儀表與自動控制主講:章節(jié)內(nèi)容儀表控制系統(tǒng)的組成及基本概念工業(yè)儀表的種類及工作原理檢測儀表

變送器與調(diào)節(jié)器執(zhí)行器3數(shù)字儀表及計算機(jī)控制1儀表控制系統(tǒng)的組成及基本概念檢測、測量、計量

Measurement,

Measure,Meter，Scale儀器、儀表

Instrument,Instrumentation傳感器Sensor,Transducer變送器、調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器Transmitter,Regulator,Actuator,測試、測控InstrumentandControl感知、遙感Detection，RemoteSensing名詞術(shù)語例：加熱爐溫度控制系統(tǒng)對檢測系統(tǒng)基本要求準(zhǔn)確性和精密性穩(wěn)定性高靈敏度高分辨率基本概念儀表的輸入輸出特性測量范圍、上下限、量程零點遷移、量程遷移滯環(huán)、死去和回差測量精度等級重復(fù)性和再現(xiàn)性如何利用零點遷移和量程遷移時間t0輸出(V)51015滯環(huán)、死區(qū)和回差輸入輸出0下降曲線上升曲線重復(fù)性和再現(xiàn)性

（隨機(jī)性）（穩(wěn)定性）測量精度等級輸入(被測量)輸出0標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出特性曲線實際上升校驗曲線實際下降校驗曲線誤差上限誤差下限精度等級0.5級：基本誤差不超過量程的±0.5%基本誤差限常用儀表的分類及特點可分為電動，氣動，液動和機(jī)械式等。工業(yè)上普遍使用電動和氣動控制儀表。電動控制儀表

氣動控制儀表

能源電源（220VAC）（24VDC）氣源（140kPa）傳輸信號電信號（電流、電壓或脈沖）氣壓信號構(gòu)成電子元器件（電阻、電容、電子放大器、集成電路等）氣動元件（氣阻、氣容、氣動放大器等）接線導(dǎo)線，印刷電路板導(dǎo)管，管路板單元組合式控制儀表它們都經(jīng)歷了Ⅰ型，Ⅱ型和Ⅲ型的三個階段。（信號制不同）電動單元組合儀表中還有模擬和數(shù)字技術(shù)相結(jié)合的DDZ-S型系列儀表。單元組合儀表可分為變送單元，執(zhí)行單元，調(diào)節(jié)單元，轉(zhuǎn)換單元，運算單元，顯示單元，給定單元和輔助單元等八類。各個儀表之間用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號進(jìn)行聯(lián)系，將各種獨立儀表進(jìn)行不同的組合，可以構(gòu)成適用于各種不同場合的自動檢測或控制系統(tǒng)。這類儀表有電動單元組合儀表（DDZ）和氣動單元組合儀表（QDZ）兩大類。集散型控制系統(tǒng)(DCS系統(tǒng))

DCS系統(tǒng)是一種以微型計算機(jī)為核心的計算機(jī)控制裝置。其基本特點是分散控制、集中管理。

DCS系統(tǒng)通常由控制站（下位機(jī)）、操作站（上位機(jī)）和過程通訊網(wǎng)絡(luò)三部分組成：控制站完成數(shù)據(jù)采集、處理及控制的作用；操作站完成生產(chǎn)過程信息的集中顯示、操作和管理等作用；過程通訊網(wǎng)絡(luò)用于實現(xiàn)操作站與控制站的連接，完成信息、控制命令等傳輸。DCS系統(tǒng)可以實現(xiàn)單元組合儀表中變送和執(zhí)行單元之外所有的功能，但DCS的功能是單元組合儀表無法比擬。

2傳感器及檢測的種類分類按檢測參量:如溫度、壓力、流量、位移等（電工量、熱工量、機(jī)械量、物性和成分量、光學(xué)量、狀態(tài)量）按傳感原理或反應(yīng)效應(yīng):光電，壓電，熱阻等按傳感器材料:導(dǎo)電體、半導(dǎo)體、有機(jī)、無機(jī)材料、生物材料等按應(yīng)用領(lǐng)域:化工、電力、建筑、交通、科學(xué)計量等按輸出信號形式:如模擬量和數(shù)字量等。按能量供給方式:能量變換型、能量控制型等…指紋輸入的傳感原理-1////電容量圖像傳感器CCD/CMOS指甲手指透鏡棱鏡光源LED多電極板（1）棱鏡光學(xué)法經(jīng)過空氣層反射和在隆線與鏡面交界處的直接反射不同（2）電容法到達(dá)電極板的距離不同靜電容量不同指紋輸入的傳感原理-2圖像傳感器CCD/CMOS指甲手指光源LED（4）電場方法到達(dá)真皮距離不同造成電場強度分布不同（5）感熱方法隆線皮膚體溫與谷部空氣溫度的差（6）感壓方法凹凸壓力分布（3）擴(kuò)散光光學(xué)法觀測通過手指內(nèi)的光線，谷線處由于光擴(kuò)散而變暗(2)、非接觸式測溫：測溫儀表的敏感元件不直接與被測對象接觸，而是通過輻射和對流來實現(xiàn)熱交換，以達(dá)到測溫的目的。＊輻射式溫度計：根據(jù)全光譜輻射能量（或部分光譜能量）大小來測溫，能量的大小與溫度有關(guān)。有：全輻射溫度計、部分光譜輻射溫度計＊亮度溫度計：根據(jù)物體輻射的單色亮度與溫度的關(guān)系來測溫。有：光學(xué)高溫計、光電亮度高溫計＊比色溫度計：根據(jù)兩個波長的亮度比值隨溫度變化的原理測溫。插入式熱電偶，熱電阻

毛細(xì)管溫度計

手持式紅外溫度計

普通壓力表適用于測量無爆炸危險、不結(jié)晶、不凝固及對鋼、銅合金不起腐蝕作用的液體、蒸汽和氣體等介質(zhì)的壓力。

精密壓力表主要用來校驗工業(yè)用普通壓力表也可用于精密測量對銅合金和合金結(jié)構(gòu)鋼等無腐蝕性、非結(jié)晶、非凝固的各種介質(zhì)的壓力。

精密壓力表

量程：0-40mbar至0-40bar

連接：G1/2外螺紋,鋼,不銹鋼

外殼材質(zhì)：不銹鋼

表盤直徑：100,160mm

精度等級：1.6;2.5

可選功能：開關(guān),充硅油

膜片式壓力表

數(shù)字壓力表

彎管

過程連接件

單向或雙向截止閥

壓力緩沖器

適配件

壓力表用附件流量檢測計量表（測流量總量）：容積式計量表：①橢園齒輪流量計②腰輪流量計，③活塞式流量計速度式計量表：①垂直葉輪式水表②渦輪式流量表流量表（測瞬時流量）：差壓式流量計，靶式流量計，轉(zhuǎn)子流量計，渦輪式流量表，電磁流量計，超聲波流量計，皮托管式流量計，卡門漩渦式流量計量程：0.1-2l/min...1.6-40l/min.液體

連接：G1/4...G3/4內(nèi)螺紋

材質(zhì)：POM,鋁

最大壓力：10(40)bar

最大溫度：80oC

精度：±2.5%測量值

粘度范圍：10-800mm2/s

脈沖輸出

橢圓齒輪式流量計

小流量轉(zhuǎn)子流量計

金屬轉(zhuǎn)子流量計

量程：0.25-1.5...10-80l/h水

20-80Nl/h...0.5-2.5Nm3/h空氣

連接：1/8NPT內(nèi)螺紋

材質(zhì)：聚砜/黃銅,聚砜/不銹鋼

最大壓力：6bar

最大溫度：60oC(聚碳酸脂);120oC(聚砜)

精度：±6%FS

可選功能：調(diào)節(jié)閥

差壓流量計

測量/開關(guān)范圍：

3-27...300-2300l/min.水

6-42...500-2800Nm3/h空氣

連接：G1/2...G3,1/2NPT...3NPT

材質(zhì)：鋁-青銅,不銹鋼

最大壓力：PN40

最大溫度：100oC

精度：±3%FS

機(jī)械式指針,模擬輸出,

數(shù)字顯示,開關(guān)電磁流量計流量積算儀

量程：0.06-1.8l/min...80-2400m3/h液體

連接：G3/8...G1/2,法蘭DN10...DN300

管道材料：PTFE,PFA,Polyurethan

最大壓力：PN40bar

最大溫度：180oC

精度：±0.5%測量值

輸出:脈沖/模擬輸出,狀態(tài)顯示,累積

旋葉式流量計

量程：0.5-12l/min...10-140l/min.水

連接：G1/8...G1,1/8NPT..1NPT

材質(zhì)：鋁/青銅,不銹鋼,聚丙烯

最大壓力：40bar

最大溫度：80oC

精度：±3%FS

脈沖輸出,模擬輸出,

開關(guān),數(shù)字/指針顯示變送器（Transmitter）

變送器在自動檢測和控制系統(tǒng)中的作用，是將各種工藝參數(shù)，如溫度、壓力、流量、液位、成分等物理量轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號，以供顯示、記錄或控制之用

分類：差壓變送器、壓力變送器、溫度變送器、液位變送器和流量變送器等。理想傳輸特性：SBW系列溫度變送器

輸入：熱電偶K型、E型、B型、S型、T型、J型、N型熱電阻

Pt100

Cu100

Cu50(三線制或四線制)輸出：在量程范圍內(nèi)輸出4-20mA直流信號，與熱電偶輸入的毫伏信號成線性；與熱電阻的輸入電阻信號成線性?；蚺c溫度信號成線性。3151壓力變送器3151壓力變送器用于測量液體、氣體和蒸汽的壓力，然后將其轉(zhuǎn)換成然后將其轉(zhuǎn)換成4～20mA

DC的電流信號輸出。HART275手操器相互通訊，通過它進(jìn)行設(shè)定、監(jiān)控等。主要技術(shù)參數(shù)

1)工作電壓：24VDC；

2)精度登記：0.075～0.2%FS；

3)輸出阻抗：＞100MΩ；

4)使用對象：液體、氣體和蒸汽；

5)精度等級：0.5級

6)測量范圍：見表1；

7)供電電壓：24VDC；

8)輸出信號：4～20mADC控制器的功能(1)偏差顯示(2)輸出顯示(3)提供內(nèi)給定信號及內(nèi)、外給定的選擇(4)正、反作用的選擇

(5)手動操作與手動/自動雙向切換

(6)附加功能：抗積分飽和、輸出限幅、輸入報警、偏差報警、軟手動抗漂移、停電對策和零啟動等.控制器的作用是對測量信號與給定值相比較所產(chǎn)生的偏差進(jìn)行PID運算，并輸出控制信號至執(zhí)行器

模擬控制器(AnalogControllers)

DDZ―Ⅲ型調(diào)節(jié)器：全刻度指示調(diào)節(jié)器和偏差指示調(diào)節(jié)器執(zhí)行器由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)兩個部分構(gòu)成

輔助裝置：閥門定位器——利用負(fù)反饋原理改善執(zhí)行器的性能手操機(jī)構(gòu)——用于人工直接操作執(zhí)行器

執(zhí)行器的構(gòu)成氣動調(diào)節(jié)閥采用氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)：輸出直線位移l

直行程式調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)

長行程式輸出角位移θ

角行程式調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)

薄膜式活塞式(PneumaticActuator)電動調(diào)節(jié)閥采用電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)：輸出直線位移l

直行程式調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)

輸出角位移θ

角行程式調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)

直行程式角行程式(ElectricalActuator)ZKZ直行程電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)

ZKZ型電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)可與Ⅲ型儀表配套使用，也可與組裝儀表，TA儀表配用，它以電源為動力，接受統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號d.c.4～20mA，將此轉(zhuǎn)變成與輸入信號相對應(yīng)的出軸直線位移，ZKJ角行程電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)

氣動薄膜單座調(diào)節(jié)閥進(jìn)料口出料口H玻璃管液位計人工控制進(jìn)料口執(zhí)行器變送器調(diào)節(jié)器常規(guī)儀表控制人工控制與常規(guī)儀表控制單回路控制系統(tǒng)方塊圖四個基本環(huán)節(jié)：被控對象、檢測儀表、控制器、執(zhí)行器（顯示儀表根據(jù)需要可選）通常安裝于控制室通常安裝于現(xiàn)場控制器(調(diào)節(jié)器)被控對象測量變送裝置（檢測儀表）+－SP執(zhí)行器顯示儀表閥門：調(diào)節(jié)閥、電磁閥、氣動蝶閥……泵：開關(guān)泵、變頻泵溫度（壓力、液位、流量）變送器、在線成分分析儀(通常輸出：4~20mA、1～5V等標(biāo)準(zhǔn)信號）液位開關(guān)、料位開關(guān)、接近開關(guān)(通常輸出on/off信號)傳感器（Pt100、熱電偶……）……現(xiàn)場儀表：主要指安裝在工業(yè)現(xiàn)場的各種變送器、執(zhí)行器及其他測量儀表。變送器選型：量程、安裝方式、材質(zhì)（耐壓、防腐）、防爆……執(zhí)行器選型：口徑、流量特性、安裝方式、材質(zhì)（耐壓）……使用：零點調(diào)整、量程調(diào)整、零點遷移以及其它日常維護(hù)和維修等控制室儀表：主要指安裝在控制室內(nèi)的各種控制器（調(diào)節(jié)器）、顯示儀表等。進(jìn)料口執(zhí)行器變送器調(diào)節(jié)器進(jìn)料口執(zhí)行器變送器控制站控制站：數(shù)字調(diào)節(jié)器、IPC、PLC……（可以廣義地理解為帶有CPU的各種控制設(shè)備）3數(shù)字儀表及計算機(jī)控制進(jìn)料口執(zhí)行器變送器控制站AI、DIAO、DO控制站…………A/D（AI）：模/數(shù)轉(zhuǎn)換（模擬量輸入）DI：開關(guān)量輸入（數(shù)字量輸入）D/A（AO）：數(shù)/模轉(zhuǎn)換（模擬量輸出）DO