水工艺仪表复习纲要
第一章自动控制系统基础
自动控制系统的组成：整定元件、测量元件、比较元件、放大元件、执行元件、
校正元件、能源元件。
☆自动控制系统的分类：反馈控制系统（闭环控制）、开环控制、复合控制。 线性连续控制系统：输入与输出成正比，可用叠加原理用线性数学模型描述。 非线性控制系统：输入与输出不成正比，不可用叠加原理用非线性数学模型描述。 自动控制系统的性能要求：稳定性、快速性、准确性。
☆传递函数：零初始条件下系统输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换之比。 说明：1、拉氏变换是线性积分运算，传递函数的概念只适用于线性定常系统。
2、传递函数完全取决于系统内部的参数。 3、传递函数只表明一个特定的输入、输出关系。
☆4、传递函数是在零初始条件下建立的，因此它只是系统的零状态模型。 ☆5、设定零初始条件，即系统在t=0时处于相对平衡状态，各变量对平
衡点的增量为零。
典型环节的动态特性及传递函数：
1、 比例环节：直线方程、输入信号放大K倍。
G(s)=Y(s)/X(s)=K
2、 积分环节：输出函数为输入函数的积分/T。
G(s)=1/Ts
3、 微分环节：输出函数为输入函数的微分*T。 4、 一阶环节： 5、 震荡环节： 6、 延迟环节：
动态过程：系统在典型信号作用下，系统输出量从初始状态到最终状态的响应过
程。又称过渡过程或瞬态过程。
稳态过程：系统在典型信号作用下，当时间 t 趋于无穷时，系统输出量的表现
方式。又称稳态响应。
动态性能：在零初始条件下，给系统一单位阶跃输入，其输出为单位阶跃响应，
记为h(t)。将h(t)随时间变化状况作为指标，一般称为系统的动态性能指标。
稳态性能：稳态误差是系统控制精度或抗扰动能力的一种度量，是指t→∞时，
输出量与期望输出的偏差。
比例控制_P：控制器的输入与输出之间有一一对应的比例关系。在给排水系统中
的浮球液位控制系统就是典型的比例控制系统。
比例/积分控制_I：比例控制是一种有差控制，积分控制特性是当输入信号存在
时其输出就会积累下去，因此积分环节能够消除偏差直至偏差为零。
比例/积分/微分控制_D：微分控制规律是根据被调参数的变化趋势（变化速度）
而输出控制信号，具有明显的超前作用。
数字逻辑基础
逻辑与、或、非、异或
基本公式与定理：
交换律、结合律、分配律（包括加法分配律） 吸收定律：A?AB?AA?AB?A?B 冗余定理：AB?AC?BC?AB?AC 摩根定理：ABC......?A?B?C?......
A?B?C?......?ABC......
逻辑函数的最小项：由n个自变量构成的逻辑函数，其最小项是n个自变量的“逻
辑与”，且每个自变量都以它的原变量或反变量的形式在“逻辑与”中出现，且仅出现一次。
相邻项：两个最小项如果仅一个自变量取反，则称该最小项为相邻项，n个自变
量构成的最小项有n个相邻项。
卡诺图的性质：1、卡诺图中任何位置相邻的项都是逻辑相邻项。
2、具有循环相邻性，最上行与最下行；最左行与最右行；四角最小项，依次具有逻辑相邻性。
3、每个变量的原变量和反变量各占卡诺图一半的方格。
约束项：逻辑函数中不会出现的变量取值的组合对应的最小项，也称为无关项。 竞争冒险——由于延迟时间的存在，当一个输入信号经过多条路径传送后又重新
会合到某个门上，由于不同路径上门的级数不同，导致到达会合点的时间有先有后，从而产生瞬间的错误输出。
第二章继电器——接触器控制
交流接触器：用来接通或断开电动机或其他设备的主电路。主要由电磁铁和触点
两部分组成，触点又可分为主触点和辅助触点。
中间继电器：继电器用来传递信号或用于控制电路中。
区别：继电器和接触器的工作原理一样。主要区别在于，接触器的主触点可以通
过大电流，而继电器的触点只能通过小电流。
☆热继电器：热继电器用于电力拖动系统中电动机的长期过载及断相保护，以防
电动机因过热而烧毁。
☆熔断器：用于短路保护。
☆失压保护（零压保护）：零压保护就是当电源暂时断电或电压严重下降时，电
动机即自动从电源切除。采用继电器、接触器控制。
☆欠电压保护： 时间继电器触点类型
接触器主要技术参数：额定电压、额定电流、接通与分断能力、励磁线圈和额定
电压、额定操作频率、机械寿命和电器寿命
接触器的选择
第三章给排水常用仪表与设备
测控系统的构成
传感器：把被测物理量转换成为与之有确定对应关系，且便于应用的某些物理量
（通常为电量）的测量装置。
测量电路：把传感器输出的变量变换成电压或电流信号，使之能在输出单元的指
示仪上指示或记录仪上记录；或者能够作为控制系统的检测或反馈信号。
传感器的分类
传感器的技术指标：适用介质、介质温度、环境温度、环境湿度、精确度、输出
信号、工作电源、工作电流、允许负载电阻、负载电容、负载电感。 传感器特性分析：
☆线性度（非线性误差）：传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间数量关
系的线性程度。
传感器非线性大小评定方法：静特性曲线可通过实际测试获得。首先在标准工作
状态下，用标准仪器设备对传感器进行标定（测试），得到其输入输出实测曲线，即校准曲线，然后作一条理想直线，即拟合直线，校准曲线与拟合直线之间的最大偏差与传感器满量程输出之比，称为传感器的非线性误差（或线性度）
☆灵敏度：传感器输出的变化量与引起该变化量的输入变化量之比即为其静态灵
敏度。
迟滞：正（输入量增大）反（输入量减小）行程中输出输入曲线不重合称为迟滞。 重复性：传感器在输入按同一方向连续多次变动时所得特性曲线不一致的程度。 零点漂移：传感器在长时间工作的情况下输出量发生的变化，长时间工作稳定性
或零点漂移。
温漂：传感器在外界温度下输出量发出的变化。 传感器的动态特性：
压力传感器：金属电阻应变式传感器
当金属材料被拉伸产生应变时，金属导体电阻的变化与应变成正比。
应变传感器性能指标：灵敏系数、横向效应、应变极限、最高工作频率、应变片
电阻值、温度特性
电容式传感器及应用 压电式传感器及其应用
光电传感器及其应用：光电式传感器（光敏元件）是利用光电元件将光信号变换
成电信号的一种装置。
热敏电阻式传感器
传感器选择要点：被测物理量、量程、灵敏度、有源无源、输出形式、误差、动
态特性、安装形式
检测仪表
PH值检测仪表：工业在线检测用的pH装置，必须使用具有信号隔离作用的pH
测量仪表，否则可能造成外参比电位旁路，使外参比极化，造成显示不稳，使测量误差增大。
电导率检测仪表：电导率是物体传导电流的能力。电解质在水溶液中以带电离子
的形式存在，因此溶液具有导电的性质。水溶液的电导率直接和溶解固体量浓度成正比，而且固体量浓度越高，电导率越大。利用电导率仪或总固体溶解量计可以间接得到水的总硬度值。
浊度检测仪：由于水中含有悬浮及胶体状态的微粒，使得原来无色透明的水产生
浑浊现象，其浑浊的程度称为浑浊度。浑浊度的单位用“度”来表示，就是相当于1L的水中含有1mg的SiO2时，所产生的浑浊程度为1度，或称杰克逊。浊度单位为JTU，1JTU=1mg/L的白陶土悬浮体。
NTU指散射浊度单位，表明仪器在与入射光成90°角的方向上测量散射光强度。FNU指福尔马肼（一种聚合物溶液，可以在实验室合成）散射法单位，同样表明仪器在与入射光成90°角的方向上测量散射光强度。
1CD（烛光）指完全辐射的物体，在白金凝固点温度下，每六十分之一平方厘米面积的发光强度。
1L（流明）指1 CD烛光照射在距离为1厘米，面积为1平方厘米的平面上的光通量。
1Lux（勒克司）指1L的光通量均匀地分布在1平方米面积上的照度。
模拟/数字转换（A/D转换器）☆计算
指标:精度、位数、转换速度、输入电压范围、输入通道数、输入方式 工作参数在线检测仪表
压差式流量计：其理论依据是对不可压缩流体流动的连续性（质量）方程和伯努
利（能量）方程。
浮子流量计：又称转子流量计, 是变面积式流量计的一种, 在一根由下向上扩大
的垂直锥管中, 圆形横截面的浮子的重力是由液体动力承受的, 浮子可以在锥管内自由地上升和下降。在流速和浮力作用下上下运动，与浮子重量平衡后，通过刻度盘指示流量。
☆超声流量计：其测量流速的原理是：超声波在流体中的传播速度会随被测流体
流速而变化。
时差法超声波流量计（Transit Time Ultrasonic Flowmeter）是利用一对超声波换能器相向交替（或同时）收发超声波，通过测量超声波在介质中的顺流和逆流传播时间差来间接测量流体的流速，在通过流速来计算流量的一种间接测量方法。
多普勒效应法：在固定点检测从移动源发射声波产生的多普勒频移现象。
明渠流量计
电磁流量计：利用法拉第电磁感应定律制成的一种测量导电液体体积流量的仪表。 涡轮流量计：涡轮流量计由涡轮、轴承、前置放大器、显示仪表组成。被测流体
冲击涡轮叶片，使涡轮旋转，涡轮的转速随流量的变化而变化，即流量大，涡轮的转速也大，再经磁电转换装置把涡轮的转速转换为相应频率的电脉冲，经前置放大器放大后，送入显示仪表进行计数和显示，根据单位时间内的脉冲数和累计脉冲数即可求出瞬时流量和累积流量。
PLC可编程控制器
PLC的组成：中央处理单元（CPU）、存储器、输入/输出接口 ☆PLC触电、线圈图示 ☆PLC图与电路图的相互转化