化工仪表及自动化实验指导书35.doc

化工仪表及自动化实验指导书合肥工业大学化学工程学院1目 录目 录2前 言1实验一 热电偶的焊接与校验1实验二 压力表、流量计的校验3实验三 电子自动平衡电桥及动圈表的使用和校验6实验四 电子电位差计及数字显示表的使用和校验9实验五 DBW温度变送器的校验13实验六 电动调节器性能试验15实验七 A3000过程控制系统综合实验21附表一 镍铬镍铝，镍铬镍硅K(EU2) 温度毫伏表28附表二 镍铬考铜EA2温度毫伏对照表29附表三 铂铑-铂LB3温度毫伏对照表30附表四 铂电阻温度与电阻值换算表31附表五 铂电阻温度与电阻值换算表32附表六 铜热电阻温度与电阻值换算表33附录七 铂热电阻温度与电阻值换算表34附录八 铜热电阻温度与电阻值换算表35附录九 铜热电阻温度与电阻值换算表36前 言本实验指导书与厉玉鸣主编的化工仪表及自动化（第三版）配套使用，全书共分为两大部分，实验一六属于验证型实验部分，即现场仪表的使用和校验方法，其中实验一、二涉及到了温度、压力、流量等化工基本参量的测量与校验方法，实验三、四、五涉及到了显示和变送仪表的使用方法和精度校验，实验六则是控制仪表性能参数的测定；实验七则属于综合型实验部分，即自动控制系统的使用和整定方法，要求学生在熟悉A3000过程控制系统的基本使用方法的基础上，按照不同的专业要求有选择地进行温度、压力、液位和流量等化工参数的测量和控制。各个实验均分作“实验目的和要求”、“工作原理”、“实验仪器及设备”、“实验内容”和“实验报告内容”等五个单元，本书末尾附有常用的分度号对照表。本书是在现行实验讲义的基础上改编形成的，由合肥工业大学杨则恒副教授主编，并编写其中的实验五、六、七，参加编写的有路绪旺（实验二、三）、吕建平（实验一）、王莉（实验四），全书由路绪旺统稿。本书在改编过程中得到化工技术中心各位教师的大力支持，在此谨致谢意！成书匆忙，疏漏之处在所难免，恳请大家包涵指正。编者20067实验一 热电偶的焊接与校验一、实验目的和要求1、 掌握热电偶的焊接和校验方法。2、 了解热电偶冷端温度补偿的重要性。二、工作原理阅读教材有关部分。三、实验仪器及设备参见各实验的实验装置图。四、实验内容（一）热电偶的焊接焊接热电偶的方法很多，本实验只介绍目前常用的一种方法炭精粒焊接法，炭精粒焊接热电偶设备接线原理，如下图所示：按图所示接线后，将待焊接热电偶一端插入炭精粒中，调好适当电压，直至热电偶焊接成球状为止。使用中应注意用电安全和负载防护设备。（二）热电偶的校验1、热电偶校验装置电路连接，如图所示：2、热电偶的校验方法（采用常用的比较法）： （1）将被校热电偶与标准热电偶的热端摆齐捆扎好，放入管式电炉的温区（中间部分）。电炉两端的炉口用烧过的石棉堵塞好，以减少空气对流，如有条件，将一镍块置于热电偶热端下面，以使被校与标准电偶的热端温度更加一致。（2）被校热电偶与标准热电偶的冷端用补偿导线连接，补偿导线的另一端与接至切换开关的导线相连接，并置入保温瓶的冰水混合液中，标准与被校热电偶经切换开关控制后接至电位差计。（3）管式电炉用自藕调压器控制升温的快慢，并从动圈式温度指示仪大致了解炉温，当炉内温度升到预测的温度时，最好能使炉温在5分钟内变化不超过2，以保证测量时有较高的准确度。（4）对于铂铑-铂热电偶，一般从800开始校验，而对于普通金属热电偶从300开始校验，每隔1005读数，每次读数最好能反复4次以上，并以平均值为准，本实验要求不少于4个检测点（如室温、100、200、300等）。（5）读数时，将电位差计切换开关打到标准热电偶，读完数据后，立即打到被校热电偶，每次读数时要迅速准确。校验数据记录：标准热电偶分度号： 被校热电偶分度号： 参考炉温标准热电偶读数（mV）对应的炉温（）被校热电偶读数（mV）（6）观察热电偶的冷端温度变化对测量的影响（选做）：在热电偶热端处于任意恒定温度时，先从电位差计上读取热电势值，然后将电偶冷端从广口保温瓶取出，使之感受室温数分钟后，在从电位差计上读取热电偶电势值，并与冷端为0时电势值相比较。参考炉温冷端为0电势值冷端为室温电势值（）（mV）（mV）五、实验报告内容1、 根据校验数据记录，以标准热电偶测出校验点炉温（）为图表的纵坐标，以被校电偶电势值（mV）为图表的横坐标，画出被校热电偶的E-t关系曲线，供实际使用。2、 验证冷端温度变化的误差公式：3、 对本实验的改进意见39实验二 压力表、流量计的校验一、实验目的和要求1、 了解压力表的结构和校验方法；2、 了解活塞式压力表的结构及使用方法；3、 了解转子流量计的结构和指示值的修正方法；4、 了解钟罩式气体计量器的结构、原理和使用方法。二、工作原理阅读教材有关部分三、实验仪器及设备活塞式压力计 1台标准压力表 1只被校压力表 1只气体计量器 1台气体转子流量计 1只秒表 1只四、实验内容（一）压力表的校验1、用活塞式压力计校验压力表原理，如下图所示。2、观察拆开的压力表结构，了解调整部件的作用；3、了解活塞式压力计的结构、作用原理及使用方法；4、在油杯中加足油并排尽管道系统中的空气；5、 精度和变差的校验：利用压力发生器加压，使被校表指针逐点上升至被校刻度上，读取记录校准表和被校表的示值，直至标尺最大值，然后逐渐降压，使被校表逐点到达被校刻度上，读取记录标准表和被校表示值。校验过程中，应保持被校压力表指针单方向且无跳动的移动。6、 校验数据的记录处理被校表型号 测量范围 精度等级被校表（MPa）标准表（MPa）基本误差变差正行程反行程正行程反行程注：也可采用标准砝码来校验压力表，数据处理方法类似。（二）流量计的校验钟罩式气体计量器是测量气体流量的标准装置，结构如下图所示，气体计量器是以钟罩内容量为标准容量的计量仪器；当钟罩下降时，钟罩内气体经实验管道排出，排往被测仪表，以钟罩内排出的气体容量比较被校仪表的精度。1、 了解转子流量计结构，气体计量器结构和工作原理、使用方法；2、 精度和变差校验(1) 将水槽注入水，放下钟罩使其浮于水面上，调节阀门8和转子流量计进气阀，使转子逐点上升至被校刻度上，用秒表测定钟罩下降0.1米所需时间，记录转子流量计示值和钟罩下降时间，直至标尺刻度最大值；同法进行反行程测定，用温度计测取室温。(2) 计算气体计量器产生的空气流量，即工作状况下空气流量 式中：R钟罩内半径，0.25m；h钟罩下降高度，m；t钟罩下降h所需时间；然后将Q1换算为工业基准状态下的流量Q0 ，利用，式中：工作状态下空气的流量，Hm3/h；被测介质在标准状态下的密度，kg/ Hm3；校验用介质在标准状态下的密度，此处空气为1.293kg/ Hm3；被测介质的绝对压力，MPa；工业基准状态下的绝对压力，0.10133MPa；工业基准状态下的绝对温度，K；被测介质的绝对温度，K；注意：若转子流量计刻度单位为l/h，则需将Q0单位转换与之一致。3、 校验数据记录处理 测量与 实验内容计算数据校验点正行程反行程变差Q0指Q0指五、实验报告内容1、 记录实验所用仪器设备的规格型号、实验数据；2、 计算被校表基本误差、变差，确定被校表是否符合原精度等级。3、 对本实验的改进意见实验三 电子自动平衡电桥及动圈表的使用和校验一、实验目的电子自动平衡电桥及XCZ（T）-102型动圈式温度指示（调节）仪与热电阻或产生电阻值变化的变送器配合使用，对温度或其他参数进行测量和记录，它比较准确和灵敏，在工业中得到广泛的使用。通过本实验，了解仪表的结构、使用与测定方法二、工作原理阅读教材有关部分。三、实验仪器及设备1XCZ(T)-102型动圈式温度指示调节仪 1台2电子自动平衡电桥 1台3标准电阻箱（0.1以上） 1台45外接电阻 3只四、实验内容（一） 电子自动平衡电桥的使用和校验1、 电子自动平衡电桥校验的接线方法如图所示，A、B、C为连接铜导线，其中A、B两线的连接电阻（即由标准电阻箱的接线端子至仪表接线端子之间的接线电阻），与线路调整电阻R之和应调整为2.5。2、 将仪表通电预热；3、 测定指示基本误差及不灵敏区应在输入信号增大和减小两个方向上进行，其方法如下：将标准电阻箱调到被测电子自动平衡电桥的指针位于比被检分度线（与被检分度线指示值相当的欧姆值为R示）低2-3个分格处，再慢慢增加电阻值，使指针达到被测分度线上并与之重合，读下此时电阻箱的实际电阻值R实，此为正行程的读数。用以上方法依次在指示尺所有数字的分度线上进行测定。按下式计算指示值的基本误差及不灵敏区：指示基本误差：指示不灵敏区：式中：被检查指针指示在被检刻度线上时，输入被检表的实际欧姆值（即电阻箱上的读数）；与被检电子平衡电桥上被检分度线指示值相当的欧姆值；，与被检电子平衡电桥标尺终端和始端分度线指示值相当的欧姆值。另外，仪表的基本误差应不超过0.5%，高值的不灵敏区亦不应超过0.5%。4、 校验数据的记录整理被校表型号 分度号测量范围 精度等级 实验内容测量与计算数据校验点正行程反行程变差R示R实指R示R实指5、 测量全程时间仪表指针从标尺始端走至标尺终端需要的时间叫全程时间，使仪表指针从标尺始端走至终端和从终端走至始端，如此三次，用秒表记下时间，每个方向三次时间的平均值为对应时间的行程时间。（小型平衡电桥的全程时间约为5秒）（二） XCZ(T)-102型动圈式温度指示（调节）仪的校验1、 XCZ(T)-102型动圈式温度指示（调节）仪校验的接线方法，如下图所示：2、 调整仪表的机械零点，由指导教师检查合格后再接通电源；3、 调节仪表的电气零点，细心调节标准电阻箱之电阻值，使R6等于表刻度下限所对应的电阻，指针应指在下限刻度，否则拆开仪表调整R2 和R0使指针与下限重合；4、 进行正反行程刻度校验，若基本误差超过仪表精度等级范围，则用另一电阻箱代替R串，将Rt调到上限刻度对应之电阻值，改变R串使指针指在上限位置，然后又使Rt调到刻度下限之阻值，再调节R2 、R0反复数次，直到上限和下限调好后，再根据电阻值重新配置R串。（该项工作一般由指导教师事先完成）5、 按正行程由小到大，细心调节标准电阻箱的电阻值，并观察动圈表指示，一直调到动圈表准确指在校验点上，读取校验点的温度及电阻箱的电阻值，记入表中，每只表的校验点不少于5个。6、 按反行程由大到小，依次完成反行程实验，并记录数据；注意读数时应使指针与镜中之线重合。7、 校验数据记录及处理被校表型号 分度号测量范围 精度等级被校表指示值t指电阻箱读数Rt正反对应温度t实正反绝对误差t指-t实变差t正-t反五、实验报告1、记录实验所用仪器设备的规格型号、实验数据，并计算出各项指标，判断被校仪表是否符合原精度等级。2、思考并回答下列问题：（1）对于电子自动平衡电桥的校验，若仪表指针指在标尺始端回不来，其原因可能是下述原因中的哪一种情况？可能是RT断路，上支路的R调接触不良；特殊情况下，也可能是下支路电阻R2短路；可能是R4或其连接线短路，特殊情况下，也可能是下支路R3断路。（2）在使用热电阻温度计测温时，为什么要采用三线制接线法？（3）对于动圈式温度指示（调节）仪的校验被校仪表通电后，指针打向极右，试分析原因；被校仪表通电后，指针打向极左，试分析原因。3、对本实验的改进意见实验四 电子电位差计及数字显示表的使用和校验一、实验目的和要求电子电位差计、XCZ（T）101温度指示调节仪及XMTA-101型数字显示仪表，常用作热电偶测温的显示仪表，也常作为其他直流毫伏或直流毫安参数的显示仪表，在工厂中用的很普遍。通过本实验，进一步了解仪表的构造，并掌握其使用与校验的方法。二、工作原理阅读教材有关部分。三、实验仪器及设备1、XMTA101型数字显示表 一只2、XCZ101（或XCT101）型动圈温度指示（调节）仪 一只3、XWC100电子电位差计 一只4、UJ59型标准电位差计 一只5、Z21标准电阻箱 一只6、毫伏信号发生器 一只四、实验内容（一）电子电位差计校验1、电子电位差计校验接线示意图，如上图所示。2、通电预热，送入电子电位差计的电势为0时（即把两导线短接），记下电子电位差计的指示值。3、测定指示基本误差：按以上接线图连接装置后，进行指示基本误差的测定。应在输入信号增大或减小两个正反行程上进行，其方法如下：（1）先送信号给电子电位差计，使其指针移动到低于（按增大方向测定时）或高于（按减小方向测定时）被测分度线23个分格处，可缓慢送入信号，使指针与被测分度重合，并在手动电位差计上读出输入信号的实际值，记录下结果。（2）用上述方法依次在标尺所有标有数字的分度线进行测定，记下100、200等各点处的实验结果。（3）按下式计算指示基本误差指式中：E实手动电位差计上实际毫伏数；E示与被测电子电位差计上被测分度线指示值对应的毫伏数；E终E始被测电子电位差计终端和始端相应的毫伏数，即为仪表的电量程；e输入信号为0时，电子电位差计所显示的温度对应的毫伏值。4、校验数据记录及处理：被校表型号 分度号 测量范围 精度等级 实验内容测量与计算数据校验点正 行 程反 行 程变 差（正反行程之差）E示E实指E示E实指测定记录基本误差时，可参照前述方法。（如时间不够可免做）在指示标尺及记录标尺的所有分度线上，仪表的指示基本误差及记录基本误差不应超过下列规定。精度等级允许指示基本误差%允许基本误差%0.50.51.0(长图记录仪表)1.5(圆图记录仪表)（二）数字显示仪表校验1、数字显示表校验接线示意图如下图所示。2、通电预热。3、送如数字显示表的电势为0时，记下数字显示表的指示值。4、测定基本误差：按上图接线，测定基本误差时，应进行正反行程测量，其方法如下：（1）先送信号给数字显示表，使显示值低于（正行程时）或高于（反行程时）检验点温度23，然后缓慢送入信号，使其显示校验点温度，并在手动电位差计上读出输入信号的实际值，记录下结果。（2）用上述方法依次在各校验点进行测定，记录实验结果。（3）按下式计算基本误差指式中：E实手动电位差计上显示的实际毫伏数；E示数字显示表显示校验点温度对应的毫伏值（查表得到）；E终、E始数字显示表测量范围的上限和下限相对应的毫伏数，因此，E终-E始为仪表的量程；e送入数字显示表的信号为0时，所显示的温度对应的毫伏数。5、校验数据记录及处理被校表型号 分度号 测量范围 精度等级 实验内容测量与计算数据校验点正 行 程反 行 程变 差（正反行程之差）E示E实指E示E实指6、 XCZ（T）101温度指示调节仪可选做。五、实验报告内容1、记录实验所用仪器设备的规格、型号，计算被校仪表各校验点的指示基本误差与不灵敏区，判断该仪表是否符合原精度等级。2、对于电子电位差计的校验，思考并回答下列问题：（1） 在校验时为什么可以用手动电位差计代替热电偶，送一个已知电势信号给电子电位差计，在校验动圈温度指示仪时，可否这样做？为什么？ （2） 若接线如图，当送入电子电位差计电势为0时（即将接到手动电位差计上的铜导线短接），将补偿导线与铜导线的连接点置于冰水中，电子电位差计应指示什么值？再将该点置于室温下，电子电位差计应指示什么数值？3、对本实验的改进意见实验五 DBW温度变送器的校验一、实验目的和要求通过实验更好地掌握温度变送器的工作原理，学会正确使用DBW5500A型温度变送器并掌握其校验方法。二、工作原理阅读教材有关部分。三、实验仪器及设备DBW5500A型温度变送器 一只直流毫安表（020 mA） 一块电阻箱 二只电位差计 一台四、实验内容（一）热电偶温度变送器校验1、 初步检查：接通电源，机芯上两只发光二极管点亮，表示已有4 mA信号输出，加输入信号使输出为20 mA，预热30分钟。2、 DBW温度变送器零点和满量程调整：由温度（设0800）与毫伏换算表查得相应“零点”与“满度”时的毫伏值U1和U2，仪表量程UU2-U1,输入U1调整零点迁移电位器，使输出为4 mA，然后输入U2调“量程”电位器，使输出为20 mA，这样反复调整几次，直到“零点”和“满度”调准为止。3、 线性度检验：把U2-U1四等分的毫伏数U1，U1+25%U, U1+50%U, U175U，U1100U，依次输入温度变送器，输出电流应分别为4、8、12、16、20 mA按正行程、反行程分别校验各点，求出基本误差和变差。 实验内容测量与计算数据校验点正 行 程反 行 程变 差（正反行程之差）I标I实正I标I实反4、 零点迁移（可选做）将零点迁移到300，测量范围为3001100，查表得对应毫伏数为和，输入，调整“零点迁移”电位器，输出为4mA，然后输入输出应为20mA。5、 带负载能力改变负载电阻（0450）观察温度变送器输出恒流性能。（二）热电阻温度变送器的校验1、零点和满量程调整：设温度为0200，由温度与电阻值换算表查得相应“零点”与“满度”R1和R2，则RR1R2，分别输入R1和R2，分别调整“零点迁移”和“量程”电位器，使输出各为4 mA和20 mA，然后再检查线性并记录。其方法和热电偶温度变送器的校验相同。2、改量程：设温度为100200，查表得出、。分别输入和调整 “零点迁移”和“量程”电位器，使输出各为4 mA和20 mA，反复调整，使 “零点”和“满度”都调准为止。五、实验报告要求1、 简要说明实验内容；2、 整理实验数据，说明校验结果及该表的精度等级；3、 对本实验的改进意见实验六 电动调节器性能试验一、实验目的和要求DTL-121型调节器是DDZ-型电动调节器，DTZ-2300型指示调节仪是DDZ-型电动调节器，在炼油化工生产过程中已得到广泛应用，通过本实验进一步了解这种调节仪表的构造、使用与校验方法。二、工作原理阅读教材有关部分。三、实验仪器及设备1 DTL121电动调节器 1台2 DTZ-2300电动指示调节仪 1台3 DFX02校验信号发生器 1台4 直流毫安表010mA，020mA， 0.5级 各2只5 直流稳压电源：电压24V, D.C. 电流1A 1台6 数字电压表：量程5 V，分辨率1mV 1台7 标准电阻箱 0.1 1台 8 秒表 1只四、实验内容（一）DTL121电动调节器性能测试1、熟悉DTL121调节器面板上各部件的作用，背后各接线板上各接线柱的作用。位于仪表外壳内的、T、TD电位器及各种开关的作用。仪表背后接线板的布置如下图所示，其中输入为主输入，为副输入，即输入有两条通道可将两路信号综合，当只用一条通道时，将输入信号接入端子即可。仪表的负载电阻为03K，当负载电阻1.5 K时，输出应接在；当负载电阻1.5 K时，输入应接在。2、将仪表背后接线板上有关端子按下图接好。3、熟悉校验信号发生器的使用方法校验信号发生器的使用方法见后附注。4、仪表的调校步骤（1）按图62接好后，连接220V电源，预热1小时。（2）开环放大倍数的调校。将手动、自动开关置于“自动”，正、反开关置于“正”，内、外开关置于“外”，偏差、平衡开关置于“平衡”，微分开关置于“0”，将比例带电位器旋钮逆时针方向转至极限位置为止，即是反馈位置最小（比例带最小），积分时间旋钮位置任意，合上积分电容短接开关K。当输入信号为“零”时，调整调零电位器W2（在印刷线路板前端上方），使输出在11.5 mA之间，调好后，输入50A，输出应为66.5mA，否则应调整增益电位器W4(在印刷线路板右端上方),使之满足要求,调整W4时零位亦有变化,需反复调整W2和W4,直到符合要求为止.在不加输入信号(输入信号入0)情况下,比例带置50,(此时为闭环情况)输出应回零(允许偏差0.1 mA)。（3）比例带测试各开关的位置如下：“自动”、“正”、“外”、“平衡”，D在“0”，积分时间旋钮位置任意，积分电容短接开关K合上。将比例带置于被测档，输入一个阶跃信号入，测出此时的输入出，计算出实际比例带的数值，按下式计算在此被测档处的比例带刻度误差也可按下法测试： 当100时，输入使输出为10 mA的信号，实际输入值与标准输入值之差即为刻度误差，计算式如下： 当100时，输入10 mA信号，观察输出值按下式计算：技术要求规定测试最大值及100三点允许刻度误差不大于25。（4）积分时间测试各开关的位置如下：“自动”、“正”、“外”、“平衡”，微分开关D在“0”，比例带P置于100，积分时间置于被测档，短接开关合上。加入5mA的信号，输出很快变为5 mA，此时将开关断开（即接入积分电容，进行积分作用），同时计时，待输出增大至10mA信号时停表，这段时间即为实测积分时间，按下式计算积分误差DTL121型需对各种档进行测试，允许误差30。（5）微分时间测试各开关的位置如下：“自动”、“正”、“外”、“平衡”，D置于“0”，比例带旋钮在100，积分时间旋钮在任意位置，积分电容短接开关闭合，微分时间旋钮置于被测档。短路微分电容，输入2 mA信号使其输出稳定态值为2 mA，将微分电容开关打向D位置，输出为10 mA，在去除短路线的同时按秒表，使输出下降至5 mA时停表测得时间T，将此时T乘以5倍即为实测微分时间，误差按下式计算：对于DTL121型技术要求在最大处及30秒处测试微分时间，最大值允差25，30秒处允差80。（6）手操手动操作时调节器的输出出是通过调节表内稳压电源E2在电位器W3上的压降加在积分电容C上来控制的，手操拨盘从0至100分格变化时输出出相应地从0至10 mA变化。各开关位置如下：“自动”、“正”、“外”、“平衡”，D放在“0”，比例带置于20、积分时间旋钮任意值，短接开关K断开。输入信号为0，用手轻轻拨盘（勿用力过大而改变拨盘初始位置，以致造成加大），在0、50、100三点观察输出与拨盘刻度之误差不应大于 5（即0.5 mA）接负载电流指示表（简称单针表）之误差小于5，在手操拨盘于100时，输出为10.5 mA。（二）DTZ-2300电动指示调节仪性能测试1、熟悉DTE-2300指示调节仪面板上各部件的作用，背后接线板上各接线柱的作用，位于仪表外壳内的、TI、TD电位器及各种开关的作用。2、将仪表背后接线板上有关端子按下图接线。3、仪表的调校步骤（1）测量信号指示精度调校 将各切换开关置于“M(手动1)”，“测量”位置。变化输入信号420mA。则双针指示表红针在0%100%刻度范围内相应变化。当测量指针在0%、50%、100%时，调节器1和2端间电压应为1V、2V、5V。其误差应小于40mV。否则应分别调整测量针零位与量程电位器使其符合。（2）给定信号指示精度调校上述开关位置不变。内给定开关置“内给定”，改变内给定拨轮。在仪表内右侧端子排上测量内给定电压在15V内变化，给定针（黑针）在0%100%刻度范围内相应变化。当给定针指在0%、50%、100%时，内给定电压应为1V、2V、5V。其误差应小于40mV。否则应分别调整给定针零位与量程电位器使其符合。（3）校正电压调校把测校开关置校正位置，此时给定针与测量针应同时指向刻度50%处，若有偏离，则调整校正电压电位器。（4）输出指示精度校验将手自动开关置“M”，操作M+或M-按钮，输出指示表指针应能在0%100%刻度范围内移动，当针指在0%、50%、100%时，接线端子13至7之间串接的电流表应为4mA、12mA、20mA，允许误差为0.4mA。（5）PID特性测试比例度的测试将微分时间关断（听到响声），积分时间旋至最大（25分），正反作用开关置“正”，手自动切换开关置“M”位置。输入信号和给定信号均为2V（即50%的位置），操作M+或M-按钮使输出为4mA，然后将手自动开关切换至“A”自动位置，将比例度置于被测档。改变输入信号，测出此时输出电流。比例度按下式计算：比例度误差按下式计算：比例度测试在2%、100%、500%三点进行，比例度允许误差为20%。积分时间的测试将微分时间关断，积分时间旋至最大，正反作用开关置“正”，手自动开关置“M”位置，输入信号和给定信号均为2V，操作M+或M-按钮使输出为4mA，然后将手自动开关切换至“A”自动位置，改变输入信号0.25V，调整比例度使输出变化1mA（4mA变至5mA），把积分时间迅速调至被测档，同时启动秒表。当输出上升至6mA时停表。记下时间，即为实测积分时间。积分时间误差 积分时间的测试在0.1分、1分、2.5分三点进行，积分时间允许误差为20%。微分时间测试将微分时关断，积分时间旋至最大，正反作用开关置“正”，手自动开关置“M”位置，输入信号和给定信号为2V，操作M+或M-按钮使输出为4mA，然后把手自动开关切换至“A”自动位置，改变输入信号0.25V，短接CD。将微分时间旋至被测档，调整比例度使输出电流为14mA。断开CD短接线的同时，启动秒表。测定输出从14mA下降至8.3mA时的时间t（即时间常数T）。实测微分时间 微分时间误差 积分时间在1分和10分两点进行测试。微分时间允许误差为20%。（6）自动/软手动/硬手动切换特性的校验手动1操作（软手动）手自动切换开关置“M”，轻按M-则输出匀速下降，全行程时间100秒左右。重按M-，输出快速下降，全行程时间6秒左右。轻按M+，输出匀速增加，重按M+，输出快速增加，全行程时间同M-的操作。手动2操作（硬手动）手自动切换开关置“H”，拨动操作杆至某一位置，输出表指针应与拨杆上红线重合，误差不大于0.8mA。否则应调整手动2零位和量程电位器。手自动切换校验将比例度置100%，积分时间“2.5分”10档，微分时间关断。利用手动2使输出为12mA，把手动切换开关从H切向M再切向A，及A切向M分别观察外接输出电流表应无变化（0.14mA）。将手动2拨杆中红线与输出指示表的指针重合，再由N切向H，外接输出电流表变化不应超过0.8mA。五、实验报告内容1、 说明实验中使用的仪器和接线图，并记录处理实验数据；2、 思考并回答下列问题：（1）当用作定值调节时，调节器投入“自动”的步骤如何？（2）通过实验对调节仪表在哪些方面有了进一步的认识。3、对本实验的改进意见附注：DFX01校验信号发生器的使用方法DFX01校验信号发生器作为校验DDZ型仪表的一种信号源，能分别输出010 mA，0100A，010mV，010V等五种可调的直流值，此信号源的核心线路实际上是一个恒流源。2、 使用前注意事项：（1）在前面板“外接”表头端子连接一个0.5级的直流表。（2）本信号源背面装有13端子的接线端子板，规定为信号输出，为辅助输出，为仪表的接地端，为本信号源的电源。3、 各个开关的作用：（1）表头：面板上的表头是010 mA的直流表，该表头的指示值为本信号输出往该表信号的大小，根据量程选择开关的位置，其满量程分别为10 mA、100A、10 mV、100mV、10V等五档。（2）量程选择：本开关的作用改变本信号源输出信号的量程范围，并选择其为电流信号或电压信号。（3）量程调节：量程调节电位器可改变输出信号的大小。（4）短路开关：本开关是短路输出信号，使被校仪表的输入为“零”。（5）单元选择：选择可校验的单元。（6）运算选择：本开关只用于检验调节器和加法器的起作用。“运算选择”置于“”信号由背面端子板输出。“运算选择”置于“”信号由背面端子板输出。“运算选择”置于“”信号由背面端子板输出。“运算选择”置于“”信号由背面端子板输出。（7）输入输出开关输入外接表上被校仪表的输入信号大小值。输出外接表上表示被校仪表的输出信号大小值。（8）正反开关当正反开关在“正”时，端子的极性是、；当正反开关在“负”时，端子的极性是。其他与本实验无关各部分的作用从略。实验七 A3000过程控制系统综合实验一、实验说明化工自动控制系统通常由被控对象、测量元件及变送器、控制器和执行器四个部分构成，一个简单控制系统可用下图表示：影响控制系统控制质量的因素有很多，除了被控对象的性质之外，自动化装置能否根据对象特性加以选择和调整，控制参数是否合适，也直接影响着控制质量的好坏（可参考教材第一章、第七章的有关内容）。因此，本实验旨在通过对化工四大参数的控制，研究和掌握自动化装置以及控制规律与控制参数等对控制系统控制质量的影响趋势，从而获得理想的控制质量。二、实验仪器及设备A3000过程控制系统是模拟实际工业控制过程的高级实验装置，整个系统可以分作现场系统和控制系统两部分。现场系统又由被控对象系统和测量变送系统构成，前者包括一个储水槽、三个水箱、两个水泵、一个带有大功率加热管的锅炉、一个工业用板式换热器、一段调整滞后时间用的滞后管和硬件联锁保护等，后者包括5个温度传感器、1个液位传感器、1个压力传感器、2个涡轮流量计、1个电动控制阀、2个电磁阀、2个液位开关等传感器和执行器。控制系统由2个百特智能控制器、3个Adam DDC控制模块，以及多个显示仪表构成，详细见下图。由此可见，该控制系统集成了测量变送、显示仪表、控制器、执行器以及计算机控制系统等各个环节，实验功能较为齐全。三、实验安排在A3000过程控制系统上可以开设的实验较为丰富，诸如：温度、压力、液位和流量等四大参数的测量实验、电动控制阀特性测量实验、单容水箱液位定值控制实验、锅炉水温定值控制实验、换热器出口温度定值控制实验，以及多容水箱串级控制实验、被控变量的程序控制实验等复杂控制实验。在本综合型实验中，学生可以从流量、液位、压力和温度四大参数中任意选择一个，利用Adam DDC控制模块或百特智能控制器进行定值或程序控制实验，实验内容包括：（1） 运用不同控制规律进行某一参数的定值控制；（2） 通过对过渡过程曲线的观察比较，分析控制参数对控制过程的影响；（3） 对P、I、D控制参数的具体数值进行工程整定；（4）按照选定的P、I、D参数对被控变量进行定值控制，得到理想控制曲线。由于制药行业所面对的多是热敏性物料，对温度的控制要求比较严格，下面以锅炉水温定值控制为例对实验过程加以阐述。四、单容水箱液位定值控制实验（一）实验目的和要求1、 熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理，研究控制器参数对控制效果的影响；2、 使用P、PI和PID等控制规律进行单容水箱的液位定值控制；3、 分析控制过程中的过渡过程曲线并考察控制参数的影响；4、 运用临界比例度法进行控制器参数的工程整定，以得到理想控制曲线。（二）工作原理1、控制系统结构控制逻辑如图所示，水流入量Qi通过改变控制阀FV101的开度加以控制（也可以通过控制连接到水泵上的变频器来控制），流出量Qo则由用户通过负载阀R来改变，被控变量为水位H。在实验过程中，分别采用P、PI、PID等不同的控制策略，通过观察过渡过程的控制曲线来比较选择不同的P、I、D参数值时的控制效果。2、控制系统接线表（三）实验内容1、系统连接与启动（1）在现场系统（A3000-FS）上，打开手动控制阀JV201、JV206，调节下水箱闸板开度(可以稍微大一些)，其余阀门关闭。（2）在控制系统（A3000-CS）上，将流量计输出连接到AI0，AO0输出连到电动控制阀上。（3）打开A3000电源，在A3000-FS上启动右边水泵。（4）启动A3000-CS计算机组态软件，进入实验系统选择相应的实验；启动控制器，设置各项参数，可将控制器的手动控制切换到自动控制。2、比例控制（1）设置P参数，I参数设置到最大，D=0，观察计算机显示屏上的控制曲线，待被调参数基本稳定于给定值后，可以开始施加干扰，进入实验。（2）待系统稳定后，对系统加扰动信号(在纯比例的基础上加扰动，一般可通过改变设定值实现)，记录曲线在经过几次波动稳定下来后，系统有稳态误差，并记录余差大小。（3）减小P重复步骤1，观察过渡过程曲线，并记录余差大小。（4）增大P重复步骤5，观察过渡过程曲线，并记录余差大小。（5）选择合适的P，可以得到较满意的过渡过程曲线。改变设定值(如设定值由50变为60)，同样可以得到一条过渡过程曲线。注意：每当做完一次试验后，必须待系统稳定后再做另一次试验。3、PI控制（1）在比例控制实验的基础上，加入积分作用，即把“I”(积分参数)由最大处设定到中间某一个值，观察被控制量是否能回到设定值，以验证PI控制下，系统对阶跃扰动无余差存在。（2）固定比例P值(中等大小)，改变PI控制器的积分时间常数值Ti，然后观察加阶跃扰动后被调量的输出波形，并记录不同Ti值时的超调量p。（3）固定于某一中间值，然后改变P的大小，观察加扰动后被调量输出的动态波形，据此列表记录不同值Ti下的超调量p。（4）选择合适的P和Ti值，使系统对阶跃输入扰动的输出响应为一条较满意的过渡过程曲线。此曲线可通过改变设定值(如设定值由50%变为60%)来获得。4、PID控制（1）在PI控制实验的基础上，再引入适量的微分作用，即设置D参数，然后加上与前面实验幅值完全相等的扰动，记录系统被控制量响应的动态曲线，并与PI控制下的曲线相比较，由此可看到微分D对系统性能的影响。（2）选择合适的P、Ti和Td，使系统的输出响应为一条较满意的过渡过程曲线(阶跃输入可由给定值从50%突变至60%来实现)。（3）在历史曲线中选择一条较满意的过渡过程曲线进行记录。5、控制参数的工程整定（临界比例度法）(1) 在现实应用中，PID控制器的参数常用实验的方法来确定。其中，用临界比例度法去整定PID控制器的参数既方便又实用。首先要在单纯的比例控制规律下，在推荐的范围内初步选定一个初始比例度；(2) 待系统稳定后，逐步减小控制器的比例度(即1/P)，并且每当减小一次比例度，待被调量回复到平衡状态后，再手动给系统施加一个5%15%的阶跃扰动，观察被调量变化的动态过程。若被调量为衰减的振荡曲线，则应继续减小比例度，直到输出响应曲线呈现等幅振荡为止。如果响应曲线出现发散振荡，则表示比例度控制得过小，应适当增大，使之出现等幅振荡。(3) 当被调量作等幅振荡时，如图4所示，此时的比例度就是临界比例度，用k表示之，相应的振荡周期就是临界周期Tk。据此，按下表可确定PID控制器的三个参数、Ti和Td。(4) 必须指出，表格中给出的参数值是对控制器参数的一个初略设计，因为它是根据大量实验而得出的结论。若要获得更满意的动态过程(例如在阶跃作用下，被调参量作4：1地衰减振荡)，则要在表格给出参数的基础上，对、Ti(或Td)作适当的调整。6、实验结束关闭阀门，关闭水泵。关闭全部电源设备，拆下实验连接线。五、实验报告内容1、 通过抓图方法，提交获得的曲线。2、 根据曲线，分析P，PI，PID控制大致具有哪些趋势特征。3、 给出各个控制条件下的超调量p，余差，以及控制稳定所需要的时间。4、 根据这些数据，分析P、I、D各参数对控制系统的影响。5、 思考并回答下列问题：（1） 积分量I与被控系统的响应时间有什么关系。（2） 如果减少单容系统的容积，那么对控制系统的I是应该增大还是减少。6、 对本实验的改进意见附注一：现场系统面板与支路分析一、现场系统面板1、左侧面板：电源：220V AC单相电源开关，380V AC三相电源开关。开关：三个旋钮开关，分别是1#、2#工频电源开关，以及变频器控制水泵的开关。可以拔出上面水泵的电力连线，连接到不同的位置，从而更改各个水泵的电力来源。可以是工频，也可以是变频器。如果用户不需要变频调速，则建议全部使用工频控制。按照设计，使用变频器控制的水泵，其面板对应的指示灯可能不工作，因为变频器可能输出0-50Hz，而继电器不能工作。两个拨动开关，分别是现场系统照明用电源开关，以及变频器STF(正转)控制开关。注意在机柜上还有并联的一个STF控制端，如果要设置工作模式，请断开该控制端。为了避免控制逻辑太复杂，一般不连接机柜上的这个开关。电压表：显示加在调压器上的电压值。变频器：对于A3000FBS系统，则具有Profibus DP控制端子。2、右侧面板面板右侧是现场系统的模拟屏，安装有5个指示灯和滞后管系统的两手动调节阀。当两个水泵、两个电磁阀开启时，其状态指示灯分别点亮。当锅炉内水位超过低限液位开关时，液位开关闭合，联锁控制指示灯点亮，可以开始对锅炉加热。二、支路分析现场系统包含两个支路。支路1有1#水泵，换热器，锅炉，还可以直接注水到三个水箱以及锅炉。支路2有2#水泵，压力变送器，电动调节阀，三个水箱，还有一路流入换热器进行冷却。1、支路1分析支路1包括左边水泵，1#流量计，电磁阀等组成，可以到达任何一个容器，锅炉以及换热器。水泵可以使用变频器控制流量，电磁阀可能没有。由于支路1可以与锅炉形成循环水，可以做温度控制实验。为了保证加热均匀，应该使用动态水，本系统设计了一个水循环回路来达成此目的。即打开JV304、JV106、XV101，关闭其它阀门(注意JV104)，开启1#水泵，则锅炉内的水通过1#水泵循环起来。锅炉内有高、低限两个液位开关，可以进行联锁保护。当锅炉内液位低于低限液位开关时，液位开关打开，加热器无法开启。当液位超过它时，液位开关合上，加热器信号连通，因此可以防止加热器干烧。高限液位开关有两个作用：第一，当锅炉内水温超过温度上限时，通过联锁控制，打开2#电磁阀，注入冷水，使锅炉内温度快速下降；第二，当锅炉内水量超过液位上限时，高限液位开关闭合，通过联锁控制，关闭2#电磁阀，不再注入冷水。支路1上有一个工业用板式换热器，其冷、热水出口各有一个温度传感器，可以做热量转换实验。锅炉底部连接有滞后管系统。打开JV501、JV502，关闭JV503