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化工儀表必備的自動(dòng)化知識(shí)

第一話題：儀表常用的基本概念

一、測(cè)量、測(cè)量誤差、直接測(cè)量和間接測(cè)量。

１．什么是測(cè)量誤差？    答：測(cè)量值與真實(shí)值之間的差值，叫測(cè)量誤差.２．什么是直接測(cè)量和間接測(cè)量？答：直接測(cè)量是指被測(cè)參數(shù)直接以一定的標(biāo)準(zhǔn)量比較出來。間接測(cè)量是將直接測(cè)量到的數(shù)據(jù)代入一定的公式，計(jì)算出所要求的被測(cè)參數(shù)值。３．什么是測(cè)量？答：是將被測(cè)參數(shù)信號(hào)形式進(jìn)行轉(zhuǎn)換和傳送，并將其與相應(yīng)測(cè)量單位進(jìn)行比較的過程，叫測(cè)量。

二、儀表誤差、變差、靈敏度和靈敏限。

1、什么是儀表的允許誤差，儀表的精度及精度等級(jí)？

答：允許誤差指儀表在規(guī)定的正常情況下允許的百分比誤差的最大值。儀表的精度指允許誤差去掉百分號(hào)（％）后的值。精度等級(jí)是國家統(tǒng)一規(guī)定，劃分的一系列標(biāo)準(zhǔn)百分比的值。２、什么是儀表的變差？

答：指在外界條件不變的情況下，使用同一儀表對(duì)某一參數(shù)進(jìn)行正反行程測(cè)量時(shí)，二者之間的差值。

３、什么是儀表的靈敏度和靈敏限？

答：靈敏度是用來表達(dá)測(cè)量?jī)x表對(duì)被測(cè)參數(shù)變化的靈敏程度。靈敏度由儀表測(cè)量指示值的變化量和引起此變化的被測(cè)參數(shù)的變化量之比表示。

靈敏限是指引起儀表指示值發(fā)生可見變化的被測(cè)參數(shù)的最小變化量。

４、什么是測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)誤差？

答：是指測(cè)量系統(tǒng)中被測(cè)參數(shù)信息處于變動(dòng)狀態(tài)下儀表指示值與被測(cè)參數(shù)實(shí)際值之間的差異。

三、壓力、工程大氣壓、物理大氣壓、表壓力、絕對(duì)壓力。

1、什么是壓力？    

答：壓力是垂直而均勻地作用在單位面積上的力

２、什么是工程大氣壓？

答：工程大氣壓是工業(yè)上常用的單位，即１ＫＧ垂直而均勻地作用在１平方厘米的面積上所產(chǎn)生的壓力，以kgf/cm2    表示。

３、什么是物理大氣壓？

答：物理大氣壓等于水銀密度為１３．５９５１克／米３，和重力加速度為９８０．６６５厘米/秒²時(shí)，高度為７６０ｍｍ的汞柱作用在底面上所產(chǎn)生的力。

四、壓電效應(yīng)、壓磁效應(yīng)、壓電阻效應(yīng)。

１、什么是壓電效應(yīng)？當(dāng)某些晶體受壓發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，在其相對(duì)的兩個(gè)面上產(chǎn)異性電荷，這種沒有外電場(chǎng)存在，由于變形而引起的電現(xiàn)象叫壓電效應(yīng)。

2、什么是壓磁效應(yīng)？當(dāng)鐵磁物質(zhì)受壓后，不僅材料內(nèi)部的機(jī)械應(yīng)力隨壓力變化，而且材料的導(dǎo)磁系數(shù)也隨之發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱壓磁效應(yīng)。

３、什么是壓電阻效應(yīng)？當(dāng)半導(dǎo)體晶體受壓時(shí)，會(huì)暫時(shí)改變晶體結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，從而改變了半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)，表現(xiàn)為其電阻率的變化，這一效應(yīng)稱壓電阻效應(yīng)。

五、模擬顯示儀表、數(shù)字顯示儀表、圖像顯示儀表。

1、模擬顯示儀表：是以指針（記錄筆）的偏轉(zhuǎn)角或位移量來模擬顯示被測(cè)參數(shù)的連續(xù)變化，他的缺點(diǎn)是傳動(dòng)機(jī)構(gòu)多，精度低，速度慢。

模擬顯示儀表有：動(dòng)圈顯示儀表、自協(xié)平衡式顯示儀表、自動(dòng)平衡式顯示儀表。

2、數(shù)字顯示儀表：直接從數(shù)字形式顯示出被測(cè)參數(shù)值，精度高，速度快。

3、圖像顯示儀表：用屏幕的方法直接用圖形、字符、曲線以及數(shù)字等方式進(jìn)行顯示。

第二單元、常用儀表的測(cè)量工作原理及操作

一、熱電阻測(cè)量原理及操作。

原理：利用熱敏電阻在一定溫度范圍內(nèi)，電阻值與溫度值存在線性關(guān)系的測(cè)溫原理。常見的熱電阻有：鉑電阻、銅電阻、錳電阻、碳電阻。操作：熱電阻在測(cè)量傳送電阻信號(hào)時(shí)，采用的三線制，這是為了在傳送時(shí)，減少因?qū)Ь€的阻值而引起的測(cè)量誤差。在檢查其阻值時(shí)，要注意哪兩根線為公用線。二、熱偶測(cè)量原理及操作。
原理：兩塊不同的金屬一頭連接在一起，另兩頭之間就有電勢(shì)差并且在一定的范圍內(nèi)其電勢(shì)差與溫度存在線性關(guān)系。操作：采用兩線制，檢查時(shí)，檢測(cè)其阻值應(yīng)很小。三、壓力變送器測(cè)量原理及操作。原理：薄膜金屬應(yīng)變測(cè)量元件。操作：在連線時(shí)，注意接線的正負(fù)極。在使用時(shí)應(yīng)緩慢地打開手閥，避免對(duì)膜盒的瞬間沖擊，檢查儀表接口有無泄露，以免引起測(cè)量誤差。在拆下時(shí)，應(yīng)先關(guān)閉手閥，在確定手閥已關(guān)閉的情況下，緩慢地卸表，邊卸邊晃動(dòng)變送器，以便放出剩余氣體。四、差壓式液位計(jì)的工作原理。
原理：充硅油的測(cè)量盒的膜片經(jīng)兩個(gè)偶合管腳聯(lián)合，差壓經(jīng)操作棒造成一種引起扭曲桿變形的力，扭曲桿被放在薄膜式應(yīng)變電阻被排列成為一惠斯登電橋以將壓差轉(zhuǎn)換為一均衡的電壓信號(hào)。電子放大器將測(cè)量室的信號(hào)轉(zhuǎn)換為二線制4--20mA DC輸出信號(hào)并且可提供惠斯登電橋。操作：在連線時(shí)，注意接線的正負(fù)極。在使用時(shí)，應(yīng)先打開變送器的平衡閥，關(guān)閉高低壓室的手閥，打開高低壓室引壓管線上的手閥，緩慢地打開高低壓室的手閥，然后關(guān)閉平衡手閥即可。
第三單元、自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念
一、調(diào)節(jié)對(duì)象、被調(diào)參數(shù)、調(diào)節(jié)參數(shù)、調(diào)節(jié)通道。1．什么是調(diào)節(jié)對(duì)象？ 答：在生產(chǎn)過程中被控制的設(shè)備或機(jī)器。2．什么是被調(diào)參數(shù)？答：指調(diào)節(jié)對(duì)象中的應(yīng)保持在預(yù)定化幅度內(nèi)并把它進(jìn)行調(diào)節(jié)的參數(shù)。3．什么是調(diào)節(jié)參數(shù)？  答：指作用于調(diào)節(jié)對(duì)象并使被調(diào)參數(shù)趨于穩(wěn)定的參數(shù)。4．什么是干擾？      答：是指破壞系統(tǒng)平衡狀態(tài)而引起被調(diào)參數(shù)變化的外界因素。5．什么是干擾通道？答：是由干擾產(chǎn)生點(diǎn)到被調(diào)參數(shù)之間的所有環(huán)節(jié)稱為干擾通道。
二、調(diào)節(jié)規(guī)律、變送器、調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器。1、什么是調(diào)節(jié)規(guī)律？
答：指調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之間隨時(shí)間變化的規(guī)律。在研究調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律時(shí)，將調(diào)節(jié)器從系統(tǒng)中斷開，單獨(dú)研究調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的關(guān)系。在分析調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律時(shí)，通常在調(diào)節(jié)器的輸入端加入一個(gè)階躍信號(hào)，即突然出現(xiàn)某一偏偏差時(shí)，輸出信號(hào)隨階躍輸入信號(hào)的變化規(guī)律。調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律實(shí)際上表征調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)特性，可以用傳遞函數(shù)的形式來描述。調(diào)節(jié)器的基本調(diào)節(jié)規(guī)律是比例（P）、積分（I）、微分（D）及其組合。2、什么是變送器？答：變送器在自動(dòng)檢測(cè)和調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的作用，是將各種工藝參數(shù)，如壓力、差壓、溫度、流量、液位、成分等物理量變換成相應(yīng)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，再傳送到指示記錄儀、運(yùn)算器和調(diào)節(jié)器，供指示、記錄、調(diào)節(jié)。按照被測(cè)參數(shù)分類，變送器主要有：差壓變送器、壓力變送器、溫度變送器、流量變送器等。構(gòu)成：通常由輸入轉(zhuǎn)換部分、放大器和反饋部分組成。輸入轉(zhuǎn)換部分包括敏感元件，他的作用是感測(cè)被測(cè)參數(shù)，并把被測(cè)參數(shù)轉(zhuǎn)換成某一中間模擬量。中間量可以是電壓、電流、位移和作用力等物理量。反饋部分把變送器的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成反饋信號(hào)。放大器把中間模擬量和反饋量的差值放大，并轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào)。3、什么是調(diào)節(jié)器？答：調(diào)節(jié)器通常是對(duì)輸入信號(hào)與給定信號(hào)之偏差進(jìn)行PID運(yùn)算，并把運(yùn)算結(jié)果以統(tǒng)一信號(hào)送到執(zhí)行器，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)器必須有檢測(cè)偏差和進(jìn)行PID運(yùn)算的兩個(gè)關(guān)鍵部分。偏差檢測(cè)電路一般稱為輸入電路。偏差信號(hào)通常采用電壓形式，所以輸入信號(hào)和給定信號(hào)在輸入電路內(nèi)都以電壓形式進(jìn)行比較。如果輸入信號(hào)是電流，必須通過一個(gè)精密電阻轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓。輸入電路同時(shí)還必須具備內(nèi)外給定電路的切換開關(guān)，正-反作用切換開關(guān)和偏差指示等部分。PID運(yùn)算電路是調(diào)節(jié)器產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用的關(guān)鍵部分，它包括放大器和PID反饋電路兩部分。4、什么是執(zhí)行器？答：執(zhí)行器在自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的作用是接受來自調(diào)節(jié)單元的控制信號(hào)，使調(diào)節(jié)閥的開度產(chǎn)生相應(yīng)的變化。從而達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的。
三、反饋、正反饋、負(fù)反饋。1、反 饋：指把系統(tǒng)的輸出信號(hào)以一定的方式又引回到輸入端；2、正反饋：指加入的反饋信號(hào)使系統(tǒng)的輸入信號(hào)增加的反饋；3、負(fù)反饋：指加入的反饋信號(hào)使系統(tǒng)的輸入信號(hào)減少的反饋。
四、自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成。答：自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)由調(diào)節(jié)對(duì)象，調(diào)節(jié)閥，測(cè)量變送，調(diào)節(jié)器四部分組成。
五、比例、積分、微分。1、比例調(diào)節(jié)規(guī)律（P）：是指其輸出信號(hào)與偏差量之間成比例關(guān)系。比例調(diào)節(jié)特性的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)速度快，調(diào)節(jié)作用能立即見效，即當(dāng)有偏差信號(hào)輸入時(shí)，調(diào)節(jié)器的輸出立即與偏差成比例的變化。輸入的偏差信號(hào)越大，輸出的調(diào)節(jié)作用也越強(qiáng)，這就是比例調(diào)節(jié)器的一個(gè)顯著特點(diǎn)。2、積分調(diào)節(jié)規(guī)律（I）：其輸出信號(hào)與偏差信號(hào)的積分成正比。當(dāng)偏差存在時(shí)，積分調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)將隨時(shí)間不斷增長(zhǎng)或減小，只有當(dāng)輸入偏差等于零時(shí)，輸出信號(hào)才停止變化，而穩(wěn)定在某一數(shù)值上。調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)變化的快慢與輸入偏差的大小和積分速度成正比，調(diào)節(jié)器的輸出變化方向由偏差的正負(fù)決定。3、微分調(diào)節(jié)規(guī)律（D）：是指其輸出信號(hào)與偏差信號(hào)的變化速度成正比。這種調(diào)節(jié)器使用在系統(tǒng)中，即使偏差很小，但只要出現(xiàn)變化趨勢(shì)，即可馬上進(jìn)行調(diào)節(jié)。故有“超前”調(diào)節(jié)之稱。但他的輸出只能反映偏差信號(hào)的變化速度，不能反映偏差的大小，調(diào)節(jié)結(jié)果也不能消除偏差，所以不能單獨(dú)使用這種調(diào)節(jié)器。他必須常與比例或積分調(diào)節(jié)規(guī)律組合構(gòu)成PD或PID調(diào)節(jié)器