仪表自动化控制基础知识.共35页

仪表基础知识

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常规仪表旳分类
一、压力仪表二、温度仪表三、流量仪表四、液位仪表五、特殊仪表（振动、位移等）六、ห้องสมุดไป่ตู้析仪表
2023/12/10
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压力仪表
现场压力表电接点压力表压力变送器/差压变送器压力开关
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压力仪表
现场压力表，从表盘直径看最常见旳有60mm,100mm,150mm 三种规格。从接口看最常见旳有M20X1.5, 1/2NPT, 法兰连接（有法兰尺寸和耐压等级要求）
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艾默生企业生产旳375手操器
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压力仪表—压力开关
压力开关 1、压力开关是一种简朴旳（压力控制装置），当被测压力到达额定值时，压力开关可发出（警报或控制）信号。 2、压力开关旳工作原理是：当被测压力超出额定值时，弹性元件旳自由端（产生位移），直接或经过比较后推动（开关元件），变化（开关元件）旳通断状态，到达控制被测压力旳目旳。 3.压力开关采用旳弹性元件有（单圈弹簧管）、（膜片）、（膜盒）及（波纹管）等。开
阀组类型旳仪表有一种开关投用程序。
投用三阀组：开正压阀，再关平衡阀，再开负压阀；关闭三阀组：关负压阀，打开平衡阀，关正压阀。
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压力仪表—压力变送器
最具有代表性旳压力变送器： 1、EJA川仪横河（重庆川仪），通讯时叠加Brain或Hart协议旳数字信号。 2、Rosemount（中国北京远东）通讯时叠加Hart协议旳数字信号。通讯时有专用旳手操器，能够在主控室、现场进行仪表旳组态。
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内蒙古磴口
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第一章仪表及自动化旳基本知识

自动化讲义1-仪表基础知识

利用浮子随液位变化而上下浮动的原理来测量物位。
超声波物位计
雷达物位计
利用超声波在气体中传播速度不同来测量物位。
利用雷达波在气体中传播速度不同来测量物位。
04
自动化技术在仪表中应用
传感器技术
01
02
03
传感器类型
根据测量原理和应用领域，传感器可分为温度、压力、流量、物位、位移、加速度等多种类型。
信号处理算法
03
应用各种数字信号处理技术，如傅里叶变换、滤波、相关分析
等，对信号进行特征提取和降噪处理。
控制技术
控制原理
根据被控对象的特性和控制要求，选择合适的控制策略，如PID控制、模糊控制、神经网络控制等。
控制器设计
设计控制器的结构和参数，以满足系统的稳定性、快速性和准确性要求。
控制技术应用
可维护性
选择易于维护、校准和更换的仪表，减少后期维护成本。
安装要求和步骤
安装位置
选择便于观察、操作和维护的位置，避免安装在振动、潮湿、高温或腐蚀性环
境中。
连接方式
根据测量需求和管道特点，选择合适的连接方式，如法兰连接、螺纹连接
等。
安装方式
根据仪表的特点和安装环境，选择合适的安装方式，如壁挂式、盘装式等。
密封措施
确保仪表与管道连接处密封良好，防止泄漏和外界干扰。
调试过程及注意事项
调试前准备
熟悉仪表的使用说明书，了解仪表的工作原理、性能参数和调试方法。
02
外观检查
检查仪表的外观是否完好，有无损坏或变形。
01
03
零位调整
对于需要调整的仪表，进行零位调整，确保测量准确。
记录与报告

仪表自动化基础知识

其中第三种分类方法最普遍
二、自动控制系统分类
（一）按被控变量分类
被控变量
温度控制系统 T
压力控制系统 P
液位控制系统 L
流量控制系统 F
……
温度控制系统
它由蒸汽加热器、温度变送器、调节器和蒸汽流量阀组成。控制目标是保持出口温度恒定。当进料流量或温度等因素的变化引起出口物料的温度变化时，通过温度仪表测得的变化，并进料将其信号送至调节器与给定值进行比较，调节器根据其偏差信号进行运算后将控制命令送至调节阀，改变蒸汽量维持出口温度。
测量仪表的品质指标
举例
例1-1 某台测温仪表的测温范围为200~700℃，校验该表时得到的最大绝对误差为±4℃，试确定该仪表的相对百分误差与准确度等级。解该仪表的相对百分误差为
4 100% 0.8%
700 200
如果将该仪表的δ去掉“±”号与“％”号，其数值为0.8。由于国家规定的精度等级中没有0.8级仪表，同时，该仪表的误差超过了0.5级仪表所允许的最大误差，所以，这台测温仪表的精度等级为1.0级。
图1-1 测量仪表的变差
测量仪表的品质指标
3.灵敏度与灵敏限
仪表的灵敏度是指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的比值。
仪表的灵敏限是指能引起仪表指针发生动作的被测参数的最小变化量。通常仪表灵敏限的数值应不大于仪表允许绝对误差的一半。
测量仪表的品质指标
4.反应时间
反应时间就是用来衡量仪表能不能尽快反映出参数变化的品质指标。反应时间长，说明仪表需要较长时间才能给出准确的指示值，那就不宜用来测量变化频繁的参数。
给定值x按照已知规律(时间函数)变化的系统称为程序控制系统，又称顺序控制系统。

仪表自动化基础知识

测量仪表的品质指标
相对百分误差δ
标尺上限值ma标x 尺下限值100%
允许误差
仪表允许的最大绝对误差值
允标尺上限值标尺下限值 100 %
测量仪表的品质指标
小结
仪表的δ允越大，表示它的精确度越低；反之，仪表的 δ允越小，表示仪表的精确度越高。将仪表的允许相对百分
误差去掉“±”号及“％”号，便可以用来确定仪表的精确度等级。目前常用的精确度等级有0.005，0.02，0.05， 0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等。
仪表反应时间的长短，实际上反映了仪表动态特性的好坏。
测量仪表的品质指标
5.线性度
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。通常总是希望测量仪表的输出与输入之间呈线性关系。
f
f m a x 仪表量程
100%
图1-2 线性度示意图
式中，δf为线性度（又称非线性误差）；Δfmax为校准曲线对于理论直线的最大偏差（以仪表示值的单位计算）。
检测环节直接感受被测量，并将它转换为适合测量的信号，经传送放大环节对信号进行传送，最后由显示部分进行指示记录。
测量仪表的品质指标
（一）检测仪表的准确度（精确度）
两大影响因素绝对误差和仪表的标尺范围
说明：仪表的测量误差可以用绝对误差Δ来表示。但是，仪表的绝对误差在测量范围内的各点不相同。因此，常说的“绝对误差”指的是绝对误差中的最大值Δmax。
控制规律
比例控制
P
比例积分控制 PI
比例微分控制 PD
比例微分积分控制 PID
……
二、自动控制系统分类
（三）按给定值变化规律分类

仪表自动化控制基础知识

脉冲量信号：
脉冲量常用于转速测量、流量测量和记数。脉冲输入的测量分为以测量频率为目的、以测量脉冲个数为目的和频率、脉冲个数都需要的三种应用场合。频率测量范围：0.1Hz-25KHz,高于25KHz的信号需要选择仪表内部的预分频单元频率测量精度:0.100Hz~45.000Hz范围:±0.01Hz 45.00Hz~450.00Hz范围:±0.02Hz 450.0Hz~4500.0Hz范围:±0.2Hz 4500Hz~25000Hz范围:±2Hz 计数测量一般用于用于过程计数，事件计数，位移测量等。
位式PID控制是仪表按一定的周期，通过控
制接点的通断对系统进行控制。在一个周期内，
接点的接通和断开的时间长短反映控制量的大小，
操作量为100%时，接点在整个周期内完全接通，
操作量为0%时，接点在整个周期内完全断开。
3．6程序给定 ① 模拟量输出（方式1）：输出信号的大小及变化斜率可以通过编程设定，编程通过设置参
1/45000。
信号类型：仪表能接收的模拟量信号有：
1、标准电流信号
2、准电压信号 3、mV信号
标准电流信号：
4mA~20mA DC、0mA~10mA DC、 0mA~20mA DC。其它直流电流信号，需要在订货时注明，但最大不能超过5A，大于5A的信号应在仪表外使用分流器或变送器进行处理。多数变送器的输出信号都是4m A~20m A标准电流信号，传送到控制室供各类仪表接收，特点时
的过程参数控制，可能需要加进出量进行修正，使控制过程尽快回到原来的控制状态，微分时间表示微分作用强度的单位，仪表设定的微分时间越长，则以微分作用进行的修正越强。
• 3．5位式PID控制
一般的PID控制是以连续的电流或电压输出

自动化仪表基础知识

表结构。
考虑环境因素
02
如环境温度、湿度、腐蚀性、振动等，选择适应环境条件的仪
表。
了解仪表的性能指标
03
如测量范围、精度等级、重复性、稳定性等，确保所选仪表满
足工艺要求。
安装步骤和规范要求
安装步骤 1. 熟悉图纸和资料，了解安装要求和注意事项。 2. 准备工具和材料，检查仪表及附件是否齐全、完好。
应用领域与重要性
应用领域
自动化仪表广泛应用于石油、化工、电力、冶金、制药、造纸等工业领域，以及环保、水处理、食品加工等民用领域。
重要性
自动化仪表是实现工业自动化和生产过程自动化的重要工具，能够提高生产效率、降低能耗和减少环境污染，对于推动工业转型升级和实现可持续发展具有重要意义。
02
自动化仪表工作原理
数字显示
通过数码管、液晶显示屏等数字显示器件，将被测量以数字量的形式显示出来。
图形显示
通过计算机图形界面或专用图形显示仪表，将被测量以图形或曲线的形式显示出来。
03
自动化仪表主要类型及特点
温度测量仪表
热电偶温度计
利用热电效应原理测量温度，具有测量精度高、响应速度快等特点。
热电阻温度计
信号调理
将连续变化的模拟量（如电压、电流）转换为数字量，以便进行数字处理和分析。
将离散的数字量转换为模拟量，以便进行显示、记录或控制等操作。
对输入信号进行放大、滤波、隔离等处理，以满足后续电路的要求。
显示原理
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02
03
模拟显示
通过指针式仪表、记录仪等模拟显示器件，将被测量以模拟量的形式显示出来。
自动化仪表基础知识
目录

自动化仪表基础知识

集中控制装置
显示仪表
生产过程
检测仪表
执行器
调节仪表
如图G：检测仪表：测量某些工艺参数如压力、温度、电压、频率、振动等。显示仪表：指针式、数字式记录仪、工业电视、图象显示器集中控制装置：包括巡回调节仪、程序控制仪、可编程序调节器、可编程序控制器调节仪表根据需要对信号进行运算如放大、积分、微分等，也包括各种气动、电动调节器及用来代替调节器的微处理机。执行器：接受调节系统的来的信号或直接来自操作人员的指令，对生产过程进行操作和控制。包括各种电、液、气动执行机构和调节阀、开关等。
怎样选择压力表的测量上限压力表低于1/3量程部分，精度较低，不宜使用。选择压力表的测量上限时，一般应大于最高使用压力的1/3，目的是为了保证压力表安全可靠地工作，维护其使用寿命。选择使用范围时，最高不得超过刻度盘满刻度的3/4。选用标尺全量程的1/3-2/3之间为宜，因为这一使用范围，准确程度较高，又适合平稳、波动两种负荷下兼可使用。
四、温度仪表安装注意事项
1、温度一次点的安装位置应选在介质温度变化灵敏且具有代表性的地方，不宜选在阀门、焊缝等阻力部件的附近和介质流束呈死角处。就地指示温度计要安装在便于观察的地方。热电偶安装地点应远离磁场。温度一次部件若安装在管道的拐弯处或倾斜安装，应逆着流向。双金属温度计在≤DN50管道或热电阻、热电偶在≤DN70的管道上安装时，要加装扩大管。扩大管要按标准图制作。压力式温度计的温包必须全部浸入被测介质中。
常用温度计的种类
0-3500 200-2000
光学探测热电探测
红外线
400-2000 700-3000 900-1700
辐射式光学式比色式
辐射式
非接触式测温仪表

仪表自控基本知识摘录

仪表自控基本知识（仅供学习）1.1 概述(1) 自动化仪表的发展趋势工业自动化控制仪表主要包括变送器、调节器、调节阀等设备，控制仪表从基地式调节器(变送、指示、调节一体化的仪表)开始，经历了气动、电动单元组合仪表到计算机直接控制系统(DDC)，直到今日的分散控制系统DCS和现场总线控制系统FCS,经历了漫长的发展过程。

在这过程中计算机技术的发展是一大关键，最初计算机只用于生产数据的处理和巡回检测（如我部２＃芳烃FOX1系统），到２０世纪５０年代末期才用于实现闭环控制。

如今控制系统以DCS和PLC为主流，而现场总线控制系统将是发展的必然趋势。

DCS经历了初创(1975－1980年)、成熟(1980－1985年)、扩展(1985年以后)几个发展时期，在控制功能完善、信息处理能力、速度及组态软件等软件等方面取得令人瞩目的成就，以其高度的可靠性、方便的组态软件、丰富的控制算法、开放的联网能力等优点，得到迅速的发展，成为计算机控制系统的主流。

当今几乎每个发达国家都生产自己的DCS，生产厂家100多家，已销售几万台(套)。

主要生产厂家集中在美国、日本、德国等多家公司。

我国主要有浙大中控和北京的和利时两公司。

PLC以其结构紧凑、功能简单、速度快、可靠性高、价格低等优点，获得广泛应用，已成为与DCS 并驾齐驱的另一种主流工业控制系统。

现场总线技术是20世纪90年代迅速发展起来的一种用于各种现场自动化设备与其控制系统的网络通信技术，是一种用于各种现场仪表(包括变送器、执行器、记录仪、单回路调节器、可编程序控制器、流程分析器等) 与基于计算机的控制系统之间进行的数据通信系统。

现场总线的使用具有许多优点：①增加了仪表系统的功能。

现场总线可实现就地闭环控制，使控制彻底分散，从而提高了控制系统的可靠性;现场总线使用智能仪表，便于仪表在线维护、调校以及在线设备管理;提高了系统的开放性。

②提高了仪表系统的技术性能。

由于信号传输的数字化，增强了现场信号的传输及抗干扰能力，使精度从±0.5%提高到±0.1%，增加了信号传输距离及信息量。