仪表自动化基础知识.ppt
二、仪表自动化基础知识,第一节 概 述 一、测量过程（一）测量的概念 所谓测量，是指用实验的方法，将被测量（未知量）与已知的标准量进行比较，以得到被测量大小的过程；是对被测量定量认识的过程。,（二）测量的方法 测量方法从不同的角度出发，有不同的分类方法。1、按测量方式分类 直接测量。将被测量与标准量（测量单位）直接进行比较或用预先按标准量定度好的仪器直接得出测量值的方法。例如用尺子量长度，用温度计测体温等。间接测量。通过测量与被测量有函数关系的其他量,才能得到被测量值的测量方法。如求矩形面积S=长X宽。,测量的方法,测量是用实验的方法,求出某个量的大小。,举例,测一段导线的长度,直接测量,测量实质：是将被测参数与其相应的测量单位进行比较的过程。,Q为气体燃料全部燃烧释放的热量；q为燃料热值；v气体燃料的体积。,测量的方法,2、按接触方式分类 接触式测量。在测量过程中测量的敏感元件直接与被测介质接触，得到被测量的结果的方法。非接触式测量。在测量过程中测量仪表的任何部分都不与被测介质接触就能得到测量结果的方法。,测量的方法,二、测量误差(一)误差的概念 所谓误差就是某一被测量的测量值与真实值之差。测量的目的是希望得到能正确反映被测参数的真实值。但无论怎样努力（包括测量原理、方法、精度等方面），因在测量过程中始终存在着各种各样的影响因素，使得测量结果不可能绝对准确，而只能尽量接近真实值。,测量误差,（二）误差的分类 1、系统误差 在同一条件下，多次测量同一被测参数时，测量结果的误差大小与符号均保持不变或在条件变化时按某一确定规律变化的误差。2、随机误差 在相同条件下，对某一参数进行重复测量时，测量结果的误差大小与符号均不固定，且无一定规律的误差。3、疏忽误差 测量结果显著偏离被测量的真实值所对应的误差。产生的原因是由于工作人员在读取或记录测量数据时的疏忽大意造成的。,测量误差,绝对误差,xI：仪表指示值,xt：被测量的真值,相对误差,测量过程与测量误差,测量误差,三、测量仪表 测量仪表是进行测量的基本工具之一。由于石油化工参数种类繁多，生产条件各有不同，应用的各种测量仪表工作原理结构也各有不同。但是，从化工测量仪表的的组成来看，基本上是有检测环节、传送放大环节和显示环节三部分组成。各部分之间的关系如下图：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）,说明：仪表的测量误差可以用绝对误差来表示。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max。,测量仪表的品质指标,相对百分误差,允许误差,测量仪表的品质指标,测量仪表的品质指标,解 该仪表的相对百分误差为,如果将该仪表的去掉“”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。,测量仪表的品质指标,仪表的准确度等级是衡量仪表质量优劣的重要指标之一。,准确度等级数值越小，就表征该仪表的准确度等级越高，仪表的准确度越高。工业现场用的测量仪表，其准确度大多在0.5级以下。,仪表的精度等级一般可用不同的符号形式标志在仪表面板上。,测量仪表的品质指标,注意,在工业上应用时,对检测仪表准确度的要求,应根据生产操作的实际情况和该参数对整个工艺过程的影响程度所提供的误差允许范围来确定,这样才能保证生产的经济性和合理性。,测量仪表的品质指标,2.检测仪表的恒定度,变差是指在外界条件不变的情况下，用同一仪表对被测量在仪表全部测量范围内进行正反行程（即被测参数逐渐由小到大和逐渐由大到小）测量时，被测量值正行和反行所得到的两条特性曲线之间的差值。,仪表的变差不能超出仪表的允许误差，否则应及时检修。,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。,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。,式中，f为线性度（又称非线性误差）；fmax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）。,图1-2 线性度示意图,测量仪表的品质指标,电动仪表,气动仪表,液动仪表,以压缩空气为动力源；信号标准：0.02-0.1MPa；本安防爆；气动调节阀,以油压为动力，主要用于需要大功率输出的场合，液动仪表现在已很少用。,（一）按仪表使用的能源分类,以电为能源；信号标准：、型：0-10mADC；：4-20mADC;结构较复杂；适宜于远距离传送和集中控制，便于与计算机连用。,第二节 自动化仪表与系统,一、仪表分类,未采取任何防爆措施的仪表，只能应用在非危险场所。,（二）电动仪表按仪表的防爆能力分类,普通型仪表,隔爆型仪表,安全火花型仪表,采取隔离措施以防止引燃引爆事故的仪表。,采用本质安全型防爆措施的仪表；是电动仪表中防爆能力最好的一类。,一、仪表分类,一、仪表分类,（三）按信息的获得、传递、反映和处理的过程分类,获取信息，并进行适当的转换；测量工艺参数,将由检测仪表获得的信息进行显示,对信号进行各种运算，并把控制信号传给执行器。,接受信号对生产过程进行操作或控制,一、仪表分类,一、仪表分类,一、仪表分类,温度测量仪表,DCS系统控制的部分现场设备,一、仪表分类,智能一体化孔板流量计,DCS系统控制的部分现场设备,一、仪表分类,自动控制（调节）阀门（执行机构）,DCS系统控制的部分现场设备,一、仪表分类,自动控制系统有多种分类方法：一、按被控变量分类 二、按控制规律分类 三、按给定值变化规律分类,其中第三种分类方法最普遍,二、自动控制系统分类,二、自动控制系统分类,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,（一）按被控变量分类,二、自动控制系统分类,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。,二、自动控制系统分类,流量控制系统,它由管路、孔板和差压变送器、流量调节器和流量调节阀。控制目标是保持流量恒定。当管道其他部分阻力发生变化或有其他扰动时，流量将偏离设定值。利用孔板作为检测元件，把孔板上、下游的差压引至差压变送器，将流量差压值转换成电流信号；该信号送至调节器与给定值进行比较，流量控制器根据偏差信号进行运算后将控制信号送至调节阀，改变阀门开度，就改变了流量，使流量维持在设定值上。,二、自动控制系统分类,液位控制系统,图中，检测变送器检测到水位高低，当水位高度与正常给定水位之间出现偏差时，调节器就会立刻根据偏差的大小去控制出水阀，使水位回到给定值上。从而实现水位的自动控制。,二、自动控制系统分类,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,（一）按控制规律分类,定值控制系统 给定值x恒定不变的系统称为定值控制系统。随动控制系统（自动跟踪控制）给定值x随机变化的系统称为随动控制系统，又称自动跟踪控制。程序控制系统（顺序控制系统）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。,二、自动控制系统分类,（三）按给定值变化规律分类,
