化工儀表及自動化作業(yè)參考問題詳解

1、word第一章自動控制系統(tǒng)根本概念什么是化工自動化？它有什么重要意義？答:在化工設(shè)備上，配備上一些自動化裝置， 代替操作人員的局部直接勞動，使生產(chǎn)在不同程度上自動地進展，這種用自動化裝置來管理化工生產(chǎn)過程的方法，稱為化工自動化。實現(xiàn)化工自動化，能加快生產(chǎn)速度、降低生產(chǎn)本錢、提高產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量、減輕勞動強度、保證生產(chǎn)安全，為逐步地消滅體力勞動和腦力勞動之間的差異創(chuàng)造條件?；ぷ詣踊饕男┤?？答:化工生產(chǎn)過程自動化，一般包括自動檢測、自動操縱、自動保護和自動控制等方面的容。自動控制系統(tǒng)怎樣構(gòu)成？各組成環(huán)節(jié)起什么作用？答:自動控制系統(tǒng)主要由兩大局部組成。一局部是起控制作用的全套自動化裝置，對

2、于常規(guī)儀表來說， 它包括檢測元件與變送器、控制器、執(zhí)行器等；另一局部是受自動化裝置控制的被控對象。在自動控制系統(tǒng)中，檢測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(如氣壓信號或電壓、電流信號等)?？刂破鲗z測元件與變送器送來的測量信號與工藝上需要保持的設(shè)定值信號進 展比擬得出偏差，根據(jù)偏差的大小與變化趨勢，按預(yù)先設(shè)計好的控制規(guī)律進展運算后，將運算結(jié)果用特定 的信號(如氣壓信號或電流信號)發(fā)送給執(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(yīng)地改變流人 (或流出)被控變量的物料量或能量，克制擾動的影響，最終實現(xiàn)控制要求。什么叫操縱變量？受控制器操縱的，用以克制干擾的影響，使被控

3、變量保持設(shè)定值的物料量或能量?；颍壕唧w實現(xiàn)控 制作用的變量叫做操縱變量 閉環(huán)控制系統(tǒng)與開環(huán)控制系統(tǒng)有什么不同？答自動控制系統(tǒng)按其根本結(jié)構(gòu)形式可分為閉環(huán)自動控制系統(tǒng)和開環(huán)自動控制系統(tǒng)。閉環(huán)自動控制是指控制器與被控對象之間既有順向控制又有反向聯(lián)系的自動控制。如圖1-1 ( a)即是個閉環(huán)自動控制。圖中控制器承受檢測元件與變送器送來的測量信號，并與設(shè)定值相比擬得到偏差信號，再根據(jù)偏差的大小和方向，調(diào)整蒸汽閥門的開度，改變蒸汽流量，使熱物料出口溫度回到設(shè)定值上。從圖1-1, (b)所示的控制系統(tǒng)方塊圖可以清楚看出，操縱變量(蒸汽流量)通過被控對象去影響被控變量，而被控變量又通過自動控制裝置去影響操縱變

4、量。從信號傳遞關(guān)系上看，構(gòu)成了一個閉合回路。速控變鼠(a)(b)圖1-1閉環(huán)自動控制根本結(jié)構(gòu)開環(huán)控制系統(tǒng)是指控制器與被控對象之間只有順向控制而沒有反向聯(lián)系的自動控制系統(tǒng)。即操縱變量 通過被控對象去影響被控變量，但被控變量并不通過自動控制裝置去影響操縱變量。從信號傳遞關(guān)系上看，未構(gòu)成閉合回路。開環(huán)控制系統(tǒng)分為兩種，一種按設(shè)定值進展控制，如圖1-2 (a)所示。這種控制方式的操縱變量(蒸汽流量)與設(shè)定值保持一定的函數(shù)關(guān)系，當設(shè)定值變化時，操縱變量隨其變化進而改變被控變量。另一種是按擾動進展控制，即所謂前饋控制系統(tǒng)，如圖 1-2 (b)所示。這種控制方式是通過對擾動信號的測量，根據(jù)其變 化情況產(chǎn)生相

5、應(yīng)控制作用，進而改變被控變量。0 / 15圖1-2開環(huán)控制系統(tǒng)根本結(jié)構(gòu)開環(huán)控制系統(tǒng)不能自動地覺察被控變量的變化情況，也不能判斷操縱變量的校正作用是否適合實際需 要。什么是反響？什么是正反響和負反響？答:把系統(tǒng)（或環(huán)節(jié)）的輸出信號直接或經(jīng)過一些環(huán)節(jié)重新引回到輸人端的做法叫做反響。反響信號的作用方向與設(shè)定信號相反，即偏差信號為兩者之差， 這種反響叫做負反響； 反之為正反響。根據(jù)設(shè)定值的形式，閉環(huán)控制系統(tǒng)可以分為哪幾類？在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，按照設(shè)定值的不同形式又可分為：（1）定值控制系統(tǒng)；（2）隨動控制系統(tǒng)；（3）程序控制系統(tǒng)。什么是控制系統(tǒng)的靜態(tài)與動態(tài)？答:在自動化領(lǐng)域，把被控變量不隨時間而變化的平

6、衡狀態(tài)稱為控制系統(tǒng)的靜態(tài)。在這種狀態(tài)下，自動控制系統(tǒng)的輸人（設(shè)定值和干擾）與輸出（被控變量）都保持不變，系統(tǒng)各組成環(huán)節(jié)都不改變其原來的狀態(tài)，它們輸人、輸出信號的變化率為零。而此時生產(chǎn)仍在進展，物料和能量仍然有進有出。因此，靜態(tài)反映的是 相對平衡狀態(tài)。系統(tǒng)的動態(tài)是被控變量隨時間而變化的不平衡狀態(tài)。當一個原來處于相對平衡狀態(tài)的系統(tǒng)，受到擾動 作用的影響，其平衡狀態(tài)受到破壞，被控變量偏離設(shè)定值，此時，控制器就會改變原來的狀態(tài)，產(chǎn)生相應(yīng) 的控制作用，改變操縱變量克制擾動的影響，力圖恢復(fù)平衡狀態(tài)。從擾動發(fā)生，經(jīng)過控制，直到系統(tǒng)重新 建立平衡，在這段時間中整個系統(tǒng)都處于變動狀態(tài)中。9 .控制系統(tǒng)運行的根本

7、要什么？答:自動控制系統(tǒng)的根本要系統(tǒng)運行必須是穩(wěn)定的，并應(yīng)保證滿足一定的精度要求或某些規(guī)定的性能指標，但最根本的要穩(wěn)定的，也就是說系統(tǒng)投人運行后，被控變量不致失控而發(fā)散。10 .在階躍擾動作用下，自動控制系統(tǒng)的過渡過程有哪些根本形式？哪些過渡過程能根本滿足控制要求？答:過渡過程中被控變量的變化情況與干擾的形式有關(guān)。在階躍擾動作用下，其過渡過程曲線有以下幾種形式。 發(fā)散振蕩過程；非振蕩發(fā)散過程； 等幅振蕩過程；衰減振蕩過程；非振蕩衰減過程。在上述五種過渡過程形式中，非振蕩衰減過程和衰減振蕩過程是穩(wěn)定過程，能根本滿足控制要求。但 由于非振蕩衰減過程中被控變量達到新的穩(wěn)態(tài)值的進程過于緩慢，致使被控變

8、量長時間偏離設(shè)定值，所以 一般不采用。只有當生產(chǎn)工藝不允許被控變量振蕩時才考慮采用這種形式的過渡過程。11 .衰減振蕩過程的品質(zhì)指標有哪些？答:衰減振蕩過程的品質(zhì)指標主要有：最大偏差、衰減比、余差、過渡時間、振蕩周期（或頻率）等。12、什么是傳遞函數(shù)？答:對于如圖1-6所示的線性系統(tǒng)，在初始條件為零時，它的輸出與輸入的拉普拉斯式之比，即系統(tǒng)在復(fù)數(shù)s域的輸出與輸人之比，稱為系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，記為G(s)Y(s)X(s)系統(tǒng)輸入圖1-6系統(tǒng)的輸人輸出關(guān)系第一節(jié)例題分析在石油化工生產(chǎn)過程中，常常利用液態(tài)丙烯汽化吸收裂解氣體的熱量，使裂解氣體的溫度下降到規(guī)定的數(shù) 值上。圖1-9是一個簡化的丙烯冷卻器溫度

9、控制系統(tǒng)。被冷卻的物料是乙烯裂解氣，其溫度要求控制在（15 i.5） Co如果溫度太高，冷卻后的氣體會包含過多的水分，對生產(chǎn)造成有害影響；如果溫度太低，乙1 / 15word(1)指出系統(tǒng)中被控對象、被控變量和操縱變量各是什么？(2)試畫出該控制系統(tǒng)的組成方塊圖。(3)試比圖1-9與它的方塊圖，說明操縱變量的信號流向與物料的實際流動方向不同。葡(1)在丙烯冷卻器溫度控制系統(tǒng)中，被控對象為丙烯冷卻器；被控變量為乙烯裂解氣的出口溫度；操縱 變量為氣態(tài)丙烯的流量。(2)該系統(tǒng)方塊圖如圖1-10所示。I擾動圖1-10丙烯冷卻器溫度控制系統(tǒng)方塊圖注：。為乙烯裂解氣的出口溫度；加為乙烯裂解氣的出口溫度設(shè)定

10、值(3)在圖1-9中，氣態(tài)丙烯的流向是由丙烯冷卻器流出。而在方塊圖中，氣態(tài)丙烯作為操縱變量，其信 號的流向是指向丙烯冷卻器的。某化學(xué)反響器工藝規(guī)定的操作溫度為(900 10) Co考慮安全因素，控制過程中溫度偏離給定值最大不得超過80 Co現(xiàn)設(shè)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圖1-13所示。試求最大偏差、衰減比和振蕩周期等過渡過程品質(zhì)指標，并說明該控制系統(tǒng)是否滿足題中的工藝要求。時間/min圖1-13過渡過程曲線解由過渡過程曲線可知最大偏差 A=950-900=50 C衰減比第一個波峰值B=950-908=42 C第二個波峰值 B=918-908=10 C衰減比n振蕩

11、周期T=45-9=36min余差 C=908-900 = 8 C過渡時間為47min。由于最大偏差為50 C,不超過80 C,故滿足題中關(guān)于最大偏差的工藝要求。2 / 15word第二節(jié)習題2.鍋爐是化工、煉油等企業(yè)中常見的主要設(shè)備。汽包水位是影響蒸汽質(zhì)量與鍋爐安全的一個十分重要 的參數(shù)。水位過高，會使蒸汽帶液，降低了蒸汽的質(zhì)量和產(chǎn)量，甚至會損壞后續(xù)設(shè)備。而水位過低，輕如 此影響汽液平衡，重如此燒干鍋爐甚至引起爆炸。因此，必須對汽包水位進展嚴格的控制。圖1-27是一類簡單鍋爐汽包水位控制示意圖，要求：(1)畫出該控制系統(tǒng)方塊圖；(2)指出該系統(tǒng)中被控對象、被控變量、操縱變量、擾動變量各是什么？

12、答：(1)鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)方塊圖如圖1-36所示。擾動L 一 L JL一力 T控制-H執(zhí)行幫卜福爐汽包 丁測.變送卜圖1-36鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)方塊圖注：h為鍋爐汽包水位；h0為鍋爐汽包水位設(shè)定值(2)被控對象：鍋爐汽包。被控變量：鍋爐汽包水位。操縱變量：鍋爐給水量。擾動量：冷水溫度、壓力，蒸汽壓力、流量，燃燒狀況等。6.圖1-31為一組在階躍擾動作用下的過渡過程曲線。(1)指出每種過程曲線的名稱；答：(1) (a)等幅振蕩；(b)衰減振蕩；(c)非振蕩衰減；(d)發(fā)散振蕩。(2) (b), (c)能根本滿足控制要求，(a), (d)不能。因為(b), (c)對應(yīng)的過渡過程是穩(wěn)定的。8.

13、某化學(xué)反響器工藝規(guī)定操作溫度為(800 10) 確保生產(chǎn)安全，控制中溫度最高不得超過850 C?，F(xiàn)運行的溫度控制系統(tǒng)，在最大階躍擾動下的過渡過程曲線如圖1-33所示。(1)分別求出最大偏差、余差、衰減比、過渡時間(溫度進入按受%新穩(wěn)態(tài)值即視為系統(tǒng)已穩(wěn)定來確定)和振蕩周期。(2)說明此溫度控制系統(tǒng)是否滿足工藝要求。3 / 15余差:C=5 C。word答：最大偏差:衰減比：n=4:1。過渡時間：Ts=25min。振蕩周期：T=13min。該系統(tǒng)滿足正藝要求。第二章過程特性與其數(shù)學(xué)模型1 .問題解答什么是被控對象特性？什么是被控對象的數(shù)學(xué)模型？答:被控對象特性是指被控對象輸人與輸出之間的關(guān)系。即當

14、被控對象的輸人量發(fā)生變化時，對象的輸出量是如何變化、變化的快慢程度以與最終變化的數(shù)值等。對象的輸人量有控制作用和擾動作用，輸出量 是被控變量。因此，討論對象特性就要分別討論控制作用通過控制通道對被控變量的影響，和擾動作用通 過擾動通道對被控變量的影響。定量地表達對象輸人輸出關(guān)系的數(shù)學(xué)表達式，稱為該對象的數(shù)學(xué)模型。什么是控制通道？什么是干擾通道？在反響控制系統(tǒng)中它們是怎樣影響被控變量的？答:干擾變量與控制變量都是作用于被控對象的輸人量，它們都會引起被控變量變化。由干擾變量影響圖2-1干擾輸人變量、控制輸人變量與對象輸出變量之間的關(guān)系在反響控制系統(tǒng)中，干擾變量總是通過干擾通道破壞系統(tǒng)的平衡狀態(tài)，使

15、被控變量離開設(shè)定值。為了對抗和抵消干擾變量的影響，就必須由自動化裝置不斷地施加控制作用（即操縱變量）通過控制通道，力圖使被控變量始終保持在工藝生產(chǎn)所要求控制的技術(shù)指標（即設(shè)定值）上。簡述建立對象數(shù)學(xué)模型的主要方法。答:一是機理分析法。二是實驗測取法。以上兩種方法又稱機理建模和實驗建模，將以上兩種方法結(jié)合起來，稱為混合建模。穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型與動態(tài)數(shù)學(xué)模型有什么不同？答:穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型描述的是對象在穩(wěn)態(tài)時的輸入量與輸出量之間的關(guān)系；動態(tài)數(shù)學(xué)模型描述的是對象在輸人量改變以后輸出量的變化情況。穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型是動態(tài)數(shù)學(xué)模型在對象達到平衡時的特例。6 .為什么說放大系數(shù) K是對象的靜態(tài)特性？而時間常數(shù) T和滯后時

16、間。是對象的動態(tài)特性？答:放大系數(shù)K反映的是對象處于穩(wěn)定狀態(tài)下的輸出和輸人之間的關(guān)系，所以放大系數(shù)是描述對象靜 態(tài)特性的參數(shù)。時間常數(shù)T是指當對象受到階躍輸入作用后，被控變量如果保持初始速度變化，達到新的穩(wěn)態(tài)值所需 的時間，是反映被控變量變化快慢的參數(shù)，因此它是對象的一個重要的動態(tài)參數(shù)。滯后時間。是指對象在受到輸入作用后，被控變量不能立即而迅速地變化這種現(xiàn)象的參數(shù)。因此它是 反映對象動態(tài)特性的重要參數(shù)。4 / 15word7 .何謂系統(tǒng)辨識和參數(shù)估計？答:應(yīng)用對象的輸人輸出的實測數(shù)據(jù)來確定其數(shù)學(xué)模型的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，通常稱為系統(tǒng)辨識。 在對象數(shù)學(xué)模型結(jié)構(gòu)的根底上，通過實測數(shù)據(jù)來確定其中的某些參數(shù)，

17、稱為參數(shù)估計。8 .對象的純滯后和容量滯后各是什么原因造成的？ 對控制過程有什么影響？答：對象的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引起的。在控制通道，如果存在純滯后，會使控制作用不與時，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。在擾動通道，如果存在純滯后，相當于將擾動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)。對象的容量滯后一般是由于物料或能量的傳遞需要通過一定的阻力而引起的。容量滯后增加，會使對象的時間常數(shù) T增加。在控制通道，T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小，會使控制作用對被控變量的影響來得快，系統(tǒng)的控制質(zhì)量有所提高，但時間常

18、數(shù)不能太大或太小，且 各環(huán)節(jié)的時間常數(shù)要適當匹配，否如此都會影響控制質(zhì)量。在擾動通道,如果容量滯后增加，擾動作用對 被控變量的影響比擬平穩(wěn)，一般是有利于控制的。2 .例題分析一個具有純滯后的一階過程的時間常數(shù)為4min,放大系數(shù)為10,純滯后時間為lmin，試寫出描述該過程特性的一階微分方程式。解 該過程特性仍為一階微分方程式，但由于存在純滯后lmin ,故輸出y比輸人x(t)在時間坐標上平移了 lmin ,假定方程式中的時間量綱為min,如此微分方程式為4 dy(； 1)y(t 1) 10x(t)一個對象為具有純滯后的一階特性，其時間常數(shù)為5,放大系數(shù)為10,純滯后時間為2。(1)試寫出描述

19、該對象的微分方程；(2)求出描述該對象的傳遞函數(shù)。解(1)與題6類似，該對象的微分方程式數(shù)學(xué)模型為dy(t 2)5y(t 2) 10x(t)1dt式中y表不輸出變量，x表不輸入變量。(2)將式1在零初始條件下，兩端都取拉普拉斯變換，如此有2 s2s _5sY(s)e Y(s)e 10X(s)如此對象的傳遞函數(shù)為G(s)空 ,e2sX(s) 5s 1第三章檢測儀表與傳感器一.問題解答什么叫測量過程？答測量過程實質(zhì)上都是將被測參數(shù)與其相應(yīng)的測量單位進展比擬的過程。一般它都是利用專門的技術(shù) 工具，即測量儀表將被測參數(shù)經(jīng)過一次或?qū)掖蔚男盘柲芰啃问降霓D(zhuǎn)換，最后獲得一種便于測量的信號能量 形式，并由指針位

20、移或數(shù)字形式顯示出來。何謂儀表的精度等級？答儀表的準確度簡稱精度，是用來表示儀表測量結(jié)果的可靠程度。任何測量過程都存在著測量誤差。在使用儀表測量生產(chǎn)過程中的工藝變量時，不僅需要知道儀表的指示值，而且還應(yīng)該了解儀表的精度。儀表的精度等級是按國家統(tǒng)一規(guī)定的允許誤差大小來劃分成假如干等級的。儀表精度等級數(shù)值越小，說明儀表測量準確度越高。目前中國生產(chǎn)的儀表精度等級有0.005, 0.02, 0.05, 0.1, 0.2, 0.4, 0.5, 1.0,1.5, 2.5, 4.0等。儀表的精度等級是將儀表允許相對百分誤差的“土號與去掉后的數(shù)值，以一定的符號形式表示在儀表標尺板上，如1.0外加一個圓圈或三角

21、形。 精度等級1.0,說明該儀表允許相對百分誤差為 1.0%。電動模擬式變送器、數(shù)字式變送器二者的輸出信號有什么不同？答模擬式變送器的輸出信號一般為統(tǒng)一標準的模擬量信號，例如： DDZ- II型儀表輸出070mA DC, DDZ-III型儀表輸出420mA DC等，在一條電纜上只能傳輸一個模擬量信號。智能式變送器的輸出信號如此為數(shù)字信號，數(shù)字通信可以實現(xiàn)多個信號在同一條通信電纜(總線)上傳輸，但它們必須遵循共同的通信5 / 15word規(guī)和標準。11.電動模擬式變送器的電源和輸出信號的連接方式有哪幾種？目前在工業(yè)現(xiàn)場最常見的是哪一種？答電動模擬式變送器傳輸電源和輸出信號有四線制和二線制兩種連接

22、方式。目前大多數(shù)變送器均為二 線制連接方式。15.測壓儀表有哪幾類？各基于什么原理？答測壓儀表按其轉(zhuǎn)換原理不同，主要有四大類：液柱式壓力計，它是將被測壓力轉(zhuǎn)換成液柱高度來進展測量的；彈性式壓力計，它是將被測壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件變形的位移來進展測量的；電氣式壓力計，它是通過機械和電氣元件將被測壓力轉(zhuǎn)換成電量來進展測量的；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祛碼的質(zhì)量來進展測量的。 16.作為感受壓力的彈性元件有哪幾種？各有什么特點？答主要的彈性元件有： 彈簧管，可分單圈彈簧管與多圈彈簧管，它們的測壓圍較寬，最高可測量高 達1000MPa的壓力；膜片，可分平薄膜、波紋膜、膜

23、盒等，它的測壓圍較彈簧管式的為低，通?？膳c其 他轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)結(jié)合起來，組成相應(yīng)的變送器； 波紋管，這種彈性元件易變形，常用于微壓與低壓的測量。 24.體積流量、質(zhì)量流量、瞬時流量、累積流量的含義各是什么？答流量通常是指單位時間流經(jīng)管道某截面的流體的數(shù)量，也就是所謂的瞬時流量；在某一段時間流過 流體的總和，稱為總量或累積流量。以體積表示的瞬時流量稱為體積流量，以質(zhì)量表示的瞬時流量稱為質(zhì)量流量。 節(jié)流現(xiàn)象？流體經(jīng)節(jié)流裝置時為什么會產(chǎn)生靜壓差？答節(jié)流現(xiàn)象流體在有節(jié)流裝置的管道中流動時，在節(jié)流裝置前后的管壁處，流體的靜壓力產(chǎn)生差異的 現(xiàn)象稱為節(jié)流現(xiàn)象。流體經(jīng)節(jié)流裝置時，由于流速發(fā)生變化，使流體的動能發(fā)生變

24、化，根據(jù)能量守恒定律，動能的變化必 然引起靜壓能變化，所以在流體流經(jīng)節(jié)流裝置時必然會產(chǎn)生靜壓差。27.試述差壓式流量計測量流量的原理。并說明哪些因素對差壓式流量計的流量測量有影響？答根據(jù)流體力學(xué)中的伯努利方程和流體連續(xù)性方程，可以導(dǎo)出流體流經(jīng)節(jié)流裝置時的壓差與流量之間 有一定的對應(yīng)關(guān)系，其定量關(guān)系符合流量根本方程式。根據(jù)這個方程式，就可以由測量得到的壓差來計算 出流過的流量值，這就是差壓式流量計測量流量的原理。由于流量根本方程是在一定的條件下推導(dǎo)而得的，這些條件包括節(jié)流裝置的形式、尺寸、取壓方式以 與流體的工藝條件（密度、溫度、壓力、雷諾數(shù)等 ），當以上這些條件改變時都會影響流量的測量。 37

25、.根據(jù)工作原理不同，物位測量儀表有哪些主要類型？答按其工作原理主要有如下幾種類型。（1）直讀式物位儀表（2）差壓式物位儀表（3）浮力式物位儀表（4）電磁式物位儀表（5）核輻射式物位儀表（6） 聲波式物位儀表（7）光學(xué)式物位儀表。40.在液位測量中，如何判斷正遷移和“負遷移？答在液位測量中，當被測液位 H=0時，如果差壓變送器的輸人信號p0,如此為 正遷移；反之，當H=0時，pO,如此為 負遷移。50 .熱電偶補償導(dǎo)線的作用是什么？在選擇使用補償導(dǎo)線時需要注意什么問題？答由熱電偶測溫原理知道，只有當熱電偶冷端溫度保持不變時，熱電勢才是被測溫度的單值函數(shù)。茬 實際應(yīng)用中，由于熱電偶的工作端與冷端離

26、得很近，而且冷端又暴露在空間，易受到周圍環(huán)境溫度波動的 影響，因而冷端溫度難以保持恒定。當然也可以把熱電偶做得很長，使冷端遠離工作端，但是這樣做會多 消耗許多貴重金屬材料。解決這一問題的方法是采用一種專用導(dǎo)線，將熱電偶的冷端延伸出來，這種專用 導(dǎo)線稱為補償導(dǎo)線。在使用熱電偶補償導(dǎo)線時，要注意型號相配，極性不能接錯，熱電偶與補償導(dǎo)線連接端所處的溫度不 應(yīng)超過100C。52 .用熱電偶測溫時，要進展冷端溫度補償，其冷端溫度補償?shù)姆椒ㄓ心膸追N？答冷端溫度補償?shù)姆椒ㄓ幸韵聨追N：（1）冷端溫度保持為0c的方法；（2）冷端溫度修正方法；（3）校正儀表零點法；（4）補償電橋法；（5）補償熱電偶法。56 .試

27、述DDZ-III型溫度變送器的用途。答DDZ-III型溫度變送器的用途在于它與各種類型的熱電偶、熱電阻配套使用，將溫度轉(zhuǎn)換成420mA和15V的統(tǒng)一標準信號，又可與具有毫伏輸出的各種變送器配合，使其轉(zhuǎn)換成420mA和15V的統(tǒng)一輸出信號。然后，它和顯示單元、控制單元配合，實現(xiàn)對溫度與其他各種參數(shù)進展顯示、控制。6 / 15word二.例題分析如果有一臺壓力表，其測量圍為010MPa,經(jīng)校驗得出如下數(shù)據(jù):被校表讀數(shù)/MPa0246810標準表正彳T程讀數(shù)/MPa0標準被校表反行程讀數(shù)/MPa0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)首先計算出各點正、反行程標準表讀數(shù)的

28、差值，找出其中的最大差值(指絕對值)。此題的最大絕對差值發(fā)生在 6MPa處，其值為 6.06-5.94=0.12(MPa)。什 最大絕對差值0.12變差 - 100% 100% 1.2%重程10 0(2)由于該表的變差已超過1.0級表的允許誤差，故不符合1.0級精度。某壓力表的測量圍為 01MPa,精度等級為1級，試問此壓力表允許的最大絕對誤差是多少？假如用標準 壓力計來校驗該壓力表，在校驗點為時，標準壓力計上t數(shù)為，試問被校壓力表在這一點是否符合1級精度，為什么？ 解最大絕對誤差max (1 0) 1% 0.01(MPa)在0.5MPa處，校驗得到的絕對誤差為0.508-0.5=0.008(

29、MPa),此值小于該壓力表的允許最大絕對誤差，故在這一校驗點符合 1級精度。 如果某反響器最大壓力為，允許最大絕對誤差為。現(xiàn)用一臺測量圍為，精度為1級的壓力表來進展測量，問能否符合工藝上的誤差要求？假如采用一臺測量圍為，精度為1級的壓力表，問能符合誤差要求嗎？試說明其理由。解測量圍為01.6MPa,精度為1級的壓力表的允許最大絕對誤差為 (1.6 0) 1% 0.016(MPa)已經(jīng)超出了工藝上允許的最大絕對誤差，故不能符合工藝上的誤差要求。假如采用一臺測量圍為 01.0MPa,精度為1級的壓力表，這時允許的最大絕對誤差為(1.0 0) 1% 0.01(MPa) 故能符合工藝上的誤差要求。 某

30、控制系統(tǒng)根據(jù)工藝設(shè)計要求，需要選擇一個量程為 0100m3/h的流量計，流量檢測誤差小于3/h,試問選擇何種精度等級的流量計才能滿足要求？解工藝上允許的相對百分誤差為0.6 100%0.6%100 0因此選擇0.5級精度的流量計才能滿足要求。某溫度控制系統(tǒng)，最高溫度為700C,要求測量的絕對誤差不超過10C,現(xiàn)有兩臺量程分別為07600c和07000 c的級溫度檢測儀表，試問應(yīng)該選擇哪臺儀表更適宜？如果有量程均為01000C,精度等級分別為1.0級和級的兩臺溫度變送器，那么又應(yīng)該選擇哪臺儀表更適宜？試說明理由。解對于量程為07600 c和07000 c的l.0級儀表，其允許的最大絕對誤差分別為

31、：(1600-0) M%=16( C) 和(1000-0) 1%=10(C),因此。07600c量程的儀表其絕對誤差已經(jīng)超出了工藝上允許的絕對誤差(0),故不能選用。另外，對于最高溫度僅為700c的溫度控制系統(tǒng)，其量程也沒有必要選07600 c這么大量程的儀表。因此，本溫度控制系統(tǒng)應(yīng)該選擇，這時其絕對誤差也能滿足要求(0C)。如果有量程均為 01000 C,精度等級分別為 1.0級和0.5級的兩臺溫度變送器，應(yīng)該選擇1.0級的更為適宜。這時兩臺儀表都能滿足工藝要求，應(yīng)該選擇其中精度較低的儀表，這樣可以節(jié)省投資，日常維護也比擬方便。某一標尺為0500 C的溫度計出廠前經(jīng)過校驗，其刻度標尺各點的測

32、量結(jié)果值為標準表讀數(shù)/C0100200300400500被校表讀數(shù)/C0103198303406495(1)求出儀表最大絕對誤差值；(2)確定儀表的允許誤差與精度等級；(3)經(jīng)過一段時間使用后重新校驗時，儀表最大絕對誤差為九C,問該儀表是否還符合出廠時的精度等解(1)首先計算出各點的絕對誤差，找出其中的最大絕對誤差是在400c這一點，其值為7 / 15max406 400 6(C)；(2)允max w100%word 100% 1.2%故該溫度計的精度等級確定為 500 01.5 級;(3)當儀表最大絕對誤差變?yōu)?i8C后，相對百分誤差 100% 1.6%,已經(jīng)超過了 1.5級500 0儀表的

33、最大允許相對百分誤差1.5%,故已不符合儀表出廠時的精度要求。如何根據(jù)待測工藝變量的要求來選擇儀表的量程和精度？現(xiàn)欲測往復(fù)泵出口壓力(約1.2MPa),工藝要求，就地指示?？晒┻x擇的彈簧管壓力表的精度為：級，級，級，級，測量圍為，。試選擇壓力表的量程和 精度。解量程是根據(jù)所要測量的工藝變量來確定的。在儀表精度等級一定的前提下適當縮小量程，可以減小測量誤差，提高測量準確性。一般而言，儀表的上限應(yīng)為被測工藝變量的4/3倍或3/2倍，假如工藝變量波動較大，例如測量泵的出口壓力，如此相應(yīng)取為3/2倍或2倍。為了保證測量值的準確度，通常被測工藝變量的值以不低于儀表全量程的1/3為宜。儀表精度是根據(jù)工藝生

34、產(chǎn)上所允許的最大測量誤差來確定的。一般來說，所選用的儀表越精細，如此 測量結(jié)果越準確、可靠。但不能認為選用的儀表準確度越高越好，因為越精細的儀表，一般價格越貴，操 作和維護越費事。因此，在滿足工藝要求的前提下，應(yīng)盡可能選用準確度較低、價廉耐用的儀表。當往復(fù)泵的出口壓力為 1.2MPa時，由于往復(fù)泵的出口壓力波動較大，可取儀表上限為正常壓力的2倍，即2.4MPa,所以應(yīng)選擇測量圍為的彈簧管壓力表。由于出口壓力不低出2.5MPa的1/3,故能保證測量值的準確度。根據(jù)題意，允許的相對百分誤差-05 100%2% ,故應(yīng)選擇的精度等級為。2.510.某合成氨廠合成塔壓力控制指標為14MPa,要求誤差不

35、超過，試選用一臺就地指示的壓力表(給出型號、測量圍、精度級)。解由于合成塔的壓力比擬平穩(wěn)，故壓力測量上限可選工作壓力的3/2倍，即14X3/2=21(MPa),測量圍可選 025MPa。根據(jù)所選量程和誤差要求，算得允許相對百分誤差0.4100% 1.6% ,壓力表的精度等級應(yīng)選。25 0由于所測的介質(zhì)是氨氣，由產(chǎn)品目錄可選氨用壓力表 11.有一臺DDZ-III型兩線制差壓變送器，其測量圍為 器的輸出信號分別是多少？解當輸入為40 kPa時，其輸出為YA-100。20100kPa,當輸人信號為 40kPa和70kPa時，變送20) 4 8(mA)20 4(40100 20當輸入為70kPa時，其

36、輸出為20) 4 14(mA)18 .圖3-15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。介質(zhì)液位的變化圍 h=0950mm ,介質(zhì)密度 尸1200kg/m3,兩取壓口之間的高度差H=1200mm,變送器毛細管中填充的硅油密度為pi= 950kg/m3,試確定變送器的量程和遷移量。圖3-15液位測量系統(tǒng)解 Pmaxhmax g .95 1200 9.81 11183.4(Pa)8 / 15word因此變送器量程可選 016kPa。負遷移量為 H 1g 1.2 950 9.81 11183.4(Pa)19 .用K熱電偶測某設(shè)備的溫度，測得的熱電勢為 20mV,冷端(室溫)為25

37、C,求設(shè)備的溫度？如果改用E熱電偶來測溫時，在一樣的條件下，E熱電偶測得的熱電勢為多少？解(1)當熱電勢為20mV時，此時冷端溫度為 25 C,即E(t,t0) 20mV查表可得E(t0,0) E(25,0) 1mV因為E(t,0) E(t,t0) E(t,0) 20 1 21mV由此電勢，查表可得 t=509C,即設(shè)備溫度為 509Co(2)假如改用E熱電偶來測溫時，此時冷端溫度仍為25 C。查表可得E(t0,0) E(25,0) 1.5mV設(shè)備溫度為509 C,查表可得E(t,0)E(509,0) 37.7mV因為E(t,t0) E(t,0) E(t0,0) 37.7 1.5 36.2 m

38、V即E熱電偶測得的熱電勢為 36.2mV。22.測溫系統(tǒng)如圖3-17所示。請說出這是工業(yè)上用的哪種溫度計？熱電偶的分度號為K,但錯用與E配套的顯示儀表，當儀表指示為160c時，請計算實際溫度 tx為多少度？(室溫為25C) 控制室圖3-17測溫系統(tǒng)圖解這是工業(yè)上用的熱電偶溫度計。查分度號巳 可得160c時的電勢為10501 pV,這電勢實際上是由K熱電偶產(chǎn)生的，即E(tx,25) 10501 V查分度號K,可得E(20,0) 1000 V ,由此可見，E(tx ,0) E(tx,25) E(25,0) 10501 1000 11501 V由這個數(shù)值查分度號 K,可得實際溫度tx=283C。第四

39、章顯示儀表一.問題解答自動電子電位差計是如何基于補償測量法工作的？線路電阻 無影響？為什么？(即外阻)值的變化，對電子電位差計的測量有Et與的直流壓降相比擬時，假如Etw吩B,其比擬之后的差值(即不平衡信號)經(jīng)放大器放大后，輸出足以驅(qū)動可逆電機的功率，使可逆電機又通過一套傳動系統(tǒng)去帶動滑動觸點 C的移動，直到 Et=ECB時為止。這時放大器輸入端的輸入信號為零，可逆電機不答圖4-1是自動電子電位差計的簡單原理圖。當熱電勢9 / 15word圖4-1電子電位差計原理圖由此可知，電子電位差計是利用的電壓Ecb去補償未知的熱電勢 Et的，故是基于補償測量法工作的。由于當Et=EcB時，熱電偶回路是沒

40、有電流流過的，因此線路電阻值的變化，對電子電位差計的測量不會造成影響的。10.數(shù)字式顯示儀表主要由哪幾局部組成？各局部有何作用？答數(shù)字式顯示儀表通常包括信號變換、前置放大、非線性校正或開方運算、模 /數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換、標度變 換、數(shù)字顯示、電壓/電流(V/I)轉(zhuǎn)換與各種控制電路等局部。信號變換電路是為了將生產(chǎn)過程中的工藝變量經(jīng)過檢測變送后的信號，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓或電流值； 前置放大電路是為了將輸入的微小信號放大至伏級電壓信號；非線性校正電路一般是為了校正檢測元件的 非線性特性；開方運算電路通常是為了將差壓信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的流量值；A/D轉(zhuǎn)換是為了將模擬量轉(zhuǎn)換成斷續(xù)變化的數(shù)字量；標度變換電路實質(zhì)上

41、就是進展比例尺的變更，使數(shù)顯儀表的顯示值和被測原始參數(shù)統(tǒng) 一起來；數(shù)字顯示局部就是被測數(shù)據(jù)以數(shù)字形式顯示出來；V/I轉(zhuǎn)換電路是為了將電壓信號轉(zhuǎn)換成直流電流標準信號；控制電路可以根據(jù)PID控制規(guī)律或其他控制規(guī)律進展運算，輸出控制信號。無紙記錄儀的主要特點。答無紙記錄儀 是一種以CPU為核心、采用液晶顯示的新型顯示記錄儀表，完全摒棄了傳統(tǒng)記錄儀的 機械傳動、紙和筆。其記錄信號是通過 CPU來進展轉(zhuǎn)化和保存的，記錄信號可以根據(jù)需要在屏幕上放大 或縮小，便于觀察，并且可以將記錄曲線或數(shù)據(jù)送往打印機進展打印，或送往個人計算機加以保存和進一 步處理。無紙記錄儀精度高，價格與一般記錄儀相仿。 二.例題分析對

42、于配有饃銘一饃硅熱電偶，且標尺始端為0c的電子電位差計， 當熱電偶的熱端為 0C,冷端為25c時,問這時應(yīng)指示多少度？輸人信號為多少？假如熱端為0C,冷端也為0c時，這時應(yīng)指示多少度？輸人信號為多少？解因為自動電子電位差計的冷端溫度補償是按冷端為25c設(shè)計的，所以當熱電偶的熱端溫度為0C,冷端溫度為25c時，指示的應(yīng)是熱端溫度0C,這時放大器的輸入信號為0。假如熱端和冷端均為 0c時,送到放大器的輸人信號約為+1000這時應(yīng)指在25 Co圖4-7所示為一自動平衡電橋的測量橋路示意圖，請問在如下情況儀表的指針、起點溫度、量程會如何變 化？為彳f么？ (1)溫度升高；(2)儀表停電；(3)加大R6

43、; (4)減小R5； (5) A線斷；(6) B線斷；(7) C線斷。圖4-7自動平衡電橋解(1)當溫度升高時，指針向 M方向移動。因為溫度升高，Rt增加，只有減小與 Rt串聯(lián)的電阻才能使電橋達到新的平衡。(2)儀表停電時，指針隨撥隨停，因為此時Uod=0,放大器沒有輸出信號。(3)加大R6,指針向M方向移動，因為 R6與Rt串聯(lián)，當R6增加時，Uod增加，指針只有左移電橋才 能達到新的平衡。這樣使得M點的起點溫度降低。(4)減小R5,流過Rp的電流減小，量程也就減小。(5)A線斷開，相當于 Rt-oo,溫度升高，這時指針指到 N點。(6) B線斷開，Uod不能為零，而是正數(shù)，這樣指針左移直到

44、M點。(7) C線斷開，Uod永遠為零，指針可停留在任何位置。熱電阻短路或斷路時，電子自動平衡電橋指針分別指在何處？解熱電阻短路，相當于_Rt =0,指針會直指向始端，直到受到限位為止，相當于溫度非常低。熱電阻斷路，相當于 R-oo,指針會直指向終端，直到受限位為止，相當于溫度非常高。10 / 15word三.習題1 .一臺與熱電偶配套的自動平衡電子電位差計，其冷端溫度補償是按冷端為25c設(shè)計的。問在如下兩種情況下，其溫度指示值會偏低或偏高？(1)實際冷端溫度低于 25 C;(2)實際冷端溫度高于 25 C。答：1. (1)偏高；(2)偏低。3 .在自動電子平衡電橋中，連接電源的線路電阻假如發(fā)

45、生變化，對測量的結(jié)果有否影響？答：沒有影響。第五章自動控制儀表一.問題解答從控制儀表的開展與結(jié)構(gòu)原理來看，主要有哪幾種類型？答主要有三種類型：基地式控制儀表、單元組合式儀表和以微處理器為根底的控制裝置。 控制器的控制規(guī)律 是指什么？常用的控制規(guī)律有哪些？答所謂控制器的控制規(guī)律 是指控制器的輸出信號 p與輸人偏差信號e之間的關(guān)系，即P f (e) f(z x)式中，z為測量值信號；x為給定值信號；f為某種函數(shù)關(guān)系。常用的控制規(guī)律有位式控制、比例控制 (P)、積分控制(I)、微分控制(D)以與它們的組合控制規(guī)律, 例 PI, PD, PID 等。什么是比例控制規(guī)律？答比例控制規(guī)律(P)是指控制器的

46、輸出信號變化量p與輸人偏差信號變化量 e之間成比例關(guān)系，即p KPe式中，Kp為比例放大系數(shù)。什么是積分控制規(guī)律？什么是比例積分控制規(guī)律？答積分控制規(guī)律是指控制器的輸出變量p與輸人偏差e的積分成正比，即p KI edt式中，Ki為積分比例系數(shù)。在比例控制的根底上， 再加上積分控制作用， 便構(gòu)成比例積分控制規(guī)律，其輸出p與輸入e的關(guān)系為:p Kp(s Ki edt)什么是微分控制與比例微分控制？答微分控制規(guī)律是指控制器的輸出變化量p與輸人偏差e的變化速度成正比，即deTd dtp與輸入e的關(guān)系為式中，Td為微分時間。在比例控制的根底上，再加上微分控制作用，便構(gòu)成比例微分控制規(guī)律，其輸出p KP(

47、e Td de)dt14.試寫出比例積分微分(PID)三作用控制規(guī)律的數(shù)學(xué)表達式。 答p KP(e二.例題分析一臺DDZ-III型溫度比例控制器，測量的全量程為求相應(yīng)的控制器輸出將變化多少？解根據(jù)比例度的定義T； edtT生)TD dt)01000 C,當指示值變化100 C,控制器比例度為 80%,100%11 / 15word代人有關(guān)數(shù)據(jù)，得80%100Io 100%1000 0 20 4可解得輸出變化量 l0=2(mA)某比例控制器輸入信號為 420mA,輸出信號為15V,當比例度為60%時，輸入變化6mA,所引起的輸 出變化量是多少？解代人比例度的公式，有1 max100%6U_ 10

48、0% 60%20 4 5 1可解得 U=2.5V。一臺DDZ-III型溫度比例控制器，測溫圍為2001200C。當溫度給定值由 800c變動到850c時，其輸出由12mA變化到16mA o試求該控制器的比例度與放大系數(shù)。該控制器是高于正作用還是反作用控制器，為什么？解根據(jù)比例度的定義，并代人有關(guān)數(shù)據(jù)，可得比例度為xmaxxmin100%850 80016 12100%1200 200 20 4 20%由于是單元組合式儀表，輸人到溫度控制器的信號是由溫度變送器來的420mA DC信號，與輸出信號一樣，都是統(tǒng)一的標準信號，所以溫度控制器的放大系數(shù)與其比例度成倒數(shù)關(guān)系，故有Kp120%該控制器當給定

49、信號增加時，其輸出信號也是增加的。由于給定信號與測量信號在進展比擬時，是相 減的運算，控制器的輸人信號 (偏差)等于測量信號減去給定信號，所以當給定信號增加時，控制器的偏差 信號是減小的，而這時輸出信號反而增加，故該控制器屬于反作用式控制器。第六章執(zhí)行器一.問題解答氣動執(zhí)行器主要由哪兩局部組成？各起什么作用？答氣動執(zhí)行器由 執(zhí)行機構(gòu)和控制機構(gòu)閥兩局部組成。 執(zhí)行機構(gòu)是執(zhí)行器的推動裝置，它根據(jù)控制 信號由控制器來壓力的大小產(chǎn)生相應(yīng)的推力，推動控制機構(gòu)動作，所以它是將信號壓力的大小轉(zhuǎn)換為 閥桿位移的裝置。 控制機構(gòu)是指控制閥，它是執(zhí)行器的控制局部，它直接與被控介質(zhì)接觸，控制流體的流 量，所以它是將

50、閥桿的位移轉(zhuǎn)換為流過閥的流量的裝置。氣動執(zhí)行機構(gòu)主要有哪幾種結(jié)構(gòu)形式？各有什么特點？答氣動執(zhí)行機構(gòu)主要有薄膜式和活塞式兩種結(jié)構(gòu)形式。薄膜式執(zhí)行機構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡單、價格廉價、維修方便、應(yīng)用最為廣泛。它可以用作一般控制閥的推動裝置，組成氣動薄膜式執(zhí)行器，習慣上稱為氣動薄膜控制閥。氣動活塞式執(zhí)行機構(gòu)的特點是推力大，主要適用于大口徑、高壓降的控制閥或蝶閥的推動裝置。除薄膜式和活塞式執(zhí)行機構(gòu)外， 還有長行程執(zhí)行機構(gòu)，它的行程長、轉(zhuǎn)矩大，適用于輸出轉(zhuǎn)角0。90。 和力矩的場合，如用于蝶閥或風門的推動裝置。何謂正作用執(zhí)行器？何謂反作用執(zhí)行器？答當輸人信號增大時，執(zhí)行器的流通截面積增大，即流過執(zhí)行器的流量增大，稱

51、為正作用；當輸入信 號增大時，流過執(zhí)行器的流量減小，稱為反作用。控制閥的結(jié)構(gòu)形式主要有哪些？各有什么特點？主要使用在什么場合？答簡單列表說明如下:類型特點主要使用場合三通控制閥有二個出入口與工藝管道聯(lián)接, 流與合流兩種型式可組成分配比控制或旁路控制12 / 15word隔膜控制閥結(jié)構(gòu)簡單、流阻小、流通能力大、耐腐蝕 性強強酸、強堿、強腐蝕性、高黏度、含懸 浮顆粒狀的介質(zhì)蝶閥結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、價格廉價、流阻極小、 泄漏量大大口徑、大流量、低壓差，含少量纖維 或懸浮顆粒狀介質(zhì)籠式閥可調(diào)圍大、振動小、不平衡力小、結(jié)構(gòu)簡 單、套筒互換性好、汽蝕小、噪聲小壓差大，要求噪聲小的場合。對高溫、 高黏度與含固體顆粒的介質(zhì)不適用控制閥的流量特性 是指什么？或相對位移之間的關(guān)系,答控制閥的流量特性是指被控介質(zhì)流過閥門的相對流量與閥門的相對開度 即QQ max式中相對流量_&是控制閥某一開度時的流量Qmax某一開度時的閥桿行程 l與閥桿全行程L之比。Q與全開時的流量Qmax之比。相對開度 L是控制閥L10.為什么說等百分特性又叫對數(shù)特性？與線性特性比擬起來有什么優(yōu)點?QQmax答等百分比流量特性是指單位相對開度變化所引起的相對流量變化與此