第一章自動控制系統基本概念
第一節自動控制系統的組成
自動化裝置的三個部分為：
（1）、測量元件與變送器其功能為被控引數的狀況轉化為一種特定的、統一的輸出訊號
（2）、自動控制器其功能為接收變送器送來的訊號，與設定值比較得出偏差，按某種運算規律算出結果，將此結果用特定訊號傳送出去；
（3）執行器通常指控制閥，根據控制器送來的訊號值來改變閥門的開度，達到調節的作用。
第二節自動控制系統方塊圖
方塊圖中的每乙個地方都代表乙個具體的裝置。方塊與方塊之間的連線線，只是代表之間的訊號聯絡，並不代表物料聯絡。箭頭代表訊號作用的方向。
對於任何乙個簡單的自動控制系統，它的各個組成部分在訊號傳遞關係上都形成乙個閉合的環路，在自動控制系統中採用負反饋，所以自動控制系統是具有被控變數負反饋的閉環系統。
第三節自動控制系統的分類
自動控制系統最常用的分類方法為按照工藝過程需要控制的被控變數的給定值是否變化和如何變化來分類，分為定值控制系統、隨動控制系統和程式控制系統。
1． 定值控制系統
這類系統的特點是給定值為恆定值。如果要求控制系統的工藝引數保持在乙個生產指標上不變，即被控變數的給定值不變，其採用的就是定值控制系統。
2． 隨動控制系統
這類系統的特點是給定值不斷變化，且這種變化不是事先預定好的，隨動控制系統的目的就是使所控制系統的工藝引數準確而快速地跟隨給定值的變化而變化。
例如在某些生產過程中，要求甲流體的流量與乙流體的流量保持一定的比例，則當乙流體的流量變化時，甲流體的流量也能快速地隨之變化，故該控制系統就屬於隨動控制系統。
3． 程式控制系統
這類系統的給定值也是變化的，但該變化按一定的時間程式變化。
第四節自動控制系統的過渡過程和品質指標
一、 控制系統的過渡過程
系統由乙個平衡狀態過渡到另乙個平衡狀態的過程，稱為系統的過渡過程。
系統在過渡過程中，被控變數是隨時間變化的，其變化規律首先取決於系統的干擾形式，在分析和設計控制系統，常選擇階躍干擾，其表現形式如圖：
如果這種型別的干擾能被克服，則其他較為緩和的干擾也一定能克服。
一般說來，自動控制在階躍干擾下的過渡過程有一下幾種基本形式：
1. 非週期衰減過程
被控變數在給定值的某一側緩慢變化，最後穩定在某一數值上，如圖a所示。
2. 衰減振盪過程
被控變數上下波動，但幅度逐漸減少，最後穩定在某一數值上，如圖b所示。
3. 等幅振盪過程
被控變數在給定值附近來回波動，且波動幅度保持不變，如圖c所示。
4. 發散振盪過程
被控變數來回波動，且波動幅度逐漸變大，即偏離給定越來躍遠，如圖d所示。
在以上四種過程中，d過程為發散的，稱為不穩定的過渡過程，被控變數在控制過程中逐漸遠離給定值，導致被控變數超出工藝允許範圍，是生產所不允許的，應避免；過程a和b都是衰減的，稱為穩定過程。但對於a過程來說，由於過渡過程變化較慢，不能很快達到平衡狀態，所以一般不採用，而b過程能夠較快地使系統達到穩定狀態，所以在控制過程中一般都希望達到b過程。c過程一般也被認為是不穩定過程，只有在對控制質量要求不高的場合，該控制過程可以被採用。
二、 控制系統的品質指標
1、 最大偏差或超調量
最大偏差是指在過渡過程中，被控變數偏離給定值的最大數值。即如圖a表示。最大偏差表示系統瞬間偏離給定值的最大程度。
若偏離越大，偏離時間越長，即表明系統離開規定的工藝引數指標越遠，這對正常生產是不利的。在決定最大偏差的允許值時，要根據工藝情況慎重選擇。
有時也可用超調量來表徵被控變數偏離給定值的程度，即圖b表示。超調量是第乙個峰值a與新穩定值c之差，即b=a-c。如果新穩定值等於給定值，那麼a=b。
2、 衰減比
衰減比是表示衰減程度的指標。它是前後相鄰兩個峰值的比。在圖中衰減比為b:b』，習慣上用n：1表示，對於正常的操作過程，n取值在4～10。
3、 餘差
當過渡過程終了時，被控變數達到的新的穩態值與給定值之間的偏差叫做餘差。在圖中用c表示對余差大小的要求，應結合具體系統作具體分析，不能一概而論。有餘差的控制過程稱為有差調節，相應的系統為有差系統。
反之為無差調節和無差系統。
4、 過渡時間
從干擾作用發生的時刻起，直到系統重新建立新的平衡時止，過渡過程所經歷的時間在過渡時間。一般規定過渡時間就是從干擾作用開始到被控變數進入新的穩態值±5％的範圍內且不在越出為止所經歷的時間。過渡時間越短，表明過渡過程進行得比較迅速，系統控制質量越高。
5、 振盪週期或頻率
過渡過程相鄰波峰（波谷）之間的間隔時間叫振盪週期或工作週期，其倒數稱為振盪頻率。在衰減比相同的情況下，週期與過渡時間成正比，一般振盪週期越短越好。
三、 影響控制系統過渡過程品質的主要因素
乙個自動控制系統可以大致分成兩部分：工藝過程部分和自動化裝置部分。工藝過程部分指的是與被控變數有關的工藝引數和裝置結構、材質等因素，即被控物件。
自動化裝置部分指的是為實現自動控制所必須的自動化儀表裝置，通常包括測量與變送裝置、控制器和執行器等三部分。對於乙個自動控制系統，過渡過程的好壞，很大程度取決於物件的性質。自動化裝置應按物件性質加以選擇和調整，很好的配合。
自動化裝置的選擇和調整不當，也會直接影響到控制質量。
第二章檢測儀表與感測器
第一節概述
一、 測量過程與測量誤差
測量過程的實質就是將被測引數與其相應的測量單位進行比較的過程，而測量儀表就是實現這種比較的工具，各種測量儀表不論採用那一種遠離，它們都是要將被測引數經過一次或多次的訊號能量的轉換，最後獲得一種便於測量的訊號能量形式，並由指標位移或數字形式顯示出來。
在測量過程中，由於測量工具或測量者的因素，使得測量結果不夠準確，由儀表讀的被測值與真值之間存在一定的差距，這一差距就是測量誤差。測量誤差分為絕對誤差和相對誤差。
絕對誤差△指儀表指示值xi和被測量的真值xt之間的差值，即
△ ＝xi－xt
所謂真值是指被測物理量的真實數值，一般無法得到，實際中絕對誤差一般是用被校表（精確度較低）和標準表（精確度較高）同時對同一被測量進行測量所得到的兩個讀數之差，即
△ ＝x－x0
測量誤差還可用相對誤差y來表示，其等於某一點的絕對誤差△與標準表在這一點的指示值x0，即
二、 儀表的效能指標
1、 精確度
由於儀表的的測量誤差不僅與測量點有關，而且與儀表的量程有關，因此工業上常將絕對誤差折合成儀表測量範圍的百分數表示，稱為相對百分誤差δ，即
——儀表絕對誤差的最大值
根據儀表的使用要求，規定乙個在正常情況下的允許的最大誤差，這個允許的最大誤差叫允許誤差，即一台儀表的允許誤差是指在規定的正常情況下允許的相對百分誤差的最大值，即
儀表的越大，表示它的精度越低，反之則儀表的精度越高。將儀表的允許相對百分誤差去掉「±」號及「％」號，便可以用來確定儀表的精度等級。
2、 變差
變差是指在外界條件不變的情況下，用同一儀表對被測量的儀表全部測量範圍內進行正反行程測量時，被測量值正行程和反行程所得到曲線之間的最大偏差，如圖所示：
造成變差的原因很多，如傳動機構存在的間隙等。變差用在同一被測引數值下，正反行程間儀表指示值的最大絕對差值與儀表量程之比的百分數表示，即
3、 靈敏度與靈敏限
儀表指標的線位移或角位移，與引起這個位移的被測引數變化量△x之比值稱為儀表的靈敏度s，即
儀表的靈敏限是指能引起儀表指標發生動作的被測引數的最小變化量，通常儀表靈敏限的數值應不大於儀表允許絕對誤差的一半。
4、 分辨力
對於數字儀表，分辨力是指數字顯示器的最末位數字間隔所代表的被測引數變化量，不同量程的分辨力是不同的，相應於最低量程的分辨力稱為該錶的最高分辨力，也叫靈敏度。
5、 線形度
線形度是表徵線形刻度儀表的輸出量與輸入量的實際校準曲線與理論直線的吻合程度。如圖，線形度通常用實際測得的輸入－輸出特性曲線與理論直線之間的最大偏差與測量儀表的量程之比的百分數表示，即
6、 反應時間
反應時間就是用來衡量儀表能否盡快反應出引數變化的品質指標。反應時間長，說明儀表需要較長時間才能給出準確的指示值，所以，儀表反應時間的長短，表明了儀表動態特性的好壞。
三、 工業儀表的分類
1、 按使用的能源分為電動儀表、氣動儀表；
2、 按資訊分獲得、傳遞、反映和處理的作用不同，分為檢測儀表、顯示儀表、集中控制儀表、控制儀表、執行器；
3、 按儀表的組成分為基地式儀表、單元組合儀表。
第二節壓力檢測儀表
一、 壓力的單位
壓力是指均勻垂直作用在單位面積上的力，即
國際單位制中壓力單位為帕斯卡，符號為pa，1pa＝1n/m2,實際計量中常用兆帕（mpa），其換算關係為
1 mpa＝1×106 pa
生產中常用的一些單位間的換算：
1 mpa＝10公斤壓力＝10巴＝10個物理大氣壓＝100公尺水柱＝1×106 pa
表壓、絕對壓力、負壓或真空度之間的關係
如圖可知：
二、 測壓儀表的型別
測量壓力或真空度的儀表很多，按照其轉換原理的不同，大致分為：
1、液柱式壓力計：根據流體靜力學原理，將被測壓力轉換成液柱高度進行測量，形式有u型管、單管和斜管壓力計。
2、彈性式壓力計：將被測壓力轉換成彈性元件的位移進行測量，如彈簧管、波紋管及膜式壓力計等。
3、電氣式壓力計：通過機械和電氣元件將被測壓力轉換成電量（電壓、電流）等的變化來進行測量的儀表，如各種壓力感測器和壓力變速器。
4、活塞式壓力計
它是根據水壓機液體傳送壓力的原理，將被測壓力轉換成活塞上所加平衡砝碼的質量來進行測量的，其測量精度高，但結構複雜，一般用作標準型壓力測量儀器。
三、壓力計的選用及安裝
1.壓力計的選用
型別選用：需滿足工藝生產的要求，如是否需要遠傳、自動記錄或報警；被測介質的物理化學效能（諸如腐蝕性、溫度、粘度、髒汙、易燃易爆）是否對測量儀表提出特殊要求；現場環境條件等。普通壓力表彈簧管多為銅合金，高壓的也有採用碳鋼的，但氨用壓力計一般為為碳鋼材質（氨氣對銅腐蝕性極強），氧氣壓力計禁油，防止**，需用四氯化碳多次洗滌。
儀表測量範圍選用：依據化工自控技術規定：被測壓力的最小值不能低於儀表量程的1/3，測量穩定壓力時，最大工作壓力不應超過測量上限值的2/3，測量脈動壓力時，不能超過上限值的1/2，測量高壓壓力時，所測壓力不應超過測量上限值的3/5。
儀表精度級的選擇應合適。
2.壓力計的安裝
儀表專業基礎知識培訓課件
對於任何乙個工藝流程都離不開儀表自控系統的檢測及控制。因為工藝車間的每一道工序 每乙個引數都是閥門及儀表的控制下工作的，只有在適當的工藝流程中安裝儀表，才能窺視整道工序的執行是否正常，故儀表在工藝車間具有 人眼 的功能。工藝引數一般有溫度 壓力 流量 液位四大類引數。下面就結合三萬噸專案儀表選用情況...
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