1、第一節(jié) 自動(dòng)化儀表的基本知識(shí),自動(dòng)化儀表在船舶機(jī)艙中的應(yīng)用很廣泛。自動(dòng)化儀表不僅能組成反饋控制系統(tǒng)，對(duì)動(dòng)力裝置的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)控制，而且還可以對(duì)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行測(cè)量和顯示。因此，自動(dòng)化儀表是實(shí)現(xiàn)機(jī)艙集中監(jiān)視和控制不可缺少的設(shè)備。 船用自動(dòng)化儀表種類繁多，按功能分類：有測(cè)量?jī)x表、顯示儀表、調(diào)節(jié)器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)；按使用能源分類：有氣動(dòng)儀表和電動(dòng)儀表；按結(jié)構(gòu)形式分類：有單元組合儀表和基地式儀表。所謂單元組合儀表是指，控制系統(tǒng)的各種功能都分別用一臺(tái)獨(dú)立的儀表來實(shí)現(xiàn)，包括測(cè)量?jī)x表、顯示儀表、調(diào)節(jié)器等，各儀表之間用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)聯(lián)系起來。氣動(dòng)儀表的統(tǒng)一信號(hào)是0.020.1 MPa；電動(dòng)儀表的統(tǒng)一,信號(hào)是010m

2、A或420mA。使用時(shí)可按不同要求，方便地將各單元組合成簡(jiǎn)單的或復(fù)雜的反饋控制系統(tǒng)。 基地式儀表是指，把測(cè)量?jī)x表、顯示儀表和調(diào)節(jié)器組裝在一個(gè)殼體內(nèi)，成為不可分的整體，它們之間也不用統(tǒng)一信號(hào)聯(lián)系。在實(shí)際應(yīng)用中，電動(dòng)控制系統(tǒng)很少用電動(dòng)單元組合儀表組成，故電動(dòng)單元組合儀表本章不加介紹。關(guān)于電動(dòng)基地式儀表的結(jié)構(gòu)和工作特性，將在第四章結(jié)合實(shí)際操作系統(tǒng)予以說明。在船上所采用的氣動(dòng)儀表中，基地式儀表和單元組合式儀表兩種形式都有，而氣動(dòng)單元組合儀表應(yīng)用得更多一些。本章主要介紹自動(dòng)化儀表的基本知識(shí)、組成氣動(dòng)儀表的基本元部件和氣動(dòng)單元組合儀表的結(jié)構(gòu)、工作特性及在管理中應(yīng)注意的問題。 一、自動(dòng)化儀表的主要品質(zhì)指標(biāo),

3、在自動(dòng)控制和監(jiān)視系統(tǒng)中，被控參數(shù)的測(cè)量及控制是否準(zhǔn)確，對(duì)系統(tǒng)的正常使用管理和安全運(yùn)行有直接影響。 實(shí)際上不論用什么方法測(cè)量，所用儀表多么精密，所測(cè)結(jié)果與參數(shù)的真值之間總有一定的差別，習(xí)慣上稱為“誤差”。對(duì)自動(dòng)化儀表品質(zhì)的要求，主要是看它能以多大的準(zhǔn)確度來反映被測(cè)量參數(shù)的真值。測(cè)量值與真值越接近，儀表的誤差就越小，測(cè)量精度也就越高。但僅用誤差來描述儀表的好壞是不夠的，還必須從多方面來鑒別儀表的品質(zhì)，如儀表精度、靈敏度、不靈敏區(qū)等。 1. 基本誤差與附加誤差 基本誤差是由于儀表結(jié)構(gòu)中的間隙、摩擦、刻度不均或分度不準(zhǔn)等原因所造成的誤差，即為儀表本身缺陷所造成的誤差。因此，在設(shè)計(jì)制造儀表時(shí)，總是設(shè)法減

4、少造成這,附加誤差是儀表在使用中，由于外界條件的影響，如環(huán)境溫度、濕度、振動(dòng)等所引起的誤差。一般在儀表設(shè)計(jì)中預(yù)先都采取了一些補(bǔ)償措施來減小附加誤差，但不可能徹底消除。在儀表的說明書中，規(guī)定了使用方法和使用條件，以免帶來過大的附加誤差。 2絕對(duì)誤差 絕對(duì)誤差又稱指示誤差，若儀表表示的被測(cè)參數(shù)值為A，而被測(cè)參數(shù)的真值是A0，則絕對(duì)誤差 A一A0，被測(cè)參數(shù)的絕對(duì)真值是很難得到的，一般是用精度高的標(biāo)準(zhǔn)儀表所測(cè)得的平均值作為被測(cè)參數(shù)的真值A(chǔ)，絕對(duì)誤差往往是不能完全反映儀表的精度的，比如 0.01 MPa，若測(cè)量范圍是10 MPa的話，該誤差可忽略不計(jì)。但若測(cè)量范圍是0.020.1MPa，則這個(gè)誤差已大到

5、該儀表不能再使用了。,3相對(duì)誤差 相對(duì)誤差是指，儀表的絕對(duì)誤差與指示值之比的百分?jǐn)?shù)，即： 相對(duì)誤差的大小可以反映出儀表的測(cè)量準(zhǔn)確度。 4儀表的精度 儀表的精度是指測(cè)量中的最大指示誤差max占儀表的最大測(cè)量范圍 ( 量程 ) A的百分?jǐn)?shù)0，即：,通常用去掉百分號(hào)的數(shù)字表示儀表精度的等級(jí)。儀表的精度就是儀表盤或說明書中所寫的精度等級(jí)，常見的等級(jí)有0.1級(jí)、0.2級(jí)、0.35級(jí)、0.5級(jí)、1.0級(jí)、1.5；級(jí)、2.0級(jí)、2.5級(jí)等，其中0.1級(jí)、0.2級(jí)和0.35級(jí)多用于標(biāo)準(zhǔn)儀表。 5儀表的靈敏度 靈敏度是指，儀表對(duì)輸入信號(hào)開始有反映的靈敏程度，若儀表的輸入量變化x，相對(duì)應(yīng)的輸出量變化y則儀表的靈敏

6、度S為： 可見，儀表的靈敏度越大，越能測(cè)出微小的輸入變化。一般小量程儀表的靈敏度比大量程的靈敏度高。,6儀表的不靈敏區(qū)、靈敏限、變差 由于儀表活動(dòng)部件的摩擦、間隙、彈性元件滯后現(xiàn)象的存在，當(dāng)輸入信號(hào)有一微小變化時(shí)，儀表輸出仍然不變，這就是不靈敏區(qū)。 靈敏限是指，引起儀表輸出有一微小變化時(shí)，所需輸入量的最小變化值，一般認(rèn)為不靈敏限等于12不靈敏區(qū)。 儀表的變差是指在外界條件不變的情況下，多次由不同方向使儀表輸入為同一真值時(shí)，儀表指示值之間的最大誤差。即儀表在同一測(cè)量點(diǎn)，其正行程和反行程指示值之差?？梢?，儀表的不靈敏區(qū)是由輸入量的變化來表示的，而變差是以輸出量的指示變化來表示的，它們都是儀表結(jié)構(gòu)不

7、完善程度的標(biāo)志。,二、氣動(dòng)儀表的元部件及組成原理 1氣動(dòng)儀表的基本元部件 氣動(dòng)儀表的類型很繁多，即使是功能相同的儀表，但在結(jié)構(gòu)上也可能有又很大差。但是，構(gòu)成這些儀表的基本元部件為數(shù)并不多，常用的基本元部件有彈性元件、節(jié)流元件、氣體容室、噴嘴檔板機(jī)構(gòu)和功率放大器等。 1）彈性元件 根據(jù)彈性元件在儀表中所起的作用，可分為彈性敏感元件和彈性支承元件。 （1）彈性敏感元件 彈性敏感元件的作用是將承受的壓力或軸向推力轉(zhuǎn)變成位移信號(hào)。彈性敏感元件的剛度E較小、靈敏度(剛度的倒數(shù)) 較大，當(dāng)對(duì)彈性敏感元件施加一定的軸向推力時(shí)，,其變形位移量較大，也就是說，它們對(duì)軸向推力的變化反應(yīng)是敏感的。,圖3-1-1 常用彈性敏感元件,彈性敏感元件有波紋管、金屬膜片、橡膠膜片、彈簧管和金屬膜盒等。如圖3-1-1所示。假定，送人波紋管的氣壓信號(hào)P，它是彈性敏感元件的輸入量，波紋管的位移量S是彈性敏感元件的輸出量，顯然輸出與輸入的關(guān)系是： 式中，F(xiàn)e是波紋管的有效面積。E是波紋管和支承彈簧（如有支承彈簧）的總剛度。 從上面的式子可以看出，彈性元件在彈性變形范圍內(nèi)，其剛度E為常