化工儀表提綱答案

1、第一章自動控制的基本概念1簡述被控對象、被控變量、操縱變量、擾動（干擾）量、設(shè)定（給定）值和偏差的含義？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(shè)備或機(jī)器叫做被控對象。被控變量：就是對象的輸出，用 y表示。操縱變量：具體實(shí)現(xiàn)控制作用的變量。干擾量：弓I起被控變量波動的外來因素，用 f表示。給定值：在工藝上希望保持的被控變量數(shù)值，用 x表示。偏差：給定值與測量值的差值，用 e表示。2自動控制系統(tǒng)按給定值的變化可分為幾種？以及各種的控制系統(tǒng)的特點(diǎn)。參數(shù)保持跟隨給定時間程序 給足控制系統(tǒng)：“定值”是恒定給定值的簡稱。工藝生產(chǎn)中，若要求控制系統(tǒng)的作用是使被控制的工藝在一個生產(chǎn)指標(biāo)上不變，

2、或者說要求被控變量的給足值不變，就需要采用定值控制系統(tǒng)。 隨動控制系統(tǒng)（自動跟蹤系統(tǒng)）：給定值隨機(jī)變化，該系統(tǒng)的目的就是使所控制的工藝參數(shù)準(zhǔn)確而快速地 值的變化而變化。 程序控制系統(tǒng)（順序控制系統(tǒng)）：給定值變化，但它是 -個已知的時間函數(shù)，即生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)需按一定的 變化。這類系統(tǒng)在間歇生產(chǎn)過程中應(yīng)用比較普通。3控制系統(tǒng)的各類品質(zhì)指標(biāo)及其計算？ 最大偏差或超調(diào)量：是指在過渡過程中，被控變量偏離給足值的最大數(shù)值。 衰減比：是衰減程度的指標(biāo)，它是前后相鄰兩個峰值的比。習(xí)慣表示為一般取為4? 10之間為宜。 余差：當(dāng)過渡過程終了時，被控變量所達(dá)到的新的穩(wěn)態(tài)值與給定值之間的偏差。 過渡時間：從干擾作用發(fā)

3、生的時刻起，直到系統(tǒng)重新建立新的平衡時止，過渡過程所經(jīng)歷的時間。振蕩頻率。余差、衰 振蕩周期或頻率：過渡過程同向兩波峰 （或波谷）之間的間隔時間叫振蕩周期或工作周期，其倒數(shù)稱為 例題：某換熱器的溫度控制系統(tǒng)在單位階躍干擾作用下的過渡過程曲線如下圖所示。試分別求出最大偏差、 減比、振蕩周期和過渡時間（給足值為 200°C）。2KJ r/min解 最大偏差 A = 230-200 = 3 (TC 余差 C = 205-200= 5由圖上可以看出，第一個波峰值 B = 230-205 = 25'C,第二個波峰值B' =210 205 = 5 C,故衰減比應(yīng)為B：B'

4、 =25:5=5:1.振蕩周期為同向兩波峰之間的時間間隔，故周期 T = 20-5 = 15（ min）過渡時間與規(guī)定的被控變量限制范圍大小有關(guān)，假定被控變量進(jìn)入額定值的土2%,就可以認(rèn)為過渡過程已 經(jīng)結(jié)束，那么限制范圍為200X （±2%） = ±°C,這時，可在新穩(wěn)態(tài)值（205° C）兩側(cè)以寬度為土 4 C畫一區(qū)域，上圖中以畫有 陰影線的區(qū)域表示，只要被控變量進(jìn)入這一區(qū)域且不再越出，過濾過程就可以認(rèn)為已經(jīng)結(jié)束。因此，從圖上可以看出，過渡時間為22min4什么是控制系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)？靜態(tài)一被控變量不隨時間而變化的平衡狀態(tài)（變化率為0,不是靜止）。動態(tài)一

5、一被控變量隨H寸間變化的不平衡狀態(tài)。5控制系統(tǒng)過渡過程的四種過渡過程及其特點(diǎn)。 非周期衰減過程：被控變量在給定值的某一側(cè)作緩慢變化，沒有來回波動，最后穩(wěn)定在某-數(shù)值上。如（a） 衰減振蕩過程：被控變量上下波動，但幅度逐漸減少，最后穩(wěn)定在某一數(shù)值上。（b） 等幅振蕩過程：被控變量在給定值附近來回波動，旦波動幅度保持不變。（c） 發(fā)散振蕩過程：被控變量來回波動，且波動幅度逐漸變大，即偏離給足值越來越遠(yuǎn)。（d）la6自動控制系統(tǒng)的組成及方塊圖自動化裝置：測量元件與變送器、自動控制器、執(zhí)行器和被控對象。于擾作用控制閥測嚴(yán)元件變送器第二章被控對象的數(shù)學(xué)模型1什么是被控對象特性？什么是被控對象的數(shù)學(xué)模型？

6、研究對象的特性，就是用數(shù)學(xué)的方法來描述出對象輸入量與輸出量之間的關(guān)系。這種對象特性的數(shù)學(xué)描述就稱為對象的數(shù)學(xué)模型。2建立對象數(shù)學(xué)模型的三種方法。建模目的、機(jī)理建模、實(shí)驗(yàn)建模3描述簡單對象特性的參數(shù)有哪些？一、放大系數(shù)K : X在數(shù)值上等于對象重新穩(wěn)定后的輸出變化量與輸入變化量之比。X越大，就表示對象 的輸入量有定變化時，對輸出量的影響越大，即被控變量對這個量的變化越靈敏。二、時間常數(shù)T:當(dāng)對象受到階躍輸入后，被控變量達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值的 63.2%所需的時間，就是時間常數(shù)T,實(shí)際工作中，常用這種方法求取時間常數(shù)。顯然，時間常數(shù)越大，被控變量的變化也越慢，達(dá)到新的穩(wěn)定值所需的時間也越大。三、滯后時間

7、T :對象在受到輸入作用后，被控變量卻不能立即而迅速地變化，這種現(xiàn)象稱為滯后現(xiàn)象。在容量滯后與純滯后同時存在H寸，常常把兩者合起來統(tǒng)稱滯后時間 t,即t= rO+ rh,自動控制系統(tǒng)中， 滯后的存在是不利于 控制的。所以，在設(shè)計和安裝控制系統(tǒng)時，都應(yīng)當(dāng)盡量把滯后時間減到最小。4實(shí)驗(yàn)測取對象特性常用的方法有哪些？階躍反應(yīng)曲線法、矩形脈沖法5何為系統(tǒng)辨識、參數(shù)估計？通過這種應(yīng)用對象的輸入輸出的實(shí)測數(shù)據(jù)來決定其模型的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，稱為系統(tǒng)辨識。在已知模型結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過實(shí)測數(shù)據(jù)來確定其中的某些參數(shù)，稱為參數(shù)估計。第三章檢測儀表與傳感器1儀表的性能指標(biāo)及精度的計算。性能指標(biāo)：（1）精確度、（2）變差、

8、（3）靈敏度與靈敏限、（4）分辨率、（5）線性度、（6）反應(yīng)時間精度計算：相對百分誤差6 =誤差中最大值/ （測量范圍上限值-測量范圍下限值）X100%允許誤差=±【儀表允許最大絕對誤差值/ （測量范圍上限值-測量范圍F限值）X100%將儀表的允許相對百分誤差去掉“土”號及“”號，便可以用來確定精度等級 例1某臺測溫儀表的測溫范圍為 20070 （ TC,校驗(yàn)該表時得到的最大絕對誤差為 +4°C,試確定該儀表的 精度等級。解該儀表的相對百分誤差為5 = X100%-+0.8%700-200如果將該儀表的6去掉號與“”號，其數(shù)值為0.8。由于國家規(guī)定的精度等級中沒有 0.8級

9、儀表，同時，該儀表的誤差超過了 0.5級儀表所允許的最大誤差，所以，這臺測溫儀表的精度等級為1.0級。2彈簧管壓力表的工作原理。1 一彈簧管;2 一拉桿；3 一扇形齒輪:4 一中心齒輪:5 指針;6 面板；7 游絲；8 調(diào)整螺絲；9 一接頭單圈彈簧管是一根彎成270。圓弧的橢圓截面的空心金屬管子。管子的自由端 B封閉，另一端固定在 接頭9上。 當(dāng)通入被測的壓力p后，由于橢圓形截面在壓力p的作用下，將趨于圓形，而彎成圓弧形的彈簧管也隨之產(chǎn)生擴(kuò)張變形。同時，使彈簧管的自由端 B產(chǎn)生位移。輸入壓力p越大，產(chǎn)生的變形也越大。由于輸入壓力與彈簧管自由端 B的位移成正比，所以只要測得 B點(diǎn)的位移量，就能反

10、映壓力 p的大小。3壓差式流量計的工作原理、標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)流體的種類和轉(zhuǎn)子式流量計的工作原理。壓差式流量計原理：差壓式流量計是基于流體流動的節(jié)流原理，利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置時產(chǎn)生的壓力差而實(shí)現(xiàn)流量測量的。標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)流體的種類：國內(nèi)最常用的節(jié)流裝置，孔板、噴嘴、文丘里管等標(biāo)準(zhǔn)化，并稱為“標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置”。（唔肯定）轉(zhuǎn)子流量計原理：以壓降不變，利用節(jié)流面積的變化來測量流量的大小，即轉(zhuǎn)子流量計采用的是恒壓降、變節(jié)流面積的流量測量方法。4壓差式液位變送器工作原理、零點(diǎn)遷移問題和電容式物位傳感器的工作原理?壓差式液位變送器，是利用容器內(nèi)的液位改變時，由液柱產(chǎn)生的靜壓也相應(yīng)變化的原理而工作的零點(diǎn)遷移問題見書里P67通

11、過測量電電容式物位傳感器的工作原理：在電容器的極板之間充以不同介質(zhì)時，電容量的大小也有所不同。因此, 容量的變化可以用來檢測液位、料位和兩種不同液體的分界面。5熱電偶測溫原理、熱電阻測溫原理及溫度計算。熱電偶原理：熱電偶測溫基本原理是將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體焊接起來，構(gòu)成一個閉合回路。由于兩種不同金屬所攜帶的電子數(shù)不同，當(dāng)兩個導(dǎo)體的二個執(zhí)著點(diǎn)之間存在溫差時，就會發(fā)生高電位向低電位放電現(xiàn)象,因而在回路中形成電流，溫度差越大，電流越大，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，也叫塞貝克效應(yīng)。熱電偶就是利用這一效應(yīng)來工作的。熱電阻原理：熱電阻溫度計是利用金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化的特性來進(jìn)行溫度測量的。溫度

12、計算：R = 7?,。1 + ?（ Z-Zo）AT?, = R- R. = aR t x Arrl l if）0式中，R'是溫度為t °H寸的電阻值；是溫度為to （通常為0。）時的電阻值；a是電阻溫度系數(shù)；At是溫度的變化值；是電阻值的變化量。例用鐐銘-銅鐐熱電偶測量某加熱爐的溫度。測得的熱電勢 E （ t,=66982u V,而自由端的溫度八=30 °C,求被測的實(shí)際溫度。解 由附錄二可以查得E（ 30,0）= 1801/V則 E（t,0）= E（ ?,30）+ E（ 30,0）= 66982 + 1801 = 68783/V再查附錄三可以查得68783 n V

13、對應(yīng)的溫度為900° C。6用熱電偶測溫時，為什么要進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償？其冷端溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ心膸追N？答：在應(yīng)用熱電偶測溫H寸，只有將冷端溫度保持為0。，或者是進(jìn)行一定的修正才能得出準(zhǔn)確的測量結(jié)果。這樣做，就稱為熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償。在實(shí)際生產(chǎn)中，冷端溫度往往不是 0?,而是某一溫度tl,這就引起測量誤差。因此，在應(yīng)用熱電偶測溫時，只有將冷端溫度保持為0笆，或者是進(jìn)行一定的修正才能得出準(zhǔn)確的測量結(jié)果，所以要進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償。補(bǔ)償方法：（1）冷端溫度保持為0 °的方法、（2）冷端溫度修正方法第五章自動控制儀表1什么是位式、比例、積分、微分控制規(guī)律？它們各自的特點(diǎn)？位式（其中以雙

14、位控制比較常用）：雙位控制的動作規(guī)律是當(dāng)測量值大于給定值時，控制器輸出最大（小），而當(dāng)測量值小于給定值時，則輸出最?。ù螅?，即控制器只有兩個輸出值。特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、易于實(shí)現(xiàn)，因而應(yīng)用很普遍。比例控制（P）:比例控制器的控制規(guī)律是在一足界限內(nèi)控制器作用的變化量與輸入偏差成比例。特點(diǎn)是對偏差反應(yīng)快,但控制結(jié)果存在靜差（余差）。積分控制（I）:規(guī)律是積分時間越短，積分速度越大，積分作用越強(qiáng)，反之，積分時間越長，積分作用越弱。特點(diǎn)是，當(dāng)比例控制有偏差存在時，輸出信號將隨時間增長（或減小）。當(dāng)偏差為零時，輸出才停止變化而穩(wěn)定在某一值上微分，因而用積分控制器組成的系統(tǒng)可以達(dá)到無余差。微分控制（D

15、）:在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。特點(diǎn)是具有超前控制功能，但它的輸出不能反映偏差的大小。2能夠根據(jù)選定的控制規(guī)律計算控制器的參數(shù)。位式控制參數(shù)：偏差額e7=/ 扁，£0 （或£<）PPn?,e<OyO）比例控制參數(shù)：放大倍數(shù)Kpp = Kpe積分控制參數(shù)：積分速度 微分控制參數(shù)：微分時間 比例微分控制規(guī)律：比例積分控制規(guī)律：第六章執(zhí)行器KiTdp = KJedt de P = Tf f dt de'=K"+T 偵de'dt1氣動執(zhí)行器的組成部分和分類。氣動執(zhí)行器由執(zhí)行結(jié)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)組成。執(zhí)行

16、機(jī)構(gòu)分類：薄膜式，活塞式，長行程控制機(jī)構(gòu)分類：（1）直通單座控制閥（2）直通雙座控制閥（3）角形控制閥（4）三通控制閥（5）隔膜控制閥（6）蝶閥（7）球閥（8）凸輪撓曲閥（9）籠式閥2何為控制閥的理想流量特性和工作流量特性？在不考慮控制閥前后壓差變化時得到的流量特性稱為理想流量特性。它取決于閥芯的形狀在實(shí)際生產(chǎn)中，控制閥前后壓差總是變化的，這時的流量特性稱為工作流量特性。3氣開閥、氣關(guān)閥、執(zhí)行器。有壓力信號時閥關(guān)、無信號壓力時閥開的為氣關(guān)式。反之，為氣開式接收控制器送來的控制信號，改變被控介質(zhì)的流量，從而將被控變量維持在所要求的數(shù)值上或？定的范圍 內(nèi)的叫執(zhí)行器。4氣開閥和氣關(guān)閥選擇的原則。氣開

17、閥和氣關(guān)閥選擇的原則：主要從工藝生產(chǎn)上安全要求出發(fā)。信號壓力中斷時，應(yīng)保證設(shè)備和操作人員的安全。如果閥處于打開位置時危害性小，則應(yīng)選用氣美式，以使氣源系統(tǒng)發(fā)生故障，氣源中斷時，閥門能自動打開，保證安全。反之閥處于關(guān)閉時危害性小，則應(yīng)選用氣開閥。組合方式圖表6-1組合方式表序號執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制閥氣動執(zhí)行器(a)正正氣關(guān)(正)(b)正反氣開(反)(c)反正氣開(反)(d)反反氣關(guān)(正)第七章簡單控制系統(tǒng)1何為簡單控制系統(tǒng)及簡單控制系統(tǒng)的典型方塊圖。簡單控制系統(tǒng)通常是指由一個測量元件、變送器、一個控制器、一個控制閥和一個對象所構(gòu)成的單閉環(huán)控制系統(tǒng)簡單控制系統(tǒng)的典型方塊圖2被控變量和操縱變量的選擇原則。選

18、擇被控變量的原則(2)被控變量在(1) 被控變量應(yīng)能代表？定的工藝操作指標(biāo)或能反映工藝操作狀態(tài)，？般是工藝過程中較重要的變量工藝操作過程中經(jīng)常要受到一些干擾影響而變化。為維持其恒足，需要較頻繁的調(diào)節(jié)。(3) 盡量采用百接指標(biāo)作為被控變量。當(dāng)無法獲得直接指標(biāo)信號，或其測量和變送信號滯后很大時，可選擇與直接 指標(biāo)有單值對應(yīng)關(guān)系的間接指標(biāo)作為被控變量。(4) 被控變量應(yīng)能被測量出來，并具有足夠大的靈敏度。(5) 選擇被控變量時，必須考慮工藝合理性和國內(nèi)儀表產(chǎn)品現(xiàn)狀。C6)被控變量應(yīng)是獨(dú)立可控的操縱變量的選擇原則：C1)操縱變量應(yīng)是可控的，即工藝上允許調(diào)節(jié)的變量。(2) 操縱變量一般應(yīng)比其他干擾對被控變量的影響更加靈敏。C3)在選擇操