自动化一次仪表(上部分讲稿)

1 自动化仪表概述及自动化一次仪表 第一节 自动仪表发展概况 一．电动单元组合仪表发展概况 我国从1958年开始设计、研制电动单元组合“DDZ”仪表，这里的“DDZ”是汉语拼音文字中电（Dian）、单（Dan）、组（Zu）三字的第一个字母的组合。六十年代初期，DDZ-Ⅰ型仪表开始在我国有关工业部门中应用，并取得了一定效果。但是，DDZ-Ⅰ型仪表笨重，体积较大，所需电压高，耗电量大，易于引燃引爆。随着半导体器件和电子技术的发展，不久就被DDZ-Ⅱ型所代替了。1965年我国开始研制的DDZ-Ⅱ型仪表，以晶体管作为主要放大元件，与Ⅰ型相比较，不但扩充了品种，而且采用了半导体器件、磁芯元件、印刷电路等新器件和新工艺，尽量少采用接插件和有触点元件，因而使仪表性能改善，体积缩小，重量减轻；同时调节器改由一个单元独立完成比例、积分、微分调节作用，电路构成方式比较简单。此后，又对Ⅱ型仪表作了多次现场考验和反复改进，使其性能日臻完善。十几年来，在Ⅱ型仪表的大量生产和广泛应用中，对我国工业生产自动化起了有力的促进作用。 随着现代工业和科学技术的发展，大型现代化炼油厂和化工厂的不断出现，要求电动调节仪表不但具有良好的稳定性和可靠性，而且应具有先进的，可靠的防爆结构。在任何偶然的情况下，不允许产生足以引燃的电火花。此外，电子计算机在工业中的推广应用，又要求电动单元组合仪表能够更加灵活地与其配合。为此，在总结前两种电动单元组合仪表结构与使用经验的基础上，并吸收国外同类仪表的先进技术，80年代初开始生产的以线性集成电路为主要放大元件、具有安全火花防爆性能的DDZ-Ⅲ型仪表问世了。Ⅲ型仪表不仅采用了最新的电子器件——线性集成电路作为线路中的核心组件，而且采取了安全火花型防爆措施。此外还为接受电子计算机信息提供了更为有效的技术手段。90年代末，随着自动化水平的向前发展，我国已研制出具有智能化功能的Ⅲ型仪表系列产品，仪表品质向价格低、功能强、可靠性强、外形美观、结构灵巧、操作方便、配套性好的方向发展。实践证明，Ⅲ型仪表性能较之Ⅱ型更为优越，应用范围更广。 这三代产品虽然电路形式和信号标准不同，性能指标和单元划分的方法也不完全一样，但它们实现的控制功能和基中的设计思想是相同的，只要掌握其中一种，其它产品便不难分析，因此，在后面的章节中，将主要对较先进和较有代表性的DDZ-Ⅲ型电动单元组合式仪表进行讨论。

二．DDZ-Ⅲ型仪表特点 1、采用线性集成电路 2

在Ⅲ型仪表中广泛采用线性集成电路，这给仪表带来如下好处： （1）由于在集成电路中，材料、元件和电路三者集成一体，简化了线路，减少了仪表元件的数量，这不仅提高了仪表的可靠性，而且使仪表的应用功能扩大。 （2）由于集成运算放大器漂移小、增益高，从而使仪表的稳定性和精度得到提高。 2、采用国际标准信号制 1973年4月国际电工委员会（I.E.C）通过的标准规定，过程控制系统的模拟信号为直流电流4～20mA，电压信号为直流1～5V，我国的DDZ-Ⅲ型仪表规定，现场传输信号用4～20mADC，控制室内各仪表间的联络信号用1～5VDC。 使用单元组合仪表必须有统一的联络信号，目前我国电动单元组合仪表中并存着两种标准信号制度，在DDZ-Ⅰ和DDZ-Ⅱ型仪表中采用0～10毫安直流电流作为标准信号，而在DDZ-Ⅲ型仪表中，采用目前国际上统一的4～20毫安直流电流作为标准信号。这两种标准都以直流电流作为联络信号。采用直流信号的优点是传输过程中易于和交流感应干扰相区别，且不存在相移问题，可不受传输线中电感、电容和负载性质的限制，可以不受传输线及负载电阻变化的影响，适于信号的远距离传送；其次由于电动单元组合仪表很多是采用力平衡原理构成的，使用电流信号可直接与磁场作用产生正比于信号的机械力。此外，对于要求电压输入的受信仪表和元件，只在电流回路中串联电阻便可得到电压信号，故使用比较灵活。现场传输信号为4～20mA直流电流；控制室联络号为1～5V直流电压；信号电流与电压的转换电阻为250Ω。信号传输采用电流传送--电压接收的并联制传输方式。 这种信号制和传输方式的优点是： （1）信号的下限为4mA，且不与机械零点重合，而且容易识别断电、断线等故障；信号的上限值为20mA，比Ⅱ型仪表的10mA大一倍，有利于提高力平衡式差压变送器的性能。 （2）采用并联制传输方式，仪表可以有公共接地点，便于同计算机、巡回检测装置等配套使用。 另外，并联制传输方式只要改变转换电阻阻值就可以将其它“活零点”的电流信号（1～5mA、10～50mA直流电流等）转换为1～5V直流电压信号。 （3）因为最小信号电流不为零，故为现场变送器实现两线制创造了条件。两线制是指现场变送器和控制室仪表联系仅用两根导线。这两根线既是电源线，又是信号线。这样不但节省了大量电缆线和安装费用，而且还有利于安全防爆。 3、集中统一供电 Ⅲ型仪表统一由电源箱供给各单元24V直流电源，并备有蓄电池作为备用电源。这种供电方式的优点是： （1）各单元省掉了电源变压器，没有工频电源进入单元仪表，既解决了仪表发热问 3

题，也为仪表的防爆提供了有利条件。 （2）在工频电源停电的情况下备用电源投入，使整套仪表在一定时间内仍可照常工作，继续发挥其监视控制作用，有利于安全停车。 4、结构合理、功能多样 Ⅲ型仪表在机械结构和线路的设计上有所改进，具有一些新特点。 （1）差压变送器的机械结构采用矢量机构，它同双杠杆机构相比，稳定性和抗震性好，装配调整方便。 （2）温度变送器具有线性化电路，使输出信号与温度信号之间呈线性关系，便于直接指示。 （3）基型调节器有全刻度指示调节器和偏差指示调节器两个品种，指示表头为100mm刻度纵形大表头，指示醒目，便于监视操作；调节器的自动、手动切换以无平衡，无扰动的方式进行，并有硬手动和软手动两种方式。 （4）能与计算机配套使用，调节器可按照需要组成SCC系统实现计算机监督控制，也可按照需要组成DDC控制的备用系统。

第二节 自动化仪表仪表基本技术指标 一、仪表测量过程的测量误差 在进行物理量的测量中，物理量具有客观存在的量值，这一量值称之为真值，用x0

表示,通过检测仪表测量得到的结果称为测量值,也叫仪表示值,用x表示。在测量过程中

所得到的测量值和真实值是不一致的，其间的差值就是测量误差。测量误差是客观存在的事实，人们主观愿望是要测得真实值，但是，即使人们对测量原理和方法力求完善；测量工具极度精确；操作和观察非常仔细，仍然得不到绝对准确的真实值，而只是比较接近真实值而已。通常用精确度较高的标准表来校验普通仪表是因为标准表的精确度较高，测量值比较可靠，可作为被测参数的真实值来使用，实际上它与真实值也存在一定的差距。因此，也可以说测量误差是普遍存在的。 测量误差如按误差本身的性质，可分为系统误差、疏忽误差和偶然误差。 1．系统误差： 系统误差是指经过多次重复测量时，出现相同数值或正负符号的误差，或虽不相同而却有一定规律性。因此，系统误差又称为规律误差。系统误差产生的原因，或由于仪表本身缺陷，调整不良或使用不当，或外界条件变化的影响等等。例如，由于所用的检测仪表本身不完善和测量设备、线路安装布置及调整不得当和操作不当或操作者生理及心理状况等原因而产生的误差都属于系统误差。 由于系统误差是有规律的，其产生的原因也往往是可知或能掌握的，因此可以通过实 4

验或分析的方法，预见和查明各种系统误差的具体来源，并极力设法予以消除，或使其影响减弱到可以允许的程度。而且，还可以设法确定或估计出未能消除的系统误差的大小和符号，对测量结果进行修正。 在测量工作中，如果系统误差很小，其测量结果就是相当准确的。测量的准确度是系统误差的反映。系统误差愈小，表明测量结果与真实值愈接近，即测量的准确度愈高。 2．疏失误差 疏失误差也称为粗大误差或疏忽误差。它是由于测量过程中操作错误等主观过失或检测仪表本身的误动作而造成的测量误差。这类误差的数值很难估计，一般都会明显地歪曲测量结果。含有疏失误差的测量值称为坏值。因此，在测量工作中必须认真心，避免发生疏失误差。对存在疏失误差的测量值应当舍弃，以免导致错误的结论。 3．偶然误差（又称随机误差） 在相同条件下多次测量同一被测量时，并极力消除或修正一切明显的系统误差之后，每次测量结果仍会出现一些无规律的随机性变化，这种随机性变化误差的出现纯属偶然的，故称为偶然误差，又称随机误差。

二、 测量误差的表示 1、示值的绝对误差 仪表的示值（测量值）X与被测量的真实值X0之间的代数差值称为示值的绝对误差△

X即 △X=X - X0 (3-1)

被测量的真实值就是指被测量本身的真实数值，它只能是个理论值或定义值，实际上是不可知的。在误差理论中指出，对于等精度测量，即在同一条件下所进行的一系列重复测量，在排除了系统误差的前提下，当测量次数为无限多时，测量结果的算术平均值近似于真实值。通常都是以标准仪表所提供的标准值或以高一级的标准仪表测量值作为近似的真实值，而称为实际值。因此，示值绝对误差的数值和符号（正或负），表明了仪表的示值偏离真实值（实际值）的程度的方向。 2．示值的相对误差 示值的相对误差是示值绝对误差与所取的参考值（约定值）的比值，用百分数来表示。按所取参考值（约定值）的不同，示值的相对误差有三种表示法。 （1）实际相对误差：仪表示值绝对误差与被测量真实值（实际值）的比值，称为示值的实际相对误差，以百分数表示为

10000×Δ=

x

xδ% （3-2）