仪表基础知识部分学习资料.docx
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1、化工仪表与自动化第一节:自动调整系统基本概念化工自动化的主要内容实现化工生产过程自动化,一般要包括自动检测, 自动爱护, 自动操纵与自动调整等方面的内容。 自动调整系统是自动化生产的核心部分,只有自动调整系统才能自动地解除各种干扰因素对工艺参数的影响,使它们始终保持在预先规定的数值上,保证生产维持在正常或最佳的工艺操作状态。一, 自动检测系统利用各种检测仪器对主要工艺参数进行指示或记录,“了解”生产的任务。二, 自动信号和联锁爱护系统对某些关键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,以提示操作人员刚好实行措施。三, 自动操纵及自动开停车系统依据预先规
2、定的步骤自动地对生产设备进行某种周期性的操作。四, 自动调整系统对生产中某些关键性参数进行自动调整,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数值范围内。自动调整系统的组成一, 自动调整系统是在人工调整的基础上产生与发展起来的,其主要装置包括测量元件与变送器, 自动调整器, 执行器,分别代替了人的眼, 脑, 手三个器官。1检测器(变送器):将某一物理量(如:液位, 流量, 压力, 压差或温度等)转变成可利用信号。(变送器)将该信号转变成标准信号。2调整器:依据变送器信号与工艺需求,算出偏差,经过某种运算发出限制信息。3执行器:依据调整器的限制信息,变更阀门开度。4调整对象在自
3、动调整系统中,我们将须要调整其工艺参数的生产设备或机械。二, 液位限制的自动调整系统组成三, 被测变量和仪表功能的字母代号字母第一位字母后续字母被测变量修饰词功能A分析报警C电导率限制(调整)D密度差E电压测量元件F流量比(分数)I电流指示K时间或时间程序自动-手动操作器L物位M水分或温度P压力或真空Q数量或件数积分, 累积积分, 累积R放射性记录或打印S速度或频率安全开关, 连锁T温度传送V粘度阀, 挡板, 百叶窗W力套管Y供选用继动器或计算器Z位置驱动, 执行或未分类的执行机构第二节自动调整系统的方块图一, 自动调整系统方块图:用箭头将自动调整系统的各组成环节之间的关系清晰地表示出来的方块
4、图。方块图中的每一个方块都代表一个详细的实物,连接线只代表方块之间的信号联系,不代表物料联系。二, 闭环系统:自动调整系统的方块图中信号沿箭头方向前进,通过若干环节后,最终又返回到启始点。自动调整系统方块图(闭环系统)三, 开环系统:. 自动调整系统的方块图中信号沿箭头方向前进,最终返回不到启始点。第三节.自动调整系统的分类一, 常见分类方法1.按被调参数分类:温度, 流量, 压力, 液位等调整系统。2.按调整器具有的调整规律分类:比例, 比例积分, 比例微分, 比例积分微分等调整系统。二, 按给定值的变更分类(最常见):1.定值调整系统, 随动调整系统, 成序限制调整系统。2.定值调整系统:
5、给定值恒定的调整系统。3.随动调整系统(也称自动跟踪系统):给定值不断变更,而且这种变更是随机的。4.成序限制调整系统(依次限制系统):给定值按肯定的时间函数变更。第四节.自动调整系统的过度过程与品质指标一, 静态与动态静态:系统的平衡状态基本不随时间变更而变更。动态:被调参数随时间的变更,从一个平衡状态到另一个平衡状态的过渡过程。平衡(静态)是短暂的, 相对的, 有条件的,不平衡(动态)才是普遍的, 肯定的, 无条件的。探讨自动调整系统的重点是探讨系统的动态。二, 调整系统的过渡过程自动调整系统的过渡过程是调整作用不断克服干扰作用影响的过程。系统从一个平衡状态到另一个平衡状态的过渡过程中,被
6、调参数随时间变更的规律首先取决于干扰作用的形式。一般的阶跃信号:突然, 危急, 对被调参数影响很大。其它形式的干扰可用多个阶跃信号代替。1.非周期衰减过程: 被调参数在给定值的某一侧作缓慢变更,没有来回波动,最终稳定在某一数值上。(稳定过程)2衰减振荡过程: 被调参数上下波动,但振幅渐渐削减,最终稳定在某一数值上。(稳定过程,最佳状态)3等幅振荡过程: 被调参数在给定值旁边来回波动,且波动振幅保持不变。(属不稳定过程,但在某种状况下可以运用)4发散振荡过程:被调参数来回波动,且波动振幅渐渐变大,既离给定值越来越远。(不稳定过程,应尽量避开)三, 调整系统的品质指标调整系统的过渡过程是调整系统品
7、质的重要依据,我们假设在阶跃干扰作用下,取自动调整系统的衰减振荡过程的形式来探讨调整系统的品质指标。1最大偏差:是指在过渡过程中,被调参数偏离给定值的最大数值(图中的A值,最大偏差表示系统瞬时偏离给定值的最大程度)。2衰减比:是相邻两个峰值的比,习惯上表示为 n:1 。一般 n 取 4-10 之间为宜。3余差:当过渡过程终了时,被调参数所达到的新的稳态值与给定值之间的偏差叫做余差,或者说余差就是过渡过程终了时的残余偏差。 有余差的调整过程称为有差调整,相应的系统称为有差系统。 没有余差的调整过程称为无差调整,相应的系统称为无差系统。(余差越小越好)4过渡时间:从干扰作用发生的时刻起,直到系统重
8、新建立新的平衡时止,过渡过程所经验的时间叫做过渡时间或调整时间。5振荡周期: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。 6. 振荡频率:振荡周期的倒数称为振荡频率。 四, 影响调整系统过渡过程品质的主要因素自动调整系统由两大部分组成: 1工艺过程部分:只与自动限制相关的工艺部分。 2自动装置部分:实现自动限制必备的仪表设备。对一个自动调整系统来说,过渡过程品质的好坏,很大程度上确定于对象的性质。所以自动限制装置应按对象的性质合理的选配调整系统。.测量元件及变送器1. 过程参数检测基本概念 过程参数检测-指连续生产过程中的温度, 压力, 流量, 液位与成分等参数的检测。 检
9、测仪表-将检测元件, 变送器及显示装置统称为检测仪表。 一次仪表-一般为将被测量转换为便于计量的物理量所运用的仪表,即为检测元件。 二次仪表-将测得的信号变送转换为可计量的标准电气信号并显示的仪表。即包括变送器与显示装置。2. 测量过程与测量误差 测量过程-利用一个已知的单位量(即标准量)与被测的同类量进行比较的过程。 测量误差-在测量过程中测量结果与被测量的真值之间会有肯定的差值。它反映了测量结果的牢靠程度。 测量误差的分类:l 肯定误差与相对误差 肯定误差-指测量结果与被测量的真值之差。通常把检定中高一等级的计量标准所测得的量值作为真值(实际值)。 相对误差-指肯定误差与真值或测量值之百分
10、比。常见有如下三种表示方式: 实际相对误差-是指肯定误差与被测量的真值(实际值)之百分比。 标称相对误差-是指肯定误差与仪表示值之百分比。 引用相对误差-是指肯定误差与仪表的量程之百分比。l 系统误差, 随机误差与疏忽误差。 系统误差-指测量仪表本身或其他缘由(如零点没有调整好等)引起的有规律的误差。 随机误差-指在测量中所出现的没有肯定规律的误差。 疏忽误差-指视察人员误读或不正确运用仪器与测试方案等人为因素所引起的误差。l 基本误差, 附加误差与允许误差基本误差-指仪表在规定的正常工作条件下所具有的误差。附加误差-指仪表超出规定的正常工作条件时所增加的误差。允许误差-指仪表的示值或性能不允
11、许超过某个误差范围。3. 检测仪表的性能指标 仪表精度(仪表精确度)仪表精度-仪表精度是依据国家规定的允许误差大小分成几个等级的。某一类仪表的允许误差是指在规定的正常状况下允许的百分比误差的最大值。我国过程检测限制仪表的精度等级有0.005, 0.02, 0.1, 0.35, 0.5, 1.0, 1.5, 2.5, 4等。一般工业用表为0.54级精度。 在选用仪表的精度等级时,应依据实际须要求定,不能只追求高精度等级。 变差 变差-在外界条件不变的状况下,用同一仪表对同一个量进行正, 反行程(即渐渐由小到大或渐渐由大到小)测量时,所得仪表两不值之间的差值。 其中x1, x2为正, 反测量的示值
12、 造成交差的缘由许多。通常要求:变差仪表精度等级所允许的误差。 灵敏度与灵敏限 灵敏度-表示测量仪表对被测参数变更的灵敏程度。通常用仪表的输出变更量,如指针的线位移或角位移与引起此位移的被测参数变更量之比来表示,即留意:提高仪表的灵敏度可采纳增加放大部分的放大倍数来实现。不过仪表的性能主要取决于仪表的基本误差。 灵敏限-指引起仪表示值发生变更的可测参数的最小变更量。通常其值应不大于仪表允许误差的一半。第二节.压力测量及变送器压力单位及测压仪表压力是工业生产中的重要参数之一,为了保证生产正常进行,必需对压力进行监测与限制。但需说明的是,这里所说的压力,事实上是物理概念中压强,即垂直作用在单位面积
13、上的力。在压力测量中,常有肯定压力, 表压, 负压与真空压之分。所谓肯定压力是指被测介质作用在容器单位面积上的全部压力,用符号P1表示。用来测量肯定压力的仪表称为肯定压力表。地面上的空气柱所产生的平均压力称为大气压力,用符号P2表示。用来测量大气气压力的仪表叫气压表。肯定压力与大气压力之差,称为表压力,用符号P3表示,则P3=P1-P2。当肯定压力小于大气压力值时,表压力为负值 (即负压力),此负压力值的肯定值,称为真空度。压力:指匀称垂直的作用于单位面积上的力。在化学反应过程中,压力既能影响物料平衡,也影响化学反应速度,所以,压力的测量与限制,对保证生产过程正常进行,达到高产, 优质, 低消
14、耗与平安是非常重要的压力可用公式表示为:(p 表示压力,F 表示垂直作用力,S 表示受力面积依据国际制单位,压力单位为帕斯卡,简称帕(Pa)。1Pa=1N/m2压力单位帕Pa兆帕MPa工程大气压Kgf/cm2物理大气压atm汞柱mmHg水柱mH2O磅/英寸21b/in2巴bar帕1110-61.0119710-59.86910-67.50110-31.019710-41.45010-4110-5兆帕1106110.1979.8697.5011031.01971021.45010210工程大气压9.8071049.80710-210.96778735.610.0014.220.9807物理大气压
15、1.01331050.101331.0332176010.3314.701.0133汞柱1.33321021.333210-41.359510-51.315810-310.01361.93410-21.333210-3水柱9.8061039.80610-30.10000.0967873.5511.4220.09806磅/英寸6.8951036.89510-30.070310.0680551.710.703110.06895巴11050.11.01970.9869750.110.19714.501 弹性式压力计是利用各种形式的弹性元件,在被测介质压力的作用下,使弹性元件受压后产生弹性形变的原理而
16、制成的压力仪表.特点: 结构简洁, 运用牢靠, 价格低廉, 测量范围广, 有足够的精度。一.弹性元件:1.薄膜式弹性元件2.单簧管式弹性元件 依据测量与传送的参数不同, 变送器可分为压力, 差压变送器一.气动元件及组件:电气式压力计是指把压力转换为电信号输出,然后测量电信号的压力表。一般有压力传感器, 测量电路与信号处理装置组成电气式压力计组成方框图(应变片式压力传感器, 压阻式压力传感器, 电容式压力传感器应变片式压力传感器应变片式压力传感器是利用电阻应变原理构成.有金属应变片与半导体应变片。压阻式压力传感器 压阻式压力传感器是利用单晶硅的压阻效应而构成.电容式压力传感器 电容式压力传感器是
17、将压力的变更转换为电容量的变换,然后进行测量.压力计的选用 在选择压力计时,应依据工艺要求,加以全面考虑与详细分析,并留意仪表类型的选用, 仪表测量范围的确定及仪表精度级的选取。压力计的安装 压力计的安装正确与否,干脆影响到测量的精确性与压力计的运用寿命,应留意测压点的选择, 导压管的铺设及压力计的安装1. 要选在被测介质直线流淌的管道部分,不要选在管路拐弯, 分叉, 死角或其他易形成漩涡的地方。2.测量流淌介质的压力时,应使取压点与流淌方向垂直,取压管内端面与生产设备连接处的内壁应保持齐平,不应有凸出物或毛刺。3.测量液体压力时,取压点应在管道下部, 使管道内不积存气体;测量气体压力时,取压
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