化工仪表及其自动化 完整版

绪论1.化工自动化：用自动化装置来管理化工生产过程的办法，称为化工自动化。

2.实现化工生产过程自动化目的：（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。

（3）能够保证生产安全，防止事故发生或扩大，达到延长设备使用寿命，提高设备利用能力的目的。

（4）生产过程自动化的实现，能根本改变劳动方式，提高工人文化技术水平，为逐步地消灭体力劳动和脑力劳动之间的差别创造条件。

第一章1.化工生产过程自动化内容：自动检测、自动保护、自动操纵、自动控制四个方面，其中自动控制是核心。

2.自动检测系统：利用各种检测仪表对主要工艺参数进行测量、指示或记录的，称为自动检测系统。

3.自动保护系统：生产过程中的一种防止事故发生和扩大的安全装置。

4.自动操纵系统：根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行某种周期性操作。

5.自动控制系统：用一些自动控制装置，对生产中某些关键性参数进行自动控制，使它们在受到外界干扰的影响而偏离正常状态时，能自动地控制而回到规定的数值范围的控制系统。

6.自动控制系统的基本组成：被控对象、测量变送系统、控制器、执行器。

7.被控对象：在自动控制系统中，将需要控制其工艺参数的生产设备或机器叫被控对象，简称对象。

8.反馈：把系统（或环节）的输出信号直接或经过一些环节重新返回到输入端的做法叫做反馈。

反馈信号取负值就叫做负反馈；如果反馈信号取正值，反馈信号使原来的信号加强，那么叫做正反馈。

9.自动控制系统是具有被控变量负反馈的闭环系统。

它与自动检测、自动操纵、等开环系统比较，最本质的区别，就在于自动控制系统有负反馈。

开环系统中，被控变量是不反到输入端的。

10.自动控制系统给定值不同分类: 定值控制系统、随动控制系统和程序控制系统。

11.控制系统静态与动态：在自动化领域中，把被控变量不随时间而变化的平衡状态称为系统的静态；把被控变量随时间变化的不平衡状态称为系统的动态12.系统的过渡过程系统的过渡过程。

13.自动控制系统在阶跃干扰作用下的过渡过程有4种基本形式：(1)非周期衰减过程: 被控变量在给定值的某一侧作缓慢变化，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。

(3)等幅振荡过程: 被控变量在给定值附近来回波动，且波动幅度保持不变。

(4)发散振荡过程: 被控变量来回波动，且波动幅度逐渐变大，即偏离给定值越来越远。

14.控制系统的过渡过程是衡量控制系统品质的依据。

控制系统的品质指标：（1）最大偏差：是指在过渡过程中，被控变量偏离给定值的最大数值。

（2）衰减比：前后相邻两个峰值的比。

（B ：B’= 4:1—10:1）（3）余差：当过渡过程终了时，被控变量所达到的新的稳定值与给定值之间的偏差。

（4）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。

13.一个自动控制系统概括成两大部分：工艺过程部分和自动装置部分第二章1.对象的数学模型：对象特性的数学描述就称为对象的数学模型。

2.对象的数学模型分为：静态数学模型和动态数学模型。

静态数学模型描述的是对象在静态时的输入量与输出量之间的关系；动态数学模型描述的是对象在输入量改变以后输出量的变化情况。

动态数学模型是在静态数学模型基础上的发展，静态数学模型是对象在达到平衡状态时的动态数学模型的一个特例。

3.数学模型的表达形式：（1）非参量模型（非参量形式）（2）参量模型（参量形式）4.建立对象的数学模型的方法：机理建模和实验建模。

5.对象特性的参数：放大系数K、时间常数T、滞后时间t。

第三章1.检测仪表：用来检测生产过程中各个有关参数的技术工具。

2.传感器：用来将某些参数转换为一定的便于传送的信号的仪表。

3.变送器：当传感器的输出为单元组合仪表中规定的标准信号时，通常称为变送器。

4.测量误差：由仪表读得的被测值与被测值真值之间，总是存在一定的差距，这一差距称为测量误差。

测量误差的表示方法：绝对误差和相对误差。

5.仪表的性能指标：（1）精确度：将允许误差的“±”和“%”去掉后的数值，便是用来确定仪表的精确度等级（35页）（2）变差：指在外界条件不变的情况下，用同一仪表对被测量在仪表全部测量范围内进行正反行程时，被测量值正行和反行所得到的两条特性曲线之间的最大偏差。

（3）灵敏度：仪表指针的线位移或角位移，与引起这个位移的被测参数变化量之比值称为仪表的灵敏度。

（4）分辨力：指数字显示器的最末位数字间隔所代表的被测参数变化量。

（5）线性度：是表征线性刻度仪表的输出量与输入量的实际校准曲线与理论直线的吻合程度。

（6）反应时间：当用仪表对被测量进行测量时，被测量突然变化后，仪表指示值总是要经过一段时间后才能准确地显示出来，这段时间就称为反应时间。

6.测量压力或真空度的仪表分类：（1）液柱式压力计（2）弹性式压力计（3）电气式压力计（4）活塞式压力计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变形的原理而制成的测压仪表。

压力传感器的作用是把压力信号检测出来，并转换成电信号进行输出。

当输出的电信号能够被进一步变换为标准信号时，压力传感器又称为压力变送器。

（注意：先有传感器，后有变送器。

）7. 流量分为：介质流量和瞬时流量。

瞬时流量：单位时间内流过管道某一截面的流体数量的大小即瞬时流量。

流量计分为：（1）速度式流量计（如压差式流量计、转子流量计）（2）容积式流量计（3）质量式流量计8.压差式流量计：压差式（也称节流式）流量计是基于流体流动的节流原理，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。

节流现象：流体在有节流装置的管道中流动时，在节流装置前后的管壁处，流体的静压力产生差异的现象。

9.转子流量计工作原理：压差式流量计是在节流面积不变的条件下，以压差变化来反映流量的大小；转子流量计是以压降不变，利用节流面积的变化来测量流量的变化。

10.涡轮流量计原理：在流体流动的管道内，安装一个可以自由转动的叶轮，当流体通过叶轮时，流体的动能使叶轮旋转。

流体的流速越高，动能就越大，叶轮转速也就越高。

在规定的流量范围和一定的流体黏度下，转速与流速成线性关系。

因此，测出叶轮的转速或转数，就可确定流过管道的流体流量或总量。

特点：安装方便、测量精度高、可耐高压、反应快、便于远传，不受干扰。

11.物位：把液位、料位和界面统称为物位。

？在容器中液体介质的高低称为液位，容器中固体或颗粒状物质的堆积高度称为料位测量液位的仪表称为液位计，测量料位的仪表称为料位计，测量两种不同密度的液体介质的分界面的仪表称为界面计，上述三种仪表称为物位仪表物位测量的意义：可以正确获知容器设备中所储物质的体积或质量；监视或控制容器内的介质物位，使它保持在一定的工艺要求的高度，或对他的上、下限位置进行报警，以及根据物位来连续监视或调节容器中流入与流出物料的平衡。

12.测温仪表分类：（1）按使用的测量范围：高温计（》600 0C）；温度计（《600 0C）（2）按用途：标准仪表；实用仪表（3）按工作原理：膨胀式温度计；压力式温度计；热电偶温度计；热电阻温度计；辐射高温计（4）安测量方式：接触式和非接触式两大类。

13.热电偶温度计组成：热电偶、测量仪表、连接热电偶和测量仪表的导线14. 热电阻温度计：热电阻是热电阻温度计的测温元件。

15.现代传感器技术的发展显著特征：研究新材料，开发利用新功能，使传感器多功能化、微型化、集成化、数字化、智能化。

第四章显示仪表1. 显示仪表：凡能将生产过程中各种参数进行指示、记录或积累的仪表称为显示仪表（或称为二次仪表）。

按照显示的方式分：模拟式显示仪表、数字式显示仪表和屏幕显示三种。

第五章自动控制系统1.自动控制仪表在自动控制系统中的作用：将被控变量的测量值与给定值相比较，产生一定的偏差，控制仪表根据该偏差进行一定的数学运算，并将运算结果以一定的信号形式送往执行器，以实现对被控变量的自动控制。

2.自动控制仪表分类：（1）基地式控制仪表（2）单元组合式仪表中的控制单元(3)以微处理器为基元的控制装置3.控制规律：指控制器的输出信号与输入信号之间的关系。

控制器的基本规律包括：位式控制、比例控制（P）、积分控制（I）、微分控制（D）及它们的组合形式。

5.数字式控制器：模拟式控制器采用模拟技术，以运算放大器等模拟电子器件为基本部件；而数字式控制器采用数字技术，以微处理机为核心。

6.可编程逻辑控制器（PLC）：含有大量I/O。

其主体有三部分：中央处理器CPU、存储系统、输入输出接口第六章执行器1. 执行器：是自动控制系统中的一个重要组成部分。

其作用是接收控制器送来的控制信号，改变被控介质的流量，从而将被控变量维持在所要求的数值上或一定的范围内。

执行器按能源形势分为：气动、电动、液动。

2.气动执行器由执行机构和控制机构两部分组成。

执行机构是执行器的推动装置，它按控制信号压力的大小产生相应的推动力，推动控制机构运作，所以它是将信号压力的大小转换为阀杆位移的装置。

控制机构是执行器的控制部分，它直接与被控介质接触，控制流体的流量。

所以它是将阀杆的位移转换为流过阀的流量的装置。

3.控制阀的流量特性：是指被控介质流过阀门的相对流量与阀门的相对开度间的关系。

第七章简单控制系统1.简单控制系统:是指由测量元件、变送器、一个控制器、一个控制阀和一个被控对象所构成的单闭环控制系统，因此也称为单回路控制系统。

2.被控变量：指生产过程中希望借助自动控制保持恒定值的变量。

被控变量选择原则：（1）被控变量应能代表一定的工艺操作指标或能反映工艺操作状态，一般都是工艺过程的重要参数；（2）被控变量在工艺操作中经常要受到一些干扰影响而变化。

为维持被控变量的恒定，需要较频繁的调节；（3）尽量采用直接指标作为被控变量，必要时可选择与直接指标有单值对应关系的间接指标作为被控变量；(4)被控变量应能被检测出来，并具有足够大的灵敏度；5）选择被控变量时，必须考虑工艺合理性和国内仪表产品现状；（6）被控变量应是独立可控的。

3.操控变量：在自动控制系统中，把用来克服干扰对被控变量的影响，实现控制作用的变量称为操纵变量。

操纵变量的选择原则：（1）操纵变量应是可控的，即工艺上允许调节的变量；（2）操纵变量一般应比其他干扰对被控变量的影响更加灵敏（即较大的放大倍数；较短的滞后时间）；（3）符合工艺的合理性和生产的经济性。

4.目前工业上常用的控制器主要有三种控制规律：比例控制规律（P）、比例积分控制规律（PI）和比例积分微分控制规律（PID）5.比例控制器的特点：控制器的输出与偏差成比例，即控制阀门位置与偏差之间有一一对应关系。