化工儀表練習(xí)題2答案

1、化工儀表練習(xí)題2答案一、 填空題1執(zhí)行器按使用能源分為 氣動執(zhí)行器 、 電動執(zhí)行器 、 液動執(zhí)行器 2積分時間是指 PI控制器的輸出達(dá)比例輸出的兩倍時所經(jīng)歷的時間 ，積分時間越大則 積分作用越弱 。3微分時間是指 在線性輸入的作用下，達(dá)到同樣的輸出值，理想PD控制作用較P作用超前的一段時間 ，微分時間越小則 微分作用越弱 。4雙位控制的特點是 結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、易于實現(xiàn)，但運動部件易磨損 。5控制閥的理想流量特性有四個（1） 直線流量特性 （2）對數(shù)流量特性 （3） 拋物線流量特性 （4） 快開流量特性 。6控制器參數(shù)的工程整定常用方法有經(jīng)驗法、臨界比例度法、衰減曲線法 。7. 實現(xiàn)兩個或兩

2、個以上參數(shù)符合一定比例關(guān)系的控制系統(tǒng)稱為比值控制系統(tǒng)。通常為流量比值控制。8.操縱變量的選擇原則主要是工藝上允許控制的參數(shù)、對被控變量影響比較靈敏的變量、考慮工藝的合理性和生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性。9串級控制系統(tǒng)具有 克服干擾快 、 調(diào)節(jié)品質(zhì)高 的特點。10檢測儀表的性能指標(biāo)主要有四個（1） 測量誤差 （2） 精度 （3） 靈敏度 （4） 指示變差 。11. 分程控制系統(tǒng)就是一臺控制器的輸出信號被送往 兩個或多個控制閥，每個控制閥都只在控制器的某段信號內(nèi)全程 工作。12. 自動選擇控制系統(tǒng)類型有 開關(guān)型 、 連續(xù)選擇型 、 混合型。13. 離心式壓縮機產(chǎn)生“喘振”的主要原因是 負(fù)荷降低排氣量小于極限值。1

3、4. 前饋控制的主要形式有兩種 單純前饋和前饋-反饋（根據(jù)對干擾補償形式的特點又分為靜態(tài)前饋和動態(tài)前饋控制） 。15. 多沖量控制系統(tǒng)的“沖量”含義為 參數(shù) 。二判斷題（正確“”，錯誤“×”。每小題2分共20分）1 實際微分控制只是一個近似的微分控制。 （ ）2 積分控制是按偏差變化速度進(jìn)行控制的。 （× ）3 比例控制是按偏差的大小進(jìn)行控制的。 （ ） 4 串級控制系統(tǒng)中主回路為定值控制副回路為隨動控制。 （ ）5 比值控制系統(tǒng)中主從物料必須是定比值關(guān)系。 （ × ）6 控制器參數(shù)的工程整定就是選擇合適的控制規(guī)律。 （ ×）7 多沖量控制系統(tǒng)多用于鍋爐

4、氣汽包的液位控制。 （ ）8 取代控制系統(tǒng)是一種“硬保護(hù)”系統(tǒng)。 （ × ）9 往復(fù)泵的出口管路不允許安裝控制閥。 （ ）分程控制系統(tǒng)中控制閥的R變小二簡答題 1. 氣動執(zhí)行器主要由哪兩部分組成？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)兩部分組成。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?？刂茩C構(gòu)是指控制閥，它是執(zhí)行器的控制部分，它直接與被控介質(zhì)接觸，控制流體的流量，所以它是將閥桿的位移轉(zhuǎn)換為流過閥的流量的裝置。2. 何謂比例度？它的大小對系統(tǒng)過渡過程或控制質(zhì)量有什么影響？答：比例度是反

5、映比例控制器的比例控制規(guī)律作用強弱的一個參數(shù)。在數(shù)值上比例度等與輸入偏差變化相對值與相應(yīng)的輸出變化相對值紙幣的百分?jǐn)?shù)，用式子表示為：比例度也可理解為使控制器的輸出變化滿刻度時，相應(yīng)所需的輸入偏差變化量占儀表測量范圍的百分?jǐn)?shù)。比例度越大，表示比例控制作用越弱。減小比例度，會使系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動態(tài)性能變差，但可相應(yīng)地減小余差，使系統(tǒng)的靜態(tài)準(zhǔn)確度提高。3. 什么是控制器積分飽和現(xiàn)象？其產(chǎn)生的原因、危害及防止措施有哪些？ 當(dāng)一個具有積分作用的控制器處于開環(huán)工作狀態(tài)時，如果偏差輸入信號一直存在，由于積分作用的存在，控制器的輸出不斷增加或不斷減小，一直達(dá)到輸出的極限值為止，這種現(xiàn)象稱為“積分飽和”。產(chǎn)生積分

6、飽和的三個條件：一是控制器具有積分作用；二是控制器處于開環(huán)工作狀態(tài)，其輸出沒有被送往執(zhí)行器；三是控制器的輸入偏差信號長期存在。 積分飽和的后果：當(dāng)控制器處于積分飽和狀態(tài)時，它的輸出將達(dá)到最大或最小的極限值，該極限值已超出執(zhí)行器的有效輸入信號范圍，它在某個時刻重新被選擇器選中，取代另一個控制器對系統(tǒng)進(jìn)行控制時，由于它的輸出已到達(dá)飽和區(qū)，不在執(zhí)行器的有效輸入范圍之內(nèi)，所以它并不能立即發(fā)揮作用，使得控制作用不及時。 防止積分飽和的方法：(1)限幅法 這種方法是通過一些專門的技術(shù)措施對積分反饋信號加以限制，從而使控制器輸出信號被限制在工作信號范圍之內(nèi)。(2)積分切除法 這種方法是當(dāng)控制器處于開環(huán)工作狀

7、態(tài)時，將控制器的積分作用切除掉，這樣就不會使控制器輸出一直增大到最大值或一直減小到最小值，不會產(chǎn)生積分飽和。 4. 何謂均勻控制系統(tǒng)？其目的和特點是什么？均勻控制系統(tǒng)的目的是為了解決前后工序的供求矛盾，使兩個變量之間能夠相互兼顧和協(xié)調(diào)操作。均勻控制系統(tǒng)的特點是：（1）不同于常規(guī)的定值控制系統(tǒng)，而對被控變量與操縱變量都有平穩(wěn)的要求；（2）為解決被控變量與操縱變量都希望平穩(wěn)這一對矛盾，只能要求被控變量與操縱變量都漸變。均勻控制通常要求在最大干擾下，被控變量在上下限內(nèi)波動，而操縱變量應(yīng)在一定范圍內(nèi)平緩漸變。（3）均勻控制指的是控制功能，而不是控制方案。因為就系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)來看，有時象簡單控制系統(tǒng)，有時象

8、串級控制系統(tǒng)。所以要識別控制方案是否起均勻控制作用，應(yīng)從控制的目的進(jìn)行確定。5.自動控制系統(tǒng)中檢測元件的選用、安裝、維護(hù)要注意什么？檢測元件要正確選用、合理安裝、及時維護(hù)，以便經(jīng)常保證檢測元件有足夠的測量精度、較小的時間常數(shù)，盡可能小的純滯后和信號的傳遞滯后。四、計算題1用分度號Cu100銅電阻測溫，但錯用了Pt100的分度表，查得溫度為147，問實際溫度為多少？已知銅電阻和鉑電阻溫度關(guān)系式分別為：解：當(dāng)溫度為147，Pt100電阻值為即銅電阻值為156.8， 解得t=134,故實際溫度為1342一臺具有比例積分控制規(guī)律的DDZ-II型控制器，其比例度為80%，積分時間為1分鐘。穩(wěn)態(tài)時，輸出為

9、6mA。某瞬間，輸入偏差突然增加了0.3mA，問其比例輸出為多少？經(jīng)過3min后，其輸出將為多少？解：由于=80%，故比例放大倍數(shù)。輸入變化了0.3mA，輸出在比例作用下將變化0.3mA，假定控制器為正作用式的，輸出將在6mA的基礎(chǔ)上增加0.375mA，故為6.375mA。由于積分時間為1min，故在積分作用下，每經(jīng)過1min，輸出將增加0.375mA。經(jīng)過了3min后，在積分作用下，輸出將增加的數(shù)值為。所以，經(jīng)過3min后，在比例作用與積分作用共同作用的結(jié)果，使其輸出共增加了0.375+1.125=1.5mA。由于穩(wěn)態(tài)時為6mA，故經(jīng)過3min后，輸出將變?yōu)?.5mA（如果是反作用式控制器，

10、輸出將變?yōu)?.5mA）。五、分析題 1保持流體輸送機械的輸出流量恒定，采用了下列控制方案。試問存在什么問題？如何改進(jìn)？（1）往復(fù)泵的出口流量控制。（圖a）；（2）離心泵的出口流量控制（圖b）；(3)離心式壓縮機出口流量控制。（圖c）（a） (b) (c)解：（1）控制往復(fù)泵的流量，是不允許采用出口節(jié)流方法的，這是由往復(fù)泵的特性所決定的。對于一臺往復(fù)泵，其流量的大小是由轉(zhuǎn)速確定的。在一定轉(zhuǎn)速下，往復(fù)泵活塞每往返一次，總得有一定體積的流體排出。如果在泵的出口管道上安裝控制閥，增加出口阻力只會使壓頭H大幅度的增加，既達(dá)不到控制流量的目的，又極易導(dǎo)致泵體損壞。（2）離心泵控制流量時，控制閥不應(yīng)安裝在吸

11、入管線上，而應(yīng)當(dāng)安裝在出口管線上。（3）離心式壓縮機要想通過改變旁路流量控制輸出流量，流量測量裝置應(yīng)安裝在輸出管線的旁路分叉點之后。 2如圖為一液體貯槽，需要對液位加以自動控制。為安全起見，貯槽內(nèi)液體嚴(yán)格禁止溢出，試在下述兩種情況下，分析控制閥的氣開、氣關(guān)形式及控制器的正反作用。（1）選擇流入量Qi為操縱變量；（2）選擇流出量Q0為操縱變量；解：分兩種情況：（1）當(dāng)選擇流入量Qi為操縱變量時，控制閥安裝在流入管線上，這時，為了防止液體溢出，在控制閥膜頭上氣源突然中斷時，控制閥應(yīng)處于關(guān)閉狀態(tài)，所以控制閥選氣開形式，為“+”作用方向。 這時，操縱變量即流入量Qi增加時，被控變量液位是上升的，故對象

12、為“+”作用方向。由于控制閥與對象都是“+”作用方向，為使系統(tǒng)具有負(fù)反饋作用，控制器應(yīng)選“-”作用的，即反作用方向的。 （2）當(dāng)選擇流出量Q0為操縱變量時，控制閥安裝在流出管線上，這時，為了防止液體溢出，在控制閥膜頭上氣源突然中斷時，控制閥應(yīng)處于全開狀態(tài)，所以控制閥選氣關(guān)形式，為“-”作用方向。 這時，操縱變量即流出量Q0增加時，被控變量液位是下降的，故對象為“-”作用方向。由于控制閥與對象都是“-”作用方向，為使系統(tǒng)具有負(fù)反饋作用，控制器應(yīng)選“-”作用的，即反作用方向的。六、應(yīng)用題 1.某加熱爐系統(tǒng)如圖所示，工藝要求介質(zhì)出口物料的溫度穩(wěn)定、無余差。已知燃料入口的壓力波動頻繁，是該系統(tǒng)的主要干

13、擾。（1）設(shè)計一個溫度控制系統(tǒng)，畫出控制系統(tǒng)原理圖及方塊圖； （2）選擇合適的控制規(guī)律；確定控制器正、反作用。解：（1）由于主要干擾為燃料壓力不穩(wěn)定，為了及時克服這一干擾，可以選擇燃料流量為副變量，出口物料溫度為主變量，構(gòu)成溫度流量串級控制系統(tǒng)：加熱爐控制方案圖：方塊圖：（2）從安全角度考慮，控制閥應(yīng)選氣開式；由于對被控變量的控制要求較高，無余差，而且溫度對象的滯后一般較大，故主控制器TC應(yīng)選擇比例、積分、微分三作用（PID）控制規(guī)律，副控制器FC一般選用比例控制規(guī)律就行了，這是因為副回路是個隨動控制系統(tǒng)，對副變量（燃料流量）本身沒有什么嚴(yán)格要求； 副回路中，由于流量對象是“”作用（閥開大，流

14、量增加）的，控制閥也是“+”作用(氣開式)的，故副控制器FC應(yīng)是反作用的，這樣才能起到負(fù)反饋的控制作用，由于主變量溫度升高時，需要關(guān)小蒸汽閥；副變量流量增大時，也需要關(guān)小蒸汽閥，它們對控制閥的動作要求是一致的。故主控制器TC應(yīng)該選擇反作用的。2. 某列管式蒸汽加熱器，工藝要求出口物料溫度穩(wěn)定、無余差、超調(diào)量小。已知主要干擾為載熱體壓力不穩(wěn)定。試確定控制方案，畫出自動控制系統(tǒng)的原理圖與方塊圖。假定介質(zhì)溫度不允許過高，否則易分解。試確定控制閥的氣開氣關(guān)形式；控制器的控制規(guī)律及正反作用。解：由于主要干擾為蒸汽壓力不穩(wěn)定，為了及時克服這一干擾，可以選擇蒸汽流量為副變量，出口物料溫度為主變量，構(gòu)成溫度流量串級控制系統(tǒng)，其原理圖與方塊圖如圖a、圖b。 圖a 原理圖 f2 f1 由于對被控變量的控制要求較高，無余差，而且加熱器的滯后一般較大。故主控制器TC應(yīng)選