化工儀表及自動(dòng)化課堂例題

教材外課堂例題(注：部分例題不需要掌握，所以未列出)1.某臺(tái)往復(fù)式壓縮機(jī)的出口壓力范圍為25?28MPa,測量誤差不得大于1MPa。工藝上要求就地觀察，并能高低限報(bào)警，試正確選用一臺(tái)壓力表，指出型號(hào)、精度與測量范圍。解由于往復(fù)式壓縮機(jī)的出口壓力脈動(dòng)較大，所以選擇儀表的上限值為p=p義2=28義2=56MPa根據(jù)就地觀察及能進(jìn)行高低限報(bào)警的要求，由本章附錄，可查得選用YX-150型電接點(diǎn)壓力表，測量范圍為0?60MPa。由于25>1，故被測壓力的最小值不低于滿量程的1/3,這是允許的。另外，根據(jù)測量誤差的要求0可算得允許誤差為±*100%=167%60 .所以，精度等級(jí)為1.5級(jí)的儀表完全可以滿足誤差要求。至此，可以確定，選擇的壓力表為YX-150型電接點(diǎn)壓力表，測量范圍為0?60MPa,精度等級(jí)為1.5級(jí)。2.如果某反應(yīng)器最大壓力為0.6MPa,允許最大絕對(duì)誤差為±0.02MPa?，F(xiàn)用一臺(tái)測量范圍為0?1.6MPa,準(zhǔn)確度為1.5級(jí)的壓力表來進(jìn)行測量，問能否符合工藝上的誤差要求？若采用一臺(tái)測量范圍為0?1.0MPa,準(zhǔn)確度為1.5級(jí)的壓力表，問能符合誤差要求嗎？試說明其理由。解：對(duì)于測量范圍為0?1.6MPa,準(zhǔn)確度為1.5級(jí)的壓力表，允許的最大絕對(duì)誤差為1.6X1.5%=0.024(MPa)因?yàn)榇藬?shù)值超過了工藝上允許的最大絕對(duì)誤差數(shù)值，所以是不合格的。對(duì)于測量范圍為0?1.0MPa,準(zhǔn)確度亦為1.5級(jí)的壓力表，允許的最大絕對(duì)誤差為1.0X1.5%=0.015(MPa)因?yàn)榇藬?shù)值小于工藝上允許的最大絕對(duì)誤差,故符合對(duì)測量準(zhǔn)確度的要求，可以采用。.某差壓式流量計(jì)的流量刻度上限為320m3/h，差壓上限2500Pa。當(dāng)儀表指針指在160m3/h時(shí),求相應(yīng)的差壓是多少(流量計(jì)不帶開方器)？解：由流量基本方程式可知一一'^Q=a&F,—Ap。\,p流量是與差壓的平方根成正比的。當(dāng)測量的所有條件都不變時(shí)可以認(rèn)為式中的a、s、F0、p1均為不變的數(shù)。如果假定上題中的Q1=320m3/h;△p1=2500Pa;Q2=160m3/h;所求的差壓為△p2，則存在下述關(guān)系4=3L 由此得 Ap=空ApQ2%Ap2 2Q2 1代入上述數(shù)據(jù)，得Ap代入上述數(shù)據(jù)，得Ap216023202x2500=625(Pa).通常認(rèn)為差壓式流量計(jì)是屬于定節(jié)流面積變壓降式流量計(jì)，而轉(zhuǎn)子流量計(jì)是屬于變節(jié)流面積定壓降式流量計(jì)，為什么？解：差壓式流量計(jì)在工作過程中，只要節(jié)流元件結(jié)構(gòu)已定，則其尺寸是不變的，因此它是屬于定節(jié)流面積的。當(dāng)流量變化時(shí)，在節(jié)流元件兩側(cè)的壓降也隨之而改變，差壓式流量計(jì)就是根據(jù)這

個(gè)壓降的變化來測量流量的，因此是屬于變壓降式的。轉(zhuǎn)子流量計(jì)在工作過程中轉(zhuǎn)子是隨著流量變化而上下移動(dòng)的，由于錐形管上部的直徑較下部的大，所以轉(zhuǎn)子在錐形管內(nèi)上下移動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子與錐形管間的環(huán)隙是變化的，即流體流通面積是變化的，因此它是屬于變節(jié)流面積的。由于轉(zhuǎn)子在工作過程中截面積不變，重力也不變,而轉(zhuǎn)子兩端的靜壓差作用于轉(zhuǎn)子上的力恒等于轉(zhuǎn)子的重力，轉(zhuǎn)子才能平衡在一定的高度上，所以在工作過程中,盡管轉(zhuǎn)子隨著流量的變化上下移動(dòng)，但作用在轉(zhuǎn)子兩側(cè)的靜壓差卻是恒定不變的，所以它是屬于定壓降式流量計(jì)。1.用一臺(tái)雙法蘭式差壓變送器測量某容器的液位，如圖所示。已知被測液位的變化范圍為0?3m,被測介質(zhì)密度p=900kg/m3，毛細(xì)管內(nèi)工作介質(zhì)密度p0=950kg/m3。變送器的安裝尺寸為h『1m,h2=4m。求變送器的測量范圍，并判斷零點(diǎn)遷移方向，計(jì)算遷移量，當(dāng)法蘭式差壓變送器的安裝位置升高或降低時(shí),問對(duì)測量有何影響？圖法蘭式差壓變送器測液位圖法蘭式差壓變送器測液位解：當(dāng)不考慮遷移量時(shí),變送器的測量范圍應(yīng)根據(jù)液位的最大變化范圍來計(jì)算。液位為3m時(shí)，其壓差為Ap =Hpg=3x900x9.81=26487（Pa）所以液柱壓力用Hpg計(jì)算時(shí)，只要H用m,p用kg/m3,g用m/s2為單位時(shí)，相乘結(jié)果的單位就是Pa。上述計(jì)算結(jié)果Apmax為26.487kPa,經(jīng)過圓整后,測量范圍可選0?30kPa。根據(jù)圖示,當(dāng)液位高度為H時(shí)差壓變送器正壓室所受的壓力p1為10p=p+Hpg-hpg10負(fù)壓室所受的壓力p為p=p+S-h）pg因此2，差壓變送器所受的壓差為12Ap=p-p=Hpg-hpg12由上式可知,該差壓變送器應(yīng)進(jìn)行負(fù)遷移，其遷移量為h2P0g。當(dāng)差壓變送器安裝的高度改變時(shí),只要兩個(gè)取壓法蘭間的尺寸h2不變，其遷移量不變。.如果用兩支粕銠10-粕熱電偶串聯(lián)來測量爐溫，連接方式分別如圖（a）、（b）、（c）所示。已知爐內(nèi)溫度均勻，最高溫度為1000c試分別計(jì)算測量儀表的測量范圍（以最大毫伏數(shù)表示）。解:(a)由于這時(shí)熱電偶的冷端均為0℃,每支熱電偶對(duì)應(yīng)于1000c時(shí)的熱電勢可以查得E(1000,0℃)=9.585(mV)兩支熱電偶串聯(lián)，測量儀表所測信號(hào)的最大值為Emax=2X9.585=19.17(mV)根據(jù)這個(gè)數(shù)值可以確定儀表的測量范圍。(b)由于這時(shí)不僅要考慮補(bǔ)償導(dǎo)線引出來以后的冷端溫度(30℃),而且要考慮爐旁邊補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶的接線盒內(nèi)的溫度(100℃)對(duì)熱電勢的影響。假定補(bǔ)償導(dǎo)線C、D與熱電偶A、B本身在100℃以下的熱電特性是相同的,所以在冷端處形成的熱電勢為E(30,0℃)=0.173(mV)在補(bǔ)償導(dǎo)線C、D與熱電偶的連接處1、4兩點(diǎn)可以認(rèn)為不產(chǎn)生熱電勢，但在接線盒內(nèi)2、3兩點(diǎn)形成的熱電偶相當(dāng)于熱電偶在100℃時(shí)形成的熱電勢,即E(100,0℃)=0.645(mV)由于該電勢的方向與兩支熱電偶在熱端產(chǎn)生的電勢方向是相反的，所以這時(shí)總的熱電勢為Emax=2E(1000,0℃)-E(100,0℃)-E(30,0℃)=2X9.585-0.645-0.173=18.352(mV)根據(jù)這個(gè)數(shù)值可以確定儀表的測量范圍。(c)由于這時(shí)兩支熱電偶冷端都用補(bǔ)償導(dǎo)線引至遠(yuǎn)離爐子處，冷端溫度為30℃,故總的熱電勢為Emax=2E(1000,0℃)-2E(30,0℃)=2X9.585-2X0.173=18.824(mV).在上題所述三種情況時(shí)，如果由測量儀表得到的信號(hào)都是15mV,試分別計(jì)算這時(shí)爐子的實(shí)際溫度。解：在(a)情況時(shí)，由于2E(t,0)=15mV,即E(t,0)=7.5mV,查表可得實(shí)際溫度約為814.3℃。在(b)情況時(shí)，由于2E(t,0)=15+E(30,0)+E(100,0)=15+0.173+0.645=15.818(mV)E(t,0)=7.909(mV)查表可得實(shí)際溫度約為851.2℃。在(c)情況時(shí)，由于2E(t,0)=15+2E(30,0)=15+2X0.173=15.346(mV)即 E(t,0)=7.673(mV)查表可得實(shí)際溫度約為830℃。2.圖4-7是自動(dòng)平衡電橋的工作原理圖。請(qǐng)問在下列情況時(shí)，儀表的指針(即滑動(dòng)觸點(diǎn)的位置)、起點(diǎn)溫度、儀表量程會(huì)如何變化?簡述其原因？⑴溫度升高；(2)儀表停電;(3)加大R6；(4)減小R5；(5)電阻體被燒斷。解：(1)當(dāng)溫度升高時(shí)，滑動(dòng)觸點(diǎn)將向右移動(dòng)，這是因?yàn)楫?dāng)溫度升高后,Rt增加，只有滑動(dòng)觸點(diǎn)向右移，使與Rt串聯(lián)的這個(gè)橋臂的電阻值減小,才能使電橋達(dá)到新的平衡。(2)儀表停電時(shí)，指針隨撥隨停，因?yàn)榇藭r(shí)放大器的輸入與輸出均沒有信號(hào)，可逆電機(jī)不可

能自行轉(zhuǎn)動(dòng)。(3)加大R6,滑動(dòng)觸點(diǎn)將向右移動(dòng)，這是因?yàn)镽6增加,會(huì)使與Rt串聯(lián)的這個(gè)橋臂的電阻值增加，只有滑動(dòng)觸點(diǎn)右移，才能使這個(gè)橋臂的電阻值恢復(fù)到原來的數(shù)值，電橋恢復(fù)平衡。若其他電阻值都不變，增加R6會(huì)使起點(diǎn)溫度降低，這是因?yàn)榛瑒?dòng)觸點(diǎn)移至最左端時(shí)，代表的是起始溫度，這時(shí)要使電橋平衡,Rt必然要小一些，以抵消增加R6對(duì)整個(gè)橋臂電阻值的影響。Rt小，就表示這時(shí)的起點(diǎn)溫度降低。(4)減小R5,量程會(huì)降低，這是因?yàn)镽5減小,滑線電阻組件的等效電阻值減小，使滑動(dòng)觸點(diǎn)由最左端移到最右端的電位差變小,故量程減小。(5)電阻體被燒斷，滑動(dòng)觸點(diǎn)將移向最右端，這是因?yàn)殡娮梵w燒斷后,Rt趨于無窮大，放大器始終有一個(gè)正的電位輸入，可逆電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),直至滑向最右端指針被擋住為止。1.一只比例作用的電動(dòng)溫度控制器，它的量程是100?200℃,電動(dòng)控制器的輸出是0?10mA，假如當(dāng)指示值從140℃變化到160℃時(shí)，相應(yīng)的控制器輸出從3mA變化至lj8mA,這時(shí)的比例度為？、(160-140)/(200-100)15二(8-3)/。0-0) *W％二加%2.對(duì)一臺(tái)比例積分控制器作開環(huán)試驗(yàn)。已知KC=2,T0.5min。若輸入偏差如圖所示，試畫出該控制器的輸出信號(hào)變化曲線。圖1輸入偏差信號(hào)變化曲線(1,e+—J(1,e+—JedtT1 TIAp=KC將輸出分為比例和積分兩部分，分別畫出后再疊加就得到PI控制器的輸出波形。比例部分的輸出為Ap-Ke當(dāng)KC=2時(shí),輸出波形如圖2(a)所示。積分部分的輸出為A積分部分的輸出為ApKcJedtTi當(dāng)KC=2,TI=0.5min時(shí)ApI=4Jedt在t=0?1min期間，由于e=0，故輸出為0。在t=1?3min期間，由于e=1,所以t=3min時(shí),其輸出Ap-4J3dt-81 1在t=3?4min期間，由于e=-2，故t=4min時(shí),其積分總輸出 \p二4j力-4J42dt=0

故ApI輸出波形如圖2(b)所示。將圖2(a)、(b)曲線疊加，便可得到PI控制器的輸出，如圖2(c)所示。圖2輸出曲線圖.在生產(chǎn)實(shí)際中，由于生產(chǎn)負(fù)荷的變動(dòng),使原設(shè)計(jì)的控制閥尺寸不能相適應(yīng)，會(huì)有什么后果?為什么？解：當(dāng)生產(chǎn)中由于負(fù)荷增加，使原設(shè)計(jì)的控制閥尺寸顯得太小時(shí),會(huì)使控制閥經(jīng)常工作在大開度，調(diào)節(jié)效果不好。此時(shí)若開啟旁路閥，會(huì)使控制閥特性發(fā)生畸變，可調(diào)范圍大大降低；當(dāng)生產(chǎn)中由于負(fù)荷減少，使原設(shè)計(jì)的控制閥尺寸顯得太大時(shí),會(huì)使控制閥經(jīng)常工作在小開度，調(diào)節(jié)顯得過于靈敏(特別是對(duì)于直線流量特性的控制閥)，控制閥有時(shí)會(huì)振動(dòng)，產(chǎn)生噪聲，嚴(yán)重時(shí)發(fā)出尖叫聲。此時(shí)，為了增加管路阻力,有時(shí)會(huì)適當(dāng)關(guān)小與控制閥串聯(lián)的工藝閥門，但這樣做的結(jié)果會(huì)使控制閥的特性發(fā)生嚴(yán)重畸變,嚴(yán)重時(shí)會(huì)使控制閥失去調(diào)節(jié)作用。所以當(dāng)生產(chǎn)中負(fù)荷有較大改動(dòng)時(shí)，在可能的條件下，應(yīng)相應(yīng)地更換控制閥,或采用其他控制方案。.如圖所示為一水箱的液位控制系統(tǒng)。試畫出其方塊圖，指出系統(tǒng)中被控對(duì)象、被控變量、操縱變量各是什么?簡要敘述其工作過程，說明帶有浮球及塞子的杠桿裝置在系統(tǒng)中的功能。圖水箱液位控制系統(tǒng)解：系統(tǒng)中水箱里水的液位為被控變量;進(jìn)水流量為操縱變量;水箱為被控對(duì)象。帶有浮球及塞子的杠桿裝置在系統(tǒng)中起著測量與調(diào)節(jié)的功能。其工作過程如下：當(dāng)水箱中的液位受到擾動(dòng)變化后，使浮球上下移動(dòng)，通過杠桿裝置帶動(dòng)塞子移動(dòng)，使進(jìn)水量發(fā)生變化，從而克服擾動(dòng)對(duì)液位的影響。例如由于擾動(dòng)使液位上升時(shí)，浮球上升,

帶動(dòng)塞子上移，減少了進(jìn)水量，從而使液位下降。.某一電壓表在穩(wěn)定時(shí)能夠準(zhǔn)確顯示被測電壓值。在被測電壓突然變化時(shí),指針來回?cái)[動(dòng)，最后能夠穩(wěn)定在被測數(shù)值上。假定指示系統(tǒng)的衰減比為4:1。當(dāng)電壓突然由0上升到220V后,指針最高能擺到252V。問經(jīng)三次擺動(dòng)，指針能到多少伏(即第三個(gè)波峰值)。解：由于第一個(gè)波峰離開穩(wěn)態(tài)值為252-220=32(V)第二個(gè)波峰值為第一個(gè)波峰值的1/4,故為32X1/4=8(V)第三個(gè)波峰值為第二個(gè)波峰值的1/4，故為8X1/4=2(V)所以指針