仪表原理
时间：2016-03-18 阅读：236
仪表原理
一、概述
(
一
)
、自动化仪表的发展
从工业自动化仪表的发展过程看，大体上经历了三个阶段。
1
、基地式仪表阶段：这是历*首先发展起来的，大约是在
20
世纪
30
～
40
年代期间。这
类仪表的优点是，简单、价廉、实用。但是，只适用于简单的控制系统，无法或不便于应用在复
杂控制系统中。
2
、单元组合式仪表阶段：我国
20
世纪
50
年代以后发展起来的，它们与复杂控制系统的推
广应用相适应。
用单元组合式仪表，
可以方便地组成简单与复杂的控制系统。
这类仪表的广泛应
用与系统结构的发展和需要是分不开的。单元组合仪表按其发展，可分为
I
、
II
、
III
型。
3
、以微处理器为基本组成部分的控制装置阶段：微处理器于
20
世纪
70
年代初出现，由于
它灵活、
可靠、
价廉、
迅速成为信息科学与技术的宠儿，
被广泛应用于工业、
国防、
家庭等领域。
以微处理器为基本组成部分的控制装置，主要沿着三条路发展。
1)
、
分散型综合控制系统
(
总体分散控制装置
)
：
这是
20
世纪
70
年代后期由仪表制造厂和计
算机制造厂推出的新产品。
作为zui简单的形式，
它是由各个基本控制站与数据总线构成。
每个控
制站可控制几个回路，相互间由数据总线传递信息，并可配置屏幕显示器操作站等。
2)
、
可编程数字
调节器
：有些产品简称单回路调节器。
它们采用微处理器为基本元件。
控制
规律采用数字运算。
但它们的输入和输出与模拟式调节器相似，
不须另加
A/D
与
D/A
插件。
这类
仪表的功能相当丰富。表现在：
a
、每台调节器可有多个输入，
1
～
2
个输出
;
b
、有数十种控制规律
(
功能
)
，用以实现复杂控制十分方便
;
c
、编程容易，几乎不需要计算机软件方面的专门知识，就可学会操作
;
d
、改变控制方案和算法非常容易，只要输入和输出变量不增加，就不需要调整外部接线。
另一类以顺序控制为主的形式称为可编程逻辑
控制器
，也有很好的功能和广泛的应用。
3)
、
微计算机系统：
微计算机包括个人计算机
(PC)
、
单片机、
单板机等，
有些本来是通用的，
也可供过程控制之用。
(
二
)
、自动化仪表的分类
自动化仪表能从几个主要方面加以分类。
1
、按仪表工作所需能源来分可分为三类
;
一类是气动仪表，它以干燥、清洁的压缩空气为能源，其压力大小一般为
0.14MPa
一类是电动仪表，一般其能源为
220
伏交流供电。或
24
伏直流供电
;
还有一类是以液压为工作能源的液动仪表。
2
、按组成结构分
有基地式仪表、单元组合式仪表、组装式仪表和分散型综合控制系统等。
1)
、基地式仪表：基地式仪表是给定、测量、调节等机构全装在一个壳体内的仪表。它是专
为某种被测参数在特定的测量范围内使用的仪表。它与单输入单输出的简单控制系统相适应。
2)
、
单元组合式仪表：
单元组合式仪表按照自动调节系统中各组成部分的功能和现场使用要
求，分成若干个独立的单元。各单元之间用标准信号。
在使用时再按一定的要求，
将各单元
组合在一起。单元组合仪表按工作能源又可分成气动单元组合仪表和电动单元组合仪表。
3)
、
组件组装式仪表：
它是将集成电路和其它一些电子元件按照功能制成若干插件，
根据需
要选择不同的插件就能组成
;
自动调节或控制系统。
4)
、分散型综合控制系统：在控制技术
(Contro1)
、计算机技术
(Computer)
、通信技术
(Communication)
、屏幕显示技术
(CRT)
等四“
C
”技术迅速发展的基础上研制成的一种新型控制
系统。它的设计思想是分散控制、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类仪表。
工业的迅猛发展，
特别是石油化工企业对仪表的防爆能力日益重视，
电动仪表的设计者也考虑了各种防爆措施。
现场仪表的防爆能力已成为仪表性
能的重要指标。
接处采用符合规定的螺纹。有的情况下对壳体的材质和壳内空间的尺寸也有规定。这样的仪表。
也有采用充入惰性气体或将电路浸在油中的办法隔离的。
其用意是用惰性气体或油熄灭电火
3)
、
安全火花型仪表：
这类仪表采用低压直流小功率电源供电，
并且对电路中的储能元件
(
例
如电容、电感
)。此
外，危险区以外发生电路的混触，也有可靠的措施，
使高电压大电流不能进入危险区。
安全火花
型仪表是电动仪表中防爆性能的一类。
(
三
)
、单元组合仪表的统一信号、分类和命名
1
、统一信号
单元组台式仪表按其能源分为气动单元组合仪表和电动单元组合仪表。
气动单元组合仪表的
能源为
140kPa
的干燥清洁的压缩空气，它的统一信号为
20
～
100kPa
。
I
型电动单元组合仪表的
能源为交流
220V
，
统一信号为直流
0
～
10mA
，
II
型单元组合仪表能源为直流
24V
，
统一信号为直
流
4
～
20mA
。
2
、分类
单元组合式仪表可分为现场安装仪表和控制室安装仪表两大部分，
共八大类。
按仪表在系统
中所起的不同作用，现场安装仪表可分为变送单元类和执行单元类
;
控制室内安装仪表又可分为
调节单元类、转换单元类、运算单元类、显示单元类、给定单元类和辅助单元类等。各单元的作
用和品种如下：
1)
、变送单元类：它将各种被测参数如温度、压力、流量、物位等物理量转换成相应的
0
～
10mA DC
、
4
～
20mA DC
或
20
～
100kPa
信号，并将其传送到显示、调节单元，以供指示、记录或
控制。变送单元的主要品种有：温度变送器、
压力变送器
、
差压变送器
、流量变送器、液位变送
器等。
2)
、转换单元类：转换单元是单元组合仪表与其它系列仪表之间的桥梁，它能将电压、
频率等电信号转换成相应
0
～
10mA
DC
、
4
～
20mA
DC
或
20
～
100kPa
信号，实现与电动单元组合仪
表标准信号之间的转换，
如电动调节单元的输出需进行电—气转换才能驱动zui常用的气动薄膜
调
节阀
。
这类产品有：直流毫伏转换器、频率转换器、气—电转换器、电—气转换器等。
3)
、
调节单元类：
它将来自变送单元的测量信号和给定信号进行比较，
按其差值给出控制信
号去控制执行器的动作，使测量值和给定值相等。调节单元的品种有比例、积分、微分调节器
;
比例、积分调节器
;
比例、微分调节器和比例调节器等。
4)
、运算单元类：它将各类仪表输出的标准统一信号进行加、减、乘、除、开方、平方等数
学运算，以满足多参数复台测量、校正和调节的要求。运算单元的品种有加减器、乘除器和开方
器等。
5)
、显示单元类：已将各种被测参数进行指示、记录、报警和积算等，供操作人员监视控制
系统工况之用。显示单元副品种有：比例积算器、开方积算器、自动显示
记录仪
等。