儀表原理
一、概述
(
一
)
、自動化儀表的發(fā)展
從工業(yè)自動化儀表的發(fā)展過程看，大體上經(jīng)歷了三個階段。
1
、基地式儀表階段：這是歷*首先發(fā)展起來的，大約是在
20
世紀(jì)
30
～
40
年代期間。這
類儀表的優(yōu)點(diǎn)是，簡單、價廉、實(shí)用。但是，只適用于簡單的控制系統(tǒng)，無法或不便于應(yīng)用在復(fù)
雜控制系統(tǒng)中。
2
、單元組合式儀表階段：我國
20
世紀(jì)
50
年代以后發(fā)展起來的，它們與復(fù)雜控制系統(tǒng)的推
廣應(yīng)用相適應(yīng)。
用單元組合式儀表，
可以方便地組成簡單與復(fù)雜的控制系統(tǒng)。
這類儀表的廣泛應(yīng)
用與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展和需要是分不開的。單元組合儀表按其發(fā)展，可分為
I
、
II
、
III
型。
3
、以微處理器為基本組成部分的控制裝置階段：微處理器于
20
世紀(jì)
70
年代初出現(xiàn)，由于
它靈活、
可靠、
價廉、
迅速成為信息科學(xué)與技術(shù)的寵兒，
被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、
國防、
家庭等領(lǐng)域。
以微處理器為基本組成部分的控制裝置，主要沿著三條路發(fā)展。
1)
、
分散型綜合控制系統(tǒng)
(
總體分散控制裝置
)
：
這是
20
世紀(jì)
70
年代后期由儀表制造廠和計
算機(jī)制造廠推出的新產(chǎn)品。
作為zui簡單的形式，
它是由各個基本控制站與數(shù)據(jù)總線構(gòu)成。
每個控
制站可控制幾個回路，相互間由數(shù)據(jù)總線傳遞信息，并可配置屏幕顯示器操作站等。
2)
、
可編程數(shù)字
調(diào)節(jié)器
：有些產(chǎn)品簡稱單回路調(diào)節(jié)器。
它們采用微處理器為基本元件。
控制
規(guī)律采用數(shù)字運(yùn)算。
但它們的輸入和輸出與模擬式調(diào)節(jié)器相似，
不須另加
A/D
與
D/A
插件。
這類
儀表的功能相當(dāng)豐富。表現(xiàn)在：
a
、每臺調(diào)節(jié)器可有多個輸入，
1
～
2
個輸出
;
b
、有數(shù)十種控制規(guī)律
(
功能
)
，用以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制十分方便
;
c
、編程容易，幾乎不需要計算機(jī)軟件方面的專門知識，就可學(xué)會操作
;
d
、改變控制方案和算法非常容易，只要輸入和輸出變量不增加，就不需要調(diào)整外部接線。
另一類以順序控制為主的形式稱為可編程邏輯
控制器
，也有很好的功能和廣泛的應(yīng)用。
3)
、
微計算機(jī)系統(tǒng)：
微計算機(jī)包括個人計算機(jī)
(PC)
、
單片機(jī)、
單板機(jī)等，
有些本來是通用的，
也可供過程控制之用。
(
二
)
、自動化儀表的分類
自動化儀表能從幾個主要方面加以分類。
1
、按儀表工作所需能源來分可分為三類
;
一類是氣動儀表，它以干燥、清潔的壓縮空氣為能源，其壓力大小一般為
0.14MPa
一類是電動儀表，一般其能源為
220
伏交流供電?；?/p>
24
伏直流供電
;
還有一類是以液壓為工作能源的液動儀表。
2
、按組成結(jié)構(gòu)分
有基地式儀表、單元組合式儀表、組裝式儀表和分散型綜合控制系統(tǒng)等。
1)
、基地式儀表：基地式儀表是給定、測量、調(diào)節(jié)等機(jī)構(gòu)全裝在一個殼體內(nèi)的儀表。它是專
為某種被測參數(shù)在特定的測量范圍內(nèi)使用的儀表。它與單輸入單輸出的簡單控制系統(tǒng)相適應(yīng)。
2)
、
單元組合式儀表：
單元組合式儀表按照自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)中各組成部分的功能和現(xiàn)場使用要
求，分成若干個獨(dú)立的單元。各單元之間用標(biāo)準(zhǔn)信號。
在使用時再按一定的要求，
將各單元
組合在一起。單元組合儀表按工作能源又可分成氣動單元組合儀表和電動單元組合儀表。
3)
、
組件組裝式儀表：
它是將集成電路和其它一些電子元件按照功能制成若干插件，
根據(jù)需
要選擇不同的插件就能組成
;
自動調(diào)節(jié)或控制系統(tǒng)。
4)
、分散型綜合控制系統(tǒng)：在控制技術(shù)
(Contro1)
、計算機(jī)技術(shù)
(Computer)
、通信技術(shù)
(Communication)
、屏幕顯示技術(shù)
(CRT)
等四“
C
”技術(shù)迅速發(fā)展的基礎(chǔ)上研制成的一種新型控制
系統(tǒng)。它的設(shè)計思想是分散控制、集中管理。
3
、按防爆能力分
有普通型、隔爆型和安全火花型等類儀表。
工業(yè)的迅猛發(fā)展，
特別是石油化工企業(yè)對儀表的防爆能力日益重視，
電動儀表的設(shè)計者也考慮了各種防爆措施。
現(xiàn)場儀表的防爆能力已成為儀表性
能的重要指標(biāo)。
接處采用符合規(guī)定的螺紋。有的情況下對殼體的材質(zhì)和殼內(nèi)空間的尺寸也有規(guī)定。這樣的儀表。
也有采用充入惰性氣體或?qū)㈦娐方谟椭械霓k法隔離的。
其用意是用惰性氣體或油熄滅電火
3)
、
安全火花型儀表：
這類儀表采用低壓直流小功率電源供電，
并且對電路中的儲能元件
(
例
如電容、電感
)。此
外，危險區(qū)以外發(fā)生電路的混觸，也有可靠的措施，
使高電壓大電流不能進(jìn)入危險區(qū)。
安全火花
型儀表是電動儀表中防爆性能的一類。
(
三
)
、單元組合儀表的統(tǒng)一信號、分類和命名
1
、統(tǒng)一信號
單元組臺式儀表按其能源分為氣動單元組合儀表和電動單元組合儀表。
氣動單元組合儀表的
能源為
140kPa
的干燥清潔的壓縮空氣，它的統(tǒng)一信號為
20
～
100kPa
。
I
型電動單元組合儀表的
能源為交流
220V
，
統(tǒng)一信號為直流
0
～
10mA
，
II
型單元組合儀表能源為直流
24V
，
統(tǒng)一信號為直
流
4
～
20mA
。
2
、分類
單元組合式儀表可分為現(xiàn)場安裝儀表和控制室安裝儀表兩大部分，
共八大類。
按儀表在系統(tǒng)
中所起的不同作用，現(xiàn)場安裝儀表可分為變送單元類和執(zhí)行單元類
;
控制室內(nèi)安裝儀表又可分為
調(diào)節(jié)單元類、轉(zhuǎn)換單元類、運(yùn)算單元類、顯示單元類、給定單元類和輔助單元類等。各單元的作
用和品種如下：
1)
、變送單元類：它將各種被測參數(shù)如溫度、壓力、流量、物位等物理量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的
0
～
10mA DC
、
4
～
20mA DC
或
20
～
100kPa
信號，并將其傳送到顯示、調(diào)節(jié)單元，以供指示、記錄或
控制。變送單元的主要品種有：溫度變送器、
壓力變送器
、
差壓變送器
、流量變送器、液位變送
器等。
2)
、轉(zhuǎn)換單元類：轉(zhuǎn)換單元是單元組合儀表與其它系列儀表之間的橋梁，它能將電壓、
頻率等電信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)
0
～
10mA
DC
、
4
～
20mA
DC
或
20
～
100kPa
信號，實(shí)現(xiàn)與電動單元組合儀
表標(biāo)準(zhǔn)信號之間的轉(zhuǎn)換，
如電動調(diào)節(jié)單元的輸出需進(jìn)行電—氣轉(zhuǎn)換才能驅(qū)動zui常用的氣動薄膜
調(diào)
節(jié)閥
。
這類產(chǎn)品有：直流毫伏轉(zhuǎn)換器、頻率轉(zhuǎn)換器、氣—電轉(zhuǎn)換器、電—氣轉(zhuǎn)換器等。
3)
、
調(diào)節(jié)單元類：
它將來自變送單元的測量信號和給定信號進(jìn)行比較，
按其差值給出控制信
號去控制執(zhí)行器的動作，使測量值和給定值相等。調(diào)節(jié)單元的品種有比例、積分、微分調(diào)節(jié)器
;
比例、積分調(diào)節(jié)器
;
比例、微分調(diào)節(jié)器和比例調(diào)節(jié)器等。
4)
、運(yùn)算單元類：它將各類儀表輸出的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號進(jìn)行加、減、乘、除、開方、平方等數(shù)
學(xué)運(yùn)算，以滿足多參數(shù)復(fù)臺測量、校正和調(diào)節(jié)的要求。運(yùn)算單元的品種有加減器、乘除器和開方
器等。
5)
、顯示單元類：已將各種被測參數(shù)進(jìn)行指示、記錄、報警和積算等，供操作人員監(jiān)視控制
系統(tǒng)工況之用。顯示單元副品種有：比例積算器、開方積算器、自動顯示
記錄儀
等。
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