《自动检测技术及仪表控制系统》复习资料

一、基本概念 一、基本概念 （一）仪器仪表的功能：利用物理，化学，生物的方法获取被测对象的组分状态，运动和变化的信息，通过转换和处理使这些信息成为易于人们阅读和识别的量化形式。敏感元件：是能够灵敏的感受被测变量并作出响应的元件。传感器：既对被测变量敏感，又可把被测变量的响应传递出去的器件。变送器：能够输出标准信号的传感器。测量误差分为：系统误差，随机误差，疏忽误差。绝对误差：示值-约定真值。相对误差：测量误差除以被测量的真值，无量纲。绝对误差/约定真值。滞环：由于仪表中的传感元件具有储能效应，使仪表实际的上升曲线和下降曲线不重叠，而形成环状。死区：在输入量较小时仪表输出量并不发生变化或变化很小。回差：综合滞环和死区，上升曲线和下降曲线在同一输入量下的最大差值。测量仪表的可靠性：指产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。负载效应：测量元件与被测对象进行接触时，或多或少会改变被测量的数值。误差计算：绝对误差=示值—约定真值。相对误差=绝对误差/约定真值。引用误差=绝对误差/量程。最大引用误差=最大绝对误差/量程。测量仪表的基本功能：检出变换：指仪表响应被测量x，抑制响应量u的本领；标准量保存：任何仪表都保存有标准量；运算比较：代表被测量x的作用与代表标准量s的反作用进行比较；操作显示：将结果用便于人眼观察的形式反映出来。成分分析仪表的选择性：表示仪表区分特性相近的组分的能力。 （二）温度：①从直观感觉上看，温度是表征物体冷热程度的参数；②从热力过程看，温度是决定一个系统是否与其他系统处于热平衡状态的宏观性质；③从微观上看，温度是物体内部分子无规则运动的标志。热电偶测温原理：热电效应。热电偶的应用定则：均质导体定则，中间导体定则，中间温度定则。热电偶参比端处理的方法：0度恒温法，参比端修正法，自动补偿法（补偿热电偶、电位补偿法）。压力检测的主要方法：液柱平衡式压力计：利用液柱产生或传递的压力来平衡被测压力的方法；力平衡式压力计：将被侧压力通过一些隔离元件转换成集中力，在测量过程中用一个外力来平衡这个未知力；弹性力平衡式压力计：利用各种弹性元件受到压力后产生的弹性形变的原理来测量压力。瞬时流量：指在短暂时间内流过某一流通截面的流体数量与通过时间之比。质量流量检测方法：直接式质量流量计：仪表的输出直接与质量流量成正比；推导式质量流量计：通过对体积流量和密度的同时测量，然后把结果送入计算单元；温度压力补偿式质量流量计：同时测出体积流量、温度、压力，由温度、压力等参数和密度的关系，通过运算装置算出介质密度，再求出质量流量。示踪法测量流量两种方法：平均传输时间测量法：将示踪剂注入管道然后测定示踪剂通过两个检测示踪剂的截面之间一段规定长度所需要的时间。稀释法：将示踪剂连续注入管道，然后确定示踪剂在管道内流动介质的稀释度，这个稀释度与流量成正比，又称恒速注入法。物位检测：物位的定义：指设备或容器中液体或固体物料的表面位置。分为：液位，料位，界位。物位检测仪表的分类：直读式、压力式、浮力式、电气式、声波式、光学式、核辐射式。常用物位检测仪表：压力差压式，浮力式（浮子式、浮筒式），温度压力流量式。成分分析包括：定性分析、定量分析。成分分析仪表基本组成：取样装置、预处理系统、分离装置、检测器、信号处理系统、显示环节。热导式气体分析器：成分分析仪器有：电化学式、热学式、磁学式、光学式、射线式、色谱式。基本原理：由于气体组分含量不同，混合气体导热能力将发生变化，利用混合气体导热能力的差异进行含量分析。检测器或热导池定义：将混合气体导热系数的测量转化为测量置于其体内部的热敏电阻的阻值，这种部件成为检测器或热导池。磁性氧量分析器的物理基础包括：含氧混合气体的总磁化率随氧气含量而改变；磁性介质在总磁场中收到的磁场力密度与介质的磁化率有关。物质的磁感应强度包括：真空中所形成的磁感应强度；由于物质的存在所产生的附加磁感应强度。热磁对流或磁风的形成：磁场力密度差会对磁化率低的高温气体产生推动作用，把它排挤出磁场，这种由于含氧气体温度的不同，在磁场中引起的流动现象成为磁风。湿度：表示空气（或气体）中水汽含量的物理量。绝对湿度：单位体积湿气体中所含的水汽质量数。相对湿度：单位体积湿气体所含水汽质量与相同条件下饱和水汽质量之比，用百分数表示。 （三）仪表系统数学模型的类型有：时域模型，频域模型，离散模型。建模方法：①分析法：利用物理定律，忽略一些次要因素下，做一点近似处理，所得到的数学关系；②实验法：根据实验数据，通过拟合的方式得到数学模型。基本控制规律：比例P，积分I，微分D。常规控制规律：PI，PD，PID。分析系统应具有性质：稳定性，快速性，准确性。执行单元的基本构成：执行机构和调节机构。典型检测仪表控制系统的基本构成：被控对象、变送器、显示仪表、调节器、给定器、执行器等。 二、工作原理 1. 热电偶测温线路图：有热电偶输出的被测直流电势Ex经过滤波单元后Ux加于桥路，与桥路的输出分压电阻R两端的直流电压Us（补偿电压）相比较，其差值（即不平衡电压） △u经滤波放大后，输出足够的功率以驱动可逆电机M，可逆电机M通过一组传动系统带动测量桥路中滑线电阻的接触位置。改变Us的大小，使△U=Ux-Us=0，同时带动仪表指针沿着标度尺移动，根据指针的位置读出相应的被测温度。如果被测温度改变，则产生新的不平衡，再经过上述过程，相应读出新的温度值。 2. 热电阻测温：把三只特性相同的热敏电阻放在电动机绕组中，紧靠绕组，每相各放1只，滴上万能胶固定，当电动机正常运转时，温度较低，Vo较小，三极管BG截止，继电器J不动作，当电动机过负荷货断相时，电动机温度急剧升高，热敏电阻急剧减小，Vo增大到一定值时，三极管BG完全导通，继电器J动作，其常闭触点断开，从而切断电动机的供电电源，起到保护作用。 3. 力平衡式压力计：被测压力作用在弹性元件波纹管外部，弹性元件受力变形而使底部产生一个微小位移，相当于在杠杆的一端作用有一个集中力F，使杠杆围绕支点顺时针转动，固定在杠杆另一端的铝片向下移动，改变铝片和检测线圈间的距离，使检测线圈的的电感发生变化，这个电感的变化经震荡放大器变换及放大，变为电流的变化而输出，这个电流通过固定在杠杆上并放在永久磁铁磁间隙的反馈线圈，通电线圈在磁场中产生一个电磁力Ff，推动杠杆向反时针转动，当Fo与Ff产生的力矩相等时，杠杆平衡，此时Ic=kFo~P。 4. 容积式流量计：仪表的测量室中安装两个互相啮合的椭圆齿形轮，可绕自己的轴转动，当被测介质流入仪表时，推动齿轮旋转，两个齿轮分别起主,从动轮作用，在图a，P1>P2， 轮I受到一个顺时针的转矩，而轮II虽受P1，P2作用，但合力矩为0，此时轮I带动轮II旋转，于是将外壳与轮I之间标准测量室内液体排入下游。在图b上，轮I受顺时针力矩，轮II手逆时针力矩，两轮在P1，P2作用下继续转动，在C图中，类似a图，不过轮II为主动轮，轮I为从动轮，这样每转一周两个啮齿共送出四个标准体积的流体，而齿轮的转数通过设在测量室外部的机械式齿轮减速机构及滚轮计数机构累计达到测量目的。 5. 自动跟踪浮子式液位计：检测与转换过程：静态时，浮子浮在被测液面上，上端绳索被卷线鼓轮1张紧，滑轮4安装在可绕支点3转动的杠杆6上，而6的另一端与铁芯7和平衡弹簧8相连。平常时，浮子重力和所受浮力与平衡弹簧的弹簧力以及杠杆,铁芯和绳索等的重力对交点3的力矩处于平衡状态，此时铁芯处于差动变压器的中间位置，当差动变压器一次线圈通过交流激磁电流时，两个差接的二次线圈产生的感应电动势总输出为0. 当液面上升时，浮子与上升，钢丝绳2变松，对杠杆6的作用力下降，铁芯7上移，差动放大器的输出经放大器9放大，带动可逆电机10转动，经过变速机构，一方面就地显示，另一方面经过自整角发送器，自整角接收器远传显示，同时使卷线鼓轮1收拢钢丝绳，使之栓紧，杠杆6处于平衡状态。仪表的精度主要决定于卷线鼓轮的转动，这就要求鼓轮直径必须准确，以保证鼓轮每转一周，卷入或放出的钢丝绳长度为一固定值。 6. 浮筒式（变浮力式）：随着液位的变化，浮筒的位置发生变化，由于弹簧受有压力，故浮筒的位移不能与液位变化相一致，而小于液位的变化，当浮筒运动时，带动铁芯在差动变压器中运动，此时差动变压器的输出电压就代表液位的变化，浮筒的受力分析：①，K--弹簧刚度，x--弹簧形变量，p’--被测介质液体密度，p”--密封容器内气体密度。设液面上升△H，浮筒浸没长度变化△h，弹簧被压缩变化△x ，则△H=△h+△x，此时增加的弹簧力与增加的浮力相平衡②，△x也是铁芯的移动量，说明差动变压器的输出量与容器的液位高度成正比。 7. 转子流量计：特点：它由向上扩大的锥形圆管和管中的浮子（即转子）组成，当管中流过介质时，浮子在椎管内的垂直位置和流量一一对应，由于沿垂直方向锥管的截面积是变化的，故流量改变时，实际上浮子与外管间的环形面积是变化的，显然浮子越向上移动，流通面积越大，故又称“变面积式”流量计 工作原理① 靶式流量计:在被测管道中心迎着流速方向安装一个靶，当有介质流过时，靶要受到流体的作用力，其中一部分是流体和靶表面的摩擦阻力，另一部分是由于流速在靶后分离，产生的压差阻力。压差阻力①，所以体积流量为②，于是可通过测量靶上受的力F在开方以测量流量。对靶受力的测量，可采用力平衡式测量变送的 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ③。 8. 离心力法检测转速：检测与转换过程：将旋转轴与被测轴的旋转运动相联系。转动时，两个重锤在离心力的作用下将张开一定角度，同时轴套筒将压缩弹簧。由于弹簧的反作用力，使摆锤平衡在一个固定的位置，转速不同时，对弹簧的压力不同，使套筒的位置不同。通过对套筒相对位移的测量，便可间接测出被测轴的转速。特点：简单，刻度不均匀，不宜测量变化较大的转速。 9. 磁性转速表:检测过程：利用电磁感应原理，将转速变成转角。永久磁铁与转轴连在一起，在磁极附近放一个铝圆盘，同轴安装有游丝和指针。转轴旋转时，磁铁跟着同步旋转，同时，由于磁场和铝盘相对运动，使铝盘中产生涡流，这个涡流产生的磁场再与旋转磁铁的磁场相互作用，使铝盘是受有一定转矩，该转矩与被测转速成正比。在游丝的作用下，铝盘的电磁力矩将与游丝产生的反力矩相平衡。此时，可由指针直接读出被测转速。 10. 热磁对流式氧量分析仪[以测速式热磁氧量分析仪为例]:其主题由一环形气室和水平放置的中间通道组成，中间通道用很薄的石英玻璃管制成，通道外面由两根很细的铂丝绕制成两个电阻线圈R1和R2（阻值为10欧左右），通道左侧装有一对磁极，在通道中形成非均匀的磁场，R1，R2与固定电阻R3，R4组成一个电桥，有直流电源供电，其不平衡输出通过显示仪表显示出来。 工作时，当待分析气体由下至上进入检测器后，分成左右两路流经环形气室，然后再汇集一起从上方出口流出，由于中间通道左侧有较强的磁场，当气体由环形气室左支路流经水平通道入口时，氧气受磁场吸引被吸入中间通道，电阻R1，R2通有电流，可使中间通道的温度保持在100摄氏度~250摄氏度之间，故氧气进入通道后便会被加热。温度升高，氧气温度上升，磁化率下降，所受到的磁力密度减小，同时环形气室左支路侧进入中间通道入口处的氧气同样会被磁场吸引进入通道，由于刚吸入通道的氧气温度低，磁化率高，因而所受到的磁场力密度大。 由于存在磁场率密度差，后进入通道的冷氧气会把先进入通道并已经被加热了的氧气推向通道的右侧，这样在通道内部便会形成磁风，而磁风流速的大小与待分析气体的氧气含量成正比。 测量时，R1，R2作为中间通道的加热元件，同时兼做检测敏感元件，当中间通道内形成磁风时，左侧线圈R1由于磁风的冷却作用，温度下降，电阻值降低。而右侧线圈R2由于流经它中间的氧气已被加热，故被冷却的程度下降，即电阻减小的量比R1的小，此时，检测桥路含有不平衡输出。显然待测气体的含量越高，磁风流速越大，电R1与R2的差动也越明显，桥路输出越大。当显示仪表直接按氧气含量刻度时，仪表的指示值就反映了待测气体的氧气含量。 三：习题 1.1检测及仪表在控制系统中起什么作用，两者关系如何？ 检测单元完成对各种参数过程的测量，并实现必要的数据处理；仪表单元则是实现各种控制作用的手段和条件，它将检测得到的数据进行运算处理，并通过相应的单元实现对被控变量的调节。 关系：二者紧密相关，相辅相成，是控制系统的重要基础 1.2 典型检测仪表控制系统的结构是怎样的，各单元主要起什么作用？ 被控——检测单元——变送单元——显示单元——操作人员 对象——执行单元——调节单元— 作用：被控对象：是控制系统的核心 检测单元：是控制系统实现控制调节作用的及基础，它完成对所有被控变量的直接测量，也可实现某些参数的间接测量。 变送单元：完成对被测变量信号的转换和传输，其转换结果须符合国际标准的信号制式。变：将各种参数转变成相应的统一标准信号；送：以供显示或下一步调整控制用。 显示单元：将控制过程中的参数变化被控对象的过渡过程显示和记录下来，供操作人员及时了解控制系统的变化情况。分为模拟式，数字式，图形式。 调节单元：将来自变送器的测量信号与给定信号相比较，并对由此产生的偏差进行比例积分微分处理后，输出调节信号控制执行器的动作，以实现对不同被测或被控参数的自动调节。 执行单元：是控制系统实施控制策略的执行机构，它负责将调节器的控制输出信号按执行结构的需要产生相应的信号，以驱动执行机构实现被控变量的调节作用。 1.4 什么是仪表的测量范围，上下限和量程？彼此有什么关系？ 测量范围：是该仪表按规定的精度进行测量的被测变量的范围。 上下限：测量范围的最小值和最大值。 量程：用来表示仪表测量范围的大小。 关系：量程=测量上限值-测量下限值 1.6 什么是仪表的灵敏度和分辨率？两者存在什么关系？ 灵敏度是仪表对被测参数变化的灵敏程度。 分辨率是仪表输出能响应和分辨的最小输入量，又称仪表灵敏限。 关系：分辨率是灵敏度的一种反应，一般说仪器的灵敏度高，则分辨率同样也高。 4.2 热电偶的测温原理和热电偶测温的基本条件是什么？ 热电偶的测温原理为热电效应，热电效应：有两种不同的材料组成一个闭合回路，如果两端结点温度不同，则在中间将会产生一个热电动势，这个过程就叫做热电效应。。将两种不同的导体或半导体连成闭合回路，当两个接点处的温度不同时，回路中将产生热电势，这种现象称为热电效应，又称赛贝克效应。 4.3、用分度号为S的热电偶测温，其参比端温度为25℃，测得热电势E=（t,20）=11.3mV，求t。 因为E(t,20)=E(t,0)+E(0,20) 所以E(t,0)=E(t,20)-E(0,20)=E(t,20)+E(20,0) 因为E(t,20)=11.30mV E(20,0)=0.113mV 所以E(t,0)=11.413mV 即t=115℃ 4.4、用分度号为K的热电偶测温，已知其参比端温度为25℃，热端温度为750℃，其产生的热电势是多少？ E(25,750)=E(25,0)+E(0,750)=E(25,0)-E(750,0) 因为E(25,0)=1000uV E(750,0)=31213uV 所以E(25,750)=1000-31213=-30213uV 4.5、在用热电偶测温时为什么要保持参比端温度恒定？一般采用哪些方式？ EAB（T，T0）=EAB(T,Tc)+EAB(TC,TO)=f(T) 由于热电偶测温受环境温度影响，由于被测高温端温度恒定，若参比端不恒温，则输出的热电势将受影响产生变化。 方法：A，0度恒温法 B,参比端修正法C,自动补偿法（采用补偿热电偶或电位补偿法） 5.1、简述压力的定义，单位及各种表示方法 压力指习惯上的压强，也就是介质，含气体和液体，垂直作用在单位面积上的力，其单位为Pa，（标准大气压下，压力=1.01325X105Pa。P=F/S） 表示方法：绝对压力：被测介质作用在容器表面积上的全部压力 大气压力：由地球表面空气柱重量形成的压力 表压力：通常压力测量仪表是处于大气中，其测得的压力值等于绝对压力和大气压力之差。 真空度：当绝对压力小于大气压力时，表压力为负值，其绝对值称为真空度。 差压：设备中两处的压力之差。 5.3、弹性式压力计的测量原理是什么？常用的弹性原理有哪些？ 答：（1）测压原理：利用弹性元件的形变与压力之间存在着确定的关系而测量压力，即在进行测量时，管内引入被测压力，在压力作用下，弹管使自己内部体积向增大方向形变固使弯曲的管子力趋伸直，结果使弹簧管自由端产生一定大小的位移，这个位移大小与压力有关。 （2）弹性元件类型：弹性膜片：这是一种外缘固定的圆形片状弹性元件。膜片的弹性特征一般由中心位移与压力的关系表示。 波纹管：其由整片材料加工而成，是一种壁面具有多个同心环状波纹，一端封闭的薄闭圆管。 弹簧管：是一根完成圆弧状的具有不等轴截面的金属管。 5.11、简述测压仪表的选择原则 类型：其应满足生产过程的要求（需了解被测介质的情况，现场环境及生产过程对仪表的要求） 量程：为保证测压仪表安全可靠的工作，仪表量程需根据被测压力的大小及在测量过程中被测压力变化的情况等条件来选取。 测量精度：生产过程中元件的被测压力的最大绝对误差应小于仪表的基本误差，可在规定的精度等级中确定仪表的精度。 测量压差的仪表适应注意工作压力的选择，应使其与被测对象的工作压力相对应。 6.1、简述流量测量的特点及流量测量仪表的分类 1流量检测方法可以归为体积流量检测和质量流量检测两种方式 2特点 流量方程式qm=f(x) 流量计的仪表系数与流出系数 K=N/V C=QM/QM’ 流量范围及范围度 测量精确度和误差 压力损失 仪表分类：体积流量计：容积式，差压式，速度式 质量流量计：推导式，直接式 6.13、质量流量测量有哪些方法： 直接式质量流量计：仪表的输出直接与质量流量成正比 推导式质量流量计：通过对体积流量和密度的同时测量，然后把结果送入计算单元，通过运算求出质量流量。 温度，压力补偿式质量流量计：同时测出体积流量，温度和压力，由温度和压力等参数和密度的关系，通过运算装置算出介质密度，再算出质量流量。 7-1、常用液位测量方法有哪些？（1）压力式液位计：根据静止介质的某一点所受压力与此点上方的介质高度成正比，利用压力表来显示其高度。（2）直读式：直接是用与被测容器连通的玻璃管来显示容器内的物位高度，或在容器上开有窗口直接观察物位高度。（3）浮力式：利用漂浮在液面上的浮子的位置随液位的变化来测量定位。（4）电气式：将物位的变化转换为某些电量参数的变化而进行间接测量。（5）声波式：由于物位的变化引起的声波的遮断。（6）光学式：利用物位对光波的遮断和反射原理进行测量。（7）核辐射式：放射性同位素放出的射线被中间介质吸收而减弱。 7-3、利用差压变送器测量液位是，为什么要进行零的迁移？如何实现？进行零点迁移的原因：由于测压仪表的安装位置一般不能和被测容器的最低液位处在同一高度上，因此，在测量液位是，仪表的量程范围内会有一个不变的附加值。对感压原件预加一个作用力，将仪表的零点迁移到与液位零点相重合，即实现零点迁移。 7-4、恒浮力式液位计与变浮力式液位计的测量原理有什么异同？不同：（1）恒浮力式：其浮子随液面的变化上下移动，其所受浮力的大小保持一定，检测浮子所在位置可知道页面的高低。（2）变浮力式：检测元件的浮筒为圆柱形，部分沉浸在液体中，利用浮筒等液体浸没高度不同引起的浮力变化而检测液位。相同：都利用浮位变化引起绳或弹簧的变化而进行测量。 7-6、电容式物位计、超声式物位计、核辐射式物位计的工作原理各有何特点？（1）电容式：基于圆筒形电容器的电容值随物位而变化。（2）超声式：利用回声测距原理，由发射探头发出的超声脉冲，在介质中传到界面反射再返回到操头接受。（3）核辐射式：以核辐射式的穿透性和物质对射线的吸收特点为基础，实验证明，射线等穿透物质后，其强度随物质层的厚度呈现指数规律衰减。 9-1、在线成分分析系统为什么要有采样和试样预处理装置？采样和试样预处理装置可以保证在成分分析系统良好的环境适应性和高的可靠性，以使分析仪表的视值能代表被监测的部分。采样装置的作用是从生产设备中自动、快速的提取待分析样品；预处理装置可采用多种方式对采集的样品进行适当的处理，为分析仪器提供符合技术要求的试样。 9-2、简述热导式体分析器的工作原理，对测量条件有什么要求？ 工作原理：由于气体组份含量的不同，混合气体导热能力将发生变化，利用混合气体导热能力的差异进行含量分析。 要求：实际测量中，要求混合气体中背景组分的导热率必须近似相等，并与被测组分的导热率有明显的差别，对于不能满足这一要求的气体可采用预处理的方法。 9-6、半导体气敏传感器有哪几种类型？半导体气敏传感器的类型按照半导体的物位变化特点，可分为电阻型和非电阻性两类。按照半导体与气体的相互作用是在其表面或内部，又可分为表面控制型和体控制型两种。 9-8、简述湿度测量的特点，常用的湿度测量方法有哪些？湿度测量的方法很多，传统的方法是露点法，毛发膨胀法和干湿球湿度测量法。工业过程的检测和控制对湿敏传感器有一下要求：（1）工作可靠，使用寿命长；（2）在气体环境中特性稳定，不受尘埃、油污附着的影响；（3）满足要求的湿度测量范围有较快的相应速度；（4）能在-30°~100°c的环境温度下使用，受温度影响较小；（5）互换性好，制造简单，价格廉价。 10-3、 DDZ-II型和DDZ-III型电动单元组合仪表的主要外特性是什么？（1）DDZ-II型电动单元组合仪表的主要外特性：DDZ-II型系列仪表采用了印制电路等工艺，是以晶体管元件为主体的各单元之间的联络信号约定为0~10mA，电源采用交流220v，各单元的精度为0.5级。由于采用了电流作为仪表间的联络信号，因而信号在传达过程中能保持恒值而不易受到传输电线电阻的变化的影响，且适合于远距离传送。此时变送和计算单元能承受的负载电阻一般为0~1.5千欧，给定和调节单元能承受的负载电阻一般为0~3千欧。电流信号的引入还有利于与磁场作用产生机械力，以便于利用力平衡原理实现各种功能。同时，电流信号有利于多个单元的串接，并能保证各接收信号的一致性。此外电流信号从口开始，便于模拟量的运算。（2）DDZ-III型系列仪表是以线性集成电路为主要元器件。各单元之间的联络信号采用国际统一信号制的4~20mA直流电流进行远传，并保留了室内1~5v电流电压的联络信号，电源采用直流24v单电源供电。DDZ-III型仪表采用国际统一信号制的4~20mA直流电流进行远传，主要是为了克服其电流制式的缺陷，即无法判断线以及不易避开元件的死区和非线性区。由于III型仪表的输入阻抗较大，因而用过250欧的电阻即可方便的将信号传递。此外，直流24v供电模式的采用，使单电源集中供电得以实现。同时，正因为采用了直流24v低压供电，并附以安全栅等措施，才使III型仪表具备了安全的防爆能力。 11-1、为什么说变送单元是工业自动化的重要组成部分？ 变送单元在控制系统中起着重要的作用，它将各种过程参数如温度，压力，流量，液位等转换成相应的标准统一信号，以供系统显示或进行下一步的调整控制所用。所以说在任何系统的自动控制系统中变送器都是首要环节和重要组成部分，因为只有获得了精确可靠的过程参数，才能进行准确的数据处理，进而达到满意的效果。 11-2、常用变送器的基本结构是什么？ 基本结构：①基于闭环模式工作的变送器，具有深度负反馈效应，其结构主要分为测量环节，放大环节，反馈环节。其中调整环节是变送器的辅助构件，其存在时主要起调零和零点迁移的作用。②基于开环模式的变送器，主要由测量环节和放大环节组成。其中作为变送器的辅助构件的调整环节，通常集成在放大环节中，以实现对零点的调整和迁移。 11-3、常用变送器中采用哪些基本工作原理？ ①力矩式平衡原理：借助矢量机构或复合杠杆来完成Um+U0约等于Uf的平衡，其核心在于如何将各种信号转换成等效力矩，并测出达到平衡时所产生的微小位移，以备变送器进行放大然后处理。②桥式电路原理：利用桥式电路特性，将变送器调整环节和反馈环节有机结合即可应用。③差动方式原理：采用某些原件的物理特性如C,L,互感等进行测量时，其固有的非线性妨碍了常规方法的使用，而差动方式可以补偿使其特性线性化。 12-1、显示仪表在过程自动化的作用是什么？ 在控制系统中显示仪表具有重要的地位，它可以将控制过程中的参数变化、被控对象的过渡过程显示和记录下来，工操作人员及时了解控制系统的变化情况，掌握被控对象的状态，是进行系统控制、工况监视、性能分析以及事故评判等工作所必不可少的环节。 12-3、常用在显示仪表中的工作原理有哪些？主要应用在什么场合？ 工作原理：①电位差计式自动平衡原理。将自动电位差计与相应的传感器和变送器配合，则可以方便的实现对被测参数的显示和记录。②电桥式自动平衡原理。在实际工业生产应用中，常采用敏感电阻作为传感器对被测参数进行测量，将这些敏感电阻引入电桥，作为一个或多个电桥桥臂的组成部分，即可利用电桥平衡的原理实现对被测参数的测量、显示和记录。③差动变压器式自动平衡原理。主要与差动变压器式测量机构配套使用。 13-1、调节器在过程自动化系统中扮演什么样的角色？ 调节器是构成自动控制系统的核心仪表，它的基本功能是将来自变送器的测量信号与给定信号相比较，并对由此产生的偏差进行比例、积分或微分处理后，输出调节信号控制执行器的动作，以实现对不同被测或被控参数的自动调节作用。 13-2、什么是比例控制规律、积分控制规律和微分控制规律？它们有哪些表示方法和特点？ ①比例ｐ控制规律：具有比例控制规律的调节器其输出信号的变化量△ｙ与偏差信号ε之间存在比例关系。用微分方程形式表示可为：△ｙ＝Ｋｐε（Ｋｐ为一个可调的比例增益）。 特点：能及时和迅速地克服扰动的影响，从而使系统很快地达到稳定状态。但因调节器的输出信号与输入信号须始终保持比例关系，所以在系统稳定后，被控变量无法达到系统给定值，而是存在一定残差。②积分Ｉ控制规律：具有积分控制规律的调节器其输出信号的变化量△ｙ与偏差信号ε的积分成正比。微分方程表示可为：△ｙ＝１／Ｔｉ∫εｄｔ（Ｔｉ为时间积分，１／Ｔｉ为积分速度）。特点：希望消除残差和最终消除残差是积分调节作用的重要特征。积分调节作用总是滞后于偏差的存在，不能及时有效地克服扰动的影响，使调节不及时，造成被控变量超调量增加，操作周期和回复时间增长，也使调节过程缓慢，不易稳定。③微分Ｄ控制规律：具有微分控制规律的调节器，其输出信号的变化量△ｙ与偏差信号ε的变化速度呈正比，用微分方程形式表示可为△ｙ＝Ｔｄ（ｄε／ｄｔ）（Ｔｄ微分时间，ｄε／ｄｔ为偏差信号的变化速度）。特点：偏差尽管不大，但还在偏差开始剧烈变化的时刻，就能立即自动地产生一个强大的调节作用，及时抑制偏差的继续增长，故有超前调节作用，及时抑制偏差的继续增长，故有超前调节作用。同时，因为微分调节器的输出大小只与偏差变化的速度有关，当偏差固定不变时，无论其数值有多大，微分器都无法输出，不能消除偏差，不能单独使用。 13-４、什么是正作用调节器和副作用调节器？如何实现调节器的正反作用？ 偏差量ε＞０时，若对应的输出信号变化量△ｙ＜０，则称调节器为正作用调节器；偏差量ε＜０，是，若对应的输出信号变化量△ｙ＜０，则称为反作用调节器。由调节器构成的典型控制系统是闭环回路系统，无论调节器是正作用还是反作用，通常都需要工作在稳定状态下。调节器是在接受到偏差信号后，依据自身设置的控制规律使其输出信号发生变化，通常执行器作用于被控对象，使被控量朝系统给定值的方向变化，从而达到新的稳定状态。