控制仪表及装置打印.doc

绪论第三节 联络信号的类型对于气动控制仪表，20100kpa气压信号，作为仪表之间的联络信号。对于电动控制仪表，其联络信号常见的有模拟信号，数字信号，频率信号等。不同的仪表系列，所取信号的上下限值是不同的。例如DDZ-II型仪表采用010ma直流电流作为统一联络信号；DDZ-III型仪表采用420ma直流电流和15V直流电压作为统一联络信号；有些仪表则采用05V或010V直流电压作为联络信号，并在装置中考虑了电压信号和电流信号的相互转换问题。三，控制系统的防爆措施本安防爆系统 要使控制系统具有本安防爆性能，应满足两个条件：（1）在危险场所使用本质安全型防爆仪表，如本安型变送器，电气阀门电位器等；（2）在控制室仪表与危险场所仪表之间设置安全栅，以限制流入危险场所的能量。 说明现场仪表与控制室仪表之间的信号传输及供电方式。答：变送器是现场仪表，其输出信号送至控制室中，而它的供电又来自控制室。变送器的信号传送和供电方式通常有如下两种。四线制传输，2根导线接电源，2根导线接输出信号，2根电源线，2根信号线。两线制传输，两根导线即使电源线又是信号线。不仅可以省大量电缆线和安装费用，而且有利于安全防爆。图0-6本案防爆系统什么是安全栅？安全栅的作用？常用的哪两种？答：安全栅作为本安仪表的关联设备，一方面传输信号，另一方面控制流入危险场所的能量在爆炸性气体或混合物的点火能量以下，以确保本安防爆性能。常用的有齐纳式安全栅和隔离式安全栅。DDZ-III的特点是什么？元器件以线性集成电路为主。仪表结构合理，功能多样。采用国际标准信号。集中统一供电。整套仪表可构成本质安全型防爆系统第一章1-1说明P,PI,PID控制规律的特点以及这几种控制规律在控制系统中的作用。1-5某P控制器的输入信号是420ma，输入信号为15V，当比例度为60%时，输入变化6ma所引起的输出变化是多少？1-6说明积分增益和微分增益的物理意义。他们的大小对控制器的输出有什么影响？1-7什么是控制器的调节精度？与积分增益的关系？1-8某PID控制器（正作用）输入输出信号为420ma，控制器的初始值Ii=Io4ma，=200%，TI=TD=2min，KD=10.在t=0时输入Ii=2ma的阶跃信号，分别求取t=12s时：（1）PI工况下的输出值；（2）PD工况下的输出值。1-10基型控制器的输入电路为什么采用差动输入和电平移动的方式？偏差差动电平移动电路怎样消除导线电阻所引起的运算误差？1-11在基型控制器的PD电路中，如何保证开关S从“断”位置切换至“通”位置时输出信号保持不变？1-14基型控制器如何保证“自动”到“软手操”，“软手操”（或硬手操）到“自动”无平衡，无扰动的切换？1-15积分反馈型限幅控制器和PI-P控制器是如何防止积分饱和的？控制器的运算规律是指控制器的输出信号和输入偏差之间 随时间变化的规律。1-4什么是比例度，积分时间和微分时间？答：在实际控制中，常用比例度来表示比例作用的强弱。比例运算的一般数学表达式 数学表达式传递函数一般表达式图1-3理想PI控制器的阶跃响应特性说明什么是积分时间？（画出图1-3）5分题答：在阶跃信号作用下，积分作用的输出值变化到等于比例作用的输出值所经历的时间就是积分时间。积分增益KI的意义？（图1-4实际PI控制器的阶跃响应特性）在阶跃偏差信号作用下，实际PI输出变化的最终值（假定偏差很小，输出值未达到控制器的输出限幅值）与初始值（即比例输出值）之比 1-17式控制精度是控制器的重要指标，它表征控制器消除余差的的能力。式1-16和式1-17可见，K越大，控制精度越高，该控制器消除余差的能力也越强。两者之间的关系?微分时间：图1-6实际PD控制器的阶跃响应特性在阶跃偏差信号作用下，实际PD控制器的输出从最大值下降了微分输出幅度的63.2%所经历的时间，就是微分时间常数TD/KD。此时间常数再乘上微分增益KD就是微分时间TD。图1-10基型控制器方框图输入电路是由IC1等组成的偏差差动电平移动电路。作用：（1）将测量信号Ui和给定信号Us相减，得到偏差信号，再将偏差信号放大两倍后输出；（2）电平移动，将以0V为基准的Ui和Us转换成以电平UB（10V）为基准的输出信号U01。1， 输入电路采用偏差差动输入方式，为了消除集中供电引入的误差。2， 两导线电阻的压降UCM1和UCM2均成为输入电路的共模电压信号，由于差动放大器对共模信号有很强的抑制能力，因此这两个附加电压不会影响运算电路的精度。3， 电平移动的目的是使运算放大器IC1工作在允许的共模输入电压范围内。（为什么能消除余差？）1-28式 U01=-2(Ui-Us) 1. 输出信号Uo1仅与测量信号Ui和给定信号Us的差值成正比，比例系数为-2，而与导线上的压Ucm1和Ucm2无关。2. IC1的输入端的电压UT，UF是在运算放大器共模输入电压的允许范围（222V）之内，所以电路能正常工作。3. 把以零伏为基准的，变化范围为V的输入信号，转换成以10V为基准的，变化范围为8V的偏差输出信号Uo1。比例积分电路2个题作用：将输入电路输出的电压信号Uo1 进行PD运算组成：无源比例微分网络比例运算放大器 图1-14 PD电路（会画）工作原理：定性分析PD电路的工作原理。当输入U01为一阶跃信号时，在t=0+，即加入阶跃信号瞬间，由于电容CD上的电压不能突变，输入信号U01全部加到IC2同相端T点，所以有UT(0+)=U01。随着电容CD充电过程的进行，CD两端电压从0V起按指数规律不断上升，UT按指数规律不断下降。当充电过程结束时，电容CD上的电压将等于电阻9.1k上的电压，此时UT（）=1/nU01，并保持该值不变。比例微分电路的输出信号U02与同相端T点的电压UT为简单的比例放大关系，其比例系数为，当输入信号U01以阶跃作用加入后，U02的变化曲线形状与UT相同，其系数值为U02=UT 。当图1-14中的开关S处于“断”位置时，微分作用切除，电路只具有比例作用。这时IC2同相端的电压UT=1/nU01而电容通过电阻R1也接至1/nU01电平上，CD被充电到UCD=U01,因此，稳太时电容CD上的电压与9.1电阻上的压降相等，即CD右端的电平与UT相等，这样就保证了开关S由“断”切换到“通”的瞬间，即接通微分作用时，输出不发生冲突，故对产生过程不产生扰动。什么是静态误差？什么时候出现最大静态误差？当KP及KI都取最小值KPmin和KImin，而 取最大值4V时，控制器的最大静态误差为1-36式手动操作电路图1-21给出III型控制器有4种工作状态：自动，软手动，硬手动，保持状态。软手动操作扳键有五个位置，即在升，降四个位置之间还有一个“断”位置，只要松开扳键S4即处于“断”位置，这时运放输入端处于浮空状态，输出U03保持在松开S4前一瞬间数值上。若IC3为理想运放，则U03能长时间保持不变。为了获得良好的保持特性，应该用高输入阻抗的运放和漏电流特别小的电容（CM），此外还应保证接线端子有良好的绝缘性。抗积分饱和的办法？一般是限制积分饱和两端的电压，不让其超出正常的工作范围，或者是你切除积分作用。1，积分反馈型积分限幅控制器。原理：当IC3的输出电压在正常工作范围之内时，控制器作PI（或PID）运算；当IC3的输出电压超出上，下限幅值时，则积分反馈型积分限幅电路将通过负反馈限制积分电容两端的电压，从而达到抗积分饱和与输出限幅的目的。2，PIP切换控制器。原理：当U03到达上限值（100%）或下限值（0）时控制器立即切换至P运行状态，积分作用切换，以防止积分饱和。PIP切换电路图1-27，该电路由1:1的运算放大器IC6和IC7，比较器IC5以及场效应管V1等组成，UH（或UL）为上线幅（或下限幅）给定电压。第二章量程调整，零点调整和零点迁移图2-2变送器量程调整前后的输入输出特性1，量程调整量程调整（即满度调整）的目的是使变送器的输出信号上限值ymax（即统一标准信号的上限值）与测量范围的上限值xmax相对应。图2-2所示为变送器量程调整前后的输入输出特性。由图可见，量程调整相当于改变变送器的输入输出特性的斜率，也就是改变变送器输出信号y与输入信号x之间的比例系数。 量程调整通常是通过改变反馈系数F的大小来实现的。F大，量程就大；F小，量程就小。有些变送器还可以通过改变转换系数C来调整量程。方法：改变反馈部分反馈系数，改变测量部分转换系数。图2-3变送器零点迁移前后的输入输出特性2零点调整和零点迁移零点调整和零点迁移的目的，都是使变送器的输出信号下限值ymin与测量范围的下限值xmin相对应，在xmin= 0时，称为零点调整，在xmin 0时，称为零点迁移。也就是说， 零点调整使变送器测量起始点为零；而零点迁移则是把测量起始点由零迁移到某一数值（正值或负值）。当测量起始点由零变为某一正值，称正迁移；而由零变为某一负值，称为负迁移。 由图2-3可以看出，零点迁移以后，变送器的输入输出特性沿X坐标向右或向左平移了一段距离，其斜率并没有改变，即变送器的量程不变。进行零点迁移，再辅以量程调整，可以提高仪表的测量灵敏度。由式（2-2）可知，变送器零点调整和零点迁移可通过改变调零信号Z0的大小来实现。当Z0为负时可实现正迁移；而当Z0为正时则可实现负迁移。对2-5式进行讨论(1)在满足深度负反馈的条件下,输出电流Io与输入，差压Pi成正比。(2)改变调零弹簧作用力Fo可调整变送器的零点。(3)调整变送器的量程可通过改变tanq和Kf来实现。(4)零点和满度应反复调整。什么是静态误差，具体表现是什么？静态误差是指由被测介质静压力的作用而产生的一项附加偏差。他具体表现在；当测量部分膜盒两侧同时受到静压力的作用而无差压时，变送器的输出并非为与零点相对应的起始值。图2-10 矢量机构由图2-10（b）的力分析矢量图可知，F2=F1tan，改变tan，可改变差压变送器的量程，这可通过调节量程调整螺钉改变矢量角的大小来实现。由于矢量角在415度范围内变化，故仅用矢量机构调整量程时的量程比为tan15/tan4=3.83。 什么叫解压误差？改差压？改变Kf的同样可调整变送器的量程，这可通过改变反馈动圈的匝数W来实现。反馈动圈由W1和W2两部分组成，连接线路如图2-11（b）所示。W1为725匝，用于低量程挡；W2为1450匝，W1+W2=2175匝，用于高量程挡。图中R11和W2的直流电阻相等。在低量程挡时，将W1和R11相串接，即1-3短接，2-4短接；在高量程档时，将W1和W2串联使用，即1-2短接。差动变压器当检测片位移s=/2时，因差动变压器上，下两部分磁路的磁阻相等，原，副边绕组之间的互感也相等，故上下两部分的感应电势e2,e2相等，结果UCD=e2-e2=0，差动变压器无输出。当检测片位移s</2时，因差动变压器上半部磁路磁阻减小，互感增加，故感应电势e2将大于e2，且UCD随着S的减小而增加，此时UCD与UAB同向。当检测片位移s>/2时，因差动变压器上半部磁路磁阻加大，互感下降，故感应电势e2将小于e2，且UCD随着s的增加而增加，此时UCD与UAB反向。由此可知，差动变压器副边绕组感应电势UCD和原边电压UAB的相位关系取决于检测片的位移s是大于/2，还是小于/2，且UCD的大小又与S的大小有关。图2-16变化趋势：当检测片位移s改变时，反馈系数F随之改变，使特性曲线上的焦点P上下移动，所以输出电压UAB也随之改变。其变化趋势为：SFP点上移UAB测量部件的作用和组成？作用：是把被测差压pi转换成电容量的变化。它由正负压测量室和差动电容检测元件（膜盒）等部分组成。2-13式1，差动电容的相对变化值 与s呈线性关系，因此转换放大部分应将这一相对变化值变换为直流电流信号。2， 与介电常数 无关。这一点非常重要，因为 是随温度变化的，现 不出现在式中，无疑可大大减小温度对变送器的影响。3， 的大小与S0有。S0越小，差动电容的相对变化量越大，即敏感度越高。温度变送器作用，组成，品种？温度变送器与各种热电偶热电阻配合使用，将温度信号转换成统一标准信号，作为指示，记录仪和控制器等的输入信号，以实现对温度参数的显示，记录或自动控制。温度变送器有两线制和四线制之分，各类变送器又有三个品种，即直流毫伏变送器，热电偶温度变送器和热电阻温度变送器。前一种是将输入的直流毫伏信号转换成420ma直流电流和15V直流电压的统一输出信号。后两者则分别与热电偶和热电阻相配合，将温度信号转换成统一输出信号。四线制温度变送器的特点：在热电偶和热电阻温度变送器中采用了线性化电路，从而使变送器输出信号和被测温度成线性关系。变送器输入、输出之间具有隔离变压器，并且采取了本安防爆措施，故具有良好的抗干扰性能，且能测量来自危险场所的直流毫伏或温度信号。功率放大电路 原理：由复合管VT1、VT2、及其射极电阻R3R4和隔离变压器T0等元件组成。它由直流-交流-直流变换器输出的交流方波电压供电，因而不仅具有放大作用，而且具有调制作用，以便通过隔离变压器传递信号。在方波电压的前半个周期（其极性如图所示）二极管VD1导通，VD1截止，由输入信号产生电流ic1； 在方波的后半周期内，二极管VD2导通，VD1截止，从而产生电流ic2。由于ic1和ic2轮流通过隔离变压器T0的两个绕组，于是在磁芯中产生而产生交变磁通，这个交变磁通使T0副边产生交变电流iL ，从而实现了隔离输出。隔离输出电路为了避免输出与输入之间有直接电的联系，在功率放大器与输出回路之间，采用隔离变压器T0来传递信号。隔离变压器T0实际上是电流互感器，其变流比为1:1，故输出电流等于功放电路复合管的集电极电流。隔离输出电路如图所示。T0副边电流il经过桥式整流和由R14，C6组成的阻容滤波器滤波，得到420ma的直流输出电流I0，I0在阻值为250的电阻R15上的压降U0(15V)作为变压器输出电压信号。稳压管VZ0的作用在于当电流输出回路断线时，输出电流I0可以通过VZ0而流向R15，从而保证电压输出信号不受影响。二极管VD17,VD18的作用是当输出端6处出现异常正电压时，二极管短路，将熔断死烧断，从而对电路起保护作用。（图要会画）直流毫伏变送器量程单元2-40式故 U0 = b Ui + (a -g ) Uz 上式为变送器输出与输入之间的关系，这个关系可以说明以下几点：(1)改变a值, 即更换R103和调整RP1,可实现零迁和调零(2)改变b值, 即更换R114和调整RP2, 可实现量程调整。 (3)零位和满度必须反复调整。 热电偶冷端温度补偿电路，基本原理？采用两个铜电阻，固定为50W。当热电偶型号不同时，只需调整几个锰铜电阻或金属膜电阻。按叠加原理，可求得IC1同相端的电压UT为从上式可知，冷端环境温度变化时，RCu1、RCu2的阻值也随之变化，从而补偿了由于环境温度升降引起的热电偶电势的变化。而且，补偿特性与热电偶的特性相似，故补偿精度高。电气转换器一个思考题（工作过程 看图说话）第三章自激振荡时间分割器的作用是什么？气动执行机构有哪几种？各有什么特点？答：3种，气动执行机构有薄膜式和活塞式两种。常见的气动执行机构均呈薄膜式，它的特点是结构简单，动作可靠，维修方便，价格低廉，但输出行程较小，只能直接带动阀杆。气动薄膜式执行机构分正作用和反作用两种形式。有正作用(信号压力增加时推杆向下动作，ZMA)和反作用(信号压力增加时推杆向上动作，ZMB)两种型式。