6.2.3檢測環節、執行器及調節器正負作用選擇6.2.3.1傳感器、變送器選擇1．按照生產過程的工藝要求，首先確定傳感器與變送器合適的測量范圍（量程）與精度等級。檢測儀表的精度反映測量值接近真實值的準確程度，一般用一系列誤差來衡量。絕對誤差指儀表指示值與被測參數真值之間的差值

引用誤差把絕對誤差折合成標尺范圍的百分數表示，即

精度等級按儀表工業規定，去掉最大引用誤差的“±”號和“%”號，稱為儀表的精度等級，目前已系列化。只能從下列數系中選取最接近的合適數值作為精度等級，即0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等。(級數越小，精度越高)注意：在確定一個儀表的精度等級時，要求儀表的允許誤差應該大于或等于儀表校驗時所得到的最大引用誤差；而根據工藝要求來選擇儀表的精度等級時，儀表的允許誤差應該小于或等于工藝上所允許的最大引用誤差。這一點在實際工作中要特別注意。2．測量儀表反應慢，會造成測量失真。應盡可能選擇時間常數小的傳感器、變送器。

減小Tm和τm均對提高系統的控制質量有利。若Tm較大，則會使記錄曲線與實際參數之間產生較大的動態誤差。

最好選用惰性小的快速測量元件，一般選其時間常數為控制通道時間常數的1/10以下為宜。

OtOtTmTmx(t)y(t)x(t)y(t)必要時在測量元件之后引入微分環節，利用超前作用來補償測量元件引起的動態誤差。從減小測量變送環節誤差角度考慮，應減少儀表的量程，即增大Km。信號傳遞時延將降低控制質量，可采取以下改善措施：（1）若測量信號為電信號，可將轉換器安裝在儀表盤附近，以縮短氣壓信號的傳送距離．（2）若調節器輸出為氣壓信號，可在50～60m距離間，裝一繼動器，提高氣壓信號的傳輸功率，減小傳遞時間。（3）若調節器輸出為電信號，應將轉換器安裝在調節閥附近，或采用電氣閥門定位器。

3．合理選擇檢測點，避免測量造成對象純滯后τ0圖6.15pH值控制系統圖pHTLTLCpHC中和槽貯酸槽l04．測量信號的處理測量信號的校正與補償、測量噪聲的抑制、測量信號的線性化處理。6.2.3.2執行器的選擇一、概述（請回看第四章)執行器組成：執行機構和調節機構。調節機構又稱調節閥。執行器作用：接受控制器輸出的控制信號，并將其轉換為直線位移和角位移，操縱調節機構，自動改變操作變量，從而實現對過程變量的自動控制。根據執行機構所使用能源的不同，執行器可以分為氣動、電動、液動三大類。二、氣動執行器1．氣動執行器的結構和原理氣動執行器接受0.2×105～1.0×105Ｐa的標準氣壓信號，氣動執行機構和調節機構兩個部分組成。按執行機構的差別可分為薄膜式和活塞式兩種。氣動活塞式執行結構主要適用于大口徑、高壓降控制閥或蝶閥的推動裝置，工業上薄膜式應用最多。氣動薄膜執行機構主要由彈性薄膜平衡彈簧和推桿組成。執行機構是執行器的推動裝置，即它接受標準氣壓信號后，經膜片轉換成推力，使推桿產生位移，同時帶動閥芯動作，使閥芯產生相應位移，改變閥的開度。氣動執行機構按推桿位移的方向有：正作用形式：如果當輸入氣壓信號增加時，推桿向下移動反作用形式：當輸入氣壓信號增加時，推桿向上移動調節機構實際上就是閥門，直接與介質接觸，其結構、材料、和性能將直接影響過程控制系統的安全性、可靠性和系統的控制質量。根據流體力學的觀點，控制閥是一個局部阻力可變的節流元件。通過改變閥芯的行程而改變控制閥的阻力系數，以達到控制流量的目的。根據不同的使用要求，控制閥有直通雙座控制閥、直通單座控制閥、蝶閥、三通閥、高壓閥、角形閥、隔膜閥等多種結構形式。2．控制閥的流量特性控制閥的流量特性是指介質流過控制閥閥門的相對流量與相對開度（即閥的相對位移）之間的關系。其數學表達式為：從過程控制的角度看，流量特性是控制閥最重要的特性，它對整個過程控制系統的品質有很大影響。一般來說，通過改變控制閥閥芯與閥座間的流通截面積，便可實現對流量的控制。⑴理想流量特性當控制閥閥前后壓差固定不變時得到的流量特性就叫做理想流量特性。理想流量特性取決于閥芯的形狀，不同的閥芯曲面得到的理想特性是不同的。理想流量特性主要有直線、對數、拋物線和快開四種。①直線流量特性控制閥的相對流量與閥芯的相對開度成直線關系。從流量特性上來看，直線閥的放大系數在任何一點都是相同的，但其對流量的控制力（即流量變化的相對值）在每點都不同。直線流量特性小開度時，流量相對變化量大，在大開度時，流量相對變化量小。這就說明，直線閥在小開度時，控制作用太強，易產生振蕩；大開度時，控制作用太弱，調節緩慢，不夠及時。②對數（等百分比）流量特性閥桿的相對位移變化所引起的相對流量變化與該點的相對流量成正比，即控制閥的放大系數隨相對流量的增加而增大。對數流量特性的曲率是隨著流量的增大而增大的，但是相對行程變化引起的流量相對變化值是相等的。

對具有對數流量特性的控制閥而言，小開度時，放大系數較小，控制平穩緩和，大開度時，放大系數較大，控制及時有效，因此，從過程控制看，利用對數流量特性是有利的。

③拋物線流量特性相對流量與閥桿的相對開度成拋物線關系，即平方關系。

④快開流量特性在小開度時流量就比較大，隨著開度的增大，流量很快達到最大。⑵工作流量特性實際應用中，控制閥與其他設備串聯或并聯安裝在管道中，其前后的壓差是變化的，此時的流量特性稱為工作特性。理想流量特性會因控制閥前后壓差遭受阻力損失而畸變成工作流量特性。S:畸變系數

三、調節閥的選擇1．調節閥工作區間的選擇正常工況下，調節閥的開度應在15%～85%區間。據此原則計算、確定控制閥的口徑尺寸。2．調節閥的流量特性選擇

一般分兩步進行選擇：首先按照過程控制系統的要求，確定工作流量特性，再根據流量特性曲線的畸變程度以及工藝要求和工藝配管情況，確定理想流量特性。一般由數學分析和經驗法兩種，目前較多采用經驗法。3．調節閥的氣開、氣關作用方式選擇氣開調節閥：隨著控制信號的增加而開度加大，無控制信號時，閥門處于全關狀態；氣關調節閥：隨著信號壓力的增加，閥門逐漸關小，無信號時，閥門處于全開狀態。選擇原則：人身安全、系統與設備安全（首要原則）保證產品質量原則(如：全回流，不出廢品）減少原料和動力浪費（停止進料）基于介質特點的工藝設備安全原則（將物料放空）6.2.3.3調節器正反作用的選擇負反饋控制系統的控制作用對被控變量的影響應與干擾作用對被控變量的影響相反，才能使被控變量值回復到給定值。為了保證負反饋，必須正確選擇調節器的正反作用。給定值＋－測量變送器控制器執行器對象操作量被控變量干擾為了說明選擇方法，先定義作用方向：當某個環節的輸入增加時，其輸出也增加，稱該環節為“正作用”；反之，稱為“反作用”。按此定義：變送器都是正作用氣開閥是正作用，氣關閥是反作用被控對象有的正作用，有的反作用控制器作用方向以測量輸入與輸出的關系定義：正作用：測量值–給定值反作用：給定值–測量值

控制系統中，各個環節的作用方向組合不當的話，會使系統構成正反饋，不但不能起控制作用，反而會破壞生產過程的穩定。因為執行器和對象有正、反作用，為了保證控制系統負反饋，調節器必須有正、反作用之調整。偏差控制器執行器對象變送器給定值被調參數干擾—測量值正作用反作用正作用正作用＋調節器正反作用的確定原則：保證系統構成負反饋簡單的判定方法：閉合回路中有奇數個反作用環節。偏差控制器執行器對象變送器給定值被調參數干擾－測量值反作用正作用正作用正作用＋例1：儲槽液位控制系統LTLCM正正正反出料負反饋驗證：設某時刻進料量↑→液位↑→LC輸入↑→LC輸出↑→閥開大→出料量↑→液位↓例2：儲槽液位控制系統LTLCM正正正反出料負反饋驗證：設某時刻進料量↑→液位↑→LC輸入↑→LC輸出↑→閥開大→出料量↑→液位↓例2