化工儀表提綱答案

1、第一章自動(dòng)控制的基本概念1簡(jiǎn)述被控對(duì)象、被控變量、操縱變量、擾動(dòng)（干擾）量、設(shè)定（給定）值和偏差的含義？被控對(duì)象：在自動(dòng)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(duì)象。被控變量：就是對(duì)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(dòng)的外來(lái)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(cè)量值的差值，用 e表示。2自動(dòng)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(shí)間程序 給足控制系統(tǒng)：“定值”是恒定給定值的簡(jiǎn)稱(chēng)。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(gè)生產(chǎn)指標(biāo)上不變，

2、或者說(shuō)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(dòng)控制系統(tǒng)（自動(dòng)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(gè)已知的時(shí)間函數(shù)，即生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)需按一定的 變化。這類(lèi)系統(tǒng)在間歇生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用比較普通。3控制系統(tǒng)的各類(lèi)品質(zhì)指標(biāo)及其計(jì)算？ 最大偏差或超調(diào)量：是指在過(guò)渡過(guò)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(gè)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(guò)渡過(guò)程終了時(shí)，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(guò)渡時(shí)間：從干擾作用發(fā)

3、生的時(shí)刻起，直到系統(tǒng)重新建立新的平衡時(shí)止，過(guò)渡過(guò)程所經(jīng)歷的時(shí)間。振蕩頻率。余差、衰 振蕩周期或頻率：過(guò)渡過(guò)程同向兩波峰 （或波谷）之間的間隔時(shí)間叫振蕩周期或工作周期，其倒數(shù)稱(chēng)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(guò)渡過(guò)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(guò)渡時(shí)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(gè)波峰值 B = 230-205 = 25'C,第二個(gè)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(shí)間間隔，故周期 T = 20-5 = 15（ min）過(guò)渡時(shí)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(guò)渡過(guò)程已 經(jīng)結(jié)束，那么限制范圍為200X （±2%） = ±°C,這時(shí)，可在新穩(wěn)態(tài)值（205° C）兩側(cè)以寬度為土 4 C畫(huà)一區(qū)域，上圖中以畫(huà)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(guò)濾過(guò)程就可以認(rèn)為已經(jīng)結(jié)束。因此，從圖上可以看出，過(guò)渡時(shí)間為22min4什么是控制系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)？靜態(tài)一被控變量不隨時(shí)間而變化的平衡狀態(tài)（變化率為0,不是靜止）。動(dòng)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(guò)渡過(guò)程的四種過(guò)渡過(guò)程及其特點(diǎn)。 非周期衰減過(guò)程：被控變量在給定值的某一側(cè)作緩慢變化，沒(méi)有來(lái)回波動(dòng)，最后穩(wěn)定在某-數(shù)值上。如（a） 衰減振蕩過(guò)程：被控變量上下波動(dòng)，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(guò)程：被控變量在給定值附近來(lái)回波動(dòng)，旦波動(dòng)幅度保持不變。（c） 發(fā)散振蕩過(guò)程：被控變量來(lái)回波動(dòng)，且波動(dòng)幅度逐漸變大，即偏離給足值越來(lái)越遠(yuǎn)。（d）la6自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及方塊圖自動(dòng)化裝置：測(cè)量元件與變送器、自動(dòng)控制器、執(zhí)行器和被控對(duì)象。于擾作用控制閥測(cè)嚴(yán)元件變送器第二章被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型1什么是被控對(duì)象特性？什么是被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型？

6、研究對(duì)象的特性，就是用數(shù)學(xué)的方法來(lái)描述出對(duì)象輸入量與輸出量之間的關(guān)系。這種對(duì)象特性的數(shù)學(xué)描述就稱(chēng)為對(duì)象的數(shù)學(xué)模型。2建立對(duì)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(jiǎn)單對(duì)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(duì)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(duì)象 的輸入量有定變化時(shí)，對(duì)輸出量的影響越大，即被控變量對(duì)這個(gè)量的變化越靈敏。二、時(shí)間常數(shù)T:當(dāng)對(duì)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(shí)間，就是時(shí)間常數(shù)T,實(shí)際工作中，常用這種方法求取時(shí)間常數(shù)。顯然，時(shí)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(shí)間也越大。三、滯后時(shí)間

7、T :對(duì)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(chēng)為滯后現(xiàn)象。在容量滯后與純滯后同時(shí)存在H寸，常常把兩者合起來(lái)統(tǒng)稱(chēng)滯后時(shí)間 t,即t= rO+ rh,自動(dòng)控制系統(tǒng)中， 滯后的存在是不利于 控制的。所以，在設(shè)計(jì)和安裝控制系統(tǒng)時(shí)，都應(yīng)當(dāng)盡量把滯后時(shí)間減到最小。4實(shí)驗(yàn)測(cè)取對(duì)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(shí)、參數(shù)估計(jì)？通過(guò)這種應(yīng)用對(duì)象的輸入輸出的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)決定其模型的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，稱(chēng)為系統(tǒng)辨識(shí)。在已知模型結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)確定其中的某些參數(shù)，稱(chēng)為參數(shù)估計(jì)。第三章檢測(cè)儀表與傳感器1儀表的性能指標(biāo)及精度的計(jì)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(shí)間精度計(jì)算：相對(duì)百分誤差6 =誤差中最大值/ （測(cè)量范圍上限值-測(cè)量范圍下限值）X100%允許誤差=±【儀表允許最大絕對(duì)誤差值/ （測(cè)量范圍上限值-測(cè)量范圍F限值）X100%將儀表的允許相對(duì)百分誤差去掉“土”號(hào)及“”號(hào)，便可以用來(lái)確定精度等級(jí) 例1某臺(tái)測(cè)溫儀表的測(cè)溫范圍為 20070 （ TC,校驗(yàn)該表時(shí)得到的最大絕對(duì)誤差為 +4°C,試確定該儀表的 精度等級(jí)。解該儀表的相對(duì)百分誤差為5 = X100%-+0.8%700-200如果將該儀表的6去掉號(hào)與“”號(hào)，其數(shù)值為0.8。由于國(guó)家規(guī)定的精度等級(jí)中沒(méi)有 0.8級(jí)

9、儀表，同時(shí)，該儀表的誤差超過(guò)了 0.5級(jí)儀表所允許的最大誤差，所以，這臺(tái)測(cè)溫儀表的精度等級(jí)為1.0級(jí)。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(cè)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(shí)，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(cè)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(jì)的工作原理、標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)流體的種類(lèi)和轉(zhuǎn)子式流量計(jì)的工作原理。壓差式流量計(jì)原理：差壓式流量計(jì)是基于流體流動(dòng)的節(jié)流原理，利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)產(chǎn)生的壓力差而實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量的。標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)流體的種類(lèi)：國(guó)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(chēng)為“標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置”。（唔肯定）轉(zhuǎn)子流量計(jì)原理：以壓降不變，利用節(jié)流面積的變化來(lái)測(cè)量流量的大小，即轉(zhuǎn)子流量計(jì)采用的是恒壓降、變節(jié)流面積的流量測(cè)量方法。4壓差式液位變送器工作原理、零點(diǎn)遷移問(wèn)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(shí)，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(wèn)題見(jiàn)書(shū)里P67通

11、過(guò)測(cè)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(shí)，電容量的大小也有所不同。因此, 容量的變化可以用來(lái)檢測(cè)液位、料位和兩種不同液體的分界面。5熱電偶測(cè)溫原理、熱電阻測(cè)溫原理及溫度計(jì)算。熱電偶原理：熱電偶測(cè)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(lái)，構(gòu)成一個(gè)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(gè)導(dǎo)體的二個(gè)執(zhí)著點(diǎn)之間存在溫差時(shí)，就會(huì)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(chēng)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(lái)工作的。熱電阻原理：熱電阻溫度計(jì)是利用金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化的特性來(lái)進(jìn)行溫度測(cè)量的。溫度

12、計(jì)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(shí)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(cè)量某加熱爐的溫度。測(cè)得的熱電勢(shì) E （ t,=66982u V,而自由端的溫度八=30 °C,求被測(cè)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(duì)應(yīng)的溫度為900° C。6用熱電偶測(cè)溫時(shí)，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(cè)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(cè)量結(jié)果。這樣做，就稱(chēng)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(cè)量誤差。因此，在應(yīng)用熱電偶測(cè)溫時(shí)，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(cè)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(dòng)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(dòng)作規(guī)律是當(dāng)測(cè)量值大于給定值時(shí)，控制器輸出最大（小），而當(dāng)測(cè)量值小于給定值時(shí)，則輸出最小（大），即控制器只有兩個(gè)輸出值。特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(duì)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(shí)間越短，積分速度越大，積分作用越強(qiáng)，反之，積分時(shí)間越長(zhǎng)，積分作用越弱。特點(diǎn)是，當(dāng)比例控制有偏差存在時(shí)，輸出信號(hào)將隨時(shí)間增長(zhǎng)（或減?。．?dāng)偏差為零時(shí)，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(wú)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(hào)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(jì)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(shí)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(dòng)執(zhí)行器的組成部分和分類(lèi)。氣動(dòng)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(lèi)：薄膜式，活塞式，長(zhǎng)行程控制機(jī)構(gòu)分類(lèi)：（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(shí)得到的流量特性稱(chēng)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(shí)的流量特性稱(chēng)為工作流量特性。3氣開(kāi)閥、氣關(guān)閥、執(zhí)行器。有壓力信號(hào)時(shí)閥關(guān)、無(wú)信號(hào)壓力時(shí)閥開(kāi)的為氣關(guān)式。反之，為氣開(kāi)式接收控制器送來(lái)的控制信號(hào)，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(kāi)閥和氣關(guān)閥選擇的原則。氣開(kāi)

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(hào)壓力中斷時(shí)，應(yīng)保證設(shè)備和操作人員的安全。如果閥處于打開(kāi)位置時(shí)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(shí)，閥門(mén)能自動(dòng)打開(kāi)，保證安全。反之閥處于關(guān)閉時(shí)危害性小，則應(yīng)選用氣開(kāi)閥。組合方式圖表6-1組合方式表序號(hào)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制閥氣動(dòng)執(zhí)行器(a)正正氣關(guān)(正)(b)正反氣開(kāi)(反)(c)反正氣開(kāi)(反)(d)反反氣關(guān)(正)第七章簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)1何為簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)及簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的典型方塊圖。簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)通常是指由一個(gè)測(cè)量元件、變送器、一個(gè)控制器、一個(gè)控制閥和一個(gè)對(duì)象所構(gòu)成的單閉環(huán)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)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(guò)程中較重要的變量工藝操作過(guò)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(wú)法獲得直接指標(biāo)信號(hào)，或其測(cè)量和變送信號(hào)滯后很大時(shí)，可選擇與直接 指標(biāo)有單值對(duì)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(cè)量出來(lái)，并具有足夠大的靈敏度。(5) 選擇被控變量時(shí)，必須考慮工藝合理性和國(guó)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(duì)被控變量的影響更加靈敏。C3)在選擇操