自动化仪表培训教材工艺专业.doc

1、自动化仪表培训教材（工艺专业）一、基础知识 （一）测量仪表概述 在化工和炼油生产过程中，需要对工艺生产中各种参数，例如压力（P）、液位（L）、流量（F）、温度（T）、在线分析（A）等参数进行自动测量。用来测量这些参数的仪表称为化工测量仪表。1、 测量误差由于在测量过程中存在着各种各样的影响因素，使所测得的数值和被测参数真实值之间存在着一定差别，这一差别就是测量误差。测量误差按其产生原因可以分成下列三类：（1） 系统误差：系统误差是由于仪表使用不当或测量时外界条件变化等原因所引起的测量误差，它是一种有规律的误差，可以用对测量值加上适当修正的方法来消除。系统误差是一种固定误差，在测量过程中应尽力避

2、免或减少。 （2） 疏忽误差：疏忽误差是由于在测量时的疏忽大意而造成的测量误差。 （3） 偶然误差：偶然误差是由于测量过程中偶然原因而引起的，故称偶然误差。2、仪表的准确度测量仪表的准确度是仪表测得的测量值接近真实值的准确程度。测量仪表在其标尺范围内各点读数的绝对误差,是标准表(准确度较高接近于真实值)和被校表(准确度较低作为现场测量仪表)同时对同一个参数进行测量时所得到的两个读数值之差。相对百分误差：工业仪表不采用绝对误差，而采用折合成仪表标尺范围的百分数表示，即： x x0 = 100%标尺上限值 标尺下限值式中：x 被测参数的测量值； x0 被测参数的标准值；x x0 = x，为绝对误差

3、。 仪表的准确度等级是按国家统一规定的允许误差大小划分成几个等级。仪表的允许误差是指在规定的正常情况下允许的相对百分误差的最大值。仪表的准确度等级常以圆圈内的数字标明在仪表的面板上。例如1.5级，就用1.5表示。仪表的基本误差，是指仪表在正常工作条件下的最大误差，也用相对百分误差表示。附加误差：如果仪表不在规定的正常工作条件下工作，则由于外界条件变动的影响（例如环境温度变化）将引起额外误差，称为附加误差。 仪表的准确度习惯上又称为精确度，因此准确度等级习惯上常称为精确度等级，简称精度等级。非线性误差对于理论上具有线性刻度特性的测量仪表，往往会由于各种因素的影响，使得仪表的实际特性偏离其理论上的

4、线性特性，这叫非线性现象。非线性误差则是衡量偏离线性程度的指标，它取实际值与理论值之间的绝对误差最大值max和仪表标尺范围之比的百分数表示，即：max 非线性误差 = 100% 标尺上限值 标尺下限值仪表示值理论 实际max被测参数非线性现象2、 变差 在外界条件不变情况下，使用同一仪表对某参数进行正反行程（即逐渐由小到大和逐渐由大到小）测量时，发现其结果是：相同的被测参数数值所得到的仪表指示都不相等，二者之差即为变差。变差的大小，取在同一被测参数数值下正反行程间仪表指示值的绝对误差的最大值max与仪表标尺范围之比的百分数表示，即： max 变差 = 100% 标尺上限值 标尺下限值仪表示值上

5、行程 max 下行程被测参数测量仪表的变差3、 灵敏度和灵敏限灵敏度表达测量仪表对被测参数变化的灵敏程度，取仪表的输出信号的变化量与引起此变化的被测参数变化量x之比表示，即： 灵敏度 =x仪表的灵敏限则是指能引起仪表指针发生动作的被测参数的最小(极限)变化量。一般，仪表的灵敏限的数值应不大于仪表允许误差绝对值的一半。4、 测量仪表的基本组成化工测量仪表一般由测量、传送和显示（包括变送）等三个基本部分组成。测量部分一般与被测介质直接接触，并起被测参数信号能量形式的转换作用；传送部分大多数仅起信号能量的传送作用；显示部分也起被测参数信号能量的转换作用，有的还包含信号能量形式的再次转换以适应远距离传

6、送的需要，称为变送。（二）压力测量（P） 在化工和炼油生产过程中，经常会遇到比大气压力高几百倍的高压和比大气压力低很多的真空的测量。 压力测量仪表简称压力表或压力计。压力的大小是由垂直作用在单位面积上的力来决定的。工程上衡量压力的单位主要有下列几种：（1） 垂直作用于每平方厘米上的公斤数作为计量单位，即工程大气压力，以公斤力/厘米2kg表示，在工程上也常用公斤厘米kg/cm2表示。（2）垂直作用在底面积上的水银柱或水柱的高度作为计量单位，以毫米汞柱mm Hg或毫米水柱mm H2O表示。工程上采用工程大气压，而不用物理大气压。一个工程大气压等于垂直作用于1平方厘米面积上的力为1公斤时的力，而一个

7、物理大气压为垂直作用于底面积上的水银柱高度等于760mm（在水银密度为13.5951克/厘米3和重力加速度980.665厘米/秒2条件下）时的压力。 （3） 压力单位换算国家采用的国际压力单位是帕斯卡（Pa）1巴 = 105 Pa1标准（物理）大气压 = 1.01325105 Pa1 毫米汞柱 = 1.333224102 Pa1 工程大气压 = 9.806650104 Pa1 公斤力/厘米2kg = 9.806650104 Pa1毫米水柱mm H2O = 9.806375 Pa1 磅力每平方英吋 p.s.i = 6.89476103 Pa1 MPa = 106 Pa（4） 在压力测量中，常有表

8、压、绝对压力、负压或真空之间关系+p p表压 1 1 大气压力线 p绝压 p负压（真空） - pp绝压0 0 绝对压力的零线工业上所用的压力指示值大多为表压，即压力表的指示值是绝对压力和大气压力之差。绝对压力为表压和大气压之和，工程上采用表压加1（以kg f/cm2为计量单位时）得到被测压力的绝对值。如果被测压力低于大气压力，称为负压或真空，常用mm Hg或mm H2O表示。（5） 压力表的分类测压仪表依其转换原理的不同，大致可以分为四大类：液柱式压力计 将被测压力转换成液柱高度差进行测量，是以液体静力学原理为基础的。一般采用水银或水作为工作液，用于测量低压、负压、或压力差。例如U型液柱压力计

9、。弹性式压力计 将被测压力转换成弹性元件弹性变形的位移进行测量。根据测压范围的不同，所用的弹性元件也不同。常用的有：波纹膜片和波纹管，多作微压和低压测量；单圈弹簧管（又称波登管）和多圈弹簧管，可作高、中、低压到真空度的测量。单圈弹簧管由于其压力范围较宽，在工业上应用最广。电气式压力计 将被测压力转换成各种电量进行测量（例如压力变送器，差压变送器）。活塞式压力计 将被测压力转换成活塞上所加平衡砝码的重量进行测量。活塞式压力计既是一种标准的压力测量仪器，又是一种压力发生器。作为标准压力测量仪器使用时用来校验标准压力表。（6） 压力表的选用、校验和安装压力表的选用选用的依据主要有：工艺生产过程对压力

10、测量的要求。例如，压力测量精度、被测压力的高低、测量范围以及对附加装置的要求等。b被测介质的性质。例如，被测介质温度高低、粘度大小、腐蚀性、脏污程度、易燃易爆等。c现场环境条件。例如，高温、腐蚀、潮湿、振动等。d一般，在被测压力较稳定的情况下，最大压力值应不超过满量程的3/4；在被测压力波动较大情况下，最大压力值应不超过满量程的2/3。为保证测量精度被测压力最小值应不低于全量程的1/3为宜。压力表的校验和产生误差的原因压力表的校验主要是校验其指示值误差、变差和线性，相应地进行零点、终点和非线性的调整。压力校验设备主要是活塞式压力计和精度在0.5级以上的标准压力表。弹性式压力表造成误差的原因主要

11、是弹性元件的质量变化和传动放大机构的摩擦、磨损、变形和间隙等。压力表安装安装中的一般要求：a、测压点：除正确选定生产设备上的具体测取压力的地点外，在安装中应使插入生产设备中的取压管内端面与生产设备连接处的内壁保持平齐，不应有凸出物或毛刺，以保证正确地取得静压力。b、安装地点应力求避免振动和高温的影响。c、测量蒸汽压力时，应加装凝液管，以防止高温蒸汽与测量元件直接接触；对于有腐蚀性介质，应加装充有中性介质的隔离罐，等等。总之，针对被测介质的不同性质（高温、低温、腐蚀、脏污、结晶、沉淀、粘稠等），采取相应的防温、防腐、防冻、防堵等措施。d、取压口到压力表之间还应装有切断阀门，以备检修压力表时使用。

12、切断阀应装设在靠近取压口的地方。e、需要进行现场校验和经常冲洗引压导管的情况下，切断阀可改用三通开关。f、引压导管不宜过长，以减少压力指示的迟缓。 （三）流量测量（F）流量大小是指单位时间内所流过管道某一断面的流体数量的大小，即瞬时流量，常用每小时吨t/h、每小时立方米m3/h、每小时公斤kg/h、每小时升 l/h等计量单位表示。在某一段时间内所流过的流体流量的总和，即各瞬时流量的累计值，称为总量（累计量），其计量单位常用吨t、立方米m3表示。目前工业上所用的流量仪表大致上可以分为三大类：速度式流量仪表 以测量流体在管道内的流速v作为测量依据。体积流量Q = vF （流速 管道截面积）重量流量

13、 G = Q = vF （体积流量 流体的重度）属于这一类流量仪表有：叶轮式水表、差压式孔板流量计、靶式流量计、转子流量计、涡轮流量计、旋涡流量计、超声波流量计以及电磁流量计，等等。容积式流量仪表以单位时间内所排出的流体的固定容积 V的数目作为测量依据。属于这一类流量仪表有：盘式流量计、椭圆齿轮流量计等。如果单位时间内的排出次数为n，则体积流量Q = n V 重量流量 G = Q = n V质量式流量计测量所流过的流体的质量M。目前这一类仪表有：直接式和补偿式两种。它具有被测流量不受流体的温度、压力、密度、粘度等变化的影响。质量流量 M = Av （通道流通截面积流体密度流体的速度）体积、容积

14、单位换算SI导出单位：立方米m31升 = 10-3 m31 桶（石油业） = 1.58987310-1 m31 蒲式耳(美) = 3.52390710-2 m31 加仑(英) = 4.54609210-3 m31 加仑(美) = 3.78541210-3 m31 液盎司(美) = 2.95735310-5 m31 液盎司(英) = 2.84130710-5 m31 立方英吋 = 1.63870610-5 m31 立方英尺 = 2.83168510-2 m31 立方码 = 7.64554910-1 m3质量、重量单位换算SI基本单位：千克（公斤）（kg）1 （市）斤 = 0.5 kg1 吨 =

15、103 kg1原子质量单位 1.6610-27 kg1 （米制）克拉 = 210-4 kg1盎司(常衡) = 2.83495210-2 kg1盎司(金衡、药衡) = 3.11034810-2 kg1 磅(常衡) = 4.53592010-1kg1 磅(金衡、药衡) = 3.73241710-1kg1 斯勒格 = 1.45939010kg1 英吨（长） = 1.016047103kg1 英吨（短） = 0.9071847103kg6、流量仪表的校验和标定对于非标准化的各种流量仪表，例如：转子、电磁、涡轮、椭圆齿轮等流量计，仪表制造厂在出厂前必须进行流量标尺的逐个标记，以确定（建立）流量刻度标尺。

16、在进行流量仪表标定或校验时，准确的实际流量值可采用秤、计量槽、基准流量计等基准器计量，并同时准确计时办法来求得。通常，采用进行准确校正过的标准计量槽及能显示出百分之一秒以下的计时器，二者同步地进行计量，以求得准确的体积流量。以次值作为基准来确定流量标尺上的各点刻度值或进行分度，称为流量仪表的标定；如果，以此值作为被校验的流量计上指示进行比较，以校验仪表的测量误差，校验它的精度等级，则称为流量仪表的校验。（四）物位测量（L） 在化工、炼油工业生产中，常常需要测量界面位置，例如气体液体间的液位高度，液体液体间的界面高度，气体固体与液体固体间料位高度等等。一般总称为物位测量。 在化工、炼油工业生产中

17、常用的几种物位测量方法有：浮力式液位计 应用浮力原理测量液位，大致可分为两种情况：一种是维持浮力不变（恒浮力式），浮标漂浮在液面上，浮标的位置随着液面的高低而变化，只要检测出浮标的位移量，便可以知道液面的高低。有浮标式液位计，浮球式液位计等。另一种浮力是变化的，例如浮筒浸在液体里，根据浮筒被浸程度的不同，浮筒所受的浮力也不同，只要检测出浮筒所受浮力的变化，便可以知道液位的高低，属于这一种的有浮筒式液位计，又称沉筒液位计。校验浮筒液位计的方法有挂重和水校两种，现场一般采用水校方法。如果被测液体不是水，可以经过换算用水代校。静压式液位计对于理论上不可压缩的液体（即密度为常数），液柱的高度与液柱的静

18、压成比例关系。因此，测出液体的静压便可知道液位的高度。压力计式液位计 在敞口容器中，压力计通过取压导管与容器底侧相连，压力计指示与液位H之间存在如下关系：P 容器内取压平面的静压H =（液位高度 =） 液体的重度差压式液位计 在密闭容器中，用上述压力计测出的压力随液面变化外，它还受到容器内压力的影响。为了消除此影响，可在容器上部再增加一取压导管（该处压力与液位高度无关），可测量容器内液面底部与液面上部的压差P。如果已知被测液体的重度为，则容器内液位高度为：P 容器内液面底部与液面上部的压差H =（液位高度 =） 液体的重度这样，液位的测量就成为测量压差了。在实际生产中，一般采用差压变送器进行压

19、差的测量和发讯。电容式物位计 在平行板电容器之间，充以不同介质时，电容量的大小也有所不同。例如充以固体、液体介质时的电容量远比充以气体介质时为大。因此，可以通过测量电容量的变化来检测液位、料位和两种不同液体的分界面。应用电容物位计测量液位是将电极（探头）插入容器的内侧，容器壁作为电容的另一极并接地。超声波式物位计一般把频率高于20千Hz的声波称为超声波。声频越高，则发射的声束越尖锐方向性也越强。但是，它的可测距离也相应地降低。因此，超声波物位计所使用的声波频率并非一定要高于20千Hz，要根据具体条件来决定。当声波从一种介质向另一种介质传播时，在两种密度不同、声速不同的介质的界面上，传播方向便要

20、发生改变。即一部分被反射（入射角=反射角）；一部分折射入相邻介质内。当声波从液体或固体传波到气体，或相反的情况下，由于两种介质的密度相差悬殊，声波几乎全部被反射。因此，当置于容器顶部的探头向液面发射短促的声脉冲时，经过时间t，探头便可以接收到从液面反射回来的回波声脉冲。设探头到液面的距离为H，声波的传播速度为v，则存在如下关系： 容器高度 - H = vt/2 H = 容器高度 - vt/2（五）温度测量（T）温度是宏观上表征物体冷热程度的物理量，微观上表示分子运动的快慢程度。温度不能直接加以测量，只能借助于冷热不同的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

21、量。目前，比较常用的有：热膨胀固体的膨胀；液体的膨胀；气体的膨胀（定压或容积）。电阻变化 导体或半导体受热后电阻值变化的性质。热电效应两种不同性质的导体相接触，当其两接点温度不同时，回路内就产生热电势。热辐射物体的热辐射能随温度的变化而变化。利用这一物理性质制成的各种测温仪表。温标的概念 温标是温度的数值表示，是测量温度的基本单位。（1）摄氏温标（）摄氏温标（）是把在标准大气压下冰的融点定为零度（0）；把水的沸点定为100度（100）的一种温标，在0到100之间划分一百等分，每一等分为摄氏一度。（2）华氏温标（）华氏温标（）是规定在标准大气压下冰的融点为32；水的沸点定为212，中间划分为18

22、0等分，每一等分为华氏一度。它与摄氏温标的关系如下式所示：n = （1.8n + 32） 式中：n为摄氏温标的读数。当n = 0时，华氏为32；n = 100时，华氏为212。（3）热力学温标（K）热力学温标又称凯氏温标（K），它规定分子运动停止（即没有热存在）时的温度为绝对零度或称最低理论温度。是一种与物体任何物理性质无关的温标。如果取标准大气压下水的沸点和冰的融点之间差为100k，则热力学温标和理想气体温度计的刻度便相符合。根据国际实用温标1968规定：热力学温度是基本温度，用符号T 表示。温度的单位是凯尔文，符号用K表示。并定义凯尔文一度等于水三相点热力学温度为1/273.16。热力学温

23、度T和摄氏温度t的关系是： t = T - 273.15K测温仪表的分类 膨胀式温度计 液体膨胀式温度计（玻璃温度计） 固体膨胀式温度计（双金属） 充液体型（温包）压力表式温度计 充气体型（温包）充蒸汽形铂热电阻(Pt100)接触式 热 电 阻铜热电阻(Cu50)特殊热电阻半导体热敏电阻铂铑10铂热电偶(S型)测温仪表铂铑13铂热电偶(R型)铂铑30铂铑6热电偶(B型)镍铬镍硅热电偶(K型) 热 电 偶 镍铬硅镍硅热电偶（N型） 镍铬铜镍合金（康铜）热电偶（E型） 铁铜镍合金（康铜）热电偶（J型） 铜铜镍合金（康铜）热电偶（T型） 特殊热电偶光学高温计（亮度高温计）非 接 触 式辐射高温计比色

24、高温计各种工业温度计的使用范围：水银玻璃管温度计 -50 300 酒精玻璃管温度计 -50 100 双金属温度计 -50 300 铂热电阻（Pt100） -200 850 铜热电阻(Cu50) -50 150 铂铑10铂热电偶(S型) -50 1750 铂铑13铂热电偶(R型) -50 1750 铂铑30铂铑6热电偶(B型) 0 1800 镍铬镍硅热电偶(K型) -270 1350 镍铬硅镍硅热电偶（N型） -270 1300 镍铬铜镍合金（康铜）热电偶（E型） -270 1000 铁铜镍合金（康铜）热电偶（J型） -210 1200 铜铜镍合金（康铜）热电偶（T型） -270 400 辐射式

25、高温计100 2000 热电偶采用补偿导线将热电偶冷端延伸到温度恒定的确地方。补偿导线按热电偶的分度号分类相匹配。补偿导线的正极皮为红色，负极皮为黑或白色。热电阻是电子平衡电桥中的一个桥臂，为了减小连接导线电阻值因环境温度变化而引起的测量误差，采用三线制连接法。（六）在线分析仪表（A）苯酚丙酮装置所用的在线分析仪表有：1 氧分析仪2 水分仪3 密度计4 PH分析仪5 氢分析仪6 酸分析仪二、化工自动化概念 化工自动化是化工、炼油等化工类型生产过程自动化的简称。采用一整套自动化装置，用以代替操作人员的部分直接劳动，使生产在不同程度上自动地进行，这种用自动化装置来管理化工生产过程的办法，称为化工自

26、动化。自动调节系统及其组成自动化装置包括三个部分：第一部分是测量参数的测量元件和变送器。第二部分是自动调节器，即根据变送器送来的信号，与工艺上需要保持的设定值加以比较，按设计好的运算规律算出结果，然后将此结果用特定的讯号（气压或电流）发送出去。第三部分是调节阀，它能自动地根据调节器送出来的信号值改变阀门的开启度。液位变送器调节器 LC 调节阀 自动调节系统中的生产工艺设备(如液体贮槽),叫做调节对象或简称对象。而生产中需要保持不变的工艺指标（如液位），称为被调参数，要求工艺指标所保持的值，称为给定值。 f 干扰作用比较机构自动调节器 调节阀对象给定值偏差调节器输出调节作用被测参数SP +变送器

27、 测量元件 e p q y -PV测量值在研究自动调节系统时，为了能更清楚地表示出一个自动调节系统各个组成环节之间的相互影响和信号联系，便于对系统分析研究，一般都用方块图来表示调节系统的组成。每个方块表示组成系统的一个环节，两个方块之间用一条带有箭头的线条表示其相互关系，箭头指向方块表示为这个方块的输入，箭头离开方块表示为这个方块输出。线下的字母表示相互间的作用信号。上图中的贮槽可用一个“对象”方块来表示，其液位就是生产过程中所要保持定值的参数，在自动调节系统中称为被调参数，用y来表示。在方块图中，被调参数y就是对象的输出。影响被调参数y的因素来自进料流量的改变，这种引起被调参数波动的外来因素

28、，在自动调节系统中称为干扰作用，用f表示。干扰作用f是作用于对象的输入信号。与此同时，出料流量的改变是由于调节阀动作所致，如果用一方块表示调节阀，那么，出料流量即为“调节阀”方块的输出信号。出料流量的变化也是影响液位的因素，所以也是作用于对象的输入信号。出料流量q在方块图中把调节阀和对象联接在一起。贮槽液位信号y是测量元件及变送器的输入，而变送器的输出信号PV进入比较机构，与给定值信号SP进行比较，得出偏差信号esp-pv，并被送往调节器（值得注意的是：在单独讨论调节器时，偏差信号是测量值减去给定值PV-SP；而在自动化系统中却习惯采用给定值减去测量值SP -PV作为偏差信号以表示负反馈系统）

29、。比较机构实际上是调节器的一部分，不是独立的元件。调节器根据偏差信号e的大小，发出调节信号p送至调节阀，使调节阀动作来克服干扰的影响，调节阀输出q的变化称为调节作用。具体实现调节作用的参数叫做调节参数，上图中的流过调节阀的出料流量就是调节参数。必须指出，方块图中的每一个方块都代表一个具体的实物。方块与方块之间的联接线，只是代表方块之间的信号联系，并不代表方块之间的物料联系。方块之间联接线的箭头也只是代表信号作用的方向，与工艺流程图上的线不同。自动调节系统是具有被调参数负反馈的闭环系统。自动调节系统的分类调节系统按给定值的不同分为三类：定值调节系统，随动调节系统和程序调节系统。定值调节系统所谓定

30、值就是恒定给定值的简称。工艺生产中要求调节系统的被调参数保持在一个生产技术指标不变，这个技术指标就是给定值。 2随动调节系统（也称自动跟踪系统） 这类系统的特点是给定值不断地变化，并要求系统输出也跟着变化。例如串级调节回路中的副环就是随动调节系统。3程序调节系统（顺序调节系统）这类系统的给定值也是变的，但它是一个已知的时间函数，即生产技术指标需按一定的时间程序变化。（三）基本调节规律所谓调节器的特性，就是调节器的输入与输出的关系，即调节器接受了输入的偏差信号后，调节器的输出随输入变化的规律，即调节器的调节规律。调节器总是按照人们事先规定好的某种规律来动作的。在工业自动调节系统中最基本的调节规律

31、有：位式调节、比例调节、积分调节和微分调节四种。1双位调节双位调节是位式调节的最简单型式。双位调节的动作规律是当测量值大于给定值时，调节器的输出为最小。而当测量值小于给定值时，则输出为最大（也可以是相反的，即当测量值大于给定值时，输出为最大，当测量值小于给定值时，输出为最小）。因此，双位调节只有两个输出值，相应的调节机构也只有两个极限位置，不是开就是关（严格地说应该不是最大就是最小，没有中间位置）。 p开 e关比例调节（P）调节器输出的改变量与被调参数的偏差值成比例的调节规律，称为比例调节规律，常用表示。K 工业上所用的调节器，都是比例度（也称比例带）来表示比例调节作用的强弱。比例度可用下式来

32、表示：e/（xmaxxmin） = 100%P/（Pmax Pmin）式中：调节器输入变化量（即偏差）；P调节器输出的变化量；xmaxxmin仪表量程；Pmax Pmin调节器输出的工作范围。K调节器的放大倍数。 比例度就和放大倍数K互为倒数关系,即：1 = 100%K比例调节过程结束时，被调参数的新稳态值与给定值不再相等，它们之间的差距就叫余差。3积分调节（I）比例调节的结果不能使被调参数回复到给定值而存在余差，调节精度不高，所以，有时把比例调节比作“粗调”，这是比例调节的缺点。当对调节质量有更高要求时，必须在比例调节的基础上，再加上能消除余差的积分调节作用。积分调节作用（常用I表示）的输出

33、变化与输入偏差的积分成比例，或者说，积分输出的变化速度与输入偏差成比例，用数学形式表示为： P =Kiedt式中 e 输入偏差； P 调节器输出的变化量； Ki 积分速度。上式中可以看出，积分调节作用输出信号的大小不仅取决于偏差信号的大小，而且主要取决于偏差存在的时间长短。只要有偏差，尽管偏差可能很小，但它存在的时间越长，输出信号就越大。只要当偏差消除（即e = 0）时，输出信号才不再继续变化，执行机构才停止动作。也就是说，积分调节作用在最后达到稳定时，偏差是等于零的，这是积分调节的一个显著特点。4微分调节（D）对象滞后特别大时，可能调节时间较长、最大偏差也较大；或者负荷变化特别剧烈时，由于积

34、分作用的迟缓性质，使调节作用仍然不够及时，可增加微分作用。按被调参数变化的速度来操纵阀门的开度，就是微分调节规律。具有微分调节规律的调节器，其输出与偏差的关系可用下式表示：deP = TD dt 式中 TD 微分时间；de 输入偏差对时间的导数，即偏差e的变化速度； dt P 微分调节器输出的变化量。 5比例积分微分调节（PID） 比例微分调过程是存在余差的。为了消除余差，生产上常将比例、积分、微分三种作用规律结合起来，称为比例积分微分三作用调节器，或简称三作用调节器，习惯上常用PID表示。其输出与输入的关系可用下列数学式来表示：1de P = KC（e + edt + TD）Tidt (四)

35、气动薄膜调节阀根据所用的能源形式，执行器有气动、电动和液动三大类。气动执行器（习惯称为气动调节阀）结构简单、输出推力较大、动作可靠、维修方便、适用于防火、防爆场合，而且价格较低，因而广泛应用于化工、炼油生产中。气动执行器是以压缩空气为动力能源的一种自动执行器，它接受调节器送来的控制信号压力，去改变管道中被调介质（调节剂）的流量，使生产过程按预定的要求正常进行，实现生产过程自动化。气动执行器可以方便地与气动仪表配套使用。在工厂中，即使是采用电动仪表或计算机控制时，也仍采用气动执行器，此时，只要将电信号经电气转换器或电气阀门定位器转换成统一标准的0.21.0kgf/cm2气压信号，即可与气动执行器

36、配用。气动执行器由气动执行机构和调节机构两部分组成。气动执行机构调节机构执行机构是执行器的推动装置,它按控制信号压力的大小产生相应的输出力,推动调节机构动作。有弹簧气动薄膜执行机构按作用方式分为正作用和反作用两种。调节机构是气动执行器的调节部分。在执行机构推力的作用下，调节机构中的阀芯产生位移，改变阀芯与阀座间的流量面积，从而改变被调介质的流量，以克服干扰对系统的影响。1气动薄膜调节阀的结构气动薄膜调节阀由气动执行机构与调节阀两部分组成。执行机构采用气动薄膜（有弹簧）执行机构，按动作方式有正作用式和反作用式两种。当来自调节器或阀门定位器的信号压力增大时，推杆向下动作的叫正作用执行机构；当信号压

37、力增大时推杆向上动作的叫反作用执行机构。气源气源正作用执行机构 反作用执行机构 调节机构可看作一个节流式调节机构（又称调节阀），即局部阻力可变的节流元件。局部阻力主要由于阀芯和阀座所造成的流通面积的局部缩小。 调节阀结构有不同种类，如：直通双座、直通单座、角型、高压阀、隔膜阀、阀体分离阀、蝶阀、球阀、凸轮挠曲阀、笼式阀、三通阀、小流量阀和超高压阀等。 直通式调节阀有正作用式和反作用式两种。当阀体直立、阀芯正装时，阀芯向下位移而阀芯与阀座间流通截面减少的，称为正作用式。反之，称为反作用式。 正作用式调节阀 反作用式调节阀气动薄膜调节阀可分为气关（NO或FO）和气开（NC或FC）两种型式。有信号压

38、力时阀关、无信号压力时阀开的为气关式。反之，为气开式气关式：气源气源 正作用执行机构 + 正作用式调节阀 反作用执行机构 + 反作用式调节阀气开式： 气源气源 正作用执行机构 + 反作用式调节阀反作用执行机构 + 正作用式调节阀气关阀、气开阀的选择主要是从工艺生产安全、质量角度来考虑，当信号压力中断时，应避免损坏设备和伤害操作人员为原则。如此时阀门处于打开位置的危害性小，便应选用气关式气动执行器，反之则选用气开式。2阀门定位器阀门定位器是气动执行器的辅助装置，与气动执行机构配套使用。它可以使阀门位置按调节器送来的信号正确定位，使阀杆位移与送来的信号压力保持线性关系。定位器有正作用和反作用两种，

39、前者当输入信号增加时，输出压力也增加；后者当输入信号增加时，输出压力则减少。电气阀门定位器可用电动调节器输出的420mA直流信号去操作气动执行机构。一台电气阀门定位器具有电气转换器和气动阀门定位器的两个作用。（五）简单调节系统 简单调节系统是指由一个测量元件变送器，一个调节器，一个调节阀和一个对象构成的闭环调节系统。因此也称为单回路调节系统。 目前,工业上常用的调节器主要由P、I、D三种调节规律组合而成。调节器的选型应根据调节系统的特性和工艺要求。 比例调节器的特点是：调节器的输出与偏差成比例，阀门位置与偏差之间有对应关系。当负荷变化时，克服干扰能力强，过渡过程时间短，过渡终了存在余差。负荷变

40、化愈大，余差愈大。 它适用于调节通道滞后较小，负荷变化不大，工艺参数只要求在一个范围内变化的系统。如中间贮槽的液位、精馏塔塔釜液位，以及不太重要的蒸汽压力等。 比例积分调节器的特点是：积分作用使调节器的输出与偏差的积分成比例。积分作用使过渡过程结束时无余差，但稳定性降低。虽然加大比例度可以提高稳定性，但超调量和振荡周期都增大，回复时间也加长。 比例积分调节器适用于调节通道滞后较小，负荷变化不大，工艺参数不允许有余差的系统。例如流量、压力和要求严格的液位调节系统，都采用比例积分调节器。这是使用最多，应用最广的调节器。 比例积分微分调节器的特点是：微分作用使调节器的输出与偏差变化速度成比例。它对克

41、服容量滞后有显著效果。在比例的基础上加入微分作用则增加稳定性。再加上积分作用可以消除余差。对于滞后很小的对象，应避免引入微分作用，否则会导致系统的不稳定。 PID三作用调节器用于容量滞后较大的对象（如温度对象），负荷变化大的系统可获得满意的调节质量。 调节系统的过渡过程，与调节对象的特性、干扰形式和大小、调节方案的确定以及调节器参数的整定有密切关系。对象特性和干扰情况是受工艺操作和设备特性限制的。在确定调节方案时，只能尽量设计合理，并不能任意改变它。一旦方案确定之后，对象各通道的特性就已成定局。这时调节系统的调节质量只取决于调节器参数的整定了。所谓调节器参数的整定，就是求取最好的过渡过程中调节

42、器的比例度、积分时间Ti、微分时间TD具体数值的工作。 各类调节系统中调节器参数的经验数据表调节系统（%）Ti （分）TD（分）特 点温 度20603100.53比例度小，积分时间大，加微分作用流 量401000.11比例度大，积分时间小，必要时可加反微分压 力30700.43比例度略小，积分时间略大，不用微分作用液 位208015比例度小，积分时间大，要求不高时，可不加积分调节器分为正作用和反作用两种方式：当调节器的偏差ePVSP增大时输出也增加，则称为正作用；反之，称为反作用。调节阀液位变送器调节器 LC 上图是液位单回路调节系统。对象是贮槽，被调参数是贮槽液位，调节参数是通过调节阀的进料

43、量。根据工艺生产安全角度首先选用调节阀为气开式（FC），防止溢出。要控制贮槽液位，当液位升高时调节阀应关小，减小流量使液位保持在工艺指标内。因为此调节阀是气开式，要关小调节阀应把调节器的输出减小，因此调节器应选择反作用。即： 液位PV SP=e 调节器反作用 调节阀关小进料量减小液位方案位号调节器调节阀单回路LC反作用FC（六）复杂调节系统 复杂调节是相对简单而言的，它仍然是用常规仪表装置构成的调节系统。不过所采用的测量元件、变送器，调节器，计算器、执行器等自动化仪表装置数量较多，所构成的系统方块图比较复杂。复杂调节系统的名称不甚一致。根据系统的结构和所担负的任务来说，常见的复杂调节系统有：串

44、级、均匀、比值、分程、前馈、取代等系统。1.串级调节系统苯塔（AS102）塔底温度与再沸器（TT106）蒸汽量串级调节作为例子介绍AS |102TCFC4.2MPa蒸汽TT106AS103 f2f1苯塔调节阀TC调节器FC调节器再沸器SP1 e1SP2 e2 +-PV1-PV2FT流量测量变送器(FT)温度测量变送器(TE) 凡用两个调节器串接工作，主调节器的输出作为副调节器的给定值，由副调节器操纵阀门动作，这样的结构系统称为串级调节系统。将上图中有关名词和术语介绍如下。主参数是工艺控制指标，在串级系统中起主导作用的被调参数，如图中的塔底温度；副参数为了稳定主参数，或因某种需要而引入的辅助参数

45、，如图中的蒸汽流量；主对象为主参数表征其特征的生产设备，如图中的苯塔塔釜；副对象为副参数表征其特性的生产设备，如图中的进再沸器的蒸汽管段；主调节器按主参数与工艺规定值（给定值）的偏差工作，其输出作为副调节器的给定值，在系统中起主导作用者，如图中的温度调节器；副调节器按副参数与由主调节器输出来的（外）给定值的偏差工作，其输出直接操纵执行器动作者，如图中的流量调节器；主回路是由主测量、变送，主、副调节器，执行器和主、副对象构成的外回路，亦称外环或主环；副回路是由副测量、变送，副调节器，执行器和副对象所构成的内回路，亦称内环或副环。根据专用名词可画出串级调节系统标准形式的方块图。f2f1主对象调节阀

46、主调节器副调节器副对象SP1 e1SP2 e2 +-PV1-PV2副主副测量变送器主测量变送器主、副调节器的正、反作用选择：先根据工艺生产安全、质量选择调节阀型式，然后根据调节参数与被调参数之间关系从副环的输出到输入，自副环向主环反推，先确定副调节器的作用方式，后确定主调节器的作用方式。上例中调节阀选气开式（FC），是为了异常时关掉蒸汽；副环中当蒸汽流量增大时应关小调节阀所以副调节器选反作用，主环中当温度升高时应关小蒸汽调节阀，而主环的输出是副环的外给定，因此主调节器选反作用。SP1主调节器 (反)(PV1-SP1)=e1PV1SP2副调节器 (反)气开阀 开 (PV2-SP2)=e2 关 P

47、V2方案回路位号调节器调节阀串级调节主环TC反作用副环FC反作用FC 2均匀调节系统 为了解决前后工序供求矛盾，达到前后兼顾协调操作，使（前一工序的）液位和（下一工序进料）流量均匀变化。为此组成的系统叫做均匀调节系统。均匀调节系统不同于定值调节，其过渡过程品质指标也不同，只要两参数在某一范围内作缓慢变化，维持前后工序正常进行，就算调节质量高。但必须说明一点，过程品质视工艺要求而定。如果工艺要求下一工序进料流量稳定是主要指标，则将进料流量尽量调得平稳些，允许液位稍有波动；反之亦然。所以，两参数并不存在绝对平均的意思。可按工艺要求分别主、次，但不能成为任一参数的定值调节。在均匀调节系统中，一般选用纯比例作用调节器。12LC 3比值调节系统 在化工生产过程中，经常需要几种物料按一定比例参加化学反应。凡使两个以上参数（流量）保持规定比值关系的调节系统，称为比值调节系统。通常是对流量之间的比值调节，对象就是两个流量管道。进入氧化进料罐（211F）的20%碱和冷凝水比值调节