自動(dòng)化儀表與過程控制課后習(xí)題答案

本文格式為Word版，下載可任意編輯——自動(dòng)化儀表與過程控制課后習(xí)題答案●自動(dòng)化儀表指哪一類儀表?什么叫單元組合式儀表?

1答:a:是由若干自動(dòng)化元件構(gòu)成的,具有較完善功能的自動(dòng)化技術(shù)

工具.b:由具有不同功能的若干單元儀表按調(diào)理系統(tǒng)具體要求組合而成的自動(dòng)調(diào)理儀表.

●DDZ-II型與DDZ-III型儀表的電壓.電流信號(hào)傳輸標(biāo)準(zhǔn)是什么?在現(xiàn)場(chǎng)與控制室之間采用直流電流傳輸信號(hào)有什么好處?

答:在DDZ-I型和DDZ-II型以表中采用0~10mA直流電流作為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào),而在DDZ-III型和DDZ-S型儀表中,采用國際上統(tǒng)一的4~20mA直流電流作為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào).這兩種標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)都以直流電流作為聯(lián)絡(luò)信號(hào).采用直流信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)是傳輸過程中易于和交流感應(yīng)干擾相區(qū)別,且不存在相移問題,可不受傳輸線中電感.電容和負(fù)載性質(zhì)的限制.采用電流制的優(yōu)點(diǎn)首先可以不受傳輸線及負(fù)載電阻變化的影響,適于信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳送;其次由于電動(dòng)單元組合儀表好多是采用力平衡原理構(gòu)成的,使用電流信號(hào)可直接與磁場(chǎng)作用產(chǎn)生正比于信號(hào)的機(jī)械力.此外,對(duì)于要求電壓輸入的儀表和元件,只要在電流回路中串聯(lián)電阻便可得到電壓信號(hào),故使用比較靈活.

●什么叫兩線制變送器?它與傳統(tǒng)的四線制變送器相比有什么優(yōu)點(diǎn)?試舉例畫出兩線制變送器的基本結(jié)構(gòu),說明其必要的組成部分.答:a.就是將供電的電源線與信號(hào)的傳輸線合并起來,一共只用兩根導(dǎo)線.b.1有利于識(shí)別儀表的斷電斷線等故障2不僅節(jié)省電纜布線方

便,而且大大有利與安全防爆易抗干擾.3上限值較大,有利于抑制干擾4上下限的比值為5:1與氣動(dòng)儀表信號(hào)制對(duì)應(yīng),便于相互折算,產(chǎn)生較大的磁力c.圖.

●什么是儀表的確切度?試問一臺(tái)量程為-100~+100℃.確切度為0.5級(jí)的測(cè)量?jī)x表,在量程范圍內(nèi)的最大誤差為多少?

答:模擬式儀表的合理確切度,應(yīng)當(dāng)以測(cè)量范圍中最大的絕對(duì)誤差和該儀表的測(cè)量范圍之比來衡量,這種比值稱為相對(duì)百分誤差,儀表工業(yè)規(guī)定,去掉百分誤差的%,稱為儀表確切度.一般選用相對(duì)誤差評(píng)定,看相對(duì)百分比,相對(duì)誤差越小精度越高.x/(100+100)=0.5%x=1℃.

●1-1試述熱電偶的測(cè)溫原理,工業(yè)上常用的測(cè)溫?zé)犭娕加心膸追N?什么熱電偶的分度號(hào)?在什么狀況下要使用補(bǔ)償導(dǎo)線?

答:a.當(dāng)兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體連接成閉合回路時(shí),若兩個(gè)接點(diǎn)溫度不同,回路中就會(huì)出現(xiàn)熱電動(dòng)勢(shì),并產(chǎn)生電流.b.鉑極其合金,鎳鉻-鎳硅,鎳鉻-康銅,銅-康銅.c.分度號(hào)是用來反應(yīng)溫度傳感器在測(cè)量溫度范圍內(nèi)溫度變化為傳感器電壓或電阻值變化的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列.d.在電路中引入一個(gè)隨冷端溫度變化的附加電動(dòng)勢(shì)時(shí),自動(dòng)補(bǔ)償冷端溫度變化,以保證測(cè)量精度,為了儉約,作為熱偶絲在低溫區(qū)的替代品.

●1-2熱電阻測(cè)溫有什么特點(diǎn)?為什么熱電阻要用三線接法?

答:a.在-200到+500攝氏度范圍內(nèi)精度高,性能穩(wěn)定可靠,不需要冷端溫度補(bǔ)償,測(cè)溫范圍比熱電偶低,存在非線性.b.在使用平衡電橋?qū)犭娮柽M(jìn)行測(cè)量時(shí),由電阻引出三根導(dǎo)線,一根的電阻與電源E相連接,不影響電橋的平衡,另外兩根接到電橋的兩臂內(nèi),他們隨環(huán)境溫度的變化可以相互抵消.

●1-3說明熱電偶溫度變送器的基本結(jié)構(gòu).工作原理以及實(shí)現(xiàn)冷端溫度補(bǔ)償?shù)姆椒?在什么狀況下要做零點(diǎn)遷移?

答:a.結(jié)構(gòu):其核心是一個(gè)直流低電平電壓-電流變換器,大體上都可分為輸入電路.放大電路及反饋電路三部分.b.工作原理:應(yīng)用溫度傳感器進(jìn)行溫度檢測(cè)其溫度傳感器尋常為熱電阻,熱敏電阻集成溫度傳感器.半導(dǎo)體溫度傳感器等,然后通過轉(zhuǎn)換電路將溫度傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)換為變準(zhǔn)電流信號(hào)或標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào).c.由銅絲繞制的電阻Rcu安裝在熱電偶的冷端接線處,當(dāng)冷端溫度變化時(shí),利用銅絲電阻隨溫度變化的特性,向熱電偶補(bǔ)充一個(gè)有冷端溫度決定的電動(dòng)勢(shì)作為補(bǔ)償.橋路左臂由穩(wěn)壓電壓電源Vz(約5v)和高電阻R1(約10K歐)建立的恒值電流I2流過銅電阻Rcu,在Rcu上產(chǎn)生一個(gè)電壓,此電壓與熱電動(dòng)勢(shì)Et串聯(lián)相接.當(dāng)溫度補(bǔ)償升高時(shí),熱電動(dòng)勢(shì)Et下降,但由于Rcu增值,在Rcu兩端的電壓增加,只要銅電阻的大小選擇適當(dāng),便可得到滿意的補(bǔ)償.d.當(dāng)變送器輸出信號(hào)Ymin下限值(即標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號(hào)下限值)與測(cè)量范圍的下限值不相對(duì)應(yīng)時(shí)要進(jìn)行零點(diǎn)遷移.

●1-4什么叫共模干擾和差模干擾?為什么工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)常會(huì)出現(xiàn)很強(qiáng)的共模干擾?共模干擾為什么會(huì)影響自動(dòng)化儀表的正常工作?怎樣才能抑制其影響?

答:共模干擾:電熱絲上的工頻交流電便會(huì)向熱電偶泄漏,使熱電偶上出現(xiàn)幾伏或幾十伏的對(duì)地干擾電壓,這種在兩根信號(hào)線上共同存在的對(duì)地干擾電壓稱為~.差模干擾:在兩根信號(hào)線之間更經(jīng)常地存在電磁感應(yīng)、靜電耦合以及電阻泄漏引起的差模干擾.工業(yè)上會(huì)出現(xiàn)共模干擾是由于現(xiàn)場(chǎng)有動(dòng)力電纜,形成強(qiáng)大的磁場(chǎng).造成信號(hào)的不穩(wěn).共模干擾是同時(shí)疊加在兩條被測(cè)信號(hào)線上的外界干擾信號(hào),是被測(cè)信號(hào)的地和數(shù)字電壓表的地之間不等電位,由兩個(gè)地之間的電勢(shì)即共模干擾源產(chǎn)生的.在現(xiàn)場(chǎng)中,被測(cè)信號(hào)與測(cè)量?jī)x器間相距很遠(yuǎn).這兩個(gè)地之間的電位差會(huì)達(dá)到幾十伏甚至上百伏,對(duì)測(cè)量干擾很大使儀表不能正常工作有時(shí)會(huì)損壞儀表.共模干擾在導(dǎo)線與地(機(jī)殼)之間傳輸,屬于非對(duì)稱性干擾,共模干擾幅度大.頻率高.還可以通過導(dǎo)線產(chǎn)生輻射,所造成的干擾較大.消除共模干擾的方法包括:(1)采用屏蔽雙絞線并有效接地(2)強(qiáng)電場(chǎng)的地方還要考慮采用鍍鋅管屏蔽(3)布線時(shí)遠(yuǎn)離高壓線,更不能將高壓電源線和信號(hào)線捆在一起走線(4)不要和電控鎖共用同一個(gè)電源(5)采用線性穩(wěn)壓電源或高品質(zhì)的開關(guān)電源(紋波干擾小于50mV).

●1-5力平衡式壓力變換器是怎樣工作的?為什么它能不受彈性元件剛度變化的影響?為什么它能不受彈性元件剛度變化的影響?在測(cè)量差壓時(shí),為什么它的靜壓誤差比較大?

答:a.被測(cè)壓力P經(jīng)波紋管轉(zhuǎn)化為力Fi作用于杠桿左端A點(diǎn),使杠桿繞支點(diǎn)O做逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),稍一偏轉(zhuǎn),位于杠桿右端的位移檢測(cè)元件便有感覺,使電子放大器產(chǎn)生一定的輸出電流I.此電流通過反饋線圈和變送器的負(fù)載,并與永久磁鐵作用產(chǎn)生一定的電磁力,使杠桿B點(diǎn)受到反饋力Ff,形成一個(gè)使杠桿做順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的反力矩.由于位移檢測(cè)放大器極其靈敏,杠桿實(shí)際上只要產(chǎn)生極微小的位移,放大器便有足夠的輸出電流,形成反力矩與作用力矩平衡.b.由于這里的平衡狀態(tài)不是靠彈性元件的彈性反力來建立的,當(dāng)位移檢測(cè)放大器十分靈敏時(shí),杠桿的位移量十分小,若整個(gè)彈性系統(tǒng)的剛度設(shè)計(jì)的很小,那么彈性反力在平衡狀態(tài)的建立中無足輕重,可以忽略不計(jì).

●1-6試述差動(dòng)電容式和硅膜片壓阻式壓力變送器的工作原理,它們與力平衡式壓力變送器相比有何優(yōu)點(diǎn)?

硅:被測(cè)介質(zhì)的壓力直接作用與傳感器的膜片上,使膜片產(chǎn)生與介質(zhì)壓力成正比的微位移,使傳感器的電阻值發(fā)生變化,用電子線路檢測(cè)這一變化,并轉(zhuǎn)換輸出一個(gè)對(duì)應(yīng)與這一壓力的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量信號(hào).差:電容式壓力變送器主要由完成壓力/電容轉(zhuǎn)換的容室敏感元件及將電容轉(zhuǎn)換成二線制4-20mA電子線路板構(gòu)成,當(dāng)進(jìn)程壓力從從測(cè)量容室的兩側(cè)(或一側(cè))施加到隔離膜片后,經(jīng)硅油灌充液傳至容室的重心膜片上,

重心膜片是個(gè)邊緣張緊的膜片,在壓力的作用下,發(fā)生對(duì)應(yīng)的位移,該位移構(gòu)成差動(dòng)電容變化,并經(jīng)歷電子線路板的調(diào)理.震蕩和縮小,轉(zhuǎn)換成4-20mA信號(hào)輸入,輸入電流與進(jìn)程壓力成反比.優(yōu)點(diǎn):他們不存在力平衡式變送器必需把杠桿穿出測(cè)壓室的問題.

●1-7試述節(jié)流式.容積式.渦流式.電磁式.漩渦式流量測(cè)量?jī)x表的工作原理,精度范圍及使用特點(diǎn).

答:a.節(jié)流式.工作原理:根據(jù)流體對(duì)節(jié)流元件的推力或在節(jié)流元件前后形成的壓差等可以測(cè)定流量的大小.差壓流量計(jì):根據(jù)節(jié)流元件前后的壓差測(cè)流量.精度:正負(fù)0.5%到1%.使用特點(diǎn):保證節(jié)流元件前后有足夠長(zhǎng)直管段.靶式流量計(jì):使用懸在管道中央的靶作為節(jié)流元件.精度:2%到3%.使用特點(diǎn):可用于測(cè)量懸浮物,沉淀物的流體流量.轉(zhuǎn)子流量計(jì):以一個(gè)可以轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子作為節(jié)流元件.使用特點(diǎn):可從轉(zhuǎn)子的平衡位置高低,直接讀出流量數(shù)值.b.容積式.工作原理:直接安裝固定的容積來計(jì)量流體.精度:可達(dá)2%較差時(shí)亦可保證0.5%~1%.使用特點(diǎn):適用于高黏度流體的測(cè)量.c.渦輪式:工作原理:利用導(dǎo)流器保證流體沿軸向推動(dòng)渦輪,并且根據(jù)磁阻變化產(chǎn)生脈沖的輸出.精度:0.25%~1%.使用特點(diǎn):只能在一定的雷諾數(shù)范圍內(nèi)保證測(cè)量精度.由于有轉(zhuǎn)子,易被流體中的顆粒及污物堵住,只能用于清潔流體的流量測(cè)量.d.電磁式:工作原理:以電磁感應(yīng)定律為基礎(chǔ),在管道兩側(cè)安放磁鐵,以滾動(dòng)的液體當(dāng)作切割磁力線的導(dǎo)體,由產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)測(cè)管內(nèi)液體的流量.精度:0.5%~1%.使用特點(diǎn):只能測(cè)導(dǎo)電液體的流

量.e.漩渦式:工作原理:根據(jù)漩渦產(chǎn)生的頻率與流量的關(guān)系測(cè)定流量.精度:正負(fù)0.2%~正負(fù)1%.使用特點(diǎn):量程比達(dá)到30:1,可測(cè)液體和氣體.

●1-9試述熱導(dǎo)分析儀.紅外線分析儀.色譜分析儀及氧化鋯氧分析儀的工作原理及用途.答:1熱導(dǎo)分析儀的工作原理.熱導(dǎo)式氣體分析儀多采用半導(dǎo)體敏感元件與金屬電阻絲作為熱敏元件,將其與鉑線圈燒結(jié)成一體,而后與對(duì)氣體無反應(yīng)的補(bǔ)償元件,共同形成電橋電路,也就是熱導(dǎo)式氣體分析儀的測(cè)量回路,對(duì)熱導(dǎo)系數(shù)進(jìn)行測(cè)量.在測(cè)量氣體組分時(shí),熱敏元件吸附被測(cè)量氣體,其電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率就會(huì)發(fā)生變化,元件的散熱狀態(tài)也就隨之改變,當(dāng)鉑線圈感知元件狀態(tài)后電阻會(huì)相應(yīng)變化,電橋平衡被破壞而輸出電壓,通過對(duì)電壓的測(cè)定即可得到氣體測(cè)量結(jié)果.用途:熱導(dǎo)式氣體分析儀在工業(yè)生產(chǎn)中多應(yīng)用氣體.氨氣.二氧化碳和二氧化硫等氣體的測(cè)定,并可作為低濃度可燃性氣體的測(cè)定工作,另外熱導(dǎo)式氣體分析儀還能夠在色譜分析儀中用于其他成分分析.2.紅外線氣體分析儀的基本原理.其工作原理是基于某些氣體對(duì)紅外線的選擇性吸收.紅外線分析儀常用的紅外線波長(zhǎng)為2~12μm.簡(jiǎn)單說就是將待測(cè)氣體連續(xù)不斷的通過一定長(zhǎng)度和容積的容器,冷靜器可以透光的兩個(gè)端面的中的一個(gè)端面一側(cè)入射一束紅外光,然后在另一個(gè)端面測(cè)定紅外線的輻射強(qiáng)度,然后依據(jù)紅外線的吸收與吸光物質(zhì)的濃度成正比就可知道被測(cè)氣體的濃度.用途:使用范圍寬,可分析氣體,也可分析溶液.色譜分析儀是應(yīng)用色譜法對(duì)物質(zhì)進(jìn)行定性.定量

分析,及研究物質(zhì)的物理.化學(xué)特性的儀器.工作原理是基于色譜法對(duì)樣品進(jìn)行檢測(cè),利用檢測(cè)器對(duì)分開出來的色譜柱進(jìn)行分析,對(duì)各成分進(jìn)行測(cè)定.氧化鋯氧分析儀工作原理:這是一種利用氧化鋯固體電解質(zhì)特性制成的氧濃差電池傳感器,在一片氧化鋯固體電解質(zhì)的兩個(gè)表面分別燒結(jié)一層多孔的鉑電極,并將其置于800℃以上的高溫中,當(dāng)上、下兩側(cè)的氣體中氧濃度不同時(shí),在兩極間就會(huì)出現(xiàn)電動(dòng)勢(shì)E,稱為氧農(nóng)差電動(dòng)勢(shì).利用此電動(dòng)勢(shì)與兩側(cè)氣體中的氧濃度差的單值關(guān)系,便可之城氧濃度分析儀.用途:在燃燒控制中得到廣泛應(yīng)用

●平衡式壓力變送器工作原理:被測(cè)壓力經(jīng)過紋波管的作用轉(zhuǎn)化為力Fi作用杠桿的A端,杠桿繞O點(diǎn)做逆時(shí)針旋轉(zhuǎn).稍一旋轉(zhuǎn),位于右端的位移檢測(cè)元件便有感覺,位移監(jiān)測(cè)放大器變輸出一定的輸出電流Io,此電流流經(jīng)反饋線圈和變送器的負(fù)載,并與永久磁鐵作用產(chǎn)生一定的磁力,是杠桿在B點(diǎn)受力順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),使杠桿處于平衡狀態(tài)時(shí),輸出電流和被測(cè)壓力成正比,由此便可以測(cè)出壓力.

●電容式差壓變送器的工作原理:被測(cè)壓力分別加到左右兩個(gè)隔離膜片上,通過硅油將壓力傳到測(cè)量膜片.在測(cè)量膜片左右有兩個(gè)玻璃凹球面制成的金屬固定電極,當(dāng)測(cè)量膜片向一邊鼓起使,它與兩個(gè)固定的金屬電極之間的電容一個(gè)增大一個(gè)減小,通過引線測(cè)出這兩個(gè)電容的變化,便可知道差壓的數(shù)值.

●電容式差壓變送器與力平衡式差壓變送器的區(qū)別:它不存在力平衡式必需把杠桿插出測(cè)壓室的問題.在力平衡式差壓變送器中為使輸出杠桿既能密封又能轉(zhuǎn)動(dòng),使用了彈性密封膜片,帶來了靜壓誤差.

●容積式流量計(jì):在金屬殼內(nèi)有一對(duì)嚙合齒輪,當(dāng)液體自左向右流過通過時(shí),再輸入壓力的作用下,產(chǎn)生力矩,驅(qū)動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng).主齒輪在力矩的作用下作順時(shí)針得轉(zhuǎn)動(dòng),帶動(dòng)B齒輪轉(zhuǎn)動(dòng),將半月形內(nèi)的液體排出至出口,這樣連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng),橢圓齒輪每轉(zhuǎn)動(dòng)一周,就像出口排出四個(gè)半月形溶劑的液體.測(cè)量橢圓齒輪的轉(zhuǎn)速便可知道液體的體積流量,累計(jì)齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù),便可知道一段時(shí)間內(nèi)流過液體的體積.

●P加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度,減小超調(diào),戰(zhàn)勝震蕩減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差,提高穩(wěn)態(tài)精度但是系統(tǒng)存在靜差,雖然增大比例系數(shù)可以減小靜差,但是不能消除靜差.I積分作用是消除靜差,但是積分時(shí)間常數(shù)太大積分作用不明顯,太小可能引起震蕩,時(shí)系統(tǒng)不穩(wěn)定,增大系統(tǒng)的調(diào)理時(shí)間動(dòng)態(tài)品質(zhì)變壞.D微分作用,加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度,較小調(diào)理時(shí)間,減小超調(diào)量,但系統(tǒng)抗干擾的能力變?nèi)鯁为?dú)的微分有嚴(yán)重的不足,就是對(duì)靜差毫無抑制的能力,因此不能單獨(dú)使用.調(diào)理器的調(diào)理規(guī)律:輸出量與輸入量(偏差信號(hào))之間的函數(shù)關(guān)系.為了適應(yīng)工藝過程的啟動(dòng)和提車和發(fā)生事故等狀況,調(diào)理器除需要有自動(dòng)調(diào)理的工作狀態(tài)外,還需要在特別狀況下有操作人員切除PID運(yùn)算控制電路,直接根據(jù)易儀表的指示作出判斷,調(diào)理調(diào)理器的手動(dòng)工作狀態(tài).PID輸入電路的

作用:輸入電路能實(shí)現(xiàn)測(cè)量信號(hào)與給定值的相減,獲得放大兩倍的偏差信號(hào)輸出電壓與公共地線上的壓降Vcm1