总和叫总流量 ，即流体在某一段时间内的流量累计值。流量的 表示方法 ：单位时间内流过的流体以质量表示的称为质量流量 (M)以体积表示的称为 体积流量 (Q). 两者的关系为QM或MQ（表示流体密度）tQdtQ0总或tMdtM0总（t 表示时间）精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 38 页测量流体流量的仪表叫 流量计测量流体总量的仪表叫 总量计 . 2 流量计的种类（1）速度式流量仪表以测量流体在管道内的速度作为测量依据来计算流量的仪表。例如、 、 、靶式流量计、堰式流量计等。（2）容积式流量计以单位时间内所排出的流体的固定容积的数目作为测量依据来计算流量的仪表。例如、 椭圆齿轮流量计 、活塞式流量计 等。 （3）质量式流量计流体的体积是流体温度、压力和密度的函数。例如惯性式质量流量计 、补偿质量流量计等 。二.压差式流量计压差式流量计是基于流体的节流原理 ,利用流体流经节流装置时产生的压力差 而实现流量测量的。差压式流量计的 组成 : 节流装置将被测流量转换成压力差信号，包括节流件 （阻流件： 孔板、喷嘴、文丘里管）和取压装置（导压管） 。测压仪表： 用来测量压差而显示流量，有差压计 和差压变送器。（例如用 U 型管差压计测出 P，计算 Q。流体在管道中流动时 ,在节流装置前后的管壁处,由于管道截面发生变化形成流束收缩，流动速度增加，压力下降，因而在节流装置前后产生压力差，这种现象称为节流现象3.差压式流量计的测量误差（1）造成测量误差的原因被测流体工作状态节流装置安装不正确孔板入口边缘的磨损导压管安装不正确，或有堵塞、渗漏等现象差压计安装或使用不正确三转子流量计精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 38 页1.特点：（1）适于小管径（ 50mm）小流量的测量（用其他标准节流装置测量误差大）（2）压力损失小，反应快。 （3）结构简单，价格便宜。（4）精度受所测介质压力、温度、粘度影响比较大。差压式流量计是在截流面积不变的条件下，以压差变化来反映流量大小。转子流量计是以压降不变，利用截流面积的变化来测量流量的大小，是恒压降，变节流面积的流量测量方法。结构：由一个锥形管和一个转子组成，锥形管玻璃，可以看到转子的高度。4. 电远传式转子流量计 （转子高度信号电信号） （LZD）分两大部分：流量变送部分、电动显示部分转子流量计适用范围：适合测量较小的流量，如可测量气体或液体的流量（粘度大的液体除外），比较适合于实验室或仪器装置中的流量指示和监视。五椭圆齿轮流量计 (容积式流量计） 4主要特点由于椭圆齿轮流量计是直接按照固定的容积计量流体的，所以测量精度与流体的流动状态无关， 被测介质的粘度越大，齿轮间的泄漏量越小，测量误差越小，特别适于高粘度流体的测量。（1）最适用于高粘度流体的流量测量（2）所测流量不能太小（3）流体不能有固体颗粒，机械夹杂物，否则会引起齿轮磨损，以致损坏（4）使用温度有一定范围 1060之内。温度过高，会使齿轮发生卡死测量精度高，只要加工精确，配合紧密，便可得到极高的精度， 一般可达 0.2%0.5% ，故常作为标准表及精密测量之用。量程范围大，使用寿命长， 压力损失小，安装使用较方便，结构复杂，加工制造困难，成本较高。使用不当或过久，会发生泄漏现象，引起较大测量误差。六.涡轮流量计是利用置于流体中的涡轮的转速与流体速度成比例的关系，通过测量涡精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 38 页轮的转速来间接测得通过管道的体积流量。1 特点(1) 测量精度高，复现性和稳定性好，量程范围宽，耐高压，反应快，可测脉动流量（适于流量快速变化的流量测量） 。(2) 输出电频率信号，便于远传，不受干扰。(3) 被测介质不能带机械杂物，否则磨损涡轮且使精度降低。(4) 设备复杂，造价高，抗干扰能力小（受日光灯等干扰），为保证流向稳定，在涡轮前后要加直管道。由于涡轮高速转动，轴承易损，降低了长期运行的稳定性，影响使用寿命。4. 适用范围可用于测量气体、 液体流量，但要求被测介质洁净， 不适用于对粘度大的液体流量，主要用于精度要求高、流量变化快的场合，还用作标定其他流量计的标准仪表。七电磁流量计（速度式仪表测量具有导电性的液体介质测酸、碱、盐溶液，含有固体颗粒液体或纤维液体。3. 特点（1）只能测量导电的液体，导电率必须大于水，最适合酸、碱、盐液体，不能测量油类或气体的流量。 在管道中不设任何节流元件， 因此可以测量 各种高粘度的导电液体，特别适合测量含有纤维和固体颗粒的流体。在采用防腐衬里的条件下， 可以测量各种腐蚀性液体 的流量。精读可达0.5 级。（2）其输出信号与流量之间的关系不受液体的物理性质（例如温度、压力、粘度等）变化和流动状态的影响。对流量变化反应速度快，故可用来测量脉动流量 。（3）压力损失比较小，结构复杂，成本高。（4）要求环境要高，容易受外界磁电场干扰的影响，使用不当会大大影响测量精度。安装时要远离一切磁源（如大功率电机、变压器等），不能有振动。4.适用范围：适用于含有颗粒、 悬浮物等流体的流量测量； 由于电极和衬里是防腐的， 故可用来精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 38 页测量腐蚀性介质的流量； 电磁流量传感器的输出与流量呈线性关系，反应迅速， 可测量脉动流量。 但是，被测介质必须是导电的液体，不能用于气体、蒸汽及油类制品的流量测量。八漩涡流量计 （又称涡街流量计）可以用来测量各种管道中的液体、气体、蒸汽的流量，是目前工业控制、能源计量及节能管理中常用的新型流量计。1. 原理： 利用有规则的漩涡剥离现象来测量流体流量的仪表。元件柱状物作为漩涡发生体，垂直插入流体中。（1） 漩涡频率的检测 有热学法、电容法、差压法等1. 特点：（1）测量管内无运动部件，无机械磨损、使用寿命长，安装维护方便、水平或垂直安装均可，工作可靠、压力损失小（约为孔板流量计压力损失的1/41 /2） 。（2）测量精度高，可达1 级。（3）测量范围宽，其读数不受流体物理状态如温度、压力、密度及组成成分的影响，一次标定后无需再修正或换算，可测液体和气体流量，且节能效果明显。（4）其输出的脉冲信号，易于和数字仪表及计算机配合使用。九质量流量计质量流量计分两大类： 一类是直接式质量流量计： 直接得到与质量流量成比例的信号。另一类是补偿式或推倒式质量流量计，同时检测出流体流量和流体的密度，然后通过运算器得出与质量流量成比例的输出信号。在容器中液体介质的高低液位，测量液位的仪表液位计容器中固体或颗粒状物质的堆积高度料位，测量料位的仪表料位计两种密度不同液体介质的分界面界位，仪表界面计上述三种仪表统称为物位仪表一概述 1物位测量的 意义（1）通过物位的测量可以获知容器中所储物质（原料、半成品或成品）的体积或质量，精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页，共 38 页掌握物料的数量 ， 以保证能连续供应生产过程中各个环节所需的原料用量或进行经济核算计量作用。需要非常准确测量出物位的绝对值。（2）根据物位来 连续监视或调解容器中流入流出物料平衡，以便使它保持在工艺要求的范围，使生产过程正常进行，保证产品的质量、产量、安全连续控制生产工艺过程，保证质量。要非常准确地测出物位的相对值。（3）监视或控制容器中介质的物位，对它上下限进行报警，一旦物位超出允许的上、下限则报警，以便采取紧急措施。控制生产，避免危险。2物位计 分类：物位仪表的种类很多，按其工作原理主要有下列几种类型（1）直读式 物位仪表：用带有刻度的透明物质（如玻璃、有机玻璃）作为容器壁的一部分或连通管， 可直接显示容器内液位的高低。 如玻璃管液位计、 玻璃板液位计等。（2）差压式 物位仪表： 利用物料内静压力与物料深度或堆积高度成正比的关系进行测量 。又分为压力式物位仪表（用压力表示其高度）和差压式物位仪表（间接测量此点对另一参考点的压力差） 。（ 3）浮力式 物位仪表：利用漂浮于液面上的浮子高度随液位变化而改变（称为恒浮力式液位计） 或浸沉于液体中的浮子 （或沉筒） 所受的浮力随液位高度而变化的原理（变浮力式液位计）。前者又分为有带钢丝带式浮子液位计、带杠杆浮球式液位计等；后者典型的敏感元件为浮筒，又称为沉筒式液位计。浮力式液位计结构简单、直观可靠、受外界温度、湿度和压力等因素影响较小，应用比较普遍。主要缺点是使用机械结构、摩擦力较大。（4）电磁式 物位仪表：将物位的变化转换为电量的变化，测出电量的变化来测知物位。根据转换成电量的形式不同分为电阻式（即电极式）、电容式和电感式等物位仪表。电极式物位计精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页，共 38 页利用物料的导电性能测量高低液位。也可以用于导电性较弱的液体和潮湿固体。（ 5）核辐射式 物位仪表：利用核辐射线穿过物料时，物料对核辐射线的吸收特性进行测量，即核辐射线的透射强度随物质层的厚度而变化的原理。常用的是穿透力强的射线。目前，工业上使用的放射线物位计有连续式和间断式两种。（6）声波式 物位仪表： 利用声波在空气中传播速度不变的原理，通过检测声波发射和反射全过程的时间间隔可以计算出物料界面到探头的距离，从而得到物位的高低 。（7）光学式 物位仪表：利用普通白炽灯光或激光等作为光源，利用光波在传播中可被不同的物质界面遮断和反射原理测量物位的。二.压差式液位变送器根据流体静力学原理， 静止液体内某一点的静压力与这一点之上的液柱高度成正比。 利用压力或差压变送器可以很方便地测量液柱压力或压差，将其转换成标准信号输出。1工作原理压差式液位变送器， 是利用容器内的液位改变时， 由液柱产生的静压也相应变化的原理而工作的这种抵消固定压差实现零点对齐的方法叫零点迁移 。负迁移 ：用迁移弹簧平衡负压室上的固定压差所产生的影响的过程，叫负迁移。正迁移 ：用迁移