控制仪表及装置实验指导书.docx

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控制仪表及装置实验指导书

控制仪表与装置实验指导书

（过控装备与控制工程教研室）

南昌大学环境与化学工程学院

二00七年三月

前言

本实验指导书系根据《控制仪表及装置》课程及实验室已有设备而设置的实验内容编写的。

通过实验操作，使学生增强感性认识，加深对书本理论知识的理解，提高动手能力，熟悉和掌握控制仪表及装置实验工作的一般方法，为将来的实验工作和科学研究打下基础。

实验要求

在实验过程中，务必做到以下几点：

1、实验前必须预习有关实验内容；

2、进入实验室后，应首先认真听取实验介绍，以提高操作效率；

3、熟悉并检查实验装置的组成部分及连线；

4、按实验要求连接实验装置后，需经老师检查方可进行操作；

实验过程中，应遵守实验室的规章制度，爱护设备。

在实验过程中未按操作步骤进行而造成仪器、设备、工具等损坏以及发生事故，待查明原因后，按学校有关规定予以赔偿；

5、实验后，各小组须整理清点实验工具，并交老师核查；

6、按实验具体要求，认真完成实验报告。

在做实验报告时应注意以下几点：

1、明确实验目的；

2、了解实验内容；

3、熟悉实验装置；

4、掌握实验方法；

5、制定实验步骤；

6、处理实验数据（数据准确、表格合理、图形清晰）；

7、得出实验结果；

8、提出分析建议（注意现象，分析误差等原因）。

目录

一、实验一智能型差压变送器的认识和校验………………5

二、实验二III型温度变送器的认识和校验………………8

三、实验三III型调节器的认识和校验……………………11

四、实验四III型开方器的认识和校验……………………16

五、实验五安全栅的认识和校验……………………………19

实验一智能型差压变送器的认识和校验

一、实验目的

1、熟悉智能型差压变送器的整体结构及各部分的作用，进一步理解差压变送器的工

作原理及整机特性；

2、掌握智能型差压变送器的调校方法、零点迁移方法及精度测试方法；

3、了解智能差压变送器的使用方法。

二、实验装置

（一）实验所需仪器、设备

1、智能型差压变送器，1台，0.2级，1151DP

2、标准电阻箱，1台；

3、标准电流表，1只；

4、直流稳压电源，1只；

5、智能手操器，1只。

（二）实验装置连接图------用手操器进行校表

三、实验指导

（一）预备知识

1、`WT1151DP型差压变送器的主要技术指标（详见设备铭牌与说明书）

主要内容：

型号、基本误差、测量范围、输出电流、负载电阻、工作电源、线性误差、变差、阴尼时间常数等。

2、实验注意事项

（1）接线时，要注意电源极性。

在完成接线后，应检查接线是否正确，气路有无泄漏，并请指导老师确认无误后，方能通电。

（2）没通电，不加压；先卸压，再断电。

（3）一般仪表应通电预热15分钟后再进行校验。

3、实验须知

（1）对差压变送器进行调校前，应先把阻尼关闭。

（2）在对变送器进行零点、量程调校前，应将迁移取消，然后再进行零点、时程调整。

（3）对变送器进行迁移时注意迁移后的被测压力不得超过该仪表允许测量范围上限值的绝对值，也不能将量程压缩到该表所允许的最小量程。

（4）不要把电源信号线接到测试端子，否则会烧坏内部二极管。

（二）实验原理

电容式差压变送器是一种没有杠杆系统和整机负反馈环节的开环仪表，它采用差动电容作为检测元件，整体结构无机械传动、调整装置，各项调整都是由电气元件调整来实现的。

实质上仍然是一种将输入差压信号线性地转换成标准的4-20MA直流电流信号输出的转换器。

结构上主要有三个部件：

敏感部件（测量部件）、放大板和调校板。

变送器在投运前必须对各项性能及指标进行全部校验。

可以通过外给标准的差压值看其输出值的方法检查其精度或通过手操器改变量程来判定其精确度。

（三）实验内容与步聚

1、按图正确接线。

2、一般检查。

观察仪表的结构，熟悉零点、量程、阴尼调节、正负迁移等的调整位置。

3、通过手操器对零点和量程进行调整。

4、仪表精度的校验。

加标准值记录其输出值。

一般测量其范围的0%、25%、50%、75%、100%等5个点。

（四）仪表校验记录单

实验用主要仪器、设备技术参数一览表

项目

被校仪表

标准仪器

名称

型号

规格

精度

数量

制造厂

出厂日期

变送器实验数据记录表

输入

输入信号刻度分值

0%

25%

50%

75%

100%

输入信号

输出

输出信号标准值

实测值

正行程

反行程

误差

实测值

正行程

反行程

正、反行程电流差值

实测基本误差

实测变差

实测精度等级

（五）数据处理

1、数据处理时应注意的问题

（1）实验前拟好实验记录表格。

（2）实验时一定要等现象稳定后再读数、记录，否则因滞后现象会给实验结果带来较大的误差。

2、运用正确的公式进行误差运算。

3、整理实验数据并将结果填入表格。

4、分析变送器的静态特性，画出变送器输入-输出静态特性曲线（包括正、反行程），求出最大非线性误差。

四、思考与问答

1、1151差压变送器主要由哪些部件构成？

2、你所调校的差压变送器是智能式的吗?

请说出智能型差压变送器比普通型差压变送器具有哪些优点?

实验二Ⅲ型温度变送器的认识和校验

一、实验目的

1、熟悉Ⅲ型温度变送器的具体结构，III型温度变送器的使用方法，从而进一步理

解其工作原理。

2、学会热电偶温度变送器、热电阻温度变送器的零点调整、量程调整、零点迁移及精度校验方法。

3、掌握四线制温度变送器的应用特性。

二、实验装置

（一）实验所需仪器、设备

1、Ⅲ热电偶温度变送器，1台；

2、Ⅲ热电阻温度变送器，1台；

3、毫伏信号发生器，1台；

4、标准手动电位差计，1台；

5、精密电阻箱，2台；

6、标准电流表，1只；

7、标准数字电压表，1只；

8、直流稳压电源，1只。

（二）实验装置连接图（各端子作用详见产品说明书）

A

（输入）

B

C

+

+

-

（输出）

-

三、实验指导

（一）预备知识

1、`温度变送器的主要技术指标（详见设备铭牌与说明书）

主要内容：

型号、测量范围、分度号、零点迁移、输出信号、工作电源、基本误差、变差、负载电阻等。

2、实验注意事项

（1）接线时，要注意极性。

并且在通电15分钟后再开始实验。

（2）实验中以缓慢的速度输入信号，以保证不产生过冲现象。

（3）在调整电位器时不要用力过猛，防止拧坏。

（4）实验前，要准备好校验记录单，并查热电偶在各校验点的温度/毫伏对照表或热电阻温度/电阻对照表，将需要的数据查出并填入已准备好的数据记录表中。

（二）实验原理

Ⅲ型温度变送器有三个品种：

一种是将直流信号V线性地转换成4-20MA直流电流或1-5V直流电压输出的直流毫伏变送器，另外两种是分别与热电偶和热电阻相配合的，将温度信号线性地转换成统一的4-20MA直流电流信号和1-5V直流电压信号输出的热电偶温度变送器和热电阻温度变送器。

Ⅲ型温度变送器的校验原理是：

利用毫伏信号发生器模拟热电偶产生对应于不同温度值的毫伏信号作为变送器的输入信号；利用精密的电阻箱产生对应于不同温度值的电阻信号作为变送器的输入信号。

通过调整相应的电位器，从而实现变送器的零点、量程的调整和精度的校验。

注意在校验热电偶温度变送器时是否存在冷端温度的补偿问题。

（三）实验内容与步聚

1、根据实验原理与产品说明书正确接线。

2、一般检查。

观察仪表的结构，熟悉零点、量程等的调整位置。

3、零点和量程的调整（详见说明书）。

热电偶偶温度变送器：

根据测量范围，先调整手动电位差计的测量刻度盘为下限所对应的热电势（考虑冷端温度的影响），再调整毫伏信号发生器，使手动电位计差达平衡，即给温度变送器加入温度下限值所对应的电势，观察输出电流表（或电压表），调整零点电位器，使变送器输出为4MA（或1V）。

再用上述方法调手动电位差计和信号发生器，给温度变送器加入上限温度值对应的热电势，调整量程电位器，使变送器的输出信号为20MA（或5V）。

同理，应反复多次调整，直到零点和量程都满足要求为止。

热电阻温度变送器：

根据测量范围，调整代替热电阻的精密电阻箱，加入温度下限值对应的电阻值，观察输出电流表（或电压表）的读数，调整零点电位器，使变送器输出信号为4MA（或1V）。

再调节精密电阻箱，加入上限温度值对应的电阻值，调整量程电位器，使变送器的输出信号为20MA（或5V）。

同理，应反复多次调整，直到零点和量程都满足要求为止。

4、仪表精度的校验。

将温度测量范围平均分成五点（量程的0%、25%、50%、75%、100%等5个点）进行精度测试，在这五个点上其相应的输出信号应分别是4、8、12、16、20MA。

（四）仪表校验记录单

实验用主要仪器、设备技术参数一览表

项目

被校仪表

标准仪器

名称

型号

规格

精度

数量

制造厂

出厂日期

热电偶温度变送器实验数据记录表

输入

温度分值

0%

25%

50%

75%

100%

毫伏信号

输出

输出信号标准值

实测值

正行程

反行程

误差

实测值

正行程

反行程

正、反行程电流差值

实测基本误差

实测变差

实测精度等级

热电阻温度变送器实验数据记录表

输入

温度分值

0%

25%

50%

75%

100%

电阻信号

输出

输出信号标准值

实测值

正行程

反行程

误差

实测值

正行程

反行程

正、反行程电流差值

实测基本误差

实测变差

实测精度等级

（五）数据处理

1、数据处理时应注意的问题

（1）实验前拟好实验记录表格。

（2）实验时一定要等现象稳定后再读数、记录，否则因滞后现象会给实验结果带来较大的误差。

2、运用正确的公式进行误差运算。

注意若下限不是数据零的话，温度的分值在每个点上要加上测量温度的下限值。

3、整理实验数据并将结果填入表格。

4、分析变送器的静态特性，画出变送器输入-输出静态特性曲线（包括正、反行程），求出最大非线性误差。

5、根据实际的温度变送器的端子图，画出实验时的接线图（与端子对应）。

四、思考与问答

1、温度变送器是由哪些单元组成的？

2、在实验中，若是代替热电偶的信号发生器与变送器的连接线断开或代替热电阻的标准电阻箱与变送器的连接线断开，变送器输出信号会如何变化？

为什么？

3、在选用Ⅲ温度变送器（订购仪表）时，要注意哪些问题？

实验三Ⅲ型调节器的认识和校验

一、实验目的

1、熟悉Ⅲ型调节的外型结构，掌握III型调节器的操作方法，从而进一步理解调节

器的工作原理及整机特性。

2、熟悉Ⅲ型调节器的功能，了解Ⅲ型调节器各可调部件的位置及作用。

3、掌握Ⅲ型调节器的主要性能的调校、测试方法。

二、实验装置

（一）实验所需仪器、设备

1、Ⅲ型调节器，1台；

2、直流信号发生器，3台；

3、标准电流表，3台；（可不用）

4、数字电压表，4台；

5、直流稳压电源，1只；

6、标准电阻箱，2只；

（二）实验装置连接图（各端子作用详见产品说明书）

三、实验指导

（一）预备知识

1、Ⅲ型调节器的主要技术指标（详见设备铭牌与说明书）

主要内容：

型号、输入信号、外给定信号、输出信号、负载电阻、比例度、积分时间、微分时间、微分增益、电源等。

2、实验注意事项

（1）接线时，要注意电源的种类、极性，严防接错电源。

（2）首次通电前（包括更改接线后）应请指导老师确认无误后方可通电。

（3）动手调校前应弄清调节器各调整部件的作用。

凡实验中未涉及的可调元件一律不得擅自调整。

（4）调节器在调校前应预热15分钟。

（5）实验前，先准备好实验数据记录表，并预习数据处理部分的各项误差计算公式。

（二）实验原理

Ⅲ型调节器的主要功能是接受变送器来的测量信号，并将它与给定信号进行比较得出偏差，对偏差进行PID连续运算。

通过改变P、I、D参数，可改变调节器控制作用的强弱。

除此之外，还具有测量信号、给定信号及输出信号的指示功能；手动/自动双向切换功能；软、硬手操等功能。

因此，在对调节器进行校验时，首先必须对调节器面板上的三个指示表头（测量、给定指示表及输出指示表）的刻度进行校验，其次还要对调节器的P、I、D刻度进行校验，另外对调节器的手操特性、自动/手动切换特性也要进行校验。

实验连接图中，其中S3是提供4—20MA的电流外给定信号对给定指示刻度进行校验；S1是提供1-5V的测量信号对测量指示刻度进行校验；输出电流指示表的校验是利用软手操扳键产生校验信号，通过观察输出回路的标准电流表的读数，从而实现其刻度校验的。

P、I、D的校验，通过调节测量输入信号发生器S2使输入发生变化，从而产生调节器的偏差输入，再观察调节器的输出电压的变化情况，从而实现对比例度、积分时间、微分时间的刻度校验。

（三）实验内容与步聚

1、准备工作

按实际设备的端子连接调节器的开环连接图。

熟悉调节器的外型、正面板布置。

观察侧盘各可调部件的位置，测量、给定指示表的调零螺钉和量程调整电位器的位置，测量/标定切换开关及标定电压调整电位器的位置；比例度旋钮、积分时间旋钮、微分时间旋钮、正/反作用开关、内/外给定开关的位置，积分电容、微分电容、2%跟踪电位器、500%跟踪电位器的位置。

2、一般检查

（1）仪表通电后先拨动自动/手动切换开关，置于“软手动”或“硬手动”位置，操作软手动扳键或硬手动拨杆，观察调节器输出指示表应该随之变化，否则说明仪表有故障。

（2）把内/外给定开关拨至“内给定”，然后再操作给定拨轮，观察给定指针应随着变化，否则说明仪表有故障。

（3）将调节器侧面“测量/标定”开关拨至“标定”位置，观察调节器正面测量、给定指针是否同时指向50%刻度值附近，否则说明仪表有故障。

3、调节器面板指示表的校验

（1）测量指示表的校验

各切换开关置于：

软手动、外给定、测量、正作用、任意比例度、积分时间最大、微分时间最小、线路开关K——a。

调节信号发生器S1，缓慢增加测量信号，使测量指针依次对准量程的0%、25%、50%、75%、100%刻度线，此时测量输入回路数字电压表读数应该分别为1V、2V、3V、4V、5V。

先依次读取正行程时电压表的实际读数，然后缓慢减小测量信号，用相同的方法依次读取反行程时数字电压表的实际读数，并记录之，填入表中。

若误差超过允许值，则输入1V信号，调节指示单元板上相应的“零点电位器”（或机械零点），使测量指针指在0%，再输入5V信号，调节相应的“量程电位器”，使测量指针指在100%，直到合格为止。

（2）给定指示表的校验

各切换开关的位置同上。

调信号发生器S2，用上述相同的方法进行给定指示表的校验，将实验结果填入表中。

若误差超过允许值，则反复调整指示单元板上相应的“零点电位器”（或机械零点）、“量程电位器”，直到合格为止。

（3）输出指示表的校验

切换开关置于“硬手动”，其余同

（1）。

操作硬手动拨杆使输出指针缓慢地停在0%、25%、50%、75%、100%刻度线上，输出电压应分别为1V、2V、3V、4V、5V，在调节输出回路的数字电压表上读取实际电压值并记录。

若是误差超过允许值，则取下辅助单元的盖板，调整相应的“零点电位器”和“量程电位器”（一般不允许轻易调整）。

4、调节器PID参数刻度校验

比例度的刻度校验：

K——a（接通S1），并将调节器各开关分别置于“正作用”、“外给定”、“软手动”、“测量”；PID参数各旋钮的位置分别置于：

微分关断、积分最大，使调节器处于纯比例状态。

比例度的校验点为25%、100%、200%三点。

操作软手操拨杆，使调节器输出信号稳定在量程的0%位置（V0为1V），调节信号发生器S1和S3，使测量和外给定信号均稳定在1V，使偏差=0。

实验中对每个比例度校验点的校验，都要从这种状态开始。

校验δ≤100%刻度：

把比例度盘拨至25%刻度位置，切换开关由“软手动”拨向“自动”，再调整测量信号（即调整调节器的偏差），使调节器的输出信号变化全量程的100%（VO从1V到5V），记下此时输入信号的变化量和输出信号的变化量并填入实验记录表，再求出实际比例度为比例度误差。

用同样的方法校验δ=100%刻度。

校验δ>100%刻度：

把比例度拨盘拨到200%刻度位置，调整测量信号，使输入信号变化全量程的100%（VI从1V到5V），观察调节器输出信号的数值V0，记下此时输入信号的变化量和输出信号的变化量并记录，同时求出实际比例度和比例度误差。

若误差超过允许值，则调整比例度刻度盘旋钮的初始值直到合格为止。

最后把比例度δ的刻度调整到实际的100%位置，此位置是：

在改变测量信号，使其在全量程（0%——100%）之间变化时，输出信号也在全量程（0%——100%）之间变化，此时δ刻度盘所指的位置即为实际的100%。

（四）仪表校验记录单

实验用主要仪器、设备技术参数一览表

项目

被校仪表

标准仪器

名称

型号

规格

精度

数量

制造厂

出厂日期

调节器正面板指示表的校验记录表

项目

被校表示值刻度

0%

25%

50%

75%

100%

测量指示表

标准测量值

实际测量值VI

正行程

反行程

实际误差

正行程

反行程

正、反行程差值

实际基本误差

%

被校表允许基本误差

实测变差

%

被校表允许变差

给定指示表

标准给定值

实际给定值VS

正行程

反行程

实际误差

正行程

反行程

正、反行程差值

实际基本误差

%

被校表允许基本误差

实测变差

%

被校表允许变差

输出指示表

标准输出值VO

实际输出值VO

正行程

反行程

实际误差

正行程

反行程

正、反行程差值

实际基本误差

%

被校表允许基本误差

实测变差

%

被校表允许变差

比例度校验记录表

比例度δ/%

刻度值

输入变化量

输出变化量

实测比例度

比例度误差

25

4

100

4

200

4

（五）数据处理

1、数据处理时应注意的问题

（1）实验前拟好实验记录表格。

（2）实验时一定要等现象稳定后再读数、记录，否则因滞后现象会给实验结果带来较大的误差。

2、运用正确的公式进行误差运算。

3、整理实验数据并将结果填入表格。

4、根据实际调节器的端子图，画出实验时的接线图（与端子对应）。

四、思考与问答

1、调节器的手操功能是通过调节器的控制单元来进行的，因此当调节器的比例微分电路发生故障时，手操功能也跟着失灵。

这句话对吗？

为什么？

2、从软手动拨向自动时，要注意什么问题？

为什么？

实验四Ⅲ型开方器的认识和校验

一、实验目的

1、通过实验了解Ⅲ型开方器的结构，理解其工作原理及整机特性。

2、掌握Ⅲ型开方器的调校方法和仪表使用方法。

3、通过实验更进一步理解开方器的小信号切除原理及掌握切除点调整方法。

二、实验装置

（一）实验所需仪器、设备

1、Ⅲ型开方器，1台；

2、校验信号发生器，1台；

3、数字电压表，2台；

4、直流稳压电源，1只。

（二）实验装置连接图（各端子作用详见产品说明书）

三、实验指导

（一）预备知识

1、Ⅲ型开方器的主要技术指标（详见设备铭牌与说明书）

主要内容：

型号、运算公式、输入信号、输出信号、电源、小信号切除、基本误差、变差等。

2、实验注意事项

（1）接线时，要注意电源的种类、极性，严防接错电源。

（2）首次通电前（包括更改接线后）应请指导老师确认无误后方可通电。

（3）动手调校前应弄清开方器各调整部件的作用。

凡实验中未涉及的可调元件一律不得擅自调整。

（4）开方器在调校前应预热15分钟。

（5）实验前，先准备好实验数据记录表，并预习数据处理部分的各项误差计算公式。

（二）实验原理

Ⅲ型开方器的作用是对1-5V输入电压VI信号进行开方运算，运算结果仍以1-5V的直流电压信号VO输出或4-20MA直流IO输出。

它需与节流装置、差压变送器配合使用，使开方器的输出电压VO与流量呈线性关系，从而实现对流量信号的检测。

其输入输出关系

。

调校原理就是在仪表的输入端用直流信号发生器输入一定的标准电压信号VI，同时，观察开方器输出电压信号VO的大小，并将所测值与该校验点的标准值相比较，算出误差。

如不符合要求，再重新调整或分析故障原因。

（三）实验内容与步聚

1、按图接好线。

2、起振点调整。

如果量程也已调好，但各点的误差仍然超过±0.5%，则改变输入电压信号使VI为1%，调整起振点电位器，使输出电压VO为10%（1.4V）。

3、小信号切除调整。

先将小信号切除电位器逆时针旋到底，调节信号发生器使输入电压信号VI=1.028V（0.7%），这时输出电压值约为1.33V，再沿顺时针方向慢慢转动电位器，反复多次调整，直到输出电压突变到1V为止。

4、基本误差测试。

根据Ⅲ型开方器基本运算式

，分别算出输出信号为VO的10%、25%、50%、75%、100%所对应的输入信号VI应为1.04V、1.25V、2.00V、3.25V、5.00V。

调节信号发生器使输入电压信号VI应为1.04V、1.25V、2.00V、