1、 化工自動化及儀表實 驗 講 義程萬里 編過程裝備與控制工程教學組2002.9目 錄實驗須知實驗一 熱電偶溫度計的使用實驗二 電動溫度變送器的調整和使用實驗三 電子電位計的校驗實驗四 溫度控制系統實驗（一）實驗五 溫度控制系統實驗（二）實 驗 須 知1 必須自始自終以認真和科學態度進行實驗。2 實驗課不能遲到，實驗期間不得擅自離開崗位。3 切實注意安全，不得穿背心和拖鞋進入實驗室。在連接線路時應先切斷電源，不許帶電操作。4 為了順利地進行實驗和取得好的實驗效果，必須認真預習，寫出預習報告，若指導教師發現有同學尚未預習，則不準其參加實驗。5 實驗中如發生異?，F象或事故，必須立即切斷電源，并保持現

2、場，即及時報告教師，共同處理。6 要愛護公物，不得擅自拆開儀器儀表，非本實驗儀器設備不得隨便動用。7 實驗完成后，應切斷電源，整理好一切儀器設備，并把原始記錄交教師簽字，經允許后方可離開實驗。8 實驗后，每人應獨立完成實驗報告，報告與原始記錄均按教師規定的時間上交。實 驗 一熱電偶溫度計的使用一實驗目的：1掌握熱電偶與動圈儀的配套連接，測溫方法及外阻影響。2掌握熱電偶配手動電位計的測溫方法。3掌握熱電偶冷端溫度影響及補償方法。二實驗儀器：1 管狀電爐2 自耦變壓器（帶電流表）3 廣口保溫瓶4 動圈儀5 熱電偶6 接線板（帶調整電阻）7 手動電位差計8 30cm不銹鋼直尺三實驗容（一）熱電偶配手

3、動電位差計測溫：1按圖1-1接線，注意極性是否接對，接點是否牢固等。為保持熱電偶冷端溫度為零度，將熱電偶冷端放置保溫瓶中冰水混合物中。圖1-1 熱電偶溫度計接線圖2把雙向開關打向手動電位差計進行測溫。3手動電位差計使用方法：首先調整檢流計的機械零點，其次把手動電位差計的雙向開關打向并按住在“校正”位置，調整“工作電流”電位器，使檢流計電流為零，然后把雙向開關打向“測量（或未知）”位置，即可進行測量。注意：手動電位差計的雙向開關在每一次測量完后，應置于中間位置，以減少干電池的耗電量。4短接調整電阻，再測一次爐溫，以考察外阻對手動電位差計測溫的影響。（二）熱電偶配動圈儀測溫：1把雙向開關打向動圈儀

4、進行測溫。2調整儀表零點為零度，由于本實驗中熱電偶的冷端溫度也為零度，這樣動圈儀指示的溫度就是電爐溫度。3短接調整電阻，再測一次爐溫，以考察外阻對動圈儀測溫的影響。（三）在測溫點相同的條件下，同時用手動電位差計和動圈儀對爐溫進行測量，將兩個測量結果進行比較。（四）改變測溫點，重復（三），將電爐的溫度分布得到。測溫點數不少于10個。四實驗報告1 實驗數據記錄及處理動圈儀分度號 量程 精度 室溫測溫點距離（cm）測溫儀表外阻（）讀 數mV1手 動電位差計150動圈儀1502畫出熱電偶配動圈儀和手動電位差計的接線圖。3從實驗結果討論熱電偶測量線路電阻的大小對于用動圈儀測量時如何影響，對于電位差計又是

5、如何影響。4利用電位差計測得的熱電勢列式計算電爐溫度，并與動圈儀指示值進行比較，如有差別，哪一個測量結果更為準確？5繪制電爐的溫度分布曲線。6問題討論：（1） 熱電偶和動圈儀、手動電位差計配套使用時應注意哪些問題？（2） 熱電偶的補償導線極性接錯時，測量時會發生何種現象？（3） 試分析動圈儀、手動電位差計與熱電偶配套使用時哪一個精度高。實 驗 二電動溫度變送器的調整和使用一 實驗目的：1 了解電動溫度變送器的結構，2 學會電動溫度變送器與不同檢測元件的配套使用，3 掌握零點遷移和量程調整的方法。二 實驗儀器：1 DWB型電動溫度變送器（DDZ儀表）2 ZX32型電阻想箱3 0.5級直流毫安表4

6、 手動電位差計5 冷端溫度補償電阻三 實驗容和步驟：（一）溫度變送器配熱電阻時的調整和使用要求：配用Cu50熱電阻，按測溫圍050調整1 接線（見圖2-2）：用電阻箱代替熱電阻，注意三線制接法，即電阻箱圖2-1 測量橋路要接出三根線，端子的接法由遷移電阻Rx決定，在變送器的輸出端子間串入一個1.5K的電阻和一臺毫安表。（1） 遷移電阻Rx的計算： 因為當熱電阻的阻值為量程下限值Rtmin時，橋路輸出電壓e=0，從而可由下式計算遷移電阻Rx e=0.5(Rtmin-Rx)=0 Rx=Rtmin(2)由上式計算的Rx值決定端子的接法 Rx=050接且短路 Rx=50100接 Rx=100200接圖

7、2-2 配熱電阻時的接線圖2將“檢查工作”開關置于“檢查”位置，此時儀表輸出電流應在46mA圍，說明儀表工作正常，然后把開關放置“工作”位置，否則請指導老師處理。3由相應的熱電阻分度表，查得相應于上、下限溫度的阻值Rtmin、Rtmax，則熱電阻上、下限阻值差Rmax=Rtmax-Rtmin4調整（1） 調整零點遷移：使電阻箱的電阻值為Rtmin+10Rmax，儀表應有1mA輸出，如不在1mA，調整“零點遷移”電位器W2（W3不能調）。（2） 調量程：使電阻箱的電阻值為Rtmin+90Rmax，儀表應有9mA輸出，如不在9mA，調整“量程”電位器W1。（3） 反復步驟（1）、（2），直到同時滿

8、足兩項要求為止。5讀出當輸出電流為5mA時的電阻箱的數值，并查出相應的溫度值。（二）溫度變送器配熱電偶時的調整和使用要求：配用K分度號的熱電偶，按測溫圍600800調整1接線（見圖2-3）（1） 端補償電阻（K熱電偶RCu 20=20.16），（2） 手動電位差計代替熱電偶輸出毫伏信號，（3） 子的接法由遷移電阻Rx決定，按下式計算，端子的連接方式同（一）， e=E(tmin，20)+0.5（RCu 20-Rx）=0 Rx= tmin量程的下限溫度圖2-3 配熱電偶時的接線圖2 檢查工作”開關置于“檢查”位置，此時儀表輸出電流應在46mA圍，說明變送器工作正常，然后把開關置回“工作”位置，否則

9、請指導老師處理。3調整（1）調整零點遷移：用手動電位差計加入E(tmin，t 0)+ 10E(tmax，tmin)，調整“零點遷移”電位器W2使毫安表指示1mA輸出（W3不能調）。tmax量程的上限溫度。t 0熱電偶的冷端溫度（可用實驗室的室溫）。（2） 調量程：用手動電位差計加入E(tmin，t 0)+ 90E(tmax，tmin)，調整“量程”電位器W1使毫安表指示9mA。（3） 反復步驟（1）、（2），直到同時滿足兩項要求為止。4讀出當輸出電流為5mA時的手動電位差計的讀數，并計算相應的溫度值。四 實驗報告1 零點遷移電阻Rx的計算和端子接法的判定。2 畫出實驗裝置的接線原理圖。3 熱電

10、阻和熱電偶溫度變送器輸出為5mA時相應的溫度值，若測量值與實際值有誤差，試分析原因。實 驗 三電子電位差計的校驗一實驗目的：1 熟悉自動電子電位差計的結構和校驗方法。2 掌握自動電子電位差計的使用方法和冷端自動補償的作用。3 了解熱電偶線路可能出現的故障和檢查方法。二實驗儀器：1 自動電子電位差計2 玻璃溫度計3 手動電位差計三實驗容與步驟：1 詳細觀察自動電子電位差計的結構，包括測量橋路、放大器、可逆電機和指示記錄機構。2 指示值的校驗：首先應對儀表零點和滿刻度點進行校驗，待調整并達到規定要求（誤差在刻度面板上所示精度圍）后，再校驗其它刻度。 零點不合格，可調起始微調電阻RG。 量程不合格，

11、可調量程微調電阻RM。（RG，RM本實驗不調整） 指示誤差的測定是用標準電位差計給被校表加入適當的電勢（mV），使指針與被校點刻度線重合，從標準電位差計讀出加入的電勢值（E示），與被校點相對應的電勢值（E刻，由被校儀表配用的熱電偶的分度表查得）相比較計算出校驗點上的指示誤差。 本實驗線路見下圖：其指示誤差按下式計算：=指示誤差e 補償電阻處溫度（即室溫）相對應的電勢值E上限相對應的電勢值E下限相對應的電勢值3 不靈敏區（即變差）的校驗：儀表的不靈敏區指在輸入信號增大（正向）和減?。ǚ聪颍r在同一被?？潭染€上輸入信號實際值之差值，其數值可按下式計算：= 儀表的變差不應超出儀表的允許誤差，但過小也

12、應避免。因為此時會產生儀表指針抖動或擺動不休的現象，無法準確指示記錄，而不靈敏區太大時，對小信號沒有反應，誤差增大。為獲得所需的儀表不靈敏區的大小，可旋轉放大器的靈敏度調節旋鈕，以改變放大器的增益，即靈敏度高，不靈敏區就小，反之亦然。4熱電偶線路可能出現的故障分別將熱電偶信號短路、斷開、反接，注意觀察電子電位差計的指針變化情況，從而學會判斷和排除熱電偶溫度計常見故障。5考察量程電阻RM及起始電阻RG對量程和起點的影響：用一電阻與RM并聯使量程電阻減小，觀察儀表指針的變化，并判斷量程的變化趨勢；用同一方法也可考察RG變化對起點的影響。五 實驗報告1數據處理熱電偶分度號儀表量程精度室溫t0E(tm

13、ax，tmin)=校驗點（）E刻（mV）E示（mV）誤 差 正行程反行程E刻-E示-e (mV)變差（mV）正行程反行程tmintmax注意：確定精度只需計算最大一點誤差即可。2結論1 計算被校電子電位差計的誤差和變差，從而確定其精度是否合格。2 故障現象分析與結論。3 討論RM與RG減小對量程與起點的影響。4 校驗裝置中標準電位差計與被校電位差計的連線為何用普通導線？是否可用補償導線？實 驗 四溫度控制系統（一）一實驗目的：1 了解溫度控制系統的組成環節和各環節的作用。2 觀察比例、積分、微分控制規律的作用，并比較其余差及穩定性。3 觀察比例度、積分時間TI、微分時間TD對控制系統（閉環特性

14、）控制品質的影響。二溫度控制系統的組成：電動溫度控制系統是過程控制系統中常見的一種，其作用是通過一套自動控制裝置，見圖4-1，使爐溫自動維持在給定值。圖4-1 溫度控制系統爐溫的變化由熱電偶測量，并通過電動溫度變送器轉化為DDZ-型表的標準信號010mA直流電流信號，傳送到電子電位差計XWC進行記錄，同時傳送給電動控制器DTL，控制器按偏差的大小、方向，通過預定控制規律的運算后，輸出010mA直流電流信號給可控硅電壓調整器ZK-50，通過控制可控硅的導通角，以調節加到電爐（電烙鐵）電熱元件上的交流電壓，消除由于干擾產生的爐溫變化，穩定爐溫，實現自動控制。三實驗容與步驟：（一）觀察系統各環節的結

15、構、型號、電路的連接，熟悉可控硅電壓調整器和電動控制器上各開關、旋鈕的作用。（二）控制系統閉環特性的測定： 在以下實驗中使用的1 ，2，TI 1，TI 2 ，TD1 的具體數值由各套實驗裝置具體提供。1 觀察比例與積分控制規律的作用（1） 考察比例作用將置于某值1 ，記住旋鈕在1的位置 ， 積分時間置最大（TI=max），微分開關切向0，將干擾開關從“短”切向“干擾”，產生一個階躍干擾（此時為反向干擾），同時在記錄儀的記錄線上作一記號，以記錄階躍干擾加入的時刻，觀察并記錄在純比例作用下達到穩定的時間及余差大小。（2） 考察積分作用保持=1不變，置TI =TI 1，同時在記錄儀的記錄線上作一記號

16、，以記錄積分作用加入的時刻，注意觀察積分作用如何消除余差，直到過程基本穩定。2 觀測PI控制作用下的過渡過程保持1，TI 1不變，將干擾開關從“干擾”切向“短”，產生一個正向階躍干擾，觀察過渡過程到基本穩定。3 考察對余差的影響置=2，TI =max ，將干擾開關從“短”切向“干擾”，產生一個反向階躍干擾，同時在記錄儀的記錄線上作一記號，以記錄階躍干擾加入的時刻，觀察并記錄在純比例作用下達到穩定的時間及余差大小。 并與1（1）中=1 時的余差相比較。再加入積分作用TI =TI 1 以消除余差直到過程基本穩定。4 考察TI對過渡過程的影響置=1 ，TI =TI 2 ，將干擾開關從“干擾”切向“短

17、”，產生一個正向階躍干擾，同時在記錄儀的記錄線上作一記號，以記錄階躍干擾加入的時刻，觀察過渡過程到基本穩定，并與2中的實驗結果進行比較，以了解TI對過渡過程的影響。注意：要在同樣條件下才能進行比較，即旋鈕的位置要與2中的位置完全一致，才能保證此時的1 與2中的1 是相等的5 觀測PID控制作用下的過渡過程保持=1 ，TI =TI 2 不變，置TD=TD1 ，微分開關切向D ，將干擾開關從“短”切向“干擾”，等待過程穩定后，同時在記錄儀的記錄線上作一記號，以記錄階躍干擾加入的時刻，觀察過渡過程，并與PI控制作用下的過渡過程進行比較。6 考察對穩定性的影響將減小到1， TI =max，微分開關切向

18、0，觀察過渡過程波動曲線。四實驗報告1 由實驗結果討論比例、比例積分、比例積分微分控制規律的作用，比較余差及穩定2 分析不同的、TI 、TD 對過渡過程的影響。實 驗 五溫度控制系統（二）一實驗目的：1 了解簡單控制系統的投運過程。2 熟悉控制器參數整定的方法及過程。二溫度控制系統的組成：電動溫度控制系統是過程控制系統中常見的一種，其作用是通過一套自動控制裝置，見圖5-1，使爐溫自動維持在給定值。圖5-1 溫度控制系統爐溫的變化由熱電偶測量，并通過電動溫度變送器轉化為DDZ-型表的標準信號010mA直流電流信號，傳送到電子電位差計XWC進行記錄，同時傳送給電動控制器DTL，控制器按偏差的大小、

19、方向，通過預定控制規律的運算后，輸出010mA直流電流信號給可控硅電壓調整器ZK-50，通過控制可控硅的導通角，以調節加到電爐（電烙鐵）電熱元件上的交流電壓，消除由于干擾產生的爐溫變化，穩定爐溫，實現自動控制。三實驗容及步驟：(一)控制系統的投運1 控制器的手動自動開關置于“手動” ，偏差平衡開關置于“偏差”，外給定開關置于“” , 正反作用開關置于“反”，=50，TI =50秒，TD=30秒，微分開關切向02 可控硅電壓調整器的手動自動開關置于“自動”，干擾開關置“短”位置。3 手動遙控撥動控制器的手操撥盤進行手動遙控，改變控制器的輸出，調整可控硅電壓調整器的輸入信號，遙控加在電爐上的加熱電壓，使爐溫穩定在給定值（例如300）4 手動自動無擾動切換調節給定值撥盤，使偏差為零，將手動自動開關切向“自動”，觀察輸出小表是否有變化，并將微分開關切向D。（二）簡單控制系