▪ 孔板、文丘里管、喷嘴
❖ 命题
▪ 确定所要求取的参数——流量、孔径、压差
❖ 从层流到紊流的分界线取决于
▪ 流量、流体的密度、粘度和管道内径
❖ 雷诺数Re
▪ Re〈2300 层流 ▪ Re〉4000 紊流
46微米厚的液晶层的流动。 当电场强度平缓增加时 •层流（右上） •弱的湍流（左下） •方格状对流（右下） 下侧两图混沌→湍流
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3 过程控制系统设计
(2) 雷诺数Re（续）
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3 过程控制系统设计
(3) 推断控制 当被控变量不能直接测量使用，利用辅助变 量的测量值来调节控制变量，使不可测的被控变 量保持在预期值。
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3 过程控制系统设计
3.3 过程控制系统硬件选择
根据过程控制的输入输出变量以及控制要求，可
以选定系统硬件，包含：
保护
❖ 控制装置
装置
❖ 测量仪表、传感器 ❖ 执行机构
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3 过程控制系统设计
3.3.2 测量仪表和传感器的选型原则
❖ 检测部件一般宜采用定型产品，设计过程控 制系统时，根据控制方案选择测量仪表和传 感器
❖ 选型原则：
▪ 可靠性 ▪ 实用性 ▪ 先进性
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3 过程控制系统设计
3.4 流量计选择
3.4.1 流量计算有关的基本概念
(1) 流量Q 流体在单位时间内流过管道或设备某处横断面 的数量成为流量。
ε 可膨胀系数
a 节流装置开孔截面积
ρ1 流体流过节流装置前的密度
Δp 节流元件前后压力差
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3 过程控制系统设计
❖标准节流装置的取压方式
• 径距取压 • 法兰取压 • 角接取压
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3 过程控制系统设计
测量与计算方法
❖ 流出系数C
C0.595 0.0931 2.1 2 0.184 40.002 0.2(51 960 /R0.e 75) 0.09L 1 0 40 (14) 10.03L 2 3 37
控制 器
检测/ 变送
❖ 报警、保护、连锁等部件
执行 ppt课件机构
被控 对象
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3 过程控制系统设计
3.3.2 控制装置
用于过程控制的计算机控制设备多采用DCS （集散控制系统）或PLC（可编程序控制器）。
模拟量控制回路较多，开关量较少的过程控 制系统宜采用DCS控制；
模拟量控制回路较少，开关量较多的过程控 制系统宜采用PLC控制。
❖ 体积流量Qv
▪ 单位：米3/小时（m3/h）等
❖ 质量流量Qm
▪ 单位：吨/小时（t/h）;千克/小时（kg/h）等 ▪ Qm=Qvρ
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(2) 雷诺数Re
❖ 管道内流量小时
▪ 压差与流量成正比 ▪ 流体的流动状态为
❖ 流量变大后
▪ 压差大致与流量的平方成正比 ▪ 流体的流动状态为紊流
直 径 d/D 比 ）（
❖ 可膨胀系数ε
1
1（ 0.4
10.3
54）p
k1p
❖ 流量与压差的关系
Q v1 C4
14d 2
2 p
1
Q v1 C4
24d 2
2 p
2
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3 过程控制系统设计
在已知管径的管道中设置测量流量的节流 装置时，首先要确定以下几项： ❖ 采用的节流装置的类型
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3 过程控制系统设计
3.1 过程控制系统设计步骤
➢具体步骤:
1．根据工艺要求和控制目标确定系统变量 2．建立数学模型 3．确定控制方案 4．选择硬件设备 5．选择控制算法，进行控制器设计 6．软件设计 7. 设备安装、调试与整定、运行
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3 过程控制系统设计
3.2 确定控制变量与控制方案
ReD4Qm 4Qv D D
式中： υ——管道中流体的平均轴向流速，m/s ν——流体的运动粘度，m2/s， ν= υ/ ρ μ——流体的动力粘度，Pa/s D ——工作条件下，上游管道的内径，m
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3 过程控制系统设计
（3）等熵指数k ❖ 当气体流过节流装置时，会产生膨胀，其压力和
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3 过程控制系统ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ计
四类：
3.4.2 流量计类型
(1) 压差式流量计
流量 ~ 节流装置前后压差
(2) 速度式流量计：
管道内流体的速度 ~ 叶轮旋转速度
(3) 容积式流量计
(2) 流量累计
(4) 其他类型流量计
电磁流量计、超声波流量计等
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3 过程控制系统设计
3.4.3 节流元件
➢ 控制结构
➢反馈控制、前馈控制、推断控制
➢ 控制算法
➢PID 、串级控制、比值控制、补偿控制、 解耦控制、预测控制、模糊控制、神经网 络控制、专家控制、鲁棒控制……
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3 过程控制系统设计
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3 过程控制系统设计
前馈控制 利用扰动量的直接测量值，调节控制 变量，使被控变量保持在预期值。
体积间有关系：
p V k 常数
❖ 等熵指数k值表
▪ 如双原子气体及空气的k=1.41
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3 过程控制系统设计
(4) 气体的压缩系数Z
❖ 根据理想气体定律求得的气体密度和实际密度值， 在高压和低温的情况下，有一定的偏差，必须引 入气体压缩系数加以校正。
Z '
其中：
ρ’——理想气体定律求得的工作状态下的气体密度 ρ ——工作状态下的实际气体密度
➢ 根据控制目标确定控制变量
定性控制目标：稳定性、安全性和经济性
➢ 被控变量
是工业过程的输出变量
选择原则
• 针对目标、直接关系到质量、建模简单、可测
➢ 输入变量
分控制输入和扰动输入
控制输入的选择原则
•
对被控量影响大、变化范围大、作用快、直接作用
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3 过程控制系统设计
确定控制方案
3 过程控制系统设计
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3 过程控制系统设计
本章学习内容
❖3.1 过程控制系统设计步骤 ❖3.2 确定控制变量与控制方案 ❖3.3 过程控制系统硬件选择 ❖3.4 节流元件计算 ❖3.5 调节阀选择 ❖3.6 计算举例
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3 过程控制系统设计
➢ 过程控制的设计任务、步骤和系统设计方法 ➢ 流量计和调节阀的计算方法
节流元件（节流装置） ——在直线管道中设置的使流束产生局部收缩的装置
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3 过程控制系统设计
孔板
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文丘里管
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喷嘴
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❖差压式流量计检测原理
Qma 21p
QV a 2p/1
式中：
α 流量系数