单元组合仪表

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danyuan zuhe yibiao
单元组合仪表
aggregate unified system

   按照自动控制系统中各部分的功能 (如检测、显示、调节和操作等)构成的若干具有独立作用的单元仪表,各单元之间以统一信号互相联系的成套调节仪表。用这些单元根据不同功能和使用要求加以组合，可构成各种单参数或多参数的自动控制系统。单元组合仪表的用途非常广泛，自20世纪50年代以来已发展出很多系列。它们的结构原理不同，单元品种也不一致，并随着元件、工艺的发展不断地改进仪表系列。几种常用的功能又可合并在一个单元内，形成有分有合的多品种仪表系列。
   单元组合仪表有气动和电动两类（见彩图[气动单元组合仪表]、[电动单元组合仪表]）。气动单元组合仪表以0.14兆帕压力的压缩空气为能源；以 0.02～0.1兆帕的气压为统一信号。电动单元组合仪表使用交流电源；统一信号曾有直流 1～5、0～10、4～20、10～50 毫安，交流1～5、0～10伏，直流0～10伏等多种。1971年，国际电工委员会(IEC)推荐以直流4～20毫安为电动单元组合仪表的统一信号，已被普遍采用。
   组合仪表的单元有多种类型和品种。①变送单元：将不同的被测参数变换成统一信号，如压力变送器、流量变送器和温度变送器等(见变送器)。②转换单元：将各种信号互相转换,如电-气转换器、频率转换器和模拟数字转换器等。③计算单元:对几个信号进行运算,如加减器、乘除器和开方器等。④显示单元：将统一信号转变成可视的刻度读数、数码、曲线或各种字符图形，如指示记录仪和积算器等。⑤给定单元：提供被控参数的给定值，如恒值给定器和时间程序给定器等。⑥调节单元：将被控信号与给定值相比较，对偏差进行调节，以控制执行器的动作，如比例、积分、微分 (PID)调节器等。⑦辅助单元：用来增加控制系统适应性的辅助仪表，如阻尼器、限幅器、速率限制器等。图1 [单元组合仪表各类单元的相互关系]为各类单元的相互关系。
   气动单元组合仪表大多采用力平衡或力矩平衡工作原理。例如,在力矩平衡式压力变送器（图2[力矩平衡式压力变送器]）中，被测压力X 经检测元件（膜片）转换成压力1，加到杠杆的一端。杠杆的偏转由喷嘴挡板元件检测并经气动放大后得 0.02～0.1兆帕压力的输出信号。这个输出信号同时送给弹性元件（波纹管），转换成 2，加到杠杆的另一端，使杠杆两端的力矩互相平衡。这时杠杆的偏转极小，输出信号遂与被测压力成正比。气动单元组合仪表结构简单，易于检修，但需要使用不含油分、水分和尘埃的净化气源，可作一般控制用，适于在防爆、防核辐射场所使用。
   电动单元组合仪表主要采用晶体管和集成电路等电子技术。图3 [显示操作调节器的工作原理方框图]为显示操作调节器的工作原理方框图。被控制信号在输入电路内与设定值相比较，同时经显示电路把参数显示出来。其偏差信号经比例微分(PD)电路、比例积分(PI)电路后成为具有PID调节作用的控制信号,再经输出电路得到直流 4～20毫安的统一控制信号。当需要手动操作时可由开关切换，使输出为手动控制信号。电动单元组合仪表结构虽比气动的复杂，但其运算精度高、动作反应迅速、传输距离远，故适用于大多数控制系统。随着微处理器技术的发展，单元内部可以采用微处理器，使单元的功能进一步提高。
　　　　　　　　　　　　　　　　　杨起行