完整化工儀表與自動化的課后答案

1、第一章自動控制系統(tǒng)基本概念2 .化工自動化主要包括哪些內容？答:化工生產過程自動化，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內容3 .閉環(huán)控制系統(tǒng)與開環(huán)控制系統(tǒng)有什么不同？答.閉環(huán)控制系統(tǒng)具有負反饋到輸入端的能力，它可以隨時了解被控對象的情況，有針對地根據(jù)被控變量的變化情況而改變控制作用的大小和方向，從而使系統(tǒng)的工作狀態(tài)始終等于或接近于所希望的狀態(tài)。而開環(huán)控制系統(tǒng)，被控變量的情況是不反饋到輸入端的。4 .自動控制系統(tǒng)主要由哪些環(huán)節(jié)組成？答:主要環(huán)節(jié)有，被控變量，測量元件和變送器，控制器，控制閥（執(zhí)行器）。12.什么是負反饋？負反饋在自定控制系統(tǒng)中有什么重要意義？答:把系統(tǒng)（或環(huán)節(jié)

2、）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，并能夠使原來的信號減弱的做法叫做負反饋。自動控制系統(tǒng)由于具備負反饋作用，可以隨時了解被控對象的情況，有針對地根據(jù)被控變量的變化情況使反饋信號升高，經(jīng)過比較，到控制器去的偏差信號將降低，此時控制器將發(fā)出信號而使控制閥的開度發(fā)生變化，變化的方向為負，從而使被控變量下降到給定值，這樣就達到了控制的目的。15.按給定值的不同，自動控制系統(tǒng)可分為哪幾類？答：定值控制系統(tǒng)，隨動控制系統(tǒng)（自動跟蹤系統(tǒng)），程序控制系統(tǒng)（順序控制系統(tǒng)）。20.自動控制系統(tǒng)衰減振蕩過渡過程的品質指標有哪些？影響這些品質指標的因素是什么？答:衰減振蕩過程的品質指標主要有：最大偏差、衰

3、減比、余差、過渡時間、振蕩周期（或頻率）等。影響因素：很大程度上決定于對象的性質，例如溫控系統(tǒng)中，屬于對象性質的主要素有，換熱器的負荷大小，換熱器的結構，尺寸，材質，換熱器內的換熱情況，散熱情況及結垢程度等。自動化裝置的選擇和調整不當，也會直接影響控制質量。22.略，各自下去弄懂。第二章過程特性及其數(shù)學模型1.什么是對象特性？為什么要研究對象特性？答對象特性是指被控對象及系統(tǒng)中的各類裝備的特有性質規(guī)律。研究對象特性是因為在自動化裝置來模擬人工操作時，必須了解對象的特性，才能根據(jù)工藝對控制質量的要求，設計合理的操作系統(tǒng)，選擇合適的被控變量和操縱變量，選用合適的測量元件和控制器。在控制系統(tǒng)投入運行

4、時，也要根據(jù)對象特性來選擇合適控制器參數(shù)，使系統(tǒng)正常運行。4.建立對象的數(shù)學模型有哪兩類主要方法？答：有如下兩類方法：機理建模，根據(jù)對象或生產過程的內部機理，列出各種有關的平衡方程，從而獲取對象的數(shù)學模型。實驗建模，就是在所要研究的對象上，加上人為的輸入作用，然后人為的記錄表征對象特性的物理量隨時間變化的規(guī)律，的一系列的實驗數(shù)據(jù)。對數(shù)據(jù)進一步的處理得到對象的數(shù)學模型。8.反應對象特征的參數(shù)有哪些？各有什么物理意義？他們對自動控制系統(tǒng)有什么影響？答：參數(shù)有三個：1放大系數(shù)K;2時間常數(shù)T;3滯后時間t。物理意義：1K值：等于對象重新穩(wěn)定后的輸出變化量與輸入變量之比，是對象的放大系數(shù)，表示對象受到

5、輸入作用后，重新達到平衡狀態(tài)時的性能，是不隨時間而變的。放大系數(shù)越大，被控變量對這個量的變化就越是敏感，這在選擇自動控制方案時需要考慮。2時間常數(shù)T:當對象受到階躍輸入作用后，被控變量如果保持初始的速度變化，達到新的穩(wěn)定值，所需的時間就是時間常數(shù)，可是實際上被控變量的變化是越來越小的。所以被控變量變化到新的穩(wěn)態(tài)值所需要的時間比T長很多。3滯后時間to自動控制系統(tǒng)中，滯后的存在是不利于控制的。即系統(tǒng)受到干擾作用后，由于存在滯后，被控變量不能立即反應出來，于是就不能及時的產生控制作用，整個系統(tǒng)的控制質量就會受到嚴重的影響。10.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

6、象的純滯后一般是由于介質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，會使控制作用不及時，造成被控變量的最大偏差增加，控制質量下降，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。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。容量滯后制藥過程控制原理與儀表增加，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)的控制質量有所提高，但時間常數(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，否則都會影響控制質量。在

7、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較平穩(wěn)，一般是有利于控制的。補充：通過方框圖和方程求傳遞函數(shù)略AfV*弟二早檢測儀表與傳感器1 .什么叫測量過程？答測量過程實質上都是將被測參數(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工具，即測量儀表將被測參數(shù)經(jīng)過一次或多次的信號能量形式的轉換，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 .何謂測量誤差？測量誤差的表示方法主要有哪兩種？各是什么意義？答：測量誤差是指由儀表讀得的被測值與被測量真值之間存在的差距。測量誤差的兩種表示方法是絕對誤差和相對誤差絕對誤差是指儀表指示值和被測量得真值之間的差

8、值相對誤差是某一點的絕對誤差與標準表在這一點的指示值之比。3 .何謂儀表的相對百分誤差和允許的相對百分誤差？答：工業(yè)上經(jīng)常將絕對誤差折合成儀表測量范圍的百分數(shù)表示，稱為相對百分誤差6,即5,測量范圍上限值r測量范闈卜限值X1°0%（儀表的測量范圍上限值與下限值之差，稱為該儀表的量程。）根據(jù)儀表的使用要求，規(guī)定一個在正常情況下允許的最大誤差，這個允許的最大誤差就叫允許誤差。允許誤差一般用相對百分誤差來表示，即某一臺儀表的允許誤差是指在規(guī)定的正常情況下允許的相對百分誤差的最大值，即用上彳建處的玨大電漕誤差值一九4.何謂儀表的精度等級?答：儀表的精度等級是由儀表允許的相對百分誤差規(guī)定的，將

9、儀表的允許相對誤差去掉“土”號及“”號，即為其精度等級。具體的有：0.005,0.02,0.05,0.1,0.2,0.4,0.5,1.0,1.5,2.5,4.07.什么叫壓力？表壓力，絕對壓力，負壓力（真空度）之間有何關系？答：壓力是垂直均勻地作用在單位面積上的力，它的法定計量單位是帕斯卡，簡稱帕，符號Pa。三種壓力間的關系圖略。27.壓力計安裝要注意什么問題？答：a.壓力計應安裝在易觀察和檢修的地方b. 安裝地點應力求避免震動和高溫影響c. 針對被測介質的不同性質，要采取相應的防熱，防腐，防凍，防堵等措施d. 壓力計的連接處應根據(jù)被測壓力的高低和介質性質，選擇適當?shù)牟牧献鳛槊芊鈮|片，以防泄漏

10、e. 當被測壓力較小，而壓力計與取壓口又不在同一高度時，對由此高度而引起的測量誤差應按Ap=±H均進行修正f. 為安全起見，測量高壓的壓力計除選用有通氣孔的外，安裝時表殼應向墻壁或無人通過之處，以防止發(fā)生意外29.試述化工生產中測量流量的意義。答：在化工和煉油生產過程中，為了有效地進行生產操作和控制，經(jīng)常需要測量生產過程中各種介質的流量，以便為生產操作和控制提供依據(jù)。同時為了進行經(jīng)濟核算，經(jīng)常要知道在一段時間內流過的介質總量。所以，介質流量是控制生產中優(yōu)質高產和安全生產及進行經(jīng)濟核算所必須的一個重要參數(shù)。41.橢圓齒輪流量計的特點是什么？在使用中要注意什么問題？答：橢圓齒輪流量計的特

11、點是：測量精度高、對流體黏度變化不敏感，特別適用于測量高黏度的流體流量，但要求被測介質干凈，不含固體顆粒，一般不宜在高溫或低溫下使用。使用橢圓齒輪流量計時，要特別注意被測介質的溫度不能大于流量計的使用溫度。因為溫度過高時，齒輪發(fā)生膨脹，有卡死的可能。止匕外，也應注意被測介質中不應含有固體顆粒和夾雜機械物，以免引起齒輪磨損或損壞。59.試述溫度測量儀表的種類有哪些？各使用在什場合？答：按照測量方式的不同，溫度測量儀表可以分為接觸式與非接觸式兩類。接觸式測溫時，測溫元件與被測對象接觸，依靠傳熱和對流進行熱交換。接觸式溫度計結構簡單、可靠，測量精度較高，但由于測溫元件與被測對象必須經(jīng)過充分的熱交換且

12、達到平衡后才能測量，測溫元件容易破壞被測對象的溫度場，且有可能與被測介質產生化學反應，同時帶來測溫過程的滯后現(xiàn)象。不適于測量熱容量小、極高溫和處于運動中的對象溫度，不適于直接對腐蝕性介質測量。非接觸式測溫時，測溫元件不與被測對象接觸，而是通過熱輻射進行熱交換，或測溫元件接收被測對象的部分熱輻射能，由熱輻射能大小推出被測對象的溫度。從原理上講測量范圍從超低溫到極高溫，不會破壞被測對象的溫度場。非接觸式測溫響應快，對被測對象擾動制藥過程控制原理與儀表小，可用于測量運動的被測對象和有強電磁干擾、強腐蝕的場合。但缺點是容易受到外界因素的擾動，測量誤差較大，且結構復雜，價格比較昂貴。62.用熱電偶測溫時

13、，為什么要進行冷端溫度補償？其冷端溫度補償?shù)姆椒ㄓ心膸追N？答：工業(yè)上常用的各種熱電偶的溫度-熱電式關系曲線是在冷端溫度保持為0c的情況下得到的，與它配套使用的儀表也是根據(jù)這一關系曲線進行刻度的。由于操作室的溫度往往高于0C,而且不恒定，這時熱電偶所產生的熱電式必然偏小，且測量值也隨著冷端溫度的變換而變化，這樣測量結果就會產生誤差。因此在應用熱電偶測量時。只有將冷端溫度保持為0c或進行一定的修正才能得出準確的測量結果方法：a.冷端溫度保持為0c的方法b.冷端溫度修正方法c.校正儀表零點法d.補償電橋法e補償電橋法第四章顯示儀表1 .顯示儀表分幾類？各有什么特點？顯示儀表分為三類：模擬式，數(shù)字式，

14、屏幕顯示。1模擬式顯示儀器的特點：測量速度很慢，精度較低，讀數(shù)容易造成多值性。結構簡單，工作可靠，價廉且又能反應出被測值的變化趨勢。2數(shù)字式顯示儀表的特點：測量速度快，精度高讀數(shù)直觀，對所測參數(shù)便于進行數(shù)值控制和數(shù)值打印記錄，將模擬信號轉化為數(shù)字量，便于和數(shù)字計算機或其他數(shù)字裝置聯(lián)用。3屏幕顯示顯示儀表的特點：將圖形，曲線，字符和數(shù)字直接在屏幕上顯示，功能強大，顯示集中且清晰。2 .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（即外阻）值的變化，對電子電位差計的測量有無影響？為什么?答：圖4-1是自動電子電位差計的簡單原理圖。當熱電勢Et與已知的直流壓降相比較時,若日才現(xiàn)，其比較之后的

15、差值（即不平衡信號）經(jīng)放大器放大后，輸出足以驅動可逆電機的功率，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，可逆電機不再轉動，測量線路就達到了平衡，這樣Ecb就可以圖4-1電子電位差計原理圖由此可知，電子電位差計是利用已知的電壓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。3 .與熱電偶配套的自動電子電位差計是如何進行溫度補償?shù)?？答：R2是用銅絲繞制而成的，讓R2與熱電偶冷端處于同溫度。因此銅電阻的阻值隨著溫度的

16、升高而增加，則R2上的電位也增加。然而熱電偶的熱電勢卻隨冷端溫度的升高而降低。若配置得當，就可以達到溫度補償?shù)哪康摹?0.數(shù)字式顯示儀表主要由哪幾部分組成？各部分有何作用？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）轉換、標度變換、數(shù)字顯示、電壓/電流（V/I）轉換及各種控制電路等部分。信號變換電路是為了將生產過程中的工藝變量經(jīng)過檢測變送后的信號，轉換成相應的電壓或電流值；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換成相應的流量值；A/D轉換是為了將模擬量轉換成

17、斷續(xù)變化的數(shù)字量；標度變換電路實質上就是進行比例尺的變更，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)字顯示部分就是被測數(shù)據(jù)以數(shù)字形式顯示出來；V/I轉換電路是為了將電壓信號轉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)律進行運算，輸出控制信號。第五章自動控制儀表1 .什么是控制器的控制規(guī)律？控制器有哪些基本控制規(guī)律？答：控制規(guī)律是指控制器的輸出信號與輸入信號之間的關系，基本控制規(guī)律有：位式控制、比例控制（P）、積分控制（I）、微分控制（D）、及比例積分控制（pi）、比例微分控制（PD）、和比例微積分控制（PID）。2 .雙位控制規(guī)彳t是怎樣的/?有何優(yōu)缺點？答：控制規(guī)律是

18、：當測量值大于給定值時，控制器的輸出為最大（或最小），而當測量值小于給定值時，則輸出為最?。ɑ蜃畲螅翱刂破髦挥袃蓚€輸出值，相應的控制機構又只有開或關兩個極限位置。優(yōu)點：結構簡單、成本較低、易于實現(xiàn)。缺點：非連續(xù)控制被控變量不可避免的產生持續(xù)的等幅振蕩過程。3 .比例控制規(guī)律是怎樣的？什么是比例控制的余差？為什么是比例控制會產生余差？答：規(guī)律是控制器的輸出值與被控變量的偏差成比例，根據(jù)偏差的大小，控制閥可以處于不同的位置。控制過程結束時，被控變量的新穩(wěn)態(tài)低于給定值，他們之間的差就叫余差。余差產生的原因：余差是比例控制規(guī)律的必然結果。以水位控制為例進行說明，當一平衡系統(tǒng)的出水量突然增大時，液位

19、會隨即下降，陰氣進水量的增加，只有的當進水量增加到與出水量相等時才能重新建立平衡，也為不再變化，且一定低于原來的液位。7.試寫出積分控制規(guī)律的數(shù)學表達式，為什么積分控制能消除余差？答：P=K可出，當即a時，P=K1At由關系式可知，輸出信號與時間關系為一條直線，當有偏差存在時輸出信號將隨時間增加或減少，只有當偏差為零時，輸出才停止變化而穩(wěn)定在某一值上，因而積分控制能消除余差。11試寫出比例積分微分（PID）三作用控制規(guī)律的數(shù)學表達式。1dep=Kp（e一edtTd）答；Tdt即有階躍信號輸入時，輸出為比例、積分和微分三部分輸出之和。16 .什么叫控制器的無擾動切換？答：使執(zhí)行器的位置在切換過程

20、中不至于突變，不會對生產過程引起附加的擾動，這就是無擾動切換。17 .數(shù)字式控制器的主要特點是什么？答：數(shù)字式控制器的主要特點有實現(xiàn)了模擬儀表與計算機一體化；具有豐富的運算控制功能；使用靈活方便，通用性強；具有通訊功能，便于系統(tǒng)擴展；可靠性高，維護方便。20 .試簡述PLC的分類。答：按容量分可分為：（1）小型PLCI/O點總數(shù)一般為20128點（2）中型PLCI/O點總數(shù)通常為129512點，內存在8k以下（3）大型PLCI/O點總數(shù)在513點以上按硬件結構可分為：（1）整體式PLC將PLC各組成部分集裝在一個機殼內（2）模塊式PLC輸入/輸出點數(shù)較多的大中型和部分小型PLC采用模塊式結構。

21、（3）疊裝式PLC21 .PLC主要由哪幾部分組成？答：主要由1.中央處理器2.存儲器3.輸入輸出模塊4.編程器組成。第六章執(zhí)行器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)行機構和控制機構（閥）兩部分組成。執(zhí)行機構是執(zhí)行器的推動裝置，它根據(jù)控制信號（由控制器來）壓力的大小產生相應的推力，推動控制機構動作，所以它是將信號壓力的大小轉換為閥桿位移的裝置?？刂茩C構是指控制閥，它是執(zhí)行器的控制部分，它直接與被控介質接觸，控制流體的流量，所以它是將閥桿的位移轉換為流過閥的流量的裝置。2 .試問控制閥的結構有哪些主要類型？各使用在什么場合？答：（1）直通單座控制閥：應用在小口徑、低

22、壓差的場合。（2）直通雙座控制閥：常用類型（3）角形控制閥：適用于現(xiàn)場管道要求直角連接，介質為高粘度、高壓差和含有少量懸浮物和固體顆粒狀的場合。（4）三通控制閥：可代替兩個直通閥，適用于配比控制與旁路控制。（5）隔膜控制閥：適用于強酸、強堿、強腐蝕性介質的控制，也能用于高粘度及懸浮顆粒狀介質的控制。（6）蝶閥：大口徑，大流量，低壓差的場合，也可以用于含少量纖維或懸浮顆粒狀介質的控制。（7）球閥：適用于高粘度和污穢介質的控制。（8）凸輪撓曲閥:適用于高粘度或帶有懸浮物的介質流量控制。（9）籠式閥：特別適用于要求低噪聲及壓差較大的場合。（10）小流量閥：適用于小流量的精密控制。（11）超高壓閥：適

23、用于高靜壓、高壓差的場合。11.什么叫氣動執(zhí)行器的氣開式與氣關式？其選擇原則是什么？答：有壓力信號時閥關、無信號壓力時閥開的為氣關式，反之為氣開式。選擇原則：信號壓力中斷時，應保證設備和操作人員的安全，如果閥處于打開位置時危險性小，則應選用氣關式，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，反之閥處于關閉時危險性小，則使用氣開閥。18.電動執(zhí)行器有哪幾種類型？各使用在什么場合？答：（1）角行程：適用于操縱蝶閥、擋板之類的旋轉式控制閥。（2）直行程：適用于操縱單座、雙座、三通等各種控制閥及其他直線式控制機構。（3）多轉式：主要用來開啟和關閉閘閥、截止閥等多轉式閥門，多用于就地操作和

24、遙控。第七章簡單控制系統(tǒng)1.簡單控制系統(tǒng)由哪幾部分組成？各部分的作用是什么？答：所謂的簡單控制系統(tǒng)，通常是指有一個測量元件，變送器，一個控制器，一個控制閥和一個對象所構成的單閉環(huán)控制系統(tǒng)，因此也稱為單回路控制系統(tǒng).檢測變送裝置的作用是檢測被控變量的變化并將它轉換為一種特定的輸出信號；控制器的作用是接收檢測變送裝置的測量信號，與給定值相比較得出偏差，并按某種運算規(guī)律算出結果送往執(zhí)行器；執(zhí)行器能自動地根據(jù)控制器送來的控制信號來改變操縱變量的數(shù)值，以達到控制被控變量的目的；被控對象是指需要控制其工藝參數(shù)的生產過程、設備或裝置等。4.什么叫直接指標控制和間接指標控制？答：如果被控變量本身就是需要控制的工藝指標（溫度、壓力、流量、液位、成分等），則稱為直接指標控制；如果工藝是按質量指標進行操作的，照理應以產品質量作為被控變量進行控制，但有時缺乏各種合適的獲取質量信號的檢測手段，或雖能檢測，但信號很微弱或滯后很大，這時刻選擇與直接質量指標有單值對應關系而反應又快的另一變量，如溫度、壓力等作為間接控制指標，進行間接指標控制。5.被控變量的選擇原則是什么？答：被控變量的正確選擇是關系到系統(tǒng)能否達到預期控制效果的重要