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1、绪 论自动化技术在工业、农业、科技和大家日常生活中发挥着关键作用。自动化技术作为国家高科技关键组成部分，其水平高低已成为衡量国家科技实力和各个行业现代化水平关键标志。化工、炼油、食品、轻工等化工类型生产过程自动化简称化工自动化。即在化工设备上，配置部分自动化装置，自动测量生产过程中关键工艺参数，并和计算机（或自动控制装置）、实施机构相配合实现对生产过程自动控制。这种用自动化装置来管理化工生产过程叫化工自动化。 实现化工生产自动化目标（关键意义）1 加紧生产速度，降低生产成本，提升产品产量和质量。2 减轻劳动强度，改善劳动条件，使工人从繁重劳动中解脱出来。3 确保安全生产，预防事故发生和扩大，延
2、长设备使用寿命，提升设备利用能力。4 改变劳动方法，使工人逐步由体力劳动转向脑力劳动。组成一个完整生产过程控制系统通常有控制器、实施器、被控过程（或被控对象）和测量变送器四个步骤，其中控制器、实施器和测量变送器全部属于检测控制仪表。通常认为自动控制系统由检测控制仪表和被控过程（被控对象）两部分组成。 大型化、现代化、多品种、精细化过程生产系统生产自动化发展过程可分为三个阶段。 第一阶段：采取部分自动检测仪表检测关键工艺参数，第二阶段：采取优异自动检测仪表和控制系统 第三阶段：开始采取电子计算机控制，生产过程控制发展由原来车间集中控制转向工厂综合自动化发展（平面化管理），这是现在自动化发展一个关
3、键方向。实现化工生产过程自动化，通常要包含自动检测、自动保护、自动操纵和自动控制等方面内容。自动检测系统:利用多种检测仪表对关键工艺参数进行自动检测、指示或统计，“了解”生产进行情况。1 自动信号和连锁保护系统：是生产中一个安全装置。自动信号和连锁保护系统:对某此关键性参数设有自动信号联锁装置，当工艺参数超出了许可范围，系统自动地发出声光报警信号，以提醒立即采取方法。自动操纵系统:依据预先要求步骤自动地对生产设备或生产过程进行某种周期性操作。自动开停车系统：根据预先要求步骤，使生产过程自动投入运行或自动停车。 自动控制系统:对生产中一些关键性参数进行自动控制，使它们在受到干扰影响而偏离正常状态
4、时，能自动地调回到要求数值范围内。 自动控制系统是自动化生产关键部分，（液位变送器）（控制器）（实施器） 自动控制系统是在人工控制基础上产生和发展起来，其关键装置包含测量元件和变送器、自动控制器、实施器，分别替换了人眼、脑、手三个器官。1.自动控制系统组成（1） 被控对象:在自动控制系统中，我们将需要控制其工艺参数生产设备或机器。（2） 自动控制装置起控制作用。 测量元件和变送器 检测工艺参数（或再转换成某一特定信号如电流、电压、气压信号） 自动控制器 依据变送器送来信号和工艺上要求参数进行比较运算，并发出信号到控制阀。 实施器：依据控制器送来信号对阀门开度进行调解。2.信号和变量这个信息就是
5、信号（电压、电流、压力、位移等等）也叫变量。 指向方框信号U表示施加到系统或步骤上独立变量，称为输入变量，离开方框信号表示系统或步骤送出变量，称为输出变量设定值（给定值）：被控变量目标值（预定值），称为设定值 进水量Q1会引发水位改变，这种引发被控变量波动外来原因，在自动控制系统中称为干扰（或扰动）引发水位改变出水量Q2，它是实施器控制阀动作结果，是控制系统来以赔偿干扰作用，Q2含有实现控制作用参数叫操纵变量，即受控制器操纵，用以使被控变量保持设定值（给定值）物料量或能量，称为操纵变量。控制阀输出q改变称为控制作用，控制作用和干扰全部是作用于对象输入信号，它们对对象作用方向是相反。Q2流体叫操
6、纵介质，能够是流入对象，也能够是对象流出。故自动控制系统是一个闭环系统。闭环系统自动控制系统方块图中信号沿箭头方向前进,经过若干步骤后,最终又返回到起始点。开环系统 自动控制系统方块图中信号沿箭头方向前进,最终返回不到起始点。 控制系统输出信号(被控变量)不反馈到系统输入端，所以也不对控制作用产生影响系统，称为开环控制系统。把系统(或步骤)输出信号直接或经过部分步骤重新引回到输人端做法叫做反馈。反馈信号作用方向和设定信号相反，即偏差信号为二者之差，这种反馈叫做负反馈；反之为正反馈。在闭环控制系统中，把输出信号（被控变量）经过测量元件和变送器后，又返回到系统输入端，和给定值进行比较，这种系统输出
7、信号直接或经过部分步骤返回到系统输入端做法叫反馈。负反馈反馈信号能使原来信号减弱。和原来信号方向相反。正反馈反馈信号能使原来信号加强。自动控制系统控制方法基础上是采取负反馈方法。自动控制系统是含有被控变量负反馈闭环系统，1.3自动控制系统分类1. 按被控参数分类：温度、流量、压力、液位等控制系统。 2. 按控制系统所处理信号方法来分：有模拟控制系统和数字控制系统。模拟信号：在时间上是连续改变，在任何瞬时全部能够确定其数值信号，可转换为电信号。在生产过程中任何连续改变物理量和物理量全部属于模拟信号。数字信号：以离散形式出现不连续信号，数字量增减只能一个一个单位增加或减小。模拟信号和数字信号能够相
8、互转换。4.按控制器含有控制规律分类：位式自动控制系统、百分比（P）、百分比积分(PI)、百分比微分(PD)、百分比积分微分(PID)等控制系统。 5. 按控制系统复杂程度 简单控制 复杂控制：均匀控制、串级控制、前馈控制 （1）定值控制系统：被控变量给定值恒定不变。定值控制系统基础任务是克服扰动对被控变量影响，（2）随动控制系统（自动跟踪系统）：给定值是不停改变且无规律，是随机改变。随动控制系统控制目标，是使所控制工艺参数正确而快速地跟随给定值改变而改变。（3）程序控制系统（次序控制系统）：工艺参数给定值按一定规律改变，是已知时间函数。即设定值按一定时间程序改变。9. 按信号种类分类：气动控
9、制系统，电动控制系统1.4 自动控制系统过渡过程和品质指标 在自动化领域内要研究两种状态：静态和动态。这种被控变量不随时间改变平衡状态称为系统静态。动态:被控变量随时间改变不平衡状态称为系统动态。 系统从一个平衡态过渡到另一个平衡状态整个过程叫系统过渡过程。阶跃干扰，就是在某一瞬间，输入量忽然阶跃式地加到系统上，并继续保持在这个幅度上，自动控制系统过渡过程实质上是控制作用不停克服干扰作用影响过程。衡量系统控制质量依据是系统过渡过程，在过渡过程中，被控变量是随时间改变，不一样过渡过程，被控变量随时间改变情况不一样1.非周期衰减过程被控变量在给定值某一侧做缓慢改变，没有往返波动，最终稳定在某一数值
10、上。2.衰减振荡过程被控变量上下波动，但幅度逐步减小，最终稳定在某一数值上，这种过渡过程形式叫衰减振荡过程。能使系统较快地稳定下来，期望是这种过程。（1、2全部是衰减过程，称为稳定过程。）3.等副振荡过程被控变量在给定值周围往返波动，且波动幅度保持不变，永久不会稳定下来。属于不稳定过程，在要求y稳定系统不采取，调整质量要求不高时用。4.发散振荡过程被控变量往返波动，且波动幅度越来越大，即偏离给定值越来越远。在自动控制系统应避免，以免出现危险事故。（3、4不稳定过程） 一. 控制系统品质指标衡量系统控制质量就是要依据过渡过程品质指标。自动控制系统在阶跃干扰作用下，通常全部期望得到衰减振荡过程。最
11、大偏差或超调量：最大偏差（动态偏差）是指在过渡过程中，被控参数偏离给定值最大数值A(最大偏差表示系统瞬时偏离给定值最大程度)。偏离越大，偏离时间越长，系统离开要求工艺参数指标就越远，甚至会造成一波未平一波又起，波峰叠加，使被控变量振荡加剧，对稳定正常生产不利，有甚至会超出危险极限造成事故，故要加以限制，越小越好。最大动态偏差或超调量是描述被控参数偏离给定值最大程度。最大动态偏差是反应控制系统动态正确性指标，也是衡量过渡过程稳定性动态指标。衰减比：衰减比是相邻两个峰值比，衰减比是表示振荡过程衰减程度，是衡量过渡过程稳定性动态指标。 1. 余差：当过渡过程终了时，被控变量所达成新稳态值和给定值之间
12、偏差叫做余差（C），或说余差就是过渡过程终了时残余偏差。有正有负。 余差是衡量控制系统静态稳定性指标。被控参数越靠近给定值越好，亦即残差越小越好。2. 过渡时间 ：从干扰作用发生时刻起,直到系统重新建立新平衡时止,过渡过程所经历时间叫做过渡时间或控制时间. 3. 振荡周期 （或 频率）T：过渡过程两个相邻同向波峰(或波谷)之间经历时间叫振荡周期或工作周期. 振荡周期倒数称为振荡频率. 频率=1/周期衰减比（反应被控变量振荡程度）、最大偏差、超调量（稳定性）是表示系统稳定性，过渡时间表示系统快慢性能，余差表示系统静态特征好坏，也反应了系统精度。控制系统品质指标是过程控制系统研究关键标准问题。自动
13、控制系统由两大部分组成: 工艺过程部分（被控过程）和自动化装置部分。自动装置部分：实现自动控制必备自动化仪表、设备。包含测量和变送装置、控制器和实施器三部分。 自动控制系统是由被控对象、测量元件及变送器、控制器和实施器组成，系统控制质量和组成系统每一个步骤特征和作用全部相关系，尤其是被控对象特征对控制质量影响，往往是确定控制方案依据。干扰作用和控制作用全部能够看成对象输入量，能够叫输入变量。输出量(输出参数):被控变量（被控参数）。1通道 ：由对象输入变量至输出变量信号联络称之为通道 控制通道:控制作用至输出变量信号联络。是描述操纵变量和被控变量之间关系。 干扰通道:干扰作用至输出变量信号联络
14、。是描述干扰和被控变量之间关系。1 被控对象特征：在给被控对象一个输入作用下，其输出变量是怎样伴随输入作用改变而改变，改变快慢及最终改变数值等。静态特征：给对象一个输入，当系统达成平衡状态时，输入变量和输出变量之间关系。动态特征：指系统在受到输入作用时，由一个平衡态向另一个平衡态过渡整个过程中，输出变量随输入作用改变。静态数学模型描述是对象在稳定时（静态）输入和输出关系；动态数学模型描述是在输入量改变以后输出量跟随改变规律；动态数学模型是更正确模型，静态数学模型是动态数学模型在对象达成平衡时特例。研究对象动态特征，就是要找出描述对象动态数学模型。二.建立对象数学模型方法对象特征研究通常有两种方
15、法（1） 机理分析法（亦称化工动态学方法）对于简单对象或系统各步骤特征，依据系统工艺实际过程数质量关系，分析计算输入量和输出量之间关系。即能够经过分析过程机理、物料或能量平衡关系求得数学模型，即对象动态特征微分方程式，这种方法称为机理分析法。（机理模型）对象特征机理分析法最基础关系是物料平衡和能量平衡。在静态条件下，其关系是：单位时间流入对象物料或能量 = 系统中流出物料或能量在动态条件下，物料平衡和能量平衡关系是：单位时间内进入系统物料 单位时间内流出物料 = 系统内物料贮存量改变率（2）试验测定法（系统辨识）有些复杂系统输入和输出之间关系是比较难以经过计算来取得，对象微分方程式极难建立，也
16、不轻易求解。所以，另一个方法是经过试验测定，需要在实际系统或试验系统中，经过一组输入来考察输出跟随改变规律反应输入和输出关系经验曲线和经验函数关系。对取得数据进行科学处理而求得对象微分方程式或传输函数，这种方法称为试验测定法。（经验模型）把两种方法结合起来，关键经过机理分析，得出模型结构或函数形式，再经过试验测得输入输出数据确定其中部分参数(参数估量)，得到模型称为混合模型。三数学模型表示方法：非参量模型：用曲线、图表表示系统输入和输出量之间关系。特点：简单、形象、较易看出对象特征。参量模型：用数学方程式表示系统输入和输出量之间关系。 （参量指变量，即输入变量、输出变量）一. 一阶对象 所谓单
17、容过程是指只有一个储蓄容量被控过程。 当单位时间内流入对象物料不等于流出对象物料时，表征对象物料蓄存量参数就要随时间而改变，而其关系则是微分方程。求出对象输出输入之间微分方程，假如对象动态方程是一阶微分方程。对象特征，即对象输出量是怎样随输入量改变而改变，在实际工作中常见三个物理量来表示 K、T、。一.放大系数K K在数值上等于对象受干扰作用，重新稳定后输出改变量和输入改变量之比。物理意义：K在数值上等于对象输出改变量和输入改变量之比，假如有一定输入改变量Q1，经过对象就被放大了K倍，变为输出改变量h。放大系数：达成稳定状态时，对象输出改变量y和输入改变量x之比。 （）放大系数是描述对象静态特
18、征参数。对于对象控制通道放大系数K0,通常期望K0合适大部分，K0越大，表示被控变量对控制作用有足够大灵敏度，使控制作用更为有效。对于对象干扰通道放大系数Kf，则应愈小愈好，Kf小表示干扰对被控变量影响小。二.时间常数T 时间常数T:指当对象受到阶跃输入作用后，被控变量假如保持初始速度改变，达成新稳态值所需时间。或当对象受到阶跃作用后，被控变量达成新稳态值63.2%所需时间。时间常数是反应被控变量改变快慢动态参数，T越大，表示对象受到干扰作用后，被控变量改变得越慢，达成新稳态值时时间越长，惯性越大。对于干扰通道时间常数Tf越大，对y影响也越迟缓，控制越轻易。一 滞后时间 有对象在受到输入作用后
19、（如一阶对象在受阶跃作用下），输出变量立即开始改变；而有对象如二阶以上对象，在受到输入作用后，输出变量不能立即而快速地改变，对象输出改变落后于输入现象，称为对象滞后。依据滞后性质不一样可分为传输滞后和容量滞后 1传输滞后： 传输滞后又叫纯滞后（0），对象受到输入作用时，其输出变量要经过一段时间才开始改变，这种现象叫传输滞后。滞后时间用00产生原因：通常是因为介质传输、能量传输、信号传送需要一段时间而引发，比如皮带输送机。另外，检测方案不合理，也可产生纯滞后，2. 容量滞后h对象受到输入作用时，输出变量开始改变很慢，以后才逐步加紧，再以后又逐步变慢直抵达成稳定值，这种现象叫容量滞后（或过渡滞后）
20、。h滞后时间是纯滞后时间0和容量滞后h总和。和T反应被控变量受到输入作用后改变规律，也就是反应系统过渡过程中改变规律。滞后时间对对象控制通道是不利，假如存在于控制参数方向，使其不能立即地起控制作用；假如存在于被控参数测量方向，系统受到输入作用后，因为存在滞后，被控参数不能立即反应出来，控制器就不能立即觉察到偏差，不管哪一个情况全部使控制作用落后于被控参数改变，轻易引发超调，不利于控制，所以在设计和安装控制系统时，全部应该尽可能把滞后时间减小到最小。2. 阶跃反应曲线法经过调整量一个阶跃改变寻求对象动态特征。优点：简单易行。缺点：精度低。3. 周期脉冲法经过调整量周期改变（矩形波或正弦改变），获
21、取对象动、静态特征。优点：能反应条件波动时结果。缺点：不能用于大滞后系统。用来测量化工生产过程中压力、流量、物位、温度等参数仪表称为化工检测仪表。 传感器 ：用来将这些参数转换为一定便于传送信号仪表叫传感器。变送器 ：将所测得工艺参数检测出并转换为统一标准信号，送往控制器或显示仪表，则传感器就为变送器。一测量过程和测量误差1测量过程：将被测参数和其相对应测量单位进行比较过程。 由仪表读得被测值和被测量真值之间，总存在一定差距，这一差距称为测量误差测量误差通常见绝对误差和相对误差两种方法表示。（1） 绝对误差()：理论上是指仪表指示值XI和被测量真实值Xt之间差值。（2）相对误差(y)relat
22、ive error：某一点绝对误差和它真实值xt（或x0）之比。衡量仪表优劣性能指标 1.精度等级 2.指示变差（恒定度）3.灵敏度和灵敏限 4.分辨力5.线性度6.反应时间2.指示变差（恒定度）测量正行程：被测参数由小变大。测量反行程：被测参数由大变小。指示变差：指在相同外界条件下，使用同一仪表对相同被测参数值进行正（被测参数由小到大）反（由大到小）测量时，得到仪表指示值是不相等，正反行程指示值之差称为该仪表在该读数点指示变差。3灵敏度(S)和灵敏限（也叫灵敏域）sensitivity 灵敏度(S): 灵敏度是反应仪表对被测参数改变灵敏程度。仪表指针线位移(或角位移)(a)和引发这个线（或角
23、）位移被测参数改变量(X)比值. S为仪表灵敏度S在数值上等于单位被测参数改变量所引发仪表指针移动距离(或转角)S越高，X稍微改变，a改变较大，越灵敏，越能观察微小参数改变。灵敏限: 能引发仪表指针发生动作被测参数最小改变量。反应时间 所以仪表反应时间长短，实际上是反应了仪表动态特征好坏，是用来衡量仪表能不能立即反应出参数改变品质指标.线性度 线性度用来说明输出量和输入量实际关系曲线偏离直线程度。线性度：通常见实际测得输入输出特征曲线（标定曲线）和理论拟合直线之间最大偏差和测量仪表满量程输出范围之比百分数表示。 f越大，线性度越不好。反复性表示测量仪表在测量被测参数时，在被测参数按同一方向作全
24、量程连续数次变动时所得标定特征曲线不一致程度。若标定特征曲线一致，反复性就好，反复误差小。反复性误差：用各测量点指示值最大偏差Zmax和测量仪表满量程输出范围之比百分数来表示。常见便于传输和显示信号类型有：1 位移信号 2压力信号 3电信号 4光信号 二 测量系统中信号传输形式从传输信号连续性见解来看，在检测系统中传输信号形式能够分为模拟信号、数字信号和开关信号。五.工业仪表分类 按仪表使用能源分类(1) 气动仪表:以压缩空气为能源，结构比较简单、直观、可靠；抗干扰能力强；价格低廉、防火防爆；不过信号传输慢，距离短，不宜实现远距离大范围集中显示和控制，和计算机联用比较困难。 (2)电动仪表:以
25、电能为能源，信号之间联络方便；适于远距离传送和集中控制 、便于和计算机联用，可防火防爆；但结构复杂，易受温度、湿度、电磁场、放射性等环境影响。 (3)液动仪表:2 信息取得、传输、反应、和处理过程分类: (1)检测仪表：作用是获取信息，并进行合适转换。在生产过程中，关键用来检测一些工艺参数（如为温度、压力、流量、物位等），并将被测参数大小成百分比地转换成电信号（电压、电流、频率等）或气压信号。 (2)显示仪表：作用是将由检测仪表取得信息显示出来，包含多种模拟量、数字量指示仪、统计仪和积算器，和工业电视、图像显示器等。 (3)集中控制装置：包含多种巡回检测仪、巡回控制仪、程序控制仪、数据处理机、
26、电子计算机和仪表控制盘和操作台等。 (4)控制仪表：能够依据需要对输入信号进行多种运算（如放大、积分、微分等）。包含电动、气动控制器和用来替换模拟控制仪表微处理机等。 (5)实施器：能接收控制仪表输出信号或直接来自操作人员指令，对生产过程进行操作或控制。包含多种气动、电动、液动实施机构和控制阀。 按仪表组成形式来分类:(1) 基地式仪表:将测量、显示、控制等各部分集中组装在一个壳体内，形成一个整体。适于现场就地检测和控制，不适合多个参数集中显示和控制，使使用受到限制。 (2)单元组合式仪表:将对参数测量及其变送、显示、控制等各部分分别做成只能完成某一特定功效而又能各自独立工作单元仪表，这些单元
27、之间经过统一标准信号相互连联络起来。（检测单元、变送、显示、控制）。这些单元可方便地任意组合成多种控制系统，实用性和灵活性好。1压力：指均匀垂直作用于单位面积上力。物理学上称为压强，工业上称为压力。压力可用公式表示为： 绝对压力：以绝对零压力为准来表示压力。表压:p表压 = p绝对压力 - p大气压真空度(被测压力低于大气压):p真空度 = p大气压力 - p绝对压力 2压力表分类 测压仪表或真空度仪表种类很多，根据其转换原理不一样,可分为四大类: 液柱式压力计：依据流体静力学原理，将被测压力转换成液柱高度进行测量。适合测量低压、负压、或压力差。按其结构形式不一样，有U型管压力计、单管压力计、
28、斜管压力计等。 优点：结构简单，价格廉价，精度较高，在现场和试验室中使用。 缺点：体积较大，读数不方便，只能目测，不能远传，而且测量结果会受毛细管作用、密度、视差影响，玻璃管易破碎，测量范围窄，测低压、负压，所以应用领域有一定不足。企业常见是可变倾斜管微压计。 关键用于试验室或工程试验上适用。（1） 弹性式压力计： 将被测压力转换成弹性元件变形位移进行测量，有弹簧管压力计、波纹管压力计、膜片式压力计等。在工业上应用相当广泛。 结构简单，价格廉价，测量范围广，现场使用，维修方便，工业上应用广泛。（2） 电气式压力计 ：经过机械和电气元件将被测压力转换成电量（电气信号，如电压、电流、频率等）进行测
29、量，有电容式、电阻式、电感式、应变片式、霍尔片式。还有力平衡式压力变送器、电容式压力变送器等。 多用于远传和集中控制，适用范围广，是一个有发展前景压力表。（3） 活塞式压力计：依据液体传送压力原理，将被测压力转换成活塞上所加平衡砝码重量进行测量。 测量范围大，精度高，许可误差可小到0.05%0.02%，但必需人工增减砝码，不能自动测量。结构复杂，价格较贵，常见检验工业压力表标准仪表，不适于现场适用。 工业生产中最常见是弹性式压力计和电气式压力计。二.弹性式压力计原理：是利用多种形式弹性元件。在被测压力作用下,弹性元件受压后产生弹性形变原理而制成压力仪表.依据虎克定律，在弹性程度内，弹簧伸长或缩
30、短长度和受到拉力或压力成正比。 特点: 结构简单、使用可靠、价格低廉、测量范围广、有足够精度，精度等级最高可达0.1级，测量几百Pa几千MPa，现场广泛使用，维修方便，若附加其它装置，如统计机构、电气转换装置、控制元件等，可实现压力统计、远传、信号报警、自动控制等。在工业上是应用最广泛一个测压仪表。 1.弹性元件：是弹性式压力计测压敏感元件，依据测量范围及被测介质不一样，所用弹性元件材料及形状也不一样。三电气式压力计电气式压力计是泛指多种能把压力转换为电信号输出，然后测量电信号压力表。特点：能够远距离传送信号，和计算机连用，精度高，结构复杂。这类仪表品种很多，各有特点。因为能够远距离传送信号，
31、可实现压力自动控制和报警，所以广泛用于控制系统中。通常有压力传感器、测量电路和信号处理装置组成。压力传感器把压力信号检测出来，并转换成电信号输出，若再深入转换为标准信号时，则又称为压力变送器。（信号处理装置包含指示器、统计器、微处理机等。(应变片式压力传感器、压阻式压力传感器、 电容式压力传感器)二. 压力计选择及安装1 压力计选择（1）仪表类型选择： 考虑：1）满足工艺生产要求，比如是就地还是远传、自动统计、报警、压力测量精度、被测压力高低。2）被测介质物化性质，如粘度、腐蚀性、爆炸性等。3）现场环境条件（如高温高压、电磁场等）。(1) 确定仪表测量范围（被测量可按要求精度进行测量范围）(2
32、) 精度等级：依据生产上所许可最大测量误差来选1 定义流量：是指单位时间内流过管道某一截面流体数量，即瞬时流量。总流量:某一段时间内流过管道流量总和叫总流量，即流体在某一段时间内流量累计值。流量表示方法： 单位时间内流过流体以质量表示称为质量流量(M) 以体积表示称为体积流量(Q). 二者关系为 或 （表示流体密度） 或 （t表示时间） 测量流体流量仪表叫流量计 测量流体总量仪表叫总量计.2 流量计种类（1）速度式流量仪表 以测量流体在管道内速度作为测量依据来计算流量仪表。比如、靶式流量计、堰式流量计等。（2）容积式流量计 以单位时间内所排出流体固定容积数目作为测量依据来计算流量仪表。比如、椭
33、圆齿轮番量计、活塞式流量计等。（3）质量式流量计 流体体积是流体温度、压力和密度函数。比如惯性式质量流量计、赔偿质量流量计等。二.压差式流量计 压差式流量计是基于流体节流原理,利用流体流经节流装置时产生压力差而实现流量测量。 差压式流量计组成 :节流装置 将被测流量转换成压力差信号，包含节流件（阻流件：孔板、喷嘴、文丘里管）和取压装置（导压管）。测压仪表：用来测量压差而显示流量，有差压计和差压变送器。（比如用U型管差压计测出P，计算Q。流体在管道中流动时,在节流装置前后管壁处,因为管道截面发生改变形成流束收缩，流动速度增加，压力下降，所以在节流装置前后产生压力差，这种现象称为节流现象3.差压式
34、流量计测量误差（1）造成测量误差原因被测流体工作状态节流装置安装不正确 孔板入口边缘磨损 导压管安装不正确，或有堵塞、渗漏等现象差压计安装或使用不正确三转子流量计 1.特点：（1）适于小管径（50mm）小流量测量（用其它标准节流装置测量误差大）（2）压力损失小，反应快。（3）结构简单，价格廉价。（4）精度受所测介质压力、温度、粘度影响比较大。差压式流量计是在截流面积不变条件下，以压差改变来反应流量大小。转子流量计是以压降不变，利用截流面积改变来测量流量大小，是恒压降，变节流面积流量测量方法。结构：由一个锥形管和一个转子组成，锥形管玻璃，能够看到转子高度。4. 电远传式转子流量计（转子高度信号电
35、信号）（LZD）分两大部分：流量变送部分、电动显示部分转子流量计适用范围：适合测量较小流量，如可测量气体或液体流量（粘度大液体除外），比较适合于试验室或仪器装置中流量指示和监视。五椭圆齿轮番量计(容积式流量计）4关键特点 因为椭圆齿轮番量计是直接根据固定容积计量流体，所以测量精度和流体流动状态无关，被测介质粘度越大，齿轮间泄漏量越小，测量误差越小，尤其适于高粘度流体测量。 （1）最适适用于高粘度流体流量测量（2）所测流量不能太小（3）流体不能有固体颗粒，机械夹杂物，不然会引发齿轮磨损，以致损坏（4）使用温度有一定范围1060之内。温度过高，会使齿轮发生卡死测量精度高，只要加工正确，配合紧密，便
36、可得到极高精度，通常可达0.2%0.5%，故常作为标准表及精密测量之用。量程范围大，使用寿命长，压力损失小，安装使用较方便，结构复杂，加工制造困难，成本较高。使用不妥或过久，会发生泄漏现象，引发较大测量误差。六.涡轮番量计 是利用置于流体中涡轮转速和流体速度成百分比关系，经过测量涡轮转速来间接测得经过管道体积流量。1 特点(1) 测量精度高，复现性和稳定性好，量程范围宽，耐高压，反应快，可测脉动流量（适于流量快速改变流量测量）。(2) 输出电频率信号，便于远传，不受干扰。(3) 被测介质不能带机械杂物，不然磨损涡轮且使精度降低。(4) 设备复杂，造价高，抗干扰能力小（受日光灯等干扰），为确保流
37、向稳定，在涡轮前后要加直管道。 因为涡轮高速转动，轴承易损，降低了长久运行稳定性，影响使用寿命。4. 适用范围可用于测量气体、液体流量，但要求被测介质洁净，不适适用于对粘度大液体流量，关键用于精度要求高、流量改变快场所，还用作标定其它流量计标准仪表。七电磁流量计（速度式仪表 测量含有导电性液体介质测酸、碱、盐溶液，含有固体颗粒液体或纤维液体。3. 特点（1）只能测量导电液体，导电率必需大于水，最适合酸、碱、盐液体，不能测量油类或气体流量。在管道中不设任何节流元件，所以能够测量多种高粘度导电液体，尤其适合测量含有纤维和固体颗粒流体。在采取防腐衬里条件下，能够测量多种腐蚀性液体流量。精读可达0.5
38、级。（2）其输出信号和流量之间关系不受液体物理性质（比如温度、压力、粘度等）改变和流动状态影响。对流量改变反应速度快，故可用来测量脉动流量。（3）压力损失比较小，结构复杂，成本高。（4）要求环境要高，轻易受外界磁电场干扰影响，使用不妥会大大影响测量精度。安装时要远离一切磁源（如大功率电机、变压器等），不能有振动。4.适用范围：适适用于含有颗粒、悬浮物等流体流量测量；因为电极和衬里是防腐，故可用来测量腐蚀性介质流量；电磁流量传感器输出和流量呈线性关系，反应快速，可测量脉动流量。不过，被测介质必需是导电液体，不能用于气体、蒸汽及油类制品流量测量。八漩涡流量计（又称涡街流量计）能够用来测量多种管道中
39、液体、气体、蒸汽流量，是现在工业控制、能源计量及节能管理中常见新型流量计。1. 原理：利用有规则漩涡剥离现象来测量流体流量仪表。元件柱状物作为漩涡发生体，垂直插入流体中。（1） 漩涡频率检测有热学法、电容法、差压法等 1. 特点：（1） 测量管内无运动部件，无机械磨损、使用寿命长，安装维护方便、水平或垂直安装均可，工作可靠、压力损失小（约为孔板流量计压力损失1/41/2）。（2） 测量精度高，可达1级。（3） 测量范围宽，其读数不受流体物理状态如温度、压力、密度及组成成份影响，一次标定后无需再修正或换算，可测液体和气体流量，且节能效果显著。（4） 其输出脉冲信号，易于和数字仪表及计算机配合使用
40、。九质量流量计质量流量计分两大类：一类是直接式质量流量计：直接得到和质量流量成百分比信号。另一类是赔偿式或推倒式质量流量计，同时检测出流体流量和流体密度，然后经过运算器得出和质量流量成百分比输出信号。在容器中液体介质高低液位，测量液位仪表液位计 容器中固体或颗粒状物质堆积高度料位，测量料位仪表料位计两种密度不一样液体介质分界面界位，仪表界面计上述三种仪表统称为物位仪表一概述1物位测量意义（1）经过物位测量能够获知容器中所储物质（原料、半成品或成品）体积或质量，掌握物料数量，以确保能连续供给生产过程中各个步骤所需原料用量或进行经济核实计量作用。需要很正确测量出物位绝对值。（2）依据物位来连续监视
41、或调解容器中流入流出物料平衡，方便使它保持在工艺要求范围，使生产过程正常进行，确保产品质量、产量、安全连续控制生产工艺过程，确保质量。要很正确地测出物位相对值。（3）监视或控制容器中介质物位，对它上下限进行报警，一旦物位超出许可上、下限则报警，方便采取紧急方法。控制生产，避免危险。2物位计分类：物位仪表种类很多，按其工作原理关键有下列多个类型（1）直读式物位仪表：用带有刻度透明物质（如玻璃、有机玻璃）作为容器壁一部分或连通管，可直接显示容器内液位高低。如玻璃管液位计、玻璃板液位计等。（2）差压式物位仪表：利用物料内静压力和物料深度或堆积高度成正比关系进行测量。又分为压力式物位仪表（用压力表示其
42、高度）和差压式物位仪表（间接测量此点对另一参考点压力差）。 （3）浮力式物位仪表：利用漂浮于液面上浮子高度随液位改变而改变（称为恒浮力式液位计）或浸沉于液体中浮子（或沉筒）所受浮力随液位高度而改变原理（变浮力式液位计）。前者又分为有带钢丝带式浮子液位计 、带杠杆浮球式液位计等；后者经典敏感元件为浮筒，又称为沉筒式液位计。浮力式液位计结构简单、直观可靠、受外界温度、湿度和压力等原因影响较小，应用比较普遍。关键缺点是使用机械结构、摩擦力较大。（4）电磁式物位仪表：将物位改变转换为电量改变，测出电量改变来测知物位。依据转换成电量形式不一样分为电阻式（即电极式）、电容式和电感式等物位仪表。 电极式物位
43、计利用物料导电性能测量高低液位。也能够用于导电性较弱液体和潮湿固体。（5）核辐射式物位仪表：利用核辐射线穿过物料时，物料对核辐射线吸收特征进行测量，即核辐射线透射强度随物质层厚度而改变原理。常见是穿透力强射线。现在，工业上使用放射线物位计有连续式和间断式两种。（6）声波式物位仪表：利用声波在空气中传输速度不变原理，经过检测声波发射和反射全过程时间间隔能够计算出物料界面到探头距离，从而得到物位高低。 （7）光学式物位仪表：利用一般白炽灯光或激光等作为光源，利用光波在传输中可被不一样物质界面遮断和反射原理测量物位。二.压差式液位变送器 依据流体静力学原理，静止液体内某一点静压力和这一点之上液柱高度
44、成正比。利用压力或差压变送器能够很方便地测量液柱压力或压差，将其转换成标准信号输出。1 工作原理 压差式液位变送器，是利用容器内液位改变时，由液柱产生静压也对应改变原理而工作 这种抵消固定压差实现零点对齐方法叫零点迁移。负迁移：用迁移弹簧平衡负压室上固定压差所产生影响过程，叫负迁移。正迁移：用迁移弹簧平衡正压室上固定压差所产生影响过程，叫正迁移。四.电容式物位传感器 是经过物位改变引发电容量改变去测量物位高低，因为直接把物位信号转换成电信号，便于远传，使用方便，适合测量液位、固体粉末、颗粒状物料位。1工作原理 当在电容器极板之间，充以不一样介质（液体或固体颗粒、粉末）时，其电容量要发生改变，电
45、容量改变大小和注入地深度成百分比，只要测出电容量改变，即可得到液位、料位或两种不一样液体分界面高度。电容器是由两个同轴圆柱极板作为内外电极组成。2. 液位检测被测介质不一样，电容式物位传感器也有不一样形式，测液体液位有测量导电液体和非导电液体之分。1）对于非导电介质液位测量电容式液位传感器原理：当测量非导电液体，如轻油、一些有机液体和液态气体液位时，采取传感器由同轴金属套筒作为内外电极，外电极上开很多小孔，使介质能流进电极之间，以被测介质为中间绝缘物质组成同轴套筒形电容器。 当容器中没有液体时，内外电极之间介质是空气和棒上绝缘层，电容量很小。当导电液体上升到高度H时，其充液部分因为液体导电作用，相当于将外电极由容器壁移近到内电极绝缘层上，电容量大大增加，液位越高，覆盖面积越大，电容器3料位检测用电容法测量固体颗粒及粉料料位时，因为固体颗粒及粉料轻易堵塞外电极流通孔，造成“滞留”，所以通常不用双电极式电极。可用电极棒及容器壁组成电容器两极来测量非导电固体颗粒。电容量检测：电容量很小（通常是多个到十多个pF），直接测量电容量改变不易且不正确，常常是经过电子线路将待测电容量转换成另一个电信号，再将电信号放大后进行测量。4）电容式物位传