《工业控制基础》PPT课件.ppt

1,第二篇,第二篇,2,第五章,3,第一节概述,检测是化工生产过程的眼睛，通过仪表来获取生产的物流、能流信息，以便对化工生产过程进行有效的控制。测量：被测变量与其相应的标准单位进行比较，从而获得一个确定的量值。,4,标准单位：米m（1）定义值1m=（赤道北极的距离）/107于是巴黎米尺产生了，一个用白金制成的X形状、带有温度修正在值刻线的标准单位产生了。（2）光在真空中1/299792458秒内通过的路径。,5,测量的基本知识,直接测量：被测量直接与测量单位进行比较。如长度、压力的测量。间接测量：测量与被测量有函数关系的量。如蒸汽的压力与温度的对应关系。,6,测量过程中的形态能转换,单态能的变换,双态能的变换,7,测量方法的比较方式,偏差测量：被测量与初始状态的偏离量。如液柱式压力计；压力表等。微差测量：被测量与一个已知量进行比获得偏差，结果是已知量与偏差的和。零差测量：是一种随动测量法，用一个已知量跟随未知量变化，二者差值为零。,8,测量方法,显示方法,图示相互可转换,零位式,数字式,模拟式,偏差式,12.35,9,仪表内部的信号传输过程,开环系统：电流表传递函数：Y（s）=K1K2K3s,10,仪表内部的信号传输过程,闭环系统：电位差计。传递函数：（s）=,11,仪表的质量指标,（MTBF）有效性=仪表的计量性、操作性能、可靠性能和经济性能。,12,测量误差的分析方法与指标,一、误差的性质分类（1）随机误差:测量值二、二各不相同，其大小与方向不可事先确定。（2）系统误差:多次测量后,误差分布的大小与方向。（3）粗大误差:是一种偶然性误差,概率小。,13,精密度、正确度与准确度,精密度:对同一被测量进行多次测量的重复性程度。反映随机误差。正确度:对同一被测量进行多次测量值偏离真值的程度。准确度:精密度与正确度的综合。,14,精密度、正确度、准确度,精密度正确度准确度,15,误差的正态分布图,有界性、单峰性、对称性、抵偿性。,16,例：误差判别,歌唱演员打分时：去掉一个最高分、去掉一个最低分后，取平均分。（防止粗大误差）打枪时后一弹头从前一弹孔中穿过是极为罕见的。（随机误差）射击运动员成绩好是：精密度高的好枪、正确度好的瞄准，二者的结合，即准确度好。,17,仪表误差的表示方法,（1）绝对误差：仪表示值与真实值之差的绝对值。=|XXt|=|XX0|基本误差限：=（单位）（2）引用误差=/M%M=XmaxXmin量程：标尺上限-标尺下限,18,精度等级、国家标准,精确度：仪表用来表示测量结果可靠程度。表示：用相对百分误差去掉“”和“%”。国家标准序列：标准表、范型表、实用表。级标准表：0.005、0.02、0.05；级标准表：0.1、0.2、0.35、0.5;一般标准表：1.0、1.5、2.5、4.0。符号:,1.0,1.5,19,引用误差、允许误差、工艺要求,引用误差是仪表的实际误差：引max允许误差是仪表精度特级所规定的误差：表允=表允M工艺允许误差即工业要求误差限：工允引max表允工允同理:引max表允工允,20,检测仪表的分类（1）接触式与非接触式仪表。（2）标准表(计量室);范型表(实验室);实用表(现场)。（3）按工艺参数分:压力(P)、物位(L)、流量(F)、温度(T)、成分(A)。,21,例:某温度检测仪表的测量范围为100600，校验该表时得到的最大绝对误差为3，试确定该表的精度等级？解：=/M%=3/（600100）%=0.6%对照精度等级:0.5、1.0、1.50.50.61.0应取1.0级因为:引max表允工允若工艺要求误差为3以上则符合要求。,22,变差(加差)与灵敏度,回差：仪表的正、反行程之差。,灵敏度=/x灵敏度限/xmin,上行程,下行程,23,变差计算公式：=X上X下变差的引用误差=(/M)%M=XmaxXmin|max|t0,205,双金属温度计,206,液体膨胀式温度计的工作液,工作介质,膨胀系数C-1,测温范围0C,水银,0.00018,-30550,二甲苯,0.00108,-40400,乙醇,0.00105,-46150,甘油,0.0005,20175,207,水银电接点温度计,208,水银体温表,209,红外体温计,210,压力式温度计的结构,压力表毛细管温包、膨胀液,211,各种压力式温度计,212,压力式温度计的结构,压力表毛细管温包、膨胀液,213,各种压力式温度计,214,二、热电偶测量温度的原理,电子密度序列：铝、锌、锡、镉、铅、锑、铋、汞、铁、铜、银、金、铂、钯。（由大到小）密度小的与大的接触为负极；密度大的则为正极，热电势是接触电势的代数和。回路电势公式：EAB（t，t0）=EAB（t）EAB（t0）,215,常见材料的热电势(e100,0)mV,铁1.8,铜0.76,金0.75,银0.72,铝0.4,铂0,镍-1.5,前者与后者接触,前为正;后为负。,参考电极,216,各种热电偶,217,热电偶的工作原理,二种金属的结点,218,热电偶的等效电路图,电路,t,t0,EAB（t）,EAB（t0）,2020/5/13,219,普通热电偶的结构,结构图,电极（热端）,绝缘子,保护管,接线盒,冷端,220,221,常见热电偶的特性曲线,XK镍铬-考铜K镍铬-镍硅S铂铑-铂020040060080010001200140016001800,222,S铂铑-铂热电偶特性图,223,高温热电偶分度号S高温陶瓷保护管,224,K镍铬-镍硅热电偶特性图,225,工业常用热电偶,226,工业常用热电偶技术指标,分度号,名称,e(100,0)/mV,测温范围/0C,K,镍铬-镍硅,4.095,-501000,S,铂铑-铂,0.645,-201300,B,铂铑-铂铑,0.033,3001600,E,镍铬-铜镍,6.317,0600,227,热电偶、热电阻保护管,材料名称,耐温度/,铜,350,20号碳钢,不锈钢1Cr18Ni9Ti,石英,高温陶瓷,高纯氧化铝,氮化硼,600,870,1100,1300,1700,3000,228,热电偶回路中加入第三种导线,若接点处同温对热电势无影响,t,t0,t0,mV,+,-,229,常用补偿导线,230,热电偶的种类,双支式树枝式开口式壁温式,231,补偿导线,232,热电偶使用补偿导线图,接线,233,冷端温度补偿法则,冰浴法,t,mV,-,镍铬-镍硅,铜-康铜,保温瓶内冰水,玻璃管内变压器油,234,零点校正（查表法）补偿电桥,零点校正,235,热电偶的测温的场合与特点,高温测量用于温度较高的场合可组成无电源的显示仪表测量的误差较多，需要经常校验安装时需要补偿导线，较为复杂热电势是半导体结电场的基础，是热电偶发电与半导体制冷的先导。,236,三、热电阻,在低温区使用热电偶电势小，又不易得到完全补偿，使用热电阻。工业常用热电阻：铜电阻是线性公式，测温范围-50150。R(t)=R0（1+t）铂电阻：测温范围0630.74时应用R(t)=R0（1+At+Bt2+Ct3）,237,各种带有变送器的热电阻,238,热电阻的结构与形状,铜电阻铂电阻,239,热电阻特性曲线铜铂,R（t）曲线：21-200-10001002003004005000C,240,铂电阻Pt100分度表,241,半导体热敏电阻,半导体由：MnO2、CuO、NiO2等材料。,242,常用热电阻技术指标,243,四、温度变送器,框图,感温元件,输入回路,放大器,反馈回路,t,E,Vi,+,e,Vf,Io,244,热电阻,数显表,一体式变送器,245,五、动圈表平衡式仪表数显表,动圈表是一种磁电式、指针指示表。自动平衡式仪表是一种电动平衡机构的显示记录仪表。数显表直接使用数字显示技术，读数直观、自动检测与打印。图示仪与计算机联网的工作方式，采用屏幕图像显示与控制。,246,动圈表XCZ102型,温度显示仪表,247,(一)动圈式指示仪,配套热电偶的XCZ101型动圈指示仪,248,XCZ101型动圈指示仪测量线路,无电源线路,249,XCZ101型动圈表接线图,共有四个接线端；运输时1、4端短接。,250,XCZ102的接线端图,电源另外,251,硅稳压管双重稳压电路,电路,252,Uab动圈表不抗振被数显表代替,XCZ102型动圈指示仪测量线路,253,（二）自动平衡式仪表,重力平衡,254,手动电位计,255,电阻箱,256,单臂式电位差计,由电位发生器、被测电位、检流计组成当IG=0时：UAB=Ex,257,电子电位差计构成与原理框图,说明：信号,258,电子电位差计工作原理图,原理图,259,2.电子自动平衡电桥,电桥加入热电阻原理图示,260,自动平衡电桥结构与原理框图,示意,261,电子自动平衡电桥工作原理图,电桥,262,电子平衡电桥实验接线图,接线图：,263,数字式仪表的构成框图,264,数码-光电显示板,二极管、液晶。当Xi；Yi通电时，发光。Y1-YnX1Xn,265,266,数字式仪表,267,智能显示仪表,智能数字显示表可有多种输入信号，并能设定测量范围。数字式仪表读数方便、无视差。精度可达0.05级。运算功能强大，便于与计算机接口，将仪表纳入DCS系统。,268,ER180系列显示仪表,变送器,直流放大器,斩波相敏功放,可逆放大器,调节机构,指示机构,记录机构,测量电路,平衡机构,同步电机,269,分类:记录笔式181单笔;182双笔;183三笔.打印式184188双点;3点;6点;12点;24点.工作原理:测量信号与桥路信号比较后的差值,经斩波放大后转换成相位正、反的交流电信号；以驱动可逆电机转动；使桥路与测量信号平衡。指示并记录温度的测量值。,270,衡量数仪表的技术指标：1精确度：b%未位1个字；高精度表：b%c%。2显示位数：3位半，20019990C3分辨率与分辨力：分辨率是指：显示的最小数与最大数之比。即位数的倒数。分辨力是指灵敏度限。使未位改变的最小输入量。EPROM:可擦可编只读存储器BCD:二十进制计数器LED:发光二极管,271,A/D转换电路,一.双斜式V-T转换器:,272,双斜式V-T转换器波形图,273,二.Vf转换器,电路图f=UX/RCU,274,光学高温计（灯丝隐灭式）,物镜目镜,275,三菱触摸式显示屏,276,两线PLC数显表,277,图示仪,278,实时双通道显示,279,实时双通道显示,280,图像显示仪分辨率是指：显示的最小数与最大数之比。即位数的倒数。分辨力是指灵敏度限。使未位改变的最小输入量。EPROM:可擦可编只读存储器BCD:二十进制计数器LED:发光二极管,281,图像显示仪以CPU为核心的显示记录仪,无纸无笔可分析、处理仪表。采用液晶显示屏和图像处理功能的仪表。使用屏幕各显示区功能单通道使用：左上为时间、右上为单位。第二行为棒图（标尺），并有上、下位报警。,282,各通道数据的通道号及报警显示（H为上限；L为下限）。通道号右侧为有手自动翻页显示A自动；M手动。中间有工程数据实时趋势线：百分量标尺右为0；左为5.0(min)。,283,棒图,284,屏幕底部：六个报警触点为非报警状态；为报警状态。最后一行为按键：上方符号为组态用按键；下方为显示用按键。每按一下追忆键，手自动翻页切换一次，相应显示A或M。,285,286,287,功能键单通道趋势、八通道棒图、八通道数据、双曲线比较、双通道追忆、单通道PID调节显示。翻页键供手动翻页，用来显示实时曲线及棒图。时标键可选择四种标尺：2.5min;5.0min;10min;20min。,288,1/4VGATFT彩色液晶显示触摸式屏幕界面高质量I/O，6-12路输入6个转换继电器所有输入通道的扫描速度为125ms以太网通讯数据可存储在3.5软盘或PC卡中在线帮助用户自定义画面,289,5100v是用作工业过程指示的一种新型图形记录仪。具有世界领先技术水平的32位RISC处理器在前面板和IT界面之间建立了一个完美的无缝接口。5100v最多带12路通用输入，可用高清晰度棒图、数值和曲线图显示当前测量值和历史记录。功能选项累加器、计时器、计数器、通用触摸式屏幕、用于实时测量的OPC通用模块。,290,技术参数保护：IP65数据存储：3.5软盘或PC卡,1.44M至260M输入信号类型：DCmV、DCV、DCmA，热电偶：B、C、D、E、G2、J、K、L、N、R、S、T、U、Ni/NiMo，2/3线热电阻：Pt100、Pt100A、Pt1000Ni100、Ni120、Ni1000、JPT100、Cu100.最大功耗：100VA温度范围：工作温度050湿度范围：工作湿度080%参考文献：HA0269555000手册操作界面类型：彩色TFTLCD显示型号与分辨率：1/4VGA(320240像素),291,电源要求工作电源：47-63Hz85-265V功率(最大)：60VA(启动电流36A)以太网通讯电气标准：10Mbs以太网传输协议：TCP/IP选件六通道通用输入板：最多二块输入板(12通道)三继电器输出板：最大板数二(6个继电器输出)3.5英寸软盘或PC卡(ATA闪烁存储器或硬盘),292,环境参数PC卡温度范围：工作温度050。存储温度：-2570。软盘温度范围：工作温度540。存储温度：-2050。PC卡湿度范围：工作湿度：8%85%。存储湿度：8%90%。吸收：BSEN50082-2电气安全(BSEN61010),293,软盘湿度范围工作湿度：20%80%，存储湿度：8%80%；保护：荧光屏显示IP65；冲击：BSEN61010震动(10-150Hz)：最大2g海拔：2000m电磁兼容性能(EMC)发射：BSEN50081-2,294,光学高温计,高温物体表面3000温度计,295,296,第六节成分自动检测及仪表,取样装置：将分析样品引入分析仪。预处理系统：保证结果正确与仪表工作。分离装置：测量各组分的基本方法。检测装置：将成分量转换成相应的电量。信号处理：放大与运算功能。显示环节：成分分析的最终结果。,297,样气预处理系统,流通过程,298,热导式成分分析器,各种气体在0的导热系数（）相对导热系数（/k）及温度系数（）,299,热导室与测量桥路,参比测量桥路,r1,r2,r3,r4,300,检测热导池的结构,工作原理热导池：金属制成的47mm的细长气室内绝缘安装电极丝（铂、钨）。检测池有进、出气口。参比池封装样气。将检测气的导热性能转换成电阻信号。测量电桥：四臂电桥将成分差转换成桥路电势，并具有调零、调量程的功能。,301,热导分析器,302,热导仪检测器,303,氧气的磁性与磁化率表,名称分子式磁化率10-9（GSM）氧气O2+146一氧化氮NO+53空气+30.8二氧化氮NO2+9甲烷CH4+1氮气N20.84,304,热磁式氧析器,原理图：,r1,r2,r3,r4,E0,305,热磁式氧析器,306,氧化锆氧析仪探头与原理图,探头,307,308,电极在氧浓度不同时的极性,电极极性：,309,检测头原理图,二个半电池，组成一氧浓度差电池,310,311,变送器原理框图,参比浓度为空气，电势为E0，测量值为E,312,氧化锆探测头,氧化锆氧气分析器,313,红外线气体分析器,314,各种光学镜片与滤波片,315,吸收公式及检测元件,红外线对气体的吸收：I=I0K：待测组分的吸收系数。C：浓度（百分）l：红外通过待测组分的厚度。灯丝气室,316,工作原理图,317,红外气体分析器,318,红外扫描成分分析器,319,工业气相色谱仪,气相色谱仪是一种以气体为载体的分离分析仪器，具有一次能分析多组分、速度快、样品少并能自动记录的特点。基本原理：一滴混合色的液体，滴在纸上，向周围扩散时，呈现彩色花纹。即流动相在固定相表面运动时，各组分吸附、脱附能力不同而分离。,320,各种填充柱,321,毛细管色谱柱,填充柱、担体、特性波,322,色谱柱（填充柱）,管子：铜管、玻璃管、不锈钢管、塑料管。内径：36mm。长度：14m，长的几十米、几百米。担体：氧化铝、硅胶、活性碳。固定液：苯基联苯、双甘油醚、正十六烷。载气：氩气、氢气、氮气。检测器：热导式、氢火焰、电子捕获器。,323,324,原理系统图,325,氢火焰离子检测器,集化电极,326,三种检测器的灵敏度分析,热导式：1ppm或1ppb的杂质含量能达到分析要求。氢火焰：灵敏度在热导式的千倍以上，在1ppb的级别以下的含量。电子俘获器：对有机物、卤化物能达到痕量分析。,327,气相色谱仪,328,高效液