厉玉鸣第五版化工仪表及其自动化重点集结Word文件下载.docx
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在自动化领域中的静态是指：
系统中各信号的变化率为零，即信号保持在某一常数不变化，而不是指物料不流动或能量不交换。
因为在自动控制系统在静态时，生产还在进行，物料和能量还有进有出，只是平稳进行没有改变就是了。
12.采用阶跃干扰的原因：
①这种干扰比较突然，比较危险，对被控变量影响最大，若一个控制系统能够有效克服阶跃干扰，那么对其他比较缓和的干扰也一定能很好克服；
②阶跃干扰形式简单，容易实现，便于分析和计算
系统的过渡过程：
系统由一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程，称为系统的过渡过程。
13.自动控制系统在阶跃干扰作用下的过渡过程基本形式：
（1）非周期衰减过程:
被控变量在给定值的某一侧作缓慢变化，没有来回波动，最后稳定在某一数值上。
（2）衰减振荡过程:
被控变量上下波动，但幅度逐渐减小，最后稳定在某一数值上。
（3）等幅振荡过程:
被控变量在给定值附近来回波动，且波动幅度保持不变。
（4）发散振荡过程:
被控变量来回波动，且波动幅度逐渐变大，即偏离给定值越来越远。
14.控制系统的过渡过程是衡量控制系统品质的依据。
控制系统的品质指标：
（1）最大偏差：
是指在过渡过程中，被控变量偏离给定值的最大数值A
（2）超调量：
第一个峰值A与新稳定值C之差，即B=A-C
（3）衰减比：
前后相邻两个峰值的比。
（B：
B’=4:
1—10:
1）换算为n:
1
（4）余差：
当过渡过程终了时，被控变量所达到的新的稳定值与给定值之间的偏差C
（5）过渡时间：
从干扰作用发生的时刻起，直到系统重新建立新的平衡时止，过渡过程所经历的时间（从干扰开始作用时起，直至被控变量进入新稳定值的+-2%的范围且不再越出时为止所经历的时间）
（6）振荡周期或频率：
过渡过程通向两波峰之间的时间间隔叫做振荡周期或工作周期，其倒数为振荡频率
13.一个自动控制系统概括成两大部分：
工艺过程部分和自动装置部分。
自动化装置部分通常包括测量与变送装置、控制器和执行器。
过渡过程品质的好坏，在很大程度上决定于对象的性质
第二章
1.研究对象的特性：
就是用数学的方法来描述出对象输入量与输出量之间的关系
对象的输出量：
被控变量；
对象的输入量：
控制作用、干扰作用
通道：
对象的输入变量至输出变量的信号联系
控制通道：
控制作用至被控变量的信号联系
干扰通道：
干扰作用至被控变量的信号联系
2.对象的数学模型：
对象特性的数学描述就称为对象的数学模型。
对象的数学模型分类：
静态数学模型和动态数学模型。
静态数学模型描述的是对象在静态时的输入量与输出量之间的关系；
动态数学模型描述的是对象在输入量改变以后输出量的变化情况。
动态数学模型是在静态数学模型基础上的发展，静态数学模型是对象在达到平衡状态时的动态数学模型的一个特例。
3.数学模型的表达形式：
（1）非参量模型（非参量形式）当数学模型是采用曲线或数据表格等来表示时，称为非参量模型。
（2）参量模型（参量形式）当数学模型是采用数学方程式来描述时，是参量模型。
4.建模目的
（1）控制系统的方案设计
（2）控制系统的调试和控制器参数的确定（3）制定工业过程操作优化方案（4）新型控制方案及控制算法的确定（5）计算机仿真与过程培训系统（6）设计工业过程的故障检测与诊断系统
5.建立对象的数学模型的方法：
机理建模和实验建模。
根据对象或生产过程的内部机理，列出各种有关的平衡方程，从而获取对象（或过程）的数学模型，这类模型通常称为机理建模
掌握机理法建立对象的数学模型，如一阶对象（貌似不考如何推导）
（T称时间常数，K称放大系数）简单水槽对象的数学模型
所谓对象特性的实验测取法，就是在所要研究的对象上，加上一个人为地输入作用，然后用仪表记录并表征对象特性的物理量随时间变化的规律，得到一系列实验数据。
这些数据或曲线就可以用来表示对象的特性。
有时，为了进一步分析对象的特性，对这些数据或曲线再加以必要的数据处理，使之转化为描述对象特性的数学模型
系统辨识：
应用对象的输入输出的实测数据来决定其模型的结构和参数
阶跃干扰
（1）不需要特殊的信号发生器，在装置上进行极为容易
（2）不需要增加特殊仪器设备，测试工作量也不大
6.对象特性的参数：
放大系数K，时间常数T，滞后时间τ，
a、放大系数K：
在系统是稳定条件下，输入量与输出量之间的关系——系统的静态特性
物理意义：
K等于对象重新稳定后的输出变化量与输入变化量之比。
b、时间常数T：
在一定的输入作用下，被控变量完成其变化所需时间的参数
当对象受到阶跃输入作用后，被控变量如果保持初始速度变化，达到新的稳态值所需要的时间。
（或当对象受到阶跃输入作用后，被控变量达到新的稳态值的63.2%所需要的时间。
即t=T时，h=63.2%hmax;
从加入输入作用后，经过3T时间，液位已经变化了全部变化范围的95%，这时，可以近似地认为动态过程基本结束。
即t=3T时，h（3T）=95%hmax。
时间常数T是反映被控变量变化快慢的参数，因此它是描述对象动态特性的一个重要参数。
）
c、滞后时间τ：
滞后时间τ是纯滞后时间τ0和容量滞后τr的总和。
输出变量的变化落后于输人变量变化的时间称为纯滞后时间，纯滞后的产生一般是由于介质的输送或热的传递需要一段时间或测量点选择不当、测量元件安装不合适等引起的。
有些对象在受到阶跃输入作用x后，被控变量y开始变化很慢，后来才逐渐加快，最后又变慢直至逐渐接近稳态值称容量滞后或过渡滞后。
容量滞后一般是因为物料或能量的传递需要通过一定的阻力而引起的。
所以滞后时间τ也是反映对象动态特性的重要参数。
要求一阶对象
无滞后特性的对象方程式描述：
有滞后特性的对象方程式描述：
第三章检测仪表与传感器
1.测量误差：
由仪表读得的被测值与被测值真值之间，总是存在一定的差距，这一差距称为测量误差。
测量误差的表示方法：
绝对误差和相对误差。
相对百分误差：
δ=Δmax/（测量范围上限值−测量范围下限值）
允许相对百分误差：
δ=±
仪表允许的最大绝对误差值/（测量范围上限值−测量范围下限值）
5.仪表的性能指标：
（1）精确度：
将允许误差的“±
”和“%”去掉后的数值，便是用来确定仪表的精确度等级。
我国生产的仪表常用的精度等级有0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0.
（2）变差：
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时，被测量值正行和反行所得到的两条特性曲线之间的最大偏差。
变差=最大绝对差值/（测量范围的上限值-测量范围的下限值）
（3）灵敏度：
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之比值称为仪表的灵敏度。
（4）分辨力：
指数字显示器的最末位数字间隔所代表的被测参数变化量。
（5）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。
（6）反应时间：
当用仪表对被测量进行测量时，被测量突然变化后，仪表指示值总是要经过一段时间后才能准确地显示出来，这段时间就称为反应时间。
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。
6.测量压力或真空度的仪表分类：
（1）液柱式压力计根据流体静力学原理，将被测压力转换成液柱高度进行测量
（2）弹性式压力计利用各种形式的弹性元件，在被测介质压力的作用下，使弹性元件受压后产生变形的原理而制成的测压仪表。
（3）电气式压力计
组成：
压力传感器、测量电路、信号记录仪以及控制器、微处理机。
核心部件：
压力传感器，作用是把压力信号检测出来，并转换成电信号进行输出；
当输出信号进一步转换为标准信号，压力传感器又称为压力变送器。
霍尔片式压力传感器原理：
根据霍尔效应制成，利用霍尔元件将压力引起的弹性元件位移转换成霍尔电势
应变片式压力传感器原理：
电阻应变原理
压阻式压力传感器原理：
单晶硅的压阻效应而构成
电容式压力变送器原理：
将压力的变化转化为电容量的变化，然后进行测量
（4）活塞式压力计
7.瞬时流量：
单位时间内流过管道某一截面的流体数量的大小。
总量：
在某一段时间内流过管道的流体流量的总和，及瞬间流量在某一段时间内的累计值
流量计分类：
（1）速度式流量计（如压差式流量计、转子流量计）以测量流体在管道内的流速作为测量依据来计算流量的仪表。
（2）容积式流量计以单位时间内所排出的流体的固定容积的数目作为测量依据来计算流量的仪表。
（3）质量式流量计以测量流体流过的质量M为依据的流量计。
8.差压式流量计：
差压式（也称节流式）流量计是基于流体流动的节流原理，利用流体流经节流装置时产生的压力差而实现流量测量的。
节流现象：
流体在有节流装置的管道中流动时，在节流装置前后的管壁处，流体的静压力产生差异的现象。
差压式流量计造成误差的原因：
（1）被测流体工作状态的变动
（2）节流装置安装不正确，节流装置不清洁
（3）孔板入口边缘的磨损
（4）导压管安装不正确
（5）差压计安装或使用不正确
9.转子流量计工作原理：
差压式流量计是在节流面积不变的条件下，以差压变化来反映流量的大小；
转子流量计是以压降不变，利用节流面积的变化来测量流量的大小。
即转子流量计采用的是恒压降、变节流面积的流量测量方法。
转子流量计指示值修正的原因：
转子流量计是一种非标准化仪表，在大多数情况下，可按照实际被测流体进行刻度。
但仪表厂为了便于成批生产，是在工业基准状态（20摄氏度，0.1033MPa）下用水或空气进行刻度的，所以在实际使用时，如果被测介质的密度和工作状态不同，必须对流量指示值按照实际被测介质的密度，温度、压力等参数的具体情况进行修正
（1）液体流量测量时的修正
密度修正系数
注意开根号
椭圆齿轮流量计测量部分组成由两个相互齿合的椭圆齿轮A和B、轴及壳体组成。
椭圆齿轮与壳体之间形成测量室，椭圆齿轮转动一周所排出的被测介质为半月形容积的4倍。
故通过椭圆齿轮流量计的体积流量Q为椭圆齿轮流量计是基于容积式测量原理的。
11.物位：
在容器中液体介质的高低称为液位，
容器中固体或颗粒状物质的堆积高度称为料位
把液位、料位和界面统称为物位。
测量液位的仪表称为液位计，测量料位的仪表称为料位计，测量两种不同密度的液体介质的分界面的仪表称为界面计，上述三种仪表称为物位仪表
12.什么是液位测量时的零点迁移问题？
解决方法，怎样进行迁移？
其实质是什么？
（1）差压变送器测量液位时，压差Δp与液位高度H的关系为：
Δp=ρgH，H=0时，Δp=0，这是“无迁移”。
实际应用中，由于安装有隔离罐、凝液罐，或由于差压变送器安装位置的影响等，使得在液位测量中，当被测液位H=0时，Δp≠0，这就是液位测量时的零点迁移问题。
（2）采用零点迁移的办法就能达到目的，调节仪表上的迁移弹簧，抵消固定压差的作用
（3）实质：
零点迁移实质就是改变变送器零点，改变测量范围的上、下限，相当于测量范围的平移，而不改变量程的大小。
13.在液位测量中，如何判断“正迁移”和“负迁移”？
答：
在液位测量中，当被测液位H=0时，如果差压变送器的输人信号△p>
0，则为“正迁移”；
反之，当H=0时，△p<
O，则为“负迁移”。
14.电容式物位传感器
测量原理:
在电容器的极板之间，充以不同介质时，电容量的大小也有所不同。
从而，可通过测量电容量的变化来检测液值、料位和两种不同液体的分界面。
12.测温仪表分类：
按使用的测量范围：
高温计（大于600度）；
温度计（小于600度）
注意：
温度不能直接测量，只能借助于冷热不同物体之间的热交换，以及物体的某些物理性质随冷热程度不同而变化的特性来加以间接测量。
13.热电偶温度计组成：
热电偶（感温元件）；
测量仪表（毫伏计或点位差计）；
连接热电偶和测量仪表的导线（补偿导线及铜导线）。
热电阻温度计组成：
是由热电阻（感温元件），显示仪表（不平衡电桥或平衡电桥）
以及连接导线组成，连接导线采用三线制接法
14.测量原理：
热电偶温度计是把温度的变化通过测温元件—热电偶转化为热电势的变化来测温度的。
（热电效应）
补偿导线的选用
（1）为了使热电偶的冷端温度保持恒定，可以把热电偶做得很长，使冷端远离工作端，但是，这样做要多消耗许多贵重的金属材料，是不经济的。
解决这个问题的方法是采用一种专用导线，将热电偶的冷端延伸出来，这种专用导线称为“补偿导线”。
（2）要注意型号相配，极性不能接错，热电偶与补偿导线连接端所处的温度不应超过100。
C
冷端温度补偿方法：
a）将冷端保持0℃；
b）冷端温度修正；
c）校正仪表零点；
d）补偿电桥法；
e）补偿热电偶法
热电阻温度计是把温度的变化通过测温元件—热电阻转换为电阻值的变化来测量温度的。
（电阻温度效应）
15.适用范围：
热电偶温度计其感温的一次元件是热电偶，一般适用于500度以上的较高温度，在中低温区，一般使用热电阻温度计
15.凡能将生产过程中各种参数进行指示、记录或积累的仪表称为显示仪表（或称为二次仪表）。
16.按照显示的方式分：
模拟式显示仪表、数字式显示仪表和屏幕显示三种。
显示仪表与检测仪表的区分？
第四章自动控制仪表
1.自动控制仪表在自动控制系统中的作用：
将被控变量的测量值与给定值相比较，产生一定的偏差，控制仪表根据该偏差进行一定的数学运算，并将运算结果以一定的信号形式送往执行器，以实现对于被控变量的自动控制。
2.控制器的控制规律是指什么？
常用的控制规律有哪些？
所谓控制器的控制规律是指控制器的输出信号p与输人偏差信号e之间的关系，即
式中，z为测量值信号；
x为给定值信号；
f为某种函数关系。
常用的控制规律有位式控制（双位控制器的结构简单、成本较低、易于实现）、比例控制（P）、积分控制（I）、微分控制（D）以及它们的组合控制规律，例PI,PD,PID等。
各种控制规律的特点
比例控制规律：
①有偏差信号输入时，输出立刻与它成比例地变化，偏差越大，输出控制
作用越强。
②比例控制的优点是反应快，控制及时。
③存在余差是比例控制的缺点。
积分控制规律：
①当有偏差存在时，输出信号将随时间增长（或减小）。
②当偏差为零时，输出才停止变化而稳定在某一值上，因而用积分控制器组成控制系统可以达到无余差。
③控制动作缓慢，控制不及时，不单独使用。
微分控制规律：
①在阶跃偏差信号的作用下，瞬时控制器的输出为无穷大，在t>
t0后，则输出变化量为零—超前控制。
②当偏差固定不变时，微分控制的输出为零；
这样的控制结果不能消除偏差，因此不能单独使用。
比例积分控制：
①控制及时且能消除余差
②当对象滞后很大时，可能控制时间较长，最大偏差也较大
比例积分微分：
①快速进行控制
②消除余差，具有较好的控制性能
3.比例度δ
指控制器输入的变化相对值与相应的输出变化相对值之比的百分数
3.为什么会有余差？
它是比例控制规律的必然结果。
原来系统处于平衡，进水量与出水量相等，此时控制阀有一固定的开度，当t＝t0时．出水量有一阶跃增大量．于是液位下降，引起进水量增加，只有当进水量增加到与出水量相等时才能重新建立平衡、而液位也才不再变化。
但是要进水量增加。
控制阀必须开大，阀杆必须上移，而阀杆上移时浮球必然下移。
因为杠杆是一种刚性的结构，这就是说达到新的平衡时浮球位置必定下移，也就是液位稳定在一个比原来稳念值（即给定值）要低的位置上，其差值就是余差。
3.什么是积分时间TI？
试述积分时间对控制过程的影响。
（1）KI代表积分速度
（2）采用积分时间TI来代替KI，TI=1/KI
积分时间对控制过程的影响：
（1）积分时间TI越短，积分速度KI越大，积分控制作用越强。
反之，积分时间越长，积分作用越弱
（2）TI过大，积分作用不明显，余差消除很慢；
TI小易于消除余差，但系统振荡加剧
第五章执行器
1.执行器：
其作用是接收控制器送来的控制信号，改变被控介质的流量，从而达到控制要求
2.气动执行器由执行机构和控制机构两部分组成。
气动执行机构主要分为薄膜式和活塞式两种
正作用执行机构（ZMA型）：
信号压力增大，阀杆向下运动。
反作用执行机构（ZMB型）：
信号压力增大，阀杆向上运动。
控制阀的结构形式：
直通单座控制阀、直通双座控制阀、
角形控制阀、三通控制阀
3.控制阀的流量特性：
理想流量特性：
不考虑控制阀前后压差变化时得到的被控介质流过阀门的相对流量与阀门的相对开度间的关系称为理想流量特性，取决于阀芯的形状，
主要有①直线②等百分比（对数）③抛物线④快开等几种。
工作流量特性：
考虑阀前后压差变化得到的被控介质流过阀门的相对流量与阀门的相对开度间的关系。
分为①串联管道的工作流量特性
阻力比s：
表示控制阀全开时阀上压差与系统总压差之比
②并联管道的工作流量特性
并联管道中的分流比x：
表示并联管道控制阀全开时的流量与总管最大流量之比。
Δp为一定时，x为不同数值
当x＝1，即旁路阀关闭时，控制阀的工作流量特性与理想流量特性相同。
随着x值的减小，即旁路阀逐渐打开，虽然控制阀本身的流量特性变化不大，但可调范围大大降低了
串、并联管道中控制阀工作情况比较
①串、并联管道都会使阀的理想流量特性发生畸变，串联管道的影响尤为严重
②串、并联管道都会使控制阀的可调范围降低，并联管道的影响尤为严重
③串联管道使系统总流量减少，并联管道使系统总流量增加。
④串、并联管道会使控制阀的放大系数减小（即信号变化引起的流量变化值减小）。
串联管道控制阀若处于打开度，s值的降低会对放大系数影响严重；
并联管道时控制阀若处于小开度，则x值降低对放大系数影响更为严重。
5.气动执行器的气开、气关型式及其选择原则
气开式：
有压力信号，阀开；
无压力信号，阀闭。
气关式：
有压力信号，阀关；
无压力信号，阀开。
原则：
阀关安全：
选择气开阀；
阀开安全：
选择气闭阀。
5.电动执行器有角行程、直行程和多转式等类型
第六章简单控制系统
1.简单控制系统:
是指由一个测量元件、变送器、一个控制器、一个控制阀和一个被控对象所构成的单闭环控制系统，因此也称为单回路控制系统。
简单控制系统的方块图：
2.被控变量：
指生产过程中希望借助自动控制保持恒定值的变量。
直接指标控制：
被控变量本身就是需要控制的工艺指标（温度、压力、流量、液位、成分等）。
间接指标控制：
与直接质量指标有单值对应关系而反应又快的另一变量。
被控变量选择原则：
（1）被控变量应能代表一定的工艺操作指标或能反映工艺操作状态，一般都是工艺过程的重要参数；
（2）被控变量在工艺操作中经常要受到一些干扰影响而变化。
为维持被控变量的恒定，需要较频繁的调节；
（3）尽量采用直接指标作为被控变量，必要时可选择与直接指标有单值对应关系的间接指标作为被控变量；
（4）被控变量应能被检测出来，并具有足够大的灵敏度；
（5）选择被控变量时，必须考虑工艺合理性和国内仪表产品现状；
（6）被控变量应是独立可控的。
3.操控变量：
在自动控制系统中，把用来克服干扰对被控变量的影响，实现控制作用的变量称为操纵变量。
操纵变量的选择原则：
（1）操纵变量应是可控的，即工艺上允许调节的变量；
（2）操纵变量一般应比其他干扰对被控变量的影响更加灵敏（即较大的放大倍数；
较短的滞后时间）；
（3）符合工艺的合理性和生产的经济性。
4.目前工业上常用的控制器主要有三种控制规律：
比例控制规律（P）、比例积分控制规律（PI）和比例积分微分控制规律（PID）
5.比例控制器的特点：
控制器的输出与偏差成比例，即控制阀门位置与偏差之间有一一对应关系。
适用于控制通道滞后较小，负荷变化不大，工艺上没有提出无差要求的系统。
6.比例积分控制器特点：
由于在比例作用的基础加上积分作用，而积分作用的输出是与偏差的积分成比例，只要偏差存在，控制器的输出就会不断变化，直至消除偏差为止。
适用于控制通道滞后较小，负荷变化不大，工艺参数不允许有余差的系统。
7.比例积分微分控制器特点：
输出与输入偏差的变化速度成比例，对克服对象的滞后有显著的效果。
适用于容量滞后较大，负荷变化大。
控制质量要求较高的系统。
8.一个自动控制系统的过渡过程或者控制质量，与被控对象、干扰形式与大小、
控制方案的确定及控制器参数整定有着密切的关系。
9控制器正反作用确定方法方法：
①测量元件和变送器的方向一般是正作用
②判断执行器，气开阀是正作用；
气关阀是反作用
③判断被控对象。
操纵变量增加时，被控变量也增加的对象属于正作用。
④被控变量测量值增加时，控制器的输出也增加，为正作用。
反之，为反作用。
控制器的作用方向的确定步骤：
a.首先确定执行器（控制阀）的气开、气关型式;
b.确定对象的作用方向；
c.要保证使整个控制系统构成负反馈系统，即：
“对象”×
“执行器”×
“控制器”＝“－”
由此确定控制器的“正”或“反”作用。
d.验证，z变化⇒e变化⇒p变化⇒q变化
控制器参数的
升级会员 