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1、测试仪表讲座你现在浏览的是第一页，共57页章节内容1仪表控制系统的组成及基本概念2工业仪表的种类及工作原理检测仪表变送器与调节器执行器3数字仪表及计算机控制你现在浏览的是第二页，共57页1仪表控制系统的组成及基本概念检测、测量、计量检测、测量、计量 Measurement,Measure,Meter，Scale仪器、仪表仪器、仪表 Instrument,Instrumentation传感器传感器 Sensor,Transducer变送器、调节器、执行器变送器、调节器、执行器 Transmitter,Regulator,Actuator,测试、测控测试、测控 Instrument and Con
2、trol感知、遥感感知、遥感 Detection，Remote Sensing名词术语名词术语你现在浏览的是第三页，共57页检测与控制系统的组成仪表与控制装置系统界面传感器人机界面检测控制对象操作人员其他系统的仪器装置执行器你现在浏览的是第四页，共57页例：加热炉温度控制系统你现在浏览的是第五页，共57页对检测系统基本要求准确性和精密性准确性和精密性稳稳定性定性高灵敏度高灵敏度高分辨率高分辨率你现在浏览的是第六页，共57页基本概念仪表的输入输出特性测量范围、上下限、量程零点迁移、量程迁移滞环、死去和回差测量精度等级重复性和再现性你现在浏览的是第七页，共57页零点迁移和量程迁移输入(被测量)输出
3、0100%100%零点迁移量程迁移你现在浏览的是第八页，共57页如何利用零点迁移和量程迁移时间t0输出(V)51015你现在浏览的是第九页，共57页滞环、死区和回差输入输出0下降曲线上升曲线重复性和再现性（随机性）（稳定性）你现在浏览的是第十页，共57页测量精度等级输入(被测量)输出0标准输入输出特性曲线实际上升校验曲线实际下降校验曲线误差上限误差下限精度等级0.5级：基本误差不超过量程的0.5%基本误差限你现在浏览的是第十一页，共57页重复性和再现性（随机性）（稳定性）输入输出0重复性再现性你现在浏览的是第十二页，共57页常用仪表的分类及特点可分为电动，气动，液动和机械式等。工业上普遍使用电
4、动和气动控制仪表。电动控制控制仪表表 气气动控制控制仪表表 能源 电源（220VAC）（24V DC）气源（140 kPa）传输信号 电信号（电流、电压或脉冲）气压信号 构成 电子元器件（电阻、电容、电子放大器、集成电路等）气动元件（气阻、气容、气动放大器等）接线 导线，印刷电路板 导管，管路板 你现在浏览的是第十三页，共57页单元元组合式合式控制控制仪表表 它们都经历了型，型和型的三个阶段。（信号制不同）电动单元组合仪表中还有模拟和数字技术相结合的DDZ-S型系列仪表。单单元元组组合合仪仪表表可可分分为为变变送送单单元元，执执行行单单元元，调调节节单单元元，转转换换单单元元，运运算单元，显示
5、单元，给定单元和辅助单元等八类。算单元，显示单元，给定单元和辅助单元等八类。各个仪表之间用用统统一一的的标标准准信信号号进进行行联联系系，将将各各种种独独立立仪仪表表进进行行不不同同的的组组合合，可以构成适用于各种不同场合的自动检测或控制系统。这类仪表有电动单元组合仪表（DDZ）和气动单元组合仪表（QDZ）两大类。你现在浏览的是第十四页，共57页集散型控制系集散型控制系统(DCS(DCS系系统)DCS系统是一种以微型计算机为核心的计算机控制装置。其基本特点是分散控制分散控制、集中管理集中管理。DCS系统通常由控制站（下位机）、操作站（上位机）和过程通讯网络三部分组成：控制站完成数据采集、处理及
6、控制的作用；操作站完成生产过程信息的集中显示、操作和管理等作用；过程通讯网络用于实现操作站与控制站的连接，完成信息、控制命令等传输。DCS系统可以实现单元组合仪表中变送和执行单元之外所有的功能，但DCS的功能是单元组合仪表无法比拟。你现在浏览的是第十五页，共57页现场总线控制系控制系统(FCS(FCS系系统)FCS系统是基于现场总线技术的一种新型计算机控制装置。其特点是现现场场控控制制和双双向向数数字字通通讯讯，即将传统上集中于控制室的控制功能分散到现场设备中，实现现场控制，而现场设备与控制室内的仪表或装置之间为双向数字通讯。现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构
7、的通信网络。其中现场设备是指系统最底层的监测、执行和计算设备，如智能化的变送器、执行器或控制器等。FCS系统具有全数字化、全分散式、可互操作、开放式以及现场设备状态可控等优点。FCS系统中还可能出现以以太网技术和以无线通信技术为基础的计算机控制系统。你现在浏览的是第十六页，共57页2传感器及检测的种类分类按检测参量:如温度、压力、流量、位移等 （电工量、热工量、机械量、物性和成分量、光学量、状态量）按传感原理或反应效应:光电，压电，热阻等按传感器材料:导电体、半导体、有机、无机材料、生物材料等按应用领域:化工、电力、建筑、交通、科学计量等按输出信号形式:如模拟量和数字量等。按能量供给方式:能量
8、变换型、能量控制型等你现在浏览的是第十七页，共57页指纹输入的传感原理-1/电容量图像传感器CCD/CMOS指甲手指透镜棱镜光源LED多电极板（1）棱镜光学法经过空气层反射和在隆线与镜面交界处的直接反射不同（2）电容法到达电极板的距离不同静电容量不同你现在浏览的是第十八页，共57页指纹输入的传感原理-2图像传感器CCD/CMOS指甲手指光源LED（4）电场方法到达真皮距离不同造成电场强度分布不同（5）感热方法隆线皮肤体温与谷部空气温度的差（6）感压方法凹凸压力分布（3）扩散光光学法观测通过手指内的光线，谷线处由于光扩散而变暗你现在浏览的是第十九页，共57页温度测量(1)、接触式测温接触式测温：
9、测温元件直接与被测介质接触，使被测介质与温度敏感元件进行充分热交换，达到热平衡，而完成的温度测量。膨胀式温度计膨胀式温度计：利用物体受热后体积膨胀的原理。固体膨胀式：杆式温度计、双金属温度计液体膨胀式：玻璃管水银温度计（常用）100600气体膨胀式：压力式温度计压力式温度计压力式温度计：利用气体在固定容积中随温度升高，其压力增大的原理。有：气体压力温度计、饱和蒸汽压力温度计热电偶热电偶：利用热电效应热电效应，电偶二端的热电动势与温度有关的原理。常用有：铂铑10铂、镍铬镍硅、铜康铜等。热电阻热电阻：利用导体或半导体的电阻值随温度变化电阻值随温度变化的原理。常用的有：Cu50、Cu100、Pt10
10、、Pt100、热敏电阻你现在浏览的是第二十页，共57页(2)、非接触式测温：非接触式测温：测温仪表的敏感元件不直接与被测对象接触，而是通过辐射和对流来实现热交换，以达到测温的目的。辐射式温度计辐射式温度计：根据全光谱辐射能量（或部分光谱能量）大小来测温，能量的大小与温度有关。有：全辐射温度计、部分光谱辐射温度计亮度温度计亮度温度计：根据物体辐射的单色亮度与温度的关系来测温。有：光学高温计、光电亮度高温计比色温度计比色温度计：根据两个波长的亮度比值随温度变化的原理测温。你现在浏览的是第二十一页，共57页插入式热电偶插入式热电偶，热电阻热电阻你现在浏览的是第二十二页，共57页毛细管温度计毛细管温度
11、计手持式红外温度计手持式红外温度计你现在浏览的是第二十三页，共57页压力检测1、液体、液体压力平衡法力平衡法：液柱压力计液柱压力计 活塞式压力活塞式压力计计2、弹性力平衡法性力平衡法：常用的弹性元件：膜片、波纹管、弹簧管常用的弹性元件：膜片、波纹管、弹簧管3、电测法法：电阻、电容、电感式压力计，电阻、电容、电感式压力计，霍尔式压力计，应变式压力计，压电式压力计霍尔式压力计，应变式压力计，压电式压力计你现在浏览的是第二十四页，共57页普通压力表适用于测量无爆炸危险、不结晶、不凝固及对钢、铜合金不起腐蚀作用的液体、蒸汽和气体等介质的压力。你现在浏览的是第二十五页，共57页精密压力表主要用来校验工业
12、用普通压力表也可用于精密测量对铜合金和合金结构钢等无腐蚀性、非结晶、非凝固的各种介质的压力。精密压力表精密压力表 你现在浏览的是第二十六页，共57页量程：0-40mbar至0-40bar连接：G1/2外螺纹,钢,不锈钢外壳材质：不锈钢表盘直径：100,160mm精度等级：1.6;2.5可选功能：开关,充硅油膜片式压力表膜片式压力表数字压力表数字压力表你现在浏览的是第二十七页，共57页量程：0-0.6bar至0-25bar连接：G1/2AG,黄铜,不锈钢外壳材质：钢,不锈钢表盘直径：100,160mm精度等级：1.6可选功能：充硅油差压表差压表你现在浏览的是第二十八页，共57页弯管过程连接件单向
13、或双向截止阀压力缓冲器适配件压力表用附件压力表用附件你现在浏览的是第二十九页，共57页流量检测计量表计量表（测流量总量）：容积式计量表：椭园齿轮流量计椭园齿轮流量计腰轮流量计，腰轮流量计，活活塞式流量计塞式流量计速度式计量表：垂直叶轮式水表垂直叶轮式水表涡轮式流量表涡轮式流量表流量表流量表（测瞬时流量）：差压式流量计，靶式流量计，转子流量计，涡轮式流量表，电磁流量计，超声波流量计，皮托管式流量计，卡门漩涡式流量计你现在浏览的是第三十页，共57页量程：0.1-2l/min.1.6-40l/min.液体连接：G1/4.G3/4内螺纹材质：POM,铝最大压力：10(40)bar最大温度：80C精度：
14、2.5%测量值粘度范围：10-800mm/s脉冲输出椭圆齿轮式流量计椭圆齿轮式流量计你现在浏览的是第三十一页，共57页小流量转子流量计小流量转子流量计金属转子流量计金属转子流量计量程：0.25-1.5.10-80l/h水20-80Nl/h.0.5-2.5Nm/h空气连接：1/8NPT内螺纹材质：聚砜/黄铜,聚砜/不锈钢最大压力：6bar最大温度：60C(聚碳酸脂);120C(聚砜)精度：6%FS可选功能：调节阀你现在浏览的是第三十二页，共57页差压流量计差压流量计测量/开关范围：3-27.300-2300l/min.水6-42.500-2800Nm/h空气连接：G1/2.G3,1/2NPT.3
15、NPT材质：铝-青铜,不锈钢最大压力：PN40最大温度：100C精度：3%FS机械式指针,模拟输出,数字显示,开关你现在浏览的是第三十三页，共57页电磁流量计电磁流量计 流量积算仪流量积算仪量程：0.06-1.8l/min.80-2400m/h液体连接：G3/8.G1/2,法兰DN10.DN300管道材料：PTFE,PFA,Polyurethan最大压力：PN40bar最大温度：180C精度：0.5%测量值输出:脉冲/模拟输出,状态显示,累积你现在浏览的是第三十四页，共57页旋叶式流量计旋叶式流量计量程：量程：0.5-12 l/min.10-140 l/min.水水连接：连接：G 1/8.G
16、1,1/8 NPT.1 NPT 材质：材质：铝铝/青铜青铜,不锈钢不锈钢,聚丙烯聚丙烯最大压力：最大压力：40 bar最大温度：最大温度：80 C精度：精度：3%FS脉冲输出脉冲输出,模拟输出模拟输出,开关开关,数字数字/指针显示指针显示 你现在浏览的是第三十五页，共57页变送器（Transmitter）变送器在自动检测和变送器在自动检测和控制控制系统中的作用，系统中的作用，是将各种工艺参数，如温度、压力、流量、液是将各种工艺参数，如温度、压力、流量、液位、成分等物理量转换成统一的标准信号，以位、成分等物理量转换成统一的标准信号，以供显示、记录或控制之用供显示、记录或控制之用 分分类：差差压变
17、送器、送器、压力力变送送器、温度器、温度变送器、液位送器、液位变送器和送器和流量流量变送器等。送器等。理想理想传输特性：特性：你现在浏览的是第三十六页，共57页SBW系列系列 温度温度变送器送器输入：热电偶K型、E型、B型、S型、T型、J型、N型热电阻Pt100Cu100Cu50(三线制或四线制)输出：在量程范围内输出4-20mA直流信号，与热电偶输入的毫伏信号成线性；与热电阻的输入电阻信号成线性。或与温度信号成线性。你现在浏览的是第三十七页，共57页3151压力变送器3151压力变送器用于测量液体、气体和蒸汽的压力，然后将其转换成然后将其转换成420mADC的电流信号输出。HART275手操
18、器相互通讯，通过它进行设定、监控等。主要技术参数1)工作电压：24VDC；2)精度登记：0.0750.2%FS；3)输出阻抗：100M；4)使用对象：液体、气体和蒸汽；5)精度等级：0.5级6)测量范围：见表1；7)供电电压：24VDC；8)输出信号：420mADC你现在浏览的是第三十八页，共57页控制器的功能控制器的功能(1)偏差显示(2)输出显示(3)提供内给定信号及内、外给定的选择(4)正、反作用的选择(5)手动操作与手动/自动双向切换 (6)附加功能：抗积分饱和、输出限幅、输入报警、偏差报警、软手动抗漂移、停电对策和零启动等.控制器的作用是对测量信号与给定值相比较所产生的偏差进行控制器
19、的作用是对测量信号与给定值相比较所产生的偏差进行PID运算，运算，并输出控制信号至执行器并输出控制信号至执行器 模拟控制器模拟控制器(Analog Controllers)DDZ型型调节器：全刻度指示器：全刻度指示调节器和偏差指示器和偏差指示调节器器你现在浏览的是第三十九页，共57页执行器由执行机构和调节机构两个部分构成辅助装置：阀门定位器利用负反馈原理改善执行器的性能手操机构用于人工直接操作执行器 执行器的构成执行器的构成你现在浏览的是第四十页，共57页气动调节阀采用气动执行机构：输出直线位移l直行程式调节机构直行程式调节机构 长行程式输出角位移角行程式调节机构角行程式调节机构 薄膜式活塞式
20、(PneumaticActuator)你现在浏览的是第四十一页，共57页电动调节阀采用电动执行机构：输出直线位移l直行程式调节机构直行程式调节机构 输出角位移角行程式调节机构角行程式调节机构 直行程式直行程式角行程式角行程式(ElectricalActuator)你现在浏览的是第四十二页，共57页ZKZ 直行程直行程电动执行机构行机构ZKZ型电动执行机构可与型仪表配套使用，也可与组装仪表，TA仪表配用，它以电源为动力，接受统一的标准信号d.c.420mA，将此转变成与输入信号相对应的出轴直线位移，你现在浏览的是第四十三页，共57页ZKJ 角行程角行程电动执行机构行机构你现在浏览的是第四十四页，
21、共57页气动薄膜单座调节阀气动薄膜单座调节阀你现在浏览的是第四十五页，共57页进进料料口口出出料料口口H玻璃管液位计玻璃管液位计人工控制人工控制人工控制人工控制 进进料料口口执执行行器器变变送送器器调调节节器器常规仪表控制常规仪表控制常规仪表控制常规仪表控制人工控制与常规仪表控制人工控制与常规仪表控制你现在浏览的是第四十六页，共57页单回路控制系统方块图单回路控制系统方块图单回路控制系统方块图单回路控制系统方块图四个基本环节：被控对象、检测仪表、控制器、执行器四个基本环节：被控对象、检测仪表、控制器、执行器四个基本环节：被控对象、检测仪表、控制器、执行器四个基本环节：被控对象、检测仪表、控制器
22、、执行器（显示仪表根据需要可选）（显示仪表根据需要可选）（显示仪表根据需要可选）（显示仪表根据需要可选）通常安装通常安装于控制室于控制室通常安装通常安装于于 现场现场控制器(调节器)被控对象测量变送装置（检测仪表）+SP执行器显示仪表阀门：调节阀、电磁阀、气动蝶阀阀门：调节阀、电磁阀、气动蝶阀泵：开关泵、变频泵泵：开关泵、变频泵温度（压力、液位、流量）变送器、在线成分分析仪温度（压力、液位、流量）变送器、在线成分分析仪温度（压力、液位、流量）变送器、在线成分分析仪温度（压力、液位、流量）变送器、在线成分分析仪 (通常通常通常通常输出：输出：输出：输出：420mA420mA、1 15V5V等标准
23、信号）等标准信号）等标准信号）等标准信号）液位开关、料位开关、接近开关液位开关、料位开关、接近开关液位开关、料位开关、接近开关液位开关、料位开关、接近开关 (通常输出通常输出通常输出通常输出on/offon/off信号信号信号信号)传感器（传感器（传感器（传感器（Pt100Pt100、热电偶、热电偶、热电偶、热电偶）你现在浏览的是第四十七页，共57页现场仪表：主要指安装在工业现场的各种现场仪表：主要指安装在工业现场的各种变送器变送器、执执行器行器及其他及其他测量仪表测量仪表。变送器选型变送器选型：量程、安装方式、材质（耐压、防腐）、防爆：量程、安装方式、材质（耐压、防腐）、防爆执行器选型执行器
24、选型：口径、流量特性、安装方式、材质（耐压）：口径、流量特性、安装方式、材质（耐压）使用使用：零点调整、量程调整、零点迁移以及其它日常维：零点调整、量程调整、零点迁移以及其它日常维护和维修等护和维修等控制室仪表：主要指安装在控制室内的各种控制室仪表：主要指安装在控制室内的各种控制器控制器（调节器）（调节器）、显示仪表等。、显示仪表等。你现在浏览的是第四十八页，共57页进进料料口口执执行行器器变变送送器器调调调调节节节节器器器器 进进料料口口执执行行器器变变送送器器控控控控制制制制站站站站控制站：数字调节器、控制站：数字调节器、IPC、PLC（可以广义地理解为带有（可以广义地理解为带有CPU的各
25、种控制设备）的各种控制设备）3数字仪表及计算机控制你现在浏览的是第四十九页，共57页进进料料口口执执行行器器变变送送器器控控制制站站AIAI、DIDIAOAO、DODO控制站A/D（AI）：模）：模/数转换（模拟量输入）数转换（模拟量输入）DI ：开关量输入（数字量输入）：开关量输入（数字量输入）D/A（AO）：数）：数/模转换（模拟量输出）模转换（模拟量输出）DO ：开关量输出（数字量输出）：开关量输出（数字量输出）你现在浏览的是第五十页，共57页调节器调节器被控对象被控对象测量变送装置测量变送装置+SP执行器执行器4 420mA20mA4 420mA20mA控制器被控对象测量变送装置+SP
26、执行器4 420mA20mA4 420mA20mAD/AA/D数字信号数字信号例如例如 420mA 信号经信号经12位位A/D转换以后的结果为转换以后的结果为040954 mA输入输入0000 0000 000020mA输入输入1111 1111 111112mA输入输入？计算机控制的信号传递计算机控制的信号传递典型单回路控制系统方块图典型单回路控制系统方块图你现在浏览的是第五十一页，共57页数字式控制器的硬件数字式控制器的硬件电路路你现在浏览的是第五十二页，共57页数字式控制器的数字式控制器的软件件系统程序系统程序是控制器软件的主体部分，通常由监控程序和功是控制器软件的主体部分，通常由监控程
27、序和功能模块两部分组成能模块两部分组成。用户程序用户程序是用户根据控制系统要求，在系统程序中选择是用户根据控制系统要求，在系统程序中选择所需要的功能模块，并将它们按一定的规则连接起来所需要的功能模块，并将它们按一定的规则连接起来的结果，其作用是使控制器完成预定的控制与运算功的结果，其作用是使控制器完成预定的控制与运算功能。使用者编制程序实际上是完成功能模块的连接，能。使用者编制程序实际上是完成功能模块的连接，也即组态工作也即组态工作。软件分为软件分为系统程序系统程序和和用户程序用户程序两大部分两大部分你现在浏览的是第五十三页，共57页1151数字式差数字式差压变送器送器你现在浏览的是第五十四页，共57页TT302温度温度变送器的硬件构成送器的硬件构成你现在浏览的是第五十五页，共57页结束语工业自动化控制仪表主要包括变送器、调节器、调节阀等设备。重点发展基于现场总线技术的主控系统装置及智能化仪表、特种和专用的自动化仪表。面向市场。全面扩大服务领域。推进仪表系统的数字化、智能化、网络化。完成自动化仪表从模拟技术向数字技术的转变。你现在浏览的是第五十六页，共57页谢谢！你现在浏览的是第五十七页，共57页