單元組合儀表

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danyuan zuhe yibiao
單元組合儀表
aggregate unified system

   按照自動控制系統中各部分的功能 (如檢測、顯示、調節和操作等)構成的若干具有獨立作用的單元儀表,各單元之間以統一信號互相聯系的成套調節儀表。用這些單元根據不同功能和使用要求加以組合，可構成各種單參數或多參數的自動控制系統。單元組合儀表的用途非常廣泛，自20世紀50年代以來已發展出很多系列。它們的結構原理不同，單元品種也不一致，并隨著元件、工藝的發展不斷地改進儀表系列。幾種常用的功能又可合并在一個單元內，形成有分有合的多品種儀表系列。
   單元組合儀表有氣動和電動兩類（見彩圖[氣動單元組合儀表]、[電動單元組合儀表]）。氣動單元組合儀表以0.14兆帕壓力的壓縮空氣為能源；以 0.02～0.1兆帕的氣壓為統一信號。電動單元組合儀表使用交流電源；統一信號曾有直流 1～5、0～10、4～20、10～50 毫安，交流1～5、0～10伏，直流0～10伏等多種。1971年，國際電工委員會(IEC)推薦以直流4～20毫安為電動單元組合儀表的統一信號，已被普遍采用。
   組合儀表的單元有多種類型和品種。①變送單元：將不同的被測參數變換成統一信號，如壓力變送器、流量變送器和溫度變送器等(見變送器)。②轉換單元：將各種信號互相轉換,如電-氣轉換器、頻率轉換器和模擬數字轉換器等。③計算單元:對幾個信號進行運算,如加減器、乘除器和開方器等。④顯示單元：將統一信號轉變成可視的刻度讀數、數碼、曲線或各種字符圖形，如指示記錄儀和積算器等。⑤給定單元：提供被控參數的給定值，如恒值給定器和時間程序給定器等。⑥調節單元：將被控信號與給定值相比較，對偏差進行調節，以控制執行器的動作，如比例、積分、微分 (PID)調節器等。⑦輔助單元：用來增加控制系統適應性的輔助儀表，如阻尼器、限幅器、速率限制器等。圖1 [單元組合儀表各類單元的相互關系]為各類單元的相互關系。
   氣動單元組合儀表大多采用力平衡或力矩平衡工作原理。例如,在力矩平衡式壓力變送器（圖2[力矩平衡式壓力變送器]）中，被測壓力X 經檢測元件（膜片）轉換成壓力1，加到杠桿的一端。杠桿的偏轉由噴嘴擋板元件檢測并經氣動放大后得 0.02～0.1兆帕壓力的輸出信號。這個輸出信號同時送給彈性元件（波紋管），轉換成 2，加到杠桿的另一端，使杠桿兩端的力矩互相平衡。這時杠桿的偏轉極小，輸出信號遂與被測壓力成正比。氣動單元組合儀表結構簡單，易于檢修，但需要使用不含油分、水分和塵埃的凈化氣源，可作一般控制用，適于在防爆、防核輻射場所使用。
   電動單元組合儀表主要采用晶體管和集成電路等電子技術。圖3 [顯示操作調節器的工作原理方框圖]為顯示操作調節器的工作原理方框圖。被控制信號在輸入電路內與設定值相比較，同時經顯示電路把參數顯示出來。其偏差信號經比例微分(PD)電路、比例積分(PI)電路后成為具有PID調節作用的控制信號,再經輸出電路得到直流 4～20毫安的統一控制信號。當需要手動操作時可由開關切換，使輸出為手動控制信號。電動單元組合儀表結構雖比氣動的復雜，但其運算精度高、動作反應迅速、傳輸距離遠，故適用于大多數控制系統。隨著微處理器技術的發展，單元內部可以采用微處理器，使單元的功能進一步提高。
　　　　　　　　　　　　　　　　　楊起行