工业过程控制工程课件第四章 测量变送环节和执行器

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第四章 测量变送环节和执行器 第四章 测量变送环节和执行器本章的主要内容: 4.1 系统设计时对测量变送环节的考虑 4.2 控制阀环节在控制系统设计中的     考虑  4.3 其它执行器 第四章 测量变送环节和执行器4.1系统设计时对测量变送环节的考虑 测量变送环节任务和要求 P39 任务:对被控变量或其它参数进行正确测量,并 转换成统一信号 风 压: 0.02~0.1MPa 电信号: 0~10mA (DDZ-Ⅱ型表) 4~20mA (DDZ- Ⅲ型表) 表示:线性化处理后,可表示为一阶惯性加纯滞 后特性 Km ?? Gm(s)= e m s (4.1-1) TmS ?1 第四章 测量变送环节和执行器4.1系统设计时对测量变送环节的考虑 测量变送环节表示: 1)存在纯滞后,希望τm越小越好; 减小τm的好处:频率提高,稳定裕度增 加,过渡过程面积减小 2 )测量变送环节处于反馈通道中,减小Tm (通道时间常数),可提高控制质量(频 率提高,过渡过程面积减小); 3)减小Tm可减小动态误差,Tm大,会使指 示记录曲线与真实参数产生很大的动态误 差 要求:快速、准确地反映被测量值 第四章 测量变送环节和执行器 4.1系统设计时对测量变送环节的考虑本节的主要内容: 4.1.1  测量误差的来源 P39 4.1.2  测量信号的处理 P40 第四章 测量变送环节和执行器4.1.1 测量误差的来源1)仪表本身误差   P39   仪表的精度等级表明了稳态下仪表的 最大百分误差。它是按全量程的最大百分 误差来定义的,量程越宽绝对误差越大。   选择仪表量程时应尽量选窄一些。   从控制原理角度看:     缩小检测变送器的量程,就是使     该环节静态增益Km增加。 第四章 测量变送环节和执行器4.1.1 测量误差的来源1)仪表本身误差   P39仪表的精度等级:表明了稳态下仪表的最大 百分误差。精度等级G分为八个等级: 0.1, 0.2, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 5.0精度等级的数字越小,精度越高 第四章 测量变送环节和执行器4.1.1 测量误差的来源2)安装不当引入误差   测量变送的一次元件安装在工艺设备上。 安装必须符合规范,否则会引入很大误差。   例:流量测量中          孔板反向安装       直管段不足       差压计液体引压管线存在气泡          引入误差 第四章 测量变送环节和执行器4.1.1 测量误差的来源 3)测量的动态误差    测量变送环节的滞后,包括Tm和τm 都会引起测量动态误差。    在化工生产中,最容易引入纯滞后的 是温度和物性参数的测量。 第四章 测量变送环节和执行器 4.1.1 测量误差的来源3)测量的动态误差 例1:测温元件 - 存在测量滞后   例如:温包、热电阻、热电偶  滞后原因:热容       热阻(与元件的结构、外围          介质的流态、性质及          停滞厚度有关)   见P40图4.1-1测量元件的响应速度   第四章 测量变送环节和执行器4.1.1 测量误差的来源 3)测量的动态误差  例1:测温元件 - 存在测量滞后     见P40图4.1-1测量元件的响应速度    减小误差措施:      不要任意加厚保护 套管      避免把测温元件安 放在死角或引起大 热阻处 第四章 测量变送环节和执行器4.1.1 测量误差的来源3)测量的动态误差 例2:PH值控制系统 示意图:P40 图4.1-2 电极不能放置在流速 不稳的主管道上 两项纯滞后: τ1 与τ2         第四章 测量变送环节和执行器4.1.1 测量误差的来源3)测量的动态误差 例2:PH值控制系统    示意图:P40 图4.1-2 电极不能放置在流速不稳的主管道上    两项纯滞后: l 1 l2 ?1 ? ? 2 ? v1 v 2     ? m ??1 ?? 2 第四章 测量变送环节和执行器4.1.1 测量误差的来源 3)测量的动态误差    式中: l1,l2 ?管道长度 v1,v2 ? 流体流速     减小滞后的措施:合理选择测量元件的        安装位置,以减小τm 第四章 测量变送环节和执行器4.1.2 测量信号的处理 在以下情况下,对测量信号需进行处理后再 送往控制器。 P40 1)对呈周期性的脉动信号需进行低通滤波   例:    活塞式压缩机的出口压力    以往复泵输送液体时的流量         呈现脉动现象 第四章 测量变送环节和执行器4.1.2 测量信号的处理周期性波动,给系统运行带来的麻烦:   控制过程徒劳无益,有可能使系统产   生共振,加剧受控变量的波动。   使控制阀阀杆加速磨损,影响寿命。措施:   增加阻尼(实质上是一种低通滤波作   用) 削平脉冲波形  提高系统平   稳性 第四章 测量变送环节和执行器4.1.2 测量信号的处理低通滤波示例:RC阻尼器 或RC滤波电路 传递函数: G(S) ?1/(TS ?1)  作用: 通低频,阻高频 低频时动态增益近似为1,随着频 率的增高,其动态增益大大下降 第四章 测量变送环节和执行器4.1.2 测量信号的处理 实现方法: (见P40图4.1-3)   在气体压力传送管线上增加 气阻R 气容C   采用电动变送器时,将RC滤波电路串   接在变送器之后。 第四章 测量变送环节和执行器4.1.2 测量信号的处理 实现方法: (见P40 图4.1-3)    第四章 测量变送环节和执行器4.1.2 测量信号的处理 2)对测量噪声需进行滤波 P41   例:   容器液位剧烈跳动  变送器输出波动不息   压力、流量信号呈高频振荡     措施:低通滤波 3)线性化处理 检测变送器:有时输入-输出呈非线性       对指示和记录的观察带来不便。 第四章 测量变送环节和执行器4.1.2 测量信号的处理3)线性化处理  例:节流装置输出差压与流量的平方成正比 ? P ? P Q ? K T  Q-流量    K-系数  P-绝对压力 △P-差压 T-绝对温度  措施:进行线性化处理(对例子,采用开方     器进行校正)或用软件校正。 第四章 测量变送环节和执行器 4.2 控制阀环节在控制系统设计中的考虑本节的主
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