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制冷装置自动化制冷装置自动化参考书：参考书：制冷装置自动化制冷装置自动化主编：陈芝久主编：陈芝久机械工业出版社机械工业出版社第第1章章 自动控制的基本知识自动控制的基本知识1.1 自动控制系统概述自动控制系统概述1.2 自动控制系统的基本要求自动控制系统的基本要求1.3 调节对象的特性调节对象的特性1.4 调节器的分类和调节规律调节器的分类和调节规律1.1 自动控制系统概述自动控制系统概述1.1.1 自动控制系统的组成及方框自动控制系统的组成及方框图图 自动调节是在人工调节的基础自动调节是在人工调节的基础上产生和发展起来的下面以库房上产生和发展起来的下面以库房温度控制系统为例，说明其人工调温度控制系统为例，说明其人工调节过程 1.人工调节与自动调节人工调节与自动调节（（1）人工调节）人工调节①①观察：观察室内温度计的示值，即室温的观察：观察室内温度计的示值，即室温的测量值②②比较：将室温测量值与给定值进行比较，比较：将室温测量值与给定值进行比较，计算出二者间的偏差量计算出二者间的偏差量③③决策和操纵：当测量值高于给定值时，适决策和操纵：当测量值高于给定值时，适当关小供液阀；而当测量值低于给定值时，当关小供液阀；而当测量值低于给定值时，则适当开大供液阀，即供液阀开度的大小则适当开大供液阀，即供液阀开度的大小取决于偏差的数值和符号。

取决于偏差的数值和符号 人人工工调调节节是是指指在在人人直直接接参参与与的的情情况况下下，，使使被被调调参参数数达达到到给给定定值值或或按按照照预预先先给定的规律变化的过程给定的规律变化的过程（（2）自动调节）自动调节 下面以室温控制系统为例，下面以室温控制系统为例，说明其自动调节过程说明其自动调节过程 室温自室温自动动控制系控制系统统1．．温度温度传传感器感器 2．．热热水加水加热热器器 3．．温度控制器温度控制器 4．．电动电动二通二通阀阀—外侵外侵热热量量 —室内温度室内温度 —室外温度室外温度 —送送风风温度温度 图示为一室温自动调节系统它是由房间内的图示为一室温自动调节系统它是由房间内的图示为一室温自动调节系统它是由房间内的图示为一室温自动调节系统它是由房间内的温度传感器、温度调节器、供水管上安装的电动二温度传感器、温度调节器、供水管上安装的电动二温度传感器、温度调节器、供水管上安装的电动二温度传感器、温度调节器、供水管上安装的电动二通阀组成通阀组成通阀组成通阀组成 系统通过温度传感器测出室内温度变化，并将系统通过温度传感器测出室内温度变化，并将系统通过温度传感器测出室内温度变化，并将系统通过温度传感器测出室内温度变化，并将温度变化转变成相应的电信号输送给温度调节器，温度变化转变成相应的电信号输送给温度调节器，温度变化转变成相应的电信号输送给温度调节器，温度变化转变成相应的电信号输送给温度调节器，温度调节器将接受到的信号与给定值进行比较得出温度调节器将接受到的信号与给定值进行比较得出温度调节器将接受到的信号与给定值进行比较得出温度调节器将接受到的信号与给定值进行比较得出偏差，并根据偏差的大小和方向按照预定的调节规偏差，并根据偏差的大小和方向按照预定的调节规偏差，并根据偏差的大小和方向按照预定的调节规偏差，并根据偏差的大小和方向按照预定的调节规律转换成控制信号控制电动二通阀，决定其开启或律转换成控制信号控制电动二通阀，决定其开启或律转换成控制信号控制电动二通阀，决定其开启或律转换成控制信号控制电动二通阀，决定其开启或关闭，控制热水流量，对室温进行调节。

关闭，控制热水流量，对室温进行调节关闭，控制热水流量，对室温进行调节关闭，控制热水流量，对室温进行调节 室温自动调节系统用传感器代替了人工室温自动调节系统用传感器代替了人工调节中眼睛的观察；用调节器代替了人工调调节中眼睛的观察；用调节器代替了人工调节中人的大脑所做的分析和判断；用电动二节中人的大脑所做的分析和判断；用电动二通阀代替了人工调节中人对手动阀门的调通阀代替了人工调节中人对手动阀门的调节 自动调节是指在无人直接参与的情况下，自动调节是指在无人直接参与的情况下，使被调参数达到给定值或按照预先给定的规使被调参数达到给定值或按照预先给定的规律变化的过程律变化的过程2.自动调节系统的组成与方框图自动调节系统的组成与方框图（（1）自动调节系统的组成）自动调节系统的组成 自动调节系统是由自动调节自动调节系统是由自动调节设备和调节对象组成自动调节设备和调节对象组成自动调节设备一般由传感器、调节器和执设备一般由传感器、调节器和执行器三部分组成行器三部分组成 （2）自动调节系统的方框图室温自动控制系统框图室温自动控制系统框图 控制系统中的每一个组成环控制系统中的每一个组成环节用一个方框来表示，每个方框节用一个方框来表示，每个方框都有一个输入信号，一个输出信都有一个输入信号，一个输出信号；方框间的连线和箭头表示环号；方框间的连线和箭头表示环节间的信号联系与信号传递方节间的信号联系与信号传递方向，信号可以分叉与交汇。

向，信号可以分叉与交汇 1.1.2 自动调节系统中常用的术语自动调节系统中常用的术语 1.受控对象受控对象 被调节的设备称作调节对象，简称对被调节的设备称作调节对象，简称对象如被调节的恒温室如被调节的恒温室 2.传感器传感器 传感器又称敏感元件和一次仪表，是传感器又称敏感元件和一次仪表，是将被测量按一定规律转换成便于处理和传将被测量按一定规律转换成便于处理和传输的另一种物理量的元件输的另一种物理量的元件 3.调节器调节器 调节器又称控制器，将输入为偏调节器又称控制器，将输入为偏差，输出为调节信号的装置称作调节差，输出为调节信号的装置称作调节器如温度控制器如温度控制器 4.执行器执行器 将输入为调节信号，输出为调节将输入为调节信号，输出为调节作用的装置称作执行器如电动二通作用的装置称作执行器如电动二通阀  5.被调参数被调参数 被调参数又称被控量，是受控对被调参数又称被控量，是受控对象中要求实现自动调节的物理量如象中要求实现自动调节的物理量。

如空调房间内的温度空调房间内的温度 6.给定量给定量 给定量又称设定值，即通过控制给定量又称设定值，即通过控制系统的作用，使被调参数达到要求的系统的作用，使被调参数达到要求的数值 7.主反馈主反馈 输出的被调参数通过传感器转换输出的被调参数通过传感器转换的，与输出成正比例或某种函数关的，与输出成正比例或某种函数关系，但其量纲与设定值相同的信号系，但其量纲与设定值相同的信号 8.偏差偏差 给定值与反馈量之差在自动调给定值与反馈量之差在自动调节系统中规定偏差为给定值减去主反节系统中规定偏差为给定值减去主反馈量  9.干扰干扰 又称扰动在调节系统中，凡是使被又称扰动在调节系统中，凡是使被调参数偏离给定值或影响其按照预期规律调参数偏离给定值或影响其按照预期规律变化的各种因素统称干扰如空调房间热变化的各种因素统称干扰如空调房间热负荷的变化，室外空气温度的变化等负荷的变化，室外空气温度的变化等 10.调节量调节量 又称操作量它是为了使被调参数在又称操作量。

它是为了使被调参数在受到干扰后，恢复到新的给定值而需要通受到干扰后，恢复到新的给定值而需要通过调节机构向被控对象输入或从对象中输过调节机构向被控对象输入或从对象中输出的能量出的能量1.1.3 自动调节系统的分类自动调节系统的分类 自动调节系统的分类方法较多，常见自动调节系统的分类方法较多，常见的有以下几种的有以下几种 1.按给定值变化的规律分类按给定值变化的规律分类 （（1）定值控制系统是指被调参数的）定值控制系统是指被调参数的给定值在控制过程中恒定不变的系统，这给定值在控制过程中恒定不变的系统，这种系统在制冷空调中应用最为普遍例种系统在制冷空调中应用最为普遍例如，冷藏间的温度调节，空调系统中的恒如，冷藏间的温度调节，空调系统中的恒温、恒湿控制都属于定值调节温、恒湿控制都属于定值调节 特点：被调参数的给定值为常数特点：被调参数的给定值为常数 （（2）程序控制系统是指被）程序控制系统是指被调参数的给定值按照某一事先确调参数的给定值按照某一事先确定好的规律变化的系统，即给定定好的规律变化的系统，即给定值为时间的函数，如冷风机的冲值为时间的函数，如冷风机的冲霜等。

霜等 特点：被调参数的给定值为特点：被调参数的给定值为已知函数已知函数 （（3）随动控制系统又称为跟踪控）随动控制系统又称为跟踪控制系统是指被调参数的给定值事先不能制系统是指被调参数的给定值事先不能确定，取决于本系统以外的某一进行着的确定，取决于本系统以外的某一进行着的过程，要求系统的输出量随着给定值变过程，要求系统的输出量随着给定值变化如近年来发展的中央空调负荷随动跟化如近年来发展的中央空调负荷随动跟踪节能控制系统，可以随着负荷的不断变踪节能控制系统，可以随着负荷的不断变化而进行自动调整控制，能够获得很好的化而进行自动调整控制，能够获得很好的节电效果和可观的经济效益节电效果和可观的经济效益 特点：被调参数的给定值为未知函数特点：被调参数的给定值为未知函数或随机函数或随机函数 2.按系统的结构分类按系统的结构分类 （（1）开环控制系统）开环控制系统 开环控制系统是最简单的一种控制系开环控制系统是最简单的一种控制系统其特点是在调节器与被控对象之间只统其特点是在调节器与被控对象之间只有正向控制作用，而没有反馈控制作用。

有正向控制作用，而没有反馈控制作用开环控制系统开环控制系统 （（2）闭环控制系统）闭环控制系统 在控制系统中，如果把系在控制系统中，如果把系统的输出信号反馈到输入端，统的输出信号反馈到输入端，由输入信号和输出信号的偏差由输入信号和输出信号的偏差信号对系统进行控制，则这种信号对系统进行控制，则这种控制系统称为闭环控制系统，控制系统称为闭环控制系统，也称反馈控制系统也称反馈控制系统闭环控制系统闭环控制系统 闭环控制的实质就是闭环控制的实质就是利用负反馈的作用来减小利用负反馈的作用来减小系统的偏差因此闭环控系统的偏差因此闭环控制又称反馈控制反馈控制又称反馈控制反馈控制系统具有较强的抗干扰制系统具有较强的抗干扰能力，且精度高，适用面能力，且精度高，适用面广，是基本的控制系统广，是基本的控制系统典型干扰作用1.1.4 干扰分析干扰分析 阶跃干扰在阶跃干扰在 时刻作用于系统，干扰时刻作用于系统，干扰量不随时间而变化，也不再消失当干扰量不随时间而变化，也不再消失当干扰作用作用 =1时，称为单位阶跃干扰，其时，称为单位阶跃干扰，其时时域方程为：域方程为： 1 0 阶跃干扰对于控制系统是最不利的干阶跃干扰对于控制系统是最不利的干扰，也是最便于计算和易于实现的干扰扰，也是最便于计算和易于实现的干扰形式。

在分析系统特性时，常以阶跃干形式在分析系统特性时，常以阶跃干扰为输入进行分析扰为输入进行分析1.2 对自动调节系统的基本要求对自动调节系统的基本要求1.2.1 控制系统的主要性能指标控制系统的主要性能指标 自动调节系统的过渡过程也自动调节系统的过渡过程也就是系统的动态特性，评价系统就是系统的动态特性，评价系统优劣的性能指标是从动态过程中优劣的性能指标是从动态过程中定义出来的，对系统性能的基本定义出来的，对系统性能的基本要求有三个方面要求有三个方面 1.稳定性稳定性 稳定性是指系统受到外作用后，稳定性是指系统受到外作用后，其动态过程的振荡倾向和系统恢复其动态过程的振荡倾向和系统恢复平衡的能力如果系统受到外作用平衡的能力如果系统受到外作用后，经过一段时间，其被调参数可后，经过一段时间，其被调参数可以达到某一稳定状态，则称系统是以达到某一稳定状态，则称系统是稳定的；否则称为不稳定稳定的；否则称为不稳定 稳定系统的动态过程稳定系统的动态过程  不稳定系统的动态过程不稳定系统的动态过程 对于任何一个控制系统，对于任何一个控制系统，要能正常工作，则必须是稳要能正常工作，则必须是稳定的。

因此稳定性是控制定的因此稳定性是控制系统最重要的性能，也是系统最重要的性能，也是对控制系统最基本的要求对控制系统最基本的要求 2.瞬态特性瞬态特性 对于一个稳定系统，瞬态特性对于一个稳定系统，瞬态特性是指系统的被调参数在输入信号或是指系统的被调参数在输入信号或扰动作用下，由原来的平衡状态变扰动作用下，由原来的平衡状态变到新的平衡状态的过程到新的平衡状态的过程 瞬态特性主要表征系统响应的瞬态特性主要表征系统响应的快速性和平稳性快速性和平稳性 3.稳态特性稳态特性 稳态特性主要表征系统的准确稳态特性主要表征系统的准确性，反映了系统的稳态精度准确性，反映了系统的稳态精度准确性是由输入给定值与输出响应的终性是由输入给定值与输出响应的终值之间的差值（稳态误差）来表值之间的差值（稳态误差）来表征若系统的最终误差为零，则称征若系统的最终误差为零，则称为无差系统；否则称为有差系统为无差系统；否则称为有差系统  上上述述三三方方面面的的性性能能往往往往是是相相互互制制约约的的在在设设计计和和调调试试过过程程中中，，若若过过分分强强调调系系统统的的稳稳定定性性，，则则可可能能引引起起系系统统响响应应迟迟缓缓和和控控制制精精度度较较低低的的后后果果；；反反之之，，若若过过分分强强调调系系统统的的快快速速性性，，则则又又会会使使系系统统加加剧剧振振荡荡，，甚甚至至引引起起不不稳稳定定。

因因此此必必须须根根据据工工作作任任务务的的不不同同，，分分析析和和设设计计自自动动调调节节系系统统，，使使其其对对三三方方面面的的性性能能有有所所侧侧重重，，并兼顾其他，以便更好地满足控制要求并兼顾其他，以便更好地满足控制要求1.2.2 反馈控制系统的过渡响应反馈控制系统的过渡响应 1.静态和动态静态和动态 自动调节领域内，把被调参数不随时自动调节领域内，把被调参数不随时间而变化的平衡状态称为系统的静态，间而变化的平衡状态称为系统的静态，把被调参数随时间而变化的不平衡状态把被调参数随时间而变化的不平衡状态称为系统的动态称为系统的动态 静态是暂时的、相对的、有条件静态是暂时的、相对的、有条件的，而动态才是普遍的、绝对的、无条的，而动态才是普遍的、绝对的、无条件的  2.控制系统的动态特性控制系统的动态特性 对于一个控制系统，由于输入的变对于一个控制系统，由于输入的变化，将引起输出变化，它们之间的关系化，将引起输出变化，它们之间的关系称为系统的动态特性对于系统中一个称为系统的动态特性对于系统中一个元件（或环节），由于输入的变化，也元件（或环节），由于输入的变化，也将引起输出变化，它们之间的关系称为将引起输出变化，它们之间的关系称为元件（或环节）的动态特性。

元件（或环节）的动态特性 3.反馈控制系统的过渡过程反馈控制系统的过渡过程 在动态阶段，自动调节系统的被调在动态阶段，自动调节系统的被调参数是不断变化的，这种被调参数随时参数是不断变化的，这种被调参数随时间变化的过程称为自动调节系统的过渡间变化的过程称为自动调节系统的过渡过程研究过渡过程的目的就是为了研过程研究过渡过程的目的就是为了研究控制系统的质量，也就是它的稳定究控制系统的质量，也就是它的稳定性、准确性和快速性性、准确性和快速性 过渡过程的基本形式过渡过程的基本形式 （（1）衰减振荡过程，被调参）衰减振荡过程，被调参数经过一段时间振荡后，能很快地数经过一段时间振荡后，能很快地趋向于新的平衡状态，是一种比较趋向于新的平衡状态，是一种比较理想的过渡过程理想的过渡过程 （（2）单调衰减过程，这种过程）单调衰减过程，这种过程是稳定的、允许的，但由于反应迟是稳定的、允许的，但由于反应迟钝、控制质量差，是一种很不理想钝、控制质量差，是一种很不理想的过渡过程的过渡过程 （（3）等幅振荡过程，在连续控制）等幅振荡过程，在连续控制系统中这是不稳定的过程，但在双位系统中这是不稳定的过程，但在双位控制系统中只要被调参数幅值和波动控制系统中只要被调参数幅值和波动频率在工艺允许的范围内，是可以采频率在工艺允许的范围内，是可以采用的。

用的 （（4）发散振荡过程，被调参数变）发散振荡过程，被调参数变化幅度越来越大这是一种不稳定的化幅度越来越大这是一种不稳定的过程，在控制系统中应当避免过程，在控制系统中应当避免 4.反馈控制系统过渡过程中的品质指标反馈控制系统过渡过程中的品质指标系统受到阶跃干扰后系统受到阶跃干扰后衰减振荡过程品质指标图衰减振荡过程品质指标图 控制系统常用的质量指标如下：控制系统常用的质量指标如下：控制系统常用的质量指标如下：控制系统常用的质量指标如下： （（（（1 1）衰减比）衰减比）衰减比）衰减比 衰减比是表示衰减程度的指标，其值为前后两衰减比是表示衰减程度的指标，其值为前后两衰减比是表示衰减程度的指标，其值为前后两衰减比是表示衰减程度的指标，其值为前后两个波峰值之比个波峰值之比个波峰值之比个波峰值之比 （（（（2 2）最大超调量）最大超调量）最大超调量）最大超调量 又称最大动态偏差被调参数在过渡过程中，又称最大动态偏差。

被调参数在过渡过程中，又称最大动态偏差被调参数在过渡过程中，又称最大动态偏差被调参数在过渡过程中，出现第一个最大峰值超出新稳态值的量，称为最大出现第一个最大峰值超出新稳态值的量，称为最大出现第一个最大峰值超出新稳态值的量，称为最大出现第一个最大峰值超出新稳态值的量，称为最大超调量它反映了调节系统的动态误差和稳定性它反映了调节系统的动态误差和稳定性它反映了调节系统的动态误差和稳定性它反映了调节系统的动态误差和稳定性其值越大，动态误差越大，稳定性越差；其值越其值越大，动态误差越大，稳定性越差；其值越其值越大，动态误差越大，稳定性越差；其值越其值越大，动态误差越大，稳定性越差；其值越小，动态误差越小，稳定性越好小，动态误差越小，稳定性越好小，动态误差越小，稳定性越好小，动态误差越小，稳定性越好 （（（（3 3）静态偏差）静态偏差）静态偏差）静态偏差 又称稳态偏差、残余偏差它表示控制系统受又称稳态偏差、残余偏差它表示控制系统受又称稳态偏差、残余偏差它表示控制系统受又称稳态偏差、残余偏差它表示控制系统受干扰作用后，达到新的平衡时，被调参数的新稳定干扰作用后，达到新的平衡时，被调参数的新稳定干扰作用后，达到新的平衡时，被调参数的新稳定干扰作用后，达到新的平衡时，被调参数的新稳定值与给定值之差。

值与给定值之差值与给定值之差值与给定值之差 静态偏差是表征控制精度的一个重要指标，因静态偏差是表征控制精度的一个重要指标，因静态偏差是表征控制精度的一个重要指标，因静态偏差是表征控制精度的一个重要指标，因此要根据需要和可能慎重取值一般舒适性空调系此要根据需要和可能慎重取值一般舒适性空调系此要根据需要和可能慎重取值一般舒适性空调系此要根据需要和可能慎重取值一般舒适性空调系统允许有一定的静态偏差如某空调系统，冬季温统允许有一定的静态偏差如某空调系统，冬季温统允许有一定的静态偏差如某空调系统，冬季温统允许有一定的静态偏差如某空调系统，冬季温度设计值为度设计值为度设计值为度设计值为 2323℃℃℃℃ ± 2 ± 2℃℃℃℃ ，则该系统的给定值为，则该系统的给定值为，则该系统的给定值为，则该系统的给定值为2323℃℃℃℃ ，要求静态偏差，要求静态偏差，要求静态偏差，要求静态偏差 ≤ ≤2 2℃℃℃℃ ；对于制冷系统，；对于制冷系统，；对于制冷系统，；对于制冷系统，对静态偏差要求一般较高，如某冷库温度设计为对静态偏差要求一般较高，如某冷库温度设计为对静态偏差要求一般较高，如某冷库温度设计为对静态偏差要求一般较高，如某冷库温度设计为-15-15℃℃℃℃ ±1 ±1℃℃℃℃ ，即静态偏差，即静态偏差，即静态偏差，即静态偏差 ≤ ≤1 1℃℃℃℃ 。

 （（4）动态偏差）动态偏差 动态偏差表示在调节过程中被调参数动态偏差表示在调节过程中被调参数相当于给定值的最大偏差稳定调节系统相当于给定值的最大偏差稳定调节系统的动态偏差常出现在第一个波峰如定值的动态偏差常出现在第一个波峰如定值调节系统中，动态偏差为被调参数的最大调节系统中，动态偏差为被调参数的最大值与原稳态值之差，而原稳态值又规定为值与原稳态值之差，而原稳态值又规定为零，故定值调节系统的动态偏差就是被调零，故定值调节系统的动态偏差就是被调参数的最大值因此其物理意义与最大超参数的最大值因此其物理意义与最大超调量相同，仅是参考点不同而已根据生调量相同，仅是参考点不同而已根据生产工艺要求，低温冷藏间的动态偏差产工艺要求，低温冷藏间的动态偏差 ≤5℃℃ （（5）调节时间）调节时间 又称过渡过程时间，是指控制系统受到又称过渡过程时间，是指控制系统受到干扰作用，被调参数从开始波动过渡到新稳干扰作用，被调参数从开始波动过渡到新稳态值的态值的±2%～～5%范围时所需的时间范围时所需的时间 对于制冷与空调系统，由于被调参数对于制冷与空调系统，由于被调参数（如温度）变化较慢，对调节时间不作严格（如温度）变化较慢，对调节时间不作严格要求，主要指标是最大超调量和静态偏差。

要求，主要指标是最大超调量和静态偏差1.3 调节对象的特性调节对象的特性 调节对象特性是指其在输入作调节对象特性是指其在输入作用下，其输出变量即被调参数随时用下，其输出变量即被调参数随时间变化的特性，包括静态特性和动间变化的特性，包括静态特性和动态特性两部分态特性两部分1.3.1 对象的负荷对象的负荷 当自动调节过程处于稳定状态时，当自动调节过程处于稳定状态时，在单位时间内流入或流出对象的物料量在单位时间内流入或流出对象的物料量或能量称为对象的负荷例如在恒温室或能量称为对象的负荷例如在恒温室中，当被调参数（室内的空气温度）保中，当被调参数（室内的空气温度）保持恒定时，单位时间内流入或流出恒温持恒定时，单位时间内流入或流出恒温室的热量就是对象的负荷室的热量就是对象的负荷1.3.2 调节对象的容量及容量系数调节对象的容量及容量系数 任何一个调节对象，都能贮存一定任何一个调节对象，都能贮存一定的能量或物料对象贮存能量或物料的的能量或物料对象贮存能量或物料的能力称为对象的容量调节对象之所以能力称为对象的容量调节对象之所以具有贮存能量或物料的能力，是由于其具有贮存能量或物料的能力，是由于其内部存在着某种阻力，阻碍能量或物料内部存在着某种阻力，阻碍能量或物料从调节对象中流出。

从调节对象中流出 液位调节对象液位调节对象 (a) 立式立式 (b) 卧式卧式图中，直接影响被调参数变化的是容量系数图中，直接影响被调参数变化的是容量系数 C＝＝ 容量系数是一个表征调节对象惯性的容量系数是一个表征调节对象惯性的量容量系数越大，惯性越大，调节对象在量容量系数越大，惯性越大，调节对象在受干扰后，其被调参数的波动越小，变化速受干扰后，其被调参数的波动越小，变化速度也较慢，这对调节是有利的，说明它有较度也较慢，这对调节是有利的，说明它有较好的稳定性和抗干扰性好的稳定性和抗干扰性  容量系数可以是常数（如图容量系数可以是常数（如图a），也可以是变数（如图），也可以是变数（如图b）容量系数容量系数C只与调节过程初始和终了只与调节过程初始和终了两个状态有关，与调节过程本身无两个状态有关，与调节过程本身无关因此，容量系数是一个表征调关因此，容量系数是一个表征调节对象静态特性的量节对象静态特性的量 双容调节对象双容调节对象l．阀．阀1 2．阀．阀2 3．阀．阀3YeiyYeiyYeiy 实际生产中调节对象往往有两个实际生产中调节对象往往有两个 或多个容量，图示双容对象由两个容或多个容量，图示双容对象由两个容 量串联而成，阀量串联而成，阀3构成两容量之间的阻构成两容量之间的阻 力。

若无此阀，则两容器液面将趋于力若无此阀，则两容器液面将趋于 相等，即相等，即 ＝＝ ，调节对象就只有一，调节对象就只有一个容量了个容量了1.3.3 调节对象的自平衡和传递系数调节对象的自平衡和传递系数 当调节系统受到干扰，平衡遭破坏当调节系统受到干扰，平衡遭破坏时，调节对象能够不借助调节装置的作时，调节对象能够不借助调节装置的作用而只依靠本身的变化，使系统重新达用而只依靠本身的变化，使系统重新达到平衡，被调参数趋向一个新的稳定到平衡，被调参数趋向一个新的稳定值调节对象的这种性能叫调节对象的值调节对象的这种性能叫调节对象的自平衡 调节对象自平衡能力的大小常用自调节对象自平衡能力的大小常用自平衡系数来表示平衡系数来表示 ＝＝式中：式中： 为自平衡系数；为自平衡系数； 为干扰前的库为干扰前的库温；温； 为干扰后的库温；为干扰后的库温； 为热负荷变化为热负荷变化幅度 自平衡系数的物理意义是被调参数每自平衡系数的物理意义是被调参数每变化变化1个测量单位所能克服的干扰量个测量单位所能克服的干扰量。

 自平衡系数的倒数称为调节对象的传递自平衡系数的倒数称为调节对象的传递系数，也叫放大系数系数，也叫放大系数 ＝＝式中，式中， 为传递系数，其数值等于被调参数为传递系数，其数值等于被调参数新旧稳定值之差与干扰幅度之比新旧稳定值之差与干扰幅度之比 传递系数传递系数 表征调节对象的静态特性，表征调节对象的静态特性，与被调参数的变化过程无关，而只与过程的与被调参数的变化过程无关，而只与过程的始态和终态数值有关始态和终态数值有关 一个调节对象的传递系数值越大，一个调节对象的传递系数值越大，表示输入信号（干扰）对输出信号（被表示输入信号（干扰）对输出信号（被调参数）的稳态值影响越大；传递系数调参数）的稳态值影响越大；传递系数值小，影响也小当输入量与输出量是值小，影响也小当输入量与输出量是线性关系时，该对象为线性对象；若输线性关系时，该对象为线性对象；若输入量与输出量为非线性关系时，则称为入量与输出量为非线性关系时，则称为非线性对象非线性对象 传递系数的输入、输出关系：传递系数的输入、输出关系： 对象静态特性对象静态特性l．．K值大值大 2．．K值小值小 3．非线性．非线性 传递系数大的对象，自平衡能传递系数大的对象，自平衡能力较小，调节起来比较灵活，但稳力较小，调节起来比较灵活，但稳定性差；传递系数小的对象，自平定性差；传递系数小的对象，自平衡能力大，调节不太灵活，但稳定衡能力大，调节不太灵活，但稳定性好。

性好1.3.4 调节对象的反应曲线与时间调节对象的反应曲线与时间常常数数 调节对象在阶跃干扰作用下，调节对象在阶跃干扰作用下，被调参数随时间的变化的曲线称为被调参数随时间的变化的曲线称为调节对象的反应曲线或飞升曲线调节对象的反应曲线或飞升曲线它反映了调节对象的动态特性，故它反映了调节对象的动态特性，故也称为动态特性曲线也称为动态特性曲线 反应曲线与时间常数反应曲线与时间常数 该曲线是冷藏间在受到阶跃干扰作用后，该曲线是冷藏间在受到阶跃干扰作用后，温度随时间的变化是一单调上升的指数曲线温度随时间的变化是一单调上升的指数曲线时间常数时间常数 在数值上等于对象受到阶跃干扰在数值上等于对象受到阶跃干扰后，被调参数到达新稳定值的后，被调参数到达新稳定值的63.2％所需的％所需的时时间在工程上认为，经间在工程上认为，经3～～5 的时间以后，的时间以后，系统已经进入稳定状态了系统已经进入稳定状态了 在相同的干扰作用下，对象的时间常数越在相同的干扰作用下，对象的时间常数越大，惯性越大，系统越稳定，但调节时间也大，惯性越大，系统越稳定，但调节时间也长；时间常数越小，惯性越小，调节时间越长；时间常数越小，惯性越小，调节时间越短，但系统的稳定性差。

短，但系统的稳定性差 1.3.5 调节对象的时间延迟调节对象的时间延迟 在生产实际中，不少调节对象在受在生产实际中，不少调节对象在受到干扰作用或调节作用后，被调参数并到干扰作用或调节作用后，被调参数并不立即随着变化，而要延迟一段时间才不立即随着变化，而要延迟一段时间才发生变化，这段时间间隔在控制技术中发生变化，这段时间间隔在控制技术中称为调节对象的时间延迟（也叫滞后时称为调节对象的时间延迟（也叫滞后时间） 调节对象的时间延迟有传递延迟调节对象的时间延迟有传递延迟和容量延迟两部分和容量延迟两部分 1.传递延迟传递延迟 （也叫纯延迟）（也叫纯延迟） 传递延迟产生的原因是，从调节传递延迟产生的原因是，从调节机构到调节对象、从调节对象到敏感机构到调节对象、从调节对象到敏感元件之间总会有一段距离，物料或能元件之间总会有一段距离，物料或能量的传递需要一定时间量的传递需要一定时间  2.容量延迟容量延迟 （也叫过渡滞后）（也叫过渡滞后） 实际上制冷空调调节对象很多是多实际上制冷空调调节对象很多是多容对象。

传递延迟与容量延迟尽管在本容对象传递延迟与容量延迟尽管在本质上不同，但在实际对象中往往两者同质上不同，但在实际对象中往往两者同时存在，很难严格区分开来，通常把两时存在，很难严格区分开来，通常把两种延迟合起来称为总时间延迟，即种延迟合起来称为总时间延迟，即时间延迟时间延迟是表示是表示对对象受干象受干扰扰作用后，被作用后，被调调参数参数发发生生变变化化过过程中的参数，也属于程中的参数，也属于动态动态参数 1.4 调节器的分类和调节规律调节器的分类和调节规律1.4.1 调节器的分类调节器的分类 在一个自动调节系统中，调节器输出信号在一个自动调节系统中，调节器输出信号随输入信号而变化的规律称为调节规律随输入信号而变化的规律称为调节规律 调节器按其调节规律或调节信号的特性分调节器按其调节规律或调节信号的特性分类，主要有如下几类：类，主要有如下几类： （（1）双位调节器；（）双位调节器；（2）比例调节器）比例调节器P；；（（3）积分调节器）积分调节器I；（；（4）比例积分调节器）比例积分调节器PI；（；（5）比例微分调节器）比例微分调节器PD；（；（6）比例积）比例积分微分调节器分微分调节器PID。

1.4.2 调节器的调节规律调节器的调节规律1.双位调节器双位调节器 （（1）双位控制规律）双位控制规律冷库温度冷库温度双位控制系统双位控制系统 1．铂热电阻．铂热电阻 2．冷风机．冷风机3．电磁阀．电磁阀 4．控制器．控制器 双双位位调调节节器器的的执执行行机机构构只只有有开开和和关关两两种种状状态态只只有有被被调调参参数数达达到到上上限限或或下下限限时时，，调调节节器器才才动动作作，，控控制制执执行行机机构构全全开开或或全全关关被被调调参参数数处处于于差差动动范范围围之之内内时时，，调调节节器器的的输输出触点保持原有状态出触点保持原有状态（（2）双位调节器的静态特性）双位调节器的静态特性静态特性曲线静态特性曲线 调节器输调节器输出触点出触点“断开断开”与与“闭合闭合”时相对应的被时相对应的被调参数之差称调参数之差称为调节器的差为调节器的差动范围动范围  差动范围小的双位调节器能使差动范围小的双位调节器能使被调参数的波动小，控制质量较被调参数的波动小，控制质量较高，但调节器动作频繁因此，在高，但调节器动作频繁因此，在满足生产工艺要求的前提下，应尽满足生产工艺要求的前提下，应尽量将调节器的差动范围调大些，以量将调节器的差动范围调大些，以延长调节器和执行机构的寿命。

延长调节器和执行机构的寿命 （（3）双位调节器的动态特）双位调节器的动态特性性曲线曲线 双位调节器的动态特性曲双位调节器的动态特性曲线，是指双位控制系统的过渡过线，是指双位控制系统的过渡过程曲线无迟延时间的双位控制过程曲线无迟延时间的双位控制过程曲线 无迟延时间的双位控制过程无迟延时间的双位控制过程曲线是一个不衰减的等幅振荡过曲线是一个不衰减的等幅振荡过程1－－2－－3为控制过程的一个为控制过程的一个周期 具有迟延时间的双位控制器控制过程曲线具有迟延时间的双位控制器控制过程曲线 由于迟延时间的存在，使被调参数由于迟延时间的存在，使被调参数波动幅度增大，动态偏差增大，控制过波动幅度增大，动态偏差增大，控制过程周期也较无迟延时间时有所增长对程周期也较无迟延时间时有所增长对这类控制系统，除了选用差动范围小于这类控制系统，除了选用差动范围小于生产工艺规定的被调参数波动范围的调生产工艺规定的被调参数波动范围的调节器外，设计和安装时应尽量减少控制节器外，设计和安装时应尽量减少控制对象的迟延时间，以保证控制质量。

对象的迟延时间，以保证控制质量（（4）双位调节器及其控制过程的特点：）双位调节器及其控制过程的特点：①①双位调节器的结构简单，价格低廉，易双位调节器的结构简单，价格低廉，易于调整②②执行机构的动作是间断的，只有执行机构的动作是间断的，只有“全开全开”和和“全关全关”两个位置属于非线性控两个位置属于非线性控制③③控制过程是一个周期性、不衰减的等幅控制过程是一个周期性、不衰减的等幅振荡过程振荡过程④④改变调节器的差动范围，就可以改变被改变调节器的差动范围，就可以改变被调参数的波动范围调参数的波动范围 2.比例调节器比例调节器 （（1）比例调节器的控制规律）比例调节器的控制规律 调节器的输出信号与输入信号成比例的调调节器的输出信号与输入信号成比例的调节器叫比例调节器，简称节器叫比例调节器，简称P调节器其控制规调节器其控制规律为律为式中：式中： 为比例调节器的输出信号；为比例调节器的输出信号； 为被调为被调参数偏差值，即输入信号；参数偏差值，即输入信号； 为比例系数为比例系数浮球液位比例控制系统的液位控制示意图浮球液位比例控制系统的液位控制示意图1．液泵．液泵 2．浮球．浮球 3．连杆．连杆 4．杠杆．杠杆 5．阀杆．阀杆 6．调节阀．调节阀 图示为浮球液位比例控制系统，被调参数是容器的液图示为浮球液位比例控制系统，被调参数是容器的液图示为浮球液位比例控制系统，被调参数是容器的液图示为浮球液位比例控制系统，被调参数是容器的液位。

系统由容器、连杆、杠杆、浮球、调节阀和流出端的位系统由容器、连杆、杠杆、浮球、调节阀和流出端的位系统由容器、连杆、杠杆、浮球、调节阀和流出端的位系统由容器、连杆、杠杆、浮球、调节阀和流出端的液泵所组成液泵所组成液泵所组成液泵所组成 当系统平衡时，流入量等于流出量，液位稳定在一定的当系统平衡时，流入量等于流出量，液位稳定在一定的当系统平衡时，流入量等于流出量，液位稳定在一定的当系统平衡时，流入量等于流出量，液位稳定在一定的高度；当流出侧流量突然减小时，液位逐渐升高，浮球带着高度；当流出侧流量突然减小时，液位逐渐升高，浮球带着高度；当流出侧流量突然减小时，液位逐渐升高，浮球带着高度；当流出侧流量突然减小时，液位逐渐升高，浮球带着杠杆上移，通过杠杆使调节阀逐渐关小，流入量也随之减杠杆上移，通过杠杆使调节阀逐渐关小，流入量也随之减杠杆上移，通过杠杆使调节阀逐渐关小，流入量也随之减杠杆上移，通过杠杆使调节阀逐渐关小，流入量也随之减少当液位升高到某一个高度时，流入量与流出量相等，使少当液位升高到某一个高度时，流入量与流出量相等，使少当液位升高到某一个高度时，流入量与流出量相等，使少。

当液位升高到某一个高度时，流入量与流出量相等，使液位保持在一个较原来液位为高的水平上；同理，若流出量液位保持在一个较原来液位为高的水平上；同理，若流出量液位保持在一个较原来液位为高的水平上；同理，若流出量液位保持在一个较原来液位为高的水平上；同理，若流出量突然增加时，液位逐渐下降，浮球通过连杆、杠杆带动调节突然增加时，液位逐渐下降，浮球通过连杆、杠杆带动调节突然增加时，液位逐渐下降，浮球通过连杆、杠杆带动调节突然增加时，液位逐渐下降，浮球通过连杆、杠杆带动调节阀逐渐开大，使流入量也逐渐增大当液位下降到某一位置阀逐渐开大，使流入量也逐渐增大当液位下降到某一位置阀逐渐开大，使流入量也逐渐增大当液位下降到某一位置阀逐渐开大，使流入量也逐渐增大当液位下降到某一位置时，流入量又与流出量相等，液位稳定在一个较原来液位为时，流入量又与流出量相等，液位稳定在一个较原来液位为时，流入量又与流出量相等，液位稳定在一个较原来液位为时，流入量又与流出量相等，液位稳定在一个较原来液位为低的水平上低的水平上低的水平上低的水平上  式中式中：：为执为执行机构位移，行机构位移，输输出信号；出信号；为为液位高度液位高度变变化，化，输输入信号；入信号；为为比例系数。

比例系数 可可见见，当系，当系统统中液位一旦中液位一旦产产生偏差，生偏差，调节调节机构立即机构立即有一个位移，此位移与偏差成比例，即有一个位移，此位移与偏差成比例，即调节阀调节阀的位移的位移与液位的与液位的变变化化成比例  工业生产中也常用比例带来表示比例调工业生产中也常用比例带来表示比例调节器的控制作用常以输入、输出相对值表节器的控制作用常以输入、输出相对值表示，即示，即 比例比例带带的物理意的物理意义义是：是：调节调节器器输输出出值变值变化化 100% 时时，所需，所需输输入入变变化的百分数化的百分数  比例带比例带δ与控制器输入和输出之间的关系与控制器输入和输出之间的关系 上图中输入液位（被调参数）处于给定上图中输入液位（被调参数）处于给定值时为值时为50%，输出调节机构位移与给定液位，输出调节机构位移与给定液位相对应的阀门开启度为相对应的阀门开启度为50%，图中，图中 点表示点表示当调节器的输入液位比给定液位高当调节器的输入液位比给定液位高30%时，时，其输出达最小值其输出达最小值0%；图中；图中 点表示当调节器点表示当调节器的输入液位比给定液位低的输入液位比给定液位低30%时，其输出达时，其输出达最大值最大值100%，被调参数在给定值附近变化，被调参数在给定值附近变化60%时，输出已经变化了时，输出已经变化了100%，即比例带，即比例带 为为60%。

 被调参数只要在比例带内变化，调被调参数只要在比例带内变化，调节器的输出就与输入成比例，执行机构节器的输出就与输入成比例，执行机构就起控制作用；如果被调参数的变化超就起控制作用；如果被调参数的变化超过了比例带的范围，调节器的输出就不过了比例带的范围，调节器的输出就不能跟着变化，失去了比例控制作用所能跟着变化，失去了比例控制作用所以，也有把比例带称为比例界限或比例以，也有把比例带称为比例界限或比例度 （（2）比例调节器的静态偏差）比例调节器的静态偏差 在浮球液位比例控制系统中，当系在浮球液位比例控制系统中，当系统受到干扰作用后，在比例调节器的控统受到干扰作用后，在比例调节器的控制作用下，通过改变调节阀的开启度，制作用下，通过改变调节阀的开启度，使液位重新稳定在一个新稳态值上，被使液位重新稳定在一个新稳态值上，被调参数的新稳态值与给定值之间出现的调参数的新稳态值与给定值之间出现的偏差就是比例调节器的静态偏差对于偏差就是比例调节器的静态偏差对于比例调节器所组成的控制系统，在过渡比例调节器所组成的控制系统，在过渡过程结束时，静态偏差是不可避免的过程结束时，静态偏差是不可避免的。

 比例调节器的控制作用随被调比例调节器的控制作用随被调参数的偏差增大而增强，能较快地参数的偏差增大而增强，能较快地克服干扰引起的被调参数的波动，克服干扰引起的被调参数的波动，但控制过程有静态偏差如果被调但控制过程有静态偏差如果被调对象的静态控制质量要求较高，则对象的静态控制质量要求较高，则需采用其他控制性能更好的调节需采用其他控制性能更好的调节器 3.比例积分调节器比例积分调节器 （（1）积分调节器）积分调节器 比例调节器的缺点是控制系统一定存在比例调节器的缺点是控制系统一定存在静态偏差，采用积分调节器能够消除静态偏静态偏差，采用积分调节器能够消除静态偏差积分调节器的控制规律是输出的变化速差积分调节器的控制规律是输出的变化速率与输入成正比即率与输入成正比即式中：式中： 为积分调节器的输出信号；为积分调节器的输出信号； 为被调为被调参数偏差值，即输入信号；参数偏差值，即输入信号； 为积分系数为积分系数 积分调节器的输出信号不但与被调积分调节器的输出信号不但与被调参数偏差的大小有关，而且还与偏差存参数偏差的大小有关，而且还与偏差存在时间有关。

因此，系统中只要有偏差在时间有关因此，系统中只要有偏差存在，调节器就始终动作，直至静态偏存在，调节器就始终动作，直至静态偏差消除，被调参数回复到给定值积分差消除，被调参数回复到给定值积分调节器适用于延迟时间小、时间常数小调节器适用于延迟时间小、时间常数小而反应迅速的压力、流量和液位调节对而反应迅速的压力、流量和液位调节对象中积分控制规律  （（2）比例积分调节器）比例积分调节器 比例控制规律使调节器反应迅速，比例控制规律使调节器反应迅速，积分控制规律能消除系统静态偏差在积分控制规律能消除系统静态偏差在制冷空调系统中，在控制质量要求较高制冷空调系统中，在控制质量要求较高的场合，选用比例积分调节器其作用的场合，选用比例积分调节器其作用特性如下式所示：特性如下式所示：比例积分控制规律 积分时间 不同的各调节过程曲线 4.比例微分调节器比例微分调节器 （（1）微分调节器）微分调节器 如果利用被调参数的变化速度（即被调参如果利用被调参数的变化速度（即被调参数对时间的导数）作为调节器的输入信号，就数对时间的导数）作为调节器的输入信号，就可克服偏差控制作用不及时的现象，这就引入可克服偏差控制作用不及时的现象，这就引入了微分调节器。

理想微分调节器的输出信号与了微分调节器理想微分调节器的输出信号与输入信号变化速度成正比即输入信号变化速度成正比即式中：式中： 为微分调节器的输出信号；为微分调节器的输出信号； 为输入为输入信号，即被调参数偏差值；信号，即被调参数偏差值； 为微分时间为微分时间 微分调节器的输出信号与偏差的大微分调节器的输出信号与偏差的大小无关，只与偏差的变化速度有关，只小无关，只与偏差的变化速度有关，只要被调参数的导数等于零，调节作用消要被调参数的导数等于零，调节作用消失因此实际应用时，常和比例调节器失因此实际应用时，常和比例调节器或比例积分调节器组合使用，在调节器或比例积分调节器组合使用，在调节器中纳入微分调节器的优点，形成比例微中纳入微分调节器的优点，形成比例微分（分（PD）或比例积分微分（）或比例积分微分（PID）调节）调节器阶跃输入时微分调节器  （（2）比例微分调节器）比例微分调节器 比例微分调节器的动作规律为：比例微分调节器的动作规律为： 比例微分调节的动态指标较好，这是由于比例微分调节的动态指标较好，这是由于增加了微分的作用，因而增加了系统的稳定增加了微分的作用，因而增加了系统的稳定性，从而可使比例带减小，调节时间缩短。

但性，从而可使比例带减小，调节时间缩短但由于没有积分作用，因此调节系统在调节动作由于没有积分作用，因此调节系统在调节动作结束后，仍有静差但由于比例带的减小，故结束后，仍有静差但由于比例带的减小，故静差可以减小静差可以减小 5.比例积分微分调节器比例积分微分调节器 比例积分微分调节器具备了上叙单比例积分微分调节器具备了上叙单一调节规律的优点，克服了它们单独调一调节规律的优点，克服了它们单独调节的缺点由于比例、积分、微分调节节的缺点由于比例、积分、微分调节规律起主导作用的时间不同，它们相互规律起主导作用的时间不同，它们相互配合，可以取长补短，获得优良的动态配合，可以取长补短，获得优良的动态品质因而比例积分微分调节器得到了品质因而比例积分微分调节器得到了广泛应用广泛应用PID调节规律1.4.1 其他控制方法其他控制方法 多回路控制系统主要分串级控制、前馈多回路控制系统主要分串级控制、前馈控制、分程控制、自动选择控制等系统控制、分程控制、自动选择控制等系统 1.串级调节系统串级调节系统 串级控制系统由主控制回路和副控制回串级控制系统由主控制回路和副控制回路串接组成。

主调节器的输出信号，作为副路串接组成主调节器的输出信号，作为副调节器的给定值，因此主调节器所形成的系调节器的给定值，因此主调节器所形成的系统是定值控制系统；而副调节器的工作是随统是定值控制系统；而副调节器的工作是随动控制系统动控制系统Yeiywicr冷库温度冷库温度串级控制系统串级控制系统(a)控制系统原理图控制系统原理图 冷库温度串级控制系统冷库温度串级控制系统 (b)库温与蒸发压力串级控制系统框图库温与蒸发压力串级控制系统框图 图示冷库温度串级控制系统用于香蕉图示冷库温度串级控制系统用于香蕉船的冷藏舱库温控制，主调节器为船的冷藏舱库温控制，主调节器为EPT70比比例积分电动温度调节器，副调节器为电动压例积分电动温度调节器，副调节器为电动压力导阀力导阀CVM主控制回路由库温电阻传感主控制回路由库温电阻传感器、主调节器器、主调节器EPT70比例积分电动温度调节比例积分电动温度调节器、电动执行器器、电动执行器AMD23组成；副控制回路组成；副控制回路由压力调节器（电动压力导阀由压力调节器（电动压力导阀 CVM），调），调节主阀节主阀 PM1组成。

组成  串级控制系统主要是适合下列场串级控制系统主要是适合下列场合：合： （（1）对象迟延比较大，时间常）对象迟延比较大，时间常数也大的场合数也大的场合 （（2）在对象中存在大干扰，控）在对象中存在大干扰，控制质量较差的场合制质量较差的场合 2.2.前馈前馈前馈前馈- -反馈调节系统反馈调节系统反馈调节系统反馈调节系统 对于大迟延对象，在迟延期间干扰已经发对于大迟延对象，在迟延期间干扰已经发对于大迟延对象，在迟延期间干扰已经发对于大迟延对象，在迟延期间干扰已经发生，偏差还未形成，以偏差产生控制作用的负反生，偏差还未形成，以偏差产生控制作用的负反生，偏差还未形成，以偏差产生控制作用的负反生，偏差还未形成，以偏差产生控制作用的负反馈控制系统就不产生控制作用，势必导致系统波馈控制系统就不产生控制作用，势必导致系统波馈控制系统就不产生控制作用，势必导致系统波馈控制系统就不产生控制作用，势必导致系统波动幅度增大，稳定性差，控制质量下降比较适动幅度增大，稳定性差，控制质量下降比较适动幅度增大，稳定性差，控制质量下降。

比较适动幅度增大，稳定性差，控制质量下降比较适宜用前馈控制其基本思想是按外部干扰控制的宜用前馈控制其基本思想是按外部干扰控制的宜用前馈控制其基本思想是按外部干扰控制的宜用前馈控制其基本思想是按外部干扰控制的系统，由干扰直接产生控制作用，就有可能在偏系统，由干扰直接产生控制作用，就有可能在偏系统，由干扰直接产生控制作用，就有可能在偏系统，由干扰直接产生控制作用，就有可能在偏差还未形成前，及时克服干扰的影响，使被调参差还未形成前，及时克服干扰的影响，使被调参差还未形成前，及时克服干扰的影响，使被调参差还未形成前，及时克服干扰的影响，使被调参数保持不变其实质是以干扰克服干扰的控制过数保持不变其实质是以干扰克服干扰的控制过数保持不变其实质是以干扰克服干扰的控制过数保持不变其实质是以干扰克服干扰的控制过程 前馈前馈-反馈复合控制系统框图反馈复合控制系统框图 开开环环控控制制系系统统反反应应迅迅速速，，但但因因其其无无信信号号反反馈馈回回路路，，它它的的控控制制效效果果无无法法单单独独得得知知，，所所以以前前馈馈控控制制不不能能单单独独使使用用一一般般都都要要和和负负反反馈馈控控制制组组合合成成复复合合控控制制系系统统，，由由前前馈馈控控制制系系统统克克服服可可测测难难控控的的主主要要干干扰扰，，而而由由反反馈馈控控制制克克服服其其他他次次要要的的干干扰扰及及监监控控前前馈馈控控制制产产生生的的效效果果，，使使控控制制质量提高。

质量提高 3.分程调节系统分程调节系统 这是目前空调全自动调节系统中，常这是目前空调全自动调节系统中，常采用的一种节省投资，达到预期工艺要求采用的一种节省投资，达到预期工艺要求的控制方法它在维持一个被控制参数时，的控制方法它在维持一个被控制参数时，一个调节器在不同输出范围内，控制不同一个调节器在不同输出范围内，控制不同的、带阀门定位器的执行机构，改变不同的、带阀门定位器的执行机构，改变不同种类的控制量分程控制可以是电动的，种类的控制量分程控制可以是电动的，分程输出信号一般为分程输出信号一般为 0～～4V，，4～～7V，，7～～10V；也可以是气动的分程输出信号一般；也可以是气动的分程输出信号一般为：为：0.2～～0.6MPa，，0.6～～1.0MPa空调分程控制示意图空调分程控制示意图 在在冬冬季季，，调调节节器器的的输输出出在在0～～4V范范围围内内，，执执行行器器是是热热水水加加热热器器的的电电动动两两通通阀阀随随着着调调节节器器的的输输出出信信号号的的增增大大，，两两通通阀阀关关小小，，在在4V时时，，二二通通阀阀全全关关这这表表示示冬冬季季结结束束，，过过渡渡季季节节开开始始。

在在过过渡渡季季节节，，调调节节器器输输出出在在4～～7V 范范围围，，这这时时新新风风阀阀受受控控在在4～～5V，，新新风风阀阀保保持持最最小小开开度度，，以以保保证证卫卫生生要要求求；；随随着着输输出出信信号号不不断断增增大大，，新新风风阀阀不不断断开开大大，，充充分分利利用用自自然然冷冷源源，，节节省省能能量量；；到到7V时时，，新新风风阀阀开开足足，，标标志志着着过过渡渡季季节节结结束束，，夏夏季季工工况况开开始始此此时时，，冷冷水水阀阀受受控控，，随随室室外外温温度度升升高高，，控控制制输输出出也也增增大大，，对对应应冷冷水水阀阀开开度度也也增增大大，，以以适适应应冷冷负负荷荷的的需需要要如如此此一一个个调调节节器器，，在在不不同同季季节节控控制制不不同同的的阀阀门门与与执执行行器器，，可可以以完完成成全全年年的的空空调自动调节调自动调节 复习思考题复习思考题1-1 自动调节系统按设定值不同可分为哪类？自动调节系统按设定值不同可分为哪类？1-2 一个简单自动调节系统有哪几个环节组一个简单自动调节系统有哪几个环节组成？各环节的输入和输出参数分别是什么？系成？各环节的输入和输出参数分别是什么？系统的输入和输出参数又是什么？统的输入和输出参数又是什么？1-3 什么是自动调节系统的静态、动态和干什么是自动调节系统的静态、动态和干扰？扰？1-4 什么是自动调节系统的过渡过程？衡量自什么是自动调节系统的过渡过程？衡量自动调节系统过渡过程的质量指标有哪几项？如动调节系统过渡过程的质量指标有哪几项？如何在反应曲线上表示？何在反应曲线上表示？1-5 什么叫什么叫“反馈反馈”？为什么在自动调节系统？为什么在自动调节系统中中通常采用通常采用“负反馈负反馈”？如何体现负反馈？？如何体现负反馈？1-6 什么是人工调节？什么是自动调节？两者什么是人工调节？什么是自动调节？两者有何异同点？有何异同点？1-7 什么叫控制对象特性？它包括哪几个部什么叫控制对象特性？它包括哪几个部分？各有何意义？分？各有何意义？1-8 什么是对象的自平衡？具有自平衡性质的什么是对象的自平衡？具有自平衡性质的对象对控制有何好处？对象对控制有何好处？1-9 描述对象特性的参数有哪些？分别有何意描述对象特性的参数有哪些？分别有何意义？义？1-10 双位控制有何特点？适用于什么场合？双位控制有何特点？适用于什么场合？1-11 什么是静态偏差？为什么单纯的比例控什么是静态偏差？为什么单纯的比例控制制不能消除静态偏差？不能消除静态偏差？ 1-12 某一浮球比例控制系统中，调节阀的变某一浮球比例控制系统中，调节阀的变化范围为化范围为 0～～12mm，浮球液位标尺的范围为，浮球液位标尺的范围为0～～500mm，且浮球与调节阀之间相对位置，且浮球与调节阀之间相对位置固固定。

若调节阀位置由定若调节阀位置由 2mm变化到变化到6mm时，时，浮浮球由球由400mm 下降为下降为150mm，求其比例带，求其比例带δ1-13 试讨论比例带的变化对控制过程的影响试讨论比例带的变化对控制过程的影响1-14 写出积分控制规律为什么积分作用可写出积分控制规律为什么积分作用可以消除静态偏差？以消除静态偏差？常用的传感器和变送器常用的传感器和变送器2.1 温度传感器和变送器温度传感器和变送器2.2 湿度传感器和变送器湿度传感器和变送器2.3 压力传感器和变送器压力传感器和变送器2.4 流量传感器和变送器流量传感器和变送器2.1 温度传感器和变送器温度传感器和变送器2.1.1 温度检测的方法和传感器的分类温度检测的方法和传感器的分类 温度是制冷空调系统中最重要温度是制冷空调系统中最重要的参数之一的参数之一 温度测量仪表分为接触式和非温度测量仪表分为接触式和非接触式两大类制冷空调系统多采接触式两大类制冷空调系统多采用接触式测温用接触式测温 接接触触式式测测温温就就是是利利用用冷冷热热程程度度不不同同的的物物体体接接触触，，必必然然发发生生热热交交换换现现象象。

热热量量将将由由高高温温物物体体传传给给低低温温物物体体，，直直到到两两物物体体的的冷冷热热程程度度相相同同，，即即达达到到热热平平衡衡非非接接触触式式测测温温时时，，利利用用物物体体的的热热辐辐射射（（或或其其他他特特性性）），，通通过过对对辐辐射射强强度度（（或或颜颜色色等等））的的测测量量，，得得到到被被测测物体的温度物体的温度 按照按照测量测量方式方式分类：分类： 2.1.2 常用的温度传感器常用的温度传感器 用热电阻传感器测量温度是制冷空调系用热电阻传感器测量温度是制冷空调系统中的主要测温方法，它具有结构简单、工统中的主要测温方法，它具有结构简单、工作可靠、灵敏度高、精度高、测量范围广等作可靠、灵敏度高、精度高、测量范围广等特点，能实现单点和多点温度的远传、变特点，能实现单点和多点温度的远传、变送、显示和自动控制送、显示和自动控制 热电阻温度传感器是根据金属导体或半热电阻温度传感器是根据金属导体或半导体的电阻值随温度变化而变化的原理测温导体的电阻值随温度变化而变化的原理测温的在工程中常用的有铂、镍、铜、半导体的在工程中常用的有铂、镍、铜、半导体热敏电阻。

热敏电阻 1.铂热电阻铂热电阻 （（1）结构：铂热电阻由感温元件、云）结构：铂热电阻由感温元件、云母母支架、绝缘套管、引出线、夹持片和保护管支架、绝缘套管、引出线、夹持片和保护管等主要部件组成等主要部件组成 （（2）型号：铂热电阻的型号是根据）型号：铂热电阻的型号是根据0℃℃时的电阻值来区分的，用分度号来表示我时的电阻值来区分的，用分度号来表示我国现采用国际电工委员会标准，分度号为：国现采用国际电工委员会标准，分度号为：Pt100（（ =100.00Ω）和）和Pt10（（ =10.00Ω） 铂热电阻测温元件精度铂热电阻测温元件精度高，性能可靠，易于提纯，稳高，性能可靠，易于提纯，稳定性好，在工业测温及制冷、定性好，在工业测温及制冷、空调系统测温中得到广泛的应空调系统测温中得到广泛的应用 2.铜热电阻铜热电阻 （（1）结构：铜热电阻是用）结构：铜热电阻是用0.13mm的漆包铜丝采用双绕法绕在的漆包铜丝采用双绕法绕在棒形塑料骨架上，然后，将整个元件棒形塑料骨架上，然后，将整个元件经过酚醛树脂浸渍处理。

经过酚醛树脂浸渍处理 （（2）型号：铜热电阻的分度号为）型号：铜热电阻的分度号为Cu50（（ =50.00Ω）和）和Cu100（（ =100.00Ω） 铜热电阻的缺点是精度不铜热电阻的缺点是精度不高，高温时易氧化，化学稳定高，高温时易氧化，化学稳定性差，但价格便宜因而广泛性差，但价格便宜因而广泛用于测量精度要求不高的场合用于测量精度要求不高的场合  3.3.半导体热敏电阻半导体热敏电阻半导体热敏电阻半导体热敏电阻 热敏电阻是由半导体材料制成的与金属导热敏电阻是由半导体材料制成的与金属导热敏电阻是由半导体材料制成的与金属导热敏电阻是由半导体材料制成的与金属导体热电阻相比，热敏电阻测温灵敏度高，体积体热电阻相比，热敏电阻测温灵敏度高，体积体热电阻相比，热敏电阻测温灵敏度高，体积体热电阻相比，热敏电阻测温灵敏度高，体积小，热惯性小，制造工艺比较简单，价格也比较小，热惯性小，制造工艺比较简单，价格也比较小，热惯性小，制造工艺比较简单，价格也比较小，热惯性小，制造工艺比较简单，价格也比较便宜。

但其测温范围较窄，而且同一型号的热敏便宜但其测温范围较窄，而且同一型号的热敏便宜但其测温范围较窄，而且同一型号的热敏便宜但其测温范围较窄，而且同一型号的热敏电阻温度特性分散性很大，互换性较差，给使用电阻温度特性分散性很大，互换性较差，给使用电阻温度特性分散性很大，互换性较差，给使用电阻温度特性分散性很大，互换性较差，给使用和维修带来不便在制冷空调系统中，常使用具和维修带来不便在制冷空调系统中，常使用具和维修带来不便在制冷空调系统中，常使用具和维修带来不便在制冷空调系统中，常使用具有负电阻温度系数的热敏电阻，其阻值随温度的有负电阻温度系数的热敏电阻，其阻值随温度的有负电阻温度系数的热敏电阻，其阻值随温度的有负电阻温度系数的热敏电阻，其阻值随温度的升高而减小，随温度的降低而增大升高而减小，随温度的降低而增大升高而减小，随温度的降低而增大升高而减小，随温度的降低而增大  2.1.3 温度变送器温度变送器 为了将温度传感器的信号进为了将温度传感器的信号进行放大和转换为标准信号（行放大和转换为标准信号（4～～20mA·DC、、0～～5V·DC等），以等），以便于被模拟仪表或便于被模拟仪表或DDC控制器接控制器接受，使温度变送器得到广泛的应受，使温度变送器得到广泛的应用。

用  1.温度变送器温度变送器 把温度传感器输出信号变为标准电把温度传感器输出信号变为标准电压、电流信号的器件就称为温度变送器压、电流信号的器件就称为温度变送器它由温度传感器与两线制温度变送器模它由温度传感器与两线制温度变送器模块组成显示型产品使温度的传感、变块组成显示型产品使温度的传感、变送及显示一体化，通常以数字显示实测送及显示一体化，通常以数字显示实测温度值 变送器输出变送器输出4～～20mA·DC抗干扰能抗干扰能力强的信号，可与二次仪表配套使用，力强的信号，可与二次仪表配套使用，也可直接输入到也可直接输入到DDC控制器等控制器等 2.温度变送器工作原理温度变送器工作原理 温度变送器作用是把输入的信号变送温度变送器作用是把输入的信号变送输出输出4～～20mA·DC信号，供现场控制器信号，供现场控制器（（DDC等）作为控制及显示用等）作为控制及显示用2.1.4 热电偶热电偶 1.热电偶工作原理热电偶工作原理 两种不同的导体两种不同的导体A和和B连接成连接成闭合回路时，设两接点温度为闭合回路时，设两接点温度为 和和 ,且设且设 ＞＞ 时，回路中就会时，回路中就会出现热电动势出现热电动势 （（ , ），这），这个个现象称为热电效应。

产生的热电现象称为热电效应产生的热电动势由接触电动势和温差电动势动势由接触电动势和温差电动势两部分组成两部分组成  两种不同的导体相接触时，由于两种不同的导体相接触时，由于两者自由电子密度不同（设导体两者自由电子密度不同（设导体A的的大于导体大于导体B的）则在的）则在A和和B两个方向两个方向上自由电子扩散的速率不同，当上自由电子扩散的速率不同，当A、、B间电子转移达到动态平衡时，在间电子转移达到动态平衡时，在A、、B的界面上便形成一个电位差称的界面上便形成一个电位差称之为接触电动势其大小取决于两之为接触电动势其大小取决于两种不同导体的性质和接点处的温度种不同导体的性质和接点处的温度 温差电动势是同一导体两端因温温差电动势是同一导体两端因温度不同而产生的热电动势即同一度不同而产生的热电动势即同一导体（导体（A或或B）两端温度不同（）两端温度不同（ ＞＞ ））时，在高低温端之间便形成一个从时，在高低温端之间便形成一个从高温端指向低温端的电场该电场高温端指向低温端的电场该电场将阻止电子继续从高温端跑向低温将阻止电子继续从高温端跑向低温端，最后达到动态平衡于是在导端，最后达到动态平衡。

于是在导体上便产生一个相应的电位差，称体上便产生一个相应的电位差，称之为温差电动势之为温差电动势 如果冷端温度如果冷端温度 恒定，即恒定，即 （常数），则（常数），则 即回路总热电动势只与工作端温即回路总热电动势只与工作端温度成单值函数关系只要用仪表测出度成单值函数关系只要用仪表测出 ，就可得知被测温度，就可得知被测温度 ，这，这就是用热电偶测温的原理就是用热电偶测温的原理  通常热电偶的热电动势与通常热电偶的热电动势与温度的关系，都是规定冷端温温度的关系，都是规定冷端温度为度为0℃℃时，按热电偶的类型时，按热电偶的类型分别制成表格，即热电偶的分分别制成表格，即热电偶的分度表 2.常用电热偶的种类常用电热偶的种类 热电偶的品种很多，其中国际上公认性热电偶的品种很多，其中国际上公认性能优良、产量最大的七种标准热电偶是：分能优良、产量最大的七种标准热电偶是：分度号度号S（铂铑（铂铑10-铂）、分度号铂）、分度号B（铂铑（铂铑30-铂铂6）、分度号）、分度号K（镍铬（镍铬-镍硅）、分度号镍硅）、分度号T（铜（铜-铜镍）、分度号铜镍）、分度号E（镍铬（镍铬-铜镍）、分度号铜镍）、分度号J（铁（铁-铜镍）和分度号铜镍）和分度号R（铂铑（铂铑13-铂）。

我铂）我国国根据根据IEC标准制定了我国常用热电偶系列标准制定了我国常用热电偶系列 3.3.热电偶的结构形式热电偶的结构形式热电偶的结构形式热电偶的结构形式 （（（（1 1）普通型热电偶）普通型热电偶）普通型热电偶）普通型热电偶  普通型热电偶由热电极、绝缘套管、保护套管普通型热电偶由热电极、绝缘套管、保护套管普通型热电偶由热电极、绝缘套管、保护套管普通型热电偶由热电极、绝缘套管、保护套管和接线盒等主要部分构成和接线盒等主要部分构成和接线盒等主要部分构成和接线盒等主要部分构成 热电极是组成热电偶的两根热偶丝，有正负热热电极是组成热电偶的两根热偶丝，有正负热热电极是组成热电偶的两根热偶丝，有正负热热电极是组成热电偶的两根热偶丝，有正负热电极之分，热电极直径由材料的价格、机械强度、电极之分，热电极直径由材料的价格、机械强度、电极之分，热电极直径由材料的价格、机械强度、电极之分，热电极直径由材料的价格、机械强度、电导率、热电偶的使用条件和测量范围等决定，其电导率、热电偶的使用条件和测量范围等决定，其电导率、热电偶的使用条件和测量范围等决定，其电导率、热电偶的使用条件和测量范围等决定，其长度由安装条件及插入深度而定。

长度由安装条件及插入深度而定长度由安装条件及插入深度而定长度由安装条件及插入深度而定 绝缘套管也称绝缘子，用于防止两根热电极短绝缘套管也称绝缘子，用于防止两根热电极短绝缘套管也称绝缘子，用于防止两根热电极短绝缘套管也称绝缘子，用于防止两根热电极短路其结构形式通常有单孔管、双孔管及四孔的瓷路其结构形式通常有单孔管、双孔管及四孔的瓷路其结构形式通常有单孔管、双孔管及四孔的瓷路其结构形式通常有单孔管、双孔管及四孔的瓷管和氧化铝管等选用的材料可根据使用温度范围管和氧化铝管等选用的材料可根据使用温度范围管和氧化铝管等选用的材料可根据使用温度范围管和氧化铝管等选用的材料可根据使用温度范围而定  为了确保热电偶的使用寿命和测温的准为了确保热电偶的使用寿命和测温的准确性，通常将热电极（包括绝缘子）用保护确性，通常将热电极（包括绝缘子）用保护套管保护套管保护 接线盒用于连接热电偶和显示仪表一般接线盒用于连接热电偶和显示仪表一般由铝合金制成，接线盒的出线孔和盖子均用由铝合金制成，接线盒的出线孔和盖子均用垫片和垫圈加以密封接线盒内用于连接热垫片和垫圈加以密封。

接线盒内用于连接热电极和导线的螺钉必须紧固，以免产生较大电极和导线的螺钉必须紧固，以免产生较大的接触电阻而影响测量的准确性的接触电阻而影响测量的准确性（（2）铠装热电偶）铠装热电偶 铠装热电偶铠装热电偶是将热电偶丝、是将热电偶丝、绝缘材料和金属绝缘材料和金属保护套管三者经保护套管三者经整体复合拉伸工整体复合拉伸工艺加工而成的可艺加工而成的可弯曲的坚实组合弯曲的坚实组合体 铠装热电偶的热端有接壳、绝缘、铠装热电偶的热端有接壳、绝缘、露端等形式，其中以接壳及露端型的动露端等形式，其中以接壳及露端型的动态特性较好接壳型是将热电极与金属态特性较好接壳型是将热电极与金属套管焊接在一起，其反应时间介于绝缘套管焊接在一起，其反应时间介于绝缘型和露端型之间绝缘型将热端封闭在型和露端型之间绝缘型将热端封闭在完全焊合的套管内，热电偶与金属套管完全焊合的套管内，热电偶与金属套管之间互相绝缘，是最常用的一种形式之间互相绝缘，是最常用的一种形式露端型的热电偶热端暴露在套管外面，露端型的热电偶热端暴露在套管外面，仅在干燥的非腐蚀性介质中使用仅在干燥的非腐蚀性介质中使用 铠装热电偶的突出优点是铠装热电偶的突出优点是动态特性好，结构小型化，易动态特性好，结构小型化，易于制成特殊用途的形式，挠性于制成特殊用途的形式，挠性好，能弯曲，可安装在狭窄或好，能弯曲，可安装在狭窄或结构复杂的测量场合，已得到结构复杂的测量场合，已得到较为广泛的使用。

较为广泛的使用 2.2 湿度传感器和变送器湿度传感器和变送器 在空调自控系统中，被控的空气湿度和在空调自控系统中，被控的空气湿度和温度是两个相关的参数湿度控制也是空调温度是两个相关的参数湿度控制也是空调工程中的核心控制环节工程中的核心控制环节 空气的相对湿度一般由两个参数决定空气的相对湿度一般由两个参数决定例如：空气的干球温度和湿球温度；空气的例如：空气的干球温度和湿球温度；空气的干球温度和露点温度；空气的干球温度和水干球温度和露点温度；空气的干球温度和水蒸气分压力；空气中水蒸气分压力和同温度蒸气分压力；空气中水蒸气分压力和同温度下空气饱和水蒸气压力等因此湿度传感器下空气饱和水蒸气压力等因此湿度传感器应同时测量空气状态的两个参数应同时测量空气状态的两个参数2.2.1 2.2.1 干、湿球湿度传感器干、湿球湿度传感器干、湿球湿度传感器干、湿球湿度传感器 干、湿球湿度传感器是根据干湿球温度差效应干、湿球湿度传感器是根据干湿球温度差效应干、湿球湿度传感器是根据干湿球温度差效应干、湿球湿度传感器是根据干湿球温度差效应原理制成的测湿传感器。

原理制成的测湿传感器原理制成的测湿传感器原理制成的测湿传感器 1.1.干湿球电信号传感器干湿球电信号传感器干湿球电信号传感器干湿球电信号传感器 干、湿球电信号传感器是一种将湿度参数转换干、湿球电信号传感器是一种将湿度参数转换干、湿球电信号传感器是一种将湿度参数转换干、湿球电信号传感器是一种将湿度参数转换成电信号的仪表它与干、湿球湿度计的工作原理成电信号的仪表它与干、湿球湿度计的工作原理成电信号的仪表它与干、湿球湿度计的工作原理成电信号的仪表它与干、湿球湿度计的工作原理完全相同主要差别是干球和湿球用两支微型套管完全相同主要差别是干球和湿球用两支微型套管完全相同主要差别是干球和湿球用两支微型套管完全相同主要差别是干球和湿球用两支微型套管式镍电阻所代替，为了减小空气流速对测量的影式镍电阻所代替，为了减小空气流速对测量的影式镍电阻所代替，为了减小空气流速对测量的影式镍电阻所代替，为了减小空气流速对测量的影响，还增加一个轴流风扇同时由于在镍电阻周围响，还增加一个轴流风扇同时由于在镍电阻周围响，还增加一个轴流风扇同时由于在镍电阻周围响，还增加一个轴流风扇。

同时由于在镍电阻周围增加了气流速度，使热湿交换速度增大，因而也减增加了气流速度，使热湿交换速度增大，因而也减增加了气流速度，使热湿交换速度增大，因而也减增加了气流速度，使热湿交换速度增大，因而也减小了仪表的时间常数小了仪表的时间常数小了仪表的时间常数小了仪表的时间常数 2.TH型干湿球信号发送器型干湿球信号发送器 该发送器是由干湿球各一支的该发送器是由干湿球各一支的微型套管式镍电阻温度计，微型轴微型套管式镍电阻温度计，微型轴流风扇，并配以半透明塑料水杯和流风扇，并配以半透明塑料水杯和浸水脱脂纱布套管组成在一支镍浸水脱脂纱布套管组成在一支镍电阻上包上纱布并使纱布浸入水杯电阻上包上纱布并使纱布浸入水杯中作为湿球温度计，另一支镍电阻中作为湿球温度计，另一支镍电阻作为干球温度计，都垂直安装在传作为干球温度计，都垂直安装在传感器的中部，并正对侧面的空气吸感器的中部，并正对侧面的空气吸入口  当电源接通后，轴流风扇启动，空当电源接通后，轴流风扇启动，空气从圆形空气吸入口进入信号发送器，气从圆形空气吸入口进入信号发送器，通过镍电阻周围后被轴流风扇排出去，通过镍电阻周围后被轴流风扇排出去，当湿球镍电阻表面水分蒸发达到稳定当湿球镍电阻表面水分蒸发达到稳定状态时，干湿球同时发送相对于干湿状态时，干湿球同时发送相对于干湿球温度的信号，这些信号输入显示或球温度的信号，这些信号输入显示或调节仪表中，即可反映出所测量环境调节仪表中，即可反映出所测量环境空气的相对湿度，从而完成远距离测空气的相对湿度，从而完成远距离测控和调节相对湿度的任务。

控和调节相对湿度的任务 2.2.2 氯化锂电阻湿度传感器和变送器氯化锂电阻湿度传感器和变送器 氯化锂吸湿量与空气的相对湿度成一氯化锂吸湿量与空气的相对湿度成一定关系，随着空气相对湿度的增减变化，定关系，随着空气相对湿度的增减变化，氯化锂吸湿量也随之变化，只有当蒸气压氯化锂吸湿量也随之变化，只有当蒸气压力等于周围空气的水蒸气分压力时才处于力等于周围空气的水蒸气分压力时才处于平衡状态所以空气中相对湿度愈大，则平衡状态所以空气中相对湿度愈大，则氯化锂吸收的水分也就越多，其电阻率愈氯化锂吸收的水分也就越多，其电阻率愈小当氯化锂的蒸气压力高于空气中水蒸小当氯化锂的蒸气压力高于空气中水蒸气分压力时，气分压力时， 氯化锂放出水分，导致电阻氯化锂放出水分，导致电阻增大氯化锂电阻式感湿元件，即湿敏电增大氯化锂电阻式感湿元件，即湿敏电阻就是利用氯化锂这一特性制成的阻就是利用氯化锂这一特性制成的 由于氯化锂感湿元件受环境影响较大，由于氯化锂感湿元件受环境影响较大，输出电阻值也与检测点的温度有关，所以输出电阻值也与检测点的温度有关，所以氯化锂湿度变送器测量线路内均加有热敏氯化锂湿度变送器测量线路内均加有热敏电阻，用来进行温度补偿。

电阻，用来进行温度补偿 氯化锂电阻式湿度传感器性能稳定，氯化锂电阻式湿度传感器性能稳定，反应灵敏，测量精度高，使用寿命较长，反应灵敏，测量精度高，使用寿命较长，是应用最为广泛的湿度传感器之一其主是应用最为广泛的湿度传感器之一其主要缺点是体积大，且不适宜在温度变化激要缺点是体积大，且不适宜在温度变化激烈，易结露和污染的环境中应用烈，易结露和污染的环境中应用氯化锂电阻式湿度传感变送器：氯化锂电阻式湿度传感变送器： 1.DWS-P系列温、湿度传感器系列温、湿度传感器 DWS-P型温、湿度传感器主要用片状氯型温、湿度传感器主要用片状氯化锂电阻式感湿元件和热敏电阻感温元件组化锂电阻式感湿元件和热敏电阻感温元件组成，可与成，可与DBWS-13、、14温湿度变送器或温湿度变送器或DIWS-23、、24或或SWS系列数显温、湿度仪系列数显温、湿度仪配配套使用，也可与套使用，也可与JXC-07、、WS-1A、、1B温、温、湿度巡检仪配套使用湿度巡检仪配套使用  2.DBWS-132.DBWS-13型氯化锂湿度变送器型氯化锂湿度变送器型氯化锂湿度变送器型氯化锂湿度变送器 此变送器有两套变送系统，接有两个敏感元此变送器有两套变送系统，接有两个敏感元此变送器有两套变送系统，接有两个敏感元此变送器有两套变送系统，接有两个敏感元件，其一是氯化锂相对湿度敏感元件，另一为热件，其一是氯化锂相对湿度敏感元件，另一为热件，其一是氯化锂相对湿度敏感元件，另一为热件，其一是氯化锂相对湿度敏感元件，另一为热敏电阻作为温度敏感元件，与调节器（如敏电阻作为温度敏感元件，与调节器（如敏电阻作为温度敏感元件，与调节器（如敏电阻作为温度敏感元件，与调节器（如DDZ-DDZ-ⅡⅡⅡⅡ型等）配套使用时能同时进行温度和湿度的调节，型等）配套使用时能同时进行温度和湿度的调节，型等）配套使用时能同时进行温度和湿度的调节，型等）配套使用时能同时进行温度和湿度的调节，变送器的变送范围为：温度变送器的变送范围为：温度变送器的变送范围为：温度变送器的变送范围为：温度1010～～～～4040℃℃℃℃，相对湿度，相对湿度，相对湿度，相对湿度为为为为35%35%～～～～85%85%，调节精度：温度误差为，调节精度：温度误差为，调节精度：温度误差为，调节精度：温度误差为±0.5±0.5℃℃℃℃，相对湿度误差小于，相对湿度误差小于，相对湿度误差小于，相对湿度误差小于±2%±2%。

变送器可以将温度、变送器可以将温度、变送器可以将温度、变送器可以将温度、相对湿度信号分别转换成相对湿度信号分别转换成相对湿度信号分别转换成相对湿度信号分别转换成0 0～～～～10mA·DC10mA·DC信号输入信号输入信号输入信号输入调节器，实现温、湿度的自动调节此变送器具调节器，实现温、湿度的自动调节此变送器具调节器，实现温、湿度的自动调节此变送器具调节器，实现温、湿度的自动调节此变送器具有灵敏度高、精度高、性能稳定及体积小等优点有灵敏度高、精度高、性能稳定及体积小等优点有灵敏度高、精度高、性能稳定及体积小等优点有灵敏度高、精度高、性能稳定及体积小等优点2.3 压力传感器和变送器压力传感器和变送器 压力、压差传感器、变送器按其作用压力、压差传感器、变送器按其作用原理可分为液柱式、弹性式、电气式等原理可分为液柱式、弹性式、电气式等液柱式压力传感器是将被测压力转换成液液柱式压力传感器是将被测压力转换成液柱高度，如柱高度，如U形管液柱压力计、单管液柱压形管液柱压力计、单管液柱压力计和倾斜式微压计等均属此类弹性式力计和倾斜式微压计等均属此类弹性式传感器是将压力信号转变成弹性元件的形传感器是将压力信号转变成弹性元件的形变，而电气式压力传感器是将压力（或压变，而电气式压力传感器是将压力（或压差）转换成某种电量进行测量。

差）转换成某种电量进行测量2.3.1 常用的压力、压差传感器常用的压力、压差传感器 1.弹性式压力、压差传感器弹性式压力、压差传感器  弹弹性性式式压压力力、、压压差差传传感感器器有有弹弹簧簧管管、、波波纹纹膜膜盒盒和和波波纹纹管管等等利利用用各各种种弹弹性性传传感感器器而而制制成成的的压压力力计计，，其其基基本本原原理理是是建建立立在在力力平平衡衡原原理理上上，，即即弹弹性性元元件件在在被被测测压压力力的的作作用用下下，，产产生生的的弹弹性性变变形形力力与与被被测测压压力力产产生生的的力力，，量量程程弹弹簧簧的的反反力力相相平平衡衡当当力力处处于于平平衡衡状状态态时时，，可可以以通通过过测测量量弹弹性性式式压压力力传传感感器器的的形形变变来来测测量量压压力力，，传传感感器器与与各各种种变变送器相配合，可以指示压力和远传压力值送器相配合，可以指示压力和远传压力值YeiyYeiyYeiy 弹簧管式测量范围较广，一般用于弹簧管式测量范围较广，一般用于高、中、低压力和真空度的测量；膜片高、中、低压力和真空度的测量；膜片式、膜盒式及波纹管式多用于低压和微式、膜盒式及波纹管式多用于低压和微压的测量。

压的测量 由于要适应压力、压差信号的远由于要适应压力、压差信号的远传、显示、记录和自动控制的需要，弹传、显示、记录和自动控制的需要，弹性形变须转换成各种标准电量，这就是性形变须转换成各种标准电量，这就是压力、压差变送器压力、压差变送器 2.电阻式微压差传感器电阻式微压差传感器 利用导体或半导体制成的薄片，当利用导体或半导体制成的薄片，当其受到压力作用时，其材料的长度、截其受到压力作用时，其材料的长度、截面积及电阻率将发生相应的改变，因此面积及电阻率将发生相应的改变，因此其电阻值也随着改变在工程应用中采其电阻值也随着改变在工程应用中采用半导体材料单晶硅作为压阻传感器的用半导体材料单晶硅作为压阻传感器的材料 2.3.2 常用压力、压差变送器常用压力、压差变送器 1.电动压力、压差变送器电动压力、压差变送器 电动压力、压差变送器的工作原理：被测压电动压力、压差变送器的工作原理：被测压电动压力、压差变送器的工作原理：被测压电动压力、压差变送器的工作原理：被测压力力力力 经过波纹管转换为力经过波纹管转换为力经过波纹管转换为力经过波纹管转换为力 ，作用于杠杆，作用于杠杆，作用于杠杆，作用于杠杆1 1左端左端左端左端A A点，使杠杆绕支点点，使杠杆绕支点点，使杠杆绕支点点，使杠杆绕支点 作逆时针偏转，但稍一偏转，作逆时针偏转，但稍一偏转，作逆时针偏转，但稍一偏转，作逆时针偏转，但稍一偏转，位于杠杆右端的位移检测元件位于杠杆右端的位移检测元件位于杠杆右端的位移检测元件位于杠杆右端的位移检测元件2 2，使电子放大器产，使电子放大器产，使电子放大器产，使电子放大器产生一定的输出电流生一定的输出电流生一定的输出电流生一定的输出电流 ，此时电流通过反馈线圈，此时电流通过反馈线圈，此时电流通过反馈线圈，此时电流通过反馈线圈3 3和和和和变送器的负载电阻变送器的负载电阻变送器的负载电阻变送器的负载电阻 ，并与永久磁铁产生一定的，并与永久磁铁产生一定的，并与永久磁铁产生一定的，并与永久磁铁产生一定的电磁力，使杠杆电磁力，使杠杆电磁力，使杠杆电磁力，使杠杆B B点受到一个反馈力点受到一个反馈力点受到一个反馈力点受到一个反馈力 ，形成一个，形成一个，形成一个，形成一个使杠杆顺时针偏转的力矩。

由于位移检测放大器使杠杆顺时针偏转的力矩由于位移检测放大器使杠杆顺时针偏转的力矩由于位移检测放大器使杠杆顺时针偏转的力矩由于位移检测放大器极其灵敏，杠杆实际上只要产生极微小的位移，极其灵敏，杠杆实际上只要产生极微小的位移，极其灵敏，杠杆实际上只要产生极微小的位移，极其灵敏，杠杆实际上只要产生极微小的位移，放大器便有足够的输出电流形成反力矩与作用力放大器便有足够的输出电流形成反力矩与作用力放大器便有足够的输出电流形成反力矩与作用力放大器便有足够的输出电流形成反力矩与作用力矩相平衡当杠杆处于平衡状态时，输出电流正矩相平衡当杠杆处于平衡状态时，输出电流正矩相平衡当杠杆处于平衡状态时，输出电流正矩相平衡当杠杆处于平衡状态时，输出电流正比于被测压力，以实现压力的测量和传输比于被测压力，以实现压力的测量和传输比于被测压力，以实现压力的测量和传输比于被测压力，以实现压力的测量和传输 2.其他压力、压差变送器其他压力、压差变送器 位移式压力、压差变送器首先位移式压力、压差变送器首先将弹性元件的位移量换成电容、电将弹性元件的位移量换成电容、电感、电势等的变化，然后再经过电感、电势等的变化，然后再经过电路转换为标准电量输出。

路转换为标准电量输出（（1）电容式）电容式压差传感器压差传感器及变送器及变送器  工作原理：工作原理： 被被测测压压力力、、分分别别加加于于左左右右两两个个隔隔离离膜膜片片1上上，，通通过过硅硅油油2将将压压力力传传到到测测量量膜膜片片3上上此此测测量量膜膜片片作作为为差差动动电电容容的的活活动动电电极极它它在在压压差差作作用用下下，，可可左左右右移移动动约约0.1mm的的距距离离在在膜膜片片左左右右有有两两个个金金属属固固定定电电极极4因因此此当当测测量量膜膜片片向向一一边边鼓鼓起起时时，，它它与与两两个个固固定定电电极极间间的的电电容容量量一一个个增增大大，，一一个个减减小小，，故故称称差差动动电电容容通通过过引引线线可可测测量量两两个个电电容容的的变变化化，，即可得出压差值即可得出压差值（（2）霍尔片式弹簧管压力变送器）霍尔片式弹簧管压力变送器  结结构构：：被被测测压压力力由由弹弹簧簧管管1的的固固定定端端引引入入，，弹弹簧簧管管的的自自由由端端与与霍霍尔尔片片3连连接接在在霍霍尔尔片片的的上上、、下下方方垂垂直直设设置置两两对对磁磁极极，，使使霍霍尔尔片片处处于于两两对对磁磁极极所所形形成成的的非非均均匀匀磁磁场场中中。

霍霍尔尔片片的的四四个个端端面面引引出出四四根根导导线线，，其其中中与与磁磁铁铁2相相平平行行的的两两根根导导线线和和直直流流稳稳压压电电源源连连接接，，另另有有两两根根导导线线用用来来输出信号输出信号 由于当压力改变时，连接在弹簧管端由于当压力改变时，连接在弹簧管端部的霍尔片也随之改变其在空间的位置，部的霍尔片也随之改变其在空间的位置，其所处的磁感应强度也随之改变，这时的其所处的磁感应强度也随之改变，这时的霍尔电势值也作相应的改变，因此霍尔片霍尔电势值也作相应的改变，因此霍尔片式弹簧管压力传感器实质上是一种位移式弹簧管压力传感器实质上是一种位移-电电势变换元件势变换元件 如果将霍尔电势经电子线路处理成标如果将霍尔电势经电子线路处理成标准信号后，即成为压力变送器目前采用准信号后，即成为压力变送器目前采用集成化技术将霍尔片、电源、输出信号放集成化技术将霍尔片、电源、输出信号放大和处理等线路集中在一块单晶片上，实大和处理等线路集中在一块单晶片上，实现了变送器的微型化现了变送器的微型化 （（3））YSG-01型电感压力变送器型电感压力变送器 压力变送器的作用是将压力测量元件的压力变送器的作用是将压力测量元件的输出信号转变成调节器所要求的输入信号。

输出信号转变成调节器所要求的输入信号 YSG-01型电感式压力变送器是一种无型电感式压力变送器是一种无触点变送器，适用于检测气体、液体和蒸气触点变送器，适用于检测气体、液体和蒸气压力除可以对压力进行就地和远距离连续压力除可以对压力进行就地和远距离连续显示外，还可以将所测压力按比例转变成显示外，还可以将所测压力按比例转变成0～～10mA的直流信号输出给调节器和二次显的直流信号输出给调节器和二次显示仪表在制冷系统中，它主要与示仪表在制冷系统中，它主要与TDF-01型能量调节器配合，以蒸发压力作能量调节型能量调节器配合，以蒸发压力作能量调节参数，实现对制冷压缩机能量的自动调节参数，实现对制冷压缩机能量的自动调节 YSG-01型压力变送器主要由型压力变送器主要由压力检测和压力压力检测和压力-电变送两部分组电变送两部分组成 电路结构：由电源变压器、直电路结构：由电源变压器、直流稳压电源、多谐振荡器、差动变流稳压电源、多谐振荡器、差动变压器、线性变换电路、差动整流、压器、线性变换电路、差动整流、直流放大器和显示仪表组成直流放大器和显示仪表组成 电路工作原理：交流电源经电源变压器变压，电路工作原理：交流电源经电源变压器变压，电路工作原理：交流电源经电源变压器变压，电路工作原理：交流电源经电源变压器变压，串联型晶体管稳压电路稳压，其输出直流电压作串联型晶体管稳压电路稳压，其输出直流电压作串联型晶体管稳压电路稳压，其输出直流电压作串联型晶体管稳压电路稳压，其输出直流电压作为多谐振荡器的电源。

差动变压器的两个初级绕为多谐振荡器的电源差动变压器的两个初级绕为多谐振荡器的电源差动变压器的两个初级绕为多谐振荡器的电源差动变压器的两个初级绕组分别作两个振荡管的负载用多谐振荡器作内组分别作两个振荡管的负载用多谐振荡器作内组分别作两个振荡管的负载用多谐振荡器作内组分别作两个振荡管的负载用多谐振荡器作内部振荡电源，即可以使差动变压器的输出信号不部振荡电源，即可以使差动变压器的输出信号不部振荡电源，即可以使差动变压器的输出信号不部振荡电源，即可以使差动变压器的输出信号不受受受受220V220V交流电源电压波动的影响，又由于多谐振交流电源电压波动的影响，又由于多谐振交流电源电压波动的影响，又由于多谐振交流电源电压波动的影响，又由于多谐振荡器的振荡频率较高，而使差动变压器的灵敏度荡器的振荡频率较高，而使差动变压器的灵敏度荡器的振荡频率较高，而使差动变压器的灵敏度荡器的振荡频率较高，而使差动变压器的灵敏度提高 线性变换电路是在弹簧管自由端装有一个短线性变换电路是在弹簧管自由端装有一个短线性变换电路是在弹簧管自由端装有一个短线性变换电路是在弹簧管自由端装有一个短路环，短路环又套在由铁淦氧磁芯的差动变压器路环，短路环又套在由铁淦氧磁芯的差动变压器路环，短路环又套在由铁淦氧磁芯的差动变压器路环，短路环又套在由铁淦氧磁芯的差动变压器的线圈所组成的闭合磁路中。

当短路环随弹簧管的线圈所组成的闭合磁路中当短路环随弹簧管的线圈所组成的闭合磁路中当短路环随弹簧管的线圈所组成的闭合磁路中当短路环随弹簧管自由端移动时，改变了差动线圈的电感，随即输自由端移动时，改变了差动线圈的电感，随即输自由端移动时，改变了差动线圈的电感，随即输自由端移动时，改变了差动线圈的电感，随即输出一差动电压这个差动电压经两个二极管和电出一差动电压这个差动电压经两个二极管和电出一差动电压这个差动电压经两个二极管和电出一差动电压这个差动电压经两个二极管和电阻整流后输送给直流差动放大电路阻整流后输送给直流差动放大电路阻整流后输送给直流差动放大电路阻整流后输送给直流差动放大电路 直流差动放大器采用二级直接藕合式，直流差动放大器采用二级直接藕合式，将经差动整流后的电流放大成将经差动整流后的电流放大成0～～10mA的的直流信号，远传给调节器和动圈式显示仪直流信号，远传给调节器和动圈式显示仪表，对压力进行模拟显示表，对压力进行模拟显示 电路中的电位器电路中的电位器 是用来调整仪表的电是用来调整仪表的电气零点的调整时管道或容器被测压力为气零点的调整时管道或容器被测压力为零（与大气相通），调使指示仪表的指示零（与大气相通），调使指示仪表的指示值为零。

电位器值为零电位器 是调整当输入适当压力是调整当输入适当压力后，显示仪表的指示是否在输入压力值上后，显示仪表的指示是否在输入压力值上2.4 流量传感器和变送器流量传感器和变送器 流量传感器按原理可分为容积式、流量传感器按原理可分为容积式、节流式、电磁式和涡轮式等节流式、电磁式和涡轮式等 在管道内连续流动的流体，当遇在管道内连续流动的流体，当遇到安装在管道内的节流装置时，在节到安装在管道内的节流装置时，在节流装置的前后产生压差，由于此压差流装置的前后产生压差，由于此压差与流体的流量有一定关系，所以可通与流体的流量有一定关系，所以可通过测量压差间接测量流量，或者根据过测量压差间接测量流量，或者根据流体对节流元件的推力来测量流量流体对节流元件的推力来测量流量2.4.1 压差式流量传感器压差式流量传感器 根据节流元件前后压差测量流量的根据节流元件前后压差测量流量的传感器称为压差式传感器，再由压差变传感器称为压差式传感器，再由压差变送器把此压差信号（即流量信号）转变送器把此压差信号（即流量信号）转变为标准的电信号为标准的电信号。

压差式流量计适用于圆形管道，而压差式流量计适用于圆形管道，而且是连续地满流其结构简单，安装方且是连续地满流其结构简单，安装方便，是普遍使用的一种传感器，可以用便，是普遍使用的一种传感器，可以用来测量水、空气和蒸气的流量来测量水、空气和蒸气的流量2.4.2 2.4.2 转子流量传感器转子流量传感器转子流量传感器转子流量传感器 转子流量传感器也是一种节流式流量传感器，转子流量传感器也是一种节流式流量传感器，转子流量传感器也是一种节流式流量传感器，转子流量传感器也是一种节流式流量传感器，它的节流元件不像压差式节流元件是采用节流孔板，它的节流元件不像压差式节流元件是采用节流孔板，它的节流元件不像压差式节流元件是采用节流孔板，它的节流元件不像压差式节流元件是采用节流孔板，而是在流体通过的管道中有一个可以移动的转子而是在流体通过的管道中有一个可以移动的转子而是在流体通过的管道中有一个可以移动的转子而是在流体通过的管道中有一个可以移动的转子当流体在管道中通过时，由于转子的节流作用，在当流体在管道中通过时，由于转子的节流作用，在当流体在管道中通过时，由于转子的节流作用，在当流体在管道中通过时，由于转子的节流作用，在转子的前后出现一个压差，此压差对转子产生一个转子的前后出现一个压差，此压差对转子产生一个转子的前后出现一个压差，此压差对转子产生一个转子的前后出现一个压差，此压差对转子产生一个推力，使转子发生移动，直至推力和转子产生的向推力，使转子发生移动，直至推力和转子产生的向推力，使转子发生移动，直至推力和转子产生的向推力，使转子发生移动，直至推力和转子产生的向下力平衡时为止。

下力平衡时为止下力平衡时为止下力平衡时为止 转子流量计主要用于小流量的场合转子流转子流量计主要用于小流量的场合转子流转子流量计主要用于小流量的场合转子流转子流量计主要用于小流量的场合转子流量传感器应垂直安装，不允许倾斜或水平安装，而量传感器应垂直安装，不允许倾斜或水平安装，而量传感器应垂直安装，不允许倾斜或水平安装，而量传感器应垂直安装，不允许倾斜或水平安装，而且被测介质的流向自下而上它可以用来测量各种且被测介质的流向自下而上它可以用来测量各种且被测介质的流向自下而上它可以用来测量各种且被测介质的流向自下而上它可以用来测量各种气体、液体和蒸气的流量气体、液体和蒸气的流量气体、液体和蒸气的流量气体、液体和蒸气的流量2.4.3 电磁流量传感器电磁流量传感器 电磁流量计以电磁感应定律为基础，电磁流量计以电磁感应定律为基础，在管道两侧安放磁铁，以流动的液体当做在管道两侧安放磁铁，以流动的液体当做切割磁力线的导体，由产生的感应电动势切割磁力线的导体，由产生的感应电动势测量管道内液体的流量测量管道内液体的流量 电磁流量计的优点是管道中不设任何电磁流量计的优点是管道中不设任何节流元件，故无压力损失，可用来测量各节流元件，故无压力损失，可用来测量各种粘度的液体，工作可靠，测量精度高，种粘度的液体，工作可靠，测量精度高，线性刻度，测量范围宽，反应快速。

电磁线性刻度，测量范围宽，反应快速电磁流量计只能测量导电液体的流量，不能测流量计只能测量导电液体的流量，不能测气体的流量气体的流量 复习思考题复习思考题2-1 温度测量仪表的种类有哪些？温度测量仪表的种类有哪些？2-2 常用的温度传感器有何特点？常用的温度传感器有何特点？2-3 什么是温度变送器？温度变送器的什么是温度变送器？温度变送器的工作原理是什么？工作原理是什么？2-4 热电偶的工作原理是什么？它由哪热电偶的工作原理是什么？它由哪几部分组成？各部分有何作用？几部分组成？各部分有何作用？2-5 常用的湿度传感器及变送器有何特常用的湿度传感器及变送器有何特点？点？2-6 常用的压力传感器及变送器按原理常用的压力传感器及变送器按原理分为哪几种？它们是如何测量压力的？分为哪几种？它们是如何测量压力的？2-7 常用的流量传感器及变送器按原理常用的流量传感器及变送器按原理分为哪几种？它们是如何测量流量的？分为哪几种？它们是如何测量流量的？。