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实验6：气体压力PID单回路控制系统的设计与整定--第1页

实验6：气体压力PID单回路控制系统的设计与整定

1、测试实验目的

1）掌握压力PID单回路控制系统的常用方法。

2）熟悉压力PID单回路控制系统组态。

3）掌握压力PID控制器参数整定方法。

2、实验原理

1）压力

作用于单位面积上的垂直力，工程上称为压力，物理学中称为压强。压力依据零点参考

压力的不同，分为绝对压力、表压力、压力差、负压力（真空）和真空度。

绝对压力：以完全真空为零标准所表示的压力。

表压力：以大气压为零标准所表示的压力，等于高于大气压力的绝对压力与大气压力之

差。

大气压力：一个标准大气压是在纬度45度，温度为0℃，重力加速度为9.80665m/s2

海平面上，空气气柱重量所产生的绝对压力，其值是101325Pa。

压差：除大气压力以外的任意两个压力的差值。

负压：绝对压力小于大气压时，大气压力与绝对压力之差为负压。负压的绝对值称为真

空。

真空度：绝对压力小于大气压时的绝对压力。

压力测量常用的单位有：

①帕斯卡（Pa），其物理意义是，1牛顿的力作用于1平方米的面积上的压强（力）。

工程中常用MPa表示压力，1MPa=106Pa，

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②工程大气压（kgf/cm），垂直作用于每平方厘米面积上的力，以公斤数为计量单位。

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工程上常用kg/cm表示。1kgf/cm=9.80665×10Pa=0.980665MPa。

③物理大气压（atm），即上面所述的标准大气压。

④毫米汞柱（mmHg）、毫米水柱（mmH2O），垂直作用于底面积上的水银柱或水柱的

高度为计量单位。1atm=760mmHg。

许多生产过程都是在不同的压力下进行的，有些需要很高的压力，例如，高压聚乙烯、

合成氨生产过程等，有些需要很高的真空度。压力是化学反应的重要参数，不但影响到反应

平衡关系，也影响到反应速率。生产过程中的其它参数也经常通过压力间接测量，例如，流

量、液位、温度等可以转换为压力进行测量。

2）压力的测量

压力（压差）的测量方法主要有，液体式、弹性式、活塞式、电动式（电感、电容、电

位、应变、压电、霍尔、力平衡、电涡流等）、气动式、光学式（光纤、光干涉、光电、激

光等）。压力控制系统的检测部件通过压力变送器，输出统一标准的4-20mA信号。

3）压力的动态特性

压力控制在工业中主要有气体、液体和蒸汽三种。对象的类型常见有两类，其一是具有

一定容量的气罐，此种情况，体积和容量较大，表征动态特性的时间常数较大，即惯性较大。

其二是管道的压力，由于管段的容积较小，所以时间常数较小，控制比较灵敏。

以上两种情况与温度对象相比都是比较快的过程，时间常数不大，都大致呈现单容特性，

在控制中一般不用微分作用。

4）压力的控制方案

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①一个系统的热力学状态可以用其压力、热焓和体积加以描述。当仅有气相存在时，气体的

压力和体积成反比，热焓相对而言起次要作用。本实验系统的气体压缩过程属于此种情况。

②当过程物系中液体与蒸汽共存并处于汽液平衡状态时，系统中的热焓变化将会引起压力的

显著变化，而体积变化对压力影响较小。此外，当混合物系中组分的汽液平衡特性