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1、化工仪表及自动化化工仪表及自动化 化工仪表及自动化化工仪表及自动化 一、各章节重要的基本概念一、各章节重要的基本概念二、各种自动化仪表的特点、选用和安装注意事项二、各种自动化仪表的特点、选用和安装注意事项三、各章的基本理论分析、计算与要求三、各章的基本理论分析、计算与要求1 1、自动控制系统过渡过程品质指标的分析与计算、自动控制系统过渡过程品质指标的分析与计算2 2、对象特性数学模型（微分方程）的建立与求取、对象特性数学模型（微分方程）的建立与求取3 3、对象特性参数的分析与求取、对象特性参数的分析与求取4 4、各种自动化仪表的选择与计算（类型、精度和量程）、各种自动化仪表的选择与计算（类型、
2、精度和量程）5 5、各种控制器的分析与计算、各种控制器的分析与计算6 6、执行器的特点、选择与计算、执行器的特点、选择与计算7 7、自动控制系统控制器参数的工程整定与计算、自动控制系统控制器参数的工程整定与计算 本课程的基本内容与要求化工仪表及自动化化工仪表及自动化 四、简单控制系统的分析与设计四、简单控制系统的分析与设计（1）控制系统的设计分析）控制系统的设计分析（2）控制系统控制方案的设计确定）控制系统控制方案的设计确定（3）控制系统方块图的画法）控制系统方块图的画法（4）控制系统调节阀气关和气开的选择）控制系统调节阀气关和气开的选择（5）控制系统控制器正、反作用的选择）控制系统控制器正、
3、反作用的选择（6）组成自动控制系统各种自动化仪表的选择）组成自动控制系统各种自动化仪表的选择化工仪表及自动化化工仪表及自动化五、复杂控制系统的分析与设计五、复杂控制系统的分析与设计（1）串级、均匀、比值控制系统的结构组）串级、均匀、比值控制系统的结构组成成（2）复杂控制系统控制方案的分析）复杂控制系统控制方案的分析（3）复杂控制系统方块图的画法）复杂控制系统方块图的画法（4）控制系统调节阀气关和气开的选择）控制系统调节阀气关和气开的选择（5）控制系统主、副控制器正反作用的选）控制系统主、副控制器正反作用的选择择化工仪表及自动化化工仪表及自动化题题 型型 简单填空题简单填空题 分析计算题分析计算
4、题 分析选择题分析选择题 综合设计题综合设计题 化工仪表及自动化化工仪表及自动化例：如图为某化工厂超细碳酸钙生产中炭化部分简化的工艺例：如图为某化工厂超细碳酸钙生产中炭化部分简化的工艺管路及控制流程图，试指出图中所示仪表符号的含义。管路及控制流程图，试指出图中所示仪表符号的含义。解：图中各自动化仪表所代表的含义如下：解：图中各自动化仪表所代表的含义如下：（1 1）仪表位号）仪表位号FICQ-101FICQ-101表示第一工序第表示第一工序第0101个个流量控制回路（带累积指示），累积指示流量控制回路（带累积指示），累积指示仪及控制器安装在仪表室仪表盘正面上。仪及控制器安装在仪表室仪表盘正面上。
5、（2 2）仪表位号）仪表位号TI-101TI-101表示第一工序第表示第一工序第0101个温个温度显示仪表。仪表安装在现场。度显示仪表。仪表安装在现场。（3 3）仪表位号）仪表位号PI-101PI-101表示第一工序第表示第一工序第0101个压个压力显示仪表。仪表安装在现场。力显示仪表。仪表安装在现场。第一章第一章 自动控制系统基本知识自动控制系统基本知识 化工仪表及自动化化工仪表及自动化例某换热器出口温度控制系统在单位阶跃干扰作用下的过渡例某换热器出口温度控制系统在单位阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如图所示，试分别求出最大偏差、余差、衰减比、过程曲线如图所示，试分别求出最大偏差、余差、衰减比、
6、振荡周期和过渡时间（给定值为振荡周期和过渡时间（给定值为200200）。）。 解：解：最大偏差：最大偏差：A A230-200230-2003030（）；）； 余差：余差： C C205-200205-2005 5（）；）； 第一个波峰值第一个波峰值 B B230-205230-2052525；第二个波峰值第二个波峰值 BB21021020520555，故衰减比：故衰减比：n:1 = B:Bn:1 = B:B25:525:55:l5:l；振荡周期振荡周期 T T20-5=1520-5=15（minmin）。）。 过渡时间：过渡时间： 它与规定的被控变量限制范围大小有关。本题假定当被控变量进入新
7、稳态值的它与规定的被控变量限制范围大小有关。本题假定当被控变量进入新稳态值的2%2%范围时，就可以认为过渡过程已经结束，那么限制范围为范围时，就可以认为过渡过程已经结束，那么限制范围为205205（2 2）= =4.14.1，这时，可在新稳态值（这时，可在新稳态值（205205）两侧以宽度为）两侧以宽度为4.14.1画一区域，图画一区域，图l-22l-22中以画有阴影中以画有阴影线的区域表示，只要被控变量进入这一区域且不再越出，过滤过程就可以认为已经线的区域表示，只要被控变量进入这一区域且不再越出，过滤过程就可以认为已经结束。因此，从图上可以读出，过渡时间结束。因此，从图上可以读出，过渡时间t
8、 tS S=22min=22min。化工仪表及自动化化工仪表及自动化 例已知某化学反应器的特性是具有纯滞后的一阶例已知某化学反应器的特性是具有纯滞后的一阶特性，其时间常数为特性，其时间常数为4.154.15，放大系数为，放大系数为8.58.5，纯滞，纯滞后时间为后时间为3.53.5，试写出描述该对象特性的一阶微分，试写出描述该对象特性的一阶微分方程式。方程式。 解解: :设设y y为输出变量，为输出变量，x x为输入变量为输入变量, ,据具有纯滞后的据具有纯滞后的一阶特性微分方程的定义有一阶特性微分方程的定义有: : Tdy(t + Tdy(t + )/dt + y(t + )/dt + y(
9、t + ) ) Kx(t)Kx(t) 则该对象一阶微分方程式为则该对象一阶微分方程式为: : 4.15dy(t + 3.5)/dt + y(t + 3.5)4.15dy(t + 3.5)/dt + y(t + 3.5)8.5x(t)8.5x(t)第二章第二章 过程特性及其数学模型过程特性及其数学模型 化工仪表及自动化化工仪表及自动化 例例3化工仪表及自动化化工仪表及自动化 化工仪表及自动化化工仪表及自动化 化工仪表及自动化化工仪表及自动化 例例4第三章第三章 检测仪表及传感器检测仪表及传感器 化工仪表及自动化化工仪表及自动化 例例5化工仪表及自动化化工仪表及自动化例什么是节流现象例什么是节流现
10、象? ?标准的节流体有哪几种标准的节流体有哪几种? ?应用最广应用最广泛的是哪种泛的是哪种? ? 答答: 流体在有节流装置的管道中流动时，在节流装置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称为节前后的管壁处，流体的静压力产生差异的现象称为节流现象。流现象。 标准的节流件有三种：标准的节流件有三种： 标准孔板、标准喷嘴、标准文丘里管。标准孔板、标准喷嘴、标准文丘里管。 应用最广泛的是标准孔板。它是世界上应用最广，最应用最广泛的是标准孔板。它是世界上应用最广，最成熟测量较准确的测量工具。成熟测量较准确的测量工具。 化工仪表及自动化化工仪表及自动化 例例13
11、化工仪表及自动化化工仪表及自动化例例 如图为某储槽水位自动控制系统。已知最高水如图为某储槽水位自动控制系统。已知最高水位为位为2 2米，米，h h1 13000mm,3000mm,工艺要求水位稳定在工艺要求水位稳定在1.21.2米，米，试回答下列问题：试回答下列问题：（1 1）变送器是否存在迁移，何种迁移？迁移量为多少？）变送器是否存在迁移，何种迁移？迁移量为多少？（2 2）变送器的量程为多少？）变送器的量程为多少？（3 3）变送器的差压范围为多少？）变送器的差压范围为多少？化工仪表及自动化化工仪表及自动化解：（解：（1 1）变送器是否存在迁移分析：）变送器是否存在迁移分析： 正压室：正压室：
12、P P+ += h= h1 1 g + Hg + H g + Pg + P气气 负压室：负压室：P P- -= P= P气气 P = P = P P+ + - P- P- - = = （h h1 1 g + Hg + H g + Pg + P气气） - P- P气气 = h= h1 1 g + Hg + H g g 分析：当分析：当H = 0H = 0时，时， P = P = h h1 1 g g 0 0 则为则为正迁移，正迁移， 迁移量为：迁移量为： h h1 1 g g LCLC化工仪表及自动化化工仪表及自动化（2 2）计算变送器的量程：）计算变送器的量程： P P量程量程= = H Hm
13、axmax g =2g =2（m m） 10001000（kg/mkg/m3 3） 9.819.81（m/sm/s2 2）= = 1.9621.962 10104 4 (Pa)(Pa) 则有变送器的量程为：则有变送器的量程为：0 - 0 - 1.96251.9625 10104 4 (Pa)(Pa)化工仪表及自动化化工仪表及自动化（3 3）变送器的差压范围计算：）变送器的差压范围计算： P Pminmin=h=h1 1 g+Hg+Hminmin g=3g=3（m m） 10001000（kg/mkg/m3 3） 9.819.81（m/sm/s2 2）=2.943 =2.943 10104 4
14、(Pa)(Pa) P Pmaxmax= =h h1 1 g+Hg+Hmaxmax g=5g=5 10001000 9.81=4.9059.81=4.905 10104 4 (Pa)(Pa) 则有变送器的差压范围为：则有变送器的差压范围为： 2.943 2.943 10104 4-4.905-4.905 10104 4 (Pa)(Pa)LCLC化工仪表及自动化化工仪表及自动化 例例20化工仪表及自动化化工仪表及自动化例试述热电偶温度计、热电阻温度计各包括哪些元件和仪例试述热电偶温度计、热电阻温度计各包括哪些元件和仪表表? ?输入、输出信号各是什么输入、输出信号各是什么? ?答：答： 热电偶温度计
15、包括感温元件热电偶、补偿导线及铜线和热电偶温度计包括感温元件热电偶、补偿导线及铜线和测量仪表。热电偶温度计是把温度的变化通过测温元件热测量仪表。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量温度的。所以，其输入信电偶转化为热电势的变化来测量温度的。所以，其输入信号是温度，输出信号是热电势。号是温度，输出信号是热电势。 热电阻温度计包括感温元件热电阻、连接导线和显示热电阻温度计包括感温元件热电阻、连接导线和显示仪表。热电阻温度计是把温度的变化通过测温元件热电阻仪表。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。所以，其输入信号是转换为电阻值的变
16、化来测量温度的。所以，其输入信号是温度，输出信号是电阻值。温度，输出信号是电阻值。 化工仪表及自动化化工仪表及自动化 第四章第四章 显示仪表显示仪表 例例1化工仪表及自动化化工仪表及自动化例：例： 有一配有一配E E型热电偶测温的动圈式显示仪表，测量最大温度型热电偶测温的动圈式显示仪表，测量最大温度时流过动圈的最大电流为时流过动圈的最大电流为80.480.4 A A，已知已知E E型热电偶热电势的型热电偶热电势的灵敏度为灵敏度为0.069mV/0.069mV/，动圈式显示仪表的内阻为，动圈式显示仪表的内阻为500500，试，试求其动圈式显示仪表的量程范围为多少？求其动圈式显示仪表的量程范围为多少？E EXCZ-101型解：解： 据动圈式显示仪表工作原理据动圈式显示仪表工作原理, ,可知流过动圈的最大电流为：可知流过动圈的最大电流为： I Imaxmax= E= Emaxmax/R/R总总= 80.4= 80.4 A A，有动圈仪表测的最大热电势为有动圈仪表测的最大热电势为: : E Emaxmax= I= ImaxmaxR R总总= 80.4= 80.4 （500+15500+15）
