化工儀表及自動(dòng)化作業(yè)參考答案

第一章自動(dòng)控制系統(tǒng)基本概念？它有什么重要意義？答:地進(jìn)行，這種用自動(dòng)化裝置來(lái)管理化工生產(chǎn)過(guò)程的辦法，稱為化工自動(dòng)化。安全，為逐步地消滅體力勞動(dòng)和腦力勞動(dòng)之間的差別創(chuàng)造條件。？答:化工生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化，一般包括自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)操縱、自動(dòng)保護(hù)和自動(dòng)控制等方面的內(nèi)容。各組成環(huán)節(jié)起什么作用？答:它包括檢測(cè)元件及變送器、控制器、執(zhí)行器等；另一部分是受自動(dòng)化裝置控制的被控對(duì)象。如氣壓的信號(hào)(如氣壓信號(hào)或電流信號(hào))發(fā)送給執(zhí)行器,執(zhí)行器能自動(dòng)地根據(jù)控制器送來(lái)的信號(hào)值相應(yīng)地改變流人(或流出被控變量的物料量或能量，克服擾動(dòng)的影響，最終實(shí)現(xiàn)控制要求。什么叫操縱變量？受控制器操縱的，用以克服干擾的影響，使被控變量保持設(shè)定值的物料量或能量。（制作用的變量叫做操縱變量）閉環(huán)控制系統(tǒng)與開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)有什么不同？答自動(dòng)控制系統(tǒng)按其基本結(jié)構(gòu)形式可分為閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)和開(kāi)環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)。1-1(即是一1-1,(b)()通過(guò)被控對(duì)象去影響被控變量，而被控變量又通過(guò)自動(dòng)控制裝置去影響操縱變量。從信號(hào)傳遞關(guān)系上看，構(gòu)成了一個(gè)閉合回路。(b)圖1-1 閉環(huán)自動(dòng)控制基本結(jié)構(gòu)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)是指控制器與被控對(duì)象之間只有順向控制而沒(méi)有反向聯(lián)系的自動(dòng)控制系統(tǒng)。即操縱變量未構(gòu)成閉合回路。1-2(蒸汽流量)1-2化情況產(chǎn)生相應(yīng)控制作用，進(jìn)而改變被控變量。第第PAGE14頁(yè)制藥過(guò)程控制原理與儀表(a)按設(shè)定值進(jìn)行控制的開(kāi)環(huán)系統(tǒng) (b)按擾動(dòng)進(jìn)行控制的開(kāi)環(huán)系統(tǒng)圖1-2開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)要。什么是反饋？什么是正反饋和負(fù)反饋？答:把系統(tǒng)(或環(huán)節(jié))的輸出信號(hào)直接或經(jīng)過(guò)一些環(huán)節(jié)重新引回到輸人端的做法叫做反饋。反饋信號(hào)的作用方向與設(shè)定信號(hào)相反，即偏差信號(hào)為兩者之差，這種反饋叫做負(fù)反饋；反之為正反饋。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(dòng)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(dòng)態(tài)？答:(設(shè)定值和干擾)及輸出(被控變量)都保持不變，系統(tǒng)內(nèi)各組成環(huán)節(jié)都不改變其原來(lái)的狀映的是相對(duì)平衡狀態(tài)。建立平衡，在這段時(shí)間中整個(gè)系統(tǒng)都處于變動(dòng)狀態(tài)中。控制系統(tǒng)運(yùn)行的基本要求是什么？答:能指標(biāo)，但最基本的要求是穩(wěn)定的，也就是說(shuō)系統(tǒng)投人運(yùn)行后，被控變量不致失控而發(fā)散。在階躍擾動(dòng)作用下，自動(dòng)控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程有哪些基本形式？哪些過(guò)渡過(guò)程能基本滿足控制要求？答:。一般不采用。只有當(dāng)生產(chǎn)工藝不允許被控變量振蕩時(shí)才考慮采用這種形式的過(guò)渡過(guò)程。衰減振蕩過(guò)程的品質(zhì)指標(biāo)有哪些？答:衰減振蕩過(guò)程的品質(zhì)指標(biāo)主要有：最大偏差、衰減比、余差、過(guò)渡時(shí)間、振蕩周期(或頻率)等。12、什么是傳遞函數(shù)？答:對(duì)于如圖1-6所示的線性系統(tǒng)，在初始條件為零時(shí)，它的輸出與輸入的拉普拉斯式之比，即系統(tǒng)在Y(s)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) X(s)圖1-6 系統(tǒng)的輸人輸出關(guān)系第二節(jié)例題分析數(shù)值上。圖1-9是一個(gè)簡(jiǎn)化的丙烯冷卻器溫度控制系統(tǒng)。被冷卻的物料是乙烯裂解氣，其溫度要求控制在(15±1.5)℃。如果溫度太高，冷卻后的氣體會(huì)包含過(guò)多的水分，對(duì)生產(chǎn)造成有害影響；如果溫度太低，乙制藥過(guò)程控制原理與儀表烯裂解氣會(huì)產(chǎn)生結(jié)晶析出，堵塞管道。圖1-9丙烯冷卻器溫度控制系統(tǒng)示意圖(1)指出系統(tǒng)中被控對(duì)象、被控變量和操縱變量各是什么？試畫(huà)出該控制系統(tǒng)的組成方塊圖。1-9及它的方塊圖，說(shuō)明操縱變量的信號(hào)流向與物料的實(shí)際流動(dòng)方向不同。解變量為氣態(tài)丙烯的流量。1-10所示。圖1-10丙烯冷卻器溫度控制系統(tǒng)方塊圖注：θ為乙烯裂解氣的出口溫度為乙烯裂解氣的出口溫度設(shè)定值sp1-9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(hào)的流向是指向丙烯冷卻器的。(900±10)超過(guò)80℃?，F(xiàn)設(shè)計(jì)的溫度定值控制系統(tǒng)，在最大階躍干擾作用下的過(guò)渡過(guò)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(guò)渡過(guò)程品質(zhì)指標(biāo)，并說(shuō)明該控制系統(tǒng)是否滿足題中的工藝要求。圖1-13 過(guò)渡過(guò)程曲線解由過(guò)渡過(guò)程曲線可知最大偏差A(yù)=950-900=50℃衰減比 第一個(gè)波峰值B=950-908=42℃第二個(gè)波峰值B'=918-908=10℃衰減比n=42:10=4.2振蕩周期T=45-9=36min余差 過(guò)渡時(shí)間為47min。由于最大偏差為50℃，不超過(guò)80℃，故滿足題中關(guān)于最大偏差的工藝要求。制藥過(guò)程控制原理與儀表第三節(jié)習(xí) 題2.鍋爐是化工、煉油等企業(yè)中常見(jiàn)的主要設(shè)備。汽包水位是影響蒸汽質(zhì)量及鍋爐安全的一個(gè)十分重要1-27是一類簡(jiǎn)單鍋爐汽包水位控制示意圖，要求：畫(huà)出該控制系統(tǒng)方塊圖；指出該系統(tǒng)中被控對(duì)象、被控變量、操縱變量、擾動(dòng)變量各是什么？圖1-27 鍋爐汽包水位控制示意圖答：(1)鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)方塊圖如圖1-36所示。圖1-36鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)方塊圖0注：h為鍋爐汽包水位；h為鍋爐汽包水位設(shè)定值0(2)被控對(duì)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(dòng)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(dòng)作用下的過(guò)渡過(guò)程曲線。(1)指出每種過(guò)程曲線的名稱；(2)試指出哪些過(guò)程曲線能基本滿足控制要求？哪些不能？為什么？(a) (b) (c) (d)圖1-31 過(guò)渡過(guò)程曲線答：(a)發(fā)散振蕩。(b)，(c)(b),對(duì)應(yīng)的過(guò)渡過(guò)程是穩(wěn)定的。8.某化學(xué)反應(yīng)器工藝規(guī)定操作溫度為(800±10)℃。為確保生產(chǎn)安全，控制中溫度最高不得超過(guò)850℃。現(xiàn)運(yùn)行的溫度控制系統(tǒng)，在最大階躍擾動(dòng)下的過(guò)渡過(guò)程曲線如圖1-33所示。(±2)和振蕩周期。說(shuō)明此溫度控制系統(tǒng)是否滿足工藝要求。制藥過(guò)程控制原理與儀表答：最大偏差：A=45℃。余差：C=5℃。衰減比：n=4:1。過(guò)渡時(shí)間：Ts=25min。振蕩周期：T=13min。該系統(tǒng)滿足正藝要求。

圖1-33 溫度控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程曲線第二章過(guò)程特性及其數(shù)學(xué)模型一. 問(wèn)題解答？什么是被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型？答:過(guò)擾動(dòng)通道對(duì)被控變量的影響。定量地表達(dá)對(duì)象輸人輸出關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式，稱為該對(duì)象的數(shù)學(xué)模型。在反饋控制系統(tǒng)中它們是怎樣影響被控變量的？答:被控變量變化的通道稱干擾通道，由控制變量影響被控變量變化的通道稱控制通道，如圖2-1所示。圖2-1干擾輸人變量、控制輸人變量與對(duì)象輸出變量之間的關(guān)系(即操縱變量)通過(guò)控制通道，力圖()上。簡(jiǎn)述建立對(duì)象數(shù)學(xué)模型的主要方法。答:起來(lái)，稱為混合建模。穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型與動(dòng)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(duì)象在穩(wěn)態(tài)時(shí)的輸入量與輸出量之間的關(guān)系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(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型在對(duì)象達(dá)到平衡時(shí)的特例。為什么說(shuō)放大系數(shù)KTτ答:放大系數(shù)K反映的是對(duì)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(duì)象靜態(tài)特性的參數(shù)。時(shí)間常數(shù)T 是指當(dāng)對(duì)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(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值需的時(shí)是反映被控變量變化快慢的參數(shù)，因此它是對(duì)象的一個(gè)重要的動(dòng)態(tài)參數(shù)。反映對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的重要參數(shù)。計(jì)？

制藥過(guò)程控制原理與儀表答:應(yīng)用對(duì)象的輸人輸出的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)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(shí)。在已知對(duì)象數(shù)學(xué)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)，稱為參數(shù)估計(jì)。對(duì)控制過(guò)程有什么影響？答如果存在純滯后，相當(dāng)于將擾動(dòng)推遲一段時(shí)間才進(jìn)入系統(tǒng)，并不影響控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)。象的時(shí)間常數(shù)TT控變量的影響比較平穩(wěn)，一般是有利于控制的。二. 例題分析已知一個(gè)具有純滯后的一階過(guò)程的時(shí)間常數(shù)為4min，放大系數(shù)為10，純滯后時(shí)間為lmin該過(guò)程特性的一階微分方程式。解y(t)x(t)lmin，假定方程式中的時(shí)間量綱為min，則微分方程式為4dy(ty(t10x(t)dt已知一個(gè)對(duì)象為具有純滯后的一階特性，其時(shí)間常數(shù)為5，放大系數(shù)為10，純滯后時(shí)間為(1)試寫出描述該對(duì)象的微分方程；(2)求出描述該對(duì)象的傳遞函數(shù)。解(1)與題6類似，該對(duì)象的微分方程式數(shù)學(xué)模型為5dy(t2)y(t2)10x(t) [1]dt式中y表示輸出變量，x表示輸入變量。(2)將式[1]在零初始條件下，兩端都取拉普拉斯變換，則有5sY(s)e2sY(s)e2s10X(s)則對(duì)象的傳遞函數(shù)為一. 問(wèn)題解答？

Y(s) 10 G(s) e2 X(s) 5s1第三章檢測(cè)儀表與傳感器答測(cè)量過(guò)程實(shí)質(zhì)上都是將被測(cè)參數(shù)與其相應(yīng)的測(cè)量單位進(jìn)行比較的過(guò)程。一般它都是利用專門的技量形式，并由指針位移或數(shù)字形式顯示出來(lái)。何謂儀表的精度等級(jí)？答在使用儀表測(cè)量生產(chǎn)過(guò)程中的工藝變量時(shí)，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(jí)是按國(guó)家統(tǒng)一規(guī)定的允許誤差大小來(lái)劃分成若干等級(jí)的。儀表精度等級(jí)數(shù)值越小，說(shuō)2.5，4.0號(hào)及去掉后的數(shù)值，以一定的符號(hào)形式表1.01.1.03.電動(dòng)模擬式變送器、數(shù)字式變送器二者的輸出信號(hào)有什么不同？答II0~10mADDZ-III4~20mADC(總線)上傳輸，但它們必須遵循共同的通信規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。制藥過(guò)程控制原理與儀表11.電動(dòng)模擬式變送器的電源和輸出信號(hào)的連接方式有哪幾種？目前在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)最常見(jiàn)的是哪一種？答電動(dòng)模擬式變送器傳輸電源和輸出信號(hào)有四線制和二線制兩種連接方式。目前大多數(shù)變送器均為二線制連接方式。？各基于什么原理？答彈性式電氣式活塞式測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成活塞上所加平衡祛碼的質(zhì)量來(lái)進(jìn)行測(cè)量的。？各有什么特點(diǎn)？答，可分單圈彈簧管與多圈彈簧管，它們的測(cè)壓范圍較寬，最高可測(cè)量高達(dá)1000MPa，這種彈性元件易變形，常用于微壓與低壓的測(cè)量。24.體積流量、質(zhì)量流量、瞬時(shí)流量、累積流量的含義各是什么？答流量通常是指單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)管道某截面的流體的數(shù)量，也就是所謂的瞬時(shí)流量；在某一段時(shí)間內(nèi)流過(guò)流體的總和，稱為總量或累積流量。以體積表示的瞬時(shí)流量稱為體積流量，以質(zhì)量表示的瞬時(shí)流量稱為質(zhì)量流量。？流體經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)為什么會(huì)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(dòng)時(shí)，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。然引起靜壓能變化，所以在流體流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)必然會(huì)產(chǎn)生靜壓差。試述差壓式流量計(jì)測(cè)量流量的原理。并說(shuō)明哪些因素對(duì)差壓式流量計(jì)的流量測(cè)量有影響？答算出流過(guò)的流量值，這就是差壓式流量計(jì)測(cè)量流量的原理。()，當(dāng)以上這些條件改變時(shí)都會(huì)影響流量的測(cè)量。答按其工作原理主要有下列幾種類型。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(cè)量中，如何判斷“正遷移”和“負(fù)遷移”？答H=0△p>0“”H=0時(shí)，△p<O“”。50.熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的作用是什么？在選擇使用補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)需要注意什么問(wèn)題？答茬實(shí)際應(yīng)用中，由于熱電偶的工作端與冷端離得很近，而且冷端又暴露在空間，易受到周圍環(huán)境溫度波動(dòng)的影響，因而冷端溫度難以保持恒定。當(dāng)然也可以把熱電偶做得很長(zhǎng)，使冷端遠(yuǎn)離工作端，但是這樣做會(huì)多消耗許多貴重金屬材料。解決這一問(wèn)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(lái)，這種?！啊?。100℃。52.用熱電偶測(cè)溫時(shí)，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？答冷端溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ幸韵聨追N：(1)冷端溫度保持為0℃的方法；(2)冷端溫度修正方法；(3)校正儀表零點(diǎn)法；(4)補(bǔ)償電橋法；(5)補(bǔ)償熱電偶法。56.試述DDZ-III型溫度變送器的用途。1~5V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1~5V4~20mA和1~5V的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，又可與具有毫伏輸出的各種變送器配合，使其轉(zhuǎn)換成4~20mA和的統(tǒng)一輸出信號(hào)。然后，它和顯示單元、控制單元配合，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度及其他各種參數(shù)進(jìn)行顯示、控制。制藥過(guò)程控制原理與儀表二. 例題分析0~10MPa，經(jīng)校驗(yàn)得出下列數(shù)據(jù)：被校表讀數(shù)/MPa0246810標(biāo)準(zhǔn)表正行程讀數(shù)/MPa01.983.965.947.979.99標(biāo)準(zhǔn)被校表反行程讀數(shù)/MPa02.024.036.068.0310.01求出該壓力表的變差；1.0級(jí)精度？解(1)()6MPa6.06-5.94=0.12(MPa)。變差最大絕對(duì)差值100%

0.12

100%1.2%量程 100(2)由于該表的變差已超過(guò)1.0級(jí)表的允許誤差，故不符合1.0級(jí)精度。0~1MPa1級(jí)，試問(wèn)此壓力表允許的最大絕對(duì)誤差是多少？若用標(biāo)準(zhǔn)壓力計(jì)來(lái)校驗(yàn)該壓力表，在校驗(yàn)點(diǎn)為0.5MPa時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)壓力計(jì)上讀數(shù)為0.508MPa1級(jí)精度，為什么？解最大絕對(duì)誤差

max

0)1%0.01(MPa)在0.5MPa處，校驗(yàn)得到的絕對(duì)誤差為0.508-0.5=0.008(MPa)，此值小于該壓力表的允許最大絕對(duì)誤差，故在這一校驗(yàn)點(diǎn)符合1級(jí)精度。0.8MPa0.01MPa0~1.6MPa度為1級(jí)的壓力表來(lái)進(jìn)行測(cè)量，問(wèn)能否符合工藝上的誤差要求？若采用一臺(tái)測(cè)量范圍為0~1.0MPa，精度1級(jí)的壓力表，問(wèn)能符合誤差要求嗎？試說(shuō)明其理由。解測(cè)量范圍為0~1.6MPa，精度為1級(jí)的壓力表的允許最大絕對(duì)誤差為(1.60)1%0.016(MPa)已經(jīng)超出了工藝上允許的最大絕對(duì)誤差，故不能符合工藝上的誤差要求。若采用一臺(tái)測(cè)量范圍為0~1.0MPa，精度為1級(jí)的壓力表，這時(shí)允許的最大絕對(duì)誤差為(1.00)1%0.01(MPa)故能符合工藝上的誤差要求。0~100m3/h試問(wèn)選擇何種精度等級(jí)的流量計(jì)才能滿足要求？解工藝上允許的相對(duì)百分誤差為 0.6100%1000因此選擇0.5級(jí)精度的流量計(jì)才能滿足要求。0~1600℃和0~1000℃的1.01.00.5級(jí)的兩臺(tái)溫度變送器，那么又應(yīng)該選擇哪臺(tái)儀表更合適？試說(shuō)明理由。解對(duì)于量程為0~1600℃和0~1000℃的l.0級(jí)儀表，其允許的最大絕對(duì)誤差分別為：(1600-0)×1%=16(℃)和(1000-0)×1%=10(℃)0~1600℃量程的儀表其絕對(duì)誤差已經(jīng)超出了工藝上允，故不能選用。另外，對(duì)于最高溫度僅為7000~16000~10001.0。0~10001.00.51.0級(jí)的更也比較方便。0~500℃的溫度計(jì)出廠前經(jīng)過(guò)校驗(yàn)，其刻度標(biāo)尺各點(diǎn)的測(cè)量結(jié)果值為標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)/℃0100200300400500被校表讀數(shù)/℃0103198303406495求出儀表最大絕對(duì)誤差值；確定儀表的允許誤差及精度等級(jí)；級(jí)？制藥過(guò)程控制原理與儀表解(1)首先計(jì)算出各點(diǎn)的絕對(duì)誤差，找出其中的最大絕對(duì)誤差是在400℃這一點(diǎn)，其值為 4064006(℃)；max(2)

max

100% 6 100%1.21.5級(jí)；允 量程 5000(3)當(dāng)儀表最大絕對(duì)誤差變?yōu)椤?℃后，相對(duì)百分誤差

8500

100%1.6%，已經(jīng)超過(guò)了1.5級(jí)儀表的最大允許相對(duì)百分誤差1.5%，故已不符合儀表出廠時(shí)的精度要求。(±0.05MPa級(jí)，1.5級(jí)，2.5級(jí)，4.00~1.6MPa，0~2.5MPa，0~4.0MPa。試選擇壓力表的量程和精度。解量程是根據(jù)所要測(cè)量的工藝變量來(lái)確定的。在儀表精度等級(jí)一定的前提下適當(dāng)縮小量程，可以減小測(cè)量誤差，提高測(cè)量準(zhǔn)確性。一般而言，儀表的上限應(yīng)為被測(cè)工藝變量的4/3倍或3/2倍，若工藝變量波動(dòng)較大，例如測(cè)量泵的出口壓力，則相應(yīng)取為3/2倍或2倍。為了保證測(cè)量值的準(zhǔn)確度，通常被測(cè)工藝變量的值以不低于儀表全量程的1/3為宜。和維護(hù)越費(fèi)事。因此，在滿足工藝要求的前提下，應(yīng)盡可能選用準(zhǔn)確度較低、價(jià)廉耐用的儀表。當(dāng)往復(fù)泵的出口壓力為1.2MPa22.4MPa0~2.5MPa的彈簧管壓力表。由于出口壓力不低出2.5MPa故能保證測(cè)量值的準(zhǔn)確度。根據(jù)題意，允許的相對(duì)百分誤差0.05100%2%，故應(yīng)選擇的精度等級(jí)為1.5級(jí)。2.5某合成氨廠合成塔壓力控制指標(biāo)為14MPa，要求誤差不超過(guò)0.4MPa)。解由于合成塔內(nèi)的壓力比較平穩(wěn)，故壓力測(cè)量上限可選工作壓力的3/214×3/2=21(MPa)0~25MPa。根據(jù)所選量程和誤差要求，算得允許相對(duì)百分誤差 0.4 100%1.61.5級(jí)。250由于所測(cè)的介質(zhì)是氨氣，由產(chǎn)品目錄可選氨用壓力表YA-100。有一臺(tái)DDZ-III40kPa70kPa變送器的輸出信號(hào)分別是多少？解當(dāng)輸入為40kPa時(shí)，其輸出為I 0當(dāng)輸入為70kPa時(shí)，其輸出為I 0

204 (4020)48(mA)10020204 (7020)414(mA)100203-15所示的液位測(cè)量系統(tǒng)中采用雙法蘭差壓變送器來(lái)測(cè)量某介質(zhì)的液位。已知介質(zhì)液位的變化范圍h=0~950mm，介質(zhì)密度ρ=1200kg/m3，兩取壓口之間的高度差H=1200mm，變送器毛細(xì)管中填充的硅油密度為ρ=950kg/m3，試確定變送器的量程和遷移量。1圖3-15 液位測(cè)量系統(tǒng)制藥過(guò)程控制原理與儀表解p h g0.9512009.8111183.4(Pa)max max因此變送器量程可選0~16kPa。

g1.29509.8111183.4(Pa)1K熱電偶測(cè)某設(shè)備的溫度，測(cè)得的熱電勢(shì)為20mV()25℃，求設(shè)備的溫度？如果改用E熱電偶來(lái)測(cè)溫時(shí)，在相同的條件下，E熱電偶測(cè)得的熱電勢(shì)為多少？解((1)當(dāng)熱電勢(shì)為20mV時(shí)，此時(shí)冷端溫度為25℃，即E(t,t0

)20mV查表可得 E(t0

,0)E(25,0)1mV因?yàn)?E(t,0)E(t,t0

)E(t0

,0)201由此電勢(shì)，查表可得t=509℃，即設(shè)備溫度為509℃。(2)若改用E熱電偶來(lái)測(cè)溫時(shí)，此時(shí)冷端溫度仍為25℃。查表可得E(t,0)E(25,0)1.5mV0509

E(t,0)E(509,0)37.7mV因?yàn)?E(t,t)E(t,0)E(t,0)37.71.50 0即E熱電偶測(cè)得的熱電勢(shì)為36.2mV。22.測(cè)溫系統(tǒng)如圖3-17所示。請(qǐng)說(shuō)出這是工業(yè)上用的哪種溫度計(jì)？已知熱電偶的分度號(hào)為K，但錯(cuò)用與E配套的顯示儀表，當(dāng)儀表指示為160℃時(shí)，請(qǐng)計(jì)算實(shí)際溫度tx為多少度？(室溫為25℃)圖3-17 測(cè)溫系統(tǒng)圖解這是工業(yè)上用的熱電偶溫度計(jì)。查分度號(hào)E，可得160℃時(shí)的電勢(shì)為10501μV，這電勢(shì)實(shí)際上是由K熱電偶產(chǎn)生的，即E(t,25)10501Vx查分度號(hào)K，可得E(20,0)1000V，由此可見(jiàn)，E(tx

,0)E(tx

,25)E(25,0)10501100011501Vt由這個(gè)數(shù)值查分度號(hào)K，可得實(shí)際溫度=283℃。tx第四章顯示儀表一. 問(wèn)題解答1.有無(wú)影響？為什么？答圖4-1是自動(dòng)電子電位差計(jì)的簡(jiǎn)單原理圖。當(dāng)熱電勢(shì)E與已知的直流壓降相比較時(shí)，若E≠E ，t t CB(即不平衡信號(hào))經(jīng)放大器放大后，輸出足以驅(qū)動(dòng)可逆電機(jī)的功率，使可逆電機(jī)又通過(guò)一套傳動(dòng)系統(tǒng)去帶動(dòng)滑動(dòng)觸點(diǎn)C的移動(dòng)，直到E=E 時(shí)為止。這時(shí)放大器輸入端的輸入信號(hào)為零，可逆電t機(jī)不再轉(zhuǎn)動(dòng)，測(cè)量線路就達(dá)到了平衡，這樣ECB

CB就可以代表被測(cè)量的E值。t制藥過(guò)程控制原理與儀表4-1電子電位差計(jì)原理圖由此可知，電子電位差計(jì)是利用已知的電壓ECB

去補(bǔ)償未知的熱電勢(shì)Et

的，故是基于補(bǔ)償測(cè)量法工作的。由于當(dāng)E=Et CB會(huì)造成影響的。

時(shí)，熱電偶回路是沒(méi)有電流流過(guò)的，因此線路電阻值的變化，對(duì)電子電位差計(jì)的測(cè)量不數(shù)字式顯示儀表主要由哪幾部分組成？各部分有何作用？數(shù)(A/D(V/I)轉(zhuǎn)換及各種控制電路等部分。轉(zhuǎn)換是為了將模擬量轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換電路是為了將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成直流電流標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)；控制電路可以根據(jù)PID控制規(guī)律或其他控制規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算，輸出控制信號(hào)。的主要特點(diǎn)。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(jī)械傳動(dòng)、紙張和筆。其記錄信號(hào)是通過(guò)CPU來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)化和保存的，記錄信號(hào)可以根據(jù)需要在屏幕上進(jìn)一步處理。無(wú)紙記錄儀精度高，價(jià)格與一般記錄儀相仿。二.例題分析對(duì)于配有鎳鉻一鎳硅熱電偶，且標(biāo)尺始端為0℃的電子電位差計(jì)，當(dāng)熱電偶的熱端為0℃，冷端為時(shí)，問(wèn)這時(shí)應(yīng)指示多少度？輸人信號(hào)為多少？若熱端為0℃，冷端也為0℃時(shí)，這時(shí)應(yīng)指示多少度？輸人信號(hào)為多少？解因?yàn)樽詣?dòng)電子電位差計(jì)的冷端溫度補(bǔ)償是按冷端為25冷端溫度為2500℃時(shí)，25℃。4-7所示為一自動(dòng)平衡電橋的測(cè)量橋路示意圖，請(qǐng)問(wèn)在下列情況儀表的指針、起點(diǎn)溫度、量程會(huì)如何變化？為什么？(1)溫度升高；(2)儀表停電；(3)加大R;(4)減小R；(5)A線斷；(6)B線斷；(7)C線斷。6 54-7自動(dòng)平衡電橋解(1)當(dāng)溫度升高時(shí)，指針向Mt使電橋達(dá)到新的平衡。

增加，只有減小與Rt

串聯(lián)的電阻才能儀表停電時(shí)，指針隨撥隨停，因?yàn)榇藭r(shí)

=0，放大器沒(méi)有輸出信號(hào)。OD

，指針向M方向移動(dòng)，因?yàn)镽6

RRt 6

增加時(shí)，UOD

增加，指針只有左移電橋才能達(dá)到新的平衡。這樣使得M點(diǎn)的起點(diǎn)溫度降低。

制藥過(guò)程控制原理與儀表減小

，流過(guò)R5

的電流減小，量程也就減小。A線斷開(kāi)，相當(dāng)于R→∞，溫度升高，這時(shí)指針指到N點(diǎn)。tBODCOD

不能為零，而是正數(shù)，這樣指針左移直到M點(diǎn)。永遠(yuǎn)為零，指針可停留在任何位置。熱電阻短路或斷路時(shí)，電子自動(dòng)平衡電橋指針?lè)謩e指在何處？解熱電阻短路，相當(dāng)于Rt

=0，指針會(huì)直指向始端，直到受到限位為止，相當(dāng)于溫度非常低。熱電阻斷路，相當(dāng)于R→∞，指針會(huì)直指向終端，直到受限位為止，相當(dāng)于溫度非常高。t三. 習(xí)題一臺(tái)與熱電偶配套的自動(dòng)平衡電子電位差計(jì)，其冷端溫度補(bǔ)償是按冷端為25種情況下，其溫度指示值會(huì)偏低或偏高？(1)(2)25答：1.(1)偏高；(2)偏低。3.在自動(dòng)電子平衡電橋中，連接電源的線路電阻若發(fā)生變化，對(duì)測(cè)量的結(jié)果有否影響？答：沒(méi)有影響。第五章自動(dòng)控制儀表一. 問(wèn)題解答從控制儀表的發(fā)展及結(jié)構(gòu)原理來(lái)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基礎(chǔ)的控制裝置。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(hào)p與輸人偏差信號(hào)e之間的關(guān)系，即pf(e)f(zx)式中，z為測(cè)量值信號(hào)；x為給定值信號(hào)；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)PI,PD,PID什么是比例控制規(guī)律？答比例控制規(guī)律(P)是指控制器的輸出信號(hào)變化量p與輸人偏差信號(hào)變化量e之間成比例關(guān)系，即式中，Kp

為比例放大系數(shù)。

pK eP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pKedtI式中，KI

為積分比例系數(shù)。在比例控制的基礎(chǔ)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：pK (eKedt)P I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，即式中，TD

為微分時(shí)間。

pT deDdt在比例控制的基礎(chǔ)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與輸入e的關(guān)系為pKP

(eTD

dedt14.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(dá)式。答制藥過(guò)程控制原理與儀表二. 例題分析

pKP

(e1TI

edtTD

de)dt一臺(tái)DDZ-III0~10010℃,控制器比例度為求相應(yīng)的控制器輸出將變化多少？解根據(jù)比例度的定義代人有關(guān)數(shù)據(jù)，得80%

100100I100002040

100%ex ex xmaxIminImaxI0min△可解得輸出變化量I=2(mA)△04~20mA1~5V606mA，所引起的輸出變化量是多少？解代人比例度的公式，有ImaxIIminUU ImaxIIminUU max min

U

100%204 51100%60%可解得△U=2.5V。 可解得△U=2.5V。一臺(tái)DDZ-III200~1200800850℃時(shí)，其輸出由12mA變化到16mA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xmaxxmaxexminpmaxppmin850800120020%

100%1612100%204由于是單元組合式儀表，輸人到溫度控制器的信號(hào)是由溫度變送器來(lái)的4~20mADC號(hào)一樣，都是統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，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1K 1P

1 520%(偏差)等于測(cè)量信號(hào)減去給定信號(hào)，所以當(dāng)給定信號(hào)增加時(shí)，控制器的偏差信號(hào)是減小的，而這時(shí)輸出信號(hào)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(wèn)題解答氣動(dòng)執(zhí)行器主要由哪兩部分組成？各起什么作用？答（閥）是執(zhí)行器的推動(dòng)裝置，它根據(jù)控制信號(hào)（由控制器來(lái)）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(guò)閥的流量的裝置。氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要有哪幾種結(jié)構(gòu)形式？各有什么特點(diǎn)？答氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要有薄膜式和活塞式兩種結(jié)構(gòu)形式。置，組成氣動(dòng)薄膜式執(zhí)行器，習(xí)慣上稱為氣動(dòng)薄膜控制閥。氣動(dòng)活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)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(dòng)裝置。除薄膜式和活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)外，還有長(zhǎng)行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它的行程長(zhǎng)、轉(zhuǎn)矩大，適用于輸出轉(zhuǎn)角（00~900）制藥過(guò)程控制原理與儀表和力矩的場(chǎng)合，如用于蝶閥或風(fēng)門的推動(dòng)裝置。何謂正作用執(zhí)行器？何謂反作用執(zhí)行器？答當(dāng)輸人信號(hào)增大時(shí)，執(zhí)行器的流通截面積增大，即流過(guò)執(zhí)行器的流量增大，稱為正作用；當(dāng)輸入信號(hào)增大時(shí)，流過(guò)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(diǎn)？主要使用在什么場(chǎng)合？類三通控制閥型類三通控制閥型特/r/