化工儀表級自動化課后答案集第五版(最全)

1、精品文檔P161. 化工自動化是化工、煉油、食品、輕工等化工類型生產(chǎn)過程自動化的簡稱。在化工設備上，配備上一些自動化裝置，代替操作人員的部分直接勞動，使生產(chǎn)在不同程度上自動地進行，這種用自動化裝置來管理化工生產(chǎn)過程的辦法，稱為化工自動化。實現(xiàn)化工生產(chǎn)過程自動化的意義：（ 1 ）加快生產(chǎn)速度，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量。（ 2 ）減輕勞動強度，改善勞動條件。（ 3 ）能夠保證生產(chǎn)安全，防止事故發(fā)生或擴大，達到延長設備使用壽命，提高設備利用能力的目的。（ 4 ）能改變勞動方式，提高工人文化技術(shù)水平，為逐步地消滅體力勞動和腦力勞動之間的差別創(chuàng)造條件。2 、化工自動化主要包括哪些內(nèi)容？一般要包括

2、 自動檢測 、自動保護 、自動操縱 和自動控制 等方面的內(nèi)容。4 、自動控制系統(tǒng)主要由哪些環(huán)節(jié)組成？自動控制系統(tǒng)主要由測量元件與變送器、自動控制器 、執(zhí)行器 和被控對象 等四個環(huán)節(jié)組成。6 、圖為某列管式蒸汽加熱器控制流程圖。試分別說明圖中PI-307、 TRC-303、 FRC-305所代表的意義。PI-307表示就地安裝的 壓力指示儀表 ，工段號為 3 ，儀表序號為 07；TRC-303表示集中儀表盤安裝的，具有指示 記錄功能的溫度控制儀表；工段號為 3 ，儀表序號為 03；FRC-305表示集中儀表盤安裝的，具有指示 記錄功能的流量控制儀表；工段號為 3 ，儀表序號為 05。7. 方塊圖

3、是用來表示控制系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)之間作用關(guān)系的一種圖形，由于各個環(huán)節(jié)在圖中都用一個方塊表示，故稱之為方塊圖。8. 測量元件與變送器：用來感受被控變量的變化并將它轉(zhuǎn)換成一種特定的信號（如氣壓信號、電壓、電流信號等）；控制器：將測量元件與變送器送來的測量信號與工藝上需要保持的給定值信號進行比較得出偏差，根據(jù)偏差的大小及變化趨勢，按預先設計好的控制規(guī)律進行運算后，將運算結(jié)果用特定的信號送住執(zhí)行器。執(zhí)行器：能自動地根據(jù)控制器送來的信號值相應地改變流入（或流出）被控對象的物料量或能量，從而克服擾動影響，實現(xiàn)控制要求。Ex9.被控對象：在自動控制系統(tǒng)中，將需要控制其工藝參數(shù)的生產(chǎn)設備或機器叫做 。被控變量：被控

4、對象內(nèi)要求保持給定值的工藝參數(shù)。給定值：被控變量的預定值。操縱變量：受控制閥操縱的，用以克服干擾的影響，使被控變量保持給定值的物料量或能量。11 、圖所示為一反應器溫度控制系統(tǒng)示意圖。A 、B 兩種物料進入反應器進行反應，通過改變進入夾套的冷卻水流量來控制反應器內(nèi)的溫度不變。試畫出該溫度控制系統(tǒng)的方塊圖，并指出該系統(tǒng)中的被控對象、被控變量、操縱變量及可能影響被控變量的干擾是什么？反應器溫度控制系統(tǒng)隨意編輯精品文檔該溫度控制系統(tǒng)的方塊圖反應器溫度控制系統(tǒng)方塊圖其中，被控對象：反應器；被控變量：反應器內(nèi)的溫度；操縱變量：冷卻水流量?？赡苡绊懕豢刈兞康母蓴_因素主要有 A 、 B 兩種物料的溫度、進料

5、量，冷卻水的壓力、溫度，環(huán)境溫度的高低等。15. 定值控制系統(tǒng)、隨動控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)。16.在自動化領(lǐng)域中，把被控變量不隨時間而變化的平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的靜態(tài)，把被控變量隨時間而變化的不平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的動態(tài)。干擾是客觀存在的，是不可避免的。一個自動控制系統(tǒng)投入運行時，時時刻刻都受到干擾作用，破壞正常的工藝生產(chǎn)狀態(tài)。這就需要通過自動化裝置不斷施加控制作用去對抗或抵消干擾作用的影響，使被控變量保持在工藝所要求的技術(shù)指標上。一個正常工作的自動控制系統(tǒng)，總受到頻繁的干擾作用，總處在頻繁的動態(tài)過程中。了解系統(tǒng)動態(tài)更為重要。17. 階躍作用：在某一瞬間 t0 ，干擾突然地階躍式地加到系統(tǒng)上，并保持在

6、這個幅度。采用階躍干擾的原因：階躍干擾比較突然，比較危險，對被控變量的影響也最大。如果一個控制系統(tǒng)能夠有效克服階躍干擾， 對其他比較緩和的干擾也一定很好地克服。階躍干擾形式簡單，容易實現(xiàn)，便于分析、實驗和計算。19.等幅振蕩過程和發(fā)散振蕩過程是不穩(wěn)定過程，生產(chǎn)上不能采用；非周期衰減過程雖是穩(wěn)定過程，但該過程中被控變量達到新的穩(wěn)定值的進程過于緩慢，致使被控變量長時間偏離給定值，所以一般也不采用；衰減振蕩過程能夠較快地使系統(tǒng)達到穩(wěn)定狀態(tài)，并且最終的穩(wěn)態(tài)值必然在兩峰值之間，決不會出現(xiàn)太高或太低的現(xiàn)象，更不會遠離給定值以致造成事故。所以 .21 、某化學反應器工藝規(guī)定操作溫度為(90010) ?？紤]安

7、全因素，控制過程中溫度偏離給定值最大不得超過 80 ?，F(xiàn)設計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題1-19圖所示。試求該系統(tǒng)的過渡過程品質(zhì)指標：最大偏差、超調(diào)量、衰減比、余差、振蕩周期和過渡時間（被控溫度進入新穩(wěn)態(tài)值的1% （即900（1% ） =9 ）的時間），并回答該控制系統(tǒng)能否滿足題中所給的工藝要求？題 1-19圖 溫度控制系統(tǒng)過渡過程曲線解 最大偏差 A =950900=50（）；超調(diào)量 B =950908=42（ ）；由于 B =918908=10（ ），所以，衰減比 n = B :B =42:10=4.2；余差 C=908900=8 ；隨意編輯精品文檔振蕩周期

8、T=459=36(min)；過渡時間 t s =47min。因為 A =50 <80 ， C=8 <10，所以，該控制系統(tǒng)能滿足題中所給的工藝要求。22 、題 l-20(a)圖是蒸汽加熱器的溫度控制原理圖。試畫出該系統(tǒng)的方塊圖，并指出被控對象、被控變量、操縱變量和可能存在的干擾是什么？現(xiàn)因生產(chǎn)需要，要求出口物料溫度從80 提高到81 ，當儀表給定值階躍變化后，被控變量的變化曲線如題1-20(b)圖所示。試求該系統(tǒng)的過渡過程品質(zhì)指標：最大偏差、衰減比和余差（提示：該系統(tǒng)為隨動控制系統(tǒng)，新的給定值為81 ）。題 1-20圖蒸汽加熱器溫度控制解蒸汽加熱器溫度控制系統(tǒng)的方塊圖如下圖所示。題

9、解 1-20圖蒸汽加熱器溫度控制系統(tǒng)方塊圖其中：被控對象是蒸汽加熱器；被控變量是出口物料溫度；操縱變量是蒸汽流量。可能存在的干擾主要有：進口物料的流量、溫度的變化；加熱蒸汽的壓力、溫度的變化；環(huán)境溫度的變化等。該系統(tǒng)的過渡過程品質(zhì)指標：最大偏差 A =81.581=0.5（ ）；由 于B =81.580.7=0.8（ ）， B =80.980.7=0.2（），所以，衰減比n = B : B=0.8:0.2=4；余差 C=80.781=0.3 （ ）。P33Ex1.對象特性指對象輸入量與輸出量之間的關(guān)系。各種對象千差萬別，有的操作很穩(wěn)定，操作很容易；有的稍不小心可能就會超越正常工藝條件，甚至造成

10、事故。有經(jīng)驗的操作人員需要很熟悉這些對象，才能使生產(chǎn)操作得心應手；設計自動化裝置時，也必須深入了解對象的特性，了解它的內(nèi)在規(guī)律，才能根據(jù)工藝對控制質(zhì)量的要求，設計合理的控制系統(tǒng)，選擇合適的被控變量和操縱變量，選用合適的測量元件及控制器。在控制系統(tǒng)投入運行時，也要根據(jù)對象特性選擇合適的控制器參數(shù)，使系統(tǒng)正常地運行。Ex2.對象的數(shù)學模型指對象特性的數(shù)學描述。靜態(tài)數(shù)學模型：描述的是對象在靜態(tài)時的輸入量與輸出量之間的關(guān)系；動態(tài)數(shù)學模型：描述的是對象在輸入量改變隨意編輯精品文檔以后輸出量的變化情況。4. 機理建模法、實驗建模法。 5. 對象或生產(chǎn)過程的內(nèi)部機理。7. 階躍反應曲線法：特點是簡易但精度較

11、差。如果輸入量是流量，只要將閥門的開度作突然的改變，便可認為施加了一個階躍干擾，同時還可以利用原設備上的儀表把輸出量的變化記錄下來，既不需要增加儀器設備，測試工作量也大。但由于對象在階躍信號作用下，從不穩(wěn)定到穩(wěn)定所需時間一般較長，這期間干擾因素較多，因而測試精度受到限制。為提高測試精度就必須加大輸入量的幅度，這往往又是工藝上不允許的。?矩形脈沖法：特點是提高了精度，對工藝影響較小。采用 時，由于加在對象上的干擾經(jīng)過一段時間后即被除去，因此干擾的幅值可以取得較大，提高了實驗精度。同時，對象的輸出量又不會長時間偏離給定值，故對工藝生產(chǎn)影響較小。8 、反映對象特性的參數(shù)有哪些？各有什么物理意義？解：

12、放大系數(shù) K 、時間常數(shù) T 和滯后時間 t放大系數(shù) K 在數(shù)值上等于對象（重新）處于穩(wěn)定狀態(tài)時的輸出變化量與（引起輸出變化的）輸入變化量之比，即輸出量的變化量K輸入量的變化量對象的放大系數(shù)K 越大， 就表示對象的輸入量有一定變化時，對輸出量的影響越大，或被控變量對這個量的變化就越靈敏，所以，K 實質(zhì)上是對象的靈敏度。時間常數(shù)T 是指當對象受到階躍輸入作用后，被控變量達到新的穩(wěn)態(tài)值的63.2%所需時間；或當對象受到階躍輸入作用后，被控變量如果保持初始變化速度變化，達到新的穩(wěn)態(tài)值的時間。時間常數(shù)越大，被控變量的變化也越慢，達到新的穩(wěn)態(tài)值所需的時間也越大對象在受到輸入作用后，被控變量卻不能立即而迅

13、速地變化的現(xiàn)象稱為滯后現(xiàn)象；或輸出變量的變化落后于輸入變量的變化的現(xiàn)象稱為滯后現(xiàn)象。滯后現(xiàn)象用滯后時間t 表示。對象的滯后時間t ，使對象的被控變量對輸入的變化響應滯后，控制不及時。10. 純滯后一般是由于介質(zhì)的輸送或熱的傳遞需要一段時間而引起的，而測量點選擇不當，測量元件安裝不合適等原因也會造成純滯后。容量滯后一般是由于物料或能量的傳遞需要通過一定阻力而引起的?？刂仆ǖ廊舸嬖诩儨?，會使控制作用不及時，造成被控變量的最大偏差增加，控制質(zhì)量下降，穩(wěn)定性降低；干擾通道若存在純滯后，相當于將干擾推遲一段時間才進入系統(tǒng)，并不影響控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)。容量滯后增加，會使對象的時間常數(shù)T增加。在控制通道，

14、T 增大，會使控制作用對被控變量的影響來得慢，系統(tǒng)穩(wěn)定性降低； T 減小，會使控制作用對被控變量的影響來得快，系統(tǒng)控制質(zhì)量提高。但 T 不能太大或太小，且各環(huán)節(jié)時間常數(shù)要適當匹配，否則都會影響控制質(zhì)量。在干擾通道，如果容量滯后增加，干擾作用對被控變量的影響比較平穩(wěn)，一般有利于控制。13.隨意編輯精品文檔14.P1011. 測量過程在實質(zhì)上是將被測參數(shù)與其相應的測量單位進行比較的過程。一般它都是利用專門的技術(shù)工具，將被測參數(shù)經(jīng)過一次或多次的信號能量形式的轉(zhuǎn)換，最后獲得一種便于測量的信號能量形式，并由指針位移或數(shù)字形式顯示出來。2. 由儀表讀得的被測值與被測量真值之間會存在一定的差距，這一差距稱為

15、 。表示方法有：絕對誤差和相對誤差。絕對誤差：= x x0相對誤差：3.4. 儀表的精確度等級是將儀表允許的相對百分誤差的“±”號及“%”去掉后的數(shù)值，以一定的符號形式表示在儀表標尺板上。精確度等級目前是按國家統(tǒng)一規(guī)定的允許誤差大小來劃分成若干等級的。5 、某一標尺為 01000 的溫度儀表出廠前經(jīng)校驗，其刻度標尺上的各點測量結(jié)果分別為：標準表讀數(shù)2004006007008001000900/0被校表讀數(shù)2014026047068051000903/1(1) 求出該溫度儀表的最大絕對誤差值；(2) 確定該溫度儀表的精度等級；(1) 校驗數(shù)據(jù)處理：標準表讀數(shù)20040060070080

16、090010000/被校表讀數(shù)20140260470680590310001/絕對誤差 /0+1+2+4+6+5+3+1由以上數(shù)據(jù)處理表知，最大絕對誤差：+6 ；(2) 儀表誤差：max6100%0.6% ，1000儀表的精度等級應定為1.0級；6 、如果有一臺壓力表，其測量范圍為010MPa，經(jīng)校驗得出下列數(shù)據(jù)：隨意編輯精品文檔標準表讀數(shù) /MPa0246810被校表正行程讀數(shù)0L 983.965.947.979.99/MPa被校表反行程讀數(shù)02.024.036.068.0310.0/MPa1(1) 求出該壓力表的變差；(2) 問該壓力表是否符合 1 0級精度？解 （ 1 ）校驗數(shù)據(jù)處理：標

17、準表讀數(shù) /MPa0246810被校表正行程讀數(shù)01 983.965.947.979.99/MPa被校表反行程讀數(shù)02.024.036.068.0310.0/MPa1壓力表的變差 /%00.40.71.20.60.2被校表正、行程讀數(shù)平3.9910.0均值02.006.008.0050/MPa儀表絕對誤差 / MPa00.000.00.000.000.0005由以上數(shù)據(jù)處理表知，該壓力表的變差：1.2% ；（ 2 ）儀表誤差：max0.005100%0.5% ；10但是，由于儀表變差為1.2%>1.0%，所以該壓力表不符合1.0 級精度。Ex7.壓力指垂直均勻地作用于單位面積上的力。關(guān)系：p 表壓 =p 絕對壓力 p 大氣壓力p 真空度 = p大氣壓力p 絕對壓力8. 通常，由于各種工藝設備和檢測儀表本身就處于大氣壓力之下，因此工程上常采用表壓和真空度來表示壓力的大小，一般儀表所指的壓力也是表壓或真空度。9. 測壓儀表按其轉(zhuǎn)換原理不同，主要分為四大類：液柱式壓力計：它是將被測壓力轉(zhuǎn)換成液柱高度來進行測量的；彈性式壓力計：它是將被測壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件的位移來進行測量的；電氣式壓力計：它是通過機械和電氣元件將被測壓力轉(zhuǎn)換成電量來進行測量的；活塞式壓力計：它是根據(jù)液壓原理，將被測壓力轉(zhuǎn)換成活塞上所加平衡砝碼