化工仪表及自动化整理
1. 化工仪表按功能不同，检测仪表（包括各种参数的测量和变送）；显示仪表（包括模拟量显示和数字量显示）；控制仪表（包括气动、电动控制仪表及数字式控制器）；执行器（包括气动、电动、液动等执行器）
2. 自动化系统。自动检测系统；自动信号和联锁保护系统；
自动操纵及自动开停车系统；自动控制系统
3?传感器：对被测变量作出响应，把它转换成可用输出信号
变送器传感器配以适当的信号调理电路把检测到的信号进一步转换成统一标准的电或气信号的装置
4. 自动控制系统的组成：测量变送仪表、控制器、执行机构、被控对象
5. 自动控制系统的方块图：
6. 自动控制系统过渡过程的品质指标
（1）最大偏差A:第一个波峰值（2）超调量B:第一个峰值A与新稳定值C之差，即B=A-C
（3）衰减比：前后两个峰值的比（4）过渡时间：从干扰作用发生的时刻起，直到系统重新建立新的平衡时止，过渡过程所建立的时间（5）振荡周期：过渡过程同向两波峰（或波谷）
之间的间隔时间叫振荡周期
7. 自动控制系统的反馈原理（1）反馈：把系统的输出信号直接或经过一些环节重新返回
到输入端的做法叫反馈（2 ）负反馈：反馈信号使原来的信号减弱
为了使被控变量下降回到给定值，这样就达到了控制的目的，所以要采用负反馈
8. 自动控制系统的分类：定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统第二章过程特性及其数学模型
1控制通道：控制作用至被控变量的信号联系。干扰通道：干扰作用至被控变量的信号联系
2. 机理建模：根据对象或生产过程的内部机理，列写出各种有关的平衡方程，如物料平衡方程、能量平衡方程、动量平衡方程、相平衡方程以及某些物性方程、设备的特性方程、化学
反应定律、电路基本定律等，从而获取对象（或过程）的数学模型。
3. 实验建模系统辨识：应用对象的输入输出的实测数据来决定其模型的结构和参数
方法：（1）阶跃反应曲线法（2）矩形脉冲法
第三章检测仪表与传感器
1. 绝对误差？：指仪表指示值X i和被测变量的真值x t之间的差值，一般都指绝对误差中的最大彳直？max
仪表允许的最大绝对误差值
标尺上限值标尺下限值
4. 弹性式压力计中的弹性元件
（1）弹簧管式弹性元件（2）薄膜式弹性元件（3）波纹管式弹性元件
弹性式压力计量程及准确度等级的选取与计算，应遵守相关规定以保证弹性式
2.相对百分误差
m ax
标尺上限值标尺下限值
100 %
允
3.允许误差
100 %
压力计的使用寿命及工艺要求。
压力计类型的选用要以仪表正常工作及安全生产为前提。压力计安装会影响测量的准确性和压力计的使用寿命及安全。
5. 应变式压力传感器
应变式压力传感器是利用电阻应变原理构成的。电阻应变片有金属应变片（金属丝或金属箔）
和半导体应变片两类。被测压力使应变片产生应变。当应变片产生压缩应变时，其阻值减小；
当应变片产生拉伸应变时，其阻值增加。应变片阻值的变化，再通过桥式电路获得相应的毫伏级电势输出，并用毫伏计或其他记录仪显示出被测压力，从而组成应变片式压力计
8. 流量检测仪表分类（1）速度式流量计（2）容积式流量计（3）质量流量计
9. 差压式流量计工作原理：差压式（也称节流式）流量计是基于流量流动的节流原理，利用
流体流经节流装置时产生的压力差而实现流量测量的。适用范围：（恒节流面积变压降、管
径仝50mr）i
10. 标准节流装置：孔板、喷嘴、文丘里管
11. 转子流量计。工作原理：以压降不变，利用节流面积的变化来测量流量的大小，即转子流量计采用的是恒压降、变节流面积的流量测量方法。适用范围：转子流量计特别适宜于测量管径50mm以下管道的流量，测量的流量可小到每小时几升
指示值修正
（1）液体流量测量时的修正
式中，K Q为体积流量密度修正系数
同理可导得质量流量的修正公式为
K M
12. 其他流量计
（1）电磁流量计：当被测介质是具有导电性的液体介质时，可以采用电磁感应的方法来测量流量。特点：能够测量酸、碱、盐熔盐以及含有固体颗粒（例如泥浆）或纤维液体的流量
（2）漩涡流量计：漩涡流量计又称涡街流量计。它可以用来测量各种管道中的液体、气体
和蒸汽的流量，是目前工业控制、能源计量及节能管理中常用的新型流量仪表。特点：精确
度高、测量范围宽、没有运动部件、无机械磨损、维护方便、压力损失小、节能效果明显。
（3）科式流量计：这种流量计的测量原理是基于流体在振动管中流动时，将产生于质量流量成正比的科里奥利力
式中，Q o为用水标定时的刻度流量; w为水密度Q h
2gV（
t f式中，
Q f表示密度为f 1 f A f的被测介质实际流量
上式整理可得Q J 4 Q f aQ f
(t f) w K Q
t w)f ①
(t f ) w
」（
式中，K M为质量流量密度修正系数;
（2）气体流量测定时的修正
M f为流过仪表的被测介质的实际质量流量
M f K M M f
特点：能够直接测量质量流量，不受流体物性(密度、粘度等)的影响，测量精度高；测量值不受管道内流场影响，没有上、下游直管段长度的要求；可测各种非牛顿流体以及粘滞和含微粒的浆液。但是它的阻力损失大，零点不稳定以及管路振动会影响测量精度
13. 物位检测仪的主要类型 (1)直读式物位仪表 ( 2)差压式物位仪表
(3)浮力式物位仪表( 4)电磁式物位仪表
14. 差压式液位变送器
(1)工作原理：利用容器内的液位改变时，由液柱产生的静压也相应变化地原理而工作的
(2)测量范围：20m应用于各种液体的液位测量
3)零点迁移问题：一般来说，其压差P 与液位高度H 之间有如下关系
若被测介质密度为1，隔离液密度为2，正负压室的压力分别为
P1 h1 2 g H 1g P0 P2 h2 2g P0
两者之间的压差为
P1 P2 P H 1g (h2 h1) 2g
15. 法兰式差压变送器的应用
为了解决测量具有腐蚀性或含有结晶颗粒以及粘度大、易凝固等液体液位时引压管线被腐蚀、被堵塞的问题，应使用在导压管入口加隔离膜盒的法兰式差压变送器
16. 其它物位计
(1) 电容式物位传感器：在电容器的极板之间，充以不同介质时，电容量的大小也有所不同。因此，可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
(2) 称重式液罐计量仪：是根据天平原理设计的，为了使液位测量更准确
17. 热电偶温度计
热电偶温度计是以热电效应为基础的测温仪表
( 1 )构成：由三部分组成：热电偶(感温元件) ；测量仪表(毫伏计或电位差计) ；连
接热电偶和测量仪表的导线(补偿导线及铜导线)
( 2)测温原理：只要测出热电势的大小，就能判断测温点温度的高低
18. 常见热电偶的种类
(1)铂铑30-铂铑6热电偶：分度号为B,测温范围为300~1600 C
(2)铂铑io-铂热电偶：分度号为S,测温范围为-20~1300 C
(3)镍铬-镍硅热电偶：分度号为K,测温范围为-50~1000 C
(4)镍铬-考铜热电偶：分度号为E,测温范围为-50~600 C
19. 补偿导线
为了使热电偶的冷端温度保持恒定，采用一种专用导线，将热电偶的冷端延伸出来，这种专用导线成为“补偿导线”
20. 冷端温度的补偿方法(1)冷端温度保持为0C的方法(2)冷端温度修正方法
( 3)校正仪表零点法(4)补偿电桥法( 5)补偿热电偶法
21. 热电阻温度计
(1 ) 组成：热电阻(感温元件) ；显示仪表(不平衡电桥或平衡电桥) ；连接导线
(2) 测温原理：利用金属导体的电阻值随温度变化而变化地特性来进行温度测量
22. 常用热电阻(1)铂电阻(测温范围：0~650C)：—种是R o10 ，分度号为Pt10 ;
另一种是R0 100 ，分度号为Pt100
铜电阻：（测温范围：-50~150 C）—种是R0 50 ，分度号为Cu50;
另一种是R o 100 ，分度号为Cu100
23. 电动温度变送器
（1）热电偶温度变送器。组成：输入桥路、放大电路、反馈电路
输入电桥：与热电偶的冷端安装在一起，当冷端温度变化时，R cu的电阻随温度的变化也变化，使电桥的两端产生一个附加电压
（2）热电阻温度变送器。组成：与热电偶温度变送器相同
输入电桥：实质上是一个不平衡电桥。热电阻被接入其中一个桥臂，当收温度变化引起热电
阻阻值发生变化后，电桥就输出一个不平衡电压信号，此电压信号通过放大电路和反馈电路，
便可以得到一个与输入信号呈线性函数关系的输出电流10
24. 显示仪表
按照显示的方式来分：可分为模拟式、数字式和屏幕显示三种
数字式显示仪表
第四章自动控制仪表
1. 基本控制规律：位式控制、比例控制（P）、积分控制（I）、微分控制（D）及它们的组合方式，女口比例积分控制（PI）、比例微分控制（PD）、比例积分微分控制（PID）
2. 位式控制（双位控制）
P max,e 0（ e 0）
（1）表达式：P
P min , e 0（e 0）
（2）特点：结构简单、成本较低、易于实现，因而应用很普遍
3. 比例控制
（1）表达式：a卫即p a e
b e b
（2）特点：反应快、控制及时
（3）作用：使控制阀的开度（即控制器的输出值）与被控变量的偏差成比例，从而使被
控变量趋于稳定，达到平衡状态
4. 积分控制
（1）表达式：p K I edt，式中，心代表积分速度，p为输出变量，e为输入变差。
当输入变差是常数A时，上式为p K I Adt K I At
（2）特点：反应慢，控制不及时，无余差
de
5. 微分控制（1）表达式：p T D
dt
（2 ）特点：有超前控制之称，但它的输出不能反应偏差的大小
6. 可编程调节器的特点：除了功能丰富的优点外，还具有控制精度高、使用方便灵活等优点，调节器本身还具有自我诊断的功能，维修方便
7. 可编程控制器（PLC（1）特点：它的最大特点在于可编程序，可通过改变软件来改变控制方式和逻辑规律，同时，功能丰富、可靠性强，可组成集中分散或纳入局部网络
（2）基本构成：中央处理器CPU存储系统、输入输出接口
（3 ）编程语言：梯形图语言、助记符语言、功能表图和某些高级语言
第五章执行器
1. 执行器的分类：按其能源形式可分为气动、电动、液动三大类
2. 气动执行器的结构：执行机构和控制机构
3. 执行机构的正作用与反作用
正作用执行机构的信号压力是通入波纹膜片上方的薄膜气室
反作用执行机构的信号压力是通入波纹膜片下方的薄膜气室
4. 控制机构
（1）直通单座控制阀的特点：结构简单、泄漏量小，易于保证关闭，甚至完全切断
（2）直通双座控制阀的特点：不平衡力小，泄露量较大
（3）正装：当阀体直立，阀杆下移时，阀芯与阀座间的流通面积减小的成为正装或正作用式
（4）反装：如果将阀芯倒装，则当阀杆下移时，阀芯与阀座间流通面积增大的成为反装或反作用式5. 控制阀的选择
选用控制阀时，一般要根据被控介质的特点（温度、压力、腐蚀性、黏度等）、控制要求、
安装地点等因素，参考各种类型控制阀的特点合理地选用
6. 气开式与气关式的选择
有压力信号时阀关、无压力信号时阀开的为气关式。反之，为气开式
气开、气关的选择主要从工艺生产上安全要求出发。考虑的原则是：信号压力中断时，
应保证设备和操作人员的安全。如果阀处于打开位置时危害性小，则应选用气关式，以使气
源系统发生故障，气源中断时，阀门能自动打开，保证安全。反之阀处于关闭时危害性小，则应选用气开阀7. 电气转换器及电气阀门定位器
（1）电气转换器可以把电动变送器来的电信号变为气信号，送到气动控制器或气动显示仪
表；也可以把电动控制器的输出信号变为气信号去驱动气动控制阀，此时常用电气阀门定位器，它具有电气转换器和气动阀门定位器两种作用
（2）电气阀门定位器一方面具有电气转换器的作用，另一方面还具有气动阀门定位器的作
用，可以使阀门位置按控制器送来的信号准确定位，还可以改变控制阀的流量特性和实现正、
反作用
第六章简单控制系统
1. 简单控制系统：通常是由一个测量元件、变送器、一个控制器、一个控制阀和一个对象所
构成的单闭环控制系统，因此也称单回路控制系统
2. 控制器参数的整定方法一类是理论计算的方法，另一类是工程整定法，目的是为了确定控制质量最好的控制器参数值
第七章复杂控制系统
1. 串级控制系统的特点 (1)在系统结构上，串级控制系统有两个闭合回路：主回路和副回路；有两个控制器：主控制器副控制器；有两个测量变送器，分别测量主变量和副变量
(2)在串级控制系统中，有两个变量：主变量和副变量
( 3)在系统特性上，串级控制系统由于副回路的引入，改善了对象的特性，使控制过程加快，具有超前控制的作用，从而有效的克服滞后，提高了控制质量
( 4)串级控制系统由于增加了副回路，因此具有一定的自适应能力，可用于负荷操作条件有较大变化地场合
2. 单闭环比值控制系统
(1)组成：主控制器F i C副流量控制器F2C、执行器、主测量变送器、副测量变送器
( 2)特点：它不但能实现副流量跟随主流量的变化而变化，而且还可以克服副流量本身干扰对比值的影响，因此主、副流量的比值较为精确
( 3)使用范围：适用于主物料在工艺上不允许进行控制的场合
3. 其它复杂控制系统
( 1 ) 前馈控制系统：在锅炉、精馏塔、换热器和化学反应器等设备上获得成功应用
( 2) 选择性控制系统：生产操作满足一定的选择性的逻辑关系。适用于蒸汽锅炉、精馏塔等
( 3) 分程控制系统：一台控制器的输出可以同时控制两台甚至两台以上的控制阀。适用于扩大控制阀的可调范围、控制两种不同的介质、用作生产安全的防护措施第九章计算机控制系统
1. 集散控制系统
(1)含义：集散控制系统DCS是随着现代大型工业而生产自动化的不断兴起和过程控制要求的日益复杂应运而生的综合控制系统
(2)特征：①控制功能丰富②监视操作方便③信息和数据共享
系统扩展灵活⑤安装维护方便⑥系统可靠性高
( 3)基本构成：现场监控站、操作站、上位机和通信网络等部分
2. 现场总线控制系统
( 1 )含义：顺应智能现场仪表而发展起来的一种开放型的数字通信技术，构造了新一代的网络集成式全分布计算机控制系统，即现场总线控制系统，简称FCS
( 2) 特征：①全数字化通信②开放型的互联网络③互操作性与互用性④系统的全分散式⑤现场设备的智能化