化工自動化及儀表習(xí)題答案

1、 化工自動化及儀表（楊麗明）習(xí)題答案化工自動化及儀表（楊麗明）習(xí)題答案 第一章第一章 2 2、畫出下圖所示控制系統(tǒng)方塊圖，并指出該控制系統(tǒng)中、畫出下圖所示控制系統(tǒng)方塊圖，并指出該控制系統(tǒng)中的被控對象、被控變量、控制變量、干擾變量各是什么。的被控對象、被控變量、控制變量、干擾變量各是什么。- - - - - - - - -TCA B控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器被控對象被控對象測量變測量變送環(huán)節(jié)送環(huán)節(jié)r(t)+-z(t)y(t)e(t)u(t)解：方塊圖解：方塊圖 被控對象：反應(yīng)釜；被控對象：反應(yīng)釜； 被控變量：反應(yīng)釜溫度；被控變量：反應(yīng)釜溫度； 控制變量：冷卻水流量或壓力；控制變量：冷卻水流量或壓力

2、； 干擾：進(jìn)料干擾：進(jìn)料A A、B B溫度及其流量溫度及其流量; ;攪拌情況。攪拌情況。 9 9、某化學(xué)反應(yīng)器工藝規(guī)定的操作溫度為、某化學(xué)反應(yīng)器工藝規(guī)定的操作溫度為 考慮安全因素，考慮安全因素，控制過程中溫度偏離給定值最大不得超過控制過程中溫度偏離給定值最大不得超過 現(xiàn)設(shè)計(jì)的溫度定值控制系現(xiàn)設(shè)計(jì)的溫度定值控制系統(tǒng)，在最大階躍干擾作用下的過渡過程曲線如下圖示，試求：最大偏差、統(tǒng)，在最大階躍干擾作用下的過渡過程曲線如下圖示，試求：最大偏差、超調(diào)量、衰減比、振蕩周期等品質(zhì)指標(biāo)，并說明該控制系統(tǒng)是否滿足工藝超調(diào)量、衰減比、振蕩周期等品質(zhì)指標(biāo)，并說明該控制系統(tǒng)是否滿足工藝要求。要求。0(900 10),

3、C080,C950918908900945 47時間時間(min)(min)溫度溫度)(0C解：解：A=950-900=50A=950-900=500 0C C B=950-908=42 B=950-908=420 0C CB B9 95 50 0 - - 9 90 08 8n n = = = = 4 4. .2 2 : :1 1B B9 91 18 8- - 9 90 08 8T=45-9=36(min)T=45-9=36(min)因因，0 00 00 00 0m ma ax xe e= = 5 50 0 C C 8 80 0 C C c c = = 8 8 C C 18.67Mp18.67

4、Mpa a故應(yīng)選故應(yīng)選0 025Mp25Mpa a的壓力表。的壓力表。（2 2）0000max6 . 1100254 . 0選選1.51.5級壓力表，且不含銅。級壓力表，且不含銅。 29 29、已知熱電偶的分度號為、已知熱電偶的分度號為K K，工作時冷端溫度為，工作時冷端溫度為30300 0C C，測得熱電勢為測得熱電勢為38.5mV,38.5mV,求工作端溫度。若熱電偶分度號為求工作端溫度。若熱電偶分度號為E E，其，其他條件不變，則工作端溫度又是多少？他條件不變，則工作端溫度又是多少？解：（解：（1 1）查表得查表得( ,0)38.5 1.20339.703E tmV熱電偶熱電偶t t與與

5、E E在小的溫度范圍內(nèi)，可認(rèn)為是線性關(guān)系，查表知在小的溫度范圍內(nèi)，可認(rèn)為是線性關(guān)系，查表知 39.708=960a+b39.708=960a+b 39.314=950a+b 39.314=950a+b 0394. 0a884. 1b解得解得則則 884. 10394. 0703.39tCt087.950（2 2）若為）若為E E型，則型，則(30,0)1.801EmV( ,0)38.5 1.80140.301E tmV查表得查表得40.236=54040.236=54041.045=55041.045=550abab解得解得809. 0a45. 3b45. 3809. 0t40.30140.3

6、01Ct08 .540 30 30、已知熱電偶的分度號為、已知熱電偶的分度號為K K，工作時的冷端溫度為，工作時的冷端溫度為30300 0C,C,測得熱電勢后，錯用測得熱電勢后，錯用E E分度表查得工作端溫度為分度表查得工作端溫度為715.2715.20 0C C，試求，試求工作端實(shí)際溫度。工作端實(shí)際溫度。 解：用分度號為解：用分度號為E E的分度表求得的分度表求得t=715.2t=715.20 0C C查分度號為查分度號為E E的熱電偶的分度表得的熱電偶的分度表得53.907=710a+b53.907=710a+b54.703=720a+b 54.703=720a+b (715.2,0)0.

7、076 715.22.60954.32EEmV a=0.0796 a=0.0796 b=-2.609 b=-2.609又又mVEE801. 1)0 ,30(則則32.54) 0 ,30()30, 2 .715() 0 , 2 .715(EEEEEE801. 1)30, 2 .715(32.54EEmVEE519.52801. 154032)30, 2 .715(即即mVtEK519.52)30,(對對K K型型mVEK203. 1)0 ,30(mVtEK722.53203. 1519.52)0 ,(則則查查K K型分度表得型分度表得53.451=1330a+b53.451=1330a+b53.

8、795=1340a+b 53.795=1340a+b 則有則有 53.722=0.0344t+7.699 t=1337.88 53.722=0.0344t+7.699 t=1337.88C0a=0.0344 a=0.0344 b=7.699b=7.699由由Pt100Pt100分度表查得分度表查得159.93=157a+b159.93=157a+b160.30=158a+b 160.30=158a+b 則則 159.96=0.37t+101.84 159.96=0.37t+101.84 t=157.08 t=157.08C0a=0.37 a=0.37 b=101.84b=101.84 33 3

9、3、用、用Pt100Pt100測量溫度，在使用時錯用了測量溫度，在使用時錯用了Cu100Cu100的分度表，的分度表，查得溫度為查得溫度為40400 0C,C,試問實(shí)際溫度應(yīng)為多少？試問實(shí)際溫度應(yīng)為多少？ 解：解：查查1401400 0C C時電阻時電阻R=159.96R=159.96100Cu+ -P PP P1 1 P P2 21H Hh h. . 44 44、下圖所示的液位測量系統(tǒng)中，采用雙法蘭差壓變送、下圖所示的液位測量系統(tǒng)中，采用雙法蘭差壓變送器來測量某介質(zhì)的液位，已知介質(zhì)液位變化范圍器來測量某介質(zhì)的液位，已知介質(zhì)液位變化范圍h=0h=0950mm,950mm,介質(zhì)密度介質(zhì)密度 兩取

10、壓口間的高度差兩取壓口間的高度差H=1200mm,H=1200mm,變送變送器毛細(xì)管中填充的硅油密度為器毛細(xì)管中填充的硅油密度為 試確定變送器試確定變送器的量程和遷移量。的量程和遷移量。,1200 kgm- -3 3 ,1- -3 3= = 9 95 50 0kgm 解：解：1ppgh21ppgH1pghgH 111183.411.1834aapgHpkp 1200 9.81 0.95 11183.40p akp當(dāng)當(dāng)時時 0h 當(dāng)當(dāng)時時 950hmmymaxy-11.1834 0 4.8166 16 -11.1834 0 4.8166 16 minyx)a( ( :kpp p應(yīng)選量程為應(yīng)選量程

11、為0 01616的變送器的變送器akp需負(fù)遷移，遷移量為需負(fù)遷移，遷移量為-11.1834-11.1834akp設(shè)量程為設(shè)量程為A A 則則 11.183434A14.91aAkp 序號序號 執(zhí)行執(zhí)行 機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu) 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié) 機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu) 執(zhí)行器執(zhí)行器（氣動閥）（氣動閥） 序號序號執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 執(zhí)行器執(zhí)行器（氣動閥）（氣動閥） a a 正正 正正 反反 a a 反反 正正 正正 b b 正正 反反 正正 b b 反反 反反 反反 答：當(dāng)調(diào)節(jié)閥輸入信號增大時，閥的流量增大，為正作用，氣開閥。答：當(dāng)調(diào)節(jié)閥輸入信號增大時，閥的流量增大，為正作用，氣開閥。反之為反作用，氣關(guān)閥。反之為反作用

12、，氣關(guān)閥。 閥的正反作用，可通過調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的正反作用來實(shí)現(xiàn)。閥的正反作用，可通過調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的正反作用來實(shí)現(xiàn)。 執(zhí)行機(jī)構(gòu)：執(zhí)行機(jī)構(gòu)： 輸入信號增大，閥桿下移，為正作用（正裝），反之為反輸入信號增大，閥桿下移，為正作用（正裝），反之為反作用（反裝）。作用（反裝）。調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)：調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)： 閥桿下移，流量減小，為正作用，反之為反作用。閥桿下移，流量減小，為正作用，反之為反作用。3 3、何謂正作用執(zhí)行器？反作用執(zhí)行器？、何謂正作用執(zhí)行器？反作用執(zhí)行器？ 第六章第六章318 1(14.06)1.64VgcmQKp或或16VK 取取16963)P表表（32gDmm查查得得 16 16、

13、有一冷卻器控制系統(tǒng)，冷卻水由離心泵供應(yīng)，經(jīng)冷卻、有一冷卻器控制系統(tǒng)，冷卻水由離心泵供應(yīng)，經(jīng)冷卻器后最終排入下水溝，泵出口壓力為器后最終排入下水溝，泵出口壓力為 冷卻水最冷卻水最大流量為大流量為 正常流量為正常流量為 最大流量時調(diào)節(jié)閥上壓最大流量時調(diào)節(jié)閥上壓降為降為 試為該系統(tǒng)選擇一個調(diào)節(jié)閥。試為該系統(tǒng)選擇一個調(diào)節(jié)閥。1400,apkP3118,m h3110,m h164,akP1010 18 114.06164VQKp解：解：41. 0400164S( (在在0.30.30.60.6之間）（泵出口壓力即為管路系統(tǒng)總壓）之間）（泵出口壓力即為管路系統(tǒng)總壓）1010 0.416.4rRS8 .

14、11018minmaxQQ代入驗(yàn)算公式代入驗(yàn)算公式 可得可得 0092k00/72k164p 1以以S=0.41 KS=0.41 KV V=16 Q=16 Qi i=18(=18(或或1010） 第七章第七章 14 14、下圖所示反應(yīng)器溫度控制系統(tǒng)中，反應(yīng)器內(nèi)需維持一、下圖所示反應(yīng)器溫度控制系統(tǒng)中，反應(yīng)器內(nèi)需維持一定的溫度，以利反應(yīng)進(jìn)行，但溫度不允許過高，否則有爆炸危定的溫度，以利反應(yīng)進(jìn)行，但溫度不允許過高，否則有爆炸危險。試確定執(zhí)行器的氣開、氣關(guān)型式和控制器的正反作用型式。險。試確定執(zhí)行器的氣開、氣關(guān)型式和控制器的正反作用型式。TCTC蒸汽蒸汽反反氣開氣開原料原料 解：（解：（1 1）從安全

15、角度考慮，因反應(yīng)器溫度不可過高，故）從安全角度考慮，因反應(yīng)器溫度不可過高，故應(yīng)選氣開閥，當(dāng)控制器控制信號中斷時，控制閥關(guān)閉。應(yīng)選氣開閥，當(dāng)控制器控制信號中斷時，控制閥關(guān)閉。 （2 2）當(dāng)被控對象（反應(yīng)器）輸入（蒸汽流量或壓力）增）當(dāng)被控對象（反應(yīng)器）輸入（蒸汽流量或壓力）增加時，對象輸出（反應(yīng)器溫度）升高，故對象為正作用；執(zhí)加時，對象輸出（反應(yīng)器溫度）升高，故對象為正作用；執(zhí)行器、測量變送環(huán)節(jié)為正作用；所以控制器應(yīng)為反作用。行器、測量變送環(huán)節(jié)為正作用；所以控制器應(yīng)為反作用。 15 15、試確定下圖所示兩個系統(tǒng)中執(zhí)行器的正、反作用及、試確定下圖所示兩個系統(tǒng)中執(zhí)行器的正、反作用及控制器的正反作用。

16、圖（控制器的正反作用。圖（a)a)為一加熱器物料出口溫度控制為一加熱器物料出口溫度控制系統(tǒng)，要求物料出口溫度不可過高，否則易分解；圖（系統(tǒng)，要求物料出口溫度不可過高，否則易分解；圖（b b）為一冷卻器出口物料溫度控制系統(tǒng)，要求物料出口溫度不為一冷卻器出口物料溫度控制系統(tǒng)，要求物料出口溫度不可過低，否則易結(jié)晶?？蛇^低，否則易結(jié)晶。iT0T出料出料 冷劑冷劑進(jìn)料進(jìn)料TC氣氣開開正正iT0T出料出料加熱劑加熱劑進(jìn)料進(jìn)料TC氣氣開開反反（a) (b)a) (b) 解：解：（a)a)因物料出口溫度不可過高，故應(yīng)選氣開閥（正作因物料出口溫度不可過高，故應(yīng)選氣開閥（正作用）。當(dāng)控制信號中斷時，閥全關(guān)。用）。

17、當(dāng)控制信號中斷時，閥全關(guān)。 當(dāng)對象輸入（加熱劑流量）增加時，輸出（出口溫度）增當(dāng)對象輸入（加熱劑流量）增加時，輸出（出口溫度）增加，故對象為正作用；執(zhí)行器、測量變送環(huán)節(jié)為正作用，故控加，故對象為正作用；執(zhí)行器、測量變送環(huán)節(jié)為正作用，故控制器為反作用。制器為反作用。 （b)b)因出口溫度不可過低，故應(yīng)選氣開閥（正作用）。當(dāng)因出口溫度不可過低，故應(yīng)選氣開閥（正作用）。當(dāng)控制信號中斷時，閥全關(guān)。控制信號中斷時，閥全關(guān)。 當(dāng)對象輸入（冷劑流量）增加時，輸出（出口溫度）減小，當(dāng)對象輸入（冷劑流量）增加時，輸出（出口溫度）減小，故對象為反作用；執(zhí)行器、測量變送環(huán)節(jié)為正作用，故控制器故對象為反作用；執(zhí)行器、

18、測量變送環(huán)節(jié)為正作用，故控制器為正作用。為正作用。 16 16、下圖為貯槽液位控制系統(tǒng)，為安全起見，貯槽內(nèi)液體、下圖為貯槽液位控制系統(tǒng)，為安全起見，貯槽內(nèi)液體嚴(yán)禁溢出，試在下述兩種情況下，分別確定執(zhí)行器的氣開、氣嚴(yán)禁溢出，試在下述兩種情況下，分別確定執(zhí)行器的氣開、氣關(guān)型式及控制器的正反作用。關(guān)型式及控制器的正反作用。 （1 1）選擇流入量）選擇流入量q qi i為控制變量；為控制變量； （2 2）選擇流出量）選擇流出量q q0 0為控制變量。為控制變量。iq0qH 解：（解：（1 1）為控制變量。為控制變量。iqLCLCiq0qH 氣開閥；當(dāng)氣開閥；當(dāng) 時，時， 對象為正作用，執(zhí)行器為正作用，

19、對象為正作用，執(zhí)行器為正作用，故控制器為反作用。故控制器為反作用。iq ,H LCLCiq0qH （2 2） 為控制變量為控制變量oq氣關(guān)閥氣關(guān)閥( (反作用）；當(dāng)反作用）；當(dāng) 對象為反作用，故對象為反作用，故控制器為反作用?？刂破鳛榉醋饔?。,oqh，時 5 5、下圖所示為聚合釜溫度控制系統(tǒng)，、下圖所示為聚合釜溫度控制系統(tǒng)， （1 1）這是一個什么類型的控制系統(tǒng)？試畫出它的方塊圖。）這是一個什么類型的控制系統(tǒng)？試畫出它的方塊圖。 （2 2）聚合釜溫度不可過高，否則易發(fā)生事故，試確定控制閥的氣開、氣）聚合釜溫度不可過高，否則易發(fā)生事故，試確定控制閥的氣開、氣關(guān)型式及主、副控制器的正、反作用型式。

20、關(guān)型式及主、副控制器的正、反作用型式。 （3 3）簡述當(dāng)冷卻水壓力變化時的控制過程。）簡述當(dāng)冷卻水壓力變化時的控制過程。 （4 4）如果冷卻水的溫度是經(jīng)常波動的，上述系統(tǒng)應(yīng)如何改進(jìn)？）如果冷卻水的溫度是經(jīng)常波動的，上述系統(tǒng)應(yīng)如何改進(jìn)？ （5 5）如果選夾套內(nèi)水溫為副變量構(gòu)成串級控制系統(tǒng)，試畫出它的方塊）如果選夾套內(nèi)水溫為副變量構(gòu)成串級控制系統(tǒng)，試畫出它的方塊圖，并確定主、副控制器的正、反作用。圖，并確定主、副控制器的正、反作用。F FC CT TC C反反應(yīng)應(yīng)器器正正正正反反 冷卻水（冷卻水（Q)Q)第八章第八章解：（解：（1 1）（反應(yīng)釜溫度）（反應(yīng)釜溫度- -冷卻水流量）串級控制系冷卻水流

21、量）串級控制系統(tǒng)。統(tǒng)。串級控制系統(tǒng)方塊圖串級控制系統(tǒng)方塊圖副測量副測量變送變送副對象副對象執(zhí)行器執(zhí)行器副控副控制器制器主控主控制器制器主對象主對象主測量主測量變送變送+ +- -+ +- -主干擾主干擾1f2f副干擾副干擾主變量主變量1y副變量副變量2y1Z2Z主回路主回路副回路副回路2r1ra (2)(2)氣關(guān)閥、反作用。氣關(guān)閥、反作用。 副對象為正作用，副控制器為正作用。副對象為正作用，副控制器為正作用。 當(dāng)副變量（冷水）流量增大時，要求閥關(guān)?。恢髯兞糠串?dāng)副變量（冷水）流量增大時，要求閥關(guān)?。恢髯兞糠磻?yīng)器溫度升高時，要求閥開大，故主控制器為正作用。應(yīng)器溫度升高時，要求閥開大，故主控制器為正

22、作用。 （3 3）當(dāng)冷卻水壓力增大時，副變量測量值增大，副控制器）當(dāng)冷卻水壓力增大時，副變量測量值增大，副控制器給定值不變，故副控制器輸入增大，由于副控制器為正作用，給定值不變，故副控制器輸入增大，由于副控制器為正作用，所以其輸出增大，而閥為氣關(guān)式所以其輸出增大，而閥為氣關(guān)式 ，所以閥關(guān)小，冷水流量減，所以閥關(guān)小，冷水流量減小。反之，當(dāng)冷水壓力減小時小。反之，當(dāng)冷水壓力減小時。 （4 4）若冷水溫度經(jīng)常波動，可選夾套溫度為副變量。）若冷水溫度經(jīng)常波動，可選夾套溫度為副變量。T T2 2C CT T1 1C C反反應(yīng)應(yīng)器器正正正正反反 冷卻水（冷卻水（Q)Q) （5 5）、選夾套內(nèi)水溫為副變量，

23、構(gòu)成串級控制系統(tǒng)（如）、選夾套內(nèi)水溫為副變量，構(gòu)成串級控制系統(tǒng)（如上頁圖），其方塊圖（略）。上頁圖），其方塊圖（略）。 控制變量為冷水。閥為氣關(guān)閥，反作用，副對象（夾套）控制變量為冷水。閥為氣關(guān)閥，反作用，副對象（夾套）為反作用，故副控制器為反作用；為反作用，故副控制器為反作用； 當(dāng)當(dāng)T T1 1、T T2 2都增大時，都要求閥開大，故主控制器為反作用。都增大時，都要求閥開大，故主控制器為反作用。 16 16、在下圖所示的控制系統(tǒng)中，被控變量為精餾塔塔底溫、在下圖所示的控制系統(tǒng)中，被控變量為精餾塔塔底溫度，控制手段為改變進(jìn)入塔底再沸器的熱劑流量。該系統(tǒng)采度，控制手段為改變進(jìn)入塔底再沸器的熱劑流

24、量。該系統(tǒng)采用用2 20 0C C的氣丙烯作為熱劑，在再沸器內(nèi)釋熱后呈液態(tài)進(jìn)入冷凝的氣丙烯作為熱劑，在再沸器內(nèi)釋熱后呈液態(tài)進(jìn)入冷凝液貯罐。試分析液貯罐。試分析 （1 1）該系統(tǒng)是一個什么類型的控制系統(tǒng)？畫出其方塊圖；）該系統(tǒng)是一個什么類型的控制系統(tǒng)？畫出其方塊圖； （2 2）若貯罐中）若貯罐中液位不可過低，試液位不可過低，試確定執(zhí)行器的氣開、確定執(zhí)行器的氣開、氣關(guān)型式及控制器氣關(guān)型式及控制器的正、反作用型式；的正、反作用型式； （3 3）簡述系統(tǒng)的）簡述系統(tǒng)的控制過程。控制過程。LCLCLSLSFCFCTCTC貯罐貯罐氣丙烯氣丙烯乙乙烯烯精精餾餾塔塔塔塔釜釜再再沸沸器器采出采出解：（解：（1

25、1）連續(xù)型選擇性串級控制系統(tǒng)。）連續(xù)型選擇性串級控制系統(tǒng)。FCFCLSLST T對象對象L L對象對象執(zhí)行器執(zhí)行器F F對象對象TCTCLCLCrT T副測量變送副測量變送主測量變送主測量變送L L測量變送測量變送a ar ( )L(T)(T)b b- -+ +- -+ + +- -（2 2）氣開閥。）氣開閥。 T T控制器、控制器、F F控制器皆為反作用；控制器皆為反作用；L L控制器為正作用?？刂破鳛檎饔?。 當(dāng)當(dāng)T T ，TCTC輸入增大，輸出減小，輸入增大，輸出減小，F(xiàn)CFC給定值減小，而其測量給定值減小，而其測量值不變，則其輸出值不變，則其輸出b b減小，閥關(guān)??；反之，則開大。減小，閥關(guān)??；反之，則開大。 當(dāng)氣丙烯流量（壓力）增大，當(dāng)氣丙烯流量（壓力）增大，F(xiàn)CFC輸入增大，其輸出輸入增大，其輸出b b減小，減小，閥關(guān)??；反之，則開大