工学过程控制仪表及装置实验指导书1.docx

1、工学过程控制仪表及装置实验指导书1过程控制仪表及装置实验指导书编写 广东石油化工学院 康珏学院年级专业学号姓名成绩2000年 7 月 前 言过程控制仪表是实现生产过程自动化必不可少的工具。而过程控制仪表及装置这门课程是电气工程及其自动化专业的重要专业课之一，为了配合课堂教学，根据课程教学大纲要求，开设了过程控制仪表及装置实验课。为使实验课能顺利进行，编写了过程控制仪表及装置实验指导书。通过实验，可以让学生理论联系实际，加深对理论知识的理解和掌握，从而进一步认识过程控制仪表的基本结构和工作原理。通过实验，学生还能掌握实验仪器的正确使用和操作方法，学会主要仪表的调校及测试方法，培养实际动手能力和创

2、新意识。实验指导书中包含九个实验项目，每个实验项目都包括：实验目的、实验内容、实验设备与仪器、试验原理、注意事项、实验步骤、思考题及实验报告八项内容，实验项目覆盖每个章节，项目中有些实验是必做，有些实验是选做，老师可以根据具体的教学要求进行选取。另外，SLPC可编程调节器的实验可以安排成设计性实验，详细内容请参看SLPC可编程调节器设计实验任务书。学生实验守则1、 上实验课前，学生应做好实验预习。着重领会实验目的、要求。掌握实验原理、步骤和方法。2、 遵守实验室各项规章制度，服从实验室工作人员的指挥。文明实验，不能穿拖鞋进入实验室，不准乱扔杂物，不准在实验室内嬉戏、喧哗。3、 严格遵守仪器设备

3、的操作规程。独立思考细心观察、如实记录，对实验现象和数据进行分析和处理。4、 鼓励学生自行设计实验，使用前必须经过实验指导人员的同意方可进行。5、 对实验室的公共财物要爱护，厉行节约，不准损坏和带出实验室，违者要追究责任。6、 实验操作结束后，学生必须整理好所用的实验器材并填写仪器使用记录，经过实验指导人员签字后，方可离开实验室，并独立完成实验报告。操作规程1、 熟悉各种控制仪表和设备，懂得各种仪器的用途及各自的操作方法。2、 外观检查，接线时注意电源极性，最好预热半小时。3、 在检验差压变送器时，操作顺序是：启动时，先通电，再加压，停止时先卸压，再断电，要看清楚差压变送器的测量范围，用定值器

4、加压时，不允许超过此范围，否则打坏压力表以及损坏变送器。使用螺丝刀进行仪表的零位、终点调整时，用力要均匀，防止损害元件。标准电位差计应水平放置，注意电位差计的检流计旋扭，调整时，动作要缓慢，实验完成后，开关置“断”。目 录实验一膜盒式差压变送器的校验1实验二电容式差压变送器的校验4实验三热电偶温度变送器的校验7实验四热电阻温度变送器的校验10实验五模拟调节器开环校验13实验六SLPC可编程调节器的编程设计与操作18实验七SLPC可编程调节器PID控制参数整定22实验八执行器的调校25实验一膜盒式差压变送器的校验一、实验目的1了解并熟悉膜盒式差压变送器整体结构及各种部件的作用，进一步掌握膜盒式差

5、压变送器的工作原理。2掌握膜盒式差压变送器的起点及终点调整、精度校验方法。3掌握高、低量程的实现方法。 二、实验项目1 掌握气动定值器、标准电流表、标准压力表、标准电阻箱的使用方法。2 了解膜盒式差压变送器整体结构，熟悉各调节螺钉的位置和用途。3 学会各仪器之间的正确接线，进一步理解二线制的概念。4 按照实验步骤进行仪表的起点、终点调整，进行精度校验。5 进行高、低量程检查。三、实验设备与仪器1膜盒式差压变送器 1台2标准电阻箱 1个3气动定值器 1个4标准电流表 1台5标准压力表 1个6大、小螺丝刀 各1把7连接导线、气压导管 若干四、实验原理实验接线如图1-1所示。图1-1 膜盒式差压变送

6、器校验接线图膜盒式差压变送器是按照力矩平衡原理工作的。整机的方框图如图1-2所示。图1-2 膜盒式差压变送器结构框图输入差压Pi与输出Io的关系如下：(1)当仪表结构一定时,Io与Pi成线性。(2)Pi =0时，Io =4mA，否则可改变lZ大小（调整调零弹簧）。(3)Pi = Pmax时，Io =20mA否则可改变tg或Kf大小（调整矢量角或反馈线圈匝数）。五、注意事项1 接线完成后需经过检查才能通电。2 加入差压信号前注意变送器的量程，不许超出允许范围。3 使用螺丝刀时，用力要均匀，防止损害元件。4 标准电流表应水平放置，读数时注意刻度、指针、视线应在同一水平线上。六、实验说明及操作步骤1

7、由实验指导人员讲解本实验的基本要求、操作和注意事项。2实验开始（1）按图接线，经检查无误后接通电源。（2）连接气源，检查气路的密闭性。（3）用手轻按平衡锤，毫安表示值应随之变化，并能听到轻微吱叫声。 检查接线端子上高低档连接片位置是否正确，当所需量程小于或等于仪表的最大范围的1/3时，用低档，反之用高档。（4）起点调整：当变送器输入差压为零时，用螺丝刀调整零点螺钉，使输出电流Io为4mA。（5）终点调整：用定值器均匀、缓慢输入变送器终点对应的差压信号，调整量程螺钉，使输出电流Io为20mA。（6）反复进行4、5项调整，直至起点和终点均满足精度要求为止。（7）精度校验：将整个差压范围分为四等分，

8、按0%、25%、50%、75%、100逐点输入相应的差压值，信号输入时要注意上行程和下行程，不能搞错。此时，分别记录下变送器相应的输出电流大小,计算出各误差，基本误差和变差的计算公式如下：(7)在调好变送器的起点和终点之后，改变变送器的高低档连接片位置，可以检验变送器的高低量程范围，看看经过改变后变送器的输出有什么变化。3数据处理及实验结果输入差压（MPa）标准输出电流（mA）上行输出电流（mA）上行误差（mA）下行输出电流（mA）下行误差（mA）基本误差（）变差（）结论七、实验报告1 用专门的实验报告纸进行。2 要求有实验题目、目录、实验目的、实验设备及连接图、自己做实验的步骤，实验数据记录

9、。3 计算各误差、确定仪器的精度等级，并判断所校验的仪器是否合格，要有结论，完成思考题，最后写出本次实验的体会。八、思考题1 膜盒式差压变送器如何实现量程的调整的？2 矢量机构的矢量角大小对量程有何影响？3 说明高、低量程的跨接原理？实验二 电容式差压变送器的校验一、实验目的1了解并熟悉电容式差压变送器整体结构及各种部件的作用。2掌握电容式差压变送器的工作原理。3掌握电容式差压变送器的起点及终点调整、精度校验、迁移的调整方法。二、实验项目1掌握气动定值器、标准电流表、标准压力表、标准电阻箱的使用方法。2了解电容式差压变送器整体结构，熟悉各调节螺钉的位置和用途。3按照实验步骤进行仪表的起点、终点

10、调整，进行精度、迁移校验。三、实验设备与仪器1电容式差压变送器 1台2标准电阻箱 1个3气动定值器 1个4标准电流表 1台5标准压力表 1个6大、小螺丝刀 各1把7连接导线、气压导管 若干四、实验原理实验接线如图2-1所示。图2-1 电容式差压变送器校验接线图电容式差压变送器是由测量和转换两部分串联而构成。当被测差压P作用在金属膜片上，使膜片产生微小位移S，从而引起差动电容的电容量发生变化，通过测量电路和放大输出电路将电容量的变化转化为标准电流信号输出。输入差压Pi与输出Io的关系如下：(1)当仪表结构一定时,Io与Pi成线性。(2)Pi =0时，Io =4mA，否则可改变大小（调整调零电位器

11、W2）。(3)Pi = Pmax时，Io =20mA否则可改变K4大小（调整量程电位器W3）。正、负迁移通过外接电阻进行，采用插件的形式将外接电阻接入相应位置。五、注意事项1接线完成后需经过检查才能通电。2加入差压信号前注意变送器的量程，不许超出允许范围。3使用螺丝刀时，用力要均匀，防止损害元件。4标准电流表应水平放置，读数时注意刻度、指针、视线应在同一水平线上。六、实验说明及操作步骤1由实验指导人员讲解本实验的基本要求、操作和注意事项。2实验开始（1）按图接线，经检查无误后接通电源。（2）起点调整：当变送器输入差压为零时，调整零点螺钉，标有“Z”的位置，使输出电流Io为4mA。（3）终点调整

12、：输入变送器终点对应的差压信号，调整量程螺钉，标有“R”的位置，使输出电流Io为20mA。（4）反复进行2、3项调整，直至起点和终点均满足精度要求为止。（5）精度校验：将整个差压范围分为四等分，按0%、25%、50%、75%、100逐点输入相应的差压值，信号输入时要注意上行程和下行程，不能搞错。此时，分别记录下变送器相应的输出电流大小,然后计算各误差。基本误差和变差的计算公式如下：(6)在调好变送器的起点和终点之后，进行零点迁移。根据正迁移或负迁移，将插件Sw1插在相应的位置上。（正迁移插到Sz侧，负迁移插到E2侧）。然后给变送器加输入信号，输入信号的大小可自行选定，但不能超过变送器的允许数值

13、。调整零点螺钉“Z”使变送器输出电流为4mA。最后检查起点和终点，看看经过迁移后变送器的量程和零点有什么变化。必要时可进行微调。3数据处理及实验结果输入差压（MPa）标准输出电流（mA）上行输出电流（mA）上行程误差（mA）下行输出电流（mA）下行程误差（mA）基本误差（）变差（%）结论七、实验报告1用专门的实验报告纸进行。2要求有实验题目、目录、实验目的、实验设备及连接图、自己做实验的步骤、实验数据记录。3计算各误差、确定仪器的精度等级，并判断所校验的仪器是否合格，要有结论，完成思考题，最后写出本次实验的体会。八、思考题1电容式差压变送器如何进行起点和终点的调整？为什么终点调好后还要检查起点

14、？2迁移时，为什么迁移量与量程的代数和不能超出变送器的最大上限值？3变送器的零点迁移和零点调整有什么关系？实验三 热电偶温度变送器的校验一、实验目的1了解并熟悉热电偶温度变送器整体结构及各种部件的作用，进一步掌握热电偶温度变送器的工作原理。2掌握热电偶温度变送器的起点及终点调整、精度校验方法。二、实验项目1 学会正确使用标准电位差计。2 学会各仪器之间的正确接线，与二线制接法比较。3 了解热电偶温度变送器整体结构，熟悉各调节螺钉的位置和用途。4 按照实验步骤进行仪表的起点、终点调整，进行精度校验。三、实验设备与仪器1热电偶温度变送器（DDZ-DBW-11） 1台2标准电阻箱 1个3标准电位差计

15、（UJ-27） 1台4标准电流表 1台5螺丝刀 1把6连接导线 若干四、实验原理实验接线如图3-1所示。图3-1 热电偶温度变送器校验接线图热电偶温度变送器的构成原理图如图3-2图3-2 热电偶温度变送器结构框图 用电位差计代替热电偶作为信号源产生一个标准信号，信号大小与被测温度对应。此信号与调零、反馈信号叠加后经放大单元15V 或420mA。变送器的静特性：(1)当仪表结构一定时,Io与Ei成线性。(2)Ei=下限时，Io =4mA，否则可改变大小（调整调零电位器W1）。(3)Ei=上限时，Io =20mA否则可改变大小（调整电位器W2）。五、注意事项1校验前学会正确使用标准电位差计。2加入

16、电势信号注意变送器的量程，不许超出允许范围。3使用螺丝刀时，用力要均匀，防止损害元件。4标准标准电位差计应水平放置，实验完成后，开关置“断”。六、实验说明及操作步骤1由实验指导人员讲解本实验的基本要求、操作和注意事项。2实验开始（1）按图接线，经检查无误后接通电源。（2）起点调整：根据热电偶的分度号和不同的测量范围，调节标准电位差计输入测量下限对应的电势值，用螺丝刀调整零点螺钉，使输出电流Io为4mA。 （3）终点调整：用标准电位差计输入测量上限对应的电势值，调整量程螺钉，使输出电流Io为20mA。 （4）反复进行2、3项调整，直至起点及终点均满足精度要求为止。（5）精度校验：将整个温度范围分

17、为四等分，按0%、25%、50%、75%、100逐点输入相应的电势值，信号输入时要注意上行程和下行程，不能搞错。此时，分别记录下变送器相应的输出电流大小,计算出各误差。 3数据处理及实验结果输入温度（）对应的豪伏数（mV）输出标准输出电流（mA）上行输出电流（mA）下行输出电流（mA）误差上行误差（mA）下行误差（mA）基本误差（）变差（）结论七、实验报告1用专门的实验报告纸进行。2要求有实验题目、目录、实验目的、实验设备及连接图、自己做实验的步骤、实验数据记录。3计算各误差、确定仪器的精度等级，并判断所校验的仪器是否合格，要有结论，完成思考题，最后写出本次实验的体会。八、思考题1、接线端为何

18、要接一条短路线？在什么情况下可以不用接？2在用标准电位差计输入电势值时，是否要考虑环境温度？为什么？3大范围改变量程时，只调整零点和量程电位器，仪表的精度会发生什么变化？实验四 热电阻温度变送器的校验一、实验目的1了解并熟悉热电阻温度变送器整体结构及各种部件的作用，进一步掌握热电阻温度变送器的工作原理。2掌握热电阻温度变送器的起点及终点调整、精度校验方法。二、实验项目1学会各仪器之间的正确接线，与二线制接法比较。2了解热电阻温度变送器整体结构，熟悉各调节螺钉的位置和用途。3按照实验步骤进行仪表的起点、终点调整，进行精度校验。三、实验设备与仪器1热电阻温度变送器（DDZ-DBW-12） 1台2精

19、密电阻箱 1个3数字电压表 1台4直流电流表 1台5螺丝刀 1把6连接导线 若干四、实验原理实验接线如图4-1所示。 图4-1 热电阻温度变送器校验接线图热电温度阻变送器的构成原理图如图4-2图4-2 热电阻温度变送器结构框图 用精密直流电阻箱代替热电阻作为信号源向变送器输入电阻信号，信号大小与被测温度对应。此信号经过线性化处理与调零、反馈信号叠加后经放大单元15V 或420mA。变送器的静特性：(1)当仪表结构一定时,Uo 或Io与Ut(或R)成线性。(2)R=下限时，Io =4mA，否则可改变Uz大小（调整调零电位器W1）。(3) R=上限时，Io =20mA否则可改变m大小（调整电位器W

20、2）。五、注意事项1加入电阻信号注意变送器的量程，不许超出允许范围。2使用螺丝刀时，用力要均匀，防止损害元件。六、实验说明及操作步骤1由实验指导人员讲解本实验的基本要求、操作和注意事项。2实验开始（1）按图接线，经检查无误后接通电源。（2）起点调整：根据热电阻的分度号和温度不同的测量范围，调节09999.99精密电阻箱输入测量下限对应的电阻值，用螺丝刀调整零点螺钉，使输出电流Io为4mA或电压Uo为1V。 （3）终点调整：用精密电阻箱输入测量上限对应的电阻值，调整量程螺钉，使输出电流Io为20mA或电压Uo为5V。 （4）反复进行2、3项调整，直至起点和终点均满足精度要求为止。（5）精度校验：

21、将整个温度范围分为四等分，按0%、25%、50%、75%、100逐点输入相应的电阻值，信号输入时要注意上行程和下行程，不能搞错。此时，分别记录下变送器相应的输出电流或电压大小,计算出各误差。 3数据处理及实验结果输入温度（）对应的电阻值（）输出标准输出电流（mA）上行输出电流（mA）下行输出电流（mA）误差上行误差（mA）下行误差（mA）基本误差（）变差（）结论七、实验报告1用专门的实验报告纸进行。2要求有实验题目、目录、实验目的、实验设备及连接图、自己做实验的步骤、实验数据记录。3计算各误差、确定仪器的精度等级，并判断所校验的仪器是否合格，要有结论，完成思考题，最后写出本次实验的体会。八、思

22、考题1输入电阻信号时，采用几线制输入？实际应用中，要求用几线制连接？2引线电阻的变化是否会影响测量？为什么？3与热电偶温度变送器比较，在结构上它们有哪些异同点？实验五 模拟调节器开环校验一、实验目的1熟悉模拟调节器的整体结构，了解各部分的作用。2掌握模拟调节器测量针的校验方法。3知道模拟调节器的工作方式，学会进行各工作方式之间的无扰动切换。4掌握模拟调节器控制参数比例度、积分时间的测定方法。二、实验项目1熟悉模拟调节器（电型或EK）正、侧面板布置，了解各种开关的用途及主要部件在电路板的位置。2检查模拟调节器是否正常。3进行测量指针的起点、终点、中间刻度校验。4按照实验步骤进行各控制参数的测定和

23、校验。三、实验设备与仪器1模拟调节器（电型或EK） 1台2标准电阻箱 1个3恒流给定器 1台4标准电流表 1台5螺丝刀和秒表 各16连接导线 若干四、实验原理实验接线如图5-1（电型）、5-2（EK）所示。图5-1 电型模拟调节器开环校验接线图图5-2 EK型模拟调节器开环校验接线图由恒流给定器的输出作为调节器的测量信号，当调节器的给定为某一数值时，改变测量信号，产生一个偏差阶跃输入，此时，分别测出比例度、积分时间的实际值，与调节器上的刻度值比较，计算出误差，最后判断各参数是否满足技术指标要求。控制参数的测试原理：(1)比例度（2）微分时间TD时间常数：TD的测定（参看图5-3）： 图5-3

24、比例微分作用响应曲线比例度100%，在阶跃信号输入下，（如U01变化10%（1.6mA），输出为U01，当输出从U01开始下降了微分作用的63.2%（ ）所需要的时间再乘以KD即为TD。（3）积分时间TI图5-4 比例积分作用响应曲线五、注意事项1接线完成后需经过检查才能通电。2使用螺丝刀时，用力要均匀，防止损害元件。六、实验说明及操作步骤1由实验指导人员讲解本实验的基本要求、操作和注意事项。2实验开始（1）按图接线，经检查无误后接通电源，预热30分钟。（2）测量指示刻度校验将调节器正面、侧面板上各开关置于如下位置： 工作方式切换开关： 软手动测量标定切换开关： 测量给定开关： 内给正反作用开

25、关： 正 比例度： 最大积分时间TI最大微分时间TD关起点、终点刻度校验：由恒流给定器从端子、分别输入4mA、20mA电流信号，测量针应分别指示0%、100%。当误差超过1%时，应调整机械零点和指示单元的测量指示量程电位器。中间刻度校验：把测量标定切换开关置于“标定”位置，这时，测量针和给定针都应指示50%，当误差超过1%时，应调整指示单元中的“标定电压调整”电位器，此时，标定电压为3V。将整个范围分为四等分，按0%、25%、50%、75%、100逐点输入相应的电流值，此时，记录下相应的指针位置,为方便读数，可以对准指针0%、25%、50%、75%、100的位置，记录相应的输入电流值，然后计算

26、出误差。数据处理及实验结果 序号 项目刻度值实际值误差结论（3）控制参数测试比例度的测试：将调节器侧面板上，测量标定切换开关置于“测量”位置，其余开关位置不变。a调节调节器正面板上的给定，使给定指示50%，再调节恒流给定器使测量指示50%（12mA），调节软手动手杆使调节器输出电流Io为10mA。b将比例刻度盘对准要测试的点的位置，如100%的位置，迅速将工作方式切换开关切向“自动”，调节器输出应保持10mA不变，用恒流给定迅速加入一个大小适当的输入偏差信号，此时，记录下调节器的输出电流值。c再选择其它刻度点如：2%、500%进行上述操作，记录下相应的输出电流值，将刻度值和实际比例度值比较，计

27、算出误差。计算公式如下：实际比例度：误差=数据处理及实验结果： 序号 项目刻度值（%）实际值（%）误差结论 d100%比例刻度校验：重复a、b操作后，用螺丝刀调节比例刻度盘，使刻度盘对准真正的100%的位置，不是原来的校验位置。如：偏差变化2mA（假设测量值增加2mA），调节比例刻度盘使调节器的输出电流也变化2mA（Io变到12mA），此时的刻度盘位置就是标准的100%刻度。积分时间的测试将比例刻度盘置于标准的100%处，其余开关位置不变。a调节调节器正面板上的给定，使给定指示50%，再调节恒流给定器使测量指示50%（12mA），调节软手动手杆使调节器输出电流Io为10mA。b将积分刻度盘对准

28、要测试的点的位置（可将全刻度盘分为3点），迅速将工作方式切换开关切向“自动”，此时没有加入偏差调节器输出应保持10mA不变。用恒流给定迅速加入一个大小适当的输入偏差信号e（信号不要太大以免超出范围），同时启动秒表，当输出Io从10mA变化到（102e）时，停止记时。此时，记录下秒表的读数。c再选择其它刻度点进行上述操作，将记录下来的秒表读数与刻度值比较，计算出误差。计算公式如下：数据处理及实验结果： 序号 项目刻度值（秒）秒表读数（秒）误差结论七、实验报告1 用专门的实验报告纸进行。2 要求有实验题目、目录、实验目的、实验设备及连接图、自己做实验的步骤、实验数据记录。3 计算各误差，并判断所验证的参数刻度是否合格，要有结论，完成思考题，最后写出本次实验的体会。八、思考题1调节器实现无平衡无扰动切换有何实际意义？2