化工仪表及自动化
化工仪表自动化过程控制仪表ppt课件
高精度测量、稳定性好、可靠性高、 适应性强等。
过程控制仪表的选型依据
被测参数的性质和测量范围
根据被测参数的性质和测量范围选择合适的 仪表类型。
环境条件
考虑环境温度、湿度、振动等因素对仪表性 能的影响。
精度等级
根据工艺要求选择合适的精度等级。
经济性
在满足性能要求的前提下，尽量选择价格合 理的仪表。
20世纪50年代至80年代，随着电子技术和计算机技术的发展，化工仪 表自动化开始得到广泛应用。出现了各种新型的测量仪表、控制装置和 自动化系统，实现了生产过程的自动化和智能化。
成熟阶段
20世纪90年代至今，化工仪表自动化技术不断成熟和完善，新型传感 器、执行器、控制器和网络技术等不断涌现，为化工生产提供了更加精 准、高效和智能的控制手段。
化工仪表自动化的应用领域
基础化学工业
无机盐、有机原料、合成材料 等领域。
公用工程
水处理、空分装置、锅炉控制 等领域。
石油化工
石油炼制、石油化工原料生产 、合成橡胶、合成树脂等领域 。
精细化学品工业
医药、农药、染料、涂料等领 域。
环保工程
废气处理、废水处理等领域。
02
过程控制仪表原理及分类
过程控制仪表的工作原理
化工仪表自动化过程控制仪表ppt课 件
contents
目录
• 化工仪表自动化概述 • 过程控制仪表原理及分类 • 常见过程控制仪表介绍 • 过程控制仪表的安装与调试 • 过程控制仪表在化工生产中的应用 • 过程控制仪表的发展趋势与挑战
01
化工仪表自动化概述
化工仪表自动化的定义与意义
定义
化工仪表自动化是指利用先进的测量、控制技术和自动化设 备，对化工生产过程中的各种参数进行实时检测、控制和优 化，以提高生产效率、产品质量和经济效益的一门综合性技 术。
化工仪表及自动化解读
控制器
控制阀
对象
测量元件变送器
2. 检测仪表与传感器
2.1概述 在工业生产中，为了正确的指导生产操作，对过程进行控制，一项必不可少的工作是准确而及时地检测出生产过程中的各个有关参数，例如压力、流量、物位、温度等。用来检测这些参数的技术工具称为检测仪表。用来将这些参数转换为一定的便于传送的信号（例如电信号或气压信号）的仪表通常称为传感器。当传感器的输出为规定的标准信号时，通常称为变送器。 2.1.1测量误差 在测量过程中，由于所使用的测量工具本身不够准确，观测者的主观性和周围环境的影响等等，使得测量的结果不可能绝对准确。由仪表读得的被测值与被测量真值之间，总是存在一定的差距，这一差距就称为测量误差。误差的分类方法多种多样，按误差出现的规律可分为系统误差、偶然误差和疏忽误差；按仪表使用的条件分为基本误差和附加误差；按被测变量随时间变化的关系分为静态误差和动态误差；按与被测变量的关系分为定值误差、累计误差；按误差的数值表示分为绝对误差、相对误差和引用误差。 测量误差通常有两种表示方法，即绝对误差和相对误差。 绝对误差是指仪表指示值和被测量的真值之间的差值。在实际应用中真实值指得是标准表的读数。 ∆＝X-X0 相对误差等于某一点的绝对误差∆与标准表在这一点的指示值X0之比。 Y＝ ∆/X0= (X-X0)/X0
冷液
热液
压力表
蒸汽
TT-101
流量计
冷凝水
TV-101
1. 自动控制系统基本概念
1.1.3自动信号和联锁保护系统 生产过程中，有时由于一些偶然因素的影响，导致工艺参数超出允许的变化范围而出现不正常情况时，就有引起事故的可能。为此，常对某些关键性参数设有自动信号联锁装置，防止事故的发生和扩大。如下图：
温度
化工仪表及自动化
第一章自动控制系统基本概念3.闭环控制系统与开环控制系统有什么不同？答：闭环控制系统是指控制器与被控对象之间既有顺向控制又有反向联系的自动控制系统。
开环控制系统是指控制器与被控对象之间只有顺向控制而没有反向联系的自动控制系统，即操纵变量通过被控对象去影响被控变量，但被控变量并不通过自动控制装置去影响操纵变量。
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（工艺）是不反馈到输入端的。
4.自动控制系统主要由哪些环节组成？答：自动控制系统主要由两大部分组成。
一部分是起控制作用的全套自动化装置，对于常规仪表来说，它包括测量元件与变送器、自动控制器、执行器等；另一部分是受自动化装置控制的被控对象。
8.在自动控制系统中，测量变送装置、控制器、执行器各起什么作用？答：在自动控制系统中，测量变送装置用来测量被控变量的变化并将它转换成一种特定的、统一的输出信号（如气压信号或电压、电流信号等）；控制器将测量变送器送来的测量信号与工艺上需要保持的设定值信号进行比较得出偏差，按预先设计好的控制规律进行运算后，将运算结果用特定的信号（气压或电流）发送给执行器；执行器能自动地根据控制器送来的信号值相应地改变流入（或流出）被控变量的物料量或能量，克服扰动的影响，最终实现控制要求。
9.试分别说明什么是被控对象、被控变量、给定值、操纵变量?答：①被控对象：在自动控制系统中，工艺参数需要控制的生产设备或机器等。
②被控变量：被控对象内要求保持设定数值的工艺参数。
③给定值：被控变量的预定值。
④操纵变量：受控制器操纵的，用以克服干扰的影响，使被控变量保持设定值的物料量或能量，实现控制作用的变量。
18.什么是自动控制系统的过渡过程？它有哪几种基本形式？答：对于任何一个控制系统，扰动作用是不可避免的客观存在，系统受到扰动作用后，其平衡状态被破坏，被控变量就要发生波动，在自动控制作用下，由于自动控制系统的负反馈作用，经过一段时间，使被控变量回复到新的稳定状态。
化工仪表及自动化全套课件
对于气体，密度受温度、压力变化影响较大， 如在常温常压附近，温度每变化10℃，密度变化 约为3%；压力每变化10kPa，密度约变化3%。
因此在测量气体流量时，必须同时测量流体的 温度和压力。为了便于比较，常将在工作状态下 测得的体积流量换算成标准状态下（温度为20℃， 压力为101325Pa）的体积流量，用符号Qn表示， 单量(Qn)：折算到标准的压力和温度下的体 积流量。（标准状态下） 流量的国际单位是千克/秒（kg/s）、立方米/ 秒（m3/s）。此外，常用的还有吨/小时（t/h）、 千克/小时（kg/h）、立方米/小时（m3/h）等； 总量的国际单位是千克（kg）、立方米（m3）。 此外，常用的总量单位还有吨（t）。
2.压力开关的工作原理是：当被测压力超过额定值时，弹性元件的 自由端（产生位移），直接或经过比较后推动（开关元件）， 改变（开关元件）的通断状态，达到控制被测压力的目的。
3.压力开关采用的弹性元件有（单圈弹簧管）、（膜片）、（膜盒） 及（波纹管）等。 开关元件有（磁性开关）、（水银开关）、 （微动开关）等。
第二章 压力测量仪表
第一节： 压力单位
国际单位制（SI）---帕（Pa）， 工程大气压---at 标准大气压---atm 毫米汞柱---mmHg 毫米水柱---mmH2O
1Pa=1牛/米2（N/m2） 1Mpa=1×105Pa 1 公斤力/厘米2(kgf/cm2) = 0.0981 MPa 1 巴(bar) = 0.1 MPa 1 毫米水柱(mmH2O) = 9.81×10-6 MPa 1 毫米水银柱(mmHg) = 1.333×10-3 MPa 1 标准大气压(atm) = 0.1013 MPa
而涡街流量计： 1、结构简单； 2、涡街变送器直接安装于管道上，克服了管路泄
化工仪表及自动化ppt课件
C
2L
ln D
d
D外电极的内径，d为内电极的外径。当 D 和 d 一
定时，电容量 C 的大小与极板的长度 L 和介质的
介电常数ε 的Leabharlann 积成比例。将探头插入被测物料中，电极浸入物料中的深度随 物位高低变化，引起电容量变化，可检测出物位。
2.液位的检测
对非导电介质液位测量的电容式液位传感器原理如下图所示。
的仪表。
按其工作原理分为
直读式物位仪表 差压式物位仪表 浮力式物位仪表 电磁式物位仪表 核辐射式物位仪表 声波式物位仪表 光学式物位仪表
二、差压式液位变送器
1.工作原理：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。
图3-39 差压液位变送器 原理图
图3-40 压力表式液位计
迁移弹簧的作用 改变变送器的零点。
迁移和调零 都是使变送器输出的起始值与被测量起始 点相对应，只不过零点调整量通常较小，而零点迁移 量则比较大。
迁移 同时改变了测量范围的上、下限，相当于测量 范围的平移，它不改变量程的大小
举例
图3-42 正负迁移示意图
某差压变送器的测量范 围为0～5000Pa，当压差由0 变化到5000Pa时，变送器的 输出将由4mA变化到20mA， 这是无迁移的情况，如左图 中曲线a所示。负迁移如曲 线b所示，正迁移如曲线c所 示。
由端产生位移，再由齿轮放大机 构把位移变为指示值，这种温度
1—传动机构；2—刻度盘； 3—指针；计具有温包体积小，反应速度快、 4—弹簧管；5—连杆；6—接头；7— 灵敏度高、读数直观等特点
毛细管；8—温包；9—工作物质
3.辐射式温度计
辐射式高温计是基于物体热辐射作用来测量温度的仪表。 广泛用于测量高于800摄氏度的温度。
化工仪表及自动化课后答案
第一章自动控制系统基本概念1．什么是化工自动化？它有什么重要意义？答：在化工等连续性生产设备上，配备一些自动化装置，代替操作人员的部分直接劳动，使生产在不同程度上自动地进行，称为化工自动化。
化工自动化的重要意义是：加快生产速度，降低生产成本，提高产品数量和质量；降低劳动强度，改善劳动成本，改变劳动方式；确保生产安全。
6．图1-16 为某列管式蒸汽加热器控制流程图。
试分别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意义。
答：PI-307：表示测量点在蒸汽加热器的一台压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07。
仪表安装在现场。
TRC-303：表示测量点在蒸汽加热器出料管线上的一台温度记录控制仪表，工段号为3，仪表序号为03。
仪表安装在集中仪表盘面上。
FRC-305：表示测量点在蒸汽加热器进料管线上的一台流量记录控制仪表，工段号为3，仪表序号为05。
仪表安装在集中仪表盘面上。
8．自动控制系统中，测量变送装置、控制器、执行器各起什么作用?答：在自动控制系统中，测量变送装置用来感受被控变量的变化并将它转换成一种特定的信号（如气压信号或电压、电流信号等）；控制器将测量变送装置送来的测量信号与工艺上需要保持的设定值信号进行比较得出偏差，根据偏差的大小及变化趋势，按预先设计好的控制规律进行运算后，将运算结果用特定的信号（如气压信号或电流信号）发送给执行器；执行器能自动地根据控制器送来的信号值相应地改变流入（或流出）被控变量的物料量或能量，克服扰动的影响，最终实现控制要求。
9．试分别说明什么是被控对象、被控变量、给定值、操纵变量?答：被控对象——自动控制系统中，需要实现控制的设备、机械或生产过程等。
被控变量——被控对象内要求保持一定数值（或按某一规律变化）的工艺参数（物理量）。
设定值——工艺规定被控变量所要保持的数值。
操纵变量——受控制器操纵的，用以克服干扰的影响，使被控变量保持一定数值的物料量或能量。
《化工仪表及自动化》课程标准
《化工仪表及自动化》课程标准（课程代码：100005，适用专业：化工工艺、工业分析、有色冶炼石油炼制等专业）一、课程性质与任务本课程是专门为培养和培训工艺操作人员开设的综合性较强的一门专业课程。
课程任务是培养学生了解化工变量的测量方法，熟悉常用仪表的结构、原理和使用方法，掌握化工自动化的基础知识，了解集散型控制系统的基本概念，能协助仪表及自动化技术人员分析和解决仪表运行中的一些实际问题。
二、课程目标通过本课程的学习，使学生学会测量误差的分析与计算方法；理解生产过程中压力、液位、流量、温度四大参数检测的原理；熟悉常用检测仪表的工作原理及其适用场合和使用方法，掌握自动控制理论；掌握自动控制系统的组成、术语、品质指标等基本知识；了解自动控制系统的安装、投运与调试过程；了解复杂控制系统的组成及工作过程；能与相关人员进行专业技术方面的沟通交流。
（一）知识目标1.能了解主要工艺参数（温度、压力、流量及物位）的检测方法及其仪表的工作原理及特点；2.能了解化工自动化的初步知识，理解基本控制规律，懂得控制器参数是如何影响控制质量的；3.能为自控设计提供正确的工艺条件和数据；4.能在生产开停车过程中，初步掌握自动控制系统的投运及控制器的参数整定；5.能了解检测技术和控制技术的发展趋势和最新发展动态。
（二）能力目标1.能了解主要工艺参数（温度、压力、流量及物位）的检测方法及其仪表的工作原理及特点；2.能根据工艺要求，正确地选用和使用常见的检测仪表及控制仪表；3.能了解化工自动化的初步知识，理解基本控制规律，懂得控制器参数是如何影响控制质量的；4.能根据工艺的需要，和自控设计人员共同讨论和提出合理的自动控制方案；5.能为自控设计提供正确的工艺条件和数据；6.能在生产开停车过程中，初步掌握自动控制系统的投运及控制器的参数整定；7.能了解检测技术和控制技术的发展趋势和最新发展动态。
（三）素质目标1．对运用本课程专业知识从事相应工作，充满热情。
(完整版)化工仪表及自动化-课后-答案
1. 化工自动化是化工、炼油、食品、轻工等化工类型生产过程自动化的简称。
在化工设备上，配备上一些自动化装置，代替操作人员的部分直接劳动，使生产在不同程度上自动地进行，这种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。
实现化工生产过程自动化的意义：（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。
（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）能改变劳动方式，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。
2、化工自动化主要包括哪些内容？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。
1-3自动控制系统主要由哪些环节组成？解自动控制系统主要由检测变送器、控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。
4、自动控制系统主要由哪些环节组成？自动控制系统主要由测量元件与变送器、自动控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。
1-5题1-5图为某列管式蒸汽加热器控制流程图。
试分别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意义。
题1-5图加热器控制流程图解PI-307表示就地安装的压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07；TRC-303表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的温度控制仪表；工段号为3，仪表序号为03；FRC-305表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的流量控制仪表；工段号为3，仪表序号为05。
6、图为某列管式蒸汽加热器控制流程图。
试分别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意义。
PI-307表示就地安装的压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07；TRC-303表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的温度控制仪表；工段号为3，仪表序号为03；FRC-305表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的流量控制仪表；工段号为3，仪表序号为05。
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化工仪表及自动化
1.
仪表的相对百分误差为
A=(+4)/(700-200)*100%=+0.8%去掉+和%其数值为
0.8，超过0.5级仪表所允许的最大误差。
2.
建立数学模型的方法有机理建模和实验建模。
3.
比例控制器适用于控制通道滞后较小、负荷变化
不大、工艺上没有提出无差要求的系统。比例积分
控制器适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、
工艺参数不允许有余差的系统。比例积分微分控制
器适用于控制通道滞后较大、负荷变化大、控制质
量要求较高的系统。
4.
前馈控制是基于不变性原理工作的，比反馈控制
及时有效。前馈控制是根据干扰的变化产生控制作
用的。
5.
串级控制系统中，主控制器的作用方式与主对象特
性有关。
6.
所谓控制规律是指控制器的输入信号与输出信号
之间的关系。
7. 答
均匀控制系统中的调节器一般采用纯比例控制
作用。
8.
电磁流量计是用来测量管道中具有一定导电性的
液体或液固混合介质的体积流量。
9.
用差压变送器测量液位的方法是利用静压原理。
10.
仪表的精度等级是衡量仪表质量优劣的重要指标
之一，精确度等级数值越小，就表明该仪表的精确
度等级越高。
11.
保证系统为负反馈控制的原则是控制器、执行
器、对象以及测量单元四个环节的正反作用符号相
乘为负。
12.
正作用控制器：当控制器的输入信号增大时，其
输出信号随之增大。
13.
由题意可知，振荡周期T=15分钟;最大偏差为
A=230-200=30度;余差C=205-200=5度;第一个波峰
值B1=230-205=25度，第二个波峰值
B2=210-205=5度。
14.
在控制方案、广义对象的特性、控制规律都已确
定的情况下，控制质量主要取决于控制器参数的
整定。
15.
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，这种过渡过程形式
为非周期衰减过程。
16.
调节阀经常在小开度工作时，应选用等百分比流
量特性。
17.
仪表的精度等级是根据已选定的仪表量程和工艺
生产上所允许的最大绝对误差求最大允许百分误差
来确定的。
18.
由题意可知，振荡周期T=15分钟;最大偏差为
A=230-200=30度;余差C=205-200=5度;第一个波峰值
B1=230-205=25度，第二个波峰值B2=210-205=5度。
19. 被测液位为0时，作用在差压式液位计的正负压
差的压力不相等，这时需要迁移的方法来抵消固定
差压。
20. 对象动态特性对选择操纵变量的影响包括控制通
道时间常数的影响;控制通道纯滞后的影响;干扰通道
时间常数的影响;干扰通道纯滞后的影响。
21.
工艺上希望偏差越小越好，但如果没有偏差，自
动控制系统就无法实现控制功能。
22. 串级控制系统中，主回路是一个定值控制系统，
而副回路，是一个随动控制系统。
23.
当对象的控制通道滞后大，反馈控制不及时，控
制质量差，可采用前馈或前馈-反馈控制系统，以提
高控制质量。
24.
比值控制系统的控制目的是实现相关物料的比例
关系。
25.
比值控制系统的控制目的是实现相关物料的比例关
系
26. 双位控制规律的输出是一个等幅振荡的过程。
27.
通常采用纯比例调节器，且比例度放在较大的数
值上，实践中要同时观察两个被控变量的过渡过程
来调整比例度，以达到满意的“均匀”。
28.
气动薄膜执行机构结构简单，动作可靠，维修方
便，价格低廉，是一种应用最广的执行机构。它分
为正、反作用两种形式，无弹簧的薄膜执行机构常
用于双位控制。
29.
气开阀无信号时，阀处于全关位置，气关阀则处
于全开位置。
30.
膨胀式温度计都是利用的物体受热膨胀原理。压
力式温度计是利用压力随温度的变化来测温。
31.
比值控制系统确定主动量的原则是在生产过程中
起主导作用、可测不可控、且较为昂贵的物料流量
一般为主动量。
32.涡街流量计的漩涡频率f信号的检测方法很多，有
热学法检测、差压法检测。
33.
微分作用通常不单独使用的原因是假如偏差固
定，即使数值很大，微分作用也没有输出，因而不
能消除偏差。
34.
串级控制系统由于增加了副回路，因此具有一定
的自适应能力，可用于负荷和操作条件有较大变化
的场合。
35.
椭圆齿轮流量计安装比较方便，安装时应在入口
段加装过滤器防止固体杂质或异物进入流量计。
36.
直通双座阀调节阀适用于大口径、高压差、泄露
量要求不高的场合
37.
科氏力质量流量计测量值不受管道内流场影响，
没有上、下游直管段长度的要求。
38. 双位控制规律的输出是一个等幅振荡的过程。
39.
执行器的气开、气关选择的主要依据是工艺安
全。
40.
补偿导线有正负极之分，可不反接。