轮机自动化.ppt
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1、2023/4/20,轮机自动化(1),轮机自动化(1),轮机自动化(1),轮机自动化基础,自动化控制系统的性能要求,轮机自动化(1),轮机自动化基础,控制对象的特性调节器的控制规律,轮机自动化(1),自动化仪表(14学时)自动控制系统(16学时)集中监视与报警系统(12学时)主机遥控(20学时)实验(10学时),本课程的主要内容,轮机自动化(1),主要的参考文献,徐善林、崔庆渝编,轮机自动化,人民交通出版社郑凤阁编,轮机自动化,大连海事大学出版社上海交通大学,,轮机自动化(1),第二章 自动化仪表,第一节 基础知识第二节 气动变送器第三节 气动显示仪表第四节 气动调节器第五节 气动执行器,轮机
2、自动化(1),第一节 基础知识,一、自动化仪表的分类,三、气动仪表的基本元部件,四、气动仪表的组成原理,二、自动化仪表的主要品质指标,轮机自动化(1),一、自动化仪表的分类,按能源分:电动、气动、液动按功能分:检测、显示、调节、执行按结构形式分:基地式 单元组合式:标准信号 气动:0.02MPa0.1MPa 电动:4mA20mA DC,轮机自动化(1),二、自动化仪表的主要品质指标,1、仪表的误差,2、仪表的灵敏度,3、仪表的稳定性,轮机自动化(1),1.1 绝对误差 检测仪表的指示值X与被测量真值X t之间存在的差值称为绝对误差。表示为:=|XX t|由于真值是无法得到的理论值。实际计算时,
3、可用精确度较高的标准表所测得的标准值X0代替真值X t,表示为:=|XX 0|仪表在其标尺范围内各点读数的绝对误差中最大的绝对误差称为最大绝对误差max。,轮机自动化(1),1.2 相对误差 相对误差是指仪表的绝对误差和检测仪表的指示值之比的百分数。表示为:相对误差=(/指示值)*100%相对误差的大小可以反映仪表的测量准确度,轮机自动化(1),1.3 基本误差和附加误差 基本误差是一种简化的相对误差,又称引用误差或相对百分误差。定义为:,而:仪表量程=测量上限测量下限仪表的基本误差表明了仪表在规定的工作条件下测量时,允许出现的最大误差。由外界条件变化引起的误差成为附加误差,轮机自动化(1),
4、1.4 精确度(精度)为了便于量值传递,国家规定了仪表的精确度(精度)等级系列。如0.5级,1.0级,1.5级等。仪表精度的确定方法:将仪表的基本误差去掉“”号及“”号,套入规定的仪表精度等级系列。,例如某台仪表的基本误差为1.0,则确认该表的精确度等级符合1.0级;如果某台仪表的基本误差为1.3,则该表的精确度等级符合1.5级。,轮机自动化(1),例1 某台测温仪表的测温范围为 100700,校验该表时测得全量程内最大绝对误差为5,试确定该仪表的精度等级。解:该仪表的基本误差为:,将该表的去掉“十”号与“”号,其数值为0.625。由于国家规定的精度等级中没有0.625级仪表,而该仪表的误差超
5、过了0.5级仪表所允许的最大绝对误差。故:这台测温仪表的精度等级为1.0级。,轮机自动化(1),例2 某台测压仪表的测压范围为 08MPa。根据工艺要求,测压示值的误差不允许超过0.05 MPa,问应如何选择仪表的精度等级才能满足以上要求?解:根据工艺要求,仪表的允许基本误差为:,去掉“”和“”号后,0.625介于0.51.0之间。若选精度为1.0级的仪表,其允许的最大绝对误差为0.08 MPa。超过了工艺允许的数值。故:应选择0.5级的表。,轮机自动化(1),目前,我国生产的仪表常用的精确度等级有0.005,0.02,0.05,0.1,0.2,0.4,0.5,1.0,1.5,2.5等。精度等
6、级数值越小,就表征该仪表的精确度等级越高,也说明该仪表的精确度越高。0.05级以上的仪表,常用来作为标准表;工业现场用的测量仪表,其精度大多为0.5级以下。仪表的精度等级一般用符号标志在仪表面板上。如,轮机自动化(1),1.5 回差,在外界条件不变的情况下,同一仪表对被测量进行往返测量时(正行程和反行程),产生的最大差值与测量范围之比称为变差。,造成变差的原因:传动机构间存在的间隙和摩擦力;弹性元件的弹性滞后等。,轮机自动化(1),2、灵敏度和分辨率 灵敏度表示指针式测量仪表对被测参数变化的敏感程度,常以仪表输出(如指示装置的直线位移或角位移)与引起此位移的被测参数变化量之比表示:,灵敏限表示
7、指针式仪表在量程起点处,能引起仪表指针动作的最小被测参数变化值。,S 仪表灵敏度;Y 仪表指针位移的距离(或转角);X 引起Y的被测参数变化量。,轮机自动化(1),分辨率表示仪表显示值的精细程度。万分之一。数字仪表的显示位数越多,分辨率越高。分辨力是指仪表能够显示的、最小被测值。如一台温度指示仪,最末一位数字表示的温度值为0.1,即该表的分辨力为0.1。,对于数字式仪表,则用分辨率和分辨力表示灵敏度和灵敏限。,轮机自动化(1),3 仪表的稳定性,在相同的外界条件下,仪表对同一个测量点多次测量结果的稳定程度。仪表精度固然是一个重要指标,但在实际使用中,往往更强调仪表的稳定性和可靠性,轮机自动化(
8、1),4、响应时间当用仪表对被测量进行测量时,被测量突然变化以后,仪表指示值总是要经过一段时间后才能准确地显示出来。这段时间称为响应时间。,响应时间的计算:从输入一个阶跃信号开始,到仪表的输出信号(即指示值)变化到新稳态值的95所用的时间。,以上是检测仪表常用的性能指标。,轮机自动化(1),三、气动仪表的基本元部件,1、弹性元件,2、节流元件,3、气容,4、阻容组件,5、喷嘴挡板机构,6、气动功率放大器,压力基础知识简介,轮机自动化(1),压力检测及仪表 压力是工业生产中的重要工艺参数之一。如在化工、炼油等生产工艺中,经常会遇到压力,包括高压、超高压和真空度(负压)的测量。,压力检测的方法 工
9、程上习惯把垂直作用于作用单位面积上的力称为“压力”。即 P=F/S,轮机自动化(1),压力的单位是“帕斯卡”1Pa=1N/m2 1MPa=106Pa1工程大气压=1kg/cm2=9.80665104Pa 0.1MPa,工程中压力的表示方式有:表压、负压(真空度)、差压、绝对压力。,工业中所用仪表的压力指示值,大多数为表压和差压。,轮机自动化(1),p差压=p被测压力1-p被测压力2,表压、绝对压力、负压(真空度)、差压之间的关系:,p表压=p绝对压力-p大气压力,p真空度=p大气压力-p绝对压力,压力测量仪表品种很多,按照其转换原理的不同,大致可分为四大类。,轮机自动化(1),常用的弹性元件有
10、5种:,(1)单圈弹簧管 将截面为椭圆形的金属空心管弯成270圆弧形,顶端封口,当通入压力 p 后,它的自由端就会产生位移。,测压范围较宽,可高达1000MPa。,轮机自动化(1),(2)多圈弹簧管 为了在测低压时增加位移,可以将弹簧管制成多圈状。,(3)膜片 用金属或非金属材料做成的具有弹性的圆片(有平膜片和波纹膜片)。在压力作用下,其中心产生变形位移。可测低压。,(4)膜盒 将两张金属膜片沿周口对焊,内充硅油。使膜片增加强度。,轮机自动化(1),(5)波纹管位移最大,可测微压(1MPa)。,轮机自动化(1),弹性元件,刚度灵敏度弹性敏感元件的有效面积弹性敏感元件的信号传递作用,图2-2,轮
11、机自动化(1),节流元件,恒节流孔变节流孔气阻,线性气阻非线性气阻,恒气阻可调气阻变气阻,轮机自动化(1),气容,气室储存空气量能力的大小,两边积分,两边拉式变换,轮机自动化(1),阻容组件,节流通室,气阻和气容组合件,轮机自动化(1),节流通室,比例,轮机自动化(1),节流盲室,T=RC,一阶惯性,轮机自动化(1),轮机自动化(1),比例惯性环节,弹性气容,二通道作用于盲室,轮机自动化(1),喷嘴挡板机构?,结构?,输入?输出?D=(4-6)d?工作原理?,轮机自动化(1),静特性:稳定工况下,背压室压力pD与挡板开度h之 间对应的关系,全关 h=0全开 全关全开(h=(1/4)D),比例,
12、轮机自动化(1),改进:负压喷嘴挡板,结构特点?静特性?,轮机自动化(1),气动功率放大器,A,D,C,B,输入,气源,气动功率放大器,有什么结构组成,工作原理?,轮机自动化(1),放大倍数K2受什么因素影响?,如何调整起步压力?,起步压力27-33kPa,阶段1:膜片有位移,阀杆无位移阶段2:都无位移阶段3:膜片和阀杆同时位移,s0,轮机自动化(1),四、气动仪表的组成原理,1、放大环节,2、反馈环节,3、比较环节,图3-14 气动仪表的构成原理,轮机自动化(1),喷嘴挡板机构功率放大器,放大环节,轮机自动化(1),起步压力调整,轮机自动化(1),例:由喷嘴挡板机构和气动功率放大器组成的二级
13、功率放大器,已知气动功率放大器的放大倍数为16,求喷嘴挡板机构的压力输出范围,解:因为气动功率放大器的输出气压为(0.020.1MPa)所以喷嘴挡板机构的气压输出范围为,轮机自动化(1),反馈环节:信号的运算,轮机自动化(1),负反馈:当放大倍数足够大时,消除主回路的非线性影响因素,补偿干扰引起的误差,提高仪表的精度;采用不同的反馈回路,可以很方便的实现不同的调节规律。节流通室:比例调节节流盲室:积分调节比例惯性环节:微分调节,轮机自动化(1),比较环节:信号的综合和比较,位移平衡式:将信号转换成位移,按位移平衡原理在一根不定支点转动的杠杆上进行比较,其位移差就是挡板的位移变化量。力平衡式:将
14、信号转换成力的形式出现在比较环节上,按力平衡原理进行比较,所得的不平衡力经弹性元件转换成挡板位移,作为气动放大器的输入信号。力矩平衡式:将信号转换成力矩的形式,按力矩平衡原理在一根定支点转动的杠杆上进行比较,将不平衡力矩转换成挡板位移。,轮机自动化(1),轮机自动化(1),第二节 气动变送器,一、气动差压变送器的结构和工作原理,三、调零和调量程,四、迁移原理,二、差压变送器的特性分析,五、差压变送器使用时的保护,六、常见的故障分析及排除,轮机自动化(1),变送器,定义:连续测量被测参数并将其转变为统一信号的仪表,分类:能源,被测参数,采用电子元件,结构:测量+气动转化两部分,测量部分因被测参数
15、、敏感元件不同而有所不同,但气动转化部分相同,气动差压变送器,轮机自动化(1),一、气动差压变送器的结构和工作原理,结构(1)测量部分 把被测的差压信号转换成挡板的微小位移,轮机自动化(1),一、气动差压变送器的结构和工作原理,(2)气动转换部分 把测量部分输出的挡板微小位移转换成0.02MPa0.1MPa的气压信号作为差压变送器的输出,图3-20,(3)力矩平衡原理,工作原理,轮机自动化(1),二、差压变送器的特性分析,F反、E和l3都是固定不变的可调S0,使,轮机自动化(1),反馈波纹管l2 K 量程;,反馈波纹管l2 K 量程。,F测 K 量程;,F测 K 量程。,轮机自动化(1),每次
16、投入工作前,都需要调零和调量程调零:调量程:,三、调零和调量程,=,反馈波纹管l2 K 量程;,反馈波纹管l2 K 量程。,轮机自动化(1),例:假定P的最大变化范围是01000mmH20的调零和调量程1.让正负压室均通大气,使P=0,观察变送器输出压力是否为0.02MPa,若不是,拧动迁移(调零)弹簧,使P出=0.02MPa。逐渐增大正压室压力,使P出=0.1MPa,观察正压室压力是否为1000mmH20,若小于它,说明量程小了,则松开量程支点的锁紧螺母,上移支点,反之亦然。3.重新调零、调量程,直到零点和量程准确为止。,轮机自动化(1),所谓迁移,是指根据实际需要将变送器量程的起点从零迁到
17、某一数值。迁移后,量程的起点和终点都改变,但量程保持不变。以测量锅炉水位为例说明其迁移原理。,四、迁移原理,轮机自动化(1),轮机自动化(1),轮机自动化(1),例:假定蒸汽锅炉的压力范围为0.6-1 MPa,不用零点迁移00.02;1-0.1,用零点量程迁移 0.6-0.02;1-0.1,轮机自动化(1),温度变送器的零点迁移和量程调整,量程迁移的优点:1.适应不同测量范围的要求2.提高精度和灵敏度(1-0.6)1%=0.004(1-0)1%=0.01,轮机自动化(1),五、差压变送器使用时的保护,变送器阀组,注意事项1、首先接通气源2、零点、量程、迁移量调节3、变送器阀组投运注意事项,轮机
18、自动化(1),气源日常维护喷嘴挡板功率放大器,轮机自动化(1),六、常见的故障分析及排除,变送器没有输入,但输出压力达最大值的故障变送器有输入,但无输出或输出达不到0.1MPa变送器无输入,但输出不为0.02 MPa零点漂移差压变送器有输出信号,但很迟钝或达不到满值的故障输出压力波动,轮机自动化(1),1、没有测量信号但输出压力达最大值的故障原因处理方法 1、减压阀输出压力过大修理或更换减压阀 2、喷嘴沾污处理干净 3、气源与输出管线相通遥控板切换前阀漏,需更换 4、气源与输出管线接错重接 5、膜盒上弹簧片变形拆下来矫正或更换,轮机自动化(1),2、分析处理气动差压变送器没有差压时,输出降不到
19、零点(20KPa)的故障原因处理方法 1、喷嘴堵疏通 2、排气嘴堵疏通 3、由于零点弹簧失去垂直位置或由于弹簧承受扭力大重新调整4、膜盒变形更换膜盒,轮机自动化(1),3、分析处理气动差压变送器有输出信号,但很迟钝或达不到满值的故障原因处理方法1、输出管道泄漏老化的胶质管线要更换2、负载容量太大推动大容量负载时,要加中间继动器3、减压阀流量不足清洗或更换减压阀4、膜盒上弹簧片损坏矫正弹簧片或更换5、膜盒漏油更换膜盒,轮机自动化(1),4、分析气动差压变送器产生零点漂移的原因并处理原因处理方法1、喷嘴挡板沾污擦拭清洗2、顶针螺钉松动用小板手、小旋具锁紧3、输出管道、反馈回路漏气更换管道或波纹管4
20、、膜盒漏油更换膜盒,轮机自动化(1),5分析处理气动差压变送器输出特性不好变差大的故障原因处理方法1、喷嘴挡板沾污擦拭清洗2、放大器反馈或背压器漏气堵漏或更换零件3、膜盒或毛细管漏油更换膜盒,彻底堵塞毛细管的漏动4、膜盒上弹簧片变形拆下来校正,重新装配5、气源流量不足,压力不稳清洗减压阀6、放大器线性不好清洗放大器或更换零件,轮机自动化(1),6分析处理气动差压变送器输出压力不能稳定在一点上,一碰就降到零,再一碰就超过满度的故障原因处理方法1、反馈回路堵塞或严重漏气更换胶管或波纹管2、调量程支架与机架脱节重新装配,轮机自动化(1),轮机自动化(1),轮机自动化(1),轮机自动化(1),轮机自动
21、化(1),实验安排,轮机自动化(1),气动差压变送器的调校,下周二(3月15日早晨8:15开始)轮机0858:15开始做实验轮机0868:40轮机0879:05轮机0889:30了解实验原理,听从实验室老师的安排,爱护实验设备,尽量观察或者细微调整不要迟到,轮机自动化(1),第四节 气动显示仪表,QXZ型色带指示仪的优点:1.采用力矩平衡原理2.读数方便,显示形式鲜明,便于远观外形尺寸小,便于高密度安装,集中控制采用射流报警,结构简单,精度高,性能可靠,测量机构:力矩平衡原理指示部分报警机构:气体射流原理,轮机自动化(1),轮机自动化(1),色带指示仪的调整,1、零位调整,2、量程调整,3、报
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