化工儀表與自動(dòng)化課后習(xí)題答案解析

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第1章自動(dòng)控制系統(tǒng)基本概念P16

1.化工自動(dòng)化是化工、煉油、食品、輕工等化工類型生產(chǎn)過程自動(dòng)化的簡(jiǎn)稱。在化工設(shè)備上，配備上一

些自動(dòng)化裝置，代替操作人員的部分直接勞動(dòng)，使生產(chǎn)在不同程度上自動(dòng)地進(jìn)行，這種用自動(dòng)化裝置來

管理化工生產(chǎn)過程的辦法，稱為化工自動(dòng)化。實(shí)現(xiàn)化工生產(chǎn)過程自動(dòng)化的意義：（1）加快生產(chǎn)速度，

降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量。（2）減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件。（3）能夠保證生產(chǎn)安全，

防止事故發(fā)生或擴(kuò)大，達(dá)到延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，提高設(shè)備利用能力的目的。（4）能改變勞動(dòng)方式，提

高工人文化技術(shù)水平，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。

2、一般要包括自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)保護(hù)、自動(dòng)操縱和自動(dòng)控制等方面的容。

3,閉環(huán)控制有反饋環(huán)節(jié)，通過反饋系統(tǒng)是系統(tǒng)的精確度提高，響應(yīng)時(shí)間縮短,適合于對(duì)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，

穩(wěn)定性要求高的系統(tǒng).開環(huán)控制沒有反饋環(huán)節(jié)，系統(tǒng)的穩(wěn)定性不高，響應(yīng)時(shí)間相對(duì)來說很長(zhǎng),精確度不高,

使用于對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性精確度要求不高的簡(jiǎn)單的系統(tǒng)。

4、自動(dòng)控制系統(tǒng)主要由哪些環(huán)節(jié)組成？

自動(dòng)控制系統(tǒng)主要由測(cè)量元件與變送器、自動(dòng)控制器、執(zhí)行器和被控對(duì)象等四個(gè)環(huán)節(jié)組成。

5、p7

6、PI-307表示就地安裝的壓力指示儀表，工段號(hào)為3,儀表序號(hào)為07;

TRC-303表示集中儀表盤安裝的,具有指示記錄功能的溫度控制儀表；工段號(hào)為3,儀表序號(hào)為03;

FRC-305表示集中儀表盤安裝的，具有指示記錄功能的流量控制儀表；工段號(hào)為3,儀表序號(hào)為05。

7、方塊圖是用來表示控制系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)之間作用關(guān)系的一種圖形，由于各個(gè)環(huán)節(jié)在圖中都用一個(gè)方塊

表示，故稱之為方塊圖。

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8、測(cè)量變送裝置的功能是測(cè)量被控變量的大小并轉(zhuǎn)化為一種特定的、統(tǒng)一的輸出信號(hào)（如氣壓信號(hào)或

電壓、電流信號(hào)等）送往控制器；控制器接受測(cè)量變送器送來的信號(hào)，與工藝上需要保持的被控變量的

設(shè)定值相比較得出偏差，并按某種運(yùn)算規(guī)律算出結(jié)果，然后將此結(jié)果用特定信號(hào)（氣壓或電流）發(fā)送出

去。執(zhí)行器即控制閥，它能自動(dòng)地根據(jù)控制器送來的信號(hào)值來改變閥門的開啟度，從而改變操縱變量的

大小。

9、被控對(duì)象（對(duì)象）一自動(dòng)控制系統(tǒng)中，工藝參數(shù)需要控制的生產(chǎn)過程、生產(chǎn)設(shè)備或機(jī)器。被控變

量一被控對(duì)象要求保持設(shè)定值的工藝參數(shù)?？叵到y(tǒng)通常用該變量的名稱來稱呼，如溫度控制系統(tǒng)，壓

力制系統(tǒng)等。

給定值（或設(shè)定值或期望值）一人們希望控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，即被控變量的期望值。它可以是恒定

的，也可以是能按程序變化的。

操縱變量（調(diào)節(jié)變量）一對(duì)被控變量具有較強(qiáng)的直接影響且便于調(diào)節(jié)（操縱）的變量。或?qū)崿F(xiàn)控制作

用的變量。

操縱介質(zhì)（操縱劑）——用來實(shí)現(xiàn)控制作用的物料。

10、控制作用是對(duì)在受到外界干擾影響偏離正常狀態(tài)后，回復(fù)到規(guī)定圍。干擾作用是引起被控變量偏離

給定值，除操控變量以外的各種因素。

11、該溫度控制系統(tǒng)的方塊圖

題解1-11圖反應(yīng)器溫度控制系統(tǒng)方塊圖

其中，被控對(duì)象：反應(yīng)器；被控變量：反應(yīng)器的溫度；操縱變量：冷卻水流量。

可能影響被控變量的干擾因素主要有A、B兩種物料的溫度、進(jìn)料量，冷卻水的壓力、溫度，環(huán)境

溫度的高低等。

若當(dāng)反應(yīng)器的被控溫度在干擾作用下升高時(shí)，其測(cè)量值與給定值比較，獲得偏差信號(hào)，經(jīng)溫度控制

器運(yùn)算處理后，輸出控制信號(hào)去驅(qū)動(dòng)控制閥，使其開度增大，冷卻水流量增大，這樣使反應(yīng)器的溫度降

下來。所以該溫度控制系統(tǒng)是一個(gè)具有負(fù)反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)。

12、反饋信號(hào)與輸入信號(hào)極性相反或變化方向相反（反相），則疊加的結(jié)果將使凈輸入信號(hào)減弱，這種

反饋叫負(fù)反饋。負(fù)反饋可以減小非線性失真。因?yàn)橐胴?fù)反饋后，輸出端的失真波形反饋到輸入端，與

輸入波形疊加，因此凈輸入信號(hào)成為正半周小，負(fù)半周大的波形，此波形放大后，使其輸出端正、負(fù)半

周波形之間的差異減小，從而減小了放大電路輸出波形的非線性失真。

13、在11題

15、定值控制系統(tǒng)、隨動(dòng)控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)。

16、在自動(dòng)化領(lǐng)域中，把被控變量不隨時(shí)間而變化的平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的靜態(tài)，把被控變量隨時(shí)間而變

化的不平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)。：干擾是客觀存在的，是不可避免的。一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)投入運(yùn)行時(shí)，

時(shí)時(shí)刻刻都受到干擾作用，破壞正常的工藝生產(chǎn)狀態(tài)。這就需要通過自動(dòng)化裝置不斷施加控制作用去對(duì)

抗或抵消干擾作用的影響，使被控變量保持在工藝所要求的技術(shù)指標(biāo)上。一個(gè)正常工作的自動(dòng)控制系統(tǒng)，

總受到頻繁的干擾作用，總處在頻繁的動(dòng)態(tài)過程中。了解系統(tǒng)動(dòng)態(tài)更為重要。

17、階躍作用：在某一瞬間tO,干擾突然地階躍式地加到系統(tǒng)上，并保持在這個(gè)幅度。

采用階躍干擾的原因：階躍干擾比較突然，比較危險(xiǎn)，對(duì)被控變量的影響也最大。如果一個(gè)控制系統(tǒng)能

夠有效克服階躍干擾，對(duì)其他比較緩和的干擾也一定很好地克服。階躍干擾形式簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，便于

分析、實(shí)驗(yàn)和計(jì)算。

19、等幅振蕩過程和發(fā)散振蕩過程是不穩(wěn)定過程，生產(chǎn)上不能采用；非周期衰減過程雖是穩(wěn)定過程，但

該過程中被控變量達(dá)到新的穩(wěn)定值的進(jìn)程過于緩慢，致使被控變量長(zhǎng)時(shí)間偏

離給定值，所以一般也不采用；衰減振蕩過程能夠較快地使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，并且最終的穩(wěn)態(tài)值必然

在兩峰值之間，決不會(huì)出現(xiàn)太高或太低的現(xiàn)象，更不會(huì)遠(yuǎn)離給定值以致造成事故。所以.

21、最大偏差/1=950-900=50(℃);

超調(diào)量6=950-908=42(℃);

由于9=918-908=10(℃),所以，衰減比/7=88=42:10=4.2;

余差0908-900=8℃;

振蕩周期六45-9=36(min);

過渡時(shí)間fe=47mino

因?yàn)?1=50℃<80℃,6>8℃<10℃,所以，該控制系統(tǒng)能滿足題中所給的工藝要求。

22、解蒸汽加熱器溫度控制系統(tǒng)的方塊圖如下圖所示。

題解1-20圖蒸汽加熱器溫度控制系統(tǒng)方塊圖

其中：被控對(duì)象是蒸汽加熱器；被控變量是出口物料溫度；操縱變量是蒸汽流量。

可能存在的干擾主要有：進(jìn)口物料的流量、溫度的變化；加熱蒸汽的壓力、溫度的變化；環(huán)境溫度

的變化等。

該系統(tǒng)的過渡過程品質(zhì)指標(biāo)：

最大偏差4=81.5-81=0.5(℃);

由于5=81.5-80.7=0.8(℃),3=80.9-80.7=0.2(℃),所以，衰減比/7=88=0.8:0.2=4;

余差080.7-81=-0.3(℃\

第2章被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型P33

1、對(duì)象特性就是的對(duì)象的輸出一輸入關(guān)系。

研究對(duì)象的特性，就是用數(shù)學(xué)的方法來描述對(duì)象輸入量與輸出量之間的關(guān)系。當(dāng)采用

自動(dòng)化裝置組成自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，首先也必須深入了解對(duì)象的特性，了解它的在規(guī)律，才能根據(jù)工藝對(duì)

控制質(zhì)量的要求，設(shè)計(jì)合理的控制系統(tǒng)，選擇合適的被控變量和操縱變量，選用合適的測(cè)量元件及控制

器。在控制系統(tǒng)投入運(yùn)行時(shí)，也要根據(jù)對(duì)象特性選擇合適的控制器參數(shù)(也稱控制器參數(shù)的工程整定)，

使系統(tǒng)正常地運(yùn)行。被控對(duì)象的特性對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量的影響很大，所以必須對(duì)其深入研究。

2、對(duì)象特性的數(shù)學(xué)描述(方程、曲線、表格等)稱為對(duì)象的數(shù)學(xué)模型。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；動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型描述的是對(duì)象在輸入量改變以后輸出量的變化情

況。穩(wěn)態(tài)與動(dòng)態(tài)是事物特性的兩個(gè)側(cè)面，可以這樣說，動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型是在穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上的發(fā)展，

穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型是對(duì)象在達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的一個(gè)特例。

4、機(jī)理建模法、實(shí)驗(yàn)建模法。

5、對(duì)象或生產(chǎn)過程的部機(jī)理。

7、階躍反應(yīng)曲線法：特點(diǎn)是簡(jiǎn)易但精度較差。如果輸入量是流量，只要將閥門的開度作突然的改變，

便可認(rèn)為施加了一個(gè)階躍干擾，同時(shí)還可以利用原設(shè)備上的儀表把輸出量的變化記錄下來，既不需要增

加儀器設(shè)備，測(cè)試工作量也大。但由于對(duì)象在階躍信號(hào)作用下，從不穩(wěn)定到穩(wěn)定所需時(shí)間一般較長(zhǎng)，這

期間干擾因素較多，因而測(cè)試精度受到限制。為提高測(cè)試精度就必須加大輸入量的幅度，這往往又是工

藝上不允許的。

階躍反應(yīng)曲線法：特點(diǎn)是簡(jiǎn)易但精度較差。如果輸入量是流量，只要將閥門的開度作突然的改變，便可

認(rèn)為施加了一個(gè)階躍干擾，同時(shí)還可以利用原設(shè)備上的儀表把輸出量的變化記錄下來，既不需要增加儀

器設(shè)備，測(cè)試工作量也大。但由于對(duì)象在階躍信號(hào)作用下，從不穩(wěn)定到穩(wěn)定所需時(shí)間一般較長(zhǎng)，這期間

干擾因素較多，因而測(cè)試精度受到限制。為提高測(cè)試精度就必須加大輸入量的幅度，這往往又是工藝上

不允許的。

8、解：放大系數(shù)長(zhǎng)時(shí)間常數(shù)周I滯后時(shí)間T

放大系數(shù)《在數(shù)值上等于對(duì)象（重新）處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的輸出變化量與（引起輸出變化的）輸入

變化量之比，即

?輸出量的變化量

K=--------------------------

輸入量的變化量

對(duì)象的放大系數(shù)K越大，就表示對(duì)象的輸入量有一定變化時(shí)，對(duì)輸出量的影響越大，或被控變量

對(duì)這個(gè)量的變化就越靈敏，所以，K實(shí)質(zhì)上是對(duì)象的靈敏度。

時(shí)間常數(shù)T是指當(dāng)對(duì)象受到階躍輸入作用后，被控變量達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值的63.2%所需時(shí)間；或當(dāng)

對(duì)象受到階躍輸入作用后，被控變量如果保持初始變化速度變化，達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值的時(shí)間。

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)態(tài)值所需的時(shí)間也越大

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的現(xiàn)象稱為滯后現(xiàn)象；或輸出變量的變

化落后于輸入變量的變化的現(xiàn)象稱為滯后現(xiàn)象。滯后現(xiàn)象用滯后時(shí)間T表示。

對(duì)象的滯后時(shí)間t,使對(duì)象的被控變量對(duì)輸入的變化響應(yīng)滯后，控制不及時(shí)。

10、純滯后一般是由于介質(zhì)的輸送或熱的傳遞需要一段時(shí)間而引起的，而測(cè)量點(diǎn)選擇不當(dāng)，測(cè)量元件安

裝不合適等原因也會(huì)造成純滯后。容量滯后一般是由于物料或能量的傳

遞需要通過一定阻力而引起的?？刂仆ǖ廊舸嬖诩儨?，會(huì)使控制作用不及時(shí)，造成被控變量的最大偏

差增加，控制質(zhì)量下降，穩(wěn)定性降低；干擾通道若存在純滯后，相當(dāng)于將干擾推遲一段時(shí)間才進(jìn)入系統(tǒng),

并不影響控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)。

容量滯后增加，會(huì)使對(duì)象的時(shí)間常數(shù)T增加。在控制通道，T增大，會(huì)使控制作用對(duì)被控變量的

影響來得慢，系統(tǒng)穩(wěn)定性降低；T減小，會(huì)使控制作用對(duì)被控變量的影響來得快，系統(tǒng)控制質(zhì)量提高。

但T不能太大或太小，且各環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)要適當(dāng)匹配，否則都會(huì)影響控制質(zhì)量。在干擾通道，如果容量

滯后增加，干擾作用對(duì)被控變量的影響比較平穩(wěn)，一般有利于控制。

11、已知一個(gè)對(duì)象特性是具有純滯后的一階特性，其時(shí)間常數(shù)為5min,放大系數(shù)為10，純滯后時(shí)間為

2min,試寫出描述該對(duì)象特性的一階微分方程式。

解該對(duì)象特性的一階微分方程為

5."+2)+“+2)=10x(/)

dt

12、

題2-3圖RC電路

解/?C電路的微分方程為

^de

5n-

當(dāng)e尸5V時(shí)，微分方程的解為

00=5(1-6-^)=5(1-e-t/10)(V)

(該系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)4Z?C=5x103x2000x10-6=1os)

T/T1

當(dāng)f=7■時(shí)，e0=5(1-e)=5(1-e-)=3.16V;

2T/T2

當(dāng)f=27■時(shí)，e0=5(1-e)=5(1-e)=4.32V;

3T/T3

當(dāng)f=37■時(shí)，e0=5(1-e)=5(1-e)=4.75VO

a)

題解2-3圖RC電路的階躍響應(yīng)曲線

13.解這是一個(gè)積分對(duì)象，則

A/i=-J力=%4=匕=0.2/(m)

AA0.5

題解2-13圖水槽液位Ah的變化曲線

14、解：(輸入)燃料變化量

八［0,r<0;

x(t)-〈

0.5(//h)=50/6(kg/min),/>0

由題圖知,該系統(tǒng)屬于一階系統(tǒng)，輸出量(溫度)的變化量y⑴相對(duì)于輸入(燃料)變化量x(t)的關(guān)系(方程)

為

T粵Uy(t)=KxS

dt

當(dāng)*t)=/=50/6(kg/min)二const.時(shí)，方程的解為

y(t)=KA(1-e-^)℃

由題圖知，y(8)二協(xié)二150-120=309,則

/^30M=30/(50/6)=3.6(℃/(kg/min))

首先不考慮延遲，y⑴的變化從to=2min開始，到ti=8min時(shí)，實(shí)際變化時(shí)間仁6min,

由題圖知

y(t)=y(6)=30(1-e-6/T)=145-120=25(℃)

由此解出T=3.35(min)

所以

y(t)=30(1—e—t/3?35)℃

若考慮滯后時(shí)間x=2min,則

/、[0,t<2min;

y(^)=<

7[y(t-r)=30(1-e-(,-2)/335)j>2min

微分方程為

3.35雙0+之)+笫。+2)=3.6x(。

dt

系統(tǒng)的特性參數(shù)是系統(tǒng)的固有特性，不會(huì)隨輸入信號(hào)的變化而變化，因此，前面求解

過程中所確定的K和7■的值是不變的。所以，當(dāng)燃料變化量Mt)=/=1時(shí)，溫度變化量的

函數(shù)表達(dá)式為

yT(t)=y(t-T)=3.6(1-e-(t-2)/3.35)℃

第3章檢測(cè)儀表與傳感器P101

1.測(cè)量過程在實(shí)質(zhì)上是將被測(cè)參數(shù)與其相應(yīng)的測(cè)量單位進(jìn)行比較的過程。一般它都是利用專門的技術(shù)工

具，將被測(cè)參數(shù)經(jīng)過一次或多次的信號(hào)能量形式的轉(zhuǎn)換，最后獲得一種便于測(cè)量的信號(hào)能量形式，并由

指針位移或數(shù)字形式顯示出來。

2.p34

3.

儀表的相對(duì)百分誤差:

'—△max

X100%=X100%

測(cè)量范圍上限值-測(cè)量范圍下限值

儀表允許的百分誤差

葭=士五X]。。%“號(hào)X】。。-

4.儀表的精確度等級(jí)是將儀表允許的相對(duì)百分誤差的“士”號(hào)及“％”去掉后的數(shù)值，以一定的符號(hào)形式表示

在儀表標(biāo)尺板上。精確度等級(jí)目前是按國家統(tǒng)一規(guī)定的允許誤差大小來劃分成若干等級(jí)的。

5、(1)校驗(yàn)數(shù)據(jù)處理:

標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)/℃02004006007008009001000

被校表讀數(shù)/七02014026047068059031001

絕對(duì)誤差/七0+1+2+4+6+5+3+1

由以上數(shù)據(jù)處理表知，最大絕對(duì)誤差：+6℃;

(2)儀表誤差：^max=±—X100%=±0.6%,儀表的精度等級(jí)應(yīng)定為1.0級(jí)；

max1()00

(3)儀表的基本誤差：△m=1000x(±1.0%)=±10℃,該溫度儀表不符合工藝上的誤差要求。

6、解(1)校驗(yàn)數(shù)據(jù)處理:

標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)/MPa0246810

被校表正行程讀數(shù)/MPa01983.965.947.979.99

被校表反行程讀數(shù)/MPa02.024.036.068.0310.01

壓力表的變差/%00.40.71.20.60.2

被校表正、行程讀數(shù)平均值

02.003.9956.008.0010.00

/MPa

儀表絕對(duì)誤差/MPa00.00-0.0050.000.000.00

由以上數(shù)據(jù)處理表知，該壓力表的變差:1.2%;

(2)儀表誤差：S=士”電x100%=±0.5%;

、'illax[0

但是，由于儀表變差為1.2%>1.0%,所以該壓力表不符合1.0級(jí)精度。

7.解（1）工程上的壓力是物理上的壓強(qiáng)，即P=F/S（壓強(qiáng)卜

（2）絕對(duì)壓力是指物體所受的實(shí)際壓力；

表壓力=絕對(duì)壓力-大氣壓力；

負(fù)壓力（真空度）=大氣壓力-絕對(duì)壓力

8.通常，由于各種工藝設(shè)備和檢測(cè)儀表本身就處于大氣壓力之下，因此工程上常采用表壓和真空度來表

示壓力的大小，一般儀表所指的壓力也是表壓或真空度。

9.測(cè)壓儀表按其轉(zhuǎn)換原理不同，主要分為四大類：液柱式壓力計(jì)：它是將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成液柱高度來進(jìn)

行測(cè)量的；彈性式壓力計(jì)：它是將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件的位移來進(jìn)行測(cè)量的；電氣式壓力計(jì)：它是

通過機(jī)械和電氣元件將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成電量來進(jìn)行測(cè)量的；活塞式壓力計(jì)：它是根據(jù)液壓原理，將被測(cè)

壓力轉(zhuǎn)換成活塞上所加平衡硅碼的質(zhì)量來進(jìn)行測(cè)

量的。

10.主要的彈性元件有:1彈簧管：可分為單圈彈簧管與多圈彈簧管，它們的測(cè)壓圍較寬，最高可測(cè)量

高達(dá)1000MPa的壓力；2膜片：可分為平薄膜、波紋膜、膜盒等，它的測(cè)壓圍較彈簧管式的為低，通常

可與其他轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)結(jié)合起來，組成相應(yīng)的變送器；3波紋管：這種彈性元件易變形，常用于微壓與低壓

的測(cè)量。

11.解：（1）彈簧管壓力計(jì)的測(cè)壓原理是彈簧管受壓力而產(chǎn)生變形，使其自由端產(chǎn)生相應(yīng)的位移，只

要測(cè)出了彈簧管自由端的位移大小，就能反映被測(cè)壓力p的大小。

（2）彈簧管式壓力計(jì)的主要組成：彈簧管（測(cè)量元件），放大機(jī)構(gòu)，游絲，指針，表盤。

（3）彈簧管壓力計(jì)測(cè)壓過程為：用彈簧管壓力計(jì)測(cè)量壓力時(shí)，壓力使彈簧管產(chǎn)生很小的位移量，放大

機(jī)構(gòu)將這個(gè)很小的位移量放大從而帶動(dòng)指針在表盤上指示出當(dāng)前的壓力值。

12.

Ex12.

13.將霍爾元件與彈簧管配合，可組成霍爾片式彈簧管壓力傳感器。當(dāng)被測(cè)壓力引入后，彈簧管自由端產(chǎn)

生位移，因而改變了霍爾片在磁場(chǎng)中的位置，使所產(chǎn)生的霍爾電勢(shì)與被測(cè)壓力成比例，利用這一電勢(shì)就

可實(shí)現(xiàn)壓力的測(cè)量。

14.應(yīng)變片式壓力傳感器：測(cè)壓元件是電阻應(yīng)變片。利用金屬導(dǎo)體的電阻應(yīng)變效應(yīng)制成的。壓阻式壓力傳

感器：測(cè)壓元件是單晶硅片。利用半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)制成的。

15.工作原理：將彈性元件的位移轉(zhuǎn)換為電容量的變化。將測(cè)壓膜片作為電容器的可動(dòng)極板，它與固定極

板組成可變電容器。當(dāng)被測(cè)壓力變化時(shí)，由于測(cè)壓膜片的彈性變形產(chǎn)生位移改變了兩塊極板之間的距離，

造成電容量發(fā)生變化。

特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊、靈敏度高、過載能力大、測(cè)量精度可達(dá)0.2級(jí)、可以測(cè)量壓力和差壓。

20.解壓力表允許的最大絕對(duì)誤差為

Amax=1.OMPaxl.0%=0.01MPa

在校驗(yàn)點(diǎn)0.5MPa處，絕對(duì)誤差為

A=0.5-0.508=-0.008(MPa)

該校驗(yàn)點(diǎn)的測(cè)量誤差為

§="Q-008X100%=-1.57%

0.508

故該校驗(yàn)點(diǎn)不符合1.0級(jí)精度。

21.解（1）為了保證敏感元件能在其安全的圍可靠地工作，也考慮到被測(cè)對(duì)象可能發(fā)生的異常超壓

情況，對(duì)儀表的量程選擇必須留有足夠的余地，但還必須考慮實(shí)際使用時(shí)的測(cè)量誤差，儀表的量程又不

宜選得過大。（2）由于儀表的基本誤差A(yù)m由其精度等級(jí)和量程決定，在整個(gè)儀表測(cè)量圍其大小是一定的,

選一臺(tái)量程很大的儀表來測(cè)量很小的參數(shù)值這樣會(huì)加大測(cè)量誤差。

22.解用0~1.6MPa、精度為1.0級(jí)的壓力表來進(jìn)行測(cè)量的基本誤差

Aimax=1.6MPax1.0%=0.016MPa>0.01MPa（允許值）

該表不符合工藝上的誤差要求。

用OT.OMPa、精度為I.0級(jí)的壓力表來進(jìn)行測(cè)量的基本誤差

A2max=1.0MPax1.0%=0.01MPa>0.01MPa（允許值）

該表符合工藝上的誤差要求。

23.解空壓機(jī)緩沖器壓力為穩(wěn)態(tài)壓力，其工作壓力下限pmin=1.1MPa,工作壓力上限pmax=1.6MPa0

設(shè)所選壓力表量程為p,則根據(jù)最大、最小工作壓力與選用壓力表量程關(guān)系，有

3

<44

aX-

4p>-pmax=-xl.6=2.13(M^)

1

->-

/<,,in3p<3p.=3xlA=3.3(MPd)

根據(jù)壓力表量程系列（附表1）,可選YX-150型、測(cè)量圍為。?2.5MPa的電接點(diǎn)壓力表。

根據(jù)測(cè)量誤差要求，測(cè)量的最大誤差為

Amax41.1x5%=0.(MPa)

則所選壓力表的最大引用誤差應(yīng)滿足

5max?^^xl00%=2.2%

2.5-0

要求，故可選精度等級(jí)為1.5級(jí)的壓力表。

24.解合成塔控制壓力14MPa為高壓，設(shè)所選壓力表的量程為p,則

/?>|xl4?23.3(MP67)

根據(jù)壓力表量程系列(附表1),可選YX-150型、測(cè)量圍為0~25Mpa的電接點(diǎn)壓力表。

根據(jù)測(cè)量誤差要求，所選壓力表的最大允許誤差應(yīng)滿足

04

(一xl0°%=L6%

max25

要求，故可選精度等級(jí)為1.5級(jí)的壓力表。

25.解壓力表的校驗(yàn)

壓力表的校驗(yàn)數(shù)據(jù)及其數(shù)據(jù)處理結(jié)果

被校表讀數(shù)/MPa0.00.40.81.21.6最大誤差

標(biāo)準(zhǔn)表上行程讀數(shù)/MPa0.0000.3850.7901.210

1.595

標(biāo)準(zhǔn)表下行程讀數(shù)/MPa0.0000.4050.8101.215

1.595

升降變差/MPa0.0000.0200.0200.0050.020

0.000

標(biāo)準(zhǔn)表上、下行程讀數(shù)平均值/MPa0.0000.3950.8001.2125

1.595

絕對(duì)誤差A(yù)/MPa0.0000.0050.000-0.013-0.013

0.005

儀表的最大引用誤差（從絕對(duì)誤差和升降變差中選取絕對(duì)值最大者做為Am,求儀表的最大引用誤差）

S=±Ai_xlOO%=±^^x100%=±1.25%

PFS1.6

所以，這臺(tái)儀表1.5級(jí)的精度等級(jí)合格。

空氣貯罐的壓力屬穩(wěn)態(tài)壓力，且ptnax=1.0MPa<1.6x2/3MPa;0nm=0.8MPa>1.6x1/3MPa;最大誤

差A(yù)max=1.6x1.5%=0.024MPa<0Q5MPa。所以這臺(tái)儀表能用于該空氣貯罐的壓力測(cè)量。

29.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~。

□流體經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)，由于流速發(fā)生變化，使流體的動(dòng)能發(fā)生變化。根據(jù)能量守恒定律，動(dòng)能的變化

必然引起靜壓能的變化，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。

30.流體流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)所產(chǎn)生的壓差與流量之間有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過測(cè)量壓差的大小，即可得知流

量的大小。

□由于流量基本方程式是在一定的條件下推導(dǎo)出的，這些條件包括節(jié)流裝置的形式、尺寸、取壓方式

以及流體的工藝條件（密度、溫度、壓力、雷諾數(shù)等），當(dāng)以上這些條件改變時(shí)都會(huì)影響流量的測(cè)量。

33.因?yàn)檗D(zhuǎn)子流量計(jì)在流量變化時(shí)，轉(zhuǎn)子兩端的壓降是恒定的；而差壓式流量計(jì)在流量變化時(shí)，節(jié)流裝置

兩端的壓差也是隨之改變的。

37.解由題知:po=O.1O1325MPa,pi=0.65+0.101325=0.751325(MPa);To=293K,

Ti=273+40=313(K);po=1.293kg/Nm3;pi=1.977kg/Nm3,Qo=5OUs(,則

8%

2=,Qo=

38.解由題知pt=7920kg/m3,p尸0.831kg/L=831kg/m3,p版1000/m3,Q=10L/min

測(cè)苯的流量的修正系數(shù)為

==](7920-1000)兩~

2―幗-？M—V(7920-831)x1000

Q=Q)/AQ=10/0.9/1.1(L/min)

所以，苯的流量測(cè)量圍為0~11.1L/min。

當(dāng)轉(zhuǎn)子材料改為鋁時(shí)，p「=2750kg/m3,此時(shí)測(cè)水的流量的修正系數(shù)為

3-p、)(7920-1000)

(A-A)2750-1000

Qo=Qb/Kg=10/2=5(L/min)

所以,此時(shí)測(cè)水的流量的測(cè)量圍為0~5L/min

測(cè)苯的流量的修正系數(shù)為

.==[2750—1000)x831

應(yīng)二=^(2750-831)x1000

。尸Qc/Ak>=5/0.87=5.75(L/min)

所以，此時(shí)測(cè)苯的流量的測(cè)量圍為0~5.75L/min。

39.橢圓齒輪流量計(jì)屬于容積式流量計(jì)，它有兩個(gè)相互嚙合的橢圓齒輪，當(dāng)流體流過時(shí)，帶動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)。

齒輪每轉(zhuǎn)1周排出定量流體，只要測(cè)了橢圓齒輪的轉(zhuǎn)速，便可知被測(cè)流體的流量。

41.解電磁流量計(jì)的工作原理是基于管道中的導(dǎo)電流體在磁場(chǎng)中流動(dòng)時(shí)切割磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)

勢(shì)的電磁感應(yīng)原理，流體的流速越大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也越大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與流量成正比。電磁流量計(jì)只能

用來測(cè)量導(dǎo)電液體的流量。

42.漩渦流量計(jì)的原理：是利用流體自然振蕩的原理制成的一種漩渦分離型流量計(jì)。當(dāng)流體以足夠大的流

速流過垂直于流體流向的漩渦發(fā)生體時(shí)，若該物體幾何尺寸適當(dāng)，則在阻擋體后面，沿兩條平行直線上

會(huì)產(chǎn)生整齊排列、轉(zhuǎn)向相反的漩渦列。漩渦產(chǎn)生的頻率和流體的流速成正比。通過測(cè)出漩渦產(chǎn)生的頻率

可知流體的流量。

46.(1)直讀式物位儀表：利用連通器的原理工作。

(2)差壓式物位儀表：利用液柱或物料堆積對(duì)某定點(diǎn)產(chǎn)生壓力的原理而工作。

(3)浮力式物位儀表：利用浮子的高度隨液位變化而改變，或液體對(duì)浸沉于液體中的浮子(或沉筒)

的浮力隨液位高度而變化的原理來工作的。

(4)電磁式物位儀表：把物位的變化轉(zhuǎn)換為一些電量的變化，通過測(cè)出電量的變化測(cè)出物位。

(5)核輻射式物位儀表：利用核輻射透過物體時(shí)，其強(qiáng)度隨物質(zhì)層的厚度而變化的原理來工作。目前丫

射線應(yīng)用最多。

(6)聲波式物位儀表：由于物位的變化引起聲阻抗的變化、聲波的遮斷和聲波反射距離的不同，測(cè)出

這些變化即可測(cè)出物位。

(7)光學(xué)式物位儀表：利用物位對(duì)光波的遮斷和反射原理工作。

47.差壓式液位計(jì)是利用容器的液位改變時(shí)，由液柱產(chǎn)生的靜壓也相應(yīng)變化的原理而工作的。當(dāng)測(cè)量有

壓容器的液位時(shí)，即容器是受壓的，則需將差壓變送器的負(fù)壓室與容器的氣相相連接，以平衡氣相壓力

P變化時(shí)對(duì)液位測(cè)量的影響。

48.生產(chǎn)中欲連續(xù)測(cè)量液體的密度，根據(jù)已學(xué)的測(cè)量壓力及液位的原理，試考慮一種利用差壓原理來連續(xù)

測(cè)量液體密度的方案。

Pi=Hpg+P為y

解：

Pi=P大y.

W=P1=Hpg

.?.當(dāng)〃、f不變時(shí)，

“與p成正比。

。的測(cè)量=>"的測(cè)量

49.1）利用差壓式液位計(jì)可以測(cè)液體的分界面。

P\=力。。2，+（力1+包）。l，+A

Pz=（包+々+A,）pxg+PQ

&P=P1-Pi="03一。1）S=Kh。

與分界面高度々成正比。

2）注意：

測(cè)量界面時(shí)，兩種液體應(yīng)互不相溶，且有明顯的密度差；

差壓變送器的正取壓口應(yīng)在最低分界面之下，負(fù)取壓口應(yīng)在

最高分界面之上，但不能高于容器內(nèi)的液位高度（即不能氣

相取壓。）

50、什么是液位測(cè)量時(shí)的零點(diǎn)遷移問題？怎樣進(jìn)行遷移？其實(shí)質(zhì)是什么？（參考）

答（1）當(dāng)被測(cè)容器的液位H=0時(shí)，差壓液位計(jì)所感受的壓差A(yù)p*O的現(xiàn)象，稱為液位測(cè)量時(shí)的零點(diǎn)遷

移

在使用差壓變送器測(cè)量液位時(shí)，一般壓差與液位高度H之間的關(guān)系為：=?這就是一般的“無遷移”

的情況。當(dāng)H=。時(shí)，作用在正、負(fù)壓室的壓力是相等的。

實(shí)際應(yīng)用中，有時(shí)為防止容器液體和氣體進(jìn)入變送器而造成管線堵塞或腐蝕，并保持負(fù)壓室的液柱高度

恒定，在變送器正、負(fù)壓室與取壓點(diǎn)之間分別裝有隔離罐，并充以隔離液設(shè)被測(cè)介質(zhì)密度為，隔離液

密度為：（通常），此時(shí)正、負(fù)壓室的壓力分別為：

正負(fù)壓室間的壓差為：

當(dāng)H=0時(shí)，，此為“有遷移”情況。

若采用的是DDZ—III型差壓變送器，其輸出圍為4~20mA的電流信號(hào)。“無遷移”時(shí)，

H=0,=0,變送器輸出=4mA;?！坝羞w移”時(shí)，H=0,為了使液位的零值與滿量程能與變送器輸

出的上、下限值相對(duì)應(yīng)，即在“有遷移”情況下，使得當(dāng)H=0時(shí)，。可調(diào)節(jié)儀表上的遷移彈簧，以抵消

固定壓差的作用，此為“零點(diǎn)遷移”方法。這里遷移彈簧的作用，其實(shí)質(zhì)就是改變測(cè)量圍的上、下限，相

當(dāng)于測(cè)量圍的平移，它不改變量程的大小。

51.在液位測(cè)量中，當(dāng)被測(cè)液位H=0時(shí)，如果差壓變送器的輸入信號(hào)Ap>0,則為“正遷移”；反之如果被測(cè)

液位H=0時(shí)，差壓變送器的輸入信號(hào)ApvO,則為“負(fù)遷移：

52、解：差壓液位計(jì)正壓室壓力

pi=pp/7i+pg—po

負(fù)壓室壓力

P2=pp/72+P0

正、負(fù)壓室的壓差

△片。一22二pgH-(h2-hi)pg

H=0時(shí)，Sp=-（例-的pg。

這種液位測(cè)量時(shí)，具有“負(fù)遷移”現(xiàn)象，為了使米0時(shí),Ap=O，該差壓變送器測(cè)液位時(shí)需要零點(diǎn)遷移，

遷移量為（用-加）pg

58.什么是熱電偶的熱電特性？熱電偶的熱電勢(shì)由哪兩部分組成？

解：（1）將兩種不同的導(dǎo)體（金屬或合金）A和B組成一個(gè)閉合回路（稱為熱電偶），若兩接觸點(diǎn)

溫度（7；⑹不同，則回路中有一定大小電流，表明回路中有電勢(shì)產(chǎn)生，該現(xiàn)象稱為熱電動(dòng)勢(shì)效應(yīng)或塞貝

克（Seebeck）效應(yīng)?；芈分械碾妱?shì)稱為熱動(dòng)勢(shì)，用&B（兀⑹或&B（f,（b）.

（2）熱電偶的熱電勢(shì)由接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)兩部分組成。

59、解：（1）常用的熱電偶有如下幾種：

夕r度號(hào)熱電極材料測(cè)溫范圍/C

熱電偶名稱代號(hào)

新舊正熱電極負(fù)熱軸'長(zhǎng)期使用短期使用

粕轉(zhuǎn)柏錢，WRRBLL-2粕鋸30合金粕轉(zhuǎn)6合金300-16001800

粕勉，，準(zhǔn)WRPSLB-3粕鋸10合金純粕-20-13001600

銀格鑲琉WRNKEU-2蟆格合金模硅合金-50-10001200

櫬格鋼銀WREE—襟格合金銅銀合金一40?800900

鐵-銅銀WRFJ一鐵銅鑲合金-40?700750

銅-銅銀WRCTCK銅銅鎮(zhèn)合金-400?300350

（2）所配用的補(bǔ)償導(dǎo)線如下：

補(bǔ)償導(dǎo)線

工作端為100C,冷端為0C

熱電偶名稱正極負(fù)極

時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)熱電勢(shì)/mV

材料顏色材料顏色

鉗斷增銅紅銅銀綠0.645±。.037

鎮(zhèn)格-銀硅（輸鋁）銅紅鋼鎮(zhèn)藍(lán)4.095±0.105

像珞-銅錦鎮(zhèn)鍋紅銅銀棕6.317±0.170

銅-銅銀銅紅銅銀白4.277±0,047

（3）用廉價(jià)的補(bǔ)償導(dǎo)線代替熱電偶使冷端遠(yuǎn)離熱端不受其溫度場(chǎng)變化的影響并與測(cè)量電路相連接。

使用補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)要注意：在一定的溫度圍，補(bǔ)償導(dǎo)線與配對(duì)的熱電偶具有相同或相近的熱電特性；保持

延伸電極與熱電偶兩個(gè)接點(diǎn)溫度相等。

60.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？

解：(1)熱電偶的熱電勢(shì)只有當(dāng)不(或打)恒定是才是被測(cè)溫度7?(或/)的單值函數(shù)。熱電偶標(biāo)

準(zhǔn)分度表是以兩=0℃為參考溫度條件下測(cè)試制定的，只有保持7b=0℃,才能直接應(yīng)用分度表或分度

曲線。若7b*0℃,則應(yīng)進(jìn)行冷端補(bǔ)償和處理。

(2)冷端溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ校貉娱L(zhǎng)導(dǎo)線法，0℃恒溫法，冷端溫度修正法，冷端溫度自動(dòng)補(bǔ)償法等。

61.試述熱電偶溫度計(jì)、熱電阻溫度計(jì)各包括哪些元件和儀表？輸入、輸出信號(hào)各是什么？

解：熱電偶溫度計(jì)由熱電偶(感溫元件X顯示儀表和連接導(dǎo)線組成；輸入信號(hào)是溫度，輸出信號(hào)

是熱電勢(shì)。熱電阻溫度計(jì)由熱電阻(感溫元件\顯示儀表和連接導(dǎo)線組成；輸入信號(hào)是溫度，輸出信

號(hào)是電阻。

62.用K型熱電偶測(cè)某設(shè)備的溫度，測(cè)得的熱電勢(shì)為20mV，冷端(室溫)為25C,求設(shè)備的溫度？如

果改用E型熱電偶來測(cè)溫，在相同的條件下，￡熱電偶測(cè)得的熱電勢(shì)為多少？

解用K型熱電偶測(cè)溫時(shí)，設(shè)設(shè)備的溫度為t,則且f,25)=20mV,查K型熱電偶分度表,￡(25,

0)=1.OOOmVo根據(jù)中間溫度定律，

印，0)=田,25)+E(25,0)=20+1.0=21.000mV

反查K型熱電偶分度表，得A=508.4℃

若改用E型熱電偶來測(cè)次設(shè)備溫度，同樣，根據(jù)中間溫度定律，測(cè)得熱電勢(shì)為

丘(508.4,25)=￡k(508.4,0)-國(25,0)=37678.6-1496.5=36182.1pV^36.18mV0

63.解認(rèn)為換熱器的溫度為430℃不對(duì)。

設(shè)換熱器的溫度為t,實(shí)測(cè)熱電勢(shì)為E(t,30),根據(jù)顯示儀表指示值為400℃,則有nt,30)=旦400,

0),由中間溫度定律并查銀輅-銅銀(E型)熱電偶分度表，有

印，0)=田,30)+且30,0)=旦400,0)+且30,0)=28943+1801=30744gV

反查銀信-銅鎮(zhèn)熱電偶分度表，得換熱器的溫度=422.5℃

64、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10501pV,這電勢(shì)實(shí)際

上是由K熱電偶產(chǎn)生的，即

E9,25)=10501〃V

查分度號(hào)K，可得￡(2°，0)=1000//V由此可見

￡(rv,0)=￡(/v,25)+￡(25,0)=10501+1000=115014V

由這個(gè)數(shù)值查分度號(hào)K,可得實(shí)際溫度&=283℃。

65.熱電阻溫度計(jì)的原理：是利用金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化的特性測(cè)溫的。只要測(cè)出感溫?zé)犭?/p>

阻的阻值變化，便可得知被測(cè)溫度大小。常用熱電阻的種類：Pt10、Pt100>Cu50,Cu100?RO分別為：

10。、100。、50。、100Qo

67.解查CulOO的分度表，140℃對(duì)應(yīng)電阻為159.96Q,而該電阻值實(shí)際為PtIOO鉗電阻測(cè)溫時(shí)的電

阻值，反查PtIOO的分度表，得實(shí)際溫度為157℃

例題:用分度號(hào)為Cu50、百度電阻比想1OO)=/?ioo//?o=1.42的銅熱電阻測(cè)某一反應(yīng)器溫度，當(dāng)被測(cè)溫度

為50℃時(shí)，該熱電阻的阻值小o為多少？若測(cè)某一環(huán)境溫度時(shí)熱電阻的阻值為92。,該環(huán)境溫度為多

少？

解分度號(hào)為Cu50、百度電阻比"100)=1.42的銅熱電阻，其尺)=50Q,/?ioo=5Ox1.42=71QO則

該銅熱電阻測(cè)溫的靈敏度A?為

71-50

k=0.21(fi/℃)

100-0

被測(cè)溫度為50℃時(shí)，電阻值A(chǔ)bo=50fi+0.21Q/℃x50℃=60.5no

當(dāng)測(cè)某一環(huán)境溫度時(shí)，若熱電阻的阻值用=92Q,則對(duì)應(yīng)的環(huán)境溫度為

*(92-50)/0.21=200℃。

69、說明熱電偶溫度變送器、熱電阻溫度變送器的組成及主要異同點(diǎn)。

熱電偶溫度變送器的結(jié)構(gòu)大體上可分為三大部分：輸入橋路、放大電路及反饋電路。

熱電阻溫度變送器的結(jié)構(gòu)大體上也可分為三大部分：輸入橋路、放大電路及反饋電路。

熱電阻溫度變送器和熱電偶溫度變送器比較，放大電路是通用的，只是輸入電路和反饋電路不同。

第4章自動(dòng)控制儀表P139

1.解控制器的控制規(guī)律是指控制器的輸出信號(hào)p與輸入信號(hào)e之間的關(guān)系，即

〃=/(e)=/(z-x)

控制器的基本控制規(guī)律有：位式控制(其中以雙位控制比較常用);比例控制(P);積分控制(I);微

分控制(D)。

3.比例控制是按偏差大小進(jìn)行控制的，控制器的輸出信號(hào)p與其輸入信號(hào)e成正比。當(dāng)比例控制系統(tǒng)的控

制過程結(jié)束之后，其被控變量新的穩(wěn)定值與給定值之間仍存在一定的偏差，即比例控制的余差。余差的

產(chǎn)生是由比例控制本身的特性所決定的。因?yàn)楸壤刂谱饔檬桥c偏差成比例的，只有偏差存在，才能產(chǎn)

生控制作用。當(dāng)系統(tǒng)受到一定的擾動(dòng)后，為了克服擾動(dòng)，必定要有一定的控制作用，才能使系統(tǒng)達(dá)到新

的平衡，所以必定存在與該控制作用相對(duì)應(yīng)的偏差，即余差。

4.解比例控制器的比例度就是指控制器的輸入變化相對(duì)值與相應(yīng)的輸出變化相對(duì)值之比的百分?jǐn)?shù)，

用式子表示為：

8=——-——/——了——xioo%

、X(naxin/PmaxPmm)

式中e——輸入變化量；

p——相應(yīng)的輸出變化量；

%max-xmin—輸入的最大變化量，即儀表的量程；

Pmax-Pmin——輸出的最大變化量，即控制器輸出的工作圍。

5.解5」.PnXPmin=吆&100.9=80%

PxmM-xminp1000-0p

控制器的輸出變化量p=1.6/80%=2(mA)

6.比例度對(duì)控制過程的影響：比例度越大，比例控制越弱，過渡過程曲線越平穩(wěn)，但余差也越大；比例

度越小，比例控制越強(qiáng)，過渡過程曲線越振蕩，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)性能變差，但余差也越小，提高了

系統(tǒng)的靜態(tài)準(zhǔn)確度；比例度過小，可能會(huì)出現(xiàn)發(fā)散振蕩。

□選擇比例度要注意：若對(duì)象的滯后較小，時(shí)間常數(shù)較大以及放大系數(shù)較小，可選擇小比例度來提高

系統(tǒng)的靈敏度，使過渡過程曲線形狀較好；反之，為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，應(yīng)選擇大的比例度。

7.積分控制能消除余差的原因：因?yàn)榉e分控制作用的輸出與輸入偏差的積分成正比，只要有偏差存在，

積分控制作用將隨時(shí)間不斷變化，直至偏差完全消除，系統(tǒng)才能穩(wěn)定下來，所以……

8.TI就用來表示積分控制強(qiáng)弱的一個(gè)參數(shù)。TI越小，積分控制作用越強(qiáng)；TI越大，積分控制作用越弱。

□TI越小，余差消除越快，可提高系統(tǒng)的靜態(tài)準(zhǔn)確度，但會(huì)使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，動(dòng)態(tài)性能變差；TI越

大,余差消除越慢；TJs時(shí)，成為純比例控制。

9.解控制器的放大倍數(shù)

AP=1/8=1/100%=1

控制器的積分時(shí)間7i=2min,穩(wěn)態(tài)輸出p)=5mA;控制器的輸入變化量為4=0.2mA。經(jīng)歷時(shí)間

t=5mino則輸出變化量

K1

△〃=KpA+lAf=lx().2+—x().2x5=0.7(〃zA)

42

所以，經(jīng)歷時(shí)間5min后，控制器的輸出為

p=m+Ap=5+0.7=5.7(mA)

10.因?yàn)槲⒎挚刂谱饔玫妮敵雠c輸入偏差的變化速度成正比，一旦偏差不變化，即使偏差非常大，微分

控制也無能為力了，所以微分控制規(guī)律不能單獨(dú)使用。

11.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。

解PID控制器的控制規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)式為

p=Kpfe+—fedt+TD—

IEJDdt

其中，e-輸入變化量；方相應(yīng)的輸出變化量；/一放大倍數(shù)；7T-稱為積分時(shí)間；75—微分時(shí)間。

12.試分析比例、積分、微分控制規(guī)律各自的特點(diǎn)。

解比例控制規(guī)律的特點(diǎn)是反應(yīng)快，控制及時(shí)；存在余差(有差控制)

積分控制規(guī)律的特點(diǎn)是控制動(dòng)作緩慢，控制不及時(shí)；無余差(無差控制)

微分控制規(guī)律的特點(diǎn)是控制響應(yīng)快，故有超前控制之稱；但它的輸出不能反映偏差的大小，假如偏差固

定，即使數(shù)值很大，微分作用也沒有輸出，因而控制結(jié)果不能消除偏差，所以不能單獨(dú)使用這種控制器，

它常與比例或